说明书 本发明涉及铸造行业中的型砂。
在铸造行业中使用的型砂按型砂的骨料种类分类一般分为二种，一种为石英质型砂;另一种为非石英质型砂。在公知的非石英质型砂中一般由锆砂、刚玉砂、铬铁矿砂等作为型砂骨料，然后加入各类无机或有机粘结剂以及铸造用辅料加工而成。石英质型砂是石英砂作为骨料，然后加入各类无机或有机粘结剂以及铸造用辅料加工而成。而现有非石英质型砂存在着几个缺点，一、作为骨料的非石英质砂价格高，如锆砂3600元/吨、刚玉4500元/吨、铬铁矿砂3000元/吨;二、这些非石英质砂形状呈多角形，故表面积大，因而在混制型砂的过程中，势必加入较多的粘结剂及辅料，这样既造成了加大了生产成本，又降低了型砂的物理性能，使型砂的透气性降低，发气量增大，易使铸件产生气孔;三、锆砂还具有α、β、γ射线，对工人的身体产生一定的危害;四、铬铁矿砂因我国资源贫乏，需要大量进口，耗费大量外汇。而现有的石英质型砂，虽然来源广，价格低，但也存在着诸多的缺点，一、耐火度低，在1650～1700℃左右，易于碱金属氧化物在高温情况下反应生成低熔点的硅酸盐，从而产生粘砂夹砂等铸造缺陷;二、在高温情况下，石英会发生同质异晶转变，产生大的晶格应力，导致石英砂易破碎使其复用性低;三、石英砂的线膨胀率高（体积膨胀量可达4.7%），使石英砂易发生铸件尺寸变化，因而会产生胀砂、缩松、结疤等缺陷;四、石英会导致生产操作者职业病-矽肺病。
本发明的目的是为了克服上述缺点，提供一种型砂骨料，用它来取代石英质型砂的石英砂和非石英质型砂骨料。它具有价格低、来源广、无放射性、热化学稳定性好、热膨胀率小、颗粒形状为圆形且耐火度高，用它来配制的型砂亦能克服已有技术的缺点和具有上述优点和积极效果。
为了达到上述目的，本发明提供的一种新地型砂骨料是为石油工业使用的下脚料，生产厂家称它为“陶粒砂”，我们对陶粒砂进行电子探针扫描后确认，其晶相为：主晶相为α-Al2O3（刚玉），次晶相为3Al2O3·2SiO2（莫来石），故命名为“刚玉莫来石砂”。用刚玉莫来石砂为骨料来制造型砂，根据加入有机粘结剂或无机粘结剂分成两大类型砂，以下分别叙述。
一种铸造用型砂，其特征型砂的骨料是刚玉莫来石砂，加入有机粘结剂、铸造用辅料（以下简称辅料）和适量水，其有效组合如下（重量比）：
刚玉莫来石砂 100
有机粘结剂 0.8～10
辅料 0.0045～8（总量）
总含水量 0～9
采用的有机粘结剂是合脂或聚乙烯醇或呋喃树脂或改性呋喃树脂或酚醛树脂或渣油或亚麻油等。
采用的辅料是木素磺酸钙、糖浆、硬脂酸钙、乌洛托品、硅烷、对甲苯磺酸、磷酸、硫酸乙脂、含水硅酸铝、酒精、水泥、石膏等。
因为有的粘结剂和辅料中含有水分，因而在制造型砂过程中，要求总含水量为标准。
根据铸造工艺的要求不同，型砂的制造要求也不同，即加入粘结剂或辅料的种类与数量不一样，根据型砂工艺不同一般可分为合脂砂、聚乙烯醇砂、冷热法酚醛树脂覆膜砂、呋喃树脂砂、及改性呋喃自硬树脂砂等。现举一些加入有机粘结剂的型砂的有效组合配比的例子如下（重量比）：
例1：刚玉莫来石砂 100
合脂 4～6.5
木素磺酸钙 0～2
含水硅酸铝（粘土） 0～4
总含水量 3～4.8
例2：刚玉莫来石砂 100
合脂 3.5～5
糖浆 3～4
总含水量 2.8～3.5
例3：刚玉莫来石砂 100
酚醛树脂 4～6.3
乌洛托品 0.4～0.9
硬脂酸钙 0.2～0.25
总含水量 0.4～0.9
例4：刚玉莫来石砂 100
酚醛树脂 4.5～6
乌洛托品 0.6～1
酒精 2.5～3.5
例5：刚玉莫来石砂 100
聚乙烯醇 1～3
石膏 0～3
木素磺酸钙 2～4
总含水量 5～8
例6：刚玉莫来石砂 100
聚乙烯醇 0.8～1.2
水泥 0～3.5
总含水量 4～7
例7：刚玉莫来石砂 100
呋喃Ⅱ型树脂 3～5
乌洛托品 0.45～1
例8：刚玉莫来石砂 100
改性呋喃树脂 0.8～3
对甲苯磺酸 0.24～1.5
硅烷 0.0016～0.009
例9：刚玉莫来石砂 100
改性呋喃树脂 1.5～3
对甲苯磺酸 0.6～1.5
一种铸造用型砂，其特征是型砂的骨料是刚玉莫来石砂加入无机粘结剂、辅料和适量水，其有效组合如下（重量比）：
刚玉莫来石砂 100
无机粘结剂 3～20
辅料 0～10（总量）
总含水量 2～10
采用的无机粘结剂是水玻璃或含水硅酸铝（粘土、陶土）或磷酸盐或双快水泥等。
采用的辅料是硅酸二钙、石膏、水泥、硅铁粉、氯化铵、氢氧化钠、褐藻酸钠、乙二醇二乙脂、氯化钙、溃散剂、表面活性剂、缓凝剂等。
型砂分为面砂、芯砂，根据铸造工艺不同型砂又可分为水玻璃型砂、粘土型砂、水泥型砂等若干种，现举一些加入无机粘结剂的型砂的有效组合配比如下（重量比）：
例1：刚玉莫来石砂 100
水玻璃 6.5～9
含水硅酸铝 2.5～6
氢氧化钠 0～0.35（浓度10%）
总含水量 3.8～4.8
例2：刚玉莫来石砂 100
水玻璃 4～6
溃散剂 1.8～2.2
总含水量 3.8～4.8
例3：刚玉莫来石砂 100
含水硅酸铝 10～20
总含水量 5.6～8.5
例4：刚玉莫来石砂 100
乙二醇二乙脂 0.1～0.35
水玻璃 4.5～7
总含水量 3～4
例5：刚玉莫来石砂 100
双快水泥 5～10
水 5.5～10
表面活性剂 0～0.25
缓凝剂（柠檬酸） 0～0.006
例6：刚玉莫来石砂 100
硅酸二钙（赤泥） 2～6
水玻璃 7～9
含水硅酸铝（粘土） 0～3
例7：刚玉莫来石砂 100
水玻璃 6.5～7.5
刚玉莫来石的比重为2.13g/cm3，其化学成分如下：
Al2O3-77.90%，SiO2-19.65%，
Fe2O3-2.1%，MgO-0.82%，其它-0.43%
刚玉莫来石砂经过电子探针扫描图结果分析表明：主晶相为刚玉（α-Al2O3），次晶相为莫来石（3Al2O3·2SiO2），其晶格类型稳定，同时兼有刚玉、莫来石的特性，结构紧密，耐火度高（大于1800℃）、热化学稳定性好、线膨胀系数小，型砂最大热膨胀率为0.14%（热面温度852.8℃），不被酸碱金属氧化物润湿，实验表明，用它混制的型砂有好的铸造实用性和复用性。
用它制造的型砂与现有的非石英质型砂相比具有以下优点和积极效果：一、来源广、价格低廉，我们使用的是为石油工业使用的淘汰的下脚料，每吨仅150元，变废为宝，而锆砂3600元/吨、刚玉砂4500元/吨、铬铁矿砂3000元/吨，用它来取代上述非石英质型砂，生产成本可大大降低;二、它的形状是圆形，故表面积小，因而在制造过程中，减少了粘结剂和辅料的用量，既降低了成本，又改善了型砂的物理性能，提高了型砂的透气性，降低了发气量，使铸件产生气孔的现象减少;三、无α、β、γ射线，有助于工人的健康。
用它制造的型砂与现有的石英质型砂相比具有以下优点和积极效果：一、有较高的耐火度（大于1800℃），避免了粘砂夹砂等铸造缺陷，提高了铸件质量，减少了清理粘砂夹砂的费用;二、在高温情况下不发生同质异晶转变，复用性好;三、线膨胀率低，经实验表明最大热膨胀率0.14%（热面温度852.8℃），避免了铸件夹砂结疤等铸造缺陷，因而铸件的质量高，使用该型砂铸造了ZG35、ZG25、ZG45、ZG20CrMoV、ZGWC9、ZG15CrMo、ZGCr35Ni4Si等材质的铸件（铸件的重量在0.5kg～9500kg），铸件表面光洁，内在质量高，尺寸精度高;四、石英砂SiO2大于96%，工人易得矽肺病，而使用它替代石英砂，可防止工人患矽肺病。
本发明的以下的实施例所使用的设备均采用S111A混砂机，单位：（份）
实施例1：圆形刚玉莫来石砂100+木素磺酸钙1.5+含水硅酸铝3.5 (干混2分钟)/() +合脂4.5 (湿混15分钟)/() +适量水（总含水量3～4.8） (湿混2分钟)/() 出砂。
其物理性能：水份3～4.8;透气≥80;湿压（MPa/cm2）0.016～0.018;干拉（MPa/cm2）≥1.5。
实施例2：刚玉莫来石砂100+糖浆3.5 (湿混3分钟)/() +合脂5 (湿混15分钟)/() +适量水（总含水量2.8～3.5） (湿混2分钟)/() 出砂。
其物理性能：水份2.8～3.5;透气≥80;湿压（MPa/cm2）0.015～0.017;干拉（MPa/cm2）≥1.2。
实施例3：①将刚玉莫来石砂100加热至140-160℃;
②将热砂放入混砂机后，加入粉状酚醛树脂6后，干混40～60秒;
③加入乌洛托品水溶液0.9（乌洛托品与水之比为1∶1）混制20秒;
④再加入硬脂酸钙0.25，继续混制180秒;
⑤放砂、破碎、过筛后冷却至40℃使用。
物理性能：常温抗拉强度（MPa/cm2）＞2.5;湿压（MPa/cm2）＜0.01。
实施例4：刚玉莫来石砂100+石膏2+木素磺酸钙2 (干混2分钟)/() +聚乙烯醇水溶液（浓度18%）1.5（固体量） (湿混3分钟)/() +适量水（总含水量5～8） (湿混1分钟)/() 出砂。
物理性能：湿压（MPa/cm2）：0.013～0.016;常温干拉（MPa/cm2）：0.4～1.6;透气＞80。
实施例5：刚玉莫来石砂100+酚醛树脂5+乌洛托品0.7+酒精3。
刚玉莫来石砂+乌洛托品（干混1分）+酚醛树脂酒精溶液（湿混10分）出砂，待酒精挥发完毕，破碎过筛，即可。
物理性能：抗拉强度≥3MPa/cm2;湿压＜0.01MPa/cm2。
实施例6：刚玉莫来石砂100+水泥3 (干混2分钟)/() +聚乙烯醇水溶液6（浓度18%水溶液） (湿混5分钟)/() +适量水（总含水量4～7） (湿混1分钟)/() 出砂。
物理性能：湿压（MPa/cm2）：0.01～0.013;常温干拉（MPa/cm2）：0.4～1.6。
实施例7：刚玉莫来石砂100+乌洛托品0.8 (干混2分钟)/() +呋喃Ⅱ型树脂4 (湿混20分钟)/() 出砂。
物理性能：常温抗拉强度（MPa/cm2）＞1.8。
实施例8：刚玉莫来石砂100+硅烷0.0045+改性呋喃树脂1.5 (混制30秒)/() +对甲苯磺酸0.62 (混制15秒)/() 出砂。
物理性能：常温抗拉强度（MPa/cm2）≥1.2。
实施例9：刚玉莫来石砂100+改性呋喃树脂2.5 (混制35秒)/() +对甲苯磺酸1.13 (混制10秒)/() 出砂。
实施例10：刚玉莫来石砂100+含水硅酸铝（粘土）5干混2分钟+水玻璃7+氢氧化钠0.25（浓度10%）湿混6分钟+适量水（总含水量3.8～4.8）湿混2分钟出砂。
物理性能：水份3.8～4.8;透气≥100;湿压（MPa/cm2）0.02～0.025;干拉（MPa/cm2）≥2.8。
实施例11：刚玉莫来石砂100+溃散剂2干混2分钟+水玻璃4.5湿混6分钟+适量水（总含水量3.8～4.8）湿混2分钟出砂。
物理性能：水份3.8～4.8;透气≥100;湿压（MPa/cm2）0.018～0.02;干拉（MPa/cm2）≥2.0。
实施例12：刚玉莫来石砂100+含水硅酸铝（粘土）15（干混1.5～2分）+水（适量，湿混3～5分）出砂。
物理性能：湿压0.4～0.6MPa/cm2;透气≥100;总含水量5.5。
实施例13：刚玉莫来石砂100+乙二醇乙二脂0.2（湿混0.5分钟）+水玻璃5（湿混1分）出砂。
24小时后抗压＞0.9MPa/cm2。
实施例14：刚玉莫来石砂100+双快水泥8（1～2分钟）+水6（或水和表面活性剂、缓凝剂）湿混1分→放砂。
24小时后抗压≥0.9MPa/cm2。
总含水量6～8。
实施例15：刚玉莫来石砂100+赤泥4+含水硅酸铝（粘土）1.5（干混1～2分）+水玻璃7（湿混5分）+水（适量，湿混1分）出砂。
水分总含量3.5～4。
24小时抗压≥0.9MPa/cm2。
实施例16：刚玉莫来石砂100+水玻璃7（湿混6分）出砂。
物理性能：水分3.5～3.8
吹CO2抗压≥0.9MPa/cm2
透气≥100