高压造型线对型砂的要求及其控制

四季常青

旧砂的处理
湿型造型砂在浇注以后，除靠近铸件的部分型砂中活性膨润土受热失效成为死粘土，煤粉燃烧被消耗外，大部分型砂可以回收使用。这是粘土湿型砂的主要优点之一。配制粘土湿型砂时，旧砂用量一般都在95%以上，如果对旧砂的处理不当，无论怎样加强混砂，无论添加什麽辅助材料，都不可得到好的型砂。所以，对旧砂进行有效的处理，是保证型砂质量的前提。
1．旧砂温度的控制
     热砂问题，已被公认为粘土湿型砂铸造必须面对的最大问题。型砂温度太高，铸件容易产生夹砂、表面粗糙、冲砂、气孔等缺陷。热砂对铸件质量的负面影响，主要由于以下几个方面：
1）由于热砂使水分蒸发，混砂时无论怎样注意，也难以控制型砂的性能；
2）将热型砂送往造型机的过程中，由于水份损失，型砂性能改变，造型时实际上用的型砂，其性能与混砂时控制的性能差别很大；
3）造型时，热型砂的水分容易在模样表面上凝结，型砂粘模；
4)合型后，热砂的水分蒸发，凝结在冷的芯子上，会使芯子的强度降低，铸件也易于产生气孔；
5)如果旧砂要贮存在砂斗中备用，则热砂容易粘附在砂斗壁上。严重时，砂斗四周堵满了型砂，只剩中间一个孔洞，使系统中的型砂只有一部分周期使用，这部分型砂周转快、温度又会进一步提高，使热砂问题更加严重。各方面的研究，得到了一致的结论，即：为保证型砂的性能稳定，温度应保持在50℃以下。 使型砂冷却，最有效的办法是加水，但是，简单的加水，效果是很差的。一定要吹入大量空气使水分蒸发，才能有效地冷却。简单地向皮带机上加水或向砂堆洒水，冷却效果是很差的。即使加水后向砂表面吹风，也不能有多大的改善。加水后，要使水在型砂中分散均匀，然后向松散的砂吹风，使水分迅速蒸发，同时将蒸汽排除。目前，型砂冷却装置的品种、规格很多，主要有冷却滚筒、双盘冷却器和冷却沸腾床等，都是利用水分蒸发冷却型沙。
2．旧砂的水分控制
    几乎所有的铸造厂都检查和控制混成砂的水分，但是，对于严格控制旧砂水分的重要性，还缺乏足够的认识;进入混砂的旧砂水分太低，对混砂质量的影响可能并不亚于砂温过高。 试验研究和经验都已证明，加水润湿干膨润土比润滑湿膨润土难得多。型砂中的膨润土和水，并非简单的混在一起就行，要对其加搓揉，使之成为可塑状态。铸型浇注以后，由于热金属的影响，很多砂粒表面上的土-水粘结膜都脱水干燥了，加水使其吸水恢复塑性是很不容易的。旧砂的水分较低，在混砂机中加水混碾使之达到要求性能所需要的时间就越长。由于生产中混砂的时间是有限的，旧砂的水分越低，混成砂的综合质量就越差。进入混砂机的旧砂，水分只能比混成砂略低一点。好的做法是：在旧砂冷却过程中充分加水冷却后所含的水分略低于混成砂。这样，从砂冷却到进入混砂机还有一段相当长的时间，水可以充分润湿旧砂砂粒表面上的膨润土。更好的做法是：在系统中设混砂机对旧砂进行预混，冷却后的旧砂在预混混砂机中加水进行预混，以改善旧砂中膨润土和水的混合状态。国外，有的铸造厂预混时，将需补加的新砂、膨润土、煤粉等附加料全部加入
3.旧砂的粒度
粘土湿型砂制造的铸铁件，型砂的粒度以细一些为好。由于混砂时旧砂用量一般都在95%以上，决定型砂粒度的因素主要是旧砂。新砂加入量很少或不加，不可能靠加入新砂来改变型砂的粒度。所以，应该经常检测旧砂的粒度。检测粒度时，取样后先清洗除去泥分（可用测定含泥量时剩下的砂样），烘干后筛分。
对粒度有以下两点要求。
1）140目筛上的砂粒应在10-15%之间。保持较多的细砂，可以减轻铸件表面粘砂。而且，会增加砂粒之间粘结桥的数量，从而降低型砂的脆性，避免冲砂缺陷。此外，这对提高型砂的温强度、干强度和水分迁移后增湿层强度都有好处。
2）200目筛、270目筛和底盘上细砂的总和应尽量地少。这样的细砂对改善铸件表面质量的作用不大，却会使混成砂的水分较高，而且会使型砂的透气性降低。细砂的总和一般应少于4%。
4．吸水细粉的含量
    吸水细粉中主要是死粘土，还包括焦化了的煤粉细粒和其他细粉。吸水细粉的含量并非越低越好，最好将其控制在2-5%之间。吸水细粉，混砂时会和膨润土争夺水分，使混成砂达到可紧实性目标值所需的水分增高。但是，据目前大家的认识，吸水细粉的吸水能力比膨润土强，而保持水分的能力却低于膨润土。因此，在型砂中加水量略有不当时，吸水细粉对型砂性能有一定的"微调和稳定"作用。水分高时，细粉首先吸水，膨润土所吸收水可较稳定一致；混成砂在输送过程中水分蒸发时，吸水细粉所吸的水先蒸发，粘结砂粒的粘土膏中的水分较为稳定，型砂的性能也就较小波动。吸水细粉含量太高也不好，会使型砂的水分较高，易于导致铸件上产生针孔、表面粗糙和砂孔的缺陷。吸水细粉含量太低，则型砂的性能（尤其是可紧实性）不易稳定。
二．补加辅助材
湿型砂在系统中反复使用，由于铸件粘附的砂粒被带走，部分膨润土受热成为死粘土，煤粉受热失效以及抽尘系统吸走粉状材料等因素，补加新材料以保持系统砂的总量稳定、性能一致是绝对必要的。
1、新砂
    由全新砂混成的型砂，是简单的混合物。在生产条件下，混砂时间不可能很长，膨润土和水形成的粘土膏不可能均匀涂布在砂粒表面上，反复使用的旧砂，砂粒表面上堆积了多层变质烧结层，粘土膏的涂布则相当均匀。因此，混砂时补加的新砂不宜太多，以保持系统砂总量稳定为原则。新砂加入量太多，会对型砂质量有负面的影响。
2、膨润土
    与普通黏结剂相比，膨润土有一个重要的特点，就是它具有一定的耐热能力。只要加热温度不太高，脱除了自由水的膨润土只要加水，仍能恢复粘能力。不同的膨润土，丧失粘结能力的温度不同，优质膨润土的吸蓝量和膨润值均比普通膨润土高，这是因为吸蓝量反映膨润土的纯度，膨润值体现膨润土纳化程度。膨润土吸蓝量越高，膨润土的纯度越高，膨润土的湿态粘结力也越大；膨润土膨润值越高，膨润土纳化程度越高，膨润土的热湿态粘结力越大。而湿型砂铸造厂所关心的膨润土质量主要是其湿态粘结力和热湿态粘结力大小，因此只有吸蓝量和膨润值均高的膨润土才是湿型砂理想的添加剂。笔者在试验中曾发现有些膨润土吸蓝量很高，大于32g/100g，但膨润值却很低，小于36ml/3g，这说明该膨润未经充分钠化但纯度高的钙基膨润土，不适合于湿型砂使用。同时，也发生有些膨润土的膨润值很高，大于701/3g，但吸蓝量却不小于18g/100g，说明这些钠基膨润土纯度不高，只是经过充分钠化而已，同样不适合湿型砂使用。笔者认为：只有吸蓝量、膨润值“双高”的膨润土才称得上优质膨润土，才适合于湿型砂生产。我厂标准规定膨润土吸蓝量≥32g/100g，膨润值≥70ml/3g。
3、煤粉   
优质煤粉与普通煤粉的区别在于前者灰份低；挥发份高，焦渣特性等级高。湿型砂使用的煤粉若灰份高，必使型砂含泥量增加，铸件容易产生气孔，砂孔等缺陷。煤粉要有足够高的挥发份，这是在铸型内形成还原性气氛以及产生光亮碳所必要的。煤粉的焦渣特性，过去不少铸造厂家均未引起足够重视，造成焦渣特性只有1-2级的煤粉在湿型砂上大量使用，近年来铸造专家对湿型砂上使用煤粉的焦渣特性意见达成一致，普遍认为适合湿型砂用煤粉的焦渣特性应用5-6级，灰份应小于10%，挥发份应控制在30-38%之间。铸铁用粘土湿型砂中的煤粉含量，要根据铸件的特点，煤粉的质量具体确定。煤粉含量大致上宜控制在3.5-5.5%之间。混砂时补加的数量，须根据旧砂中有效煤粉的测定值来确定。
三、混砂
混砂的主要作用是：将型砂中各组分混合均匀，使水分充分润湿粘土，并使粘土膏涂布在砂粒表面上。目标是使型砂具有适应造型设备的性能，由于粘土膏是半固态粘性物料，达到上述目标所需的能量很大。如果混砂设备的功率不高，或混砂时间不够，粘土就不能充分发挥其粘结作用，型砂的强度不高，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，就可以减少涂布粘土膏所需的能量，混砂时间可以缩短。但是，由于粘土膏的粘度下降，型砂的湿强度也急剧下降，这种办法实际上是不可取的。
1、混砂时的加料顺序
   为了减少混砂所需的能量，采用合理的加料顺序是很重要的。先加砂和水混匀，后加粉状粘土，因为水已分散，没有较大的水滴，加入粘土后只能形成大量较小的粘土球。压开这些小粘土球是比较容易的，需要的能量也较小。也就是说，用同样的混砂设备，得到品质相同的型砂，所需的混碾时间较短。混砂前先向混砂机中加水，运转几秒钟（当然设备方面保证水不泄漏）。这样，不仅有上述先加水的好处，而且可以在每次混砂前将碾轮和刮板洗净，增进混砂效率。
2．型砂中有效膨润土量和混砂效率
    粘土湿型砂混砂时，必须加入一定量的膨润土，使型砂中保有必要的膨润土量。膨润土含量通常用亚甲基蓝法予以测定。用亚甲基蓝法测得的膨润土量，以前统称之为有效膨润，现在看来，称之为活性膨润土更为适当。活性膨润土是能与水结合而起作用的，但是，在实际应用的型砂中，并非所有的活性膨润土都起作用，也就是说，并非都是有效的。 有效膨润土是型砂中实际起作用的膨润土，只是活性膨润土的一部分。
3.湿抗压强度的控制
型砂的湿抗压强度一定要按照造型方法选定，绝不是强度高就好。强度愈高的型砂，造型时舂实所需的能量愈大。现在，不少铸造厂型砂的强度都太高。一些手工造型或震机造型用的型砂，湿抗压强度高到130-170kPa。用这样的型砂，震压机造型或手工造型，难以将铸型舂得很紧实，结果，铸件的表面质量不好，也容易产生缩松缺陷。特别是制造球墨铸铁件时，因缩孔、缩松而报废的铸件会明显增多。
四．日常的性能检测
1.每小时检测一次的项目：
1）紧实性 2）湿抗压强度 3）水分
2.每一工作日检测一次的项目：
1）活性膨润土含量； 2)湿抗拉或抗劈强度；3)透气性（结果供参考）
3.每一周检测一次的项目：
1)含泥量； 2)系统砂的粒度分布；3)灼烧减量；3)有效煤粉含量。