粘土濕型砂的控制要點

1、粘土濕型砂的控制要點用粘土粘結(jié)砂作造型材料生產(chǎn)鑄件，是歷史悠久的工藝方法，也是應(yīng)范圍最廣的工藝方法。說起歷史悠久，可追溯到幾千年以前；論其應(yīng)用范圍則可說世界各地無一處不用。值得注意的是，在各種化學粘結(jié)砂蓬勃發(fā)展的今天，粘土濕型砂仍是重要的造型材料，其適用范圍之廣，耗用量之大，是任何其他造型材料都能與之比擬的。據(jù)報道，美國鋼鐵鑄件中，用粘土濕型砂制造的占80%以上日本鋼鐵鑄件中，用粘土濕型砂制造的占73%以上。適應(yīng)造型條件的能力極強，也是粘土濕型砂的一大特點。1890年震壓式造型機問世，長期用于手工造型條件的粘土濕型砂，用于機器造型極為功，并為此后造型作業(yè)的機械化、自動化奠定了基礎(chǔ)。近代的高壓造

2、型、壓造型、氣沖造型、靜壓造型及無震擊真空加壓造型等新工藝，也都是以用粘土濕型砂為前提的。各種新工藝的實施，使粘土濕型砂在鑄造生產(chǎn)中的地位更加重要，也粘土濕型砂面臨許多新的問題，促使我們對粘土濕型砂的研究不斷加強、識不斷深化現(xiàn)今，隨著科學技術(shù)的速發(fā)展，各產(chǎn)業(yè)部門對鑄件的需求不斷增長，時，對鑄件品質(zhì)的要求也越來越高。現(xiàn)代的鑄造廠，造型設(shè)備的生產(chǎn)率已高到前所未有的水平，如果不能使型砂的性能充分適應(yīng)具體生產(chǎn)條件，或能有效的控制其穩(wěn)定、一致，則不用多久就可能將鑄造廠埋葬于廢品之中隨著科學技術(shù)的發(fā)展，目前采用粘土濕型砂的鑄造廠，一般都適合其體條件的砂處理系統(tǒng)，其中包括：舊砂的處理、新砂及輔助材料的加入、

3、砂的混制和型砂性能的監(jiān)控。粘土濕砂系統(tǒng)中，有許多不斷改變的因素。如某一種或幾種關(guān)鍵性能能保持在控制范圍之內(nèi)，生產(chǎn)中就可能出現(xiàn)問題。一個有效的砂處理系統(tǒng)應(yīng)能監(jiān)控型砂的性能，如有問題，應(yīng)能及時加以改正。由于各鑄造廠砂處理系統(tǒng)安排不同，選用的設(shè)備也不一樣，要想擬定套通用的控制辦法是做不到的。這里，打算提出一些目前已被廣泛認同的制要點。各鑄造廠認真地理解了這些要點之后，可根據(jù)自己的具體條件確可行的控制辦法。而且，還要隨著技術(shù)的進步和工廠的實際能力（包括人和資金）不斷改進對型砂系統(tǒng)的控制。一舊砂的處理用粘土濕型砂造型，澆注以后，除貼近鑄件的部分型砂中活性膨潤土熱失效成為死粘土外，大部分型砂可以回收使用。

4、這是粘土濕型砂的主要點之一。配制粘土濕型砂時，舊砂用量一般都在90%以上，如果對舊砂的處理當，無論怎樣加強混砂，無論添加什麼輔助材料，都不可得到好的型砂。以，對舊砂進行有效的處理，是保證型砂質(zhì)量的前提。1舊砂溫度的控制熱砂問題，已被公認為粘土濕型砂鑄造必須面對的最大問題。型砂溫太高，鑄件容易產(chǎn)生夾砂、表面粗糙、沖砂、氣孔等缺陷。熱砂對鑄件質(zhì)的負面影響，主要由于以下幾個方面：由于熱砂使水分蒸發(fā)，混砂時無論怎樣注意，也難以控制型砂的性能將熱型砂送往造型機的過程中，由于水份損失，型砂性能改變，造時實際上用的型砂，其性能與混砂時控制的性能差別很大；造型時，熱型砂的水分容易在模樣表面上凝結(jié)，型砂粘模；合

5、型后，熱砂的水分蒸發(fā)，凝結(jié)在冷的芯子上，會使芯子的強度降低鑄件也易于產(chǎn)生氣孔；如果舊砂要貯存在砂斗中備用，則熱砂容易粘附在砂斗壁上。嚴重時砂斗四周堵滿了型砂，只剩中間一個孔洞，使系統(tǒng)中的型砂只有一部分周使用，這部分型砂周轉(zhuǎn)快、溫度又會進一步提高，使熱砂問題更加嚴重。多高溫度的砂算是熱砂？判斷熱砂的溫度界限，是看其是否使混砂、型及鑄件質(zhì)量方面出現(xiàn)問題。對此，許多研究者從個方面進行了研究；有研究了型砂溫度對其性能穩(wěn)定性的影響；有人研究了溫度對膨潤土-水系統(tǒng)變性的影響；有人研究了型砂溫度與鑄件質(zhì)量的關(guān)系。各方面的研究，得了一致的結(jié)論，即：為保證型砂的性能穩(wěn)定，溫度應(yīng)保持在50C以下。使型砂冷卻，最有

6、效的辦法是加水，但是，簡單的加水，效果是很差的一定要吹入大量空氣使水分蒸發(fā)，才能有效地冷卻。以下，給出一個簡略的計算比較：型砂的比熱大致是：9.22x102J/kgC,水的比熱是：4.19x103J/kgC,水的蒸發(fā)熱是：2.26x106J/kg，1噸砂中加20C的水10kg（加水1%），使其溫度升到50C,所能走的熱量為4.19x103x10 x30,即12.57x105J。1噸砂溫度降低1C,需散熱9.22x102x1000J，即9.22x105J所以,在舊砂中加水1%,只能使溫度降低24.5C使1噸砂中的水分蒸發(fā)1%(10kg)，能帶走的熱量為2.26x107J,可使砂溫降低24.5C。

7、以上的分析表明：簡單地向皮帶機上加水或向砂堆灑水，冷卻效果是差的。即使加水后向砂表面吹風，也不能有多大的改善。加水后，要使水型砂中分散均勻，然后向松散的砂吹風，使水分迅速蒸發(fā)，同時將蒸汽排除目前，型砂冷卻裝置的品種、規(guī)格很多，主要有冷卻滾筒、雙盤冷卻和冷卻沸騰床等，都是利用水分蒸發(fā)冷卻型沙。其中，冷卻沸騰床效果較好2舊砂的水分控制幾乎所有的鑄造廠都檢查和控制混成砂的水分，但是，對于嚴格控制砂水分的重要性，很多鑄造廠的領(lǐng)導和技術(shù)人員還缺乏足夠的認識進入混砂的舊砂水分太低，對混砂質(zhì)量的影響可能并不亞于砂溫過高試驗研究和經(jīng)驗都已證明，加水潤濕干膨潤土比潤滑濕膨潤土難得多型砂中的膨潤土和水，并非簡單的

8、混在一起就行，要對其加搓揉，使之成可塑狀態(tài)。這就像用陶土和水制陶器一樣，將水和土和一和，是松散的，有粘接能力；經(jīng)過搓揉和摔打，使每粒土都充分吸收了水分，就成為塑性態(tài)，才可以成形，制成陶器毛坯。鑄型澆注以后，由于熱金屬的影響，很多砂粒表面上的土-水粘結(jié)膜都水干燥了，加水使其吸水恢復(fù)塑性是很不容易的。舊砂的水分較低，在混機中加水混碾使之達到要求性能所需要的時間就越長。由于生產(chǎn)中混砂的間是有限的，舊砂的水分越低，混成砂的綜合質(zhì)量就越差。目前，各國鑄工作者已有了這樣一種共識：進入混砂機的舊砂，水分只能比混成砂略低點。較好的做法是：在舊砂冷卻過程中充分加水冷卻后所含的水分略低于成砂。這樣，從砂冷卻到進入

9、混砂機還有一段相當長的時間，水可以充分濕舊砂砂粒表面上的膨潤土。更好的做法是：在系統(tǒng)中設(shè)混砂機對舊砂進行預(yù)混，冷卻后的舊砂在混混砂機中加水進行預(yù)混，以改善舊砂中膨潤土和水的混合狀態(tài)。國外，的鑄造廠預(yù)混時，將需補加的新砂、膨潤土、煤粉等附加料全部加入。天的新偉祥鑄造公司，用德國制造的EiRich混砂機預(yù)混。經(jīng)過預(yù)混的舊砂，進入混砂機后加水量很少，只是略微調(diào)整。型砂中的膨潤土和水在混砂機一步得到調(diào)制，型砂的性能就更為穩(wěn)定一致。3舊砂的粒度對于用粘土濕型砂制造的鑄鐵件，型砂的粒度以細一些為好。由于混時舊砂用量一般都在90%以上，決定型砂粒度的因素主要是舊砂。新砂加量很少，不可能靠加入新砂來改變型砂的

10、粒度。所以，應(yīng)該經(jīng)常檢測舊砂粒度。檢測粒度時，取樣后先清洗除去泥分（可用測定含泥量時剩下的砂樣）烘干后篩分對粒度有以下兩點要求（1）140目篩上的砂粒應(yīng)在10-15%之間。保持較多的細砂，可以減鑄件表面粘砂。而且，會增加砂粒之間粘結(jié)橋的數(shù)量，從而降低型砂的脆性避免沖砂缺陷。此外，這對提高型砂的溫強度、干強度和水分遷移后增濕強度都有好處。（2）200目篩、270目篩和底盤上細砂的總和應(yīng)盡量地少。這樣的細砂對改善鑄件表面質(zhì)量的作用不大，卻會使混成砂的水分較高，而且會使砂的透氣性降低。細砂的總和一般應(yīng)少于4%。4吸水細粉的含量吸水細粉中主要是死粘土，還包括焦化了的煤粉細粒和其他細粉吸水細粉的含量并非

11、越低越好，最好將其控制在2-5%之間吸水細粉，混砂時會和膨潤土爭奪水分，使混成砂達到可緊實性目標所需的水分增高。但是，據(jù)目前大家的認識，吸水細粉的吸水能力比膨潤強，而保持水分的能力卻低于膨潤土。因此，在型砂中加水量略有不當時吸水細粉對型砂性能有一定的微調(diào)和穩(wěn)定作用。水分高時，細粉首先吸水膨潤土所吸收水可較穩(wěn)定一致；混成砂在輸送過程中水分蒸發(fā)時，吸水細所吸的水先蒸發(fā)，粘結(jié)砂粒的粘土膏中的水分較為穩(wěn)定，型砂的性能也就小波動。吸水細粉含量太高也不好，會使型砂的水分較高，易于導致鑄件上產(chǎn)針孔、表面粗糙和砂孔的缺陷。吸水細粉含量太低，則型砂的性能（尤其是可緊實性）不易穩(wěn)定。二補加新砂及輔助材料粘土濕型砂

12、在系統(tǒng)中反復(fù)使用，由于鑄件粘附的砂粒被帶走，部分膨土受熱成為死粘土，煤粉受熱失效以及抽塵系統(tǒng)吸走粉狀材料等因素，補新材料以保持系統(tǒng)砂的總量穩(wěn)定、性能一致是絕對必要的。這里，只簡單談?wù)劯鞣N材料補加量的確定，不想羅列各種材料的規(guī)格1、新砂用新砂配成的型砂，是簡單的混合物。在生產(chǎn)條件下，混砂時間不可很長，膨潤土和水形成的粘土膏不可能均勻涂布在砂粒表面上，砂粒的結(jié)見圖1（a）。反復(fù)使用的舊砂，砂粒結(jié)構(gòu)見圖1（b），砂粒表面上積了層變質(zhì)燒結(jié)層，粘土膏的涂布則相當均勻。圖1粘土濕型砂的砂粒結(jié)構(gòu)因此，混砂時補加的新砂不宜太多，以保持系統(tǒng)砂總量穩(wěn)定為原則。新砂入量太多，會對型砂質(zhì)量有負面的影響。國外一些運轉(zhuǎn)良

13、好的型砂系統(tǒng)，新砂補加量一般是每澆注1噸鐵120150kg。如考慮砂-鐵比平均為5，則混砂時新砂補加量為2.63%。然，新砂補加量還要考慮很多因素，如設(shè)備條件，芯砂進入量。很多鑄造要根據(jù)自己的條件確定，外廠的經(jīng)驗只能參考。我國鑄造廠一般散落砂都較多，很多廠新砂補加量為5-8%，這也是合適的也有少數(shù)鑄造廠以為多家新砂可以提高型砂質(zhì)量，這種想法可能來自舊砂全沒有處理、生產(chǎn)量又小的條件。2、膨潤土和其他黏結(jié)劑相比，膨潤土有一個重要的特點，就是它具有一定的耐熱能力只要加熱溫度不太高，脫除了自由水的膨潤土只要加水，仍能恢復(fù)粘能力不同的膨潤土，喪失粘結(jié)能力的溫度不同。通過一系列加熱試驗和差熱分實驗，得知天

14、然鈉膨潤土的失效溫度為638C,鈣膨潤土為316C。人工化的鈉膨潤土，由于活化條件各異，準確的失效溫度不詳。據(jù)日本報道的驗結(jié)果，人工活化的鈉膨潤土，在最初使用時，失效溫度略低于天然鈉膨土；幾次反復(fù)加熱后，就與鈣膨潤土相近，其耐用性不佳。（1）膨潤土中水的形態(tài)活性膨潤土的粘結(jié)能力，只有在加水以后才能表現(xiàn)出來。膨潤土失去粘結(jié)力，也與它的脫水有關(guān)。到目前為止，認為膨潤土中的水分有三種形態(tài)。一種是自由水，即膨潤土顆粒吸附的水。加熱到100c以上，就可脫除自水。脫除了自由水的膨潤土，粘結(jié)能力不受影響。第二種是牢固結(jié)合水。將膨潤土置110C下長時間加熱，可完全脫除自由水但但不會脫除牢固結(jié)合水。已完全脫除自

15、由水的膨潤土，再在較高的溫度(200C,300C)下加熱仍會繼續(xù)減重，說明仍有水分損失。膨潤土經(jīng)這樣熱脫水后，只要加水，能完全恢復(fù)粘結(jié)能力。第三種是晶格水，也有人稱之為結(jié)構(gòu)水。晶格水只有在相當高的溫度下才部分或全部脫除。膨潤水的晶格水脫除以后，即喪失粘結(jié)能力，成為死粘土2)膨潤土的耐用性F.Hofmann曾就天然鈉膨潤土和鈣膨潤的耐用性作了測定。試驗所用的膨土，是美國威歐明的鈉膨潤土和美國南部的鈣膨潤土。試驗方法是：取硅砂和膨潤土配成含膨潤土5%的型砂，將型砂加熱到不溫度，待其冷卻后，將團塊碾碎，再加水混制。將混成砂制成試樣，測定抗壓強度。試驗結(jié)果見圖2。圖2與我們前面提高的兩種膨潤土的失效溫

16、度是一致的，由圖可以看出:加熱冕廈圖2捆掘魁度対聘潤土站堀繼力的酸腳1鈣礙淋土皆惦I潤士鈉膨潤土在600C以下加熱，它的粘結(jié)能力基本上不受影響。加熱溫度超600C,就急劇地喪失粘接能力。加熱到700C以上，差不多完全喪失了結(jié)能力。鈣膨潤土在100C以上，就開始緩慢地失去粘結(jié)能力。加熱溫度再提高，結(jié)能力的喪失就越來越明顯。當熔融金屬注入鑄型以后，貼近鑄件表面的型砂就被加熱到800C以上（一些非鐵合金達不到此溫度）。不管你用什么樣的膨潤土，這部分型砂中膨潤土都會變成死粘土。這些死粘土，大部分隨同型砂一道附在鑄件表面上被鑄件帶走，一小部分留在回收的舊砂中。除了制造大型鑄件以外，在鑄造過程中，大部分型

17、砂達不到這樣的溫度。些型砂中膨潤土的情況又怎樣呢？不同的膨潤土，脫除晶格水的溫度是不同的，脫除晶格水的速率也不一樣如采用容易脫除晶格水的膨潤土，即使在并不直接接近鑄件的型砂中，也有較多的膨潤土失效而變成死粘土。如采用不易脫除晶格水的粘土，產(chǎn)生死粘土就會少一些。因此，有人用耐用性來描述膨潤土是否容易失效。所謂耐用性，是一相對的概念，沒有絕對的判據(jù)。在相同的情況下，每經(jīng)一次澆注，用甲膨土時型砂中產(chǎn)生的死粘土比用乙膨潤土時少，也就是甲粘土的耐用性比粘土好。既然不同品種的膨潤土的耐用性不同，在相同的生產(chǎn)條件下，澆注金屬液后，用不同膨潤土的型砂，因受熱而失效的膨潤土量也就不同。此外，型活性膨潤土（吸藍膨

18、潤土）的含量越高，受熱而失效的膨潤土也就越多。根據(jù)鑄件的壁厚和形狀以及澆注以后金屬傳遞給砂型的熱量，可以得到砂內(nèi)的溫度場。再根據(jù)型砂中的活性膨潤土含量和所用膨潤土的品種，就可算出失效的膨潤土量。許多研究試驗工作表明：對于壁厚75mm以下的鑄鐵件，每澆注1噸鐵水約能使147kg型砂溫度升到638C（鈉膨潤土失效溫度）以上，溫度升316C（鈣膨潤土失效溫度）以上的型砂則為250kg左右，可以忽略鑄件狀和鑄型中砂鐵比的影響由上述結(jié)果，我們就可以歸納為一個簡明而實用的線圖（圖3）。由系統(tǒng)砂活性膨潤土的含量和所用膨潤土的品種，就可知道每澆筑1噸鐵水造成的效膨潤土量。-ft*Q2fy啟孑拭吟石柬猷（I申祈

19、性潤止肯甘）再根據(jù)每噸鐵水用砂量，就很容易算出混砂時需要補加膨潤的百分數(shù)。例如，某廠型砂中使用鈣膨潤土，系統(tǒng)砂中保持活性膨潤土量8%，每澆1噸鐵水約用砂5噸。由圖3查到，每澆注1噸鐵水失效的膨潤土量為20k每噸砂中失效膨潤土為4kg。所以，混砂時需補加的膨潤土為0.4%。此外，如補加的新砂量較多時，還要加新砂所需的膨潤土由于用粘土濕型砂制造的鑄鐵件壁厚超過75mm者很少，圖3實際上可用大多數(shù)有較完備砂處理系統(tǒng)的型砂。3、煤粉鑄鐵用粘土濕型砂中的煤粉含量，要根據(jù)鑄件的特點，煤粉的質(zhì)量具體確定煤粉含量大致上宜控制在3.5-5.5%之間。混砂時補加的數(shù)量，須根據(jù)舊砂中有效煤粉的測定值來確定。舊砂中有

20、效粉量的測定方法，這里就不說了。三、混砂混砂的主要作用是：將型砂中各組分混合均勻，使水分充分潤濕粘土，并粘土膏涂布在砂粒表面上。目標是使型砂具有適應(yīng)造型設(shè)備的性能，由于土膏是半固態(tài)粘性物料，達到上述目標所需的能量很大。如果混砂設(shè)備的功率不高，或混砂時間不夠，粘土就不能充分發(fā)揮其粘結(jié)用，型砂的強度不高，其它性能也不好。如果增加型砂中的水分，使粘土膏的水分增高、粘度下降，就可以減少涂粘土膏所需的能量，即混砂時間可以縮短。但是，由于粘土膏的粘度下降型砂的濕強度也急劇下降，這種辦法實際上是不可取的。1、混砂時的加料順序為了減少混砂所需的能量，采用合理的加料順序是很重要的很多工廠，混砂時習慣于先加干料（

21、砂和粘土），干混一段時間，然后加混勻。這種操作方法有三個缺點：（1）混干料時粉塵飛揚，污染環(huán)境且有害于工人的健康；（2）混砂機內(nèi)抽塵會損失大量有效粉料；（3）需要較長的混砂時間。在混勻了的干料中加水，即使水加得很分散也是一滴一滴地落在干料中。因為粘土是親水的，加上水滴表面張力的作用水滴附近的粘土很快就聚集到水滴上，形成較大的粘土球。將這些粘土球碎并使它涂布在砂粒表面上是比較困難的，需要的能量也比較大。如果先加砂和水混勻，后加粉狀粘土，因為水已分散，沒有較大的水滴，入粘土后只能形成大量較小的粘土球。壓開這些小粘土球是比較容易的，要的能量也較小。也就是說，用同樣的混砂設(shè)備，得到品質(zhì)相同的型砂，所需

22、的混碾時間較短H-yrJ*i3IV?藝UIK出fh圖4加料順序?qū)焐靶Ч挠绊?-先加干料2-先將水和砂子混勻圖4.是就兩種加料方法進行試驗所得到的結(jié)果。曲線1和2的差別是明顯的型砂配方是：木里圖砂100%；外加黑山膨潤土5%；水3%?；焐霸O(shè)備是實驗室用混砂機。由圖4可以看到，為使型砂有合理的強度，用先加干料后加水的工藝，需17min；用先加砂和水后加干料的工藝，只需混13min。使用大量返回的舊砂時，也應(yīng)先加舊砂和水，最后加粘土粉。國外有的鑄造廠，在采用間歇式混砂機的條件下，混砂前先向混砂機中加水運轉(zhuǎn)幾秒鐘（當然設(shè)備方面保證水不泄漏）。這樣，不僅有上述先加水的處，而且可以在每次混砂前將碾輪和

23、刮板洗凈，增進混砂效率。2型砂中有效膨潤土量和混砂效率粘土濕型砂混砂時，必須加入一定量的膨潤土，使型砂中保有必要的膨潤量。膨潤土含量通常用亞甲基藍法予以測定。用亞甲基藍法測得的膨潤土量以前統(tǒng)稱之為有效膨潤，現(xiàn)在看來，稱之為活性膨潤土更為適當?；钚耘蛲潦悄芘c水結(jié)合而起作用的，但是，在實際應(yīng)用的型砂中，并非所有的活膨潤土都起作用，也就是說，并非都是有效的。有效膨潤土是型砂中實際起作用的膨潤土，只是活性膨潤土的一部分。提出，用混砂效率來衡量粘土濕砂的調(diào)制程度?；焐靶?有效膨潤土含量/活性膨潤土含量x100%良好的粘土濕型砂，混砂效率應(yīng)在60%以上。在生產(chǎn)條件下，根據(jù)型砂的濕抗壓強度，水分和可緊實性，可由圖5求得砂中的活性膨潤土含量和有效膨潤土含量，從而可以算出混砂效率。軌fi皿丿U5齬土總空尅醫(yī)能關(guān)毛軌fi皿丿U5齬土總空尅醫(yī)能關(guān)毛7亠：屮討2例如，某鑄造廠粘土濕型砂的抗壓強度為178kPa，可緊實性為42%，水為3.5%。從縱坐標上濕抗壓強度為178kPa點畫水平直線，按此直線水分為3.5%的點，得知砂型的活性膨潤土含量為7.5%。在上述直線上，找出可緊實性為42%的一點，從而得知型砂中有效膨潤土為4.5%。混砂效率=4.5/7.5=60%四、型砂性能的控制粘土濕型砂對各種造型方式的適應(yīng)性很好，可用于