高密度造型型砂表面質(zhì)量控制

（安徽合力股份有限公司合肥鑄鍛廠，合肥 安徽 230022）

黏土濕型砂鑄造成本低廉，在鑄鐵件的生產(chǎn)中仍占主導(dǎo)地位。黏土砂的質(zhì)量直接影響鑄件生產(chǎn)質(zhì)量，因此，控制好型砂質(zhì)量對(duì)黏土砂濕型鑄造有著重要的意義［1-2］。我廠KW 靜壓造型線，采用濕型砂生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)線年產(chǎn)鑄件4 萬噸，主要生產(chǎn)中小重量的球鐵、灰鐵鑄件。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日愈激烈，提升鑄件表面質(zhì)量也顯得尤為重要。本文主要討論濕型砂高密度造型鑄件表面質(zhì)量的控制。

1 型砂組元的控制

型砂中影響鑄件表面質(zhì)量的主要因素包括:煤粉、型砂粒度、微粉含量及含泥量。控制好這幾項(xiàng)影響因素，就可以從源頭上管理好型砂的質(zhì)量。

1.1 煤粉控制

在濕型砂中加入少量煤粉，可以有效地防止鑄件產(chǎn)生粘砂缺陷，提高鑄件表面光潔度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《煤的工業(yè)分析方法》將煤的“焦渣特征”分為8 級(jí)。研究結(jié)果表明［3］:焦渣特征1 級(jí)的煤粉，雖然揮發(fā)分較高，但是膠質(zhì)體含量過低，因此抗粘砂效果較差，同時(shí)焦渣特征2 級(jí)的煤粉防粘砂效果也不理想。焦渣特征為7、8 級(jí)的煤粉在受熱過程中容易將砂粒粘結(jié)成大的復(fù)合顆粒，對(duì)型砂質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。因此，選用焦渣特征為5～6 級(jí)的煤粉。

煤粉應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膿]發(fā)分，可以在鑄型內(nèi)形成足夠的還原性氣氛，防止鐵液氧化，還原鐵液表面的氧化鐵，從而減少鑄件反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)粘砂的可能性。通常認(rèn)為揮發(fā)分要大于30%，同時(shí)還要具有良好的膠質(zhì)體和光亮碳形成能力。煤粉的揮發(fā)分并非越高越好，例如長(zhǎng)焰煤的揮發(fā)分一般大于38%，但受熱分解后生成不穩(wěn)定、低沸點(diǎn)液態(tài)產(chǎn)物，很快受熱分解成氣態(tài)產(chǎn)物逸出，生成膠質(zhì)體的溫度區(qū)間小，滯留時(shí)間短，無法形成足夠的光亮碳層，起不到抗粘砂的作用。煤粉作為最主要的抗粘砂附加物，本廠對(duì)煤粉的技術(shù)指標(biāo)要求如表1 所示。

表1 煤粉技術(shù)指標(biāo)要求

1.2 型砂粒度控制

粒度分布直接影響型砂透氣性、鑄件的表面粗糙度及抗粘砂能力。當(dāng)回用舊砂中摻入較粗的潰散芯砂，致使型砂粒度偏粗時(shí)，可以在混砂時(shí)加入適當(dāng)細(xì)粒原砂，使型砂粒度分布在合理范圍內(nèi)。我廠KW 生產(chǎn)線主要生產(chǎn)中小重量鑄件，型砂平均細(xì)度控制在52～62 之間。

1.3 微粉控制

微粉是指直徑大于20 μm，分布在200 目至底盤上的細(xì)小顆粒。其主要作用是防止型砂透氣性過高，提高鑄件表面光潔度，防止鑄件粘砂，有人提出微粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好控制在3%～5%之間[4]。2016 年6～7 月我廠部分灰鐵鑄件出現(xiàn)不同程度的粘砂缺陷。檢查原輔材料、有效煤粉含量、型砂含泥量未發(fā)現(xiàn)明顯異常，但型砂中的微粉含量偏低，如圖1 所示。

圖1 型砂微粉含量檢測(cè)數(shù)據(jù)

針對(duì)型砂中微粉含量低的問題，檢測(cè)除塵灰的含泥量及其顆粒物占比，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 除塵灰的含泥量及顆粒物占比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表2 數(shù)據(jù)表明，除塵灰中顆粒較大的50/140 目砂占比10.33%，這些大顆粒砂本不應(yīng)該出現(xiàn)在除塵灰中，表明微粉被除塵系統(tǒng)抽走。根據(jù)對(duì)除塵器的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)除塵器風(fēng)機(jī)功率沒有明顯異常。通過對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行排查，確定旋風(fēng)除塵故障是導(dǎo)致除塵灰中較大的顆粒占比較高的主要原因。修復(fù)旋風(fēng)除塵后，對(duì)除塵灰進(jìn)行再次檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表3 所示。

表3 修復(fù)旋風(fēng)除塵后，除塵灰檢測(cè)數(shù)據(jù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表3 數(shù)據(jù)表明，旋風(fēng)除塵修復(fù)后，除塵灰中含泥量由65%提高至92.8%，除塵器只除塵而不會(huì)吸走型砂中有用的微粉。旋風(fēng)除塵恢復(fù)正常后，型砂中的微粉含量很快上升到3.0%以上，最終將型砂中微粉控制在3%～5%之間。

1.4 含泥量控制

型砂的泥分由兩部分組元構(gòu)成。第一部分為惰性組元，即灰分，主要包括失效的膨潤(rùn)土、煤粉及新砂中的少量雜質(zhì)。第二部分為活性組元，包括有效的膨潤(rùn)土及煤粉。如果由于灰分增多而導(dǎo)致含泥量過高，將導(dǎo)致透氣性降低，含水量升高，型砂韌性變差，造型時(shí)起模困難，吊砂易斷，砂型棱角易碎。我廠型砂含泥量控制在9%～13%，當(dāng)含泥量過高時(shí)，采取增加新砂、減少膨潤(rùn)土或煤粉、改善舊砂除塵效果等措施；反之，采取減少新砂加入量、增加膨潤(rùn)土或煤粉、將部分除塵灰返回舊砂系統(tǒng)中等措施。

2 型砂性能指標(biāo)的控制

型砂性能指標(biāo)中影響鑄件表面質(zhì)量的參數(shù)包括型砂的透氣性、緊實(shí)率及含水量。從這幾項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)數(shù)據(jù)中，可以判斷出型砂配比是否合理。將這幾項(xiàng)指標(biāo)控制在合理范圍內(nèi)就能夠得到表面質(zhì)量良好的鑄件。

2.1 舊砂控制

舊砂在型砂配制時(shí)占比超過90%，質(zhì)量穩(wěn)定的舊砂是得到良好型砂的前提。舊砂在進(jìn)入混砂機(jī)時(shí)，如果溫度過高或含水量過低會(huì)使膨潤(rùn)土復(fù)水困難，水分大部分以自由水存在。當(dāng)型砂中自由水較多時(shí)，熱濕拉強(qiáng)度會(huì)相對(duì)較低，容易產(chǎn)生砂眼缺陷。因此，要確保舊砂砂溫度小于43 ℃，舊砂水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1.5%～2.5%之間。

2.2 透氣性的控制

透氣性是指緊實(shí)的型砂能讓氣體通過而逸出的能力。高密度造型型砂透氣性最好控制在120～160 之間［4］。當(dāng)型砂粒度過粗或含泥量過低時(shí)，型砂的透氣性上升。如果型砂透氣性在160 以上或更高，鑄件表面會(huì)出現(xiàn)粗糙甚至有局部機(jī)械粘砂。如果已經(jīng)影響到鑄件表面光潔程度，應(yīng)當(dāng)及時(shí)向型砂中摻入細(xì)粒原砂，或者調(diào)整除塵風(fēng)力和將部分除塵灰返回到舊砂系統(tǒng)。當(dāng)型砂粒度過細(xì)或含泥量過高時(shí)，透氣性會(huì)降低，鑄件容易產(chǎn)生氣孔、澆不足等缺陷。

2.3 緊實(shí)率與水質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制

濕型砂太干、緊實(shí)率過低時(shí)，型砂中的膨潤(rùn)土未充分潤(rùn)濕，韌性較差，起模困難，砂型易碎，表面強(qiáng)度低，鑄件容易產(chǎn)生砂眼和沖蝕缺陷。型砂太濕、緊實(shí)率過高時(shí)，型砂流動(dòng)性差，鑄件容易產(chǎn)生針孔、氣孔、水爆炸、夾砂、粘砂等缺陷。高密度造型要求型砂具有良好的流動(dòng)性，以便砂型各處緊實(shí)均勻。

型砂含水量指含有水分的絕對(duì)值，其與緊實(shí)率呈正向關(guān)系。緊實(shí)率與含水量比值是個(gè)重要的控制參數(shù)，表示每1%型砂含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)能夠形成多少緊實(shí)率。由生產(chǎn)中積累的大量數(shù)據(jù)表明:高密度造型的型砂該比值最好在9～13[5].當(dāng)比值靠近上限時(shí)，表明吸水物質(zhì)少，可以適當(dāng)?shù)卦黾优驖?rùn)土、煤粉、除塵灰；當(dāng)比值靠近下限時(shí)，表明型砂中吸水物質(zhì)增多，要檢查除塵設(shè)備是否正常工作，可以減少膨潤(rùn)土、煤粉的加入量。

3 結(jié)束語

選用適當(dāng)?shù)拿悍郏６群弦说纳傲?，控制好型砂中的含泥量及微粉含量；控制好型砂緊實(shí)率與含水量比值，注意型砂的流動(dòng)性和緊實(shí)程度，在生產(chǎn)過程中，能夠防止鑄件表面粘砂，可以提高鑄件表面光潔程度，得到表面質(zhì)量良好的鑄件。