本发明涉及熔融陶瓷砂制备技术领域，具体为一种低密度熔融陶瓷砂的制备系统及制备方法。
背景技术：
人造陶瓷铸造砂粒形圆整，耐火度高，热膨胀性小，耐破碎性好，使用寿命长，在使用过程中产尘量小，固体废弃物产生量少，可节省粘结剂用量、提高铸件的表面精度和尺寸精度，被作为一种绿色铸造造型材料在生产中得到了推广应用。
在人造陶瓷铸造砂推广应用过程中，也暴露出了熔融陶瓷铸造砂存在的问题。熔融陶瓷铸造砂表面光洁，但密度大，在以容积充填作为主要造型(芯)方法，以质量配比作为型(芯)砂配制方法的情况下，砂子和粘结剂的用量大。现有技术生产的熔融陶瓷砂的真密度均大于2.8g/cm3，在充填相同体积铸型时砂子的质量大，单个铸型的粘结剂用量多，铸造生产成本和生产中产生的有害气体量增加，并且熔融陶瓷砂和硅砂等低密度铸造砂混合使用时，由于密度不同，易产生偏析现象，从而对铸型的工艺性能造成不良影响。
技术实现要素：
本发明就是针对现有技术存在的上述不足，提供一种低密度熔融陶瓷砂的制备系统及制备方法，在使用中能够根据要求选择不同的气源，切换简单，操作便利，利用该装置制备的低密度熔融陶瓷砂在充填相同体积铸型时，减少了砂子(质量)和粘结的用量，铸造生产成本得以降低，生产中产生的有害气体少，另外由于低密度熔融陶瓷砂的密度和硅砂相近，在和硅砂混合使用时不产生偏析，铸造工艺性能稳定，生产的低密度熔融陶瓷砂既具有现有熔融陶瓷砂表面光洁的特点，同时又具有烧结陶瓷砂密度低，耐用性强的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低密度熔融陶瓷砂的制备系统，包括气源、水箱、喷枪、喷枪座和熔炉，所述喷枪与喷枪座通过连接轴铰接，所述气源通过连接管与喷枪连接，所述连接管上依次设有减压阀、第一流量调节阀、第一开关阀，所述喷枪的一侧通过管路与水箱连通，管路上设有第二开关阀和第二流量调节阀，喷枪的喷吹头的一侧设有熔炉，所述熔炉内设有电极，熔炉的底部设有出流口。
优选的，所述气源为压缩空气或饱和水蒸汽。
优选的，所述电极的数量为三根，电极之间的距离调节至产生稳定电弧。
优选的，所述减压阀调节的喷吹压力为0.1mpa～0.8mpa。
优选的，所述喷枪的喷吹角度为沿水平±45°。
优选的，所以喷吹头的出口为多孔状或扁平缝隙状。
优选的，所述喷枪座的底部设有轨道，喷吹头与出流口之间的距离为0.05m～2m。
一种低密度熔融陶瓷砂的制备方法，包括上述所述的低密度熔融陶瓷砂的制备系统，具体步骤包括：
步骤一，按照熔融陶瓷铸造砂的工艺要求，确定铸造砂的化学组成，然后按照化学组成进行配料，并在混料机中混合均匀，得到制备熔融陶瓷铸造砂用原材料；
步骤二，将原材料送入熔炉中，对电极通电，调节电极之间的距离，电极间产生电弧，在电弧的热作用下，使制砂材料熔融并在炉内形成熔池；
步骤三，调节喷枪角度为±45°，喷吹头至出流口的距离为0.05m～2m，打开第一开关阀，向喷枪内通入压缩空气或饱和水蒸气，通过减压阀将喷吹压力调节至0.1mpa～0.8mpa，经喷吹头对熔体流进行喷吹，在气流作用下，熔体被破碎为若干个小的液滴，在此过程中液滴在表面张力作用下自动收缩成球状，冷却凝固成球形的砂粒；
步骤四，喷吹得到的熔融砂经过筛分后得到单目砂，然后按照铸造砂对粒度的要求将不同粒度的砂子均匀混合在一起即得到级配后的铸造用低密度熔融陶瓷砂。
优选的，所述步骤三中，当喷枪内通入压缩空气时，打开第二开关阀，向喷枪内通水，使喷吹头喷出雾状气流。
优选的，所述步骤一中采用的原材料为al-si系材料或si系材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该装置在使用中能够根据要求选择不同的气源，切换简单，操作便利，利用该装置制备的低密度熔融砂在充填相同体积铸型时，减少了砂子(质量)和粘结的用量，铸造生产成本得以降低，生产中产生的有害气体少，另外由于低密度熔融陶瓷砂的密度和硅砂相近，在和硅砂混合使用时不产生偏析，铸造工艺性能稳定，生产的低密度熔融陶瓷砂既具有现有熔融陶瓷砂表面光洁的特点，同时又具有烧结陶瓷砂密度低，耐用性强的特点。
2、本发明的喷枪角度、喷枪与出流口之间的距离均采用可调节方式，能够根据不同材料的成分进行调节，增加了使用范围，具有通用性。
3、本发明在喷枪上连接水箱，能够增加气流的湿度，可根据需要提高溶体的冷却速度。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1-气源；2-减压阀；3-第一流量调节阀；4-第一开关阀；5-水箱；6-第二开关阀；7-第二流量调节阀；8-喷吹头；9-电极；10-熔炉；11-熔池；12-出流口；13-喷枪；14-喷枪座；15-轨道；16-连接轴；17-连接管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种低密度熔融陶瓷砂的制备系统，包括气源、水箱5、喷枪13、喷枪座14和熔炉10，喷枪13与喷枪座14通过连接轴16铰接，气源1通过连接管17与喷枪13连接，连接管上依次设有减压阀2、第一流量调节阀3、第一开关阀4，喷枪13的一侧通过管路与水箱5连通，管路上设有第二开关阀6和第二流量调节阀7，喷枪13的喷吹头8的一侧设有熔炉10，熔炉10内设有电极9，熔炉10的底部设有出流口12。
气源1为压缩空气或饱和水蒸汽，当使用压缩空气时，如果需要提高熔融砂的冷却速度，则可以打开第二开关阀6向喷枪13内加水，使得喷吹头8喷出含水雾的气流；
其中电极9的数量为三根，电极9之间的距离调节至产生稳定电弧。
减压阀2调节的喷吹压力为0.1mpa～0.8mpa。
喷枪13的喷吹角度为沿水平
按熔融材料的流量，喷吹头8为圆柱形、锥柱形、扇形等多种形状，喷吹头8的出口为多孔状或扁平缝隙状。
为了方便喷吹头8与出流口12之间的距离调节，喷枪座14的底部设有轨道15，喷枪座14能够在轨道15上移动调节，调节完成后可进行锁止，喷吹头8与出流口12之间的距离为0.05m～2m。
利用低密度熔融陶瓷砂的制备系统，一种低密度熔融陶瓷砂的制备方法，实施例一，
用al-si材料时，al2o3的质量分数为30％∽70％，sio2的质量分数为68％∽28％，其他成分的质量分数小于7％，当用于硅系耐火材料时，sio2的质量分数大于75％。制备方法具体步骤包括：
步骤一，按照熔融陶瓷铸造砂的工艺要求，确定铸造砂的化学组成，然后按照化学组成进行配料，并在混料机中混合均匀，得到制备熔融陶瓷铸造砂用原材料；
步骤二，将原材料送入熔炉10中，对电极9通电施加电压，调节电极9之间的距离，使得电极9间产生电弧，在电弧的热作用下，使制砂材料熔融并在炉内形成熔池11；
步骤三，调节喷枪13角度为
通过上述各参数及喷头结构的合理配合，将熔融陶瓷砂的真密度控制在2.8g/cm3以下，粒度控制在0.075mm～3.35mm。
步骤四，喷吹得到的熔融砂经过筛分后得到单目砂，然后按照铸造砂对粒度的要求将不同粒度的砂子均匀混合在一起即得到级配后的铸造用低密度熔融陶瓷砂。
实施例二，
当气源1采用压缩空气时，制备方法具体步骤包括：
步骤一，按照熔融陶瓷铸造砂的工艺要求，确定铸造砂的化学组成，然后按照化学组成进行配料，并在混料机中混合均匀，得到制备熔融陶瓷铸造砂用原材料；
步骤二，将原材料送入熔炉10中，对电极9通电施加电压，调节电极9之间的距离，使得电极9间产生电弧，在电弧的热作用下，使制砂材料熔融并在炉内形成熔池11；
步骤三，调节喷枪13角度为
当需要提高熔融砂的冷却速度时，开启第二开关阀6，通过第二流量调节阀7控制进入喷枪13内的水量，在流动气流的引射及冲击作用下，水被打散并呈雾状混合于空气中，含有水雾的压缩空气对熔液进行喷吹，以提高熔体的冷却速度；
步骤四，喷吹得到的熔融砂经过筛分后得到单目砂，然后按照铸造砂对粒度的要求将不同粒度的砂子均匀混合在一起即得到级配后的铸造用低密度熔融陶瓷砂。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
1.一种低密度熔融陶瓷砂的制备系统，其特征在于：包括气源、水箱、喷枪、喷枪座和熔炉，所述喷枪与喷枪座通过连接轴铰接，所述气源通过连接管与喷枪连接，所述连接管上依次设有减压阀、第一流量调节阀、第一开关阀，所述喷枪的一侧通过管路与水箱连通，管路上设有第二开关阀和第二流量调节阀，喷枪的喷吹头的一侧设有熔炉，所述熔炉内设有电极，熔炉的底部设有出流口。
2.如权利要求1所述的一种低密度熔融陶瓷砂的制备系统，其特征在于：所述气源为压缩空气或饱和水蒸汽。
3.如权利要求1所述的一种低密度熔融陶瓷砂的制备系统，其特征在于：所述电极的数量为三根，电极之间的距离调节至产生稳定电弧。
4.如权利要求1所述的一种低密度熔融陶瓷砂的制备系统，其特征在于：所述减压阀调节的喷吹压力为0.1mpa～0.8mpa。
5.如权利要求1所述的一种低密度熔融陶瓷砂的制备系统，其特征在于：所述喷枪的喷吹角度为沿水平±45°。
6.如权利要求1所述的一种低密度熔融陶瓷砂的制备系统，其特征在于：所述喷吹头的出口为多孔状或扁平缝隙状。
7.如权利要求1所述的一种低密度熔融陶瓷砂的制备系统，其特征在于：所述喷枪座的底部设有轨道，喷吹头与出流口之间的距离为0.05m～2m。
8.一种低密度熔融陶瓷砂的制备方法，其特征在于：包括权利要求1-7任一项所述的低密度熔融陶瓷砂的制备系统，具体步骤包括：
步骤一，按照低密度熔融陶瓷铸造砂的工艺要求，确定铸造砂的化学组成，然后按照化学组成进行配料，并在混料机中混合均匀，得到制备熔融陶瓷铸造砂用原材料；
步骤二，将原材料送入熔炉中，对电极通电，调节电极之间的距离，电极间产生电弧，在电弧的热作用下，使制砂材料熔融并在炉内形成熔池；
步骤三，调节喷枪角度为±45°，喷吹头至出流口的距离为0.05m～2m，打开第一开关阀，向喷枪内通入压缩空气或饱和水蒸气，通过减压阀将喷吹压力调节至0.1mpa～0.8mpa，经喷吹头对熔体流进行喷吹，在气流作用下，熔体被破碎为若干个小的液滴，在此过程中液滴在表面张力作用下自动收缩成球状，冷却凝固成球形的砂粒；
步骤四，喷吹得到的熔融砂经过筛分后得到单目砂，然后按照铸造砂对粒度的要求将不同粒度的砂子均匀混合在一起即得到级配后的铸造用低密度熔融陶瓷砂。
9.如权利要求8所述的一种低密度熔融陶瓷砂的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，当喷枪内通入压缩空气时，打开第二开关阀，向喷枪内通水，使喷吹头喷出雾状气流。
10.如权利要求8所述的一种低密度熔融陶瓷砂的制备方法，其特征在于：所述步骤一中采用的原材料为al-si系材料或si系材料。
技术总结