无定形石墨砂制造技术

本发明专利技术是一种铸造用砂，其主要成分为隐晶形石墨．它是由天然无定形石墨矿物加工而成的，故比人造石墨砂便宜得多，而与石英砂等各种常用砂相比，它又有高导热率、高耐火度、高化学稳定性及低膨胀率等特性．可用它代替人造石墨砂及锆砂、镁砂、铬铁矿砂等，可用于高熔点合金以及易氧化金属如镁、钛等合金的铸造，以及对气密性，晶粒度等有较高要求的各种铸件的铸造．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术系一种铸造用砂，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。本专利技术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碳碳所制造的碳素砂。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，这样的激冷型的型、芯，由于具有良好的退让性、透气性和溃散性，及不受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、含焦炭碳98%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。本专利技术的目的，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，结合水是不予去除的。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。本专利技术的特点之一是，不仅可以用品位较高的，而且，也可利用含石墨碳低至30%的低品位矿石制成极为有用的无定形石墨砂。在传统无定形石墨加工业中，含碳65%以下的矿石一般视作贫矿而丢弃不用。与电炉石墨粉等高纯度的人造碳素砂相比，无定形石墨砂除具有价格便宜，资源丰富的优点外，其性能亦已足以满足铸造生产的需要，而高纯度的人造电炉石墨粉的许多性能与铸造生产的实际需要相比则高得太多，如高纯石墨的熔点可高达3850C，这对任何铸造合金来说都是不必要的，同时，在迄今的采用高纯度人造石墨粉作铸造用砂的实践中，又都加入高量的粘土等非石墨类材料作为型芯混合料组分之一，可见选用高纯度石墨作铸造用砂，仅就技术上言，也是不尽合理的。与石英砂等传统型砂相比，无定形石墨砂具有如下重要实用性能一.高导热率和冷却能力根据石墨具有高导热率的特点，选择较高含碳量的无定形石墨砂和较大的型、芯工艺尺寸，便可达到提高型、芯冷却能力的目的，从而创造了一种经济简便地获得气密性好、结晶致密的铸件的方法，与为达到同一目的而采用石墨型、金属型、增压铸造、低压铸造及日本专利昭57-202943所提供的方法相比，本专利技术的方法不仅经济简便，而且适用范围大得多。高导热率还使型、芯烘干及型砂的烘干和冷却时间大大缩短了。二.高耐火度以含碳80%的无定形石墨砂为例，其耐火度可高达2000C，足以满足几乎所有铸造金属对型砂耐火度的要求，是任何传统的天然矿物砂所达不到的。三.高化学稳定性由于石墨属化学中性，故无定形石墨砂的化学稳定性总是较具有酸、碱性的传统矿物砂为优。无定形石墨砂可以有效地用于易氧化金属的铸造及防止一般金属铸造时的化学粘砂。四.不易为金属液侵润的性能无定形石墨砂的这种性能使得不必向型、芯混合料中加入煤粉，向型腔内撤入煤粉或石墨粉、向型、芯壁涂刷石墨粉，仍能较好地防止因金属液侵渗而引致的粘砂。五 低膨胀率六 无砂尘污染七 废砂可以作为燃料利用，故无废砂倾倒或堆放问题。已经用无定形石墨砂型浇铸了铸钢、铸铁、铸铝的试样，以在其他条件相同的情况下与用普通石英砂型浇铸的进行比较，其金相分析表明，前者的晶粒度能得到大大改善。用无定形石墨砂作型芯浇铸的ZL105耐压铸铝管件，比用石英砂作型芯所浇铸的，其耐压性能大大提高了。用无定形石墨砂作型、芯浇铸的厚大铸铜铸铝件，其针孔度大大改善了。用含碳75%的无定形石墨砂与10%的粘土混合制成的型芯，以1520～1550℃的浇注温度浇铸42CrMo钢厚度150mm的铸件，全然不发生粘砂。同时值得指出的是，当采用无定形石墨砂为型砂时，铸件本文档来自技高网...

【技术保护点】
铸造业用的碳素砂，主要由石墨组成，其特征在于：是用天然的无定形石墨矿物加工而成的砂粒状物料，其石墨含量在９０％以下。

【技术特征摘要】
1.铸造业用的碳素砂，主要由石墨组成，其特征在于是用天然的无定形石墨矿物加工而成的砂粒状物料，其石墨含量在90%以下。2.按权利要求1所述无定形石墨砂，其特征是天然无定形石墨矿物除含隐晶形石墨以外，主要组分是粘土类矿物，并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。...

【专利技术属性】
技术研发人员：立生，
申请(专利权)人：立生，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]