一种耐高温复相人造球形砂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐高温复相人造球形砂的制备方法，属于铸造技术领域。本发明专利技术通过添加碳化硅和鳞片石墨，制备一种耐高温复相人造球形砂，碳化硅是一种脊性材料，具有很强的共价键结合特点，碳化硅属于强共价键结合的化合物，化学性质稳定，具有耐腐蚀、耐高温、耐磨损、抗冲刷等优良性能，由于碳化硅融化分解出蒸汽的温度很高，又具有很高的导热系数和较低的热膨胀系数，因而具有好的抗热震性能，鳞片石墨具有层间可滑移性和良好的挠曲性，大量的微米鳞片石墨引入可以形成石墨之间的碳结合，发挥增韧作用，同时显著提高人造球形砂的热导率，改善其抗热震性，鳞片石墨的加入还能促进高温碳化物陶瓷相形成，提高人造球形砂的强度。

A preparation method of high temperature resistant composite artificial spherical sand

The invention relates to a preparation method of high temperature resistant composite spherical sand, belonging to the technical field of casting. By adding silicon carbide and flake graphite, the invention prepares a high-temperature resistant composite spherical sand made by man. Silicon carbide is a ridge material with strong covalent bond combination characteristics. Silicon carbide is a compound with strong covalent bond combination, with stable chemical properties, excellent performance of corrosion resistance, high temperature resistance, wear resistance, erosion resistance, etc. due to the temperature of steam produced by the melting and decomposition of silicon carbide It has high, high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient, so it has good thermal shock resistance. Flake graphite has interlaminar slip and good flexibility. A large number of micrometer flake graphite can form carbon bond between graphite, play a toughening role, and significantly improve the thermal conductivity, thermal shock resistance and scale graphite addition of artificial spherical sand It can also promote the formation of high temperature carbide ceramic phase and improve the strength of artificial spherical sand.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温复相人造球形砂的制备方法
本专利技术涉及一种耐高温复相人造球形砂的制备方法，属于铸造

技术介绍
在铸件生产中，砂型铸件占整个铸件生产总量的80%，而硅砂是砂型铸件生产中用量最大的造型材料。硅砂的热物理化学稳定性直接影响到铸件的质量。随着我国铸造行业的迅猛发展，对铸件质量的要求也不断提高，硅砂的一些无法避免的缺点变得越来越突出。硅砂耐火度低，在浇注厚大铸件或者浇注温度较高的铸钢件时，容易发生严重的粘砂与金属渗透缺陷；硅砂的热膨胀量大，容易引起铸件的机械粘砂，铸件的变形及开裂；硅砂是从硅砂矿石经过机械加工而来，角形系数大，流动性能低，粘结剂用量大。为此人们开发了镁砂、橄榄石砂、铬铁矿砂、锆砂等非石英质特种砂。锆砂综合性能高，但是资源稀缺、价格昂贵。铬铁矿砂在应用于高铬高锰等高合金碱性钢种时会发生严重粘砂现象。镁砂矿、橄榄石砂、铬铁矿砂的资源比较丰富，价格较锆砂便宜，但均是经过机械破碎制得，角形系数大，从而消耗粘结剂量较大，而且他们的价格比硅砂昂贵，目前只应用于某些厚大铸件与铸钢件，无法大量使用。近年有人采用一些冶金废渣进行人工复合，制备出复合砂。例如高锰钢用人工复合砂、顽辉石砂、碳粒砂等。这种人工复合的型砂具有制造工艺简单、价格低廉、环保等特点，但其化学成分杂乱，应用于高温环境时，其应用优势不明显，而且这种人工复合砂大都采用机械破碎，角型系数大，流动性差，粘结时会消耗大量粘结剂。因此急需寻求一种新的生产高性能人造砂的制备方法。铸造用球形砂是属于一种陶瓷颗粒产品，具有耐火度高、热膨胀低、高温物理化学性能稳定、角形系数低、耗酸值低等特点，可适用于各种粘结剂，回用性能好，已在铸造厚大件，铸钢件，制作砂芯及覆膜砂生产中获得了良好的应用。国外采用人工制球及高温烧结、电弧熔融高压喷吹制得陶瓷砂，具有耐火度高、热膨胀低、高温物理化学性能稳定、角形系数低、耗酸值低等特点，可适用于各种粘结剂，回用性能好，已在铸造厚大件，铸钢件，制作砂芯及覆膜砂生产中获得了良好的应用，用量逐年增加。在生产厚大件与浇注温度高的铸钢件时，造型过程中大多采用传统造型材料-硅砂，由于金属静压头高，浇注时间与冷却时间长，金属液与铸型之间发生强烈的机械作用、化学反应、热作用，极易产生粘砂，夹杂，鼠尾等缺陷，同时加大铸件清砂难度，严重者可引起铸件报废。莫来石质球形砂具有耐火度高（高于1850℃）、膨胀系数低、高温稳定性好，因此用于浇注温度极高的铸钢件，可显著提高铸件表面质量与尺寸精度，解决铸件的粘砂、夹杂、鼠尾等问题。我国大连精工有限公司，采用莫来石质人造球形砂生产大功率低速柴油机缸体，有效解决了铸件粘砂问题，显著改善铸件的表面质量，提高铸件尺寸精度，改善型砂的溃散性。日本特殊制钢所已在生产中采用莫来石质陶粒代替铬铁矿砂，不足之处是铸件表面易产生粘砂缺陷，通过试验研究加入4%的球状氧化铁，便可解决。通常解决渗透性粘砂问题有两种方法，采用比较复杂的特种砂作面砂的造型工艺或在铸型与金属液接触部分涂刷高耐火度涂料，以避免渗透性粘砂现象的发生，但是传统涂料无法彻底解决大型铸件渗透性粘砂问题，即使使用价格昂贵的锆英粉涂料，也容易在厚大铸钢件热节处产生渗透粘砂。砂芯要求具有高的强度、低的发气量，能抵抗金属液体的侵蚀，不发生粘砂现象，还应具有高温稳定性，在高温下砂芯应该保持尺寸的稳定与落砂时好的溃散性，对应用于浇注环境恶劣的砂芯，可在砂芯上刷涂高耐火度涂料，以提高砂芯在恶劣浇注环境下的使用性能。传统铸造用型砂在应用中存在耐火度低、热膨胀量大等影响铸件质量的问题。非石英质原砂，具有耐火度高、膨胀系数低等优点，但其资源稀少、价格高，增加了铸件的成本，易与某些特殊成分的金属液体发生化学反应，造成铸件缺陷，应用具有局限性。铸造用人造球形砂具有耐火度高、热膨胀量小、回用性好等优点，在厚大件、铸钢件、制作砂芯及覆膜砂中获得了良好的应用，用量逐年增加。我国对人造球形砂仅在精铸、覆膜砂和小型铸铁汽车件等方面得到应用。近年来由于其优异的使用性能，在国内的应用逐渐增加。一汽铸造有限公司就采用我国某公司生产的宝珠砂，在某些规格缸体水套砂芯上应用，解决了粘砂、脉纹等一直难以解决的问题，取得很好的应用效果。潍柴动力铸锻有限公司在2009年开始试用陶瓷砂，将陶瓷砂与焙烧砂混合，代替部分铬矿砂与熟料砂，取得良好应用效果，太原重型机械集团有限公司，将宝珠砂成功应用于高锰钢铸件生产中，替代了价格高昂的铬铁矿砂，收到了良好的应用效果，球形砂应用刚刚起步，企业急需制定相关球形砂的使用规范。目前我国人造球形砂在使用过程中存在以下问题：1、球形砂品种与体系单一，球形砂在实际应用中系列化与商品化程度较低。2、传统生产采用电弧熔融法制备，制备能耗高，不利于提高能源效率与建设我国能源节约型社会。3、球形砂主要集中于铝硅系球形砂，耐火度仍然不够理想。4、化学成分杂乱，高温抗渣性较低。5、在高温下无烧结能力，存在渗透性粘砂问题。6、高温力学性能较低。7、强度较低，易破碎。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对球形砂主要集中于铝硅系球形砂，耐火度不够理想的问题的问题，提供了一种耐高温复相人造球形砂的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：（1）将聚乙烯醇加入去离子水中，在40~50℃的水浴条件下以200~240r/min转速搅拌12~16min，得聚乙烯醇溶液；（2）将白云石、轻质氧化镁、锆英砂、碳化硅、鳞片石墨加入聚乙烯醇溶液中，置于球磨罐内，常温下球磨3~5h，得混合泥浆；（3）将混合泥浆置于鼓风干燥箱中，在100~120℃的条件下干燥22~24h，得干燥泥料；（4）将干燥泥料置于造粒机中造粒，得球形素胚；（5）将球形素胚置于箱式电阻炉中，在1500~1800℃的条件下煅烧4~6h，随炉冷却至室温，得耐高温复相人造球形砂。所述的白云石、轻质氧化镁、锆英砂、碳化硅、鳞片石墨、聚乙烯醇、去离子水的重量份为40~50份白云石、20~25份轻质氧化镁、8~10份锆英砂、4~5份碳化硅、4~5份鳞片石墨、16~20份聚乙烯醇、120~150份去离子水。步骤（2）所述的球磨条件为公转200~300r/min、自转180~220r/min。步骤（5）所述的耐高温复相人造球形砂的平均粒径为0.4~1.0mm。步骤（2）所述的轻质氧化镁的具体制备步骤为：（1）将氢氧化镁加入去离子水中，常温下以600~800r/min转速搅拌40~60min，得氢氧化镁浆料；（2）将碳酸氢铵加入氢氧化镁浆料中，在75~85℃的水浴条件下以300~340r/min转速搅拌反应30~40min，过滤，取滤饼，置于80~120℃烘箱中干燥4~6h，得碱式碳酸镁；（3）将碱式碳酸镁置于马弗炉中，在900~1000℃的条件下煅烧8~10h，得轻质氧化镁。所述的氢氧化镁、碳酸氢氨、去离子水的重量份为40~60份氢氧化镁、20~30份碳酸氢氨、200~300份去离子水。步骤（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温复相人造球形砂的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为/n（1）将聚乙烯醇加入去离子水中，在40~50℃的水浴条件下以200~240r/min转速搅拌12~16min，得聚乙烯醇溶液；/n（2）将白云石、轻质氧化镁、锆英砂、碳化硅、鳞片石墨加入聚乙烯醇溶液中，置于球磨罐内，常温下球磨3~5h，得混合泥浆；/n（3）将混合泥浆置于鼓风干燥箱中，在100~120℃的条件下干燥22~24h，得干燥泥料；/n（4）将干燥泥料置于造粒机中造粒，得球形素胚；/n（5）将球形素胚置于箱式电阻炉中，在1500~1800℃的条件下煅烧4~6h，随炉冷却至室温，得耐高温复相人造球形砂。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐高温复相人造球形砂的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为
（1）将聚乙烯醇加入去离子水中，在40~50℃的水浴条件下以200~240r/min转速搅拌12~16min，得聚乙烯醇溶液；
（2）将白云石、轻质氧化镁、锆英砂、碳化硅、鳞片石墨加入聚乙烯醇溶液中，置于球磨罐内，常温下球磨3~5h，得混合泥浆；
（3）将混合泥浆置于鼓风干燥箱中，在100~120℃的条件下干燥22~24h，得干燥泥料；
（4）将干燥泥料置于造粒机中造粒，得球形素胚；
（5）将球形素胚置于箱式电阻炉中，在1500~1800℃的条件下煅烧4~6h，随炉冷却至室温，得耐高温复相人造球形砂。


2.根据权利要求1所述的一种耐高温复相人造球形砂的制备方法，其特征在于，所述的白云石、轻质氧化镁、锆英砂、碳化硅、鳞片石墨、聚乙烯醇、去离子水的重量份为40~50份白云石、20~25份轻质氧化镁、8~10份锆英砂、4~5份碳化硅、4~5份鳞片石墨、16~20份聚乙烯醇、120~150份去离子水。


3.根据权利要求1所述的一种耐高温复相人造球形砂的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的球磨条件为公转200~300r/min、自转180~220r/min。


4.根据权利要求1所述的一种耐高温复相人造球形砂的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述的耐高温复相人造球形砂的平均粒径为0.4~1.0mm。


5.根据权利要求1所述的一种耐高温复相人造球形砂的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的轻质氧化镁的具体制备步骤为：
（1）将氢氧化镁加入去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢隆，
申请(专利权)人：谢隆，
类型：发明
国别省市：湖南;43