膨潤土物化性能與型砂性能的關(guān)系淺析

師連波

（建平華特北方化工有限公司，遼寧 建平 122400）

1 概述

冶金鑄造用膨潤土在膨潤土應(yīng)用中所占的比例較大，每年用量超過120萬t。膨潤土在鑄造方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在粘土粘結(jié)砂中，與普通型砂相比，膨潤土砂中的膨潤土與水分都少，因而透氣性高，發(fā)氣量少，而濕壓強(qiáng)度卻較高，高溫濕態(tài)條件下物理化學(xué)性能穩(wěn)定，使鑄件中不易產(chǎn)生砂眼與氣孔等缺陷，而且具有可塑性高，可遏止鑄件夾砂、結(jié)疤、掉塊、砂型塌方等特點(diǎn)。

由于膨潤土具有明顯的優(yōu)越性，因而在世界各國的鑄造中得到廣泛的應(yīng)用。鑄造用膨潤土主要分為鈣基膨潤土與鈉基膨潤土兩大類，而鈉基膨潤土又分天然鈉基膨潤土與人工鈉化膨潤土兩種。由于天然鈉基膨潤土的型砂濕壓強(qiáng)度與熱濕拉強(qiáng)度及水化性能不如人工鈉化膨潤土好，而且天然鈉基膨潤土的生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于人工鈉化膨潤土，所以近幾年來，人工鈉化膨潤土成為當(dāng)今鑄造行業(yè)粘結(jié)劑應(yīng)用份額最大的產(chǎn)品。

為了使鑄造用膨潤土生產(chǎn)企業(yè)控制好人工鈉化膨潤土的產(chǎn)品質(zhì)量，筆者對膨潤土的一些物化性能指標(biāo)與鑄造型砂的工藝性能之間的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)分析與研究。通過試驗(yàn)分析表明，膨潤土的一些理化指標(biāo)與膨潤土的鑄造濕型的性能有著密切的關(guān)系，而且對型砂的質(zhì)量影響較大。

2 膨潤土物化性能與型砂性能的關(guān)系

2.1 膨潤土的吸藍(lán)量與型砂的濕壓強(qiáng)度

2.1.1 試驗(yàn)

對建平地區(qū)的部分膨潤土樣品進(jìn)行了吸藍(lán)量與濕壓強(qiáng)度的測驗(yàn)，結(jié)果如表1。

表1 膨潤土吸藍(lán)量與型砂濕壓強(qiáng)度關(guān)系

2.1.2 結(jié)果與分析

通過表1不難看出，膨潤土吸藍(lán)量與其型砂的濕壓強(qiáng)度整體上是呈正比例關(guān)系，吸藍(lán)量高的膨潤土用于型砂粘結(jié)劑的濕壓強(qiáng)度也好。吸藍(lán)量低的其型砂的濕壓強(qiáng)度也低。而同一吸藍(lán)量的膨潤土其濕壓強(qiáng)度并不是完全相同，這與膨潤土的組分、屬性、屬型有一定的關(guān)系。通過上述關(guān)系，我們在生產(chǎn)高濕壓強(qiáng)度的膨潤土產(chǎn)品時(shí)，就要首選擇高吸藍(lán)量的膨潤土，如果沒有高吸藍(lán)量的膨潤土，就要對低品位的膨潤土進(jìn)行提純，以適應(yīng)生產(chǎn)的需要。

2.2 膨潤土的膨潤值與型砂的熱濕拉強(qiáng)度

2.2.1 試驗(yàn)

選取了幾種不同屬性及不同鈉化程度的膨潤土試樣進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

表2 膨潤值與熱濕拉強(qiáng)度強(qiáng)度關(guān)系

表3 鈉化程度與復(fù)用性的關(guān)系

2.2.2 結(jié)果與分析

從表2可以看出，膨潤土的膨潤值與型砂的熱濕拉強(qiáng)度成正比，而且同一種膨潤土隨其鈉化程度加深，其膨潤值與熱濕拉強(qiáng)度隨其升高，膨潤值與熱濕拉強(qiáng)度呈較好的線關(guān)系。吸藍(lán)量反映膨潤土的純度，膨潤值體現(xiàn)膨潤土納化程度。膨潤土吸藍(lán)量越高，膨潤土的純度越高，膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力也越大；膨潤土膨潤值越高，膨潤土納化程度越高，膨潤土的熱濕態(tài)粘結(jié)力越大[2]。濕型砂鑄造廠所關(guān)心的膨潤土質(zhì)量主要是其濕態(tài)粘結(jié)力和熱濕態(tài)粘結(jié)力大小，因此只有吸藍(lán)量和膨潤值均高的膨潤土才是濕型砂理想的粘結(jié)劑。

2.3 鑄造用膨潤土的鈉化與型砂的復(fù)用性

2.3.1 試驗(yàn)

膨潤土的鈉化與復(fù)用性試驗(yàn)結(jié)果見表3。其中：

①復(fù)用性以105℃的濕壓強(qiáng)度為基數(shù)，600℃高溫灼燒60min后的濕壓強(qiáng)度與基數(shù)的比值為復(fù)用性；②濕態(tài)鈉化最初的條件為：膨潤土原料與碳酸鈉混均，加適量水?dāng)嚢杈鶆?，?5～20℃條件封存2h，風(fēng)干一定時(shí)間，在烘箱內(nèi)烘干加工成200目試驗(yàn)樣。

2.3.2 結(jié)果與分析

由表3可知在原礦選定后其鈉化程度與復(fù)用性成正比的關(guān)系。鑄造用鈉化膨潤土復(fù)用性的高與低主要與膨潤土礦物本身的組分，屬性有關(guān)；另一方面，是與鈉化的程度有關(guān)。同一批料鈉化的越徹底其產(chǎn)品的復(fù)用性就越高。這兩個(gè)因素決定了鈉化鑄造膨潤土的復(fù)用性。

2.4 鑄造用膨潤土干燥溫度及水分控制與型砂性能

(1)水分控制對膨潤土吸水速度的影響。

試驗(yàn)結(jié)果見表4(表中為鑄造用優(yōu)質(zhì)鈉化膨潤土同一試驗(yàn)樣，烘干溫度控制為400℃)。

(2)干燥溫度對膨潤土鑄造性能的影響。

試驗(yàn)結(jié)果見表5(樣品為鑄造用優(yōu)質(zhì)鈉化膨潤土同一試驗(yàn)樣。試樣在電阻爐內(nèi)以各種溫度分別加熱15min)。

2.4.2 結(jié)果與分析

通過上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，膨潤土產(chǎn)品中的水分控制不僅僅是水分多與少的問題，它與膨潤土的吸水速度有較大的關(guān)系，即與膨潤土的水化速度關(guān)系密切，只有完全水化的膨潤土它的性能才得已充分的發(fā)揮。膨潤土產(chǎn)品的水分從低到高，它的吸水比逐步升高，也就是說高含水分的膨潤土產(chǎn)品，在較短時(shí)間內(nèi)比較低含水量的膨潤土產(chǎn)品更有利于發(fā)揮其性能。但是膨潤土產(chǎn)品含水量過高，產(chǎn)品在運(yùn)輸與儲(chǔ)存過程中易產(chǎn)生結(jié)塊，吸濕快等缺陷，所以對鑄造膨潤土產(chǎn)品以水分控制在8%～12%為最佳含水量。

一般地，膨潤土產(chǎn)品的干燥多以烘干為主，而且烘干與水分控制一次性完成，原料水分高，就要提高烘干爐溫，此時(shí)烘干爐的進(jìn)風(fēng)口溫度在800～900℃左右，水分才合格。實(shí)際此時(shí)已有部分膨潤土已經(jīng)成死粘土。在這種條件下的辦法最好先把原料自然風(fēng)干一下，水分含量到28%左右再進(jìn)行烘干，爐溫可下調(diào)至700℃左右，這樣既在很大程度上減少燒死土的產(chǎn)生，同時(shí)又降低燃料消耗，而且產(chǎn)品的含水量還易控制。鑄造用膨潤土產(chǎn)品的水分控制是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，既要考慮到產(chǎn)品的合格水分，又要考慮到溫度對膨潤土燒死量的影響。想獲取較為理想的產(chǎn)品，就必須對產(chǎn)品的干燥溫度進(jìn)行合理的控制，既要達(dá)到高產(chǎn)，又要優(yōu)質(zhì)，且水分適宜。以便對膨潤土在型砂中發(fā)揮其最佳效用。

表4 水分含量與膨潤土吸水速度的關(guān)系

表5 干燥溫度與濕壓強(qiáng)度及吸藍(lán)量的關(guān)系

3 結(jié)語

鑄造用膨潤土的一些理化指標(biāo)與其在型砂中的工藝性能有著密切的關(guān)系：①膨潤土吸藍(lán)量與型砂的濕壓強(qiáng)度成正比；②吸藍(lán)量高的膨潤土，其鈉化后的產(chǎn)品用于生產(chǎn)型砂的濕壓強(qiáng)度也好；③膨潤土膨潤值與熱濕拉強(qiáng)度呈較好的線性正比例關(guān)系；④濕態(tài)鈉化膨潤土的膨潤值好的產(chǎn)品，其在型砂中反應(yīng)出來的熱濕拉強(qiáng)度一定也好；⑤只有吸藍(lán)量高與膨潤值高的膨潤土才較適合用于做鑄造型砂用原料。

人工鈉化膨潤土應(yīng)從兩個(gè)方面考慮產(chǎn)品的復(fù)用性：①原料的復(fù)用性；②人工鈉化膨潤土鈉化效果。鑄造用鈉化膨潤土原料復(fù)用性有一定的選擇性，有的原料其復(fù)用性較低，這樣的原料就不適用于做鑄造膨潤土原料，只能做為配料使用。有的原料其復(fù)用性很好，而這樣的原土就適用于做鑄造鈉化膨潤土原料。

鈉化膨潤土的鈉化效果也是對其復(fù)用性影響很大的一個(gè)因素。鈉化效果好的土，鈉化效果減退的少，復(fù)用性就高；鈉化效果不好的土，鈉化效果衰退的非?？?，復(fù)用性就低，造成鑄造廠家膨潤土加入量大，導(dǎo)致型砂含泥量高，甚至造成起皮等鑄造缺陷。膨潤土的產(chǎn)品烘干溫度與水分應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的控制，以便產(chǎn)品在鑄造混砂的過程中發(fā)揮其最佳的性能。

[1]中國標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB2684-2009鑄造用砂及混合料試驗(yàn)方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[2]殷錫鵬.膨潤土試驗(yàn)方法述評[J].鑄造工業(yè),2001(4):23-27.

[3]于震宗.膨潤土濕型砂與技術(shù)檢測[J].鑄造工業(yè),2004(2):12-15.