本发明涉及一种铸钢、铸铁、铸铝及其合金的铸造用铸型使用的球形熔融硅砂，具体涉及一种特种砂-球形熔融硅砂及其制备方法和应用，其属铸造技术领域。
背景技术：
目前，铸造使用较为广泛的型砂是角形硅砂，因价格低廉，来源简单，故使用广泛，但因其具有不规则的角形形状，导致流动性差，填充率低，导致用硅砂形成的砂型不密实，表面粗糙，从而得到的铸件表面光洁度差，增大了后续工序难度。同时，硅砂主要成分是石英，浇注时受高温影响发生晶相变化，形成方石英，体积变化大，无法得到尺寸精度高的铸件，同样增大了后续工序难度。因此，出现了很多非角形的型砂，以提高砂型填充率和铸件尺寸精度。
中国专利02802406.0公开了一种球状氧化物粉末的制造方法及球状粉末制造装置、复合电介质材料、基板及基板的制造方法，提供一种球状氧化物粉末的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：由氧化物组合物构成的颗粒粉末与载气一起供给至燃烧火焰内的供给步骤；将供给的颗粒粉末在燃烧火焰内熔融来得到熔融处理物的熔融步骤和熔融处理物通过向燃烧火焰外移动而凝固的凝固步骤。
中国专利200810121382.8公开了一种微细的球形颗粒状二氧化硅的制备方法。它包括以下步骤：角形二氧化硅通过天燃气和氧气的燃烧火焰的步骤；通过冷却区的步骤；颗粒分级的步骤。本发明采用纯氧和天燃气相对格价低的能源，用高温火焰熔融角形二氧化硅颗粒，靠其熔融后的表面张力使之球化，由于纯氧和天燃气的流量大，能将二氧化硅颗粒有效分散，减少了二氧化硅颗粒在表面熔融情况下结团的可能性，保证了最终产品的真球度。
200380105426.3球状型砂及其制造方法，其发明的特征在于：采用火焰熔融法将以al2o3和sio2为主成分的粉末球状化，由此制造球形度高、吸湿率小的型砂，进而制造强度优良、具有平滑表面的铸型。
上述公开的专利中，有利用原料混合造粒成球并烧结制得的球形型砂及高硅质球形型砂，但其球形度不高，砂粒表面粗糙，使用粘结剂多，造成成本高，同时并没有提高填充率即铸件表面光洁度；另有公开专利的球形型砂，降低了砂粒的表面粗糙度，使用粘结剂少，球形度高，流动性好，提高了砂型填充率和铸件表面光洁度，因主要成分是氧化铝和氧化硅，比重大，砂型重，使工人劳动强度大，同时存在成本较高的问题。因此，目前铸造领域需研究一种比重小、角形系数低、砂粒表面光滑的型砂、膨胀系数低的型砂，以提高砂型填充率和铸件尺寸精度。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种特种砂-球形熔融硅砂及其制备方法和应用，通过在高温富氧气氛下，将其原料角形硅砂熔融，得到表面光滑、膨胀系数低、角形系数低、酌减度低、密度小的球形型砂。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种特种砂-球形熔融硅砂，其采用角形硅砂通过高温熔融法生产，所述角形硅砂含有sio2、fe2o3、na2o和k2o为主要成分；
其中，角形硅砂sio2含量≥88％，fe2o3含量≤0.5％，na2o和k2o含量≤3.0％；
所述球形熔融硅砂非晶相含量60～100％，砂粒表面粗糙度ra小于0.3。
所述球形熔融硅砂球形度≥0.85。
所述球形熔融硅砂粒度在300～75μm。
一种特种砂-球形熔融硅砂的制备方法，其包括角形硅砂、氧气和天燃气共同通过分散设备进入球化炉体内，角形硅砂砂粒在富氧气和天燃气燃烧过程中被高温熔融球化。
作为优选，上述角形硅砂高温熔融球化的富氧系数为1.1～1.5，天燃气用量为280～350m3/h，高温温度达到2000～2400℃，熔融时间1～3s。
作为优选，上述角形硅砂进行颗粒筛选分级：300～212μm、212～150μm、150～75μm三个粒度段，并分别进行高温煅烧，并被高温熔融球化，球形度0.85～0.95。
作为优选，将上述角形硅砂经球化熔融进入快速冷却工序，快速冷却速率为300～500℃/s，收集球形熔融硅砂并筛选分级，粒度在300～75μm。
而且，将上述球形熔融硅砂按小颗粒粒度段与大颗粒粒度段混合，将小颗粒填充大颗粒的缝隙紧密堆积，使得到的砂型和砂芯致密。
而且，将上述球形熔融硅砂粒度段300～212um与粒度段212～150um进行混合，其混合比例为1：0.15～1.5，球形熔融硅砂粒度段212～150μm与粒度段150～75μm进行混合，其混合比例为1:1.5～3.6。
一种特种砂-球形熔融硅砂的应用方法，将上述混合完成的球形熔融硅砂制作成覆膜砂，覆膜砂的制作配比以重量百分比计，树脂：0.8～1.5％的砂量，硬脂酸钙：0.1～2％的砂量，固化剂：15～18％的树脂量，铸件的表面粗糙度ra达到3.2～6.3。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、本发明制备的球形熔融硅砂，采用角形硅砂sio2含量不小于88％，非晶相含量大于60％以上，经过高温熔融成球，晶相发生转化形成非晶态，非晶态的球形熔融硅砂具有极低的膨胀率，制作型壳后可以保证铸件的尺寸精度。
2、本发明制备的球形熔融硅砂，非晶态的球形熔融硅砂密度小，熔融硅砂的密度最小是普通硅砂的0.9倍，是常用球形型砂的0.76倍，在射芯制砂型时，密度最小的砂粒可以获得最大的运行速度，运行速度越大，砂型填充率越高，越致密，可以保证铸件高的表面光洁度。
3、本发明由于采用特种砂-球形熔融硅砂的制备方法，角形硅砂在高温富氧气氛下和天燃气燃烧过程中被高温熔融球化，角形硅砂表面张力降低，角形硅砂经球化熔融进入快速冷却工序，快速冷却收集球形熔融硅砂。
4、本发明球形熔融硅砂制备方法，将角形硅砂分级粒度段，分级成三个粒度段分别进行高温煅烧，可以节能，同时可以保证每段粒度段的球形率高，避免出现大小颗粒混合高温煅烧，浪费能量，同时无法保证球形率，大颗粒球化需要能量高，小颗粒球化需要能量低，每个砂粒都能很好的熔融球化，保证质量同时节约球化能源，降低成本。
5、本发明球形熔融硅砂制备方法制得球形熔融硅砂，按分级粒度段经过科学的配比混合，小颗粒粒度段与大颗粒粒度段混合，将小颗粒填充大颗粒的缝隙，使混合品在使用时，能够得到致密的砂型和砂芯，从而保证铸件表面质量光滑，球形熔融硅砂球形度高，耐破碎率高，回收性好，环保绿色。
6、本发明制备方法的球形硅砂可以提高成品量和成品合格率，即1吨钢水浇铸的铸件，使用球形硅砂比原来工艺浇铸的铸件数量多，约多15％左右。
7、本发明球形熔融硅砂应用方法，采用球形熔融硅砂制作成覆膜砂，球形熔融硅砂按分级粒度段经过科学的配比混合，致密砂型和砂芯组合，然后浇铸铁水，铁水冷却，铸件成型，铸件的表面光洁度较高，使用酚醛树脂降低，强度提高，同时提高了填充率，保证质量，节约成本。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行进一步的描述。
本发明提供一种特种砂-球形熔融硅砂及其制备方法和应用。
实施例1
一种特种砂-球形熔融硅砂，采用角形硅砂通过高温熔融法生产，角形硅砂含有sio2、fe2o3、na2o和k2o为主要成分；选用sio2含量88％的角形硅砂，fe2o3含量≤0.5％，na2o和k2o含量≤3.0％，ph值在7左右。
一种特种砂-球形熔融硅砂的制备方法，将角形硅砂进行颗粒筛选分级：300～212μm、212～150μm、150～75μm三个粒度段，球形度0.85～0.95。将角形硅砂、氧气和天燃气共同通过分散设备进入球化炉体内，角形硅砂砂粒按三个粒度段分级分别放入球化炉体内在富氧气和天燃气燃烧过程中被高温熔融球化，球形度0.85～0.95。角形硅砂高温熔融球化的富氧系数为1.1，天燃气用量为300m3/h，高温达到2000℃。
将上述角形硅砂经球化熔融熔融时间1.5s，急速进入冷却区，形成球形的砂粒，快速冷却速率为350℃/s，收集球形熔融硅砂并筛选分级，粒度在300～75μm，球形度在0.85，酌减为0％，非晶态含量在80％以上。
将上述球形熔融硅砂粒度段300～212um与粒度段212～150um进行混合，其混合比例为1：0.5，球形熔融硅砂粒度段212～150μm与粒度段150～75μm进行混合，其混合比例为1:2.0。
实施例2
一种特种砂-球形熔融硅砂，采用角形硅砂通过高温熔融法生产，角形硅砂含有sio2、fe2o3、na2o和k2o为主要成分；选用sio2含量90％的角形硅砂，非晶相含量98％，fe2o3含量≤0.3％，na2o和k2o含量≤3.0％，ph值在7。
一种特种砂-球形熔融硅砂的制备方法，将角形硅砂进行颗粒筛选分级：300～212μm、212～150μm、150～75μm三个粒度段，球形度0.85～0.95。将角形硅砂、氧气和天燃气共同通过分散设备进入球化炉体内，角形硅砂砂粒按三个粒度段分级分别放入球化炉体内在富氧气和天燃气燃烧过程中被高温熔融球化，球形度0.85～0.95。角形硅砂高温熔融球化的富氧系数为1.5，天燃气用量为350m3/h，高温达到2300℃。
将上述角形硅砂经球化熔融熔融时间1.5s，急速进入冷却区，形成球形的砂粒，快速冷却速率为350℃/s，收集球形熔融硅砂并筛选分级，粒度在75300～75μm，球形度在0.9，酌减为0％，非晶态含量在95％以上。
将上述球形熔融硅砂粒度段300～212um与粒度段212～150um进行混合，其混合比例为1：1.5，球形熔融硅砂粒度段212～150μm与粒度段150～75μm进行混合，其混合比例为1:3.6。
实施例3
一种特种砂-球形熔融硅砂，采用角形硅砂通过高温熔融法生产，角形硅砂含有sio2、fe2o3、na2o和k2o为主要成分；选用sio2含量90％的角形硅砂，非晶相含量95％，fe2o3含量≤0.1％，na2o和k2o含量≤3.0％，ph值在7。
一种特种砂-球形熔融硅砂的制备方法，将角形硅砂进行颗粒筛选分级：300～212μm、212～150μm、150～75μm三个粒度段，球形度0.85～0.95。将角形硅砂、氧气和天燃气共同通过分散设备进入球化炉体内，角形硅砂砂粒按三个粒度段分级分别放入球化炉体内在富氧气和天燃气燃烧过程中被高温熔融球化，球形度0.85～0.95。角形硅砂高温熔融球化的富氧系数为1.2，天燃气用量为320m3/h，高温达到2200℃。
将上述角形硅砂经球化熔融熔融时间1.5s，急速进入冷却区，形成球形的砂粒，快速冷却速率为350℃/s，收集球形熔融硅砂并筛选分级，粒度在300～75μm，球形度在0.95，酌减为0％，非晶态含量在75％以上。
将上述球形熔融硅砂粒度段300～212um与粒度段212～150um进行混合，其混合比例为1：1.2，球形熔融硅砂粒度段212～150μm与粒度段150～75μm进行混合，其混合比例为1:2.5。
应用实施例1
一种特种砂-球形熔融硅砂的应用，将按粒度段混合完成的球形熔融硅砂制作成覆膜砂，利用射芯机，制作出砂型和砂芯，将砂型和砂芯组合，然后浇铸铁水，铁水冷却，铸件成型，铸件的表面粗糙度ra达到3.6；其中，覆膜砂的制作配比以重量百分比计，酚醛树脂：1.0％的砂量，硬脂酸钙：0.8％的砂量，固化剂：15％的树脂量。
应用实施例2
一种特种砂-球形熔融硅砂的应用，将按粒度段混合完成的球形熔融硅砂制作成覆膜砂，利用射芯机，制作出砂型和砂芯，将砂型和砂芯组合，然后浇铸铁水，铁水冷却，铸件成型，铸件的表面粗糙度ra达到5.5；其中，覆膜砂的制作配比以重量百分比计，酚醛树脂为1.5％的砂量，硬脂酸钙为2.0％的砂量，固化剂为18％的树脂量。
应用实施例3
一种特种砂-球形熔融硅砂的应用，将按粒度段混合完成的球形熔融硅砂制作成覆膜砂，利用射芯机，制作出砂型和砂芯，将砂型和砂芯组合，然后浇铸铁水，铁水冷却，铸件成型，铸件的表面粗糙度ra达到5.0；其中，覆膜砂的制作配比以重量百分比计，酚醛树脂为1.2％的砂量，硬脂酸钙为1.5％的砂量，固化剂为16％的树脂量。
应用实施例4
一种特种砂-球形熔融硅砂的应用，将球形熔融硅砂用于球墨铸铁的叠箱浇铸工艺，将20～40％球形熔融硅砂加入普通硅砂中，进行覆膜，在混砂机中一定温度下，加入酚醛树脂、乌洛托品及硬脂酸钙，搅拌一定时间，当砂粒表面均匀包覆一层树脂即可，测试覆膜后球形熔融硅砂的抗拉强度和抗弯强度，加入球形熔融硅砂后，使用酚醛树脂量降低，同时提高了填充率，未出现塌箱现象，计算成品率比未加球形熔融硅砂的工艺提高了20～50％。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。