一种提高铸造用型砂流动性的加工工艺

技术领域

本发明属于铸造型砂技术领域，具体涉及一种提高铸造用型砂流动性的加工工艺。

背景技术

型砂在铸造生产中的作用极为重要，因型砂的质量不好而造成的铸件废品约占铸件总废品量的30～50%。铸造生产通常对型砂的要求是：具有较高的强度和热稳定性，以承受各种外力和高温的作用；良好的流动性，即型砂在外力或本身重力作用下砂粒间相互移动的能力；一定的可塑性，即型砂在外力作用下变形，当外力去除后能保持所给予的形状的能力；较好的透气性，即型砂孔隙透过气体的能力；高的出砂性，又称溃散性，即在铸件凝固后型砂是否容易破坏，是否容易从铸件上清除的性能。

型砂一般由铸造用原砂、型砂粘结剂和辅加物等造型材料按一定的比例混合而成。用砂型生产的铸件占铸件生产总量的80%以上。型砂品质的好坏直接影响铸件的外表质量及铸件产生砂眼、气孔、夹砂等铸造缺陷。随着铸造技术的不断发展，对型砂的性能要求越来越高，目前市场上用于铸造的型砂存在着流动性差的缺点，从而影响铸造件的质量。因此，提高型砂的流动性能对提升铸造件的品质具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高铸造用型砂流动性的加工工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种提高铸造用型砂流动性的加工工艺，具体工艺方法如下：

1）称取适量的蒙脱土加入到装有蒸馏水的容器中，剧烈搅拌3-5h，形成的分散液放置20-25h，称取适量的磷酸蜜胺盐分散在蒸馏水中，升温至30-35℃，在500-600r/min搅拌下缓慢加入到90-95℃的蒙脱土悬浮液中，反应3-4h，待反应结束后，冷却至室温，过滤后将产物用蒸馏水反复洗涤，烘干粉碎后得到预处理蒙脱土；

2）称取适量的硼酸加入到腐殖酸铵溶液中，在90-95℃下剧烈搅拌蒸干，将得到的固体充分研磨，在氮气气氛下升温至700-800℃处理1-2h，将得到的产物用氢氧化钠溶液回流处理2-3h，再用去离子水离心洗涤至中性，置于鼓风干燥箱中100-120℃下干燥至恒重，得到预处理多孔碳纳米片；

3）称取适量的石英砂，电熔锆砂加入到混砂机中进行低速搅拌1-2h，在搅拌过程中混砂机进行加热升温至200-230℃并保温处理3-5h，然后加入适量的硅酸铝耐火纤维，高速搅拌30-50min，得到混合物料；

4）从混砂机的加料口加入适量的预处理蒙脱土、预处理多孔碳纳米片、硅微粉、高岭土、硅酸钠、空心玻璃微珠，搅拌处理20-30min，然后降温至100-150℃，依次加入硅烷偶联剂、粘结剂以及溃散剂和固化剂，继续搅拌30-40min，待冷却至室温后取出，粉碎过300-400目筛，即可得到所需的高流动性型砂。

进一步，所述蒙脱土与蒸馏水的质量体积比为1:30-40g/mL；所述磷酸蜜胺盐与蒸馏水的质量体积比为1:40-50g/mL；所述反应体系中，蒙脱土与磷酸蜜胺盐的质量比为3-5:1；所述剧烈搅拌转速为800-900r/min；所述预处理蒙脱土的粒径为20-30μm。

进一步，所述硼酸与腐殖酸铵溶质的质量比为1.5-2:1；所述剧烈搅拌的转速为600-700r/min；所述研磨后的粒径为10-20μm；所述氢氧化钠溶液的浓度为2-2.5mol/L。

进一步，所述石英砂与电熔锆砂的质量比为2-3:1；所述低速搅拌的转速为200-300r/min；所述硅酸铝耐火纤维的添加量为石英砂质量的2-3%；所述高速搅拌的转速为1000-1200r/min。

进一步，所述预处理蒙脱土、预处理多孔碳纳米片、硅微粉、高岭土、硅酸钠、空心玻璃微珠的添加量占混合物料总质量的5-8%、4-6%、2-3%、3-4%、1-1.5%以及0.8-1.3%；所述硅烷偶联剂、粘结剂、溃散剂和固化剂的添加量占混合物料总质量的0.5-0.8%、1-1.3%、1-2%以及1.5-2.0%；所述搅拌转速为150-200r/min。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明中，使用磷酸蜜胺盐对蒙脱土进行插层处理，可以有效的提高蒙脱土的表面光滑度，并使其平坦舒展，粒子呈规则的排列状态，从而使得得到的预处理蒙脱土具有光滑的表面结构；采用腐殖酸铵为前驱体，硼酸为多功能助剂，通过进行高温碳化处理，从而可以获得片状结构的多孔碳纳米片，通过将预处理蒙脱土和预处理多孔碳纳米片加入到型砂中，可以有效的降低型砂颗粒之间的摩擦阻力，提高了砂粒间相互移动的能力，从而使得型砂的流动性得到提升，达到改善铸造件表面质量的效果，避免铸造件出现落砂、夹砂等缺陷的出现，使得铸造件的品质得到提高。

具体实施方式

下面结合具体实施方法对本发明做进一步的说明。

实施例1

一种提高铸造用型砂流动性的加工工艺，具体工艺方法如下：

1）称取适量的蒙脱土加入到装有蒸馏水的容器中，剧烈搅拌3h，形成的分散液放置20h，称取适量的磷酸蜜胺盐分散在蒸馏水中，升温至30℃，在500r/min搅拌下缓慢加入到90℃的蒙脱土悬浮液中，反应3h，待反应结束后，冷却至室温，过滤后将产物用蒸馏水反复洗涤，烘干粉碎后得到预处理蒙脱土；

2）称取适量的硼酸加入到腐殖酸铵溶液中，在90℃下剧烈搅拌蒸干，将得到的固体充分研磨，在氮气气氛下升温至700℃处理1h，将得到的产物用氢氧化钠溶液回流处理2h，再用去离子水离心洗涤至中性，置于鼓风干燥箱中100℃下干燥至恒重，得到预处理多孔碳纳米片；

3）称取适量的石英砂，电熔锆砂加入到混砂机中进行低速搅拌1h，在搅拌过程中混砂机进行加热升温至200℃并保温处理3h，然后加入适量的硅酸铝耐火纤维，高速搅拌30min，得到混合物料；

4）从混砂机的加料口加入适量的预处理蒙脱土、预处理多孔碳纳米片、硅微粉、高岭土、硅酸钠、空心玻璃微珠，搅拌处理20min，然后降温至100℃，依次加入硅烷偶联剂、粘结剂以及溃散剂和固化剂，继续搅拌30min，待冷却至室温后取出，粉碎过300目筛，即可得到所需的高流动性型砂。

进一步，所述蒙脱土与蒸馏水的质量体积比为1:30g/mL；所述磷酸蜜胺盐与蒸馏水的质量体积比为1:40g/mL；所述反应体系中，蒙脱土与磷酸蜜胺盐的质量比为3:1；所述剧烈搅拌转速为800r/min；所述预处理蒙脱土的粒径为20μm。

进一步，所述硼酸与腐殖酸铵溶质的质量比为1.5:1；所述剧烈搅拌的转速为600r/min；所述研磨后的粒径为10μm；所述氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L。

进一步，所述石英砂与电熔锆砂的质量比为2:1；所述低速搅拌的转速为200r/min；所述硅酸铝耐火纤维的添加量为石英砂质量的2%；所述高速搅拌的转速为1000r/min。

进一步，所述预处理蒙脱土、预处理多孔碳纳米片、硅微粉、高岭土、硅酸钠、空心玻璃微珠的添加量占混合物料总质量的5%、4%、2%、3%、1%以及0.8%；所述硅烷偶联剂、粘结剂、溃散剂和固化剂的添加量占混合物料总质量的0.5%、1%、1%以及1.5%；所述搅拌转速为150r/min。

实施例2

一种提高铸造用型砂流动性的加工工艺，具体工艺方法如下：

1）称取适量的蒙脱土加入到装有蒸馏水的容器中，剧烈搅拌4h，形成的分散液放置23h，称取适量的磷酸蜜胺盐分散在蒸馏水中，升温至32℃，在550r/min搅拌下缓慢加入到92℃的蒙脱土悬浮液中，反应3.5h，待反应结束后，冷却至室温，过滤后将产物用蒸馏水反复洗涤，烘干粉碎后得到预处理蒙脱土；

2）称取适量的硼酸加入到腐殖酸铵溶液中，在92℃下剧烈搅拌蒸干，将得到的固体充分研磨，在氮气气氛下升温至750℃处理1.5h，将得到的产物用氢氧化钠溶液回流处理2.5h，再用去离子水离心洗涤至中性，置于鼓风干燥箱中110℃下干燥至恒重，得到预处理多孔碳纳米片；

3）称取适量的石英砂，电熔锆砂加入到混砂机中进行低速搅拌1.5h，在搅拌过程中混砂机进行加热升温至210℃并保温处理4h，然后加入适量的硅酸铝耐火纤维，高速搅拌40min，得到混合物料；

4）从混砂机的加料口加入适量的预处理蒙脱土、预处理多孔碳纳米片、硅微粉、高岭土、硅酸钠、空心玻璃微珠，搅拌处理25min，然后降温至130℃，依次加入硅烷偶联剂、粘结剂以及溃散剂和固化剂，继续搅拌35min，待冷却至室温后取出，粉碎过300目筛，即可得到所需的高流动性型砂。

进一步，所述蒙脱土与蒸馏水的质量体积比为1:35g/mL；所述磷酸蜜胺盐与蒸馏水的质量体积比为1:45g/mL；所述反应体系中，蒙脱土与磷酸蜜胺盐的质量比为4:1；所述剧烈搅拌转速为850r/min；所述预处理蒙脱土的粒径为25μm。

进一步，所述硼酸与腐殖酸铵溶质的质量比为1.8:1；所述剧烈搅拌的转速为650r/min；所述研磨后的粒径为15μm；所述氢氧化钠溶液的浓度为2.3mol/L。

进一步，所述石英砂与电熔锆砂的质量比为2.5:1；所述低速搅拌的转速为250r/min；所述硅酸铝耐火纤维的添加量为石英砂质量的2.5%；所述高速搅拌的转速为1100r/min。

进一步，所述预处理蒙脱土、预处理多孔碳纳米片、硅微粉、高岭土、硅酸钠、空心玻璃微珠的添加量占混合物料总质量的6%、5%、2.5%、3.5%、1.2%以及1.1%；所述硅烷偶联剂、粘结剂、溃散剂和固化剂的添加量占混合物料总质量的0.7%、1.2%、1.5%以及1.8%；所述搅拌转速为175r/min。

实施例3

一种提高铸造用型砂流动性的加工工艺，具体工艺方法如下：

1）称取适量的蒙脱土加入到装有蒸馏水的容器中，剧烈搅拌5h，形成的分散液放置25h，称取适量的磷酸蜜胺盐分散在蒸馏水中，升温至35℃，在600r/min搅拌下缓慢加入到95℃的蒙脱土悬浮液中，反应4h，待反应结束后，冷却至室温，过滤后将产物用蒸馏水反复洗涤，烘干粉碎后得到预处理蒙脱土；

2）称取适量的硼酸加入到腐殖酸铵溶液中，在95℃下剧烈搅拌蒸干，将得到的固体充分研磨，在氮气气氛下升温至800℃处理2h，将得到的产物用氢氧化钠溶液回流处理3h，再用去离子水离心洗涤至中性，置于鼓风干燥箱中120℃下干燥至恒重，得到预处理多孔碳纳米片；

3）称取适量的石英砂，电熔锆砂加入到混砂机中进行低速搅拌2h，在搅拌过程中混砂机进行加热升温至230℃并保温处理5h，然后加入适量的硅酸铝耐火纤维，高速搅拌50min，得到混合物料；

4）从混砂机的加料口加入适量的预处理蒙脱土、预处理多孔碳纳米片、硅微粉、高岭土、硅酸钠、空心玻璃微珠，搅拌处理30min，然后降温至150℃，依次加入硅烷偶联剂、粘结剂以及溃散剂和固化剂，继续搅拌40min，待冷却至室温后取出，粉碎过400目筛，即可得到所需的高流动性型砂。

进一步，所述蒙脱土与蒸馏水的质量体积比为1:40g/mL；所述磷酸蜜胺盐与蒸馏水的质量体积比为1:50g/mL；所述反应体系中，蒙脱土与磷酸蜜胺盐的质量比为5:1；所述剧烈搅拌转速为900r/min；所述预处理蒙脱土的粒径为30μm。

进一步，所述硼酸与腐殖酸铵溶质的质量比为2:1；所述剧烈搅拌的转速为700r/min；所述研磨后的粒径为20μm；所述氢氧化钠溶液的浓度为2.5mol/L。

进一步，所述石英砂与电熔锆砂的质量比为3:1；所述低速搅拌的转速为300r/min；所述硅酸铝耐火纤维的添加量为石英砂质量的3%；所述高速搅拌的转速为1200r/min。

进一步，所述预处理蒙脱土、预处理多孔碳纳米片、硅微粉、高岭土、硅酸钠、空心玻璃微珠的添加量占混合物料总质量的8%、6%、3%、4%、1.5%以及1.3%；所述硅烷偶联剂、粘结剂、溃散剂和固化剂的添加量占混合物料总质量的0.8%、1.3%、2%以及2.0%；所述搅拌转速为200r/min。

对比例1：去除工艺步骤1），其余与实施例1相同。

对比例2：去除工艺步骤2），其余与实施例1相同。

对照组：去除工艺步骤1-2），其余与实施例1相同。

测试实验

将实施例1-3以及对比例1-2和对照组提供的型砂进行流动性测试，然后将是实施例1-3以及对比例1-2型砂的流动性与对照组进行对比，结果如下：相比较对照组提供的型砂，实施例1型砂流动性提高63.2%，实施例2型砂流动性提高64.3%，实施例3型砂流动性提高62.7%，对比例1型砂流动性提高27.5%，对比例2型砂流动性提高36.4%。

通过上述试验结果可知，本发明提供的型砂具有高流动性，达到改善铸造件表面质量的效果，避免铸造件出现落砂、夹砂等缺陷的出现，使得铸造件的品质得到提高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。