一种镁橄榄石球形砂及其制备方法和用途与流程

[0001]
本发明涉及精密铸造材料技术领域，具体而言，涉及一种镁橄榄石球形砂及其制备方法和用途。


背景技术：

[0002]
高锰钢(zgmn
13
)是一种含锰量在13％左右的高合金钢。由于其具有良好的加工硬化性能，在冲击磨料磨损的工况条件下，特别在强载荷冲击下使用，有优异的耐磨性和良好的韧性，故至今仍是世界各国通用的一种抗磨钢。它被广泛地用于冶金、矿山、电力机械、铁路运输、工程机械等方面。
[0003]
由于高锰钢的锰含量高，钢液属碱性，故铸造时，如果使用传统的石英砂，会因为石英砂属酸性材料，其中的sio
2
极易与呈碱性的高锰钢金属液中的mno
2
发生化学反应，生成低熔点的化合物，从而造成严重的化学粘砂，影响铸件的外表光洁度，甚至造成铸件的报废。
[0004]
目前，在高锰钢的熔炼或铸造时，多采用天然镁橄榄石砂作为造型材料，防止化学粘砂，例如专利cn 104557081 a一种防止化学粘砂铁水包专用耐火砖，采用富镁橄榄石和刚玉作为基做的耐火砖，能防止化学粘砂。其采用的富镁橄榄石和刚玉纯度高，价格昂贵。主要解决的是炉转的粘砂问题。铸造中常使用天然镁橄榄石砂作为造型材料，然而天然镁橄榄石砂由于是破碎加工形成的，砂粒多为尖角型，角形系数大，使用过程中破碎率高，回收率低，同时由于天然的镁橄榄石砂的表面孔洞多，所需粘结剂量大，砂芯强度低，大大限制了其使用范围。
[0005]
有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

[0006]
本发明的第一目的在于提供一种镁橄榄石球形砂的制备方法，所述的制备方法为一种人工合成镁橄榄石球形砂的方法，以菱镁矿和石英砂为主要原料，经破碎制粉、混料、制粒、干燥、筛分、烧结得到的镁橄榄石球形砂。
[0007]
本发明的第二目的在于提供一种镁橄榄石球形砂，该镁橄榄石球形砂具有角形系数低、粒型圆整、表面致密不孔洞、砂芯强度高、且热膨胀率低、化学性质呈碱性等优点，不易于高锰钢金属液中的mno
2
发生化学反应，同时重复利用率高。
[0008]
本发明的第三目的在于提供一种镁橄榄石球形砂在铸造高锰钢过程中的用途，所述镁橄榄石球形砂不仅能够满足铸造需要，还能够降低铸造粘结剂的使用量和铸造成成本，有效减少铸造工业废气的排放量。
[0009]
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
[0010]
一种镁橄榄石球形砂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]
(a)、将原料粉混匀、制粒，并在制粒的过程中喷洒粘结剂，经过抛光得到生坯球；
[0012]
所述原料包括菱镁矿、石英砂和助熔剂，且所述原料中mgo与sio
2
的摩尔比≥2：1，
所述助熔剂的添加量为所述原料粉质量的1％～5％；
[0013]
(b)、将步骤(a)得到的生坯球干燥、筛分、烧结，得到所述镁橄榄石球形砂。
[0014]
优选的，在步骤(a)中，所述原料粉的粒径小于400目。
[0015]
优选的，在步骤(a)中，所述菱镁矿中mgo的含量≥45wt％。
[0016]
优选的，在步骤(a)中，所述石英砂中sio
2
含量≥90wt％。
[0017]
优选的，在步骤(a)中，所述助熔剂包括镍矿渣、铝矾土和高岭土中的一种或者几种的组合；更优选的，所述镍矿渣中，cao含量≤4wt％，al
2
o
3
含量≤5wt％。
[0018]
优选的，在步骤(a)中，所述粘结剂包括pva、水溶性树脂、硅溶胶、水玻璃、羟甲基纤维素和纸浆废液中的至少一种；更优选的，所述粘结剂的质量浓度为0.3％～3％。
[0019]
优选的，在步骤(b)中，所述筛分后的生坯球的目数为30～140目。
[0020]
优选的，在步骤(b)中，所述烧结的温度为1350～1550℃，烧结的时间为1～3h。
[0021]
所述的镁橄榄石球形砂的制备方法所制备的镁橄榄石球形砂。
[0022]
所述的镁橄榄石球形砂在铸造高锰钢中的用途。
[0023]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0024]
(1)本发明所提供的镁橄榄石球形砂的制备方法，是一种人工合成镁橄榄石球形砂的方法，以菱镁矿和石英砂为主要原料，经破碎制粉、混料、制粒、干燥、筛分、烧结得到的镁橄榄石球形砂，具有原料来源广泛、生产工艺简单，适合大规模、工业化生产制备。
[0025]
(2)本发明所提供的镁橄榄石球形砂，具有角形系数低、粒型圆整、表面致密不孔洞、砂芯强度高、且热膨胀率低、化学性质呈碱性等优点，不易于高锰钢金属液中的mno
2
发生化学反应，同时重复利用率高。
[0026]
(3)本发明所提供的镁橄榄石球形砂在铸造高锰钢过程中的用途，不仅能够满足铸造需要，还能够降低铸造粘结剂的使用量和铸造成成本，有效减少铸造工业废气的排放量。
具体实施方式
[0027]
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0028]
本发明所提供的镁橄榄石球形砂的制备方法，具体包括以下步骤：
[0029]
(1)将菱镁矿、石英砂和助熔剂分别破碎制粉，粉料细度要求过400目筛的筛下物，即粒径小于0.038mm的粉末材料；
[0030]
(2)将以上三种粉料，按照一定的比例进行配料，配料要求混合料中mgo与sio
2
的摩尔比≥2：1，后将粉料利用混料机混合均匀，其中主要原料为菱镁矿和石英砂，助熔剂包括镍矿渣、铝矾土和高岭土中的一种或者几种的组合；
[0031]
其中，菱镁矿中mgo的含量≥45wt％(例如≥45wt％、≥50wt％、≥65wt％、≥80wt％)；石英砂中sio
2
含量≥90wt％(≥90wt％、≥95wt％、≥98wt％)；cao含量≤4wt％，
al
2
o
3
含量≤5wt％；
[0032]
(3)将一定量的混合后的原料置于制粒机中，向制粒机中喷加雾化粘结剂，其中粘结剂的质量浓度为0.3％～3％(例如0.3％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％)的pva、水溶性树脂、硅溶胶、水玻璃、羟甲基纤维素、纸浆废液等其中的一种或几种混合的水溶液，根据制粒机中物料的干湿程度分批次的加入一定量的混合粉料，直到生坯球的粒度合格，后在制粒机内将生坯球抛光20～30min(例如20min、25min、30min、)；
[0033]
(4)将上述生坯球干燥，优选的置于干燥机内烘干，烘干的热源可以采用的是回转窑的预热；
[0034]
(5)将烘干后的生坯进行筛分，其中30～140目的生坯球作为合格品进入下一步工序，大于30目和小于140目的生坯球，破碎打散后返回到混合料里，继续制粒用；
[0035]
(6)将筛分后合格的生坯球置于高温箱式炉或者回转窑中按进行烧结，其中高温箱式炉烧结用于配方的开发，回转窑用于批量生产，烧结温度1350～1550℃(例如1350℃、1400℃、1450℃、1500℃、1550℃)，优选为1400～1500℃，保温时间1～3h(例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h)，烧结后进入冷却机内进行冷却；
[0036]
(7)冷却后的砂进行筛分级配，分别得到30/50，40/70，50/100，70/140等规格的铸造用镁橄榄石球形砂。
[0037]
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0038]
在本发明所提供的实施例所使用的菱镁矿石中mgo含量44％，石英砂中sio
2
含量93％，镍矿渣中mgo含量28％，sio
2
含量40％。
[0039]
实施例1
[0040]
本实施例所提供的镁橄榄石球形砂的制备方法，具体包括以下步骤：
[0041]
1)、制粉：分别将菱镁矿石、石英砂和镍矿渣制成400目以下的细粉；
[0042]
2)、配料：取原料菱镁矿粉、石英粉和镍矿渣粉，分别测得，按摩尔比mgo：sio
2
≥2：1，取菱镁矿粉72份，石英粉25份，镍矿渣粉3份进行配料，并在混料机内混合均匀；
[0043]
3)、制粒：取一定量的上述混合料置于制粒机中，向制粒机中喷入雾化的粘结剂，粘结剂为质量浓度0.5％的pva水溶液，开始制粒，制粒过程中根据物料的干湿程度分批次加入干粉，加入干粉次数为十次，干粉加入完成后，关闭粘结剂溶液，将生坯球抛光30min；
[0044]
4)、烘干：将上述生坯球置于烘干机内进行烘干，烘干采用的是回转窑的余热；
[0045]
5)、筛分：通过滚筒筛将30目～140目之间的生坯球筛出待烧，其余部分破碎打散返回到混合料中继续进行制粒；
[0046]
6)、烧结：将筛分后的合格生坯球置于回转窑中进行烧结，烧结温度1400℃，烧成时间为3小时，烧结后进入冷却机内进行冷却；
[0047]
7)、筛分级配：将冷却后的砂进行筛分级配，分别得到30/50，40/70，50/100，70/140的铸造用烧结镁橄榄石球形砂。
[0048]
实施例1所制备得到的镁橄榄石球形砂的技术指标如表1所述。
[0049]
表1实施例1的镁橄榄石球形砂的技术指标
[0050][0051]
综上，本申请实施例1所提供的不同规格的镁橄榄石球形砂，具有角形系数低、粒型圆整、表面致密不孔洞、砂芯强度高、且热膨胀率低、化学性质呈碱性等优点，不易于高锰钢金属液中的mno
2
发生化学反应，同时重复利用率高。
[0052]
实施例2
[0053]
本实施例所提供的镁橄榄石球形砂的制备方法，具体包括以下步骤：
[0054]
1)、制粉：分别将菱镁矿石、石英砂和镍矿渣制成400目以下的细粉；
[0055]
2)、配料：取原料菱镁矿粉、石英粉和镍矿渣粉，分别测得，按摩尔比mgo：sio
2
≥2：1，取菱镁矿粉60份，石英粉20份，镍矿渣粉1份进行配料，并在混料机内混合均匀；
[0056]
3)、制粒：取一定量的上述混合料置于制粒机中，向制粒机中喷入雾化的粘结剂，粘结剂为质量浓度0.3％的pva水溶液，开始制粒，制粒过程中根据物料的干湿程度分批次加入干粉，加入干粉次数为十次，干粉加入完成后，关闭粘结剂溶液，将生坯球抛光20min；
[0057]
4)、烘干：将上述生坯球置于烘干机内进行烘干，烘干采用的是回转窑的余热；
[0058]
5)、筛分：通过滚筒筛将30目～140目之间的生坯球筛出待烧，其余部分破碎打散返回到混合料中继续进行制粒；
[0059]
6)、烧结：将筛分后的合格生坯球置于回转窑中进行烧结，烧结温度1350℃，烧成时间为3小时，烧结后进入冷却机内进行冷却；
[0060]
7)、筛分级配：将冷却后的砂进行筛分级配，分别得到30/50，40/70，50/100，70/140的铸造用烧结镁橄榄石球形砂。
[0061]
实施例3
[0062]
本实施例所提供的镁橄榄石球形砂的制备方法，具体包括以下步骤：
[0063]
1)、制粉：分别将菱镁矿石、石英砂和镍矿渣制成400目以下的细粉；
[0064]
2)、配料：取原料菱镁矿粉、石英粉和镍矿渣粉，分别测得，按摩尔比mgo：sio
2
≥2：1，取菱镁矿粉80份，石英粉30份，镍矿渣粉5份进行配料，并在混料机内混合均匀；
[0065]
3)、制粒：取一定量的上述混合料置于制粒机中，向制粒机中喷入雾化的粘结剂，粘结剂为质量浓度3％的pva水溶液，开始制粒，制粒过程中根据物料的干湿程度分批次加入干粉，加入干粉次数为十次，干粉加入完成后，关闭粘结剂溶液，将生坯球抛光20min；
[0066]
4)、烘干：将上述生坯球置于烘干机内进行烘干，烘干采用的是回转窑的余热；
[0067]
5)、筛分：通过滚筒筛将30目～140目之间的生坯球筛出待烧，其余部分破碎打散返回到混合料中继续进行制粒；
[0068]
6)、烧结：将筛分后的合格生坯球置于回转窑中进行烧结，烧结温度1550℃，烧成时间为1小时，烧结后进入冷却机内进行冷却；
[0069]
7)、筛分级配：将冷却后的砂进行筛分级配，分别得到30/50，40/70，50/100，70/140的铸造用烧结镁橄榄石球形砂。
[0070]
实施例4
[0071]
本实施例所提供的镁橄榄石球形砂的制备方法，具体包括以下步骤：
[0072]
1)、制粉：分别将菱镁矿石、石英砂和镍矿渣制成400目以下的细粉；
[0073]
2)、配料：取原料菱镁矿粉、石英粉和镍矿渣粉，分别测得，按摩尔比mgo：sio
2
≥2：1，取菱镁矿粉70份，石英粉25份，镍矿渣粉3份进行配料，并在混料机内混合均匀；
[0074]
3)、制粒：取一定量的上述混合料置于制粒机中，向制粒机中喷入雾化的粘结剂，粘结剂为质量浓度1％的水玻璃溶液，开始制粒，制粒过程中根据物料的干湿程度分批次加入干粉，加入干粉次数为十次，干粉加入完成后，关闭粘结剂溶液，将生坯球抛光25min；
[0075]
4)、烘干：将上述生坯球置于烘干机内进行烘干，烘干采用的是回转窑的余热；
[0076]
5)、筛分：通过滚筒筛将30目～140目之间的生坯球筛出待烧，其余部分破碎打散返回到混合料中继续进行制粒；
[0077]
6)、烧结：将筛分后的合格生坯球置于回转窑中进行烧结，烧结温度1500℃，烧成时间为2小时，烧结后进入冷却机内进行冷却；
[0078]
7)、筛分级配：将冷却后的砂进行筛分级配，分别得到30/50，40/70，50/100，70/140的铸造用烧结镁橄榄石球形砂。
[0079]
实施例5
[0080]
本实施例所提供的镁橄榄石球形砂的制备方法，具体包括以下步骤：
[0081]
1)、制粉：分别将菱镁矿石、石英砂和高岭土制成400目以下的细粉；
[0082]
2)、配料：取原料菱镁矿粉、石英粉和高岭土粉，分别测得，按摩尔比mgo：sio
2
≥2：1，取菱镁矿粉72份，石英粉25份，高岭土粉3份进行配料，并在混料机内混合均匀；
[0083]
3)、制粒：取一定量的上述混合料置于制粒机中，向制粒机中喷入雾化的粘结剂，粘结剂为质量浓度2％的羟甲基纤维素水溶液，开始制粒，制粒过程中根据物料的干湿程度分批次加入干粉，加入干粉次数为十次，干粉加入完成后，关闭粘结剂溶液，将生坯球抛光30min；
[0084]
4)、烘干：将上述生坯球置于烘干机内进行烘干，烘干采用的是回转窑的余热；
[0085]
5)、筛分：通过滚筒筛将30目～140目之间的生坯球筛出待烧，其余部分破碎打散返回到混合料中继续进行制粒；
[0086]
6)、烧结：将筛分后的合格生坯球置于回转窑中进行烧结，烧结温度1480℃，烧成时间为2.5小时，烧结后进入冷却机内进行冷却；
[0087]
7)、筛分级配：将冷却后的砂进行筛分级配，分别得到30/50，40/70，50/100，70/140的铸造用烧结镁橄榄石球形砂。
[0088]
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

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