專利名稱：木質(zhì)素潰散劑及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域，具體是鑄造生產(chǎn)中的鑄型材料的特種添加劑及其應(yīng)用。
水玻璃砂是用水玻璃作粘結(jié)劑的鑄造型(芯)砂。由于水玻璃有一定粘結(jié)強(qiáng)度，成本低廉，無(wú)毒無(wú)臭，配制型砂工藝簡(jiǎn)單，易于操作，粉塵量低，四十多年來(lái)，水玻璃型(芯)砂在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用很廣。但水玻璃砂在鑄件澆注后殘留強(qiáng)度過(guò)高，致使鑄件清砂十分困難，妨礙了水玻璃砂的更廣泛應(yīng)用。近十年來(lái)，一些重大、復(fù)雜、薄壁、難于清砂的鑄件已趨向于使用樹(shù)脂砂來(lái)生產(chǎn)，但樹(shù)脂粘結(jié)劑價(jià)格昂貴，樹(shù)脂1～1.3萬(wàn)元/噸，水玻璃500～700元/噸)，澆注后產(chǎn)生大量有機(jī)物氣體，對(duì)空氣污染嚴(yán)重，所以在歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家使用樹(shù)脂砂的鑄造廠家都要同時(shí)與一套龐大的空氣凈化設(shè)備相配套，費(fèi)用極其昂貴，我國(guó)大多數(shù)鑄造企業(yè)對(duì)此難以承受。這迫使國(guó)內(nèi)外重新重視研究水玻璃砂的擴(kuò)大應(yīng)用問(wèn)題，主要技術(shù)措施之一就是研制各類有機(jī)、無(wú)機(jī)高效能潰散劑，大幅度提高水玻璃砂的潰散性。從國(guó)內(nèi)、國(guó)際文獻(xiàn)檢索的結(jié)果了解到，有機(jī)潰散劑的主要材料分別是經(jīng)改性處理的酸性紙漿廢液和經(jīng)水解、氫化的淀粉，與這兩種有機(jī)潰散劑相配合的無(wú)機(jī)潰散劑分別是蛭石(或石灰石)和AmG(或AmGFo)粉，并且檢索到關(guān)于木質(zhì)素作為工業(yè)上的某種促進(jìn)劑，分別是將木質(zhì)素用作表面活性劑和水凝粘結(jié)劑的一種組分。如文獻(xiàn)3150ERWENO世界專利最新目錄中，007057931促進(jìn)劑，008298256WPJ促進(jìn)劑。
本發(fā)明的目的是提供一種木質(zhì)素潰散劑，即將造紙工業(yè)環(huán)境治理的副產(chǎn)品木質(zhì)素變?yōu)殍T造工業(yè)中應(yīng)用廣泛的潰散劑材料，從而變廢為寶，同時(shí)，降低鑄造水玻璃型(芯)砂的殘留強(qiáng)度，提高潰散性，最終達(dá)到提高鑄件清砂效率和鑄件質(zhì)量，提高舊砂回用率和經(jīng)濟(jì)效益，減輕廢砂對(duì)環(huán)境污染，一舉兩得。
本發(fā)明的技術(shù)方案是由堿性紙漿黑液經(jīng)脫堿后分離出來(lái)再烘干成粉狀物料即木質(zhì)素干粉為溶質(zhì)，NaOH水溶液為溶劑配制而成。其重量配比為木質(zhì)素干粉10-25%;
NaOH水溶液(濃度0.5-2%)75-90%。
本發(fā)明的主要原料木質(zhì)素由于是從造紙工業(yè)環(huán)境治理的副產(chǎn)品堿性紙漿黑液分離出來(lái)并烘干而得到，從而達(dá)到了綜合利用，變廢為寶的目的。同時(shí)作為潰散劑應(yīng)用到鑄造工業(yè)中可以降低鑄造水玻璃型(芯)砂的殘留強(qiáng)度，提高潰散性，最終達(dá)到提高鑄件清砂效率和鑄件質(zhì)量，提高舊砂回用率和經(jīng)濟(jì)效益，減輕廢砂對(duì)環(huán)境的污染。
木質(zhì)素干粉作為潰散劑的溶質(zhì)主要含有不同分子量的植物纖維素，其特征為不溶于水、酒精及酸性溶液，僅溶于堿性溶液，因此選用NaOH水溶液作為潰散劑的溶劑。
具體配制工藝為
(1)加溫木質(zhì)素干粉與NaOH水溶液按上述配比盛入同一金屬容器內(nèi)，緩慢升溫，不停攪拌;
(2)停止加溫溫度達(dá)90±5℃停止加溫，在繼續(xù)攪拌中緩慢降溫;
(3)冷卻在不停攪拌中逐漸冷卻到室溫(30℃以下)，停止攪拌。
此時(shí)木質(zhì)素干粉已完全溶解于NaOH溶液中，成為木質(zhì)素潰散劑，然后盛入塑料容器中，加蓋密封保存?zhèn)溆谩Ｔ诰唧w實(shí)施中，木質(zhì)素干粉以20%優(yōu)先，NaOH水溶液采用工業(yè)純堿和普通工業(yè)用水配制(濃度1%優(yōu)先)含量80%優(yōu)先。
下面通過(guò)敘述木質(zhì)素潰散劑的應(yīng)用技術(shù)來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
將本發(fā)明的木質(zhì)素潰散劑與水玻璃配制成木質(zhì)素水玻璃，然后與水玻璃砂的其它組分一起通過(guò)一定的配砂工藝，配制成木質(zhì)素水玻璃砂，用作鑄造的造型(芯)材料。
首先制備木質(zhì)素水玻璃;
配比(重量比)木質(zhì)素潰散劑水玻璃(模數(shù)2-2.5，比重1.5-1.55)＝1∶(8-12)，在實(shí)施中1∶9優(yōu)先。
制備工藝是將木質(zhì)素潰散劑和水玻璃按上述配比盛入同一容器攪拌5分鐘，使之均勻混合，即成為木質(zhì)素水玻璃。其配制方法簡(jiǎn)便易行。
木質(zhì)素水玻璃砂的配制(1)配制簡(jiǎn)便小鑄件的芯砂
原砂(50/100·含坭量≤1%)89.8-95.1%;
木質(zhì)水玻璃4-7%氧化鋁粉(≤100目，Al2O3≥70%)0.1-0.6%;
氧化鐵粉(≤140目)0.1-0.6%;
海泡石(≤140目，28#以上)0.2-1%附加水0.5-1%(2)中型鑄件及復(fù)雜小鑄件芯砂原砂(50/100·含坭量≤1%)88.1-94.4%;
木質(zhì)素水玻璃4.5-7.5%氧化鋁粉(同前)0.1-0.6%氧化鐵粉(同前)0.1-0.6%海泡石(同前)0.2-1.0%糊精0.2-1.0%附加水0.5-1%(3)面砂原砂(同前)85-92.3%木質(zhì)素水玻璃6-9%氧化鋁粉(同前)0.1-1.0%氧化鐵粉(同前)0.1-1.0%海泡石(同前)1-3%附加水0.5-1%
混砂工藝是將原砂及各種粉料干混2分鐘，加水濕混3分鐘，加木質(zhì)素水玻璃混勻5分鐘，出砂。根據(jù)砂型(芯)的CO2硬化規(guī)范CO2濃度≥85%，CO2壓強(qiáng)1.5大氣壓，吹CO2氣時(shí)間0.5-3分鐘(視砂型(芯)的大小、厚薄而定)，根據(jù)砂型(芯)烘干規(guī)范180±10℃，烘干時(shí)間為0.5-2小時(shí)(視砂型(芯)大小、厚薄而定)。
在上述木質(zhì)素潰散劑的應(yīng)用技術(shù)，由于木質(zhì)素的基本成份是植物纖維，澆鑄時(shí)，砂型(芯)溫升到300-500℃時(shí)，植物纖維逐漸發(fā)生碳化，在水玻璃粘結(jié)膜內(nèi)留下植物纖維的空隙、灰粉和汽泡，割裂了水玻璃的連續(xù)性，使水玻璃膜在外力沖擊下容易崩散，顯著改善了水玻璃砂的潰散性，由于植物纖維的分子量一般都很大，留下的空隙較長(zhǎng)，對(duì)水玻璃膜連續(xù)性割裂較嚴(yán)重，清砂時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)良的潰散性。氧化鋁粉和氧化鐵粉是作為無(wú)機(jī)潰散劑用，用來(lái)把水玻璃膜的熔點(diǎn)提高，也就是說(shuō)把水玻璃砂的殘留強(qiáng)度提高，從而進(jìn)一步提高水玻璃砂的潰散性，海泡石屬粘土類礦物，主要作用是代替膨潤(rùn)土來(lái)改善芯(型)砂的柔韌性和濕強(qiáng)度，也兼有潰散劑的作用。
根據(jù)上述配制的木質(zhì)素水玻璃砂的綜合工藝性能滿足中、小型鑄件生產(chǎn)的技術(shù)要求(詳見(jiàn)表1)，而且潰散性顯著優(yōu)于普通水玻璃砂(詳見(jiàn)表2)。木質(zhì)素用于鑄鋼生產(chǎn)，在實(shí)施無(wú)水爆清砂工藝時(shí)，也能便利清砂，舊砂呈散粒狀，有利于回用，回用率達(dá)70%，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
注潰散功在專門(mén)設(shè)備上測(cè)試，潰散功愈小表明殘留強(qiáng)度愈低，潰散性愈優(yōu)。
實(shí)施例(一)在湖南株洲某車輛工廠的試驗(yàn)(按簡(jiǎn)單小鑄件芯砂配方)原砂92.1%木質(zhì)素水玻璃6%氧化鋁粉0.2%氧化鐵粉0.2%海泡石0.5%附加水1%試驗(yàn)?zāi)康臋z驗(yàn)?zāi)举|(zhì)素水玻璃砂用于射芯工藝，生產(chǎn)小型鑄件的能力及實(shí)施無(wú)水爆清砂工藝的可行性。
試驗(yàn)鑄件閘瓦托(鑄鋼，2G15，毛重6Kg)澆注溫度150℃。
鑄型(芯)工藝組芯造型，串鑄，一型9件，不刷涂料，砂型和砂芯都用木質(zhì)素水玻璃砂在ZZ8612射芯機(jī)上射制，在芯盒內(nèi)用CO2硬化、硬化時(shí)間1.5-2分鐘。硬化后出盒立即按串鑄工藝拼裝、當(dāng)天澆注。
試驗(yàn)結(jié)果不用水爆可便利清砂、鑄件尺寸準(zhǔn)確、外表面光潔，內(nèi)孔表面有約1mm厚的燒結(jié)層，經(jīng)熱處理后完全脫落，鑄件質(zhì)量合格。表明木質(zhì)素水玻璃砂能很好適應(yīng)射芯工藝和無(wú)水爆清砂工藝。
(二)在湖南郴州某柴油機(jī)廠的試驗(yàn)(按中型鑄件及復(fù)雜小鑄件芯砂配方)原砂91.1%木質(zhì)素水玻璃6.5%氧化鋁粉0.2%氧化鐵粉0.2%糊精0.5%海泡石0.5%
附加水1%試驗(yàn)?zāi)康臋z驗(yàn)?zāi)举|(zhì)素水玻璃砂代替桐油砂生產(chǎn)小型復(fù)雜鑄件的能力。
試驗(yàn)鑄件165F型柴油機(jī)缸套工藝性能(見(jiàn)下表)
注(1)生產(chǎn)上要求濕強(qiáng)度≥0.015MPa(2)潰散性按優(yōu)、良、中、可、差、很差六個(gè)等級(jí)來(lái)評(píng)述。
澆注試驗(yàn)結(jié)果澆注10件缸套鑄件，木質(zhì)素水玻璃砂發(fā)氣量明顯小于桐油砂，潰按性接近桐油砂，鑄件清砂便利，加工后未發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷。
(三)在四川德陽(yáng)某電機(jī)廠的試驗(yàn)(按中型鑄件及復(fù)雜小鑄件芯砂配方)同上。
試驗(yàn)?zāi)康臋z驗(yàn)?zāi)举|(zhì)素水玻璃砂應(yīng)用于生產(chǎn)中型(0.5-5噸)鑄鋼件的可行型(主要用于制芯)。
試驗(yàn)鑄件(見(jiàn)下表)
澆注試驗(yàn)結(jié)果澆注后冷卻到500℃以下開(kāi)箱進(jìn)行清砂(不用水爆)，過(guò)程很順利，清理下來(lái)的舊砂呈散粒狀，約有70%左右可以回用。鑄件輪廓清楚、尺寸準(zhǔn)確，內(nèi)孔表面局部有約1mm厚燒結(jié)薄層，退火后完全剝落，鑄件經(jīng)機(jī)械加工未發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷，證明木質(zhì)素水玻璃砂用于生產(chǎn)中、小型鑄鋼件性能優(yōu)良。該工廠對(duì)試驗(yàn)結(jié)果十分滿意，決定采用。
因此，本發(fā)明不僅將造紙工業(yè)環(huán)境治理的副產(chǎn)品變?yōu)殍T造工業(yè)中應(yīng)用廣泛的材料，達(dá)到變廢為寶，而且顯著降低了鑄造水玻璃型(芯)砂的殘留強(qiáng)度，提高潰散性，最終達(dá)到了提高鑄件清砂效率和鑄件質(zhì)量，提高舊砂回用率和經(jīng)濟(jì)效益，減輕廢砂對(duì)環(huán)境的污染。
以年產(chǎn)1500噸鑄鋼件的產(chǎn)量計(jì)算，與普通水玻璃砂生產(chǎn)工藝相比，每年可節(jié)約芯砂(不包括型砂)的原砂1445噸，共11.5萬(wàn)元，每年節(jié)省廢砂排放環(huán)保費(fèi)1萬(wàn)余元，鑄件產(chǎn)量愈大，效益愈明顯。
木制素水玻璃適用于生產(chǎn)中、小型鑄鋼、鑄鐵及有色金屬(銅、鋁)鑄件，可部分代替桐油砂、樹(shù)脂砂生產(chǎn)B級(jí)以下的砂芯。
權(quán)利要求
1.一種木質(zhì)素潰散劑，本發(fā)明的特征是由堿性紙漿黑液經(jīng)脫堿后分離出來(lái)再烘干成粉狀物料即木質(zhì)素干粉為溶質(zhì)，NaOH水溶液為溶劑配制而成，其重量配比為木質(zhì)素干粉10-25%；NaOH水溶液(濃度0.5-2%)75-90%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)素潰散劑，其特征是其配制工藝為(1)加溫木質(zhì)素干粉與NaOH水溶液按上述配比盛入同一金屬容器內(nèi)，緩慢升溫，不停攪拌;(2)停止加溫溫度達(dá)90±5℃停止加溫，在繼續(xù)攪拌中緩慢降溫;(3)冷卻在不停攪拌中逐漸冷卻到室溫(30℃以下)，停止攪拌。
3.一種由權(quán)利要求1所提供的木質(zhì)素潰散劑的應(yīng)用，本發(fā)明的特征是用木質(zhì)素潰散劑制備木制素水玻璃的工藝是將木質(zhì)素潰散劑和水玻璃按以下配比盛入同一容器中攪拌5分鐘，使之均勻混合即成。木質(zhì)素潰散劑水玻璃(模數(shù)2-2.5，比重1.5-1.55)＝1∶(8-12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的木質(zhì)素潰散劑的應(yīng)用，其特征是用木質(zhì)素水玻璃配制木質(zhì)素水玻璃砂的工藝是，將原砂及各種粉料干混2分鐘，加水濕混3分鐘，加木質(zhì)素水玻璃混勻5分鐘，出砂，吹CO2氣時(shí)間0.5-3分鐘，烘干溫度180±10℃，烘干時(shí)間為0.5-2小時(shí)，原砂，各種粉料和木質(zhì)素水玻璃的重量配比為(1)配制簡(jiǎn)便小鑄件的芯砂原砂(50/100·含坭量≤1%)89.8-95.1%;木抽水玻璃4-7%氧化鋁粉(≤100目，Al2O3≥70%)0.1-0.6%;氧化鐵粉(≤140目)0.1-0.6%;海泡石(≤140目，28#以上)0.2-1%附加水0.5-1%(2)配制中型鑄件及復(fù)雜小鑄件芯砂原砂(50/100·含坭量≤1%)88.1-94.4%;木質(zhì)素水玻璃4.5-7.5%氧化鋁粉(同前)0.1-0.6%氧化鐵粉(同前)0.1-0.6%海泡石(同前)0.2-1.0%糊精0.2-1.0%附加水0.5-1%(3)配制面砂原砂(同前)85-92.3%木質(zhì)素水玻璃6-9%氧化鋁粉(同前)0.1-1.0%氧化鐵粉(同前)0.1-1.0%海泡石(同前)1-3%附加水0.5-1%
全文摘要
本發(fā)明提供的木質(zhì)素潰散劑及其應(yīng)用屬于鑄型材料的特種添加劑，是由從堿性紙漿黑液中分離出來(lái)的副產(chǎn)品木質(zhì)素干粉為溶質(zhì)，NaOH水溶液為溶劑配制而成。將木質(zhì)素潰散劑與水玻璃配制成木質(zhì)素水玻璃，進(jìn)一步再與水玻璃砂的其它組分一起配制成木質(zhì)素水玻璃砂，用作鑄造的造型(芯)材料，本發(fā)明不僅將造紙工業(yè)環(huán)境治理的副產(chǎn)品變?yōu)殍T造工業(yè)材料，變廢為寶，而且可以顯著降低鑄造水玻璃型(芯)砂的殘留強(qiáng)度，提高潰散性，最終達(dá)到提高鑄件清砂效率，鑄件質(zhì)量和舊砂回收率，提高經(jīng)濟(jì)效益，減輕廢砂對(duì)環(huán)境的污染。
文檔編號(hào)B22C1/00GK1108978SQ9411088
公開(kāi)日1995年9月27日 申請(qǐng)日期1994年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月22日
發(fā)明者呂衛(wèi)鈞, 程厚義, 劉月秋 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)