鉻鐵礦珍珠砂在鑄鋼件中的應(yīng)用

鉻鐵礦珍珠砂在鑄鋼件中的應(yīng)用

張朋濤，劉敏娟，程鋒濤

（中冶陜壓重工設(shè)備有限公司，陜西西安711711）

鑄件在熱節(jié)處、大圓角處容易產(chǎn)生裂紋、粘包砂、砂眼、氣孔及低的潰散性等鑄造缺陷。本文提出了將鉻鐵礦砂和珍珠砂以一定的比例混合后放在鑄鋼件的熱節(jié)處和大圓角處的造型方法，試驗證明鉻鐵礦砂和珍珠砂以一定的比例混合后使用可有效降低鑄鋼件的粘砂、包砂和裂紋缺陷，同時提高了型砂的透氣性和潰散性，降低了鑄件成本。

珍珠砂；鉻鐵礦砂；鑄件熱節(jié)

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展對鑄件的要求越來越高，隨著加工中心、數(shù)控機床和自動加工線的使用，要求鑄件不僅拔模斜度小、加工余量也應(yīng)盡可能的??；而且內(nèi)在質(zhì)量也有了較高的要求，這些就給鑄件的生產(chǎn)增加了難度。而型砂的質(zhì)量對鑄件起著決定性的作用，因型砂的質(zhì)量不好而造成的鑄件廢品約占鑄件總廢品的30%～50%.通常對型砂的要求是：①具有較高的強度和熱穩(wěn)定性，以承受各種外力和高溫對型腔的烘烤及熱輻射；②良好的流動性，即在風沖子等設(shè)備舂砂時，砂粒間相互移動以提高砂芯的緊實度和強度；③一定的可塑性，即型砂在外力作用下變形，當外力去除后能保持所給予的形狀的能力；④較好的透氣性；⑤高的潰散性，又稱出砂性。如我公司的產(chǎn)品BW8004軸承座16件，材質(zhì)：ZG35CrMo；煤礦采煤機機殼3件，材質(zhì)為ZG275～485H，都是由于鑄件的熱節(jié)和大圓角處有粘包砂和裂紋問題使產(chǎn)品質(zhì)量受到很大影響，嚴重地影響了生產(chǎn)進度和公司的聲譽。

1目前情況分析

在我國目前的鑄造行業(yè)中，解決鑄件在熱節(jié)處、大圓角處容易產(chǎn)生裂紋、粘包砂、砂眼、氣孔及低的潰散性等鑄造缺陷的方法是放置鉻鐵礦砂或珍珠砂，但是鉻鐵礦砂我國產(chǎn)量很少，大部分從南非進口，價格比較昂貴，且鉻鐵礦砂粒度較細，透氣性差，尤其是在拐角等部位氣體很難排出，形成皮下氣孔，鑄件只有經(jīng)過拋丸處理后才能被發(fā)現(xiàn)，輕者降低鑄件強度，嚴重的可使鑄件報廢。而珍珠砂作為芯砂，其芯子的強度較低，容易碎，經(jīng)過鋼水的高溫烘烤及熱輻射容易產(chǎn)生掉砂，掉在鋼水中的砂粒隨著鋼水在型腔中的流動，卷在鋼水中，很大一部分無法從冒口中浮出，最終留在鑄件內(nèi)，形成表皮掉砂或內(nèi)部缺陷，造成超聲波探傷不合格。這是鑄造行業(yè)中普遍存在的一項技術(shù)難點。

表1為石英砂、鉻鐵礦砂、珍珠砂的主要性能，可以看出鉻鐵礦砂和珍珠砂具有較高的耐火溫度和較低的莫氏硬度，高的耐火溫度使得其性能穩(wěn)定，低硬度又便于清砂，兩者混合可適當降低鉻鐵礦砂的耗酸值，并提高造型的操作性。所以將鉻鐵礦砂和珍珠砂按照一定的比例混合后，用在鑄件的圓角和熱節(jié)處，從而改善了型砂的強度和透氣性，極大地消除了鑄件的裂紋、粘包砂、氣孔及潰散等缺陷，提高了鑄鋼件的質(zhì)量，明顯降低了成本。

表1石英砂、鉻鐵礦砂、珍珠砂的主要性能數(shù)據(jù)

2試驗方法

首先將鉻鐵礦砂和珍珠砂按比例進行混合，再倒入鉻鐵礦砂和珍珠砂總質(zhì)量5%～6%的水玻璃，碾砂攪拌5 min～10 min，使水玻璃與鉻鐵礦砂、珍珠砂均勻混合，直到無干砂、無結(jié)塊為止，得到混合好的鉻鐵礦砂和珍珠砂混合砂。如圖1所示，將該混合砂設(shè)置在木模5鑄造面的鑄件熱節(jié)處3和鑄件大圓角處4的對應(yīng)部位，得到混合砂層2，混合砂層2的厚度根據(jù)鑄件熱節(jié)處3和鑄件大圓角處4的情況不同進行設(shè)置，混合砂層2的厚度為20mm～50 mm[1].

圖1鉻鐵礦珍珠砂使用示意圖

圖2鉻鐵礦珍珠砂在采煤機機殼砂型的應(yīng)用

混合砂層2中的鉻鐵礦砂和珍珠砂的混合比例根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果得出，根據(jù)要澆鑄鑄件的重量大小而定，當鑄件澆鑄重量大于10 000 kg時，比例為2∶1（質(zhì)量比，下同）；當鑄件澆鑄重量小于1000kg時，比例為4∶1；當鑄件澆鑄重量大于1 000 kg并小于10 000 kg時，鉻鐵礦砂和珍珠砂的比例為2：1到4：1之間[1]。

圖2是采煤機機殼合箱前的砂型圖，該型腔中間凸起的三處型砂處在鑄件的熱節(jié)處，上面放有冒口，在高溫下很容易產(chǎn)生粘包砂和裂紋，而且不利于清砂。在此處放置鉻鐵礦砂和珍珠砂的混合砂既可以提高此處的耐火度（防止粘包砂和裂紋的產(chǎn)生）又可增強砂型的透氣性（防止氣孔的出現(xiàn)）。造型工在木模中打芯時，在此位置放置混合好的鉻鐵礦砂和珍珠砂的混合砂，并按工藝要求保證足夠的厚度。如圖2所示淺色砂是水玻璃石英砂，深色砂是鉻鐵礦砂和珍珠砂的混合砂（砂型上面刷有涂料）。

3試驗過程及生產(chǎn)實例

3.1公司產(chǎn)品上輥盒的生產(chǎn)實列

1）生產(chǎn)過程

矯正機的上輥盒，材質(zhì)ZG20SiMn，工藝毛重7 500 kg，所需鋼水量12 600 kg.

上輥盒是矯正機的主要部件，其噸位大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，毛坯面較多，且毛坯要求UT可探性，關(guān)鍵部位毛坯面要求MT探傷。鑄件熱節(jié)較多且分散，鑄件很容易粘包砂和裂紋，嚴重者可使鑄件報廢。將鉻鐵礦砂和珍珠砂按3∶1的比例進行混合，再倒入鉻鐵礦砂和珍珠砂總質(zhì)量5.5%的水玻璃，碾砂攪拌10 min，且無干砂、無結(jié)塊，得到鉻鐵礦砂和珍珠砂的混合砂。將混合后的型砂做成試塊，在型砂化驗室做砂型抗拉強度試驗，強度平均值為0.72 MPa，滿足使用要求?？估瓘姸仍囼灲Y(jié)束后，將混合砂放置在鑄件熱節(jié)和大圓角所對應(yīng)的砂型處，鑄件按工藝經(jīng)過澆注、保溫、清砂。

圖3劃線合格后的上輥盒

2）試驗結(jié)果

圖3是經(jīng)過粗打磨劃線后的上輥盒，表面光滑平整，基本未發(fā)現(xiàn)粘包砂現(xiàn)象，并經(jīng)過專業(yè)探傷人員進行著色探傷檢查，未發(fā)現(xiàn)表面有裂紋、龜裂、氣孔等現(xiàn)象，MT探傷符合圖紙要求。

3.2產(chǎn)品軸承座的生產(chǎn)實列

1）生產(chǎn)過程

軸承座，材質(zhì)ZG230～450，工藝毛重360 kg，鋼水重量660 kg.

該軸承座重量不大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外表面基本為毛坯面，且表面帶有15 mm高的散熱片，要求所有散熱片必須鑄出。此散熱片間距小，容易粘砂、產(chǎn)生氣孔，且不易清理。在此表面按4∶1的比例放置鉻鐵礦砂和珍珠砂的混合砂用做面砂。混合砂做砂型抗拉強度試驗，強度平均值為0.79 MPa，滿足使用要求。將混合砂用于軸承座的散熱片及熱節(jié)部位，鑄件經(jīng)過澆注、保溫、清砂，粗打磨后劃線檢查。

2）試驗結(jié)果

圖4是經(jīng)過噴丸的軸承座，各散熱片全部鑄出，各散熱片間光滑平整，基本無粘砂、裂紋情況，外觀質(zhì)量較好，得到了用戶的好評。

4結(jié)論

圖4噴丸后的軸承座

實踐證明，珍珠砂以不同的比例與鉻鐵礦砂混合后作為鑄造用型砂的面砂，或用在厚大鑄鋼件的圓角、熱節(jié)處，不僅提高了鑄件的內(nèi)在質(zhì)量、也保證了鑄件的尺寸要求和較高的光潔度，特別是為解決鑄鋼件厚大處的粘包砂問題找到了一條新的有效途徑。

現(xiàn)在，鉻鐵礦珍珠砂在我公司的使用已經(jīng)推廣到大部分鑄件的生產(chǎn)中，取得了良好的效果，降低了鑄造缺陷，同時提高了生產(chǎn)效率，為工廠間接創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

［1］王耀琨，張朋濤，田斌.一種鑄造用混合型砂：中國，200820029970.4［P］.2009-07-22.

［2］第一重型機械廠，哈爾濱工業(yè)大學.大型鑄鋼件生產(chǎn)［M］.北京：人民出版社，1979.

［3］李龍盛，鑄鋼手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1981.

［4］李傳栻.鑄造工程師手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

·環(huán)保小常識·

雙堿法煙氣脫硫

雙堿法煙氣脫硫技術(shù)是為了克服石灰石-石灰法容易結(jié)垢的缺點而發(fā)展起來的。傳統(tǒng)的石灰石/石灰-石膏法煙氣脫硫工藝采用鈣基脫硫劑吸收二氧化硫后生成的亞硫酸鈣、硫酸鈣，由于其溶解度較小，極易在脫硫塔內(nèi)及管道內(nèi)形成結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象。結(jié)垢堵塞問題嚴重影響脫硫系統(tǒng)的正常運行，更甚者嚴重影響鍋爐系統(tǒng)的正常運行。為了盡量避免用鈣基脫硫劑的不利因素，鈣法脫硫工藝大都需要配備相應(yīng)的強制氧化系統(tǒng)（曝氣系統(tǒng)），從而增加初投資及運行費用，用廉價的脫硫劑而易造成結(jié)垢堵塞問題，單純采用鈉基脫硫劑運行費用太高而且脫硫產(chǎn)物不易處理，二者矛盾相互凸現(xiàn)，雙堿法煙氣脫硫工藝應(yīng)運而生，該工藝較好的解決了上述矛盾問題。

雙堿法是采用鈉基脫硫劑進行塔內(nèi)脫硫，由于鈉基脫硫劑堿性強，吸收二氧化硫后反應(yīng)產(chǎn)物溶解度大，不會造成過飽和結(jié)晶，造成結(jié)垢堵塞問題。另一方面脫硫產(chǎn)物被排入再生池內(nèi)用氫氧化鈣進行還原再生，再生出的鈉基硫劑再被打回脫硫塔循環(huán)使用。雙堿法脫硫工藝降低了投資及運行費用，比較適用于中小型鍋爐進行脫硫改造的脫硫除塵器。雙堿法煙氣脫硫技術(shù)是利用氫氧化鈉溶液作為啟動脫硫劑，配制好的氫氧化鈉溶液直接打入脫硫塔洗滌脫除煙氣中SO2來達到煙氣脫硫的目的，然后脫硫產(chǎn)物經(jīng)脫硫劑再生池還原成氫氧化鈉再打回脫硫塔內(nèi)循環(huán)使用。

Application of Chromite Pearl Sand on Steel Casting

ZHANG Peng-tao，LIU Min-juan，CHENG Feng-tao
（MCC-SFRE Heavy Industry Equipment CO.，LTD.，F(xiàn)uping Shanxi 711711，China）

To remove casting defects，such as crack，burnt-in sand，sand hole，porosity and low collapsibility，etc，appeared in the hot spot and large rounded corner，the chromite sand and the pearl sand were mixed in a certain proportion and applied in the hot spot and large rounded corner.The results showed that the defects were reduced，the permeability and collapsibility of sand improved，the casting cost reduced at the same time

pearl sand，chromite sand，casting hot spot

TG221

A

1674-6694（2017）02-0050-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.02.017

2017-02-14

張朋濤（1981-），男，本科，工程師，主要從事鑄鋼件生產(chǎn)技術(shù)管理工作。