CN106493284B - 一种核壳结构球形石英型砂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种核壳结构球形石英型砂及其制备方法。其技术方案是：按硅石∶碳化硅∶石灰石的质量比为100∶(10~15)∶(6~9)配料，球磨至粒度≤100μm，在马弗炉中于900~1000℃条件下煅烧0.5~1小时；再向煅烧后的混合粉末中加入占煅烧后的混合粉末30~40wt%的水，湿磨；将湿磨后的混合浆料加入喷雾干燥机中干燥5~8分钟，得到干燥后的混合粉末；然后按干燥后的混合粉末∶硅藻土∶硅粉的质量比为100∶(15~20)∶(1~4)配料，搅拌，得到前驱体粉末；将前驱体粉末在1450~1470℃条件下保温10~12小时，随炉冷却，筛选，即得核壳结构球形石英型砂。本发明工艺简单和成本低廉；制备的核壳结构球形石英型砂具有耐火度高、耐压强度大和球形度高的特点。
Description
技术领域
本发明属于石英型砂技术领域。具体涉及一种核壳结构球形石英型砂及其制备方法。
背景技术
型砂是铸造生产过程中重要的造型材料，其质量优劣决定了铸件的成品率。型砂一般由铸造原砂、粘结剂和辅助添加剂等经混炼(或热处理)而成，根据其主要化学成分不同可分为粘土型砂、莫来石型砂和石英型砂。
粘土型砂一般以粘土或高岭土等为主要原料，如“一种粘土型砂及其制备方法”(201210186998.X)、“一种可回收粘土型砂及其制备方法”(201410711119.X)、“一种手工造型用型砂及其制备方法”(201410711056.8)和“一种粘土铸造型砂及其制备方法”(201410607564.1)，或引入部分矿渣，如“一种铁矿渣粘土型砂及其制备方法”(201410710042.4)。上述粘土型砂的制备虽成本低廉和工艺简单，但粘土砂杂质含量较高，导致其强度较小。
莫来石型砂由于几乎不存在天然莫来石矿物，只能通过含Al2O3和SiO2的原料或预合成莫来石原料制备莫来石型砂，如“一种刚玉莫来石改性型砂及其制备方法”(201310481173.5)。虽然莫来石具有耐火度高、高温强度大及耐化学腐蚀性强等优点，但莫来石形成过程中伴随约6％的体积膨胀，且莫来石晶粒多呈棒状和柱状等形貌，导致莫来石型砂的球形度较差，进而影响其流动性。
石英型砂是研发较早，且应用较为广泛的型砂品种之一，一般以石英砂为原料，如“一种以石英砂为主料的型砂及其制作方法”(201310131234.5)，或废弃石英原料，如“一种废旧石英玻璃耐热铸造型砂及其制备方法”(201410711159.4)，辅以结合剂、分散剂和表面活性剂等，经混合而成。石英型砂的导热系数大，高温条件下(＞600℃)石英型砂的热震稳定性较好，但其结构单一，当温度≤600℃时，其热震稳定性急剧降低，进而对其应用造成了一定障碍。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单和成本低廉的核壳结构球形石英型砂的制备方法；用该方法制备的核壳结构球形石英型砂的耐火度高、耐压强度大和球形度高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
第一步、按硅石∶碳化硅∶石灰石的质量比为100∶(10～15)∶(6～9)，将硅石、碳化硅和石灰石加入球磨机中，球磨至粒度≤100μm，得到球磨后的混合粉末。
第二步、将球磨后的混合粉末置于马弗炉中煅烧，煅烧温度为900～1000℃，煅烧时间为0.5～1小时，得到煅烧后的混合粉末。
第三步、向煅烧后的混合粉末中加入占煅烧后的混合粉末30～40wt％的水，在球磨机中湿磨至粒度≤60μm，得到湿磨后的混合浆料。
第四步、将湿磨后的混合浆料加入喷雾干燥机中，在150～200℃条件下干燥5～8分钟，得到干燥后的混合粉末。
第五步、按干燥后的混合粉末∶硅藻土∶硅粉的质量比为100∶(15～20)∶(1～4)，将干燥后的混合粉末、硅藻土和硅粉加入搅拌机中搅拌10～15分钟，得到前驱体粉末。
第六步、将所述前驱体粉末置于回转窑中，在1450～1470℃条件下保温10～12小时，随炉自然冷却，筛选，即得核壳结构球形石英型砂。
所述硅石的主要化学成分是：SiO2含量≥98wt％，(Na2O+K2O)含量≤0.5wt％。
所述碳化硅的SiC含量≥98wt％。
所述石灰石的CaCO3含量≥98wt％。
所述硅藻土的主要化学成分是：SiO2含量≥94wt％，(Na2O+K2O)含量≤0.5wt％，Al2O3含量≤2wt％。
所述硅粉的Si含量≥98wt％。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本发明无需特殊的制备设备和处理技术，节省劳动力资源，工艺流程简单。
2、本发明以硅石和硅藻土为主要原料，其矿藏丰富，价格低廉，降低了核壳结构球形石英型砂的制备成本。
3、本发明通过预烧并结合湿磨技术，经喷雾干燥处理，提高了前驱体粉末的烧结活性和成球性，有利于提升核壳结构球形石英型砂的耐压强度。
4、本发明采用“金属-陶瓷”复相结合的手段，在高温烧成过程中原位形成微晶晶核与包覆层，提高了核壳结构球形石英型砂的热震稳定性，尤其改善了低温(温度≤600℃时)条件下的热震稳定性。
本发明所制备的核壳结构球形石英型砂经检测：耐火度为1550～1600℃；耐压强度为0.45～0.50MPa；球形度为0.96～0.99。
因此，本发明工艺简单和成本低廉；所制备的核壳结构球形石英型砂具有耐火度高、耐压强度大和球形度高的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。
本具体实施方式中：
所述硅石的主要化学成分是：SiO2含量≥98wt％，(Na2O+K2O)含量≤0.5wt％；
所述碳化硅的SiC含量≥98wt％；
所述石灰石的CaCO3含量≥98wt％；
所述硅藻土的主要化学成分是：SiO2含量≥94wt％，(Na2O+K2O)含量≤0.5wt％，Al2O3含量≤2wt％；
所述硅粉的Si含量≥98wt％。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种核壳结构球形石英型砂及其制备方法。所述制备方法的具体步骤是：
第一步、按硅石∶碳化硅∶石灰石的质量比为100∶(10～12)∶(6～8)，将硅石、碳化硅和石灰石加入球磨机中，球磨至粒度≤100μm，得到球磨后的混合粉末。
第二步、将球磨后的混合粉末置于马弗炉中煅烧，煅烧温度为900～960℃，煅烧时间为0.5～1小时，得到煅烧后的混合粉末。
第三步、向煅烧后的混合粉末中加入占煅烧后的混合粉末30～40wt％的水，在球磨机中湿磨至粒度≤60μm，得到湿磨后的混合浆料。
第四步、将湿磨后的混合浆料加入喷雾干燥机中，在150～200℃条件下干燥5～8分钟，得到干燥后的混合粉末。
第五步、按干燥后的混合粉末∶硅藻土∶硅粉的质量比为100∶(15～17)∶(1～3)，将干燥后的混合粉末、硅藻土和硅粉加入搅拌机中搅拌10～15分钟，得到前驱体粉末。
第六步、将所述前驱体粉末置于回转窑中，在1450～1470℃条件下保温10～12小时，随炉自然冷却，筛选，即得核壳结构球形石英型砂。
本实施例所制备的核壳结构球形石英型砂经检测：耐火度为1550～1580℃；耐压强度为0.45～0.47MPa；球形度为0.96～0.98。
实施例2
一种核壳结构球形石英型砂及其制备方法。所述制备方法的具体步骤是：
第一步、按硅石∶碳化硅∶石灰石的质量比为100∶(11～13)∶(6～8)，将硅石、碳化硅和石灰石加入球磨机中，球磨至粒度≤100μm，得到球磨后的混合粉末。
第二步、将球磨后的混合粉末置于马弗炉中煅烧，煅烧温度为900～960℃，煅烧时间为0.5～1小时，得到煅烧后的混合粉末。
第三步、向煅烧后的混合粉末中加入占煅烧后的混合粉末30～40wt％的水，在球磨机中湿磨至粒度≤60μm，得到湿磨后的混合浆料。
第四步、将湿磨后的混合浆料加入喷雾干燥机中，在150～200℃条件下干燥5～8分钟，得到干燥后的混合粉末。
第五步、按干燥后的混合粉末∶硅藻土∶硅粉的质量比为100∶(16～18)∶(1～3)，将干燥后的混合粉末、硅藻土和硅粉加入搅拌机中搅拌10～15分钟，得到前驱体粉末。
第六步、将所述前驱体粉末置于回转窑中，在1450～1470℃条件下保温10～12小时，随炉自然冷却，筛选，即得核壳结构球形石英型砂。
本实施例所制备的核壳结构球形石英型砂经检测：耐火度为1550～1580℃；耐压强度为0.46～0.48MPa；球形度为0.96～0.98。
实施例3
一种核壳结构球形石英型砂及其制备方法。所述制备方法的具体步骤是：
第一步、按硅石∶碳化硅∶石灰石的质量比为100∶(12～14)∶(7～9)，将硅石、碳化硅和石灰石加入球磨机中，球磨至粒度≤100μm，得到球磨后的混合粉末。
第二步、将球磨后的混合粉末置于马弗炉中煅烧，煅烧温度为940～1000℃，煅烧时间为0.5～1小时，得到煅烧后的混合粉末。
第三步、向煅烧后的混合粉末中加入占煅烧后的混合粉末30～40wt％的水，在球磨机中湿磨至粒度≤60μm，得到湿磨后的混合浆料。
第四步、将湿磨后的混合浆料加入喷雾干燥机中，在150～200℃条件下干燥5～8分钟，得到干燥后的混合粉末。
第五步、按干燥后的混合粉末∶硅藻土∶硅粉的质量比为100∶(17～19)∶(2～4)，将干燥后的混合粉末、硅藻土和硅粉加入搅拌机中搅拌10～15分钟，得到前驱体粉末。
第六步、将所述前驱体粉末置于回转窑中，在1450～1470℃条件下保温10～12小时，随炉自然冷却，筛选，即得核壳结构球形石英型砂。
本实施例所制备的核壳结构球形石英型砂经检测：耐火度为1570～1600℃；耐压强度为0.47～0.49MPa；球形度为0.97～0.99。
实施例4
一种核壳结构球形石英型砂及其制备方法。所述制备方法的具体步骤是：
第一步、按硅石∶碳化硅∶石灰石的质量比为100∶(13～15)∶(7～9)，将硅石、碳化硅和石灰石加入球磨机中，球磨至粒度≤100μm，得到球磨后的混合粉末。
第二步、将球磨后的混合粉末置于马弗炉中煅烧，煅烧温度为940～1000℃，煅烧时间为0.5～1小时，得到煅烧后的混合粉末。
第三步、向煅烧后的混合粉末中加入占煅烧后的混合粉末30～40wt％的水，在球磨机中湿磨至粒度≤60μm，得到湿磨后的混合浆料。
第四步、将湿磨后的混合浆料加入喷雾干燥机中，在150～200℃条件下干燥5～8分钟，得到干燥后的混合粉末。
第五步、按干燥后的混合粉末∶硅藻土∶硅粉的质量比为100∶(18～20)∶(2～4)，将干燥后的混合粉末、硅藻土和硅粉加入搅拌机中搅拌10～15分钟，得到前驱体粉末。
第六步、将所述前驱体粉末置于回转窑中，在1450～1470℃条件下保温10～12小时，随炉自然冷却，筛选，即得核壳结构球形石英型砂。
本实施例所制备的核壳结构球形石英型砂经检测：耐火度为1570～1600℃；耐压强度为0.48～0.50MPa；球形度为0.97～0.99。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本具体实施方式无需特殊的制备设备和处理技术，节省劳动力资源，工艺流程简单。
2、本具体实施方式以硅石和硅藻土为主要原料，其矿藏丰富，价格低廉，降低了核壳结构球形石英型砂的制备成本。
3、本具体实施方式通过预烧并结合湿磨技术，经喷雾干燥处理，提高了前驱体粉末的烧结活性和成球性，有利于提升核壳结构球形石英型砂的耐压强度；
4、本具体实施方式采用“金属-陶瓷”复相结合的手段，在高温烧成过程中原位形成微晶晶核与包覆层，提高了核壳结构球形石英型砂的热震稳定性，尤其改善了低温(温度≤600℃时)条件下的热震稳定性。
本具体实施方式所制备的核壳结构球形石英型砂经检测：耐火度为1550～1600℃；耐压强度为0.45～0.50MPa；球形度为0.96～0.99。
因此，本具体实施方式工艺简单和成本低廉；所制备的核壳结构球形石英型砂具有耐火度高、耐压强度大和球形度高的特点。
Claims (7)
1.一种核壳结构球形石英型砂的制备方法，其特征在于所述制备方法的具体步骤是：
第一步、按硅石∶碳化硅∶石灰石的质量比为100∶(10～15)∶(6～9)，将硅石、碳化硅和石灰石加入球磨机中，球磨至粒度≤100μm，得到球磨后的混合粉末；
第二步、将球磨后的混合粉末置于马弗炉中煅烧，煅烧温度为900～1000℃，煅烧时间为0.5～1小时，得到煅烧后的混合粉末；
第三步、向煅烧后的混合粉末中加入占煅烧后的混合粉末30～40wt％的水，在球磨机中湿磨至粒度≤60μm，得到湿磨后的混合浆料；
第四步、将湿磨后的混合浆料加入喷雾干燥机中，在150～200℃条件下干燥5～8分钟，得到干燥后的混合粉末；
第五步、按干燥后的混合粉末∶硅藻土∶硅粉的质量比为100∶(15～20)∶(1～4)，将干燥后的混合粉末、硅藻土和硅粉加入搅拌机中搅拌10～15分钟，得到前驱体粉末；
第六步、将前驱体粉末置于回转窑中，在1450～1470℃条件下保温10～12小时，随炉自然冷却，筛选，即得核壳结构球形石英型砂。
2.根据权利要求1所述的核壳结构球形石英型砂的制备方法，其特征在于所述硅石的主要化学成分是：SiO2含量≥98wt％，Na2O+K2O≤0.5wt％。
3.根据权利要求1所述的核壳结构球形石英型砂的制备方法，其特征在于所述碳化硅的SiC含量≥98wt％。
4.根据权利要求1所述的核壳结构球形石英型砂的制备方法，其特征在于所述石灰石的CaCO3含量≥98wt％。
5.根据权利要求1所述的核壳结构球形石英型砂的制备方法，其特征在于所述硅藻土的主要化学成分是：SiO2含量≥94wt％，Na2O+K2O≤0.5wt％，Al2O3含量≤2wt％。
6.根据权利要求1所述的核壳结构球形石英型砂的制备方法，其特征在于所述硅粉的Si含量≥98wt％。
7.一种核壳结构球形石英型砂，其特征在于所述核壳结构球形石英型砂是根据权利要求1～6项中任一项所述的核壳结构球形石英型砂的制备方法所制备的核壳结构球形石英型砂。
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