湿型铸铁件生产中一些与型砂有关的问题解答_一_与粘砂和煤粉有关的问题 《 现代铸铁》!#$! 近年来，笔者接触到一些湿型铸铁工厂提出 有关型砂和铸件表面上的质量的实际问题。这样一些问题 影响到产生各种表面缺陷，给生产带来很多困难。 实际上，只要采取适当措施，这些困难都可能会减 少，还可以完全解决。考虑到可能还有别的工厂 文章编号!##$%&$’()*##(+#*%##(*%#( 湿型铸铁件生产中一些与型砂有关的问题解答（ 一） ———与粘砂和煤粉有关的问题 于震宗 （ 清华大学，北京 ###&’） 中图分类号：,-**，,-*(#./ 文献标识码：0 %&’...
《 现代铸铁》!#$! 近年来，笔者接触到一些湿型铸铁工厂提出 有关型砂和铸件
面质量的实际问题。这样一些问题 影响到产生各种表面缺陷，给生产带来很多困难。 实际上，只要采取适当措施，这些困难都可能会减 少，还可以完全解决。考虑到可能还有别的工厂 文章编号!##$%&$’()*##(+#*%##(*%#( 湿型铸铁件生产中一些与型砂有关的问题解答（ 一） ———与粘砂和煤粉有关的问题 于震宗 （ 清华大学，北京 ###&’） 中图分类号：,-**，,-*(#./ 文献标识码：0 %&’()*’ +, -,.) /,0123&4 -5&267)15+)2 80)’+3,&’ 3& 9*))& -5&2 /,012 :*,5’+3&4’
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2; E86I39465J，036K68H ###&’，L
68;） 收稿日期：*##$%#M%& 作者简介：于震宗（ N*’.%），男，清华大学教授，博士生导师，长 期从事铸造材料及铸造工艺领域的教学和科研工作，成果卓著，现 已退休。 难于清理。故选用铝矾土和石英粉组合使用，双峰 级配合。使其透气性较高。 （ *）粘结剂：低温粘结剂乳白胶，高温粘结剂 硅溶胶两者组合使用。 （ $）悬浮剂：锂基膨润土（ 或钠基膨润土）。 （ ’）溶剂：水。 （ (）附加物（ 表面活性剂和消泡剂）：聚异丙 二醇醚和正丁醇，为增加涂料对模样的润湿性。根 据模样表面情况需要也可加微量脱脂剂。 （ /）锂辉矿粉：增加涂料的悬浮性，还起着助 熔剂和助剂作用，防止粘砂形成脆碎玻璃状渣膜 易于清理，使铸件表面光洁。 * 混制工艺 耐火骨料（ 铝矾土*##目或*/#目加石英粉）O 悬浮剂（ 膨润土）O锂辉矿粉（ 精细级*##目） 硅溶胶O乳白胶O附加物（ 活性 剂、消泡剂）O水 出料。 $ 配比 根据铸铁牌号和铸件厚薄大小而变动，铝矾 土N#PQM#P，石英粉#PQ$#P；乳白胶PQ$P，硅 溶胶’PQ/P；膨润土PQ$P，锂辉矿粉$PQ(P （ 锂辉矿粉加到$#P则减少铝矾土，石英粉配量， 由本地组合配比成本而选择），附加物微量。 ’ 混制后的涂料性能 密度：（ *# R）.(#Q.&# H @ CS$ 悬浮能力：*’
的TN#P 流杯粘度：MQ*# 4 固体含量：M#PQ&#P 波美度：N(Q#( UV值：&Q# ( 效果 涂料经球铁管件厂，灰铸铁泵体厂等多家使 用效果比较好，强度高，透气性好，涂挂牢固，不粘 砂，铸件表面光洁，易于清理。 干搅拌（ 中速） #.(Q.#
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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !#$%&’( !)*+,&)$ 造 型 材 料 ! 《 现代铸铁》!#$! 也存在类似情况，因此将很多问题回忆整理，并归 纳成几类，冒昧提出个人不成熟见解，供业界同仁 参考，并望多加指正。 ! 辽宁省某厂生产出口湿型铸铁件，但铸件 表面有粘砂缺陷。外国客户认为工厂型砂所用内 蒙原砂的二氧化硅含量只有#$%左右，比起德国 铸铁用原砂的二氧化硅高达##%低得多，所以推 论该厂的粘砂属于化学粘砂，建议改用含二氧化 硅更高的石英砂。究竟怎样分辩各种粘砂类型？使 用内蒙硅砂生产铸铁件会产生粘砂吗？ 铸件粘砂最常见的有化学粘砂和机械粘砂两 种。其中化学粘砂的产生原因是金属氧化物（ 主 要为氧化铁）与型砂的二氧化硅起化学反应生成 硅酸亚铁（ 铁橄榄石）。这是一种低熔点化合物， 能够向型砂深层渗透。而且硅酸亚结后对铸 件和型砂都具有强力的黏着性，能够将型砂层牢 固地粘附到铸件表面而成化学粘砂。化学粘砂主 要发生于铸钢件（ 特别是厚壁大件）。水玻璃砂型 由于含有氧化钠促使产生低熔点化合物，也会使 铸件形成化学粘砂。因此生产上述铸件时，砂型表 面都采用刷耐火涂料将金属液与砂型的石英隔离 开来，防止生成化学粘砂。机械粘砂是金属液直接 钻入砂型颗粒间孔隙深处，靠凝固后金属的包围 和钩连作用与型砂机械地连结在一起，没发生 化学反应。区别两种粘砂类型的简易试验方法如 下：①用万能电表测定粘砂块与铸件本身之间的 电阻，如基本上无显著电阻，表明粘砂块主要是 金属形成的，属于机械粘砂。②铲下一小块粘砂浸 入浓盐酸中，如果经过一夜后观查到粘砂块消失， 只余下少量砂粒，表明粘砂属于机械粘砂，金属部 分已溶于盐酸中形成氯化铁。凡是与上述两试验 结果不同的则属于化学粘砂。铸铁件的铁液含碳， 不会产生大量氧化铁，湿型砂中又含有相当多的 煤粉，浇注时产生的还原性气氛防止金属氧化物 的产生，因此不生成化学粘砂。 根据多家工厂的生产经验，用内蒙砂混制的 湿型砂生产铸铁件只形成机械粘砂而不会形成化 学粘砂。甚至使用江西砂和黄河风积砂（ 二氧化 硅分别& ’约((%和()%）的湿型生产中小铸铁件 也不形成化学粘砂。只要型砂中加入足够量优良 品质的煤粉，砂型紧实程度适当，就能够消除机械 粘砂缺陷。 )我厂用手工造型生产的铸铁件中有高速列 车用球墨铸铁刹车盘，现在刹车盘的金相组织、力 学性能都已全部符合铁道部的要求。曾考虑生产 出口铸件，只是湿型铸件整体表面有不同程度的 粘砂，难以被外商客户接受。粘砂的原因是什么？ 怎么样才可以使铸件表面不产生粘砂，而且表面十分光滑？ 铸铁件表面的机械粘砂原因有多种可能性： ①浇注温度过高，但是你厂用冲天炉熔化，没有感 应电炉双联熔炼，还要进行球化处理，浇注温度不 可能过高。②型砂透气性过高：最好用型砂透气性 仪测定一下，手工造型希望透气性在*$+!$$。但你 厂缺少仪器，无法从透气性数值判断粘砂原因。不 过你厂的原砂来源是内蒙砂，粒度大致为*$ , !-$， 透气性不会过高。③煤粉品质不好和煤粉加入量 不足：最好请其他单位检验一下型砂的发气量。希 望每克型砂发气在).+)( /0，如果发气量过低，就 可能是铸件表面粘砂和不够光滑的根本原因。 1我厂用煤粉一直是一家关系紧密的个体商 供应，湿型单一砂混砂时煤粉加入量大约)%。铸 件表面有些毛糙，必须整体砂轮打磨才能交货。是 否应当再增多混砂时的煤粉加入量？ 你厂的单一砂混砂的煤粉加入量已经很多， 而铸件仍然表面毛糙。除非浇注温度和型砂透气 性有问题，只能归咎于该个体煤粉供应商的产品 品质不佳。曾见到有的个体商加工所用的原煤本 来就是不适合供湿型砂使用的劣质煤。也有的向 原煤中故意掺入杂质。还有的将炼焦煤洗选出来 的矸石废料当作煤粉售给铸造工厂。遇到你厂的 问题，最简单的处理方法，不是增多型砂的混砂煤 粉量，而是改为购买货真价实的好煤粉。常见的劣 质煤粉的特征之一是灰分过高。灰分检测的新方法按 照国标2’ , 3)!)4#!，一般铸造工厂的化学分析室 都有条件进行检测验证。希望煤粉的灰分（ & ’）不超过 !$%，有的劣质煤粉的灰分（ & ’）超过!5%，甚至 高达1$%+*.%，千万不可使用。 - 什么煤粉能防止湿型铸铁件表面粘砂？工 厂化验室怎样分辩煤粉的好坏？ 煤粉的作用在于：浇注时发出大量还原性气 体，能预防铁液氧化，避免与石英砂产生化学反 应；煤粉受热后成为固、液、气三相的胶质体，能够 堵塞砂粒孔隙，使铁液难以钻入；煤粉的挥发分在 高温下气相热解，析出微细结晶的光亮碳沉积在 !#$%&’( !)*+,&)$ 造 型 材 料 ! 《 现代铸铁》!#$! 砂粒表面，使砂粒不被铁液润湿，不能借助表面张 力向砂粒孔隙中渗透。因此，湿型铸铁件的型砂中 加入良好品质的煤粉可以有效的预防机械粘砂，而且使 铸件表面十分光滑美观。 对铸造工厂而言，效果较好的煤粉具有以下 几种特性：①灰分! #$不高于%&’；②挥发分! #$ (&’)(*’；③胶渣特征+),级；④光亮碳 ! #$量 %&’)%*’；⑤硫分! #$不大于&-,’。前三项的检验 方法依据国标.# / 01%123%，在工厂的型砂实验室 中都可以方便地完成。光亮碳量的检验只能由专 门实验室做。不过测定了前三项就已经基本上 能判断煤粉品质好坏了。例如过去国内曾经广 为应用的一种山西北部煤粉，品质指标中灰分! #$约%1’)%+’，挥发分! #$1,’)1*’，胶渣特征1 级，光亮碳量! #$(’)+’。虽然也能用于防止铸件 粘砂缺陷，但是型砂中加入量需要更多些。因而使 型砂需水量增多，性能偏脆。如果用来生产高密度 造型铸件和品质要求高的铸件，就会增大产生气 孔和砂孔缺陷的倾向，现已较少应用。目前使用较 多的、符合以上五项指标的良好品质煤粉产品有 两种：一是“ 优质煤粉”，由内蒙两种原煤配合磨 粉制成。灰分! #$低于3’、挥发分! #$高于((’、焦 渣特征+)4级、光亮碳! #$量%&’)%(’。另一种是 “ 高效煤粉”由河南原煤加入高软化点石油沥青 共同磨粉制成。灰分! #$不超过%&’、挥发分! #$ 不低于(4’、焦渣特征4),级、光亮碳! #$量%1’) %4’。 4- 用湿型生产铸铁件，砂型不刷涂料，铸件 最大质量可达到多少？ 笔者 +&年前在湿型砂中只加普通煤粉、扫地 面粉和重油液，砂型不刷涂料，生产 15, 67柴油机 气缸体，抛丸前铸件表面已相当光洁。另一工厂采 用类似型砂配方，曾成功地浇注出质量高达三百 余公斤的气缸体。作者觉得，如今高品质原材料有 了充分供应，使用高密度造型方法，只要控制好型 砂透气性，单靠加入最优品质煤粉，砂型表面不需 涂料，也有把握生产出 1&& 67和更重的表面光洁 铸件。如果确有需要，面砂中再加入少量α2淀 粉，生产的铸件质量 (&& 67左右也不成问题。 ,- 煤粉对环境造成污染，也使工作条件恶化。听说 有的工厂采用无污染和清洁的单一材料代替煤 粉，有无此事？ 人所共知，煤粉的缺点是对环境造成污染和恶化工 作条件，因而国内外有些单位多年前就曾致力于 研究浅色或白色的煤粉代用品。例如国外个别工 厂曾使用白色聚苯乙烯粉末代替煤粉。但因对型 砂性能有不良影响，而且价贵，不久即又恢复使用 煤粉。国内某厂曾使用白色聚乙烯醇等有机物的 混合物代替煤粉，用后型砂韧性明显提高，流动性 下降，引起铸件表面粗糙，也又改回使用煤粉。国 内有一工厂多年使用α2淀粉代替煤粉，防粘砂 效果大体相当于优质煤粉。不过产生还原性挥发 分不够，不可用来生产球墨铸铁件，否则铸件可能 产生皮下气孔缺陷。α2淀粉另一不足之处是价格 较高，不便大规模推广使用。至今，除煤粉以外，尚 无其它更为理想的防粘砂材料。 5- 市上推销有多种所谓“ 煤粉代用品”，都 不说明它们是些什么成分。这种复合煤粉有什么 优缺点？ 许多造型材料供应厂商推销的“ 煤粉代用 品”商品大多是黑色的。因为其主要成分仍为煤 粉，另外还会掺入少量其它材料。例如可能掺有以 下几种材料中的一两种：①α2淀粉或面粉厂扫地 小麦面粉，为的是提高型砂的韧性和起模润滑性。 ②石墨粉：在煤粉中掺入少量石墨粉，据称是为了 改善型砂的流动性。③废机油或其它矿物油与煤 粉合用也起辅助的防粘砂作用。但是加入量只可 少量，否则会过粘而影响混砂给料器定量。④煤焦 油沥青：抗粘砂效果很好，只不过在浇注时会排放 出有害健康的气体，如 (，+苯并吡等致癌物。⑤膨 润土，只对提高型砂强度有好处，与抗粘砂性能无 关系。⑥其它矿物粉末，只是提高商品质量，不起 抗粘砂作用，而且对型砂性能有害。 总之，到目前为止，国内外都没有更新的防铸 铁件粘砂理论，也没有什么新的秘密材料。将上述 几种辅助材料与煤粉任意混配一起算不得专利配 方。国内有些对铸件品质要求极高的外资铸造工 厂和管理严格的本国铸造工厂都愿选用优质煤粉 或高效煤粉，而不使用其它代用材料。只是确有需 要时，在面砂中掺入少量α2淀粉。 *- 我厂刚开始使用进口高密度造型机时，由 于没掌握型砂技术，一种出口美国的铸件表面十 分毛糙。自从接受专家建议，改用高效煤粉来代替 当地个体户生产的劣质煤粉后，铸件表面光洁，而 且其它缺陷也大为改善，我们自己感到相当满意。 !#$%&’( !)*+,&)$ 造 型 材 料 ! 《 现代铸铁》!#$! 但是最近有一家经营铸件出口公司的工程师，要 求我厂改用他推荐的某种“ 煤粉代用品”。这个建 议正确吗？“ 煤粉代用品”在国内主要工厂中的应 用效果如何？ 你厂既然铸件表面品质很好，就不必改用其 它不知真实成分的“ 煤粉代用品”。而且其效果多 半不及优质煤粉和高效煤粉，价格又大多是优质 煤粉和高效煤粉的几倍，不利于降低铸件的生产 成本。由于其成分保密，产生铸件缺陷后不易查找 原因和采取纠正措施。曾有个别铸造工厂向笔者 诉苦。一家山东生产球墨铸铁曲轴的工厂，使用特 制光亮剂后，出现型砂粘
现象而影响生产。又 如山西有一家使用进口挤压造型机的铸造工厂， 使用某工程师推荐的复合型砂附加材料后，铸件 表面出现大量砂孔和气孔缺陷。还有一家北京郊 区铸造工厂，按照城里来的工程师的意见，使用 “ 某种代用品”代替煤粉。铸件粘砂严重，废品率 达!#。其余铸件也需整体打磨。 $% 铸造工厂怎样判断各种煤粉和“ 煤粉代用 品”的效果好坏呢？ 虽然可以在工厂化验室中检验材料的灰分、 挥发分和焦渣特征，或者委托专门单位检验光亮 碳量。但是对于工厂来说，更为直观的试验方法是 浇注试验。试验的关键是使用全部新砂来混制试 验用型砂，以免旧砂中所含煤粉等材料干扰试验 结果。最好利用型砂实验室中的小型混砂机，混制 几种不同配比的型砂进行对比试验。每一碾同样 秤取 ! &’新砂和 (! ’膨润土，另外分别加入同 品种的煤粉或代用品 ) ’、( ’和 * ’，湿混 + ,-.。注意控制型砂湿度都是最佳状态（ 紧实率 *!#左右）。将混制好的几种型砂，分别铺在同一 砂箱中几个相同典型结构模样的同样部位。造型、 浇注和落砂后，观察比较铸件表面，即可分析出使 用哪一种煤粉或代用品的铸件局部表面最为光 洁，加入量多少才能得到理想效果。 除此以外，还应进行型砂性能检验。尤其应注 意型砂的需水量是否增加，透气性有无额外增大 或降低，强度有无异常改变，韧性和流动性是否正 常，以及是否粘手等。 +% 国外知名的造型材料供应公司也有这样 向铸造工厂保密的混合附加物吗？ 美国很多大型湿型铸铁件工厂所用膨润土、 煤粉，淀粉等材料，是由造型材料公司就近的混配 站按专用配方混合配制成复合型砂附加物，用散 料罐车运送到工厂，靠气力输送的车间料库中。完 全不需人工搬运，混砂时只需加入一种混合附加 物即可，操作简单，省时和省事。复合型砂附加物 的配方具有以下特点：①配方是由供需双方的工 程师相互协商共同制定的。在正式生产中，如果发 现有任何不足之处，就由供需双方工程师共同作 出修改方案。②配方根据铸件具体生产条件而不 同，同一铸造工厂的几条不同造型线的复合型砂 附加物的配方都可能有差别。都由供需双方的工 程师共同研究讨论后确定。不能不论铸件厚薄、形 状不同，造型设备不同，都使用同样的复合附加 物。③既然复合附加物的配方是公开的，从而商品 的成本和售价也都是透明的。 ++%过去曾有煤粉供应公司的广告中宣传：“ 煤 粉的光亮碳量 )#以上”。不知你对此有何评论？ 关于说到自己公司产品的光亮碳量高的词 句，应该了解是什么单位做的检验，并要求出示化 验单。全国有光亮碳量检验技术和仪器的单位不 超过六、七家。这些单位也都会关心何处出现如此 高光亮碳量的煤粉。再者，要使煤粉的光亮碳量超 过 )#，就需要向优质煤中掺加高软化点石油沥 青 (#以上，不但提高生产成本。而且从技术上来 说，通常使用的煤粉光亮碳量 +#/+!#，已能浇 注出表面极其光洁的铸件，而且更为经济。 +)% 有些用户在使用优质膨润土后，随着加 入量的大幅减少，型砂的含泥量下降，透气率上 升，造成铸件表面粘砂的机会增加。如何来协调相 互之间的关系？ 如果型砂的含泥量（ 不是旧砂）已经较低 （ 例如低于 +)#/+(#），型砂透气性已经较高 （ 例如高于 +*/+0），应考虑将混砂机除尘系统 中的旋流分离器中一部分（ 甚至全部）粉尘返回 到旧砂中。也可以在混砂时加入较细原砂，例如加 + 1 +*两筛细砂 !#。如果以上措施都不能实 现，就只好向型腔表面喷刷砂型涂料。 +(% 经常发现在缸体水套砂芯的顶端有残余 砂粒无法震动脱落。需用尖头细柄工具捅下，造成 很烦，这是否属于粘砂？ 生产缸体和缸盖水套砂芯通常用原砂粒度都 是 ! 1 +，不应太粗。除非局部紧实程度不够，一 般不会粘砂。为了弥补在硬化后的砂芯表面局部 疏松，可以涂抹用机油或其他粘结剂加石墨粉或 !#$%&’( !)*+,&)$ 造 型 材 料 !! 《 现代铸铁》!#$! 我国的铸铁熔炼历来以冲天炉为主。随着我 国加入世贸组织，国际铸件市场竞争的日益激烈 和铸件出口的逐步增长，顾客对材质稳定性的要 求日趋严格；采用感应电炉单独熔炼或与冲天炉 等双联熔炼已是一种必要的生产手段。本文介绍 感应电炉的类型和熔炼特性、熔化原理和炉型构 造、筑炉和修炉方法。 ! 感应电炉的熔炼特点 感应电炉与其它熔炼炉相比，除了熔炼原理 之外还有如下的特点： （ !）采用电磁感应将材料直接加热，热效率高。 （ ）由于熔炼中未使用空气，元素烧损少，杂 质混入也少。 （ #）操作简单，成分调整、添加微量元素和温 度控制容易。可方便地熔炼成分均匀的高牌号铸 铁和合金铸铁。 （ $）熔炼炉周围的热散发小，烟尘发生量低； 作业环境改善，有利于环境保护。 （ %）占地面积小。 （ &）电流密度高，适用于高温熔炼。 （ ’）容易实现自动控制，特别是可利用计算 机进行程序控制。 收稿日期：(($)!)!* 作者简介：金仲信（ !+$*,*)），男，高级工程师，在有关铸造杂志 上发表论文、译文百余篇，原从事铸造工艺、铸造熔炼工作，现从 事质量管理工作。 文章编号-!((#)*#$%.((%/()((%&)(& 感应电炉的原理、构造和筑炉、修炉方法 金仲信 （ 三立环保设备工程有限公司，江苏 常州 !#!(!） 中图分类号：01#,% 文献标识码：2 %&’()’*+,- ./(01&2)1’/( /3 4(52)1’/( 62&(7),0 7(5 89,’
） 其它耐火粉料调制的涂料膏，晾干后即可下芯。当 生产内腔清洁度和光洁度要求很高时，必须对砂 芯采取整体涂料而后表面烘干。但是在水套砂芯 顶端的不易脱落的残砂似乎不属于机械粘砂，因 为能被捅下，表明铁液没有钻入砂芯表层中。产生 原因可能有以下几种：①芯砂中加入氧化铁以防 氮针孔，能够降低砂芯的烧结点。②为了防止气孔 缺陷而将浇注温度过分提高。例如砂型浇注温度 提高到 ! $$( O以上。水套顶端的砂芯三面受热， 即使二氧化硅含量较高的福建原砂也会轻度烧 结。砂型和砂芯表面烧结形成的粘砂可以称为“ 热 粘砂”。通常铸件外表面的热粘砂不难抛丸清除掉 落，而内表面就需要由人工用专门细柄工具细心 清理。 !$, 我厂曾经发生煤粉料斗持续冒烟，不知如 何扑灭。为什么煤粉会自己冒烟呢？应该如何消除 和防止？ 这就是煤粉发生“ 自燃现象”。有些煤粉挥发 分较高，或配煤的成分中含气煤较多，煤粉在堆积 严密，不能透风散热的条件下，就有可能会产生自燃 现象。笔者认为消灭煤粉料斗冒烟，绝对不可向料 斗中吹风，否则燃烧更加猛烈。更不可浇水灭火， 以免难于清除。也许可以将用于水玻璃砂型硬化 的二氧化碳气瓶取来，自煤粉料斗底部向斗内吹 气，排除斗内氧气，使煤粉的燃烧熄灭。以后选购 煤粉时也应把是否容易自燃做为条件之一。国外 资料介绍煤粉口袋在库房中堆放不可过高，还要 注意口袋之间留出通道，以便散热。还有的造型材 料供应公司专门供应一种掺入少量（ !(P左右） 膨润土的煤粉，制成混合粉，即可防止自燃。 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !#$%& 知 识 讲 座 !
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