鑄元素在含大量覆膜砂芯砂的黏土砂中的應(yīng)用

相士強(qiáng)，孫清洲

（1.山東旭光得瑞高新材料股份有限公司，山東臨邑251500；2.山東建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；3.山東省清潔生產(chǎn)工程技術(shù)研究中心，山東濟(jì)南250101）

鑄元素在含大量覆膜砂芯砂的黏土砂中的應(yīng)用

相士強(qiáng)1，孫清洲2，3

（1.山東旭光得瑞高新材料股份有限公司，山東臨邑251500；2.山東建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；3.山東省清潔生產(chǎn)工程技術(shù)研究中心，山東濟(jì)南250101）

針對(duì)含有大量覆膜砂芯砂的黏土砂系統(tǒng)因覆膜砂芯砂混入使型砂脆性增加，成型性降低，鑄造工藝性能惡化的實(shí)際情況，用鑄元素取代黏土砂系統(tǒng)中的膨潤土和煤粉，在不加新砂的情況下，采用含大量覆膜砂芯砂的黏土舊砂混制型砂和加入新砂、膨潤土和煤粉后混制的型砂相比，濕壓強(qiáng)度、透氣性、緊實(shí)率相近，熱濕拉強(qiáng)度明顯提高。采用鑄元素消除了大量覆膜砂芯砂混入對(duì)黏土砂性能的不利影響，實(shí)現(xiàn)了在不添加新砂的情況，穩(wěn)定含大量覆膜砂芯砂黏土型砂的性能。

鑄元素；覆膜砂；芯砂；黏土砂

在黏土砂鑄造生產(chǎn)過程中，有機(jī)粘結(jié)劑砂芯被廣泛應(yīng)用，經(jīng)過鑄件澆注和冷卻過程后，砂芯受到鐵水的高溫?zé)嶙饔?，全部或部分處于潰散或接近潰散狀態(tài)，在隨后的落砂環(huán)節(jié)這部分芯砂將直接混入黏土砂中，成為黏土舊砂的一部分。隨著鑄造生產(chǎn)過程的循環(huán)往復(fù)，混入黏土砂中的芯砂數(shù)量不斷增加，黏土型砂的脆性增加，成型性降低，鑄造工藝性能惡化［1-3］。為了消除有機(jī)粘結(jié)劑芯砂混入對(duì)黏土型砂性能的影響，開展了鑄元素在含大量覆膜砂芯砂黏土砂中的應(yīng)用研究。鑄元素是由優(yōu)質(zhì)膨潤土、碳質(zhì)材料和其他添加元素配制而成的一種粉料，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)黏土砂混砂工藝中的黏土和煤粉使用。

1問題的提出

某鑄造企業(yè)采用黏土砂工藝生產(chǎn)HT250汽車剎車盤類鑄件。砂處理系統(tǒng)由常州法迪爾克提供，設(shè)有型砂性能在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。造型采用日本新東生產(chǎn)的水平分型無箱射壓造型線，砂芯用覆膜砂制造。造型和制芯采用SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%，粒度為50/140的四篩石英砂，對(duì)型砂的性能要求如表1所示。

在生產(chǎn)過程中，由于在黏土砂中混入了大量的覆膜砂芯砂，使型砂韌性降低，脆性增加，容易產(chǎn)生掉砂、沖砂及夾砂鑄造缺陷，鑄件廢品率增加。為了保證鑄件質(zhì)量，在每次混砂時(shí)加入5%～8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的新砂，型砂配比如表2所示，這不僅增加了混砂時(shí)膨潤土和煤粉的補(bǔ)加量，而且需定期排放掉一部分舊砂以保持砂處理系統(tǒng)的砂量平衡，提高了生產(chǎn)成本，同時(shí)增加了鑄造生產(chǎn)過程中固體廢棄物的排放量，污染了自然環(huán)境。

表2 型砂配比

2 鑄元素對(duì)含大量覆膜砂芯砂黏土砂性能的影響

黏土被潤濕后，帶電的黏土膠核把水吸附到自己周圍形成水化膜，依靠黏土顆粒之間的公共水化膜，通過其中的水化陽離子起著“橋”或“鏈”的作用，使顆粒相互連接起來［4］，這就是黏土型砂獲得強(qiáng)度的基礎(chǔ)。潰散覆膜砂砂粒表面殘留的惰性樹脂膜具有憎水性，消弱了與水化膜的結(jié)合強(qiáng)度，影響到了型砂的性能，隨著舊砂中覆膜砂數(shù)量的增加，型砂的熱濕拉強(qiáng)度和表面耐磨性降低。加入α淀粉可以改善型砂的韌性和起模性，提高型砂的熱濕拉強(qiáng)度、抗夾砂能力［5］及表面耐磨性，但降低型砂的流動(dòng)性。這就要求在加入α淀粉的同時(shí)，按比例加入提高增加型砂流動(dòng)性的材料。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)型砂中α淀粉占型砂質(zhì)量的0.2%～0.3%，增強(qiáng)型砂流動(dòng)性材料和α淀粉的質(zhì)量比為1∶2時(shí)，在不明顯降低型砂濕壓強(qiáng)度的前提下，可消除覆膜砂芯砂混入對(duì)黏土型砂性能的不利影響，并增強(qiáng)了型砂的抗粘砂性能。在此基礎(chǔ)上以優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土、高碳防粘砂材料、α淀粉及其他有機(jī)物質(zhì)為基礎(chǔ)開發(fā)出了鑄元素黏土濕型砂混合添加料。從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)取樣，按照工廠現(xiàn)行的混砂工藝，分別采用工廠現(xiàn)行的型砂配比和采用鑄元素時(shí)的型砂配比在實(shí)驗(yàn)室混制黏土濕型砂，其型砂配料表及性能如表3和表4所示。

表3 型砂配料表

由表1、表3和表4可以看出，采用鑄元素取代型砂中的膨潤土和煤粉，在不加新砂的情況下，用含大量覆膜砂芯砂的黏土舊砂混制的型砂和采用新砂、舊砂、膨潤土和煤粉在相同工藝條件下混制的型砂相比，濕壓強(qiáng)度、透氣性、緊實(shí)率相近，熱濕拉強(qiáng)度明顯提高，由此可見采用鑄元素和含大量覆膜砂芯砂黏土砂舊砂混制黏土型砂時(shí)，消除了大量覆膜砂芯砂混入對(duì)型砂性能的不利影響，在不加入新砂的情況下，利用潰散后的覆膜砂補(bǔ)充系統(tǒng)砂子的損耗，得到了滿足鑄造生產(chǎn)工藝要求的型砂性能。

表4 采用鑄元素前后型砂的性能

3 鑄元素在含大量覆膜砂芯砂黏土砂系統(tǒng)中的應(yīng)用

基于上述試驗(yàn)結(jié)果，在型砂系統(tǒng)實(shí)施鑄元素取代膨潤土和煤粉可以同時(shí)減少新砂加入量的工作。為保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，以免型砂性能產(chǎn)生大的波動(dòng)，造成批量廢品，在工作過程中采取逐漸減少新砂加入量，隨著鑄元素在舊砂中殘留量的增加逐步將新砂加入量降為零，通過覆膜砂芯砂的混入保持砂處理系統(tǒng)砂量平衡的操作方式，過渡期間型砂的配比及性能如表5和表6所示。

表5 過渡期間型砂的配比

表6 過渡期間型砂的性能

通過3個(gè)月的生產(chǎn)實(shí)踐，采用鑄元素代替膨潤土和煤粉后，型砂系統(tǒng)不再加入新砂，用覆膜砂潰散后的芯砂保持系統(tǒng)的砂量平衡，型砂性能穩(wěn)定，舊砂排放量明顯減少，鑄件表面質(zhì)量得到了提高（如圖1所示），鑄件成品率穩(wěn)定在96%.

4 結(jié)論

1）采用鑄元素可消除大量覆膜砂芯砂混入對(duì)黏土型砂性能的影響，明顯提高型砂的熱濕拉強(qiáng)度；

2）采用鑄元素在大量覆膜砂芯砂混入的情況下，可實(shí)現(xiàn)黏土砂系統(tǒng)無新砂添加作業(yè)，通過芯砂的加入保持砂處理系統(tǒng)的砂量平衡；

3）減少了占每個(gè)鑄造生產(chǎn)循環(huán)總用砂量5%～8%的廢砂排放量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

圖1 鑄件圖

［1］張普慶，孫清洲，趙中魁，等.泥分，芯砂混入對(duì)黏土型砂質(zhì)量的影響［J］.鑄造技術(shù)，2007，28（5）：590-592.

［2］龍威，樊自田，畢麗珍，等.影響流水線生產(chǎn)黏土型砂性能的因素［J］.鑄造技術(shù)，2006，27（11）：1154-1157.

［3］SUN Q Z，JING J，ZHANG P Q，etal.Research on Changing Regularity of Green Sand Properties［J］.Advanced Materials Research，2011（328-330）：1220-1224

［4］石德全.造型材料［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2009.

［5］李元才.鑄造造型材料實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

Application of Mixed Powder in Green Sand Containing Resin Coated Core Sand

XIANG Shi-qiang1，SUN Qing-zhou2，3
（1.Shandong Xuguang Derui New Material Limited Liability Company，Linyi Shandong 251500，China；2.School of Materials Science and Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan Shandong 250101，China；3.Foundry Cleaner Production Engineering Technology Research Center of Shandong Province，Jinan Shandong 250101，China）

The formability of moulding sand decreasdes and the casting process performance gets worse because green sand is mixed with a large number of resin coated core sand and the brittleness increases.After using some mixed powder to replace bentonite and coal powder in green sand，the mixed old clay sand with plenty of resin coated core sand and without new sand has similar green compressive strength，permeability and compactability，and improved hot wet tensile strength compared with the green sand mixed by bentonite，coal powder，raw sand and used sand containing resin coated sand.The mixed powder eliminates the adverse effects of the resin coated sand on the performance of molding sand.

mixed powder，resin coated sand，core sand，green sand

TG221+.1

A

1674-6694（2017）01-0058-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.01.018

2016-09-10

相士強(qiáng)（1961-），男，高級(jí)工程師，主要從事鑄造工藝及造型材料的生產(chǎn)及研究工作。