濕型砂的配方是怎樣定的

1、僅供個人參考濕型砂的配方是怎樣定出的？ 清華大學(xué)于震宗一.前言要想生產(chǎn)出優(yōu)良品質(zhì)的濕砂型鑄件，必須使用優(yōu)秀性能的濕型砂。濕型砂性能的獲得，除了要使用優(yōu)質(zhì)的原材料和良好的混制工藝以外， 還需要有一個合理的配方。 同一種造型方法、同一種類型鑄件和同樣的品質(zhì)要求， 國內(nèi)外的濕型砂性能要求是基本類似的， 可以互相參考借鑒。例如國內(nèi)外穩(wěn)定生產(chǎn)中小灰鑄鐵件單一砂的型砂性能都基本上符合下表所示。各項性能都是從造型處取樣的測定結(jié)果。含泥量是指型砂而言；有效膨潤土量是指5.00g 型砂用 0.20濃度試劑純亞甲基藍溶液的滴定量mL ；有效煤粉量是指1.00g 型砂900的發(fā)氣量 mL 。性能的波動范圍根據(jù)鑄件大

2、小、厚薄和結(jié)構(gòu)、以及清理方法不同而異，一般情況可取中間值。緊實率含水量透氣性濕壓強度熱濕拉強有效膨潤有效煤粉型砂含泥%kPa度 kPa土量 mL量 mL量 %手工造型45554.05.5508060801.02.5354514241416機器造型36453.44.070100801202.03.5455522281214高密度造型32403.03.690401202002.54.5506518261213至于混砂配方的確定則各工廠可能有較大出入。 鑄鐵濕型砂批料配方的最主要組成物是舊砂，此外還補充加入原砂、水、膨潤土、煤粉。在生產(chǎn)中舊砂和新砂加入量的比例并不經(jīng)常變化，通常將舊砂和新砂量之和做為

3、 100%。膨潤土、煤粉和水的加入量可能隨時調(diào)整，因此將這三種材料加入量按超過 100%計算。下表為某些工廠生產(chǎn)中等大小灰鑄鐵件的單一砂批料配方的例子。原材料為內(nèi)蒙砂、優(yōu)質(zhì)膨潤土、優(yōu)質(zhì)煤粉；砂鐵比 57；落砂時樹脂砂芯混入舊砂中約占舊砂量的 0.52；無舊砂除塵冷卻裝置； 鑄件經(jīng)拋丸清理。型砂干濕程度根據(jù)手捏的感覺或緊實率檢測值，含水量為參考值。配比（）舊砂原砂 (和潰散砂芯 )膨潤土（優(yōu)質(zhì)）煤粉（優(yōu)質(zhì)）水手工造型90 955 100.5 0.80.3 0.5機器造型90 955 100.6 1.00.3 0.5按照緊實率高密度造型90 973 100.7 1.10.2 0.4但是國內(nèi)很多工廠

4、的批料配方與表中數(shù)值相差很多，例如鑄造手冊（造型材料第2版）第 103 104 頁的表格中列舉了國內(nèi)9 家著名大型鑄造工廠的鑄鐵單一濕型砂。膨潤土加入量有的為 2 4，還有極個別的高達 5。煤粉加入量有的為 0.752，也有的高達 34。至于民營中小鑄造工廠的批料加入量可能有更大差異。混砂加水量取決于型砂的干濕程度。并不給出具體加入量。以下將討論其他幾種批料的加入量是如何確定的。二. 膨潤土的批料加入量在生產(chǎn)中都是根據(jù)型砂試樣的濕壓強度來確定膨潤土加入量是否足夠。 補加膨潤土的目的是補充膨潤土被燒損的損失， 另一方面，新加入材料如新砂、 混入芯砂和煤粉也需要靠加入膨潤土進行黏結(jié)使具有足夠強度。

5、1. 膨潤土的燒損量膨潤土晶體受熱造成一定程度破壞，再加水混合后濕態(tài)黏結(jié)力將明顯下降。更高溫度不得用于商業(yè)用途僅供個人參考和更長時間加熱后，膨潤土的晶體結(jié)構(gòu)完全破壞，就變成沒有黏結(jié)力的“死黏土”。對比型砂和舊砂的有效膨潤土量可以得出膨潤土的燒損量。天然鈉基膨潤土熱穩(wěn)定性高于鈣土，用碳酸鈉活化處理過的鈣基膨潤土熱穩(wěn)定性明顯提高。例如某外資鑄造工廠的擠壓造型線原來使用進口天然鈉基膨潤土，混砂批料配方中膨潤土加入量長期以來都是0.9%。后來改用一種國產(chǎn)活化膨潤土，剛開始時也加入0.9%即可達到所要求的強度。但是經(jīng)過砂系統(tǒng)幾次循環(huán)后，發(fā)現(xiàn)加入量必須提高到 1.0%才能恢復(fù)所要求強度。其原因就是兩種膨潤

6、土的熱穩(wěn)定性不同。 膨潤土本身粘結(jié)力高低也對燒損量有影響， 如果為了達到規(guī)定的濕壓強度，某種膨潤土需要加入量為另一種膨潤土多一倍， 則燒損量比后者高一倍。 型砂要求強度高而，需要多加膨潤土，燒損量也會增多。鑄件厚度增大，砂/鐵比（ S/M）低，澆注溫度高和冷卻時間長都都使膨潤土的燒損量增多。2. 新加入材料的膨潤土補充量混砂批料配方中新加入的原砂和煤粉、 混入舊砂中的潰散芯砂都需要額外補充加入膨潤土來粘結(jié)才能達到同樣的有效膨潤土量。 例如某一濕型鑄鐵工廠的單一砂要求有效膨潤土量 8%。砂芯混入量很少，可以不計?；焐芭系脑凹尤肓?0%，煤粉加入量 0.5。為了將新加入原砂和煤粉黏結(jié)產(chǎn)生足夠的

7、型砂強度，也達到含有效膨潤土8%，需要補充加入膨潤土量為： 8%× (10+0.5)% = 0.84%。混砂時膨潤土總加入量是燒損量與額外補充量之總和。二. 煤粉的批料加入量判斷型砂中有效煤粉是否足夠的最直接方法是觀察鑄件表面的光潔程度和有無粘砂。受到澆入金屬液熱作用， 舊砂中一部分煤被燒損， 需要補充。另一方面， 新加入材料如新砂、混入芯砂和膨潤土也需要靠加入煤粉使達到有效煤粉量的水平。煤粉的品質(zhì)是影響煤粉的燒損的一個重要因素，例如某廠的濕型砂中有效煤粉量 4已然足夠，而使用另一種煤粉需要有效量 6才能達到同樣鑄件表面質(zhì)量，則后者的澆注損耗量比前者多 50。另外鑄件光潔度要求高低不

8、同、 厚薄不同都要求不同的有效煤粉量，澆注的燒損也必然不同。 我國大多數(shù)鑄造單位都是用發(fā)氣量測定儀來檢測鑄鐵用濕型砂中有效煤粉量。檢查型砂在澆注前后的有效煤粉量變化就可以得出煤粉的燒損率?；焐芭现行录尤氲脑?（包括潰散芯砂） 和膨潤土都需要額外補充加入煤粉來達到同樣的有效煤粉量。例如某一濕型鑄鐵件工廠的單一砂要求有效煤粉量 4%。砂芯混入量很少，可以不計。混砂批料的原砂加入量 10%，膨潤土加入量 1.0。為了使將新加入原砂也具有 4.0有效煤粉量，需額外補充加入煤粉量為：4%×（ 10 1） % = 0.44%?；焐皶r煤粉總加入量是燒損量與額外補充量之總和。國內(nèi)外一般鑄造工廠通

9、行的辦法是根據(jù)材料品質(zhì)不同， 將煤粉加入量與膨潤土加入量規(guī)定成一定比例， 使煤粉的加入量隨膨潤土的補加量而定。 例如有些工廠的優(yōu)質(zhì)和高效煤粉補加量是優(yōu)良品質(zhì)膨潤土補加量的 1/2.51/3。三. 原砂的批料加入量一般情況下，混制單一砂時原砂加入量只不過占批料總砂量的010。1. 加入原砂的目的在鑄造過程中，型砂中的砂粒會或多或少地丟失。 有些砂粒在混砂和澆注過程中受到機械應(yīng)力和熱應(yīng)力破碎成為微細(xì)顆粒和粉塵而被除塵系統(tǒng)排除。 鑄件較厚大，澆注溫度高，鑄鐵型砂中煤粉含量少， 有一些型砂粘附在鑄件表面上被帶往清理工部成為廢砂。 高密度造型的型砂強度和砂型緊實程度高，砂型邊緣和角落沒受到金屬液加熱處最

10、不容易破碎開，就會形成大砂塊。再加上落砂和過篩設(shè)備的破碎效果差，砂塊會隨鑄件跑掉或被篩掉。不得用于商業(yè)用途僅供個人參考因而必須添加原砂以補充砂粒損失來保持砂系統(tǒng)的總砂量不變。 另一方面混砂新加入膨潤土、煤粉等材料使型砂的含泥量增多， 需要靠加入原砂維持型砂含泥量不變。 機器造型的濕型砂含泥量一般保持在 12 14。如果泥分過高，必然提高型砂含水量，降低透氣性。泥分中也包括灰分， 即被燒損的死粘土和死煤粉， 以及新加入的原砂、 膨潤土和煤粉等材料中的一些無效灰分。 型砂的灰分過多使型砂韌性下降。 當(dāng)落砂、過篩和運送等過程中除塵設(shè)備可以去除一定量泥分和灰分。 但舊砂處于潮濕狀態(tài)， 除塵效果有限，

11、絕大部分粉塵仍然殘留在回用砂中，混砂時加入新砂可平衡回用砂中的泥分和沖淡灰分。2. 原砂加入量計算首先計算出各種新加入材料在澆注后的型砂中產(chǎn)生多少泥分， 才能計算出這些泥分需要加入多少原砂才能夠使型砂含泥量符合工藝規(guī)定。 以下用兩個簡化的例子說明批料帶入的泥分總量有多少，需要用多少原砂平衡。由于測定各種材料的泥分都是使用烘干狀態(tài)，而所加入材料量都是含有少量水分的材料。 所以在計算新加入批料帶入泥分量時需要扣除所含水分。例一：某鑄造工廠的單一型砂要求含泥量 15%，只有少量砂芯，落砂時潰散砂芯混入舊砂量極少，可不計?；焐八釉盀槲唇?jīng)水洗的當(dāng)?shù)厣埃嗔浚椿曳郑?3%，含水量 2%。含SiO2

12、較低，落砂時舊砂中出現(xiàn)的燒結(jié)塊，排除后做為廢砂扔掉。新原砂加入量 18%彌補砂粒損失?？鄢趾笥稍皫нM型砂的泥分：3× (1002) ×18= 0.529%加入的膨潤土品質(zhì)較差，吸藍量只有 25ml，含水量 10%。混砂加入量 3%才能使型砂強度達到要求。混砂時由膨潤土進入型砂的泥分：(10010)× 3 = 2.7%。煤粉品質(zhì)相當(dāng)差，揮發(fā)分只有 25%，灰分 20%，含水量 5%，為了防止鑄件表面粘砂，混砂批料中加入煤粉 2.5%。由煤粉帶入型砂中的泥分：(100 5)× 2.5= 2.375%。三種材料新帶入泥分量合計：0.5292.72.375

13、 = 5.604%。使新帶入泥分在混好型砂中也達到含泥量15的水平，需加入不含水、 不含泥分的原砂量：5.604X ×100 37.3615折合含泥含水原砂： 37.36/(10.2+0.3) = 39.33%需要原砂量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實際加原砂量的 18。長期生產(chǎn)的結(jié)果是型砂中含泥量越來越多，型砂性能越來越壞，鑄件廢品率越來越高。例二：另一工廠使用優(yōu)質(zhì)原材料，型砂要求含泥量13%。為了補充砂粒損失，原砂加入量為 10。只有少量帶砂芯鑄件，混入芯砂可忽略不計。各新加材料帶入灰分分別如下：原砂用內(nèi)蒙水洗砂，含泥量為 0.5%，含水量 2%，加入量為 10%，帶入型砂泥分為：0.5%

14、5;(100 2)× 10 % = 0. 049%膨潤土用優(yōu)質(zhì)的，含水量10%，混砂加入量只需 0.8%，帶入泥分：(100 10)% ×0.8% = 0. 72%煤粉也用優(yōu)質(zhì)的，含水量5%，混砂加入量只需 0.3%，帶入型砂中泥分：(100 5)%×0.3 % = 0.285%三者合計帶入泥分： 0.049%0.72% 0.285% = 1.054%。為了使新增泥分達到同樣的型砂含泥量13%，需要原砂（含水和泥分）沖淡量：1.0541X × 100 × 131 (0.005+0.02)不得用于商業(yè)用途僅供個人參考平衡新帶入泥分只需用原砂 8.

15、32%，不超過彌補砂粒損失原砂加入量 10。能夠保持型砂性能和鑄件品質(zhì)穩(wěn)定在預(yù)期水平。四 . 潰散砂芯的混入有些鑄造工廠大量應(yīng)用樹脂做為砂芯粘結(jié)劑， 改善了潰散性能。 新型落砂設(shè)備的效率提高，也增大了潰散和破碎的砂芯混入舊砂量。 混入的砂芯可以代替部分或全部新砂， 用來彌補型砂的損失， 并可平衡型砂的泥分。 此外，樹脂芯砂的混入還能利用砂粒上殘余的樹脂膜，部分地代替鑄鐵濕型砂中的煤粉防止鑄件表面粘砂。 流入舊砂的砂芯量占舊砂量的比例因工廠的生產(chǎn)條件、 鑄件種類等眾多因素而異。 第一汽車公司第二鑄造廠三種汽缸體鑄件落砂時，一部分芯頭被篩除掉，大約有砂芯重量的 80%潰散流入舊砂中，占砂箱中舊砂量

16、分別為 1.96%、3.25%和4.4%。德國 KHD 鑄造廠生產(chǎn)曲軸箱和汽缸頭等鑄件，使用冷芯盒砂芯和殼芯。 以其中兩種鑄件為例， 第一種鑄件在落砂時， 砂芯的 90%流入舊砂中，占砂箱中舊砂量的 6.7%。另一種鑄件的砂芯有 70%流入舊砂中，占舊砂量的 16.0%。Harzer鑄造廠生產(chǎn)汽車球鐵件和灰鐵件，芯砂流入量達到型砂總量的 12%。砂系統(tǒng)不加新砂，只靠潰散芯砂流入即可滿足補充砂粒損失和平衡泥分、沖淡灰分的需要。為了估計經(jīng)過長時期多次循環(huán)后，型砂中芯砂所占份額如圖所示。圖中加入量為砂芯混入量， 計算的條件是假設(shè)舊砂的損耗量與芯砂流入量相等。 由圖看出隨著循環(huán)次數(shù)的增多， 芯砂在型砂

17、中占有的份額逐漸增加，直到100。如果混砂時還加入原砂，其量與砂芯混入量相同，則最終的型砂中來自原砂與來自芯砂的砂粒各占一半。舊砂中不斷積累了多量潰碎砂芯，有可能給型砂性能帶來多種負(fù)面影響，以及可以采取措施 : 型砂粒度變粗震壓造型鑄造工廠所用濕型砂的粒度大多是 70/140，高密度造型的型砂粒度應(yīng)當(dāng)為 50/140，而樹脂砂芯粒度大多是 50/100或更粗些。芯砂混入過多就會影響整個濕型舊砂的粒度變粗， 從而引起型砂透氣性增高， 鑄件表面變得粗糙。 為了保持型砂的粒度不致變粗， 可將除塵系統(tǒng)的微?；厥盏脚f砂中。 必要時需要加入細(xì)粒新砂來糾正，例如美國一灰鐵鑄造工廠在混砂加入 5%集中在 10

18、0和140目的兩篩分布細(xì)砂來改善型砂粒度。型砂性能變差摻入大量樹脂芯砂的濕型砂韌性下降、 發(fā)散、濕態(tài)強度和熱濕拉強度降低。 未受熱燒損的芯頭的傷害作用更為顯著。 國外有人認(rèn)為需要少許延長混碾時間和增多膨潤土加入量就能夠抵消混入樹脂芯砂的不良影響。砂系統(tǒng)容納量不足生產(chǎn)發(fā)動機氣缸體的工廠得舊砂中潰散砂芯混入量可能相當(dāng)大，已然超過補充砂粒損失量、以及平衡新材料帶入泥分的需要量。即使混砂時不加入新砂， 也不得不經(jīng)常故意扔掉一些舊砂以免砂系統(tǒng)中總砂量過多。而所扔掉的舊砂都是品質(zhì)最好的砂子。應(yīng)當(dāng)采取舊砂再生用于制芯，減少砂芯混砂的新砂用量。型砂團塊量增多未燒損的砂芯心部及芯頭， 經(jīng)破碎過篩后， 仍有相當(dāng)部

19、分玉米粒大小砂團塊進入混砂機。經(jīng)過短時間混制后， 還有小的芯砂團塊存在型砂中。這些小團塊如在砂型內(nèi)部，對鑄不得用于商業(yè)用途僅供個人參考型及鑄件不產(chǎn)生損害； 如果在砂型表面， 特別是在模型凹槽或棱角處； 將影響該處的緊實度，引起局部疏松，有可能產(chǎn)生粘砂、沖砂、砂眼、輪廓不清等缺陷?？梢栽鰪娀焐承Ч扑殚_砂團。五. 如何用全新砂混制型砂由前可知，混砂的基本材料是舊砂。 任何新建鑄造工廠或新建造型線都愿從本廠、本地甚至外地找到適宜組分和性能的舊砂當(dāng)做自己新安裝設(shè)備調(diào)試和生產(chǎn)的出發(fā)點。 這是因為用全新砂會出現(xiàn)種種困難，主要是。1. 新砂受熱膨脹量大， 特別是在 573的石英相變引起體積急劇脹大， 容易

20、引起膨脹缺陷如夾砂、鼠尾。而石英砂經(jīng)過反復(fù)受澆入鐵水的加熱轉(zhuǎn)變成方英石， 冷卻時并未完全恢復(fù)原來的體積，再受熱時膨脹量減小。2. 為了使混制的型砂具有工藝規(guī)定的強度和抗粘砂性能，需要加入大量膨潤土和煤粉。從試制開始直到正常生產(chǎn)階段為止， 膨潤土和煤粉加入量是逐漸變化的， 必須隨時花費較多精力隨時監(jiān)控型砂性能并不斷調(diào)整加入量。3. 全新砂的型砂含泥量低，型砂的透氣性肯定較高，試澆出鑄件表面粗糙甚至有粘砂。4. 全新砂的型砂含泥量、微細(xì)砂粒量、灰分量較低。同樣緊實率的水分量低，保水性差，對水的敏感性高。含水量稍微有偏差（例如 ±0.20）就會引起其他各種性能波動。5. 讓大量膨潤土包覆在

21、相當(dāng)光滑的新砂表面需要較長的混碾時間和較多的電能輸入。否則型砂的韌性、可塑性、都會偏低。如果新建工廠確實找不到適宜的舊砂當(dāng)做混砂的基本材料時，可以采取的措施：1. 完善工廠的型砂實驗室，用來檢測各種型砂原材料樣品的品質(zhì)和性能，從中選擇較適用的和品質(zhì)較優(yōu)的材料。而且利用實驗室的小混砂機進行試配型砂。2. 探索配方時首先確定適宜濕態(tài)強度的膨潤土加入量。3. 如果透氣性尚未超過允許極限，還可以勉強用于造型。例如要求型砂透氣性80-100，在開始時透氣性 140 以內(nèi)尚可使用，但不可超過 160。如果發(fā)現(xiàn)透氣性已然過高，就需要摻加細(xì)砂調(diào)低型砂粒度。另一個辦法對工廠可能更方便些，就是在型腔表面噴涂料。4. 抗粘砂效果的檢驗主要靠澆注試驗5. 在開始使用大混砂機和用造型機時，應(yīng)當(dāng)注意到混砂需要時間可能是正常生產(chǎn)時的一倍以上。六 . 結(jié)論1. 確定濕性砂配方首先要使強度符合要求，也盡量要透氣性不超出是以范圍。2. 加入膨潤土、煤粉的目的是補償燒損量，以及使新加入的其他材料也達到同樣的有效膨潤土量和有效煤粉量。3. 加入新砂的目的是補充砂粒損失量和保證型砂含泥量不增多。4. 潰散芯砂流入舊砂中可以替代原砂，但須注意透氣性增大、韌性降低、舊砂量超過容納范圍、型砂中出現(xiàn)團塊。5. 用全新砂混制型砂會出現(xiàn)鑄件膨脹缺陷、粘砂缺陷，以及性能不適當(dāng)。不