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粘土濕型砂及其控制要點（四）

混砂時補加的新砂及附加材料

濕型砂在系統(tǒng)中反復使用，由于鑄件上粘附的砂粒被帶走，部分膨潤土受熱成為死粘土，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，只簡單地涉及各種材料補加量的確定，不想羅列各種材料的規(guī)格，而在膨潤土方面多用了一些篇幅，提到了與補加量相關(guān)的一些其他問題。

1、原砂

在生產(chǎn)條件下，混砂時間很短，如混砂時補加的新砂量太多，則粘土補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，混砂時補加的新砂不宜太多，以保持系統(tǒng)砂總量穩(wěn)定為原則。新砂加入量太多，會對型砂質(zhì)量有負面的影響。

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

我國鑄造廠一般散落砂都較多，很多廠新砂補加量為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、膨潤土

和其他粘結(jié)劑相比，膨潤土有一個重要的特點，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土只要加水，仍能恢復粘能力。如加熱溫度太高，脫除了結(jié)晶水，就不能再恢復結(jié)能力。

（1）膨潤土中水的形態(tài)

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

到目前為止，認為膨潤土中的水分有三種形態(tài)。

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

第二種是牢固結(jié)合水。將膨潤十置110℃下長時間加熱，可完全脫除自由水，但不會脫除牢固結(jié)合水。已完全脫除自由水的膨潤土，再在較高的溫度（如200℃）下加熱，仍會繼續(xù)減重，說明仍有水分損失，這就是牢固結(jié)合水。膨潤土經(jīng)這樣加熱脫水后，只要加水，仍能完全恢復粘結(jié)能力。

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

（2）膨潤土的耐用性

F. Hofmann曾就天然鈉膨潤土和鈣膨潤的耐用性作了測定。試驗所用的膨潤土，是美國威歐明的鈉膨潤土和美國南部的鈣膨潤土。

試驗方法是：取硅砂和膨潤土配成含膨潤土5%的型砂，將型砂加熱到不同溫度，待其冷卻后，將團塊碾碎，再加水混制。將混成砂制成試樣，測定濕抗壓強度。試驗結(jié)果如圖5。

圖5 加熱溫度對膨潤土粘結(jié)能力的影響

由圖5可以看出：

鈉膨潤土在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。計算時一般以638℃為其失效溫度。

鈣膨潤土在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)能力的喪失就越來越明顯。計算時一般以316℃為其失效溫度。

人工鈉膨潤土是由鈣膨潤土加堿處理進行人工活化而制成的，其性能會因所用的鈣膨潤土的品位和活性處理條件的不同而有很大的差別。選用時，應(yīng)通過試驗了解其特性。據(jù)日本報道的研究結(jié)果，人工鈉膨潤土初使用時，失效溫度略低于天然鈉膨潤土，幾次反復加熱后，即與鈣膨潤土相近，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（一些非鐵合金達不到此溫度）。在這種條件下，不管用什么樣的膨潤土，這部分型砂中的膨潤土都會變成死粘土。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，在鑄造過程中，大部分型砂達不到這樣的溫度，這些型砂中膨潤土的情況又怎么樣呢？

不同的膨潤土，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)晶水的膨潤土，即使并不直接貼近鑄件的型砂中，也會有較多的膨潤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)生的死粘土就會少一些。

因此，有人用“耐用性”來描述膨潤土是否容易失效。所謂“耐用性”，是一個相對的概念，沒有肯定的判據(jù)。在相同的情況下，每經(jīng)一次澆注，用甲膨潤土時型砂中產(chǎn)生的死粘土比用乙膨潤土時少，就是甲膨潤土“耐用性”比乙膨潤土好。

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

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。再根據(jù)型砂中的活性膨潤土含量和所用膨潤土的品種，就可估算出失效的膨潤土量。

許多研究試驗工作表明：對于壁厚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℃(鈉膨潤土失效溫度)以上，溫度升至316℃(鈣膨潤土失效溫度)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簡明而實用的線圖（圖6）。由系統(tǒng)砂中活性膨潤土的含量和所用膨潤土的品種，就可大致知道每澆注1噸鐵水造成的死膨潤土量。

ze:14.0pt;mso-bidi-font-size:12.0pt'>(鈣膨潤土失效溫度)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。

再根據(jù)每噸鐵水的用砂量，就可以算出混砂時回收砂需補加膨潤土的百分數(shù)。

例如，某廠的粘土濕型砂中使用鈣膨潤土，系統(tǒng)砂中保持活性膨潤土含量為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噸鐵水失效的膨潤土量為20kg，每噸回收砂中失效膨潤土約為4kg。所以，混砂時需補加的膨潤土為0.4%。

此外，補加的新砂量較多時，還要加新砂所需的膨潤土。

由于用粘土濕型砂制造的鑄鐵件壁厚超過75mm者很少，圖6實際上可用于大多數(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、企業(yè)的設(shè)備條件和生產(chǎn)能力，企業(yè)附近膨潤土礦產(chǎn)資源、產(chǎn)品銷售價格和成本分析等。

鈉膨潤土有很多優(yōu)異的性能，如膨潤值高（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，型砂中的膨潤土因受熱而成為死粘土的份額較少，即膨潤土耐用性好）等，都是膨潤土所不及的。

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

與鈉膨潤土相比，鈣膨潤土也有不少長處，如：用鈣膨潤土配砂時所需的混砂時間較短，型砂的濕抗壓強度較高，型砂的流動性較好，鑄型澆注后落砂性能較好等。我國有豐富的鈣膨潤土資源，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)地說鈉膨潤土比鈣膨潤土好，要視具體情況和特定要求，有分析地選用。即使在鈉膨潤土資源豐富的美國，采用粘土濕砂工藝的鑄造廠，一般也不全用鈉膨潤土，通常多同時采用兩種或多種膨潤土，適當?shù)嘏溆茫愿魅∑渌L。一些工業(yè)國中，為便于鑄造廠使用，還以選配的膨潤土為基礎(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，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。

混砂時補加的數(shù)量，應(yīng)根據(jù)舊砂中有效煤粉的測定值來確定。舊砂中有效煤粉量的測定方法，前面已經(jīng)談到。

關(guān)于煤粉的質(zhì)量要求見另文。

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，適宜的糊化溫度為86～87℃． ’

α淀粉的制造方法見圖7