[发明专利]一种尖晶石质铸造砂及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种新型人造球形铸造砂制备方法，具体涉及一种使用铝矾土与工业氧化镁制备的高性能球形砂及其生产工艺。

背景技术：

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。

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。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。

发明内容：

本发明的目的就是解决上述不足，提供一种原材料廉价、制造工艺简单、且能产生具有尖晶石相，具有环保、耐高温、高强度、低的热膨胀率、回用性能好的新型人造球形砂制备方法。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：按化学计量比称取铝矾土、工业氧化镁粉，利用ZrO₂为添加剂，并加入适量粘结剂，混料、湿磨、烘干后，在成球机中成球，最后置于硅钼棒箱式炉中在1550℃左右烧结保温5h，随炉冷却后取出过20～70目筛，即得表面光滑、环保、耐高温、抗侵蚀性好、高强度、低热膨胀率、回用性能好的新型人造球形砂。

所述的铝矾土、工业氧化镁及氧化锆粒度均小于0.054mm，即均过300目筛。

所述铝矾土规格为Al₂O₃含量在72.9％wt，铝矾土主要成分为Al₂O₃，其中Fe₂O₃含量为3.9％，TiO₂含量为3.9％，SiO₂含量为2.5％。

所述工业氧化镁规格为MgO含量98％wt，

所述的氧化锆为工业用纯度较高的氧化锆，其含量为99％wt。

所述的生坯干燥为置于恒温干燥箱中，110℃下干燥24h。

所述的烧结制度为烧结温度为1550℃，所述的烧结制度为：升温速率为：25℃→250℃，4℃/min；250℃保温10min；250℃→1100℃，9℃/min；1100℃→1550℃，7℃/min；1550℃保温5h；1550℃→800℃，6℃/min；800℃→室温，随炉冷却。采用上述工艺制备的球形砂，除存在尖晶石相外，还包含尖晶石固溶体、镁铁橄榄石相。

本发明的优点在于：(1)该球形砂为尖晶石质，属于新品种与新体系。(2)该球砂的制备采用常压固相烧结法制备，摒弃传统制备方法。(3)耐火度高于1800℃，完全满足型砂的耐火度要求；(4)试样的荷重软化温度T₅高于1500℃；(5)采用氧化锆作为添加剂，降低烧结温度的同时提高型砂高温力学性能；(6)角形系数小于1.1，大幅度提高型砂填充率与铸型透气率；(7)该化学成分可提高型砂高温抗渣性能；(8)粘结剂的加入量低，对铸件的气孔缺陷有较好的抑制作用；(9)高强度、低的破损率、回用性好。

具体实施方式：

为了更好地理解本发明，以下结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：