膨潤土品質(zhì)對濕型砂性能的影響

莊志剛，李娜，季順業(yè)

（濰柴動力股份有限公司，山東濰坊261061）

膨潤土品質(zhì)對濕型砂性能的影響

莊志剛，李娜，季順業(yè)

（濰柴動力股份有限公司，山東濰坊261061）

膨潤土是濕型砂鑄造的核心材料，膨潤土品質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到濕型砂性能及混砂參數(shù)。本文從膨潤土的性能差異性出發(fā)，分析了優(yōu)質(zhì)膨潤土應(yīng)用前后給型砂性能帶來的影響。

膨潤土；濕型砂；性能

當前，濕型砂造型仍是鑄造行業(yè)中使用最為廣泛的造型方法。膨潤土作為濕型砂的黏結(jié)材料，對濕型砂各方面的性能都有著直接的影響。前期我公司鑄造生產(chǎn)中使用濰坊本地的人工鈉化膨潤土，其品質(zhì)一般，膨潤土補加量大，型砂性能差，鑄件易出現(xiàn)砂眼、氣孔、夾砂等缺陷。引進遼寧一家公司的優(yōu)質(zhì)膨潤土后，混砂中膨潤土補加量降低，型砂性能得以改善，給企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟和質(zhì)量效益。

1膨潤土的品質(zhì)對比

鑄造用膨潤土主要分為鈉基膨潤土和鈣基膨潤土兩類，鈉基膨潤土是由天然鈉基膨潤土或人工鈉化膨潤土加工而成，中國天然鈉基膨潤土資源匱乏，人工鈉化膨潤土成為當今鑄造行業(yè)黏結(jié)劑應(yīng)用份額最大的產(chǎn)品。膨潤土礦物本身的組分及屬性有差異，各膨潤土生產(chǎn)企業(yè)所采用的鈉化工藝也不同，這就決定了膨潤土的品質(zhì)參差不齊。

膨潤土質(zhì)量主要是其濕態(tài)黏結(jié)力、熱濕態(tài)黏結(jié)力的大小以及復(fù)用性的好壞。鑄造廠型砂化驗室通常用型砂工藝試樣抗壓強度和吸藍量兩種方法來檢測膨潤土的濕態(tài)黏結(jié)力，熱濕態(tài)黏結(jié)力的評價可用熱濕拉強度和膨脹性能（膨潤值、膠介質(zhì)或膨脹倍數(shù)）兩種方法。目前對于復(fù)用性的檢測方法還沒有統(tǒng)一的國家或行業(yè)標準，參考相關(guān)書籍和文章[1，2]，將烘干后膨潤土經(jīng)550℃焙燒1 h后的吸藍量、濕壓強度和熱濕拉強度與相應(yīng)常溫下的性能比值，作為膨潤土的復(fù)用性數(shù)值。濰坊以及遼寧膨潤土各項性能的對比數(shù)據(jù)見表1.不難看出，濰坊膨潤土與遼寧膨潤土常溫下的濕壓強度及熱濕拉強度相差不大，表明膨潤土的純度相當，但兩種膨潤土的膨脹性能和復(fù)用性存在明顯差異。

表1濰坊/遼寧膨潤土性能指標對比

人工鈉化膨潤土復(fù)用性的高低一方面與膨潤土礦物本身的組分、屬性有關(guān)，另一個是與鈉化的程度有關(guān)，膨潤土在鈉化過程中，主要是改善了膨潤土的水化性能，如膠質(zhì)價、膨潤值、膨脹容、膨脹倍等[3]。據(jù)了解，濰坊工廠的鈉化工藝為干鈉化，即在膨潤土原料進入雷蒙磨前加入一定量的純堿，依靠在膨潤土粉磨過程中完成鈉化；而遼寧公司則采用濕法擠壓鈉化的工藝，是在膨潤土濕態(tài)狀態(tài)下加入改型劑，并施加一定的壓力，將膨潤土和改性劑充分混合并擠碾成小顆粒，后續(xù)再進行烘干和粉磨。在擠壓作用下，晶層之間、黏粒之間產(chǎn)生相對運動而發(fā)生分離，增加了Na+的接觸面積，有利于鈉化進行，并且擠壓也使蒙脫石晶體產(chǎn)生斷鍵，利于吸附具有相反電荷的Na+，有利于改善蒙脫石水化性能，使得鈉化程度更加充分。鈉化應(yīng)該是造成濰坊膨潤土與遼寧膨潤土膨脹性能和復(fù)用性差異的一個重要原因。

2遼寧膨潤土應(yīng)用前后的型砂性能分析

遼寧優(yōu)質(zhì)膨潤土在我公司的工藝驗證中采用愛立許混砂機進行混砂，緊實率和濕壓強度是混砂中的主控指標。在緊實率控制方面，混砂機自動調(diào)整混砂加水量以獲得預(yù)期的緊實率；在濕壓強度控制方面，混砂機根據(jù)上一碾濕壓強度的檢測值來調(diào)整本碾膨潤土的補加量，以使得型砂濕壓強度達到合理范圍。膨潤土切換前后的各項型砂性能分析如下。

2.1濕壓強度和膨潤土補加量

濕型砂必須具備一定強度以承受各種外力的作用，濕型砂強度通常用濕壓強度指標來反映，在混砂時間充分的前提下，濕壓強度主要取決于膨潤土本身的性能及其補加量。圖1為每天型砂濕壓強度和膨潤土補加量平均值（質(zhì)量分數(shù)）的曲線圖。

圖1型砂濕壓強度及膨潤土補加量曲線圖

公司在使用濰坊膨潤土期間，膨潤土的補加量通常要1.0%以上才能夠保證型砂濕壓強度達到150 kPa.切換膨潤土后的幾天時間里，膨潤土補加量逐步減少，經(jīng)過一段時間的調(diào)整后，補加量最終穩(wěn)定在0.6%左右，且型砂的平均濕壓強度保持在160 kPa以上，較原來整體提高了約10 kPa～20 kPa.這充分說明了遼寧優(yōu)質(zhì)膨潤土的熱穩(wěn)定性好，在相同的受熱條件下，較濰坊普通膨潤土燒損失效的少，膨潤土補加量減少40%仍能保證型砂具有良好的強度。

2.2緊實率和含水量

緊實率是反映型砂的干濕程度重要指標。濕型砂太干，膨潤土不能充分發(fā)揮黏結(jié)力，型砂的韌性不足，砂型易碎；型砂太濕，則流動性變差，造型時型砂不易從砂斗和溜槽落下，而且粘附型板、皮帶，砂型難以緊實均勻。根據(jù)我公司的經(jīng)驗，緊實率控制期望值為30%～38%.圖2為膨潤土切換前后每天型砂緊實率和含水量（質(zhì)量分數(shù)）平均值曲線圖，表明緊實率一直控制得比較穩(wěn)定。

圖2型砂緊實率和含水量曲線圖

水分是鑄件產(chǎn)生針孔、氣孔、水爆炸黏砂等缺陷傾向的根本原因之一，型砂含水量越低越好。在保證型砂濕度合適的情況下，含水量取決于型砂中吸水物質(zhì)的多少。從圖2可以看出在切換遼寧膨潤土之后，型砂含水量有所下降，之前在3.2%～3.6%之間，之后在2.9%～3.2%之間波動。這主要是由于使用遼寧膨潤土后，因其熱穩(wěn)定性比原來使用的濰坊膨潤土好，型砂中的死黏土數(shù)量減少，加之型砂配制時膨潤土補加量少，有效降低了型砂中的灰分和含泥量，型砂中吸水物質(zhì)的減少，使得含水量也隨之降低。另外，膨潤土黏結(jié)力的產(chǎn)生必須建立在充分的水合作用基礎(chǔ)上，而不同膨潤土對水分的需求量是有差異的。根據(jù)實際檢測，在同樣加入43 ml水的情況下，濰坊膨潤土制作出來的試樣緊實率為40%，遼寧膨潤土緊實率為46%，說明了在達到相同緊實率時遼寧膨潤土所需的水分比濰坊膨潤土低。從這一角度來講，使用遼寧優(yōu)質(zhì)膨潤土也會引起型砂水分下降。

2.3透氣性

型砂能讓氣體透過而逸出的能力稱為透氣性。砂型的透氣性能不可過低，以免澆注過程中發(fā)生嗆火和鑄件氣孔缺陷。圖3為型砂透氣性變化趨勢圖，從圖中可以看出，在更換膨潤土之后，型砂的透氣性有所提高，由原來的140 AFA～170 AFA提高到160 AFA～180 AFA之間。

圖3型砂透氣性曲線圖

影響型砂透氣性能的因素主要有水分、砂粒粗細、細粉和含泥量、緊實程度高低等。在型砂緊實程度保持恒定的情況下，首先，更換膨潤土后的型砂由于各方面原因?qū)е滤值南陆狄鹜笟庑缘纳撸黄浯?，更換膨潤土后型砂中細粉含量和含泥量減少，進而使透氣性提高。

3結(jié)論

1）膨潤土礦物本身的組分、屬性以及鈉化工藝的差異性，導(dǎo)致不同膨潤土的性能存在明顯差異，優(yōu)質(zhì)的膨潤土不但要有良好的濕態(tài)粘結(jié)能力，還應(yīng)該具備優(yōu)良的復(fù)用性；

2）優(yōu)質(zhì)膨潤土的應(yīng)用同普通膨潤土相比，能夠在保證型砂強度的前提下，降低膨潤土加入量，使型砂在保持緊實率穩(wěn)定的前提下，降低型砂水分含量，提高型砂透氣性；

3）鑄造廠應(yīng)該根據(jù)公司產(chǎn)品質(zhì)量要求和混砂、造型條件選擇合適品質(zhì)的膨潤土，以獲得最佳的經(jīng)濟和質(zhì)量效益

［1］中國機械工程學會鑄造分會編.鑄造手冊·第四卷，造型材料［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

［2］殷錫鵬.膨潤土復(fù)用性試驗方法評述［J］.鑄造工程，2001（4）：23-27.

［3］師連波，高仲春.鑄造用膨潤土鈉化加工條件試驗分析［G］// 2013中國鑄造活動周論文集.濟南：2013：1-5.

Effect of Bentonite Quality on Properties of Green Sand

ZHUANG Zhi-gang，LI Na，JI Shun-ye
（Weichai Power CO.，LTD.，Weifang Shandong 261061，China）

Bentonite is the key material of green sand casting，and its quality directly affects the performance of wet sand and sand mixing parameters.This article analyzes the differences of sand properties before and after the application of high-quality bentonite based on the difference of bentonite.

bentonite，green sand，property

TG221+.1

A

1674-6694（2017）02-0034-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.02.011

2016-12-06

莊志剛（1979-），男，工程師，主要從事鑄造材料的采購管理和應(yīng)用推廣工作。