[发明专利]无定形石墨砂

说明书

本发明系一种铸造用砂，作配制型、芯混合料时用的原砂。

截至目前，无定形石墨在铸造业中的主要用途，是以粉状作为型、芯的涂料、敷料或型、芯混合料中的一种辅料，而从未有将此种矿物加工成砂粒状作铸造用砂的先例。本发明是将天然的无定形石墨矿物加工成为砂粒状物料，其石墨含量在90%以下，在铸造生产中作为配制型、芯混合料用的原砂，用作制造浇铸某些性能特别的金属及要求特殊的铸件的型、芯用砂。特别是，此种砂不仅可以用石墨碳含量较高的矿石来加工成，而且也可以用目前在无定形石墨加工业中一般作为贫矿和尾矿而丢弃的、石墨碳含量在65%以下的矿石来加工而成。

长期以来，随着性能更活泼及熔点更高的铸造金属的出现，随着对铸件质量要求的不断提高，对型砂和铸型的性能也不断提出了新的要求，因此，一直在寻找传统的石英砂之外的新的铸造用砂，诚如锆砂、镁砂、铬铁矿砂、电熔刚玉、橄榄石砂、以及我国在七十年代所曾大力宣传推广过的石灰石砂等的出现所表明。这些新出现的铸造用砂，在性能、价格、来源上，存在着一些公知的不足之处，例如石灰石砂的回用性差，铸件易产生气孔以及缩沉等;锆砂价格每吨高达数千元，铬铁矿砂我国几乎完全依靠进口，等等，人们研究的另一类新型铸造用砂，是以具有远为更高的耐火度、导热率、化学稳定性等等一系列理想性能的石墨碳或焦炭碳所制造的碳素砂。这种全新的铸造用砂，不仅成为高熔点合金、镁、钛等易氧化金属或合金铸造时的性能理想的铸造用砂，而且，由于它的高导热率，可以用它制成具有激冷铸造金属的能力的型、芯，以获得在气密性或晶粒细密度方面有较高要求的铸件;更为特殊的是，由于这种激冷型型、芯具有良好的退让性、透气性和溃散性，以及不受铸件批量和尺寸限制的特点，故比金属型、石墨型等刚性激冷型铸型具有更广泛的用途。

但是，对碳素砂的研究，一直主要集中在人造焦炭，人造石墨等人造的高纯度材料上，如英国专利798249、美国专利2830342、2830913所述及的用石油渣油加工成的、固定碳含量94%以上的煅烧流化焦炭砂及其在铸造生产上的应用情况，美国费城法兰克福兵工厂以纯度98%以上的人造电炉石墨粉作为镁-锂合金铸造用砂，以及我国大连造船厂以高纯度人造石墨制品碎屑作为大型柴油机缸套铸造的芯砂等，这些材料不仅来源有限，而且价格昂贵，如人造电炉石墨粉，每吨价格高达数千元，煅烧流化焦炭砂以石油渣油为原料，价格也较昂贵。因此，这些砂在铸造生产中推广实用的可能性甚微。

本发明的目的，正在于利用无定形石墨这种丰富的、目前有过剩供应能力的天然矿物，制造一种价廉、来源丰富而性能又能同样满足需要的铸造用砂。

绝大多数无定形石墨矿石，除隐晶形石墨外，主要含粘土类矿物，而且石墨晶粒分散地镶嵌于粘土矿物之中，形成分散构造的构造形式，即石墨晶粒由粘土矿物所粘连了起来，因此矿石在破碎时不仅可以得到砂粒状的颗粒形状，而且在铸造生产条件下，可多次回用。显然，若矿石中除隐晶形石墨及粘土矿物以外的其他矿物，如显晶形石墨、游离二氧化碳、三氧化二铝、长石等的含量愈多，则所制得的砂的颗粒形状及回用性便愈差。因此，用来制造无定形石墨砂的矿石含这些杂质的量，应尽量低，以不超过20%为宜。同时，为了保证无定形石墨砂的物理化学性能和颗粒强度，矿石中石墨碳与粘土也必须保持一定的含量，一般来说，石墨碳含量以高于30%、粘土含量以高于10%为宜。

矿石在经过初选并按含碳量分类后，或者在制成供用于配制型芯混合料的原砂之前，须经焙烧处理，以去除其中粘土矿物所含的结合水，因此，焙烧温度是根据所含粘土矿物种类，即该种粘土结合水的分解温度来确定的。在传统的无定形石墨加工业中，无论是加工石墨粉或石墨粒，矿石在粉碎之前只进行去除吸附水的烘干处理，结合水是不预去除的。

无定形石墨砂的粒度，以居于6目到100目为宜，它可以由此一粒度范围内的一种，亦可以数种粒度所构成，但在任何情况下，都应对筛下物的含量比对筛上物的含量作更严格的限定，因为无定形石墨的比重比各种传统砂小得多，筛下物含量愈多，引致黑色粉尘污染的可能性就愈大，出于同样的考虑，细于100目的无定形石墨粉碎物是不宜作为铸造用砂来使用的。

生产无定形石墨砂的工艺流程可采用两种方案：1.采用生产人造石英砂时使用的同类破碎设备，如颚式、锤式破碎机等来粉碎，再用机械筛筛分。2.将这种型砂的制备与传统的石墨粉、石墨粒的生产结合起来，筛分出6目到100目范围的作铸造用砂，6目以上、100目以下的则作为石墨粒和石墨粉。

无定形石墨砂除按粒度分类外，同时还按石墨碳的含量分类，石墨碳含量愈高，它的性能便愈接近于人造石墨砂，反之愈接近于石英砂等传统砂，如是，以期充分利用资源，合理选用型砂。