[1-1]几个湿型砂材料选用问题的讨论.doc

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1、湿型砂材料选用的几个问题 于震宗（清华大学机械工程系，北京 100084） 摘要：混制铸铁用湿型砂时，需要补充加入新砂、膨润土、煤粉，有时还要加入a淀粉。正确选用这些材料才能保证铸件的表面品质。本文将对湿型砂材料的几个重要的品质要求和检测方法进行讨论。 关键词：湿型砂；原砂；膨润土；煤粉；a淀粉 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： Discussion on Several Questions of Green Sand material SelectionYU Zhen-zong (Department of Mechanical gEngineering, Tsinghua Unive

2、rsity, Beijing 100084, China)D epartmen Engingeerin Abstrct: During the preparation of green moulding sand, new sand, bentonite, coal dust, and occasionally astarch are supplementary added. The proper selection of these materials is very important to ensure the surface quality of castings. In this p

3、aper, several key principles of quality requirement and testing methods of green sand materials are discussed. occaaly a Key words: Green moulding sand; Base sand; Bentonite; Coal dust; astarchry 湿型铸造用型砂的组成物除了旧砂以外，还加入新砂、水、膨润土、煤粉等材料。此外还可能加入其它附加物如a淀粉等。目前我国有些中、小铸造工厂的湿型铸件表面品质不良和废品率高的主要原因之一是湿型砂性能不够好，又缺少对

4、所购入原材料进行慎重选择和严格检验。以下将讨论有关原材料品质要求和检测方法的几个问题。1 原砂 在混砂批料中加入原砂的目的是弥补铸造生产过程中砂粒损失，稳定型砂的含泥量不变，冲淡新形成的灰分，稳定型砂的粒度和透气性。对原砂的品质要求主要存在的问题有以下三个：1.1 铸铁用原砂的SiO2含量底线是多少？ 上世纪80年代初美国通用公司来华谈合作时，对我国第一汽车厂铸铁件使用SiO2含量只有90左右的内蒙原砂表示惊讶。认为应当像美国中西部汽车工业集中地区用密歇根湖的湖砂，SiO2含量为9596。德国的铸铁工厂也曾表示生产铸铁件用原砂最好像Luitpold工厂那样使用含SiO2 99.6以上的H33硅

5、砂。不久前有一位日本工程师认为辽宁某厂的铸铁件表面不够光洁的原因是用了内蒙砂，需要更换SiO2含量更高的原砂。因为他们用从澳大利亚进口的Flattery砂，SiO2含量在99以上。英国人认为铸铁件用SiO2含量至少应当用类似Chelford砂和Bedford砂SiO2含量9697的硅砂。他们都以自己本国的使用硅砂的SiO2含量来评论中国铸造工厂的铸铁用原砂。然而我国铸造工厂大多认为比较理想的铸铁用原砂是内蒙等地蕴藏极其丰富的风积砂，SiO2含量约为8892。内蒙砂颗粒形状圆滑，而且SiO2含量适中，不易产生夹砂缺陷。由于新砂的消耗量大，为了避免长途运输，铸铁工厂都尽量选用就近的砂源。例如华中一

6、带多用江西砂，SiO2含量大约在8793。华东用江西砂或用SiO2含量大约在9598福建砂，河南及邻近地区广泛使用黄河沉积砂（SiO2含量大约只有8082）生产汽车、拖拉机、柴油机等铸件并未出现明显缺陷。为了了解低SiO2含量的原砂对型砂性能和铸铁件品质的影响，清华大学曾进行了试验研究工作1。将黄河沉积砂用药物浮选方法分为石英精砂(SiO2含量96.1)和长石砂(SiO2含量71.5)，然后按不同比例配制成五种粒度分布和颗粒形状相同，而SiO2含量不同的原砂来进行研究。结果表明：低SiO2含量砂在通常的高压造型比压下不致引起明显的颗粒破碎。高SiO2含量的石英砂则在激热和激冷作用下较易破碎。低

7、SiO2含量砂受热膨胀少，变形速度较缓和，高温蠕变能力强，热强度高，因而型砂具有较好的抗夹砂能力。而含SiO2较高的砂在550600范围内由于石英相变使型砂急剧膨胀，配制成的型砂在此温度下的热强度又处于最低点，较易产生夹砂缺陷。原砂的SiO2含量较低时，靠近铸件表面的型砂易烧结熔融，有利于防止铸铁件的化学粘砂。原砂中SiO2含量每降低5，其烧结点约下降50，对于浇注温度不过高，壁厚不太大的铸铁件，使用SiO2含量80左右的原砂的型砂结壳现象可能不明显。但是，有一机床厂用黄河砂造型，在机床导轨等较厚部位出现烧结层，并未产生粘砂和夹砂缺陷，但型砂烧结形成的砂壳混入回用砂中逐渐积累，有可能引起型砂性

8、能恶化。 笔者曾见到烟台一家新开办的手工造型生产出口平底煎锅的小工厂，铸件表面遍布网状毛刺。所使用原砂为附近金矿排出的废砂。估计废砂的矿物成分主要是长石，SiO2含量可能不足70。长石的熔点大约只有11001250，低于铁液的浇注温度。浇注铁液使砂型表面砂粒严重烧结、收缩和形成网状裂纹。浇入的铁液钻入裂纹缝隙中，冷却后成为毛刺。1.2 湿型砂用原砂最适宜的粒度是什么？ 原砂粒度决定型砂中砂粒的粒度，型砂粒度是将湿型砂洗去泥分和烘干后筛分测定的。型砂粒度粗细是否适宜由型砂透气性判断。一般机器造型使用原砂粒度和型砂的砂粒粒度都为70/140（大致相当平均细度70左右），可以保证湿型砂的透气性在70

9、100之间。高密度造型方法的砂型紧实度较高，透气条件比一般的振压造型或手工造型差，所用原砂稍粗，型砂透气性也相应稍高一些。比较理想的高密度造型的型砂平均细度（即AFS细度）为60左右，大致相当于50/140，即集中于70和100目的四筛砂，或者100目偏多的100/50三筛砂。例如日本日产自动车公司汽缸体铸造用型砂的砂粒平均细度59.2。美国John Deere公司型砂平均细度5864。瑞士GF公司推荐我国第二汽车厂气冲用型砂AFS细度60左右。日本黑川丰调查8家静压造型线的型砂细度52.161.4，平均56.4。如此型砂的砂粒细度能过保证型砂具有合适的透气性在80120之间。例如德国生产大众

10、汽车缸体的Luitpold铸造厂型砂透气性为90110。德国Rexroth工厂要求高压造型为110135。德国另一用气冲造型生产灰铁件工厂透气性为95110。美国使用SPO高压造型线生产缸体和缸盖的John Deere铸造厂为7590，通用汽车厂Pontiac铸造厂为100130。日本土芳公司调查26条挤压线的透气性平均为108。但是有些铸造厂透气性数值160，甚至高达200以上。其原因是这些工厂所生产铸件具有大量粗粒的树脂砂芯，砂粒的平均细度通常在50左右（大体相当50/100）。浇注后大量溃散芯砂混入砂系统中而使型砂粒度变粗，而不是故意要求高透气性。江苏某外资工厂的树脂砂芯用原砂为30/5

11、0目，混入型砂中型砂透气性高达230，用射压造型机生产出铸件表面相当粗糙。为了生产要求表面光洁的出口铸件，只好用全新平潭砂（70/140）专门混制型砂。1.3 原砂的泥分上限是多少？ 树脂砂芯用原砂的含泥量越低越好。研究表明将含泥0.8的漂洗内蒙砂充分擦洗到含泥0.04，热芯盒树脂砂的抗拉强度几乎提高一倍。但是湿型用原砂含有泥分多少似乎并不明显影响湿压强度。由于批料中原砂的泥分就是不起良好作用的灰分，高泥分原砂使其稳定型砂含泥量和冲淡灰分的作用打了折扣。例如个别小厂使用未经水洗去泥的毛砂（含泥3.5左右）混砂，如果混砂加入量10，则带入型砂的灰分达0.35。日积月累使型砂的泥分和灰分不断增高，

12、含水量增大、透气性和韧性下降。因此原砂的泥分也不可过多。国外湿砂型用原砂含泥量举例如下：德国Frechen和Haltern 0.10.2，澳洲Flattery 0.20.3%，Fremantle 0.10.3，英国Erith 0.20.3，Chelford 0.30.5。笔者认为我国湿型用原砂应当经过认真水洗加工，含泥量不宜超过0.5。2 膨润土 加入膨润土的目的是使湿型砂具有足够的湿态黏结力和热湿态黏结力。批料中的膨润土加入量应当尽可能少，以免型砂含泥量过高。同时也要求膨润土的复用性好和不易烧损成为灰分，不需要向批料中补加较多膨润土。对膨润土品质最关心的问题有以下几个：2.1 怎样用简单方法

13、鉴别膨润土的黏结力？ 如今湿砂型的混砂需要加膨润土已经人所共知，但是南方有些铸造工厂将膨润土误称成“陶土”。膨润土与制造陶瓷产品陶土是两种结晶构造完全不同的黏土矿物。曾见到一家刚开工的小铸造厂让采购人员买回真正的陶土。使用后发现砂型强度很低而且开裂。笔者当时采取的鉴别方法是取10g左右黏土与30ml水放置入茶杯中调和成黏土浆，然后加入0.5g 碱面并搅拌均匀。陶土加Na2CO3前是稀汤状，加后也不变稠。钙基膨润土加水后是稀糊状，加Na2CO3后变黏稠膏状。活化膨润土加水后已经成膏状。 测定膨润土黏结力的准确方法是用实验室小混砂机混合膨润土和新原砂，加水量按照紧实率452控制，冲制标准试样后测定

14、其抗压强度。更简单的检验方法是测定其亚甲基蓝试剂吸附量，因为膨润土含有的蒙脱石能过吸附亚甲基蓝染料。将膨润土试料在水中充分分散后，逐渐滴加亚甲基蓝溶液，当吸附量达到饱和后膨润土液中出现游离的亚甲基蓝。从点滴到滤纸上的液滴痕迹判断吸附的终点。机械行业标准JB/T 9227-1999铸造用膨润土和黏土规定要求配制滴定溶液前必须将亚甲基蓝试剂在933烘干至恒重是错误的。用亚甲基蓝滴定法检验膨润土含量的方法始自美国石油钻井泥浆行业。美国石油学会标准考虑到所用亚甲基蓝含结晶水数量不完全是分子式中的3H2O，还可能搀杂有少量含2、3、4和5个结晶水的亚甲基蓝。烘干的目的是测出实际含结晶水量，为了在配制滴定

15、溶液时对亚甲基蓝称取量进行修正。并不将配制滴定液用亚甲基蓝试剂烘干以免变质。2.2 天然钠基膨润土与活化膨润土有什么特点？怎样检测膨润土的热湿黏结力？ 钠基膨润土的优点是型砂热湿拉强度高，铸件不易产生夹砂缺陷；而且热稳定性高，不易烧损。我国天然钠基膨润土资源较少，品质不够优质。用碳酸钠加工钙基膨润土而成的“活化膨润土”可以大幅度提高型砂的热湿拉强度，热稳定性也有显著提高。但是活化膨润土含有较多的碳酸盐，受热发出气体。有些外资铸造工厂为了减少气孔缺陷，部分使用进口天然钠基膨润土。天津某厂曾采购到一种价格不高的“天然钠基膨润土”，但怀疑仅为活化膨润土。笔者建议的最简单的检验办法是取12g膨润土浸没

16、入试管内的浓盐酸中，看到陆续出现气泡是碳酸盐与盐酸反应生成CO2气体，表明为活化膨润土。美国怀俄明天然钠基膨润土的碳酸盐含量要求不超过0.7，加浓盐酸后发气不明显。 用热湿拉强度仪器能够准确地测定出膨润土的热湿拉强度，从而得出防止夹砂缺陷的能力。但是在没有可用仪器的条件下，测定膨润土在水中的膨润状况也能大体估计出膨润土的抗夹砂缺陷能力2。将2.0g膨润土在100mL量筒的水中均匀分散，使膨胀成悬浮液，检查静置24h后形成膨润物体积有多少即可表明活化程度。膨润度、胶质价、膨胀容和自由膨胀量等四种试验方法的主要区别只是所用电介质不同，而测定结果都很接近。一般钙基膨润土的膨润量不超过20mL，活化膨

17、润土和天然钠基膨润土的膨润量至少40mL。怀俄明膨润土可达100mL。随着活化膨润土的碳酸钠加入量增多，膨润物的体积也增大。但是碳酸钠量达到极限量以后热湿拉强度会下降。大部分钙基膨润土的极限活化量大约在5左右，铸铁用活化膨润土的碳酸钠加入量可能在3.54。并不加入5以免型砂的混制困难、造型流动性差和浇注后落砂性不良。膨润量只与型砂的热湿拉强度有关，与型砂的湿压强度无关。那种认为膨润物量越大，型砂湿态黏结力就越高的观点是错误的。2.3 膨润土的热稳定有什么实际意义？怎样甪简单试验方法进行评定？ 膨润土的热稳定性又可称为膨润土的复用性或耐热性，是指经高温金属液加热的膨润土加入水分后，仍然可以吸附水

18、分和具有黏结力，能够反复配制型砂的性能。膨润土晶体受热而造成一定程度破坏，再加水混合后湿态黏结力将明显下降。更高温度和更长时间加热后，膨润土的晶体结构完全破坏，就变成没有黏结力的“死黏土（即灰分）”。受热烧损后形成的灰分大约占膨润土加入量的8894。不同膨润土的晶体结构开始破坏的温度和速度，以及完全破坏的温度有很大差别。如果铸造工厂所选用的膨润土热稳定性差，旧砂回用时须增多新膨润土的补加量才能维持型砂的黏结强度。例如天津某外资铸造工厂的挤压造型线型砂混制时曾经用美国天然钠基膨润土，每次的批料加入量一直都是0.8。后来改用国产优质活化膨润土，开始时每次加入量也是0.8。但是不久后发现加入量必须增

19、加到0.9才能达到要求的型砂湿压强度，表明所用国产活化土的热稳定性不如天然钠基膨润土。为了达到同样的型砂强度而增多膨润土加入量的缺点是提高了型砂的含泥量，需要增加原砂量来保持型砂泥分稳定不变。也增多了型砂中灰分含量，需要靠原砂来冲淡。 最适合工厂应用的膨润土热稳定性简单测试方法是将0.5g膨润土均匀铺放在小瓷舟中，送入管式电炉内550焙烧加热20min。然后称取0.20g测其吸附亚甲基蓝液的滴定量。求出与未烘干膨润土吸蓝量的比值代表热稳定性。例如有七种钙基膨润土的热稳定性值在5475%之间，经过加入3%碳酸钠活化处理后提升为7791%。另有三种钙基膨润土的热稳定性值仅有1315%，活化处理后只

20、提升为4359%。由于膨润土试料量小，膨润土的加热比较均匀，容易得到一致性的试验结果。也可用小瓷坩锅盛放膨润土，放置在马富炉中加热。由于加热工具、加热规范等因素都显著影响热稳定性测试结果。同一种试料在不同单位中测得数值可能有较大差异。只能在同一实验室中测定和比较不同膨润土的热稳定性。3 煤粉和代用品 批料中加入煤粉和代用品的目的是使铸铁件表面光滑美观和无粘砂缺陷，也还能够减轻夹砂缺陷。要求使用效果好，加入量不多，而且尽可能对劳动条件和周围环境的污染少。铸造工厂比较关心的问题有以下几个方面。3.1 怎样用简单方法检验煤粉的品质？ 使用优良品质煤粉可以减少批料中加入量，减少向型砂带入泥分和灰分，减

21、少稳定型砂泥分的原砂加入量，降低型砂含水量。对工厂而言，还降低运输和储存的需要。在型砂实验室中，最简单检验煤粉品质的方法是测定挥发分、灰分和焦渣特征。另外生产球铁件的铸造厂也还注意煤粉的含硫量。 机械行业标准JB/T 9222-1999湿型铸造用煤粉规定按照国家标准GB/T 212煤的工业分析方法测定煤的挥发分、灰分含量、水分含量。但是GB/T 212的测定方法对于型砂实验室有些过分严格。例如规定称取空气干燥煤粉进行水分、灰分和挥发粉测定，并且使用0.0001g天平称量煤粉试样10.1g（精确称重至0.0002g）。笔者认为铸造工厂需要测定供货状态煤粉而不是空气干燥煤粉。使用感量为0.001g

22、的天平称量已然满足要求。甚至使用感量为0.01g的天平也能大体得出可信结果。GB/T 212还规定测定煤粉含水量时，在烘箱中反复加热，每次加热30min，冷却后称量，直到两次称量之差小于0.001g为止。笔者经验表明在鼓风烘干箱中烘干30 min已够。不需要反复烘干，不会显著影响测试精度。而且煤粉的灰分和挥发分的检测可以使用经烘干的煤粉。 关于挥发分的测定，GB/T 212规定在瓷坩埚中称取煤粉1g，盖上盖并放在镍铬丝制成的坩埚架上。将放有坩埚的架子送入炉中恒温区准确加热7min。取出坩埚冷却后称量得出挥发分。笔者认为无须使用坩埚架，用坩埚钳将盛有试料的带盖坩埚直接送入马弗炉中即可。应注意坩埚

23、需盖紧，炉门也要完全关闭。为的是只让煤粉试料受热干馏排出挥发分，而防止煤粉中固定碳被氧化烧掉。优质煤粉试样的挥发分最好在3037之间，挥发分太低表明有效成分不足，太高有可能属于气煤，防铸件粘砂效果不良。机械行业标准JB/T 9222-1999中表1要求挥发分应符合35、3035和2530三种。其中第一种没有规定上限，容易误解为越高越好。第三种对煤粉品质的要求又过分宽大。 测定挥发分的试验结束后，检查坩埚中残留的焦渣，可以按照煤粉残渣的烧结和膨胀情况分为8级，作为焦渣特征的级别。较好的煤粉焦渣特征在46级。研究工作表明煤粉的焦渣特征与光亮碳形成量有密切关系，相关系数0.903。一般工厂通过煤粉焦

24、渣特征的检验，就可以大体推测出光亮碳形成量3。 GB/T 212规定煤粉的灰分试验要求用灰皿称量1g煤粉，送入温度不超过100的马福炉恒温区中缓慢升温至81510，并在此温度下灼烧1h。要求逐渐升温的目的是避免煤粉在没有盖的容器中剧烈燃烧澎溅。由新版本的GB/T 212-2001可以明确得知在试验的整个过程中，炉门都开有15mm左右的缝隙，使含氧空气自由进入，充分燃烧掉高温挥发分和所含的碳质材料而剩余灰分。铸造工厂的型砂实验室可以使用无盖瓷坩埚替代专门的灰皿。机械行业标准要求煤粉的灰分含量不大于10。欧美有些供应厂商提供的煤粉灰分量6%。对煤粉灰分设置限制的本意是保证有效成分足够多。国内大多数

25、煤粉商品的灰分含量都在610范围内。关于煤粉灰分的这种差异是否会影响型砂的含泥量和灰分含量，则应同时考虑达到同样防粘砂效果的加入量。例如煤粉A含灰分10，铸造中小件单一砂的批料加入量假定为0.3；煤粉B含灰分6，但达到同样效果的加入量为0.8，煤粉A与B带入型砂的泥分分别为0.3和0.8，即含灰分少的煤粉也有可能带入型砂较多泥分。至于带入型砂的灰分的推算，煤粉A：0.3100.03，煤粉B为0.860.048。即煤粉B虽然含灰分稍低，但烧损后比煤粉A带入稍多灰分。此外，膨润土受热烧损形成的灰分占8894。假定中小件单一砂批料混砂的膨润土加入量为0.9，则膨润土带入型砂的灰分：0.9（8894）

26、0.7920.846，大约是煤粉形成灰分的二十余倍，所以煤粉含灰分相差4不会影响新砂的冲淡量。但是我国极个别煤粉加工厂用掺杂矸石的原煤磨粉，以致灰分含量高达20以上，严重影响煤粉的抗粘砂效果，而且会造成气孔、砂孔缺陷。3.2 有没有完全不含煤粉的防铸铁件粘砂材料？ 铸铁件湿型砂中煤粉的缺点是肮脏，恶化劳动条件和污染环境；浇注时发出大量挥发性物质，其中的CO和其它有害气体也不利于身体健康。从上世纪60年代起欧美各国就大力研究和使用不含煤粉的替代品。曾经用过的煤粉完全替代品有很多种，其中聚丙烯酰胺、聚苯乙烯等树脂和聚合物价贵，而且影响型砂性能。天然沥青效果好但来源稀少而且价贵。煤焦油沥青含有苯并吡

27、，是潜在的致癌物。重油粘稠，不易加料和混砂。以下举出几种至今仍然使用的煤粉完全替代品例子：土石墨粉：我国很多手工造型生产薄壁小件的乡镇小工厂在型砂中不加煤粉，而是在湿砂型表面刷干态土石墨粉（又称为微晶石墨粉、黑铅粉）。浇注时土石墨粉并不产生光亮碳，但不被铁液润湿，阻碍铁液渗透钻入砂粒间孔隙，能够防止铸件粘砂和改善铸件表面光洁。石墨粉受浇注的高温铁液加热后只产生少量还原性气体，因而散发污染气体少，有利于保护环境。据了解日本有些湿砂型工厂应用石墨粉替代煤粉生产出重量一百余千克的铸铁件。石墨粉有良好的自润滑作用，使型砂的紧实流动性提高，和改善型砂的起模性能。研究结果表明：加入土石墨粉混砂和浇注，虽然

28、铸件表面呈暗灰色，不如煤粉砂铸件光亮，但是并没有粘砂现象。落砂后不补加土石墨粉，反复混砂和多次浇注，铸件表面基本保持不变，说明石墨粉的耐用性比煤粉好很多3。淀粉和植物根茎：国内曾有两家汽车灰铁件铸造工厂曾经使用a淀粉完全替代煤粉。a淀粉并不生成光亮碳，也不生成胶质体堵塞砂粒间孔隙。其防止粘砂的机理可能是受热不完全燃烧产生部分还原性气体，并且在砂粒表面沉积“烟子（碳黑）”。烟子主要成分也是非晶形碳，与土石墨粉同样起阻碍铁液的润湿和渗透作用。研究工作表明a淀粉的抗粘砂效果与品质中上水平的煤粉相同。由于浇注时a淀粉生成还原性气氛不足以冲淡湿砂型的型腔中水气，不可用来生产球墨铸铁件以免产生皮下气孔。国

29、内还有个别公司供应植物根茎制粉替代煤粉，防粘砂原理和效果大约与a淀粉接近或类似。 植物油：有文章提到德国Buderus铸造厂使用可硬化油代替煤粉，其光亮碳形成能力44。估计这种油是含有不饱和键的脂肪烃化合物。捷克Jelinek测定一种坚果叶子榨油的光亮碳形成能力为34.15。最近有资料提到英国也有铸造工厂用油完全替代煤粉，但未说明是否为植物油。估计植物油不仅能形成光亮碳，也会形成烟子防止铸件粘砂。从来源和成本考虑，目前在我国不可能用植物油代替煤粉。然而最近有个别单位开始试用榨取植物油后油饼（油粕）磨成细粉做为煤粉的替代品。油饼的组成物有剩余的植物油脂大约在10以上，可以形成光亮碳和碳黑。还含有

30、较多的蛋白质、淀粉和纤维素，浇注时可以燃烧发出还原性气体和碳黑。对防粘砂的效果有如土石墨粉。估计有可能用来生产小铸铁件。3.3 使用加料煤粉有何特点？有一些铸造材料公司认识到完全摒弃煤粉的防粘砂材料在成本和效果方面并不占优势，不如仍然以煤粉为主要原材料，加入辅助材料后制成“加料煤粉”，能够加强煤粉的抗粘砂效果，同时还能改善型砂的性能。加料煤粉商品有以下三类： 增效煤粉(又名高效煤粉、欧洲称为合成煤粉)：天然煤粉的光亮碳形成能力大约为311，高软化点石油沥青掺加到煤粉中可提高光亮碳形成能力到1220，还可提高胶质体的生成量，从而加强了煤粉的抗粘砂能力。我国目前有几家公司生产增效煤粉，单一砂混砂时

31、批料加入量一般为0.20.4。对于厚大件、砂铁比45时，加入量可能需要0.40.5。加入量只是普通中等品质天然煤粉的1/21/3。复合加入物：北美大型湿砂型铸造工厂大部分从四家造型材料公司订购含有膨润土、煤粉并且掺有淀粉、a淀粉、沥青、木粉、腐植酸等材料的复合加入物。其中的腐植酸用来减轻浇注时排放气体的污染，木粉是用来防止夹砂缺陷。复合加入物的具体配方是由供需双方工程师根据铸件结构特点共同专门制定的。供应站按照配方将复合加入物混合后，用散装罐车运送到铸造工厂，然后用压缩空气将材料泵入车间的材料斗中。其它抗粘砂商品：国外有的造型材料公司向煤粉中掺加适量石墨粉，降低煤粉在浇注时对空气的污染。国内有

32、一些公司供应名称为“剂”、“粉”的商品，虽然不公开是什么材料组成的，从外观为黑色就可以得知主要组分是煤粉。还可能掺加了废机油、落地面粉等辅助性抗粘砂材料。但是也有个别商品中含有煤焦油沥青，或者含有低软化点石油沥青。前者对操作工人健康有害，后者使型砂粘性提高而易粘模板和降低流动性。也有的商品加入了膨润土，少量加入的目的是防止煤粉自燃。多量加入膨润土或惰性粉末大概为的是降低商品的成本，但会削弱抗粘砂作用和引起型砂性能劣化。 对铸造工厂而言，不论是选择煤粉、煤粉替代品、加料煤粉，都应该进行试验比较抗粘砂材料的效果如何。可以用新砂、膨润土、几种不同加入量的抗粘砂材料和水混制成透气性数值相近的面砂。选择

33、一种典型的铸件，将混制好的各种型砂铺在模样的同样部位上，造型后用相同温度浇注，然后比较铸件表面的光洁程度。还应进行型砂性能检验，特别注意型砂的韧性和流动性是否正常，以及有无粘手和粘模样现象和特殊气味。也还应比较铸件生产成本是否符合经济合算。4. 淀粉30年代末起美国文献中有铸造工厂在湿型砂中使用淀粉类附加物的记载。至50年代末美国使用淀粉类附加物已较普遍。日本自第二次世界大战以后开始在湿型砂中推广应用淀粉材料，目前在铸钢和铸铁型砂中应用已较普遍。国内也有些工厂在湿型砂中加入淀粉。应用于铸造生产中的淀粉类附加物主要有三种：普通淀粉（即淀粉），糊精和a淀粉。其中普通淀粉(包括性能近似的面粉)的主要

34、来源是玉米、马铃薯、小麦、甘薯、木薯等农产品。糊精是普通淀粉经过酸化、加热转化制成的。a淀粉是普通淀粉经过加热制成的预糊化产物4。4.1 湿型砂中加淀粉有什么好处？加入糊精能够极明显地提高型砂的韧性和可塑性。虽然糊精降低型砂的湿压强度和流动性，但砂型不易碰坏和掉砂。糊精还能够增强砂型和砂芯表面强度，在空气中放置后的砂型和砂芯表面结成一层耐磨擦和耐冲蚀的硬壳。笔者曾见到国外一家湿型铸钢厂用手工制成的湿砂芯批量生产铁路车辆轴箱，芯砂中加入糊精2左右。我国有些铸造工厂用糊精掺入植物油芯砂或合脂油芯砂中，可以提高烘干前的强度。目前国内外工厂湿型砂用淀粉类材料绝大部分为a淀粉，因为对型砂的湿压强度和流动

35、性下降不显著，可以用于机器造型。a淀粉能够增加型砂韧性，使型砂变得柔软可塑，易于造型。a淀粉也能提高砂型表面强度。试验表明型砂中加入a淀粉可以减少起模摩擦力和改善型砂起模性，将型砂试样从试样筒顶出所需力量只有未加淀粉型砂的一半至三分之一。a淀粉还能降低型砂紧实率对水分敏感性，能减少型砂的含水量和提高紧实率。a淀粉有助于防止铸件产生夹砂结疤类缺陷和冲砂、砂孔等缺陷，而且能够改进铸件表面光洁程度。普通淀粉也具有a淀粉的部分优点，对于改善型砂的抗夹砂、耐冲砂，防粘砂等性能都有益处。实际上有些铸造工厂使用的是面粉厂的落地面粉，同样具有一定的效果，而且价廉易得。虽然淀粉材料能够改善湿型砂的性能，但是从降

36、低铸件生产成本考虑，应该尽量不加淀粉材料。如果需要提高型砂的韧性，可以靠调整型砂紧实率或改善混砂工艺来达到。假如所生产的铸件比较复杂和难起模，可以专门配制含a淀粉的面砂铺在模样表面或局部表面。4.2 怎样用简单方法判断a淀粉的品质？ 我国铸造用淀粉商品的品质良莠不齐。湿型铸造工厂需要首先辨别淀粉的类型为糊精、a淀粉或普通淀粉，可以采用的简易试验方法为：水溶性试验：取淀粉材料少许放入盛有冷水的玻璃杯或试管中，摇晃或搅动均匀后观察其水溶性。糊精几乎全部溶解成透明液体。普通淀粉不溶于冷水而成浑浊液体，放置后形成松散沉淀物。a淀粉也不溶解于水，放置后在水中呈胀溶(膨润)状态。手感试验：取少量淀粉材料放

37、在拇指和食指之间，加少量水使它湿润，手指感觉粘性大如胶水的是糊精，粘性小的是普通淀粉，a淀粉的粘性介于糊精和普通淀粉之间。 曾发现个别a淀粉商品掺杂有膨润土、面粉或其他矿物粉。型砂实验室可以用以下方法进行检测：灰分：试验方法与煤粉灰分相同。a淀粉仅有少量灰分，大约在0.200.50范围内。有的a淀粉制造时未去除原料玉米的皮壳，灰分可能高达1.52左右，并不影响使用效果。如果在a淀粉商品中掺杂膨润土和矿石粉，则灰分就会大大超过2。膨润度：操作步骤是称取试料5.00g，放入100mL具塞量筒中，再加蒸馏水约6080mL，摇匀之后加水到满100 mL刻度，再摇匀后静置4h，试料的膨润物容积(mL数)

38、即为膨润度。a淀粉的膨润度约为3560mL。矿石粉不膨润，小麦面粉也基本上不膨润。但是此法不能区分膨润土，因为膨润土都会膨润。亚甲基蓝吸附量：a淀粉不吸附亚甲基蓝，掺入膨润土会使试料显著吸蓝。堆密度：膨化法制得a淀粉的堆密度较轻，一般只有0.300.45g/cm3，热辊法制得a淀粉的堆密度也不过0.400.60g/cm3左右。而掺杂有膨润土或矿石粉试料的堆密度高达0.600.90g/cm3。不水解物含量：不论是普通淀粉、a淀粉或糊精，都会大部分在稀盐酸中水解，膨润土和矿石粉都不发生水解反应。可以称取试料1g，在高烧杯中与250mL2.5%HCl共同煮沸30min，将沉淀物过滤和烘干后称量，即可

39、得出不水解物所占百分比。真正的a淀粉中不水解物(包括粮食的皮壳、脂肪和蛋白质)仅有10%左右。如果试料中不水解物含量极高，说明其含有矿物杂质。5. 结论 1）SiO2含量90左右的原砂能够浇注出表面品质良好的发动机类铸铁件。高密度造型的型砂粒度50/140四筛分布比较理想，能够保证型砂透气性80120。有些多砂芯铸造工厂的透气性过高是粗粒砂芯混入造成的。湿型砂用原砂含泥量最好不超过0.5。 2）要想知道膨润土黏结强度如何，最好测定工艺试样强度，吸蓝量试验也能大体判断膨润土的品质。膨润试验结果只能说明其热湿强度，与湿压强度无关。活化膨润土使抗夹砂性和热稳定性得到提高。测定焙烧后膨润土的吸蓝量能够

40、说明热稳定性，但不同实验室测得数值可能不一致。 3）GB/T 212检验煤粉的方法相当严格，铸造工厂型砂实验室可以采用简化的试验方法测定煤粉的挥发分、灰分和焦渣特征。目前国内外个别工厂为了避免煤粉恶化劳动条件和污染环境而应用煤粉替代品，但更多工厂仍然使用煤粉及以煤粉为主要成分的加料煤粉。 4）当湿型砂需要改善韧性、起模性等性能时，可以加入适量a淀粉。铸造工厂可以通过简单的试验方法判断其品质是否纯正。参考文献：1 张斌全. 原砂SiO2含量对型砂性能的影响D. 北京：清华大学，1981.2 于震宗等. 膨润土水体系性能与检测的研究R. 北京：清华大学科学报告，TH83019，1983.3 沈涛. 铸铁件湿型砂抗粘砂附加物的研究D. 北京：清华大学，1993.4 于震宗等. 湿型砂用a淀粉的研究J. 铸造，1988(1): 7-12.7