铸元素在含大量覆膜砂芯砂的黏土砂中的应用

相士强，孙清洲

（1.山东旭光得瑞高新材料股份有限公司，山东临邑251500；2.山东建筑大学材料科学与工程学院，山东济南250101；3.山东省清洁生产工程技术研究中心，山东济南250101）

铸元素在含大量覆膜砂芯砂的黏土砂中的应用

相士强1，孙清洲2，3

（1.山东旭光得瑞高新材料股份有限公司，山东临邑251500；2.山东建筑大学材料科学与工程学院，山东济南250101；3.山东省清洁生产工程技术研究中心，山东济南250101）

针对含有大量覆膜砂芯砂的黏土砂系统因覆膜砂芯砂混入使型砂脆性增加，成型性降低，铸造工艺性能恶化的实际情况，用铸元素取代黏土砂系统中的膨润土和煤粉，在不加新砂的情况下，采用含大量覆膜砂芯砂的黏土旧砂混制型砂和加入新砂、膨润土和煤粉后混制的型砂相比，湿压强度、透气性、紧实率相近，热湿拉强度明显提高。采用铸元素消除了大量覆膜砂芯砂混入对黏土砂性能的不利影响，实现了在不添加新砂的情况，稳定含大量覆膜砂芯砂黏土型砂的性能。

铸元素；覆膜砂；芯砂；黏土砂

在黏土砂铸造生产过程中，有机粘结剂砂芯被广泛应用，经过铸件浇注和冷却过程后，砂芯受到铁水的高温热作用，全部或部分处于溃散或接近溃散状态，在随后的落砂环节这部分芯砂将直接混入黏土砂中，成为黏土旧砂的一部分。随着铸造生产过程的循环往复，混入黏土砂中的芯砂数量不断增加，黏土型砂的脆性增加，成型性降低，铸造工艺性能恶化［1-3］。为了消除有机粘结剂芯砂混入对黏土型砂性能的影响，开展了铸元素在含大量覆膜砂芯砂黏土砂中的应用研究。铸元素是由优质膨润土、碳质材料和其他添加元素配制而成的一种粉料，可以代替传统黏土砂混砂工艺中的黏土和煤粉使用。

1问题的提出

某铸造企业采用黏土砂工艺生产HT250汽车刹车盘类铸件。砂处理系统由常州法迪尔克提供，设有型砂性能在线自动检测系统。造型采用日本新东生产的水平分型无箱射压造型线，砂芯用覆膜砂制造。造型和制芯采用SiO2质量分数为90%，粒度为50/140的四筛石英砂，对型砂的性能要求如表1所示。

在生产过程中，由于在黏土砂中混入了大量的覆膜砂芯砂，使型砂韧性降低，脆性增加，容易产生掉砂、冲砂及夹砂铸造缺陷，铸件废品率增加。为了保证铸件质量，在每次混砂时加入5%～8%质量分数的新砂，型砂配比如表2所示，这不仅增加了混砂时膨润土和煤粉的补加量，而且需定期排放掉一部分旧砂以保持砂处理系统的砂量平衡，提高了生产成本，同时增加了铸造生产过程中固体废弃物的排放量，污染了自然环境。

表2 型砂配比

2 铸元素对含大量覆膜砂芯砂黏土砂性能的影响

黏土被润湿后，带电的黏土胶核把水吸附到自己周围形成水化膜，依靠黏土颗粒之间的公共水化膜，通过其中的水化阳离子起着“桥”或“链”的作用，使颗粒相互连接起来［4］，这就是黏土型砂获得强度的基础。溃散覆膜砂砂粒表面残留的惰性树脂膜具有憎水性，消弱了与水化膜的结合强度，影响到了型砂的性能，随着旧砂中覆膜砂数量的增加，型砂的热湿拉强度和表面耐磨性降低。加入α淀粉可以改善型砂的韧性和起模性，提高型砂的热湿拉强度、抗夹砂能力［5］及表面耐磨性，但降低型砂的流动性。这就要求在加入α淀粉的同时，按比例加入提高增加型砂流动性的材料。经反复试验研究，发现当型砂中α淀粉占型砂质量的0.2%～0.3%，增强型砂流动性材料和α淀粉的质量比为1∶2时，在不明显降低型砂湿压强度的前提下，可消除覆膜砂芯砂混入对黏土型砂性能的不利影响，并增强了型砂的抗粘砂性能。在此基础上以优质钠基膨润土、高碳防粘砂材料、α淀粉及其他有机物质为基础开发出了铸元素黏土湿型砂混合添加料。从生产现场取样，按照工厂现行的混砂工艺，分别采用工厂现行的型砂配比和采用铸元素时的型砂配比在实验室混制黏土湿型砂，其型砂配料表及性能如表3和表4所示。

表3 型砂配料表

由表1、表3和表4可以看出，采用铸元素取代型砂中的膨润土和煤粉，在不加新砂的情况下，用含大量覆膜砂芯砂的黏土旧砂混制的型砂和采用新砂、旧砂、膨润土和煤粉在相同工艺条件下混制的型砂相比，湿压强度、透气性、紧实率相近，热湿拉强度明显提高，由此可见采用铸元素和含大量覆膜砂芯砂黏土砂旧砂混制黏土型砂时，消除了大量覆膜砂芯砂混入对型砂性能的不利影响，在不加入新砂的情况下，利用溃散后的覆膜砂补充系统砂子的损耗，得到了满足铸造生产工艺要求的型砂性能。

表4 采用铸元素前后型砂的性能

3 铸元素在含大量覆膜砂芯砂黏土砂系统中的应用

基于上述试验结果，在型砂系统实施铸元素取代膨润土和煤粉可以同时减少新砂加入量的工作。为保证生产的正常进行，以免型砂性能产生大的波动，造成批量废品，在工作过程中采取逐渐减少新砂加入量，随着铸元素在旧砂中残留量的增加逐步将新砂加入量降为零，通过覆膜砂芯砂的混入保持砂处理系统砂量平衡的操作方式，过渡期间型砂的配比及性能如表5和表6所示。

表5 过渡期间型砂的配比

表6 过渡期间型砂的性能

通过3个月的生产实践，采用铸元素代替膨润土和煤粉后，型砂系统不再加入新砂，用覆膜砂溃散后的芯砂保持系统的砂量平衡，型砂性能稳定，旧砂排放量明显减少，铸件表面质量得到了提高（如图1所示），铸件成品率稳定在96%.

4 结论

1）采用铸元素可消除大量覆膜砂芯砂混入对黏土型砂性能的影响，明显提高型砂的热湿拉强度；

2）采用铸元素在大量覆膜砂芯砂混入的情况下，可实现黏土砂系统无新砂添加作业，通过芯砂的加入保持砂处理系统的砂量平衡；

3）减少了占每个铸造生产循环总用砂量5%～8%的废砂排放量，节约了生产成本。

图1 铸件图

［1］张普庆，孙清洲，赵中魁，等.泥分，芯砂混入对黏土型砂质量的影响［J］.铸造技术，2007，28（5）：590-592.

［2］龙威，樊自田，毕丽珍，等.影响流水线生产黏土型砂性能的因素［J］.铸造技术，2006，27（11）：1154-1157.

［3］SUN Q Z，JING J，ZHANG P Q，etal.Research on Changing Regularity of Green Sand Properties［J］.Advanced Materials Research，2011（328-330）：1220-1224

［4］石德全.造型材料［M］.北京：北京大学出版社，2009.

［5］李元才.铸造造型材料实用手册［M］.北京：机械工业出版社，2009.

Application of Mixed Powder in Green Sand Containing Resin Coated Core Sand

XIANG Shi-qiang1，SUN Qing-zhou2，3
（1.Shandong Xuguang Derui New Material Limited Liability Company，Linyi Shandong 251500，China；2.School of Materials Science and Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan Shandong 250101，China；3.Foundry Cleaner Production Engineering Technology Research Center of Shandong Province，Jinan Shandong 250101，China）

The formability of moulding sand decreasdes and the casting process performance gets worse because green sand is mixed with a large number of resin coated core sand and the brittleness increases.After using some mixed powder to replace bentonite and coal powder in green sand，the mixed old clay sand with plenty of resin coated core sand and without new sand has similar green compressive strength，permeability and compactability，and improved hot wet tensile strength compared with the green sand mixed by bentonite，coal powder，raw sand and used sand containing resin coated sand.The mixed powder eliminates the adverse effects of the resin coated sand on the performance of molding sand.

mixed powder，resin coated sand，core sand，green sand

TG221+.1

A

1674-6694（2017）01-0058-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.01.018

2016-09-10

相士强（1961-），男，高级工程师，主要从事铸造工艺及造型材料的生产及研究工作。