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混砂時(shí)補(bǔ)加的新砂及附加材料

濕型砂在系統(tǒng)中反復(fù)使用，由于鑄件上粘附的砂粒被帶走，部分膨潤(rùn)土受熱成為死粘土，煤粉受熱失效以及吸塵系統(tǒng)吸走粉狀材料等因素，補(bǔ)加新材料以保持系統(tǒng)砂的總量穩(wěn)定、性能穩(wěn)定是必要的。

此處，只簡(jiǎn)單地涉及各種材料補(bǔ)加量的確定，不想羅列各種材料的規(guī)格，而在膨潤(rùn)土方面多用了一些篇幅，提到了與補(bǔ)加量相關(guān)的一些其他問(wèn)題。

1、原砂

在生產(chǎn)條件下，混砂時(shí)間很短，如混砂時(shí)補(bǔ)加的新砂量太多，則粘土補(bǔ)加量和加水量也相應(yīng)增加，粘土與水很難混勻，粘土膏也難以均勻地涂布在新砂砂粒表面。

因此，混砂時(shí)補(bǔ)加的新砂不宜太多，以保持系統(tǒng)砂總量穩(wěn)定為原則。新砂加入量太多，會(huì)對(duì)型砂質(zhì)量有負(fù)面的影響。

國(guó)外一些運(yùn)轉(zhuǎn)好的型砂系統(tǒng)，新砂補(bǔ)加量一般都按每澆注1噸鐵水補(bǔ)加120~150kg考慮。如考慮砂-鐵比平均為5，則混砂時(shí)新砂補(bǔ)加量約為2.4~3%。當(dāng)然，新砂補(bǔ)加量還要考慮很多其他因素，如散落砂量和芯砂進(jìn)入量等。鑄造廠要根據(jù)自己的條件確定，外廠的經(jīng)驗(yàn)只能供參考。

我國(guó)鑄造廠一般散落砂都較多，很多廠新砂補(bǔ)加量為5~8%，大體上也是合適的。

也有少數(shù)鑄造廠以為多加新砂可以提高型砂質(zhì)量，這種想法可能來(lái)自回收砂完全不經(jīng)處理、生產(chǎn)量又小的生產(chǎn)條件。

2、膨潤(rùn)土

和其他粘結(jié)劑相比，膨潤(rùn)土有一個(gè)重要的特點(diǎn)，就是它具有一定的耐熱能力。只要加熱溫度不太高，脫除了自由水的膨潤(rùn)土只要加水，仍能恢復(fù)粘能力。如加熱溫度太高，脫除了結(jié)晶水，就不能再恢復(fù)結(jié)能力。

（1）膨潤(rùn)土中水的形態(tài)

活性膨潤(rùn)土的粘結(jié)能力，只有在加水以后才能表現(xiàn)出來(lái)。膨潤(rùn)土失去粘結(jié)能力，也與它的脫水有關(guān)。

到目前為止，認(rèn)為膨潤(rùn)土中的水分有三種形態(tài)。

一種是自由水，即膨潤(rùn)土顆粒吸附的水。加熱到100℃以上，就可脫除自由水。脫除了自由水的膨潤(rùn)土．粘結(jié)能力不受影響，再次加水即可恢復(fù)。

第二種是牢固結(jié)合水。將膨潤(rùn)十置110℃下長(zhǎng)時(shí)間加熱，可完全脫除自由水，但不會(huì)脫除牢固結(jié)合水。已完全脫除自由水的膨潤(rùn)土，再在較高的溫度（如200℃）下加熱，仍會(huì)繼續(xù)減重，說(shuō)明仍有水分損失，這就是牢固結(jié)合水。膨潤(rùn)土經(jīng)這樣加熱脫水后，只要加水，仍能完全恢復(fù)粘結(jié)能力。

第三種是結(jié)晶水，也有人稱之為結(jié)構(gòu)水。結(jié)晶水只有在相當(dāng)高的溫度下才能部分或全部脫除。膨潤(rùn)土的結(jié)晶水脫除以后，即喪失為結(jié)能力，成為死粘土。

 （2）膨潤(rùn)土的耐用性

F. Hofmann曾就天然鈉膨潤(rùn)土和鈣膨潤(rùn)的耐用性作了測(cè)定。試驗(yàn)所用的膨潤(rùn)土，是美國(guó)威歐明的鈉膨潤(rùn)土和美國(guó)南部的鈣膨潤(rùn)土。

試驗(yàn)方法是：取硅砂和膨潤(rùn)土配成含膨潤(rùn)土5%的型砂，將型砂加熱到不同溫度，待其冷卻后，將團(tuán)塊碾碎，再加水混制。將混成砂制成試樣，測(cè)定濕抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果如圖5。

圖5     加熱溫度對(duì)膨潤(rùn)土粘結(jié)能力的影響

由圖5可以看出：

鈉膨潤(rùn)土在600℃以下加熱，它的粘結(jié)能力基本不受影響。加熱溫度超過(guò)600℃，就急劇地喪失粘接能力。加熱到700℃以上，即完全喪失了粘結(jié)能力。計(jì)算時(shí)一般以638℃為其失效溫度。

鈣膨潤(rùn)土在100℃以上，就開始緩慢地失去粘結(jié)能力。加熱溫度再提高，粘結(jié)能力的喪失就越來(lái)越明顯。計(jì)算時(shí)一般以316℃為其失效溫度。

人工鈉膨潤(rùn)土是由鈣膨潤(rùn)土加堿處理進(jìn)行人工活化而制成的，其性能會(huì)因所用的鈣膨潤(rùn)土的品位和活性處理?xiàng)l件的不同而有很大的差別。選用時(shí)，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)了解其特性。據(jù)日本報(bào)道的研究結(jié)果，人工鈉膨潤(rùn)土初使用時(shí)，失效溫度略低于天然鈉膨潤(rùn)土，幾次反復(fù)加熱后，即與鈣膨潤(rùn)土相近，其耐用性并不很好。

熔融金屬注入鑄型后，貼近鑄件表面的型砂可能加熱到800℃以上（一些非鐵合金達(dá)不到此溫度）。在這種條件下，不管用什么樣的膨潤(rùn)土，這部分型砂中的膨潤(rùn)土都會(huì)變成死粘土。這些死粘土，大部分隨同砂粒一道附在鑄件表面上，被鑄件帶走，一小部分留在回收砂中。

除了制造大型鑄件以外，在鑄造過(guò)程中，大部分型砂達(dá)不到這樣的溫度，這些型砂中膨潤(rùn)土的情況又怎么樣呢？

不同的膨潤(rùn)土，脫除結(jié)晶水的溫度是不同的，脫除結(jié)晶水的速率也不一樣。如采用容易脫除結(jié)晶水的膨潤(rùn)土，即使并不直接貼近鑄件的型砂中，也會(huì)有較多的膨潤(rùn)土失效而變成死粘土。如采用不易脫除結(jié)晶水的粘土，產(chǎn)生的死粘土就會(huì)少一些。

因此，有人用“耐用性”來(lái)描述膨潤(rùn)土是否容易失效。所謂“耐用性”，是一個(gè)相對(duì)的概念，沒(méi)有肯定的判據(jù)。在相同的情況下，每經(jīng)一次澆注，用甲膨潤(rùn)土?xí)r型砂中產(chǎn)生的死粘土比用乙膨潤(rùn)土?xí)r少，就是甲膨潤(rùn)土“耐用性”比乙膨潤(rùn)土好。

既然不同品種的膨潤(rùn)土的耐用性不同，在相同的生產(chǎn)條件下，澆注金屬液后，用不同膨潤(rùn)土的型砂，因受熱而失效的膨潤(rùn)土量也就不同。此外，型砂中活性膨潤(rùn)土（吸藍(lán)膨潤(rùn)土）的含量越高，受熱而失效的膨潤(rùn)土也就越多。

根據(jù)鑄件的壁厚和形狀，以及澆注以后金屬傳遞給型砂的熱量，可以求得型砂內(nèi)的溫度場(chǎng)。再根據(jù)型砂中的活性膨潤(rùn)土含量和所用膨潤(rùn)土的品種，就可估算出失效的膨潤(rùn)土量。

 許多研究試驗(yàn)工作表明：對(duì)于壁厚75mm以下的鑄鐵件，每澆注1噸鐵液，按其傳遞給型砂的熱量，大約能使147kg型砂溫度升到638℃(鈉膨潤(rùn)土失效溫度)以上，溫度升至316℃(鈣膨潤(rùn)土失效溫度)以上的型砂則為250kg左右。可以忽略鑄件形狀和鑄型中砂鐵比的影響。

由上述結(jié)果，我們就可以歸納為一個(gè)簡(jiǎn)明而實(shí)用的線圖（圖6）。由系統(tǒng)砂中活性膨潤(rùn)土的含量和所用膨潤(rùn)土的品種，就可大致知道每澆注1噸鐵水造成的死膨潤(rùn)土量。

ze:14.0pt;mso-bidi-font-size:12.0pt'>(鈣膨潤(rùn)土失效溫度)以上的型砂則為250kg左右?？梢院雎澡T件形狀和鑄型中砂鐵比的影響。

由上述結(jié)果，我們就可以歸納為一個(gè)簡(jiǎn)明而實(shí)用的線圖（圖6）。由系統(tǒng)砂中活性膨潤(rùn)土的含量和所用膨潤(rùn)土的品種，就可大致知道每澆注1噸鐵水造成的死膨潤(rùn)土量。

再根據(jù)每噸鐵水的用砂量，就可以算出混砂時(shí)回收砂需補(bǔ)加膨潤(rùn)土的百分?jǐn)?shù)。

例如，某廠的粘土濕型砂中使用鈣膨潤(rùn)土，系統(tǒng)砂中保持活性膨潤(rùn)土含量為8%，每噸鐵水所用的型砂量（砂-鐵比為5）5噸。

由圖6查到，每澆注1噸鐵水失效的膨潤(rùn)土量為20kg，每噸回收砂中失效膨潤(rùn)土約為4kg。所以，混砂時(shí)需補(bǔ)加的膨潤(rùn)土為0.4%。

此外，補(bǔ)加的新砂量較多時(shí)，還要加新砂所需的膨潤(rùn)土。

由于用粘土濕型砂制造的鑄鐵件壁厚超過(guò)75mm者很少，圖6實(shí)際上可用于大多數(shù)有較完備砂處理系統(tǒng)的型砂。

關(guān)于膨潤(rùn)土品種的選用，應(yīng)考慮多方面的因素，如鑄件產(chǎn)品的特點(diǎn)、企業(yè)的設(shè)備條件和生產(chǎn)能力，企業(yè)附近膨潤(rùn)土礦產(chǎn)資源、產(chǎn)品銷售價(jià)格和成本分析等。

鈉膨潤(rùn)土有很多優(yōu)異的性能，如膨潤(rùn)值高（用以配成的型砂，有較好的抗夾砂能力），穩(wěn)定性好（鑄型澆注后，型砂中的膨潤(rùn)土因受熱而成為死粘土的份額較少，即膨潤(rùn)土耐用性好）等，都是膨潤(rùn)土所不及的。

優(yōu)質(zhì)的天然鈉膨潤(rùn)土主要產(chǎn)于美國(guó)西部、日本和德國(guó)有些鑄造企業(yè)需用部分天然鈉膨潤(rùn)土?xí)r，都自美國(guó)進(jìn)口。我國(guó)浙江臨安、遼寧凌源、新疆托克遜、吉林九臺(tái)、吉林劉房子、福建連城和廣西寧明都有鈉膨潤(rùn)土。但是，到目前為止，尚未有可供大量開采的礦點(diǎn)，鈉膨潤(rùn)土的品質(zhì)也不夠穩(wěn)定。當(dāng)前，市場(chǎng)上大量銷售的所謂鈉膨潤(rùn)土都是將鈣膨潤(rùn)土用堿處理制成的人工鈉膨潤(rùn)土。

與鈉膨潤(rùn)土相比，鈣膨潤(rùn)土也有不少長(zhǎng)處，如：用鈣膨潤(rùn)土配砂時(shí)所需的混砂時(shí)間較短，型砂的濕抗壓強(qiáng)度較高，型砂的流動(dòng)性較好，鑄型澆注后落砂性能較好等。我國(guó)有豐富的鈣膨潤(rùn)土資源，遼寧、吉林、河北、山西、山東、河南、湖北、江蘇、安徽、浙江、福建、四川、甘肅和新疆都有產(chǎn)出，有些產(chǎn)品質(zhì)量很好。

因此，不能籠統(tǒng)地說(shuō)鈉膨潤(rùn)土比鈣膨潤(rùn)土好，要視具體情況和特定要求，有分析地選用。即使在鈉膨潤(rùn)土資源豐富的美國(guó)，采用粘土濕砂工藝的鑄造廠，一般也不全用鈉膨潤(rùn)土，通常多同時(shí)采用兩種或多種膨潤(rùn)土，適當(dāng)?shù)嘏溆?，以各取其所長(zhǎng)。一些工業(yè)國(guó)中，為便于鑄造廠使用，還以選配的膨潤(rùn)土為基礎(chǔ)，再加入煤粉、淀粉等，制成“預(yù)混料”。

3、煤粉

鑄鐵用粘土濕型砂中的煤粉含量，要根據(jù)鑄件的特點(diǎn)，煤粉的質(zhì)量具體確定。一般情況下，含量大體上宜控制在3.5~5.5%之間。

混砂時(shí)補(bǔ)加的數(shù)量，應(yīng)根據(jù)舊砂中有效煤粉的測(cè)定值來(lái)確定。舊砂中有效煤粉量的測(cè)定方法，前面已經(jīng)談到。

關(guān)于煤粉的質(zhì)量要求見(jiàn)另文。

4、淀粉

鑄鐵件生產(chǎn)方面，少數(shù)情況下，為提高鑄型中水分凝聚層的強(qiáng)度、改善鑄件表面質(zhì)量，可在粘土濕型砂中加入1%左右的淀粉。鑄鋼用的粘土濕型砂中不能加入煤粉，加入少量淀粉往往是常規(guī)的措施。

粘土濕型砂中的淀粉，以能溶于水起粘結(jié)作用的淀粉好。

按制淀粉的原料區(qū)分，可分為地上淀粉和地下淀粉。前者如玉米粉，面粉；后者如馬鈴薯粉、甘薯粉。地上淀粉比較穩(wěn)定，鑄造方面宜用地上淀粉。

按淀粉的水溶性和加工過(guò)程區(qū)分，有α淀粉和β淀粉。    ．

β淀粉是未經(jīng)處理的生淀粉，不溶于水或略溶于水，用于粘土濕型砂中作用不大。

α淀粉是將生淀粉和水調(diào)成懸浮液，加熱糊化，然后快速冷卻、磨細(xì)而制成的。α淀粉溶于水，適合作濕型砂中的附加劑。

用β淀粉制α淀粉時(shí)，適宜的糊化溫度為86～87℃．  ’

α淀粉的制造方法見(jiàn)圖7