一种铸造用陶粒砂的制备方法

摘要

本发明涉及陶粒砂生产技术领域，尤其涉及一种铸造用陶粒砂的制备方法，包括以下制备步骤：(1)将铸造除尘灰、铸造再生灰、铝矾土按配比混合均匀，然后进行风选球磨，得到混合物A；(2)将氧化铝粉、粘结剂按配比称重后添加到混合物A中，混合均匀，得到混合物B；(3)将混合物B加水造粒、整形、筛分、烘干、焙烧、冷却，即得到陶粒砂。利用本发明制备的铸造用陶粒砂，以固体废弃物铸造除尘灰和铸造再生灰为主要原料，一方面降低了铸造用陶粒砂的制备成本，另一方面实现了固废资源的二次利用，节能环保且附加值较高；利用本发明制备的铸造用陶粒砂形状规整、抗压强度和耐热性能好，具有较高的质量等级。

权利要求

1.一种铸造用陶粒砂的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：（1）将铸造除尘灰15‑25份、铸造再生灰15‑30份、铝矾土45‑60份按配比混合均匀，然后进行风选球磨，得到混合物A；

（2）将氧化铝粉10‑25份、粘结剂1‑3份按配比称重后添加到混合物A中，混合均匀，得到混合物B；

（3）将混合物B加水造粒、整形、筛分、烘干、焙烧、冷却，即得到陶粒砂；造粒过程中造粒机的转速为4000‑4800r/min，混合2‑8min，然后调整转速至2500‑3500r/min，混合2‑4min；

所述焙烧为两段焙烧，一段焙烧为在700‑850℃下焙烧1‑1.5h，二段焙烧为在1300‑1800℃下焙烧1‑4h。

2.根据权利要求1所述的铸造用陶粒砂的制备方法，其特征在于，所述铸造用陶粒砂的原料由以下重量份的组分组成：铸造除尘灰20份、铸造再生灰20份、铝矾土50份、氧化铝粉

10份、粘结剂2份。

3.根据权利要求1所述的铸造用陶粒砂的制备方法，其特征在于，所述氧化铝粉的粒度高于600目。

4.根据权利要求1所述的铸造用陶粒砂的制备方法，其特征在于，所述粘结剂的组分包括CMC胶粉、聚乙烯醇胶粉、膨润土中一种或几种。

5.根据权利要求1所述的铸造用陶粒砂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中风选后的粉尘粒度高于800目。

6.根据权利要求1所述的铸造用陶粒砂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中加水的含量为混合物B总量的18‑30%。

7.根据权利要求1所述的铸造用陶粒砂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中筛分出的陶粒球粒度为40/140目。

说明书

一种铸造用陶粒砂的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及陶粒砂生产技术领域，尤其涉及一种铸造用陶粒砂的制备方法。

背景技术

[0002] 铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。陶粒砂是现代铸造生产中用来配制型砂和芯砂的一种常用造型材料，利用各类粘土、板岩、页岩、煤矸石及工业固体废弃物等多种原料经过陶瓷烧结而成。现有技术中的大部分陶粒砂或是耐火度低，或是成本高，仅适合以覆膜砂为工艺的小件生产，无法广泛的应用于铸造行业。

[0003] 铸造是现代装置制造工业的基础工艺之一，我国也是铸造大国，每年因铸造产生大量的铸造除尘灰，据统计每生产1吨砂芯铸件约会产生0.1‑0.2吨铸造除尘灰。我国每年有大量的铸造除尘灰作为固体废弃物被填埋，不仅处理效率低，而且容易对环境造成二次污染；少部分用于制备免烧结陶粒替代石子及用于水泥生产，但其附加价值较低。因此铸造除尘灰的利用已经是铸造业亟待解决的问题。

发明内容

[0004] 为了解决上述问题，在现有利用铸造废灰制备免烧结陶粒的基础上，本发明提供了一种利用铸造除尘灰制备铸造用陶粒砂的方法，为铸造废灰的再利用提供了一种新的方式。

[0005] 本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种铸造用陶粒砂的制备方法，包括如下步骤：

[0007] (1)将铸造除尘灰、铸造再生灰、铝矾土按配比混合均匀，然后进行风选球磨，得到混合物A；

[0008] (2)将氧化铝粉、粘结剂按配比称重后添加到混合物A中，混合均匀，得到混合物B；

[0009] (3)将混合物B加水造粒、整形、筛分、烘干、焙烧、冷却，即得到铸造用陶粒砂。

[0010] 进一步的，铸造用陶粒砂的原料由以下重量份的组分组成：铸造除尘灰15‑25份、铸造再生灰15‑30份、铝矾土45‑60份、氧化铝粉10‑25份、粘结剂1‑3份。

[0011] 进一步的，铸造用陶粒砂的原料由以下重量份的组分组成：铸造除尘灰20份、铸造再生灰20份、铝矾土50份、氧化铝粉10份、粘结剂2份。

[0012] 进一步的，氧化铝粉的粒度高于600目。

[0013] 进一步的，粘结剂的组分包括CMC胶粉、聚乙烯醇胶粉、膨润土中一种或几种。

[0014] 进一步的，步骤(1)中风选后的粉尘粒度高于800目。

[0015] 进一步的，步骤(3)中加水的含量为混合物B总量的18‑30％。

[0016] 进一步的，步骤(3)造粒过程中造粒机的转速为4000‑4800r/min，混合2‑8min，然后调整转速至2500‑3500r/min，混合2‑4min。

[0017] 进一步的，步骤(3)中筛分出的陶粒球粒度为40/140目。

[0018] 进一步的，步骤(3)中所述焙烧为两段焙烧，一段焙烧为在700‑850℃下焙烧1‑1.5h，二段焙烧为在1300‑1800℃下焙烧1‑4h。

[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0020] 1.本发明制备的铸造用陶粒砂，以固体废弃物铸造除尘灰和铸造再生灰为主要原料，一方面降低了铸造用陶粒砂的制备成本，另一方面实现了固废资源的二次利用，节能环保且附加值较高。

[0021] 2.本发明制备的铸造用陶粒砂具有较高的质量等级，核心指标如下：陶粒粒径为40/140目，成品率为80‑90％；圆球度≥0.86；筒压强度≥52MPa；耐热温度≥1600℃。

[0022] 3.本发明通过对机械造粒速度和焙烧温度进行分段调控，在充分考虑陶粒制备工艺机理对陶粒性能进行最大优化的前提下，实现能源利用的最大化，避免过高转速或过高温度造成的能源浪费。

[0023] 4.本发明从制粒速度和陶粒强度出发，充分考虑机械速度对不同阶段陶粒强度的影响，采用分段控速法进行造粒，首先在4000‑4800r/min的高速转速下快速制备出细小颗粒，得到初始陶粒核，然后降低转速至2500‑3500r/min，使初始陶粒核逐渐长大形成致密的陶粒。此法制备的陶粒初始强度较高，且制备40/140目陶粒成品率较高，可达80‑90％。

[0024] 5.本发明结合陶粒焙烧陶瓷化的实质，充分考虑不同温度对陶粒的影响，使能源利用最大化，采用分段控温焙烧模式，首先在100‑120℃低温下烘干，用以蒸发出陶粒内部的水份，防止直接高温烧结陶粒导致陶粒破裂。烘干后进行两段焙烧，其中一段焙烧温度设置为中温700‑850℃，用以去除陶粒内部的煤粉和有机胶粉等可燃物，防止直接烧结导致表面陶瓷化后内部有可燃物未燃烧完毕，从而影响陶粒强度以及耐火度；二段焙烧温度设置为高温1300‑1800℃，高温烧制使制备陶粒陶瓷化，从而形成致密的陶粒砂。此法制备的陶粒砂结构致密、抗压强度及耐火度高，适用于铸造。

具体实施方式

[0025] 下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

[0026] 实施例1

[0027] 一种铸造用陶粒砂，陶粒砂的原料由以下重量份的原料组成：铸造除尘灰20份、铸造再生灰20份、铝矾土50份、氧化铝粉10份、粘结剂2份。

[0028] 本实施例中的铸造用陶粒砂采用以下步骤制备：

[0029] (1)将铸造除尘灰、铸造再生灰、铝矾土按配比混合均匀，然后进行风选球磨，风选出粒径高于800目的高活性混合粉尘，得到混合物A；

[0030] (2)将粒径高于600目的氧化铝粉、粘结剂按配比称重后添加到混合物A中，混合均匀，得到混合物B；

[0031] (3)将混合物B加水混合均匀，水的含量为混合物B总量的25％，进行造粒，其中造粒过程中造粒机的初始转速为4800r/min，混合2min，然后调整转速至3500/min,混合3min，造粒完成后进行整形2h，然后从整形后的陶粒中筛分出粒度为40/140目的陶粒球，将筛选出的陶粒球在120℃下烘干0.5h，然后进行两段焙烧，其中一段焙烧为在800℃下焙烧1h，二段焙烧为在1800℃下焙烧1h，最后冷却，即得到铸造用陶粒砂。

[0032] 实施例2

[0033] 一种铸造用陶粒砂，陶粒砂的原料由以下重量份的原料组成：铸造除尘灰15份、铸造再生灰15份、铝矾土45份、氧化铝粉10份、粘结剂1份。

[0034] 本实施例中的铸造用陶粒砂采用以下步骤制备：

[0035] (1)将铸造除尘灰、铸造再生灰、铝矾土按配比混合均匀，然后进行风选球磨，风选出粒径高于800目的高活性混合粉尘，得到混合物A；

[0036] (2)将粒径高于600目的氧化铝粉、粘结剂按配比称重后添加到混合物A中，混合均匀，得到混合物B；

[0037] (3)将混合物B加水混合均匀，水的含量为混合物B总量的18％，进行造粒，其中造粒过程中造粒机的初始转速为4000r/min，混合8min，然后调整转速至2500r/min，混合2min，造粒完成后进行整形，然后从整形后的陶粒中筛分出粒度为40/140目的陶粒球，将筛选出的陶粒球在100℃下烘干0.5h，然后进行两段焙烧，其中一段焙烧为在700℃下焙烧
1.5h，二段焙烧为在1300℃下焙烧4h，最后冷却，即得到铸造用陶粒砂。

[0038] 实施例3

[0039] 一种铸造用陶粒砂，陶粒砂的原料由以下重量份的原料组成：铸造除尘灰18份、铸造再生灰20份、铝矾土50份、氧化铝粉15份、粘结剂2份。

[0040] 本实施例中的铸造用陶粒砂采用以下步骤制备：

[0041] (1)将铸造除尘灰、铸造再生灰、铝矾土按配比混合均匀，然后进行风选球磨，风选出粒径高于800目的高活性混合粉尘，得到混合物A；

[0042] (2)将粒径高于600目的氧化铝粉、粘结剂按配比称重后添加到混合物A中，混合均匀，得到混合物B；

[0043] (3)将混合物B加水混合均匀，水的含量为混合物B总量的22％，进行造粒，其中造粒过程中造粒机的初始转速为4300r/min，混合7min，然后调整转速至2800r/min，混合2min,造粒完成后进行整形，然后从整形后的陶粒中筛分出粒度为40/140目的陶粒球，将筛选出的陶粒球在110℃下烘干0.5h，然后进行两段焙烧，其中一段焙烧为在750℃下焙烧
1.3h，二段焙烧为在1500℃下焙烧3h，最后冷却，即得到铸造用陶粒砂。

[0044] 实施例4

[0045] 一种铸造用陶粒砂，陶粒砂的原料由以下重量份的原料组成：铸造除尘灰25份、铸造再生灰30份、铝矾土60份、氧化铝粉25份、粘结剂3份。

[0046] 本实施例中的铸造用陶粒砂采用以下步骤制备：

[0047] (1)将铸造除尘灰、铸造再生灰、铝矾土按配比混合均匀，然后进行风选球磨，风选出粒径高于800目的高活性混合粉尘，得到混合物A；

[0048] (2)将粒径高于600目的氧化铝粉、粘结剂按配比称重后添加到混合物A中，混合均匀，得到混合物B；

[0049] (3)将混合物B加水混合均匀，水的含量为混合物B总量的30％，进行造粒，其中造粒过程中造粒机的初始转速为4800r/min，混合2min，然后调整转速至3500r/min，混合3min,造粒完成后进行整形，然后从整形后的陶粒中筛分出粒度为40/140目的陶粒球，将筛选出的陶粒球在120℃下烘干0.5h，然后进行两段焙烧，其中一段焙烧为在850℃下焙烧1h，二段焙烧为在1800℃下焙烧1h，最后冷却，即得到铸造用陶粒砂。

[0050] 实施例5

[0051] 一种铸造用陶粒砂，陶粒砂的原料由以下重量份的原料组成：铸造除尘灰25份、铸造再生灰28份、铝矾土55份、氧化铝粉20份、粘结剂3份。

[0052] 本实施例中的铸造用陶粒砂采用以下步骤制备：

[0053] (1)将铸造除尘灰、铸造再生灰、铝矾土按配比混合均匀，然后进行风选球磨，风选出粒径高于800目的高活性混合粉尘，得到混合物A；

[0054] (2)将粒径高于600目的氧化铝粉、粘结剂按配比称重后添加到混合物A中，混合均匀，得到混合物B；

[0055] (3)将混合物B加水混合均匀，水的含量为混合物B总量的25％，进行造粒，其中造粒过程中造粒机的初始转速为4000r/min，混合8min，然后调整转速至3000r/min，混合2min.造粒完成后进行整形，然后从整形后的陶粒中筛分出粒度为40/140目的陶粒球，将筛选出的陶粒球在110℃下烘干0.5h，然后进行两段焙烧，其中一段焙烧为在800℃下焙烧
1.5h，二段焙烧为在1500℃下焙烧3h，最后冷却，即得到铸造用陶粒砂。

[0056] 对比例1

[0057] 本对比例中造粒过程转速分别控制为3800r/min混合8min和3500r/min混合3min，其余原料和制备方法与实施例1一致。

[0058] 对比例2

[0059] 本对比例中造粒过程转速分别控制为3000r/min混合2min和2000r/min，混合3min，其余原料和制备方法与实施例1一致。

[0060] 对比例3

[0061] 本对比例中造粒过程转速分别控制为3000r/min混合2min和4500r/min，混合3min，其余原料和制备方法与实施例1一致。

[0062] 对比例4

[0063] 本对比例中烘干过程温度控制为80℃下烘干0.5h，分段焙烧过程温度分别控制为500℃下焙烧1.5h和1800℃下焙烧1h，其余原料和制备方法与实施例1一致。

[0064] 对比例5

[0065] 本对比例中烘干过程温度控制为180℃下烘干0.5h，分段焙烧过程温度分别控制为1000℃下焙烧1h和1800℃下焙烧1h，其余原料和制备方法与实施例1一致。

[0066] 对比例6

[0067] 本对比例中烘干过程温度控制为120℃下烘干0.5h，分段焙烧过程温度分别控制为800℃下焙烧1h和1000℃下焙烧4h，其余原料和制备方法与实施例1一致。

[0068] 对实施例1‑5和对比例1‑6得到的铸造用陶粒砂，进行下述性能检测，检测结果如表1所示。

[0069] 表1陶粒砂性能测试结果

[0070]

[0071]

[0072] 由表1可知，本申请各实施例中制得的铸造用陶粒砂可承受1600℃以上高温，且在闭合压力52Mpa下破碎率小于3.5％，圆球度高于85％，得到了具有高耐温能力、高抗压强度且高圆球度的铸造用陶粒砂，有效地提高了产品的铸造质量，扩大了铸造用陶粒砂的使用范围。

[0073] 首先对比实施例1和对比例1‑3，区别之处在于对比例1‑3采用低速造粒，转速慢，造粒不紧实，导致陶粒砂破碎率高且圆整率低，不满足铸造用陶粒砂的使用要求。再对比实施例1和对比例4‑6，区别之处在于烘干焙烧温度控制，对比例4在80℃烘烤半小时有水分，快速增温到500℃会有破裂现象，同时500℃内部除尘灰中的煤粉无法燃烧完全；对比例5在180℃烘干时，会有破裂现象，同时1000℃焙烧时，表面会有部分首先反应，导致内部烧结不均匀；对比例6在1000℃烧制，不会发生陶瓷化反应，制得的陶粒砂抗压强度低，一压就碎。

[0074] 且通过与对比例的比对可知本发明通过对造粒速度和焙烧温度的分段控制，对陶粒砂的耐高温能力、抗压强度等都有了一定程度的提高，制备的陶粒砂结构致密、抗压强度及耐火度高，适用于铸造。同时本发明实现了对铸造除尘灰、铸造再生灰等固废资源的具有高附加值的二次利用，节能环保且降低了铸造用陶粒砂的生产成本，具有良好的经济效益。

[0075] 以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。