專利名稱:無(wú)定形石墨砂的制作方法
本發(fā)明系一種鑄造用砂，作配制型、芯混合料時(shí)用的原砂。
截至目前，無(wú)定形石墨在鑄造業(yè)中的主要用途，是以粉狀作為型、芯的涂料、敷料或型、芯混合料中的一種輔料，而從未有將此種礦物加工成砂粒狀作鑄造用砂的先例。本發(fā)明是將天然的無(wú)定形石墨礦物加工成為砂粒狀物料，其石墨含量在90%以下，在鑄造生產(chǎn)中作為配制型、芯混合料用的原砂，用作制造澆鑄某些性能特別的金屬及要求特殊的鑄件的型、芯用砂。特別是，此種砂不僅可以用石墨碳含量較高的礦石來(lái)加工成，而且也可以用目前在無(wú)定形石墨加工業(yè)中一般作為貧礦和尾礦而丟棄的、石墨碳含量在65%以下的礦石來(lái)加工而成。
長(zhǎng)期以來(lái)，隨著性能更活潑及熔點(diǎn)更高的鑄造金屬的出現(xiàn)，隨著對(duì)鑄件質(zhì)量要求的不斷提高，對(duì)型砂和鑄型的性能也不斷提出了新的要求，因此，一直在尋找傳統(tǒng)的石英砂之外的新的鑄造用砂，誠(chéng)如鋯砂、鎂砂、鉻鐵礦砂、電熔剛玉、橄欖石砂、以及我國(guó)在七十年代所曾大力宣傳推廣過(guò)的石灰石砂等的出現(xiàn)所表明。這些新出現(xiàn)的鑄造用砂，在性能、價(jià)格、來(lái)源上，存在著一些公知的不足之處，例如石灰石砂的回用性差，鑄件易產(chǎn)生氣孔以及縮沉等;鋯砂價(jià)格每噸高達(dá)數(shù)千元，鉻鐵礦砂我國(guó)幾乎完全依靠進(jìn)口，等等，人們研究的另一類新型鑄造用砂，是以具有遠(yuǎn)為更高的耐火度、導(dǎo)熱率、化學(xué)穩(wěn)定性等等一系列理想性能的石墨碳或焦碳碳所制造的碳素砂。這種全新的鑄造用砂，不僅成為高熔點(diǎn)合金、鎂、鈦等易氧化金屬或合金鑄造時(shí)的性能理想的鑄造用砂，而且，由于它的高導(dǎo)熱率，可以用它制成具有激冷鑄造金屬的能力的型、芯，以獲得在氣密性或晶粒細(xì)密度方面有較高要求的鑄件;更為特殊的是，這樣的激冷型的型、芯，由于具有良好的退讓性、透氣性和潰散性，及不受批量和尺寸限制的特點(diǎn)，故比金屬型、石墨型等剛性激冷型鑄型具有更廣泛的用途。
但是，對(duì)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純度材料上，如英國(guó)專利798249、美國(guó)專利2830342、2830913所述及的用石油渣油加工成的、含焦炭碳98%以上的煅燒流化焦炭砂及其在鑄造生產(chǎn)上的應(yīng)用情況，美國(guó)費(fèi)城法蘭克福兵工廠以純度98%以上的人造電爐石墨粉作為鎂-鋰合金鑄造用砂，以及我國(guó)大連造船廠以高純度人造石墨制品碎屑作為大型柴油機(jī)缸套鑄造的芯砂等，這些材料不僅來(lái)源有限，而且價(jià)格昂貴，如人造電爐石墨粉，每噸價(jià)格高達(dá)數(shù)千元，煅燒流化焦炭砂以石油渣油為原料，價(jià)格也較昂貴。因此，這些砂在鑄造生產(chǎn)中推廣實(shí)用的可能性甚微。
本發(fā)明的目的，正在于利用無(wú)定形石墨這種豐富的、目前有過(guò)剩供應(yīng)能力的天然礦物，制造一種價(jià)廉、來(lái)源豐富而性能又能同樣滿足需要的鑄造用砂。
絕大多數(shù)無(wú)定形石墨礦石，除隱晶形石墨外，主要含粘土類礦物，而且石墨晶粒分散地鑲嵌于粘土礦物之中，形成分散構(gòu)造的構(gòu)造形式，即石墨晶粒由粘土礦物所粘連了起來(lái)，因此礦石在破碎時(shí)不僅可以得到砂粒狀的顆粒形狀，而且在鑄造生產(chǎn)條件下，可多次回用。顯然，若礦石中除隱晶形石墨及粘土礦物以外的其他礦物，如顯晶形石墨、游離二氧化碳、三氧化二鋁、長(zhǎng)石等的含量愈多，則所制得的砂的顆粒形狀及回用性便愈差。因此，用來(lái)制造無(wú)定形石墨砂的礦石含這些雜質(zhì)的量，應(yīng)盡量低，以不超過(guò)20%為宜，同時(shí)，為了保證無(wú)定形石墨砂的物理化學(xué)性能和顆粒強(qiáng)度，礦石中石墨碳與粘土也必須保持一定的含量，一般來(lái)說(shuō)，石墨碳含量以高于30%、粘土含量以高于10%為宜。
礦石在經(jīng)過(guò)初選并按含碳量分類后，或者在制成供用于配制型芯混合料的原砂之前，須經(jīng)焙燒處理，以去除其中粘土礦物所含的結(jié)合水，因此，焙燒溫度是根據(jù)所含粘土礦物種類，即該種粘土結(jié)合水的分解溫度來(lái)確定的。在傳統(tǒng)的無(wú)定形石墨加工業(yè)中，無(wú)論是加工石墨粉或石墨粒，礦石在粉碎之前只進(jìn)行去除吸附水的烘干處理，結(jié)合水是不予去除的。
無(wú)定形石墨砂的粒度，以居于6目到100目為宜，它可以由此一粒度范圍內(nèi)的一種，亦可以數(shù)種粒度所構(gòu)成，但在任何情況下，都應(yīng)對(duì)篩下物的含量比對(duì)篩上物的含量作更嚴(yán)格的限定，因?yàn)闊o(wú)定形石墨的比重比各種傳統(tǒng)砂小得多，篩下物含量愈多，引致黑色粉塵污染的可能性就愈大。出于同樣的考慮，細(xì)于100目的無(wú)定形石墨粉碎物是不宜作為鑄造用砂來(lái)使用的。
生產(chǎn)無(wú)定形石墨砂的工藝流程可采用兩種方案1.采用生產(chǎn)人造石英砂時(shí)使用的同類破碎設(shè)備，如顎式、錘式破碎機(jī)等來(lái)粉碎，再用機(jī)械篩篩分。2.將這種型砂的制備與傳統(tǒng)的石墨粉、石墨粒的生產(chǎn)結(jié)合起來(lái)，篩分出6目到100目范圍的作鑄造用砂，6目以上、100目以下的則作為石墨粒和石墨粉。
無(wú)定形石墨砂除按粒度分類外，同時(shí)還按石墨碳的含量分類，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傳統(tǒng)砂，如是，以期充分利用資源，合理選用型砂。
本發(fā)明的特點(diǎn)之一是，不僅可以用品位較高的，而且，也可利用含石墨碳低至30%的低品位礦石制成極為有用的無(wú)定形石墨砂。在傳統(tǒng)無(wú)定形石墨加工業(yè)中，含碳65%以下的礦石一般視作貧礦而丟棄不用。
與電爐石墨粉等高純度的人造碳素砂相比，無(wú)定形石墨砂除具有價(jià)格便宜，資源豐富的優(yōu)點(diǎn)外，其性能亦已足以滿足鑄造生產(chǎn)的需要，而高純度的人造電爐石墨粉的許多性能與鑄造生產(chǎn)的實(shí)際需要相比則高得太多，如高純石墨的熔點(diǎn)可高達(dá)3850C，這對(duì)任何鑄造合金來(lái)說(shuō)都是不必要的，同時(shí)，在迄今的采用高純度人造石墨粉作鑄造用砂的實(shí)踐中，又都加入高量的粘土等非石墨類材料作為型芯混合料組分之一，可見(jiàn)選用高純度石墨作鑄造用砂，僅就技術(shù)上言，也是不盡合理的。
與石英砂等傳統(tǒng)型砂相比，無(wú)定形石墨砂具有如下重要實(shí)用性能一.高導(dǎo)熱率和冷卻能力根據(jù)石墨具有高導(dǎo)熱率的特點(diǎn)，選擇較高含碳量的無(wú)定形石墨砂和較大的型、芯工藝尺寸，便可達(dá)到提高型、芯冷卻能力的目的，從而創(chuàng)造了一種經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便地獲得氣密性好、結(jié)晶致密的鑄件的方法，與為達(dá)到同一目的而采用石墨型、金屬型、增壓鑄造、低壓鑄造及日本專利昭57-202943所提供的方法相比，本發(fā)明的方法不僅經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便，而且適用范圍大得多。
高導(dǎo)熱率還使型、芯烘干及型砂的烘干和冷卻時(shí)間大大縮短了。
二.高耐火度以含碳80%的無(wú)定形石墨砂為例，其耐火度可高達(dá)2000C，足以滿足幾乎所有鑄造金屬對(duì)型砂耐火度的要求，是任何傳統(tǒng)的天然礦物砂所達(dá)不到的。
三.高化學(xué)穩(wěn)定性由于石墨屬化學(xué)中性，故無(wú)定形石墨砂的化學(xué)穩(wěn)定性總是較具有酸、堿性的傳統(tǒng)礦物砂為優(yōu)。無(wú)定形石墨砂可以有效地用于易氧化金屬的鑄造及防止一般金屬鑄造時(shí)的化學(xué)粘砂。
四.不易為金屬液侵潤(rùn)的性能無(wú)定形石墨砂的這種性能使得不必向型、芯混合料中加入煤粉，向型腔內(nèi)撤入煤粉或石墨粉、向型、芯壁涂刷石墨粉，仍能較好地防止因金屬液侵滲而引致的粘砂。
五 低膨脹率六 無(wú)砂塵污染七 廢砂可以作為燃料利用，故無(wú)廢砂傾倒或堆放問(wèn)題。
已經(jīng)用無(wú)定形石墨砂型澆鑄了鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁的試樣，以在其他條件相同的情況下與用普通石英砂型澆鑄的進(jìn)行比較，其金相分析表明，前者的晶粒度能得到大大改善。
用無(wú)定形石墨砂作型芯澆鑄的ZL105耐壓鑄鋁管件，比用石英砂作型芯所澆鑄的，其耐壓性能大大提高了。
用無(wú)定形石墨砂作型、芯澆鑄的厚大鑄銅鑄鋁件，其針孔度大大改善了。
用含碳75%的無(wú)定形石墨砂與10%的粘土混合制成的型芯，以1520～1550℃的澆注溫度澆鑄42CrMo鋼厚度150mm的鑄件，全然不發(fā)生粘砂。同時(shí)值得指出的是，當(dāng)采用無(wú)定形石墨砂為型砂時(shí)，鑄件即使出現(xiàn)輕為粘砂或夾砂，由于這種砂的硬度較低，故仍可以進(jìn)行切削加工。
用無(wú)定形石墨砂制造易氧化合金，如鈦合金、鎂合金等的型、芯時(shí)，不僅由于這種砂的高化學(xué)穩(wěn)定性而無(wú)需向型芯混合料中加入氟化物、磺化物等可以引起公害的防化學(xué)反應(yīng)劑，而且由于型、芯的冷卻能力大，故同時(shí)還能大大減少這類鑄件的常見(jiàn)缺陷，如縮松、針孔等，並可提高鑄件的機(jī)械性能。
補(bǔ)正 86103199文件名稱 頁(yè) 行 補(bǔ)正前 補(bǔ)正后說(shuō)明書 2 5 這樣的激冷型的型 由于這種激冷型型、芯芯，由于……及不 具有……以及不受鑄件受批量…… 批量……11 含焦炭碳98%以上 固定碳含量94%以上3 6 游離二氧化碳 游離二氧化硅
權(quán)利要求
1.鑄造業(yè)用的碳素砂，主要由石墨組成，其特征在于是用天然的無(wú)定形石墨礦物加工而成的砂粒狀物料，其石墨含量在90%以下。
2.按權(quán)利要求
1所述無(wú)定形石墨砂，其特征是天然無(wú)定形石墨礦物除含隱晶形石墨以外，主要組分是粘土類礦物，并且石墨晶粒分散地鑲嵌于粘土礦物之中，形成分散構(gòu)造的構(gòu)造形式。
3.按權(quán)利要求
1、2所述無(wú)定形石墨砂，其特征是礦石在通過(guò)破碎制造型砂之前，或在破碎之后，必須經(jīng)過(guò)焙燒，以去除其中的粘土礦物所含結(jié)合水。
4.按權(quán)利要求
1、2所述無(wú)定形石墨砂，其特征是粒度在6目至100目范圍以內(nèi)。
5.按權(quán)利要求
3所述無(wú)定形石墨砂，其特征是粒度在6目至100目范圍以內(nèi)。
專利摘要
本發(fā)明是一種鑄造用砂，其主要成分為隱晶形石墨。它是由天然無(wú)定形石墨礦物加工而成的，故比人造石墨砂便宜得多，而與石英砂等各種常用砂相比，它又有高導(dǎo)熱率、高耐火度、高化學(xué)穩(wěn)定性及低膨脹率等特性?？捎盟嫒嗽焓凹颁喩?、鎂砂、鉻鐵礦砂等，可用于高熔點(diǎn)合金以及易氧化金屬如鎂、鈦等合金的鑄造，以及對(duì)氣密性，晶粒度等有較高要求的各種鑄件的鑄造。
文檔編號(hào)B22C1/10GK86103199SQ86103199
公開(kāi)日1987年1月31日 申請(qǐng)日期1986年5月1日
發(fā)明者頡立生 申請(qǐng)人:頡立生導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan