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1、粘土湿型砂的控制要点用粘土粘结砂作造型材料生产铸件，是历史悠久的工艺方法，也是反范围最广的工艺方法。说起历史悠久，可追溯到几千年以前；论其应用范I则可说世界各地无一处不用。值得注意的是，在各种化学粘结砂蓬勃发展的今天，粘土湿型砂仍是最重的造型材料，其适用范围之广，耗用量之大，是任何其他造型材料都不俅之比拟的。据报道，美国钢铁铸件中，用粘土湿型砂制造的占80%以上;本钢铁铸件中，用粘土湿型砂制造的占73%以上。适应造型条件的能力极强，也是粘土湿型砂的一大特点。1890年震压式:型机问世，长期用于手工造型条件的粘土湿型砂，用于机器造型极为成E并为此后造型作业的机械化、自动化奠定了基础。近代的高压造
2、型、射压型、气冲造型、静压造型及无震击真空加压造型等新工艺，也都是以使用土湿型砂为前提的。各种新工艺的实施，使粘土湿型砂在铸造生产中的地位更加重要，也使和湿型砂面临许多新的问题，促使我们对粘土湿型砂的研究不断加强、认方断深化。现今，随着科学技术的速发展，各产业部门对铸件的需求不断增长，同伊对铸件品质的要求也越来越高。现代的铸造厂，造型设备的生产率已提高前所未有的水平，如果不能使型砂的性能充分适应具体生产条件，或不俅效的控制其稳定、一致，则不用多久就可能将铸造厂埋葬于废品之中。随着科学技术的发展，目前采用粘土湿型砂的铸造厂，一般都适合其具仰件的砂处理系统，其中包括：旧砂的处理、新砂及辅助材料的加
3、入、型也混制和型砂性能的监控。粘土湿砂系统中，有许多不断改变的因素。如某一种或几种关键性能不俅持在控制范围之内，生产中就可能出现问题。一个有效的砂处理系统，S监控型砂的性能，如有问题，应能及时加以改正。由于各铸造厂砂处理系统安排不同，选用的设备也不一样，要想拟定一旗用的控制办法是做不到的。这里，打算提出一些目前已被广泛认同的控制点。各铸造厂认真地理解了这些要点之后，可根据自己的具体条件确定目的控制办法。而且，还要随着技术的进步和工厂的实际能力（包括人员禾【金）不断改进对型砂系统的控制。一.旧砂的处理用粘土湿型砂造型，浇注以后，除贴近铸件的部分型砂中活性膨润土受我效成为死粘土外，大部分型砂可以回
4、收使用。这是粘土湿型砂的主要优上配制粘土湿型砂时，旧砂用量一般都在90%以上，如果对旧砂的处理不匕无论怎样加强混砂，无论添加什麽辅助材料，都不可得到好的型砂。所，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I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影响，主要由于以下几个方面： 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; 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，造型的际上用的型砂，其性能与混砂时控制的性能差别很大； 造型时，热型砂的水分容易在模样表面上凝
5、结，型砂粘模； 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，件也易于产生气孔； 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，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。多高温度的砂算是热砂？判断热砂的温度界限，是看其是否使混砂、造蛋铸件质量方面出现问题。对此，许多研究者从个方面进行了研究；有人研了型砂温度对其性能稳定性的影响；有人研究了温度对膨润土水系统流多的影响；有人研究了型砂温度与铸件质量的关系。各方面的研究，得到了致的结论，即：为保证型砂的性能稳定，温度应保持在50C以下
6、。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。定要吹入大量空气使水分蒸发，才能有效地冷却。以下，给出一个简略的计算比较：型砂的比热大致是：9.22102Jkg,水的比热是：4.19103Jkg,水的蒸发热是：2.26106Jkg,1吨砂中加20C的水Iokg（加水1%）,使其温度升到50,所能带走热量为4.19X1031030,SP12.57105Jo1吨砂温度降低TC,需散热9.22X102X1000J,即9.22X105J。所以，在旧砂中加水1%,只能使温度降低24.5。使1吨砂中的水分蒸发1%(10kg),能带走的热量为2.26X107J,去眄砂温降低24.5Co以上
7、的分析表明：简单地向皮带机上加水或向砂堆洒水，冷却效果是很差I即使加水后向砂表面吹风，也不能有多大的改善。加水后，要使水在型超分散均匀，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、双盘冷却器不却沸腾床等，都是利用水分蒸发冷却型沙。其中，冷却沸腾床效果较好。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，对于严格控制旧和分的重要性，很多铸造厂的领导和技术人员还缺乏足够的认识。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。香中的膨润土和水，并
8、非简单的混在一起就行，要对其加搓揉，使之成为反状态。这就像用陶土和水制陶器一样，将水和土和一和，是松散的，没举接能力；经过搓揉和摔打，使每粒土都充分吸收了水分，就成为塑性状本才可以成形，制成陶器毛坯。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冰燥了，加水使其吸水恢复塑性是很不容易的。旧砂的水分较低，在混砂杆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再有限的，旧砂的水分越低，混成砂的综合质量就越差。目前，各国铸造ZI者已有了这样一种共识：进入混砂机的旧砂，水分只能比混成砂略低一U较好的做法是：在旧砂冷却过程中充分加水冷却后所含的水分略低于混月砂。这样，从砂
9、冷却到进入混砂机还有一段相当长的时间，水可以充分源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，冷却后的旧砂在预涌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，有世造厂预混时，将需补加的新砂、膨润土、煤粉等附加料全部加入。天津供伟祥铸造公司，用德国制造的曰RiCh混砂机预混。经过预混的旧砂，进,混砂机后加水量很少，只是略微调整。型砂中的膨润土和水在混砂机进一得到调制，型砂的性能就更为稳定一致。3 .旧砂的粒度对于用粘土湿型砂制造的铸铁件，型砂的粒度以细一些为好。由于混砂在砂用量一般都在90%以上，决定型砂粒度的因素主要是旧砂。新砂加入重少，不可能靠加入新砂
10、来改变型砂的粒度。所以，应该经常检测旧砂的粒J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），干后筛分。对粒度有以下两点要求。（1） 140目筛上的砂粒应在1015%之间。保持较多的细砂，可以减轻镁表面粘砂。而且，会增加砂粒之间粘结桥的数量，从而降低型砂的脆性，免冲砂缺陷。止匕外，这对提高型砂的温强度、干强度和水分迁移后增湿危度都有好处。（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:改善铸件表面质量的作用不大，却会使混成砂的水分较高，而且会使型超透气性降低。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
11、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明的水分增高。但是，据目前大家的认识，吸水细粉的吸水能力比膨润土生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，明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，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，吸水细物吸的水先蒸发，粘结砂粒的粘土膏中的水分较为稳定，型砂的性能也就有波动。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: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。
12、二.补加新砂及辅助材料粘土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，补加荆料以保持系统砂的总量稳定、性能一致是绝对必要的。这里，只简单谈谈各种材料补加量的确定，不想罗列各种材料的规格。1、新砂用新砂配成的型砂，是简单的混合物。在生产条件下，混砂时间不可能很膨润土和水形成的粘土膏不可能均匀涂布在砂粒表面上，砂粒的结构见医(a)o反复使用的旧砂，砂粒结构见图1(b),砂粒表面上积了多层交烧结层，粘土膏的涂布则相当均匀。(Q(b)图1粘土湿型砂的砂粒结构因此，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。新利入量太多
13、，会对型砂质量有负面的影响。国外一些运转良好的型砂系统，新砂补加量一般是每浇注1吨铁120-150kgo如考虑砂铁比平均为5,则混砂时新砂补加量为2.63%。然，新砂补加量还要考虑很多因素，如设备条件，芯砂进入量。很多铸迨要根据自己的条件确定，外厂的经验只能参考。我国铸造厂一般散落砂都较多，很多厂新砂补加量为58%,这也是合适I也有少数铸造厂以为多家新砂可以提高型砂质量，这种想法可能来自旧初全没有处理、生产量又小的条件。2、膨润土和其他黏结剂相比，膨润土有一个重要的特点，就是它具有一定的耐热能: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）不同的膨润土，丧失粘结能力的温度不同
14、。通过一系列加热试验和差热合实验，得知天然钠膨润土的失效温度为638C,钙膨润土为316。人工化的钠膨润土，由于活化条件各异，准确的失效温度不详。据日本报道伊验结果，人工活化的钠膨润土，在最初使用时，失效温度略低于天然钠腹土；几次反复加热后，就与钙膨润土相近，其“耐用性”不佳。（1）膨润土中水的形态活性膨润土的粘结能力，只有在加水以后才能表现出来。膨润土失去粘”力，也与它的脱水有关。到目前为止，认为膨润土中的水分有三种形态。一种是自由水，即膨润土颗粒吸附的水。力联加至U10OC以上，就可脱除自水。脱除了自由水的膨润土，粘结能力不受影响。第二种是牢固结合水。将膨润土置110。C下长时间加热，可完
15、全脱除自由;但但不会脱除牢固结合水。已完全脱除自由水的膨润土，再在较高的温度（200,300）下加热仍会继续减重，说明仍有水分损失。膨润土经这科热脱水后，只要加水，能完全恢复粘结能力。第三种是晶格水，也有人称之为结构水。晶格水只有在相当高的温度下才部分或全部脱除。膨润水的晶格水脱除以后，即丧失粘结能力，成为死粘:（2）膨润土的耐用性RHofmann曾就天然钠膨润土和钙膨润的耐用性作了测定。试验所用的腹土，是美国威欧明的钠膨润土和美国南部的钙膨润土。试验方法是：取硅砂和膨润土配成含膨润土5%的型砂，将型砂加热到彳温度，待其冷却后，将团块碾碎，再加水混制。将混成砂制成试样，测淀抗压强度。试验结果见图2。图2与我们前面提高的两种膨润土的失效温度是一致的，由图可以看出:加热温度（C）图2加热温度对膨润土粘错能力的影响1一铐邮润土2的膨润土钠膨润土在600C以下加热，它的粘结能力基本上不受影响。加热温度超600,就急剧地丧失粘接能力。加热到700C以上，差不多完全丧失了结能力。钙膨润土在IOoe以上，就开始缓慢地失去粘结能力。加热温度再提高，结能力的丧失就越来越明显。当熔融金属注入铸型以后，贴近铸件表面的型砂就被加热到800C以上（一些非铁合金达不到此温度）。不管你用什么样的膨润土，这部分型砂邛膨润土都会变成死粘土。这些死粘土，大部分随同型砂一道附在铸件表面.被铸件
