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          粘土湿型砂及其控制要点(四)
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          混砂时补加的新砂及附加材料

          湿型砂在系统中反复使用,由于铸件上粘附的砂粒被带走,部分膨润土受热成为死粘土,煤粉受热失效以及吸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、性能稳定是必要的。

          此处,只简单地涉及各种材料补加量的确定,不想罗列各种材料的规格,而在膨润土方面多用了一些篇幅,提到了与补加量相关的一些其他问题。

          1、原砂

          在生产条件下,混砂时间很短,如混砂时补加的新砂量太多,则粘土补加量和加水量也相应增加,粘土与水很难混匀,粘土膏也难以均匀地涂布在新砂砂粒表面。

          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。

          国外一些运转好的型砂系统,新砂补加量一般都按每浇注1吨铁水补加120~150kg考虑。如考虑砂-铁比平均为5,则混砂时新砂补加量约为2.4~3%。当然,新砂补加量还要考虑很多其他因素,如散落砂量和芯砂进入量等。铸造厂要根据自己的条件确定,外厂的经验只能供参考。

          我国铸造厂一般散落砂都较多,很多厂新砂补加量为5~8%,大体上也是合适的。

          也有少数铸造厂以为多加新砂可以提高型砂质量,这种想法可能来自回收砂完全不经处理、生产量又小的生产条件。

          2、膨润土

          和其他粘结剂相比,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。如加热温度太高,脱除了结晶水,就不能再恢复结能力。

          (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。膨润土失去粘结能力,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。加热到100℃以上,就可脱除自由水。脱除了自由水的膨润土.粘结能力不受影响,再次加水即可恢复。

          第二种是牢固结合水。将膨润十置110℃下长时间加热,可完全脱除自由水,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(如200℃)下加热,仍会继续减重,说明仍有水分损失,这就是牢固结合水。膨润土经这样加热脱水后,只要加水,仍能完全恢复粘结能力。

          第三种是结晶水,也有人称之为结构水。结晶水只有在相当高的温度下才能部分或全部脱除。膨润土的结晶水脱除以后,即丧失为结能力,成为死粘土。

           (2)膨润土的耐用性

          F. Hofmann曾就天然钠膨润土和钙膨润的耐用性作了测定。试验所用的膨润土,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,将型砂加热到不同温度,待其冷却后,将团块碾碎,再加水混制。将混成砂制成试样,测定湿抗压强度。试验结果如图5。

          图5     加热温度对膨润土粘结能力的影响


          由图5可以看出:

          钠膨润土在600℃以下加热,它的粘结能力基本不受影响。加热温度超过600℃,就急剧地丧失粘接能力。加热到700℃以上,即完全丧失了粘结能力。计算时一般以638℃为其失效温度。

          钙膨润土在100℃以上,就开始缓慢地失去粘结能力。加热温度再提高,粘结能力的丧失就越来越明显。计算时一般以316℃为其失效温度。

          人工钠膨润土是由钙膨润土加碱处理进行人工活化而制成的,其性能会因所用的钙膨润土的品位和活性处理条件的不同而有很大的差别。选用时,应通过试验了解其特性。据日本报道的研究结果,人工钠膨润土初使用时,失效温度略低于天然钠膨润土,几次反复加热后,即与钙膨润土相近,其耐用性并不很好。

          熔融金属注入铸型后,贴近铸件表面的型砂可能加热到800℃以上(一些非铁合金达不到此温度)。在这种条件下,不管用什么样的膨润土,这部分型砂中的膨润土都会变成死粘土。这些死粘土,大部分随同砂粒一道附在铸件表面上,被铸件带走,一小部分留在回收砂中。

          除了制造大型铸件以外,在铸造过程中,大部分型砂达不到这样的温度,这些型砂中膨润土的情况又怎么样呢?

          不同的膨润土,脱除结晶水的温度是不同的,脱除结晶水的速率也不一样。如采用容易脱除结晶水的膨润土,即使并不直接贴近铸件的型砂中,也会有较多的膨润土失效而变成死粘土。如采用不易脱除结晶水的粘土,产生的死粘土就会少一些。

          因此,有人用“耐用性”来描述膨润土是否容易失效。所谓“耐用性”,是一个相对的概念,没有肯定的判据。在相同的情况下,每经一次浇注,用甲膨润土时型砂中产生的死粘土比用乙膨润土时少,就是甲膨润土“耐用性”比乙膨润土好。

          既然不同品种的膨润土的耐用性不同,在相同的生产条件下,浇注金属液后,用不同膨润土的型砂,因受热而失效的膨润土量也就不同。此外,型砂中活性膨润土(吸蓝膨润土)的含量越高,受热而失效的膨润土也就越多。

          根据铸件的壁厚和形状,以及浇注以后金属传递给型砂的热量,可以求得型砂内的温度场。再根据型砂中的活性膨润土含量和所用膨润土的品种,就可估算出失效的膨润土量。

           许多研究试验工作表明:对于壁厚75mm以下的铸铁件,每浇注1吨铁液,按其传递给型砂的热量,大约能使147kg型砂温度升到638℃(钠膨润土失效温度)以上,温度升至316℃(钙膨润土失效温度)以上的型砂则为250kg左右。可以忽略铸件形状和铸型中砂铁比的影响。

          由上述结果,我们就可以归纳为一个简明而实用的线图(图6)。由系统砂中活性膨润土的含量和所用膨润土的品种,就可大致知道每浇注1吨铁水造成的死膨润土量。


          ze:14.0pt;mso-bidi-font-size:12.0pt'>(钙膨润土失效温度)以上的型砂则为250kg左右。可以忽略铸件形状和铸型中砂铁比的影响。

          由上述结果,我们就可以归纳为一个简明而实用的线图(图6)。由系统砂中活性膨润土的含量和所用膨润土的品种,就可大致知道每浇注1吨铁水造成的死膨润土量。

          再根据每吨铁水的用砂量,就可以算出混砂时回收砂需补加膨润土的百分数。

          例如,某厂的粘土湿型砂中使用钙膨润土,系统砂中保持活性膨润土含量为8%,每吨铁水所用的型砂量(砂-铁比为5)5吨。

          由图6查到,每浇注1吨铁水失效的膨润土量为20kg,每吨回收砂中失效膨润土约为4kg。所以,混砂时需补加的膨润土为0.4%。

          此外,补加的新砂量较多时,还要加新砂所需的膨润土。

          由于用粘土湿型砂制造的铸铁件壁厚超过75mm者很少,图6实际上可用于大多数有较完备砂处理系统的型砂。

          关于膨润土品种的选用,应考虑多方面的因素,如铸件产品的特点、企业的设备条件和生产能力,企业附近膨润土矿产资源、产品销售价格和成本分析等。

          钠膨润土有很多优异的性能,如膨润值高(用以配成的型砂,有较好的抗夹砂能力),稳定性好(铸型浇注后,型砂中的膨润土因受热而成为死粘土的份额较少,即膨润土耐用性好)等,都是膨润土所不及的。

          优质的天然钠膨润土主要产于美国西部、日本和德国有些铸造企业需用部分天然钠膨润土时,都自美国进口。我国浙江临安、辽宁凌源、新疆托克逊、吉林九台、吉林刘房子、福建连城和广西宁明都有钠膨润土。但是,到目前为止,尚未有可供大量开采的矿点,钠膨润土的品质也不够稳定。当前,市场上大量销售的所谓钠膨润土都是将钙膨润土用碱处理制成的人工钠膨润土。

          与钠膨润土相比,钙膨润土也有不少长处,如:用钙膨润土配砂时所需的混砂时间较短,型砂的湿抗压强度较高,型砂的流动性较好,铸型浇注后落砂性能较好等。我国有丰富的钙膨润土资源,辽宁、吉林、河北、山西、山东、河南、湖北、江苏、安徽、浙江、福建、四川、甘肃和新疆都有产出,有些产品质量很好。

          因此,不能笼统地说钠膨润土比钙膨润土好,要视具体情况和特定要求,有分析地选用。即使在钠膨润土资源丰富的美国,采用粘土湿砂工艺的铸造厂,一般也不全用钠膨润土,通常多同时采用两种或多种膨润土,适当地配用,以各取其所长。一些工业国中,为便于铸造厂使用,还以选配的膨润土为基础,再加入煤粉、淀粉等,制成“预混料”。

          3、煤粉

          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。一般情况下,含量大体上宜控制在3.5~5.5%之间。

          混砂时补加的数量,应根据旧砂中有效煤粉的测定值来确定。旧砂中有效煤粉量的测定方法,前面已经谈到。

          关于煤粉的质量要求见另文。

          4、淀粉

          铸铁件生产方面,少数情况下,为提高铸型中水分凝聚层的强度、改善铸件表面质量,可在粘土湿型砂中加入1%左右的淀粉。铸钢用的粘土湿型砂中不能加入煤粉,加入少量淀粉往往是常规的措施。

          粘土湿型砂中的淀粉,以能溶于水起粘结作用的淀粉好。

          按制淀粉的原料区分,可分为地上淀粉和地下淀粉。前者如玉米粉,面粉;后者如马铃薯粉、甘薯粉。地上淀粉比较稳定,铸造方面宜用地上淀粉。

          按淀粉的水溶性和加工过程区分,有α淀粉和β淀粉。    .

          β淀粉是未经处理的生淀粉,不溶于水或略溶于水,用于粘土湿型砂中作用不大。

          α淀粉是将生淀粉和水调成悬浮液,加热糊化,然后快速冷却、磨细而制成的。α淀粉溶于水,适合作湿型砂中的附加剂。

          用β淀粉制α淀粉时,适宜的糊化温度为86~87℃.  ’

          α淀粉的制造方法见图7


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