粘土湿型砂

粘土湿型砂及其质量控制 一  粘土湿型砂的特点 湿型砂主要由原砂、膨润土、附加物（煤粉、淀粉等）和水组成。造型过程中，型砂捣实并达到一定紧实度后，形成砂型。 粘土湿型砂的结构示意图 通常使用的硅砂，来源广，便宜，耐火度高。另一方面，原砂砂粒能为砂型（芯）提供众多孔隙，保证型、芯具有一定的透气性，在浇注时，使型内产生的大量气体顺利逸出。 湿型砂按在造型时的情况，可分为面砂、背砂和单一砂。 二  粘土湿型砂用的原材料 1  硅砂 1） 硅砂种类及其SiO2含量 天然硅砂  河砂、湖砂、、海砂（牟平）、风积砂（大林、围场）。 人工硅砂  由硅石岩、硅砂岩采矿、清洗、破碎、筛选加工而成。 硅砂的SiO2含量及不同用途 铸铁用砂SiO2≥85%；铸钢用砂SiO2≥95%。 2） 石英的结构转变特性 石英为硅氧四面体，相变温度：573℃时产生体积膨胀，易夹砂。 870℃时也产生相变，故烧过此温度后，用于复膜砂。 3） 硅砂的杂质  长石、云母、氧化铁、碳酸盐及粘土，均降低 （1） 耐火度。 4） 硅砂的含泥量  原砂含有的直径小于0．０２ｍｍ的颗粒，其质量分数称为原砂的含泥量。 ５）硅砂的粒度和示方法 筛　号 12 20 30 40 50 70 100 140 200 筛孔尺寸/mm 1．70 0．85 0．60 0．425 0．30 0．212 0．15 0．106 0．075                     例如：三筛＞７５％，４０／７０；四筛＞８５％，５０／１４０ ６）硅砂的颗粒形状和角形因数 形　状 　 分级代号 角形因数   形　状 分级代号 角形因数 圆　形 ○ ≤１．１５   方角形 □－△ ≤１．６３ 椭圆形 ○－□ ≤１．３０   尖角形 △ ＞１．６３ 钝角形 □ ≤１．４５                       颗粒较圆（角形因数小）的砂粒，型砂的流动性好，紧实密度较高，透气性好。 ２　膨润土  粘土的主要成分是水化硅酸铝（mAl2O3 ．SiO2．xH2O）。晶体结构有两层型（高岭土，即普通粘土），三层型（蒙脱石，即膨润土）。和普通粘土相比，膨润土有较大的吸水膨胀性、胶体分散性、、吸附性、离子交换性和湿态粘结性能。故多用于湿型砂。 膨润土在500-700℃时失去结构水，加热到800℃以上时，晶格破坏，失去粘结作用。 膨润土分钙基膨润土和钠基膨润土，钠基膨润土在水分较高时仍有较好的强度，即具有较高的热湿拉强度和抗夹砂能力。 铸造用膨润土按工艺试样湿压强度值分为4级，，热湿拉强度值也分为4级。 （２） 各种牌号的铸造用膨润土，其吸附亚甲基蓝量每１００克至少应 在２０克以上；水分不大于１２％，膨润土的９５％应通过２００号铸造用试验筛。 使用优质膨润土，加入量少，含泥量少，降低型砂中的含水量，型砂的强度好，铸件由此产生废品少。 使用劣质膨润土，加入量大，含泥量多，型砂的粘结力不足，起模性差，易掉砂，产生砂眼、冲砂等缺陷；含泥量多，水分大，易产生气孔缺陷。 所以，在生产过程中，型砂均应进行砂处理，检测并控制型砂的各项指标，以降低铸件由型砂而产生废品率。 ３　煤粉 湿型用煤粉通常是将烟煤里的肥煤和焦煤根据铸造煤粉性能（主要是灰分和挥发分）要求，按一定比例进行混配，粉碎而成。 高效煤粉性能指标： 光亮碳% 灰分% 水分% 挥发分% 焦渣特征 硫分% 粒度（目） 14-16 6-10 1-4 30-36 5-6级 0.3-0.6 140目               煤粉的作用 1） 在铁液的高温作用下，煤粉产生大量的还原性气体，防止铁液被氧化，并可使铁液表面的氧化铁还原，以防止铸铁件产生化学粘砂。 2） 煤粉在受热后开始软化，可缓和石英砂粒受热后产生的膨胀，减少铸铁件产生的夹砂缺陷。 （3） 3） 煤粉在受热后，产生气、液、固三相的胶质体，可部分堵塞砂型表面砂粒间的孔隙，以减少铸铁件产生机械粘砂。 4） 煤粉在受热后，在金属液和铸型的界面析出一层带有光泽的微细结晶碳（光亮碳），这层光亮碳使砂型不受铁液润湿，铁液难以向砂粒的孔隙间渗透，从而得到表面光洁的铸件。 4　淀粉 淀粉经处理可获得各种产品：如α淀粉、糊精、糖浆、氢化淀粉水溶液等。在湿型砂中加入0．5%的α淀粉就可以使型砂韧性得到显著改善。在高密度造型中，也需要加入少量的α淀粉或糊精。 三  湿型砂性能及检测 1 紧实率 粘土砂的紧实率是指湿态型芯砂在一定紧实力的作用下，其体积变化的百分比，是专门用来表示型砂干湿程度的一个指标。 紧实率 = 紧实距离/筒高 x100% 手工造型，震击或压实： 紧实率 45-50% 气冲及多触头高压造型： 紧实率 40-45% 如果型砂紧实率相同，实际含水量偏高，则反映型砂中的细颗粒  成分偏多，则透气性不好。 2 含水量  粘土砂的含水量是指在105-110℃烘干，以试样烘干后 失去的质量与原试样质量的比（%）来表示。 （4） 原试样质量-剩余质量/原试样质量x100% 手工造型的含水量一般5-6%；普通机器造型含水量一般4.5-5.5%;高压造型的含水量一般3.2-4.5%。如果型砂中的微粉多，灰分多，煤粉和膨润土的质量不好而加入量多，则型砂中的含水量就多，透气性不好，并容易形成气孔缺陷。 3 透气性 粘土砂的透气性是指紧实后的砂样允许气体通过的能力。 粘土砂的透气性并非越高越好。面砂的透气性一般控制在40-100；背砂的透气性一般控制在100-200；单一砂的透气性一般控制在100-150。 4  常温强度 1） 湿态抗压强度  是型砂的最重要的性能之一。 2） 湿态抗拉强度 3） 热湿拉强度  是湿砂型在高温铁水的作用下，发生水分迁移，在砂型的水分凝聚区的抗拉强度，以Pa表示。 5  砂型硬度 手工造型，震击或压实：  比压：0．13-0．4 Mpa  硬度： 50-80 气动微震：                    0．4-0．7              80-90 射压、气冲、静压、多触头高压：＞0．7                  90-95 砂型硬度高，密度均匀，可减少缩孔缩松胀箱和粘砂缺陷。 6 有效煤粉含量  是指在旧砂中除去已经失效的，而能起着相当于 （5） 新煤粉作用的煤粉含量。用测定煤粉发气量的方法对比测定。目前的煤粉质量差异较大，可用控制型砂的发气量去控制煤粉用量。 7 有效膨润土含量  在浇注过程中，紧靠铸件表面的型砂被迅速加热，超过500℃以上，膨润土就会失去晶格水，蒙脱石结构被破坏，变成失去粘结力的死粘土。未被烧损的膨润土，就是有效膨润土。具有吸附亚甲基蓝的性能。可用吸蓝量法测定。 8 型砂的含泥量  包括有效的膨润土、煤粉和灰分。 灰分包括失效的膨润土和煤粉，以及原砂带入的≤320目的细粉。 四  湿型砂的制备和性能控制 1  对一般湿型砂砂处理线的要求 1） 通过多道磁选去除旧砂中的残铁； 2） 通过滚筒筛，去除旧砂中的芯头、砂块，起过筛、破碎、冷却作用。 3） 配造型线或连续生产，应有效的降低旧砂温度，≤50℃。 4） 混砂机应使砂子、水分、膨润土、煤粉等有效混合，膨润土和煤粉在砂粒表面均匀复盖，使型砂具有较高的强度和韧性。 5）  有足够和有效的通风除尘设备，减少粉尘在型砂中的积累及对环境的污染。 6）  能方便的改变型砂中各种加入物料的配比，以满足不同型砂的工艺要求。 （6） 7）  可通过混砂过程的在线检测，控制型砂的使用性能。 2  湿型砂的配比 铸铁件的型砂配比：旧砂 50-80%；新砂 5-20%；膨润土 6-10%；煤粉2-7%；水 4-6%。 五  湿型砂铸件常见缺陷及防止措施 1  气孔 1） 析出性气孔  在熔炼过程中熔入液态金属中的气体，当液态金属冷却凝固时，其溶解度降低而析出，形成的气孔。气体多为氢气和氮气。常见于铝合金和铸钢。灰铸铁的析出性气孔，大多靠近热节，内表面光洁，内腔常有一层石墨薄膜，常在冲天炉的头几批铁水中出现。 2） 侵入性气孔  浇注时，砂型、砂芯受热产生气体，排气不及，靠压力作用侵入金属液中，形成的气孔。常见于湿型砂。 形成原因和防止措施： 湿型砂透气性  高低均不好。  高压造型： 100-140  机器造型：80-100  手工造型：60-80 湿型砂紧实度  高低均不好  多扎排气孔。 湿型砂温度  合箱后，热砂散发的水汽凝聚在型腔、芯子、冷铁上，浇注时形成气孔。 湿型砂发气量  水分及煤粉过多时，发气量过大，“呛火”。 （7） 湿型砂中的杂质，小粘土团，砂芯块等的发气。 还要特别注意砂芯造成的侵入性气孔： 排气畅通，提高浇注速度和浇注温度，引火。 3） 反应性气孔  浇注时，型腔内金属液与水气发生化学反应，或金属液中的氧化物发生化学反应时产生的气孔。 灰铸铁的氢气孔  型砂水分与铁液中铝反应:  （孕育硅铁的含铝量0.8-1.2%） 2Al+3H2O→Al2O3+6[H] 雨天熔化时鼓风带入的水气与铁液反应: C+ H2O→CO↑+ 2[H] Fe+ H2O→FeO+ 2[H] 球铁中的氢气孔  (皮下气孔) 型砂水分与铁液中的残余镁反应: Mg+ H2O→MgO+ 2[H] 型砂水分与铁液中铝反应:  2Al+3H2O→Al2O3+6[H] 型砂水分与铁液反应: Fe+ H2O→FeO+ 2[H] 防止措施： 除湿送风，炉料除锈，炉包烘干，扒渣复盖，脱硫处理，提高浇温，安放过滤网，集渣冒口，控制型砂水分，增加煤粉量，型腔撒 （8） 冰晶石粉（氟铝酸钠 Na3AlF6）。 2 粘砂  机械粘砂 化学粘砂 机械粘砂  金属液钻入砂粒间隙，包围钩连砂粒，无化学反应。 型砂紧实度  型砂粒度和透气性 金属液压力 浇注温度和铸件壁厚 煤粉加入量 3 砂眼 1）型砂湿压强度  手工造型60-85 kPa  气动微震80-100 kPa 2）型砂韧性  用破碎指数来测定湿型砂韧性 70-90% 3）优质膨润土和混砂充分 4  夹砂  浇注时，型砂表层的水分向内迁移，形成水分多，热湿拉强度低的凝聚层，同时，石英砂受热相变膨胀，砂层拱出，造成夹砂、结疤、鼠尾、起皮子。