本發(fā)明涉及一種鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁及其合金的鑄造用鑄型使用的球形熔融硅砂，具體涉及一種特種砂-球形熔融硅砂及其制備方法和應(yīng)用，其屬鑄造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，鑄造使用較為廣泛的型砂是角形硅砂，因價格低廉，來源簡單，故使用廣泛，但因其具有不規(guī)則的角形形狀，導(dǎo)致流動性差，填充率低，導(dǎo)致用硅砂形成的砂型不密實，表面粗糙，從而得到的鑄件表面光潔度差，增大了后續(xù)工序難度。同時，硅砂主要成分是石英，澆注時受高溫影響發(fā)生晶相變化，形成方石英，體積變化大，無法得到尺寸精度高的鑄件，同樣增大了后續(xù)工序難度。因此，出現(xiàn)了很多非角形的型砂，以提高砂型填充率和鑄件尺寸精度。
中國專利02802406.0公開了一種球狀氧化物粉末的制造方法及球狀粉末制造裝置、復(fù)合電介質(zhì)材料、基板及基板的制造方法，提供一種球狀氧化物粉末的制造方法，其特征在于：包括如下步驟：由氧化物組合物構(gòu)成的顆粒粉末與載氣一起供給至燃燒火焰內(nèi)的供給步驟；將供給的顆粒粉末在燃燒火焰內(nèi)熔融來得到熔融處理物的熔融步驟和熔融處理物通過向燃燒火焰外移動而凝固的凝固步驟。
中國專利200810121382.8公開了一種微細(xì)的球形顆粒狀二氧化硅的制備方法。它包括以下步驟：角形二氧化硅通過天燃?xì)夂脱鯕獾娜紵鹧娴牟襟E；通過冷卻區(qū)的步驟；顆粒分級的步驟。本發(fā)明采用純氧和天燃?xì)庀鄬Ω駜r低的能源，用高溫火焰熔融角形二氧化硅顆粒，靠其熔融后的表面張力使之球化，由于純氧和天燃?xì)獾牧髁看螅軐⒍趸桀w粒有效分散，減少了二氧化硅顆粒在表面熔融情況下結(jié)團(tuán)的可能性，保證了最終產(chǎn)品的真球度。
200380105426.3球狀型砂及其制造方法，其發(fā)明的特征在于：采用火焰熔融法將以al2o3和sio2為主成分的粉末球狀化，由此制造球形度高、吸濕率小的型砂，進(jìn)而制造強(qiáng)度優(yōu)良、具有平滑表面的鑄型。
上述公開的專利中，有利用原料混合造粒成球并燒結(jié)制得的球形型砂及高硅質(zhì)球形型砂，但其球形度不高，砂粒表面粗糙，使用粘結(jié)劑多，造成成本高，同時并沒有提高填充率即鑄件表面光潔度；另有公開專利的球形型砂，降低了砂粒的表面粗糙度，使用粘結(jié)劑少，球形度高，流動性好，提高了砂型填充率和鑄件表面光潔度，因主要成分是氧化鋁和氧化硅，比重大，砂型重，使工人勞動強(qiáng)度大，同時存在成本較高的問題。因此，目前鑄造領(lǐng)域需研究一種比重小、角形系數(shù)低、砂粒表面光滑的型砂、膨脹系數(shù)低的型砂，以提高砂型填充率和鑄件尺寸精度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種特種砂-球形熔融硅砂及其制備方法和應(yīng)用，通過在高溫富氧氣氛下，將其原料角形硅砂熔融，得到表面光滑、膨脹系數(shù)低、角形系數(shù)低、酌減度低、密度小的球形型砂。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種特種砂-球形熔融硅砂，其采用角形硅砂通過高溫熔融法生產(chǎn)，所述角形硅砂含有sio2、fe2o3、na2o和k2o為主要成分；
其中，角形硅砂sio2含量≥88％，fe2o3含量≤0.5％，na2o和k2o含量≤3.0％；
所述球形熔融硅砂非晶相含量60～100％，砂粒表面粗糙度ra小于0.3。
所述球形熔融硅砂球形度≥0.85。
所述球形熔融硅砂粒度在300～75μm。
一種特種砂-球形熔融硅砂的制備方法，其包括角形硅砂、氧氣和天燃?xì)夤餐ㄟ^分散設(shè)備進(jìn)入球化爐體內(nèi)，角形硅砂砂粒在富氧氣和天燃?xì)馊紵^程中被高溫熔融球化。
作為優(yōu)選，上述角形硅砂高溫熔融球化的富氧系數(shù)為1.1～1.5，天燃?xì)庥昧繛?80～350m3/h，高溫溫度達(dá)到2000～2400℃，熔融時間1～3s。
作為優(yōu)選，上述角形硅砂進(jìn)行顆粒篩選分級：300～212μm、212～150μm、150～75μm三個粒度段，并分別進(jìn)行高溫煅燒，并被高溫熔融球化，球形度0.85～0.95。
作為優(yōu)選，將上述角形硅砂經(jīng)球化熔融進(jìn)入快速冷卻工序，快速冷卻速率為300～500℃/s，收集球形熔融硅砂并篩選分級，粒度在300～75μm。
而且，將上述球形熔融硅砂按小顆粒粒度段與大顆粒粒度段混合，將小顆粒填充大顆粒的縫隙緊密堆積，使得到的砂型和砂芯致密。
而且，將上述球形熔融硅砂粒度段300～212um與粒度段212～150um進(jìn)行混合，其混合比例為1：0.15～1.5，球形熔融硅砂粒度段212～150μm與粒度段150～75μm進(jìn)行混合，其混合比例為1:1.5～3.6。
一種特種砂-球形熔融硅砂的應(yīng)用方法，將上述混合完成的球形熔融硅砂制作成覆膜砂，覆膜砂的制作配比以重量百分比計，樹脂：0.8～1.5％的砂量，硬脂酸鈣：0.1～2％的砂量，固化劑：15～18％的樹脂量，鑄件的表面粗糙度ra達(dá)到3.2～6.3。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：
1、本發(fā)明制備的球形熔融硅砂，采用角形硅砂sio2含量不小于88％，非晶相含量大于60％以上，經(jīng)過高溫熔融成球，晶相發(fā)生轉(zhuǎn)化形成非晶態(tài)，非晶態(tài)的球形熔融硅砂具有極低的膨脹率，制作型殼后可以保證鑄件的尺寸精度。
2、本發(fā)明制備的球形熔融硅砂，非晶態(tài)的球形熔融硅砂密度小，熔融硅砂的密度最小是普通硅砂的0.9倍，是常用球形型砂的0.76倍，在射芯制砂型時，密度最小的砂?？梢垣@得最大的運行速度，運行速度越大，砂型填充率越高，越致密，可以保證鑄件高的表面光潔度。
3、本發(fā)明由于采用特種砂-球形熔融硅砂的制備方法，角形硅砂在高溫富氧氣氛下和天燃?xì)馊紵^程中被高溫熔融球化，角形硅砂表面張力降低，角形硅砂經(jīng)球化熔融進(jìn)入快速冷卻工序，快速冷卻收集球形熔融硅砂。
4、本發(fā)明球形熔融硅砂制備方法，將角形硅砂分級粒度段，分級成三個粒度段分別進(jìn)行高溫煅燒，可以節(jié)能，同時可以保證每段粒度段的球形率高，避免出現(xiàn)大小顆?；旌细邷仂褵速M能量，同時無法保證球形率，大顆粒球化需要能量高，小顆粒球化需要能量低，每個砂粒都能很好的熔融球化，保證質(zhì)量同時節(jié)約球化能源，降低成本。
5、本發(fā)明球形熔融硅砂制備方法制得球形熔融硅砂，按分級粒度段經(jīng)過科學(xué)的配比混合，小顆粒粒度段與大顆粒粒度段混合，將小顆粒填充大顆粒的縫隙，使混合品在使用時，能夠得到致密的砂型和砂芯，從而保證鑄件表面質(zhì)量光滑，球形熔融硅砂球形度高，耐破碎率高，回收性好，環(huán)保綠色。
6、本發(fā)明制備方法的球形硅砂可以提高成品量和成品合格率，即1噸鋼水澆鑄的鑄件，使用球形硅砂比原來工藝澆鑄的鑄件數(shù)量多，約多15％左右。
7、本發(fā)明球形熔融硅砂應(yīng)用方法，采用球形熔融硅砂制作成覆膜砂，球形熔融硅砂按分級粒度段經(jīng)過科學(xué)的配比混合，致密砂型和砂芯組合，然后澆鑄鐵水，鐵水冷卻，鑄件成型，鑄件的表面光潔度較高，使用酚醛樹脂降低，強(qiáng)度提高，同時提高了填充率，保證質(zhì)量，節(jié)約成本。
具體實施方式
為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
本發(fā)明提供一種特種砂-球形熔融硅砂及其制備方法和應(yīng)用。
實施例1
一種特種砂-球形熔融硅砂，采用角形硅砂通過高溫熔融法生產(chǎn)，角形硅砂含有sio2、fe2o3、na2o和k2o為主要成分；選用sio2含量88％的角形硅砂，fe2o3含量≤0.5％，na2o和k2o含量≤3.0％，ph值在7左右。
一種特種砂-球形熔融硅砂的制備方法，將角形硅砂進(jìn)行顆粒篩選分級：300～212μm、212～150μm、150～75μm三個粒度段，球形度0.85～0.95。將角形硅砂、氧氣和天燃?xì)夤餐ㄟ^分散設(shè)備進(jìn)入球化爐體內(nèi)，角形硅砂砂粒按三個粒度段分級分別放入球化爐體內(nèi)在富氧氣和天燃?xì)馊紵^程中被高溫熔融球化，球形度0.85～0.95。角形硅砂高溫熔融球化的富氧系數(shù)為1.1，天燃?xì)庥昧繛?00m3/h，高溫達(dá)到2000℃。
將上述角形硅砂經(jīng)球化熔融熔融時間1.5s，急速進(jìn)入冷卻區(qū)，形成球形的砂粒，快速冷卻速率為350℃/s，收集球形熔融硅砂并篩選分級，粒度在300～75μm，球形度在0.85，酌減為0％，非晶態(tài)含量在80％以上。
將上述球形熔融硅砂粒度段300～212um與粒度段212～150um進(jìn)行混合，其混合比例為1：0.5，球形熔融硅砂粒度段212～150μm與粒度段150～75μm進(jìn)行混合，其混合比例為1:2.0。
實施例2
一種特種砂-球形熔融硅砂，采用角形硅砂通過高溫熔融法生產(chǎn)，角形硅砂含有sio2、fe2o3、na2o和k2o為主要成分；選用sio2含量90％的角形硅砂，非晶相含量98％，fe2o3含量≤0.3％，na2o和k2o含量≤3.0％，ph值在7。
一種特種砂-球形熔融硅砂的制備方法，將角形硅砂進(jìn)行顆粒篩選分級：300～212μm、212～150μm、150～75μm三個粒度段，球形度0.85～0.95。將角形硅砂、氧氣和天燃?xì)夤餐ㄟ^分散設(shè)備進(jìn)入球化爐體內(nèi)，角形硅砂砂粒按三個粒度段分級分別放入球化爐體內(nèi)在富氧氣和天燃?xì)馊紵^程中被高溫熔融球化，球形度0.85～0.95。角形硅砂高溫熔融球化的富氧系數(shù)為1.5，天燃?xì)庥昧繛?50m3/h，高溫達(dá)到2300℃。
將上述角形硅砂經(jīng)球化熔融熔融時間1.5s，急速進(jìn)入冷卻區(qū)，形成球形的砂粒，快速冷卻速率為350℃/s，收集球形熔融硅砂并篩選分級，粒度在75300～75μm，球形度在0.9，酌減為0％，非晶態(tài)含量在95％以上。
將上述球形熔融硅砂粒度段300～212um與粒度段212～150um進(jìn)行混合，其混合比例為1：1.5，球形熔融硅砂粒度段212～150μm與粒度段150～75μm進(jìn)行混合，其混合比例為1:3.6。
實施例3
一種特種砂-球形熔融硅砂，采用角形硅砂通過高溫熔融法生產(chǎn)，角形硅砂含有sio2、fe2o3、na2o和k2o為主要成分；選用sio2含量90％的角形硅砂，非晶相含量95％，fe2o3含量≤0.1％，na2o和k2o含量≤3.0％，ph值在7。
一種特種砂-球形熔融硅砂的制備方法，將角形硅砂進(jìn)行顆粒篩選分級：300～212μm、212～150μm、150～75μm三個粒度段，球形度0.85～0.95。將角形硅砂、氧氣和天燃?xì)夤餐ㄟ^分散設(shè)備進(jìn)入球化爐體內(nèi)，角形硅砂砂粒按三個粒度段分級分別放入球化爐體內(nèi)在富氧氣和天燃?xì)馊紵^程中被高溫熔融球化，球形度0.85～0.95。角形硅砂高溫熔融球化的富氧系數(shù)為1.2，天燃?xì)庥昧繛?20m3/h，高溫達(dá)到2200℃。
將上述角形硅砂經(jīng)球化熔融熔融時間1.5s，急速進(jìn)入冷卻區(qū)，形成球形的砂粒，快速冷卻速率為350℃/s，收集球形熔融硅砂并篩選分級，粒度在300～75μm，球形度在0.95，酌減為0％，非晶態(tài)含量在75％以上。
將上述球形熔融硅砂粒度段300～212um與粒度段212～150um進(jìn)行混合，其混合比例為1：1.2，球形熔融硅砂粒度段212～150μm與粒度段150～75μm進(jìn)行混合，其混合比例為1:2.5。
應(yīng)用實施例1
一種特種砂-球形熔融硅砂的應(yīng)用，將按粒度段混合完成的球形熔融硅砂制作成覆膜砂，利用射芯機(jī)，制作出砂型和砂芯，將砂型和砂芯組合，然后澆鑄鐵水，鐵水冷卻，鑄件成型，鑄件的表面粗糙度ra達(dá)到3.6；其中，覆膜砂的制作配比以重量百分比計，酚醛樹脂：1.0％的砂量，硬脂酸鈣：0.8％的砂量，固化劑：15％的樹脂量。
應(yīng)用實施例2
一種特種砂-球形熔融硅砂的應(yīng)用，將按粒度段混合完成的球形熔融硅砂制作成覆膜砂，利用射芯機(jī)，制作出砂型和砂芯，將砂型和砂芯組合，然后澆鑄鐵水，鐵水冷卻，鑄件成型，鑄件的表面粗糙度ra達(dá)到5.5；其中，覆膜砂的制作配比以重量百分比計，酚醛樹脂為1.5％的砂量，硬脂酸鈣為2.0％的砂量，固化劑為18％的樹脂量。
應(yīng)用實施例3
一種特種砂-球形熔融硅砂的應(yīng)用，將按粒度段混合完成的球形熔融硅砂制作成覆膜砂，利用射芯機(jī)，制作出砂型和砂芯，將砂型和砂芯組合，然后澆鑄鐵水，鐵水冷卻，鑄件成型，鑄件的表面粗糙度ra達(dá)到5.0；其中，覆膜砂的制作配比以重量百分比計，酚醛樹脂為1.2％的砂量，硬脂酸鈣為1.5％的砂量，固化劑為16％的樹脂量。
應(yīng)用實施例4
一種特種砂-球形熔融硅砂的應(yīng)用，將球形熔融硅砂用于球墨鑄鐵的疊箱澆鑄工藝，將20～40％球形熔融硅砂加入普通硅砂中，進(jìn)行覆膜，在混砂機(jī)中一定溫度下，加入酚醛樹脂、烏洛托品及硬脂酸鈣，攪拌一定時間，當(dāng)砂粒表面均勻包覆一層樹脂即可，測試覆膜后球形熔融硅砂的抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度，加入球形熔融硅砂后，使用酚醛樹脂量降低，同時提高了填充率，未出現(xiàn)塌箱現(xiàn)象，計算成品率比未加球形熔融硅砂的工藝提高了20～50％。
以上對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本專利涵蓋范圍之內(nèi)。