湿型砂系统的稳定控制

张宏奎，赵洪仁

湿型砂系统的稳定控制

张宏奎，赵洪仁

一、概述

由于生产条件及环境的变化，必然导致铸件其他参数发生变化，如果不能及时调整型砂工艺，砂系统将会呈现不稳定状态，最终导致铸件清理难度加大甚至报废。因此，就需要调整原有的型砂工艺稳定砂系统。型砂主要是由旧砂、原砂、膨润土和添加剂等组成。由于型砂95%以上是旧砂，而旧砂由于浇注铸件的砂铁比不同、芯砂混入量不同等因素的影响，导致材料构成的波动非常大。因而要控制型砂的构成，就必须对型砂中的有效膨润土含量、有效添加剂含量及含泥量进行检验，以便确定混砂时膨润土、添加剂和原砂的补加量。本文将简要介绍我公司铸造厂在实际生产过程中如何根据参数的变化调整型砂工艺，以保证砂系统的稳定。

二、型砂关键参数

（1）有效膨润土量 有效膨润土（活性）含量的测定是根据膨润土中所含蒙脱石矿物能吸附亚甲基蓝等染料的特性检测，是指5.0g型砂用0.20%浓度试剂纯亚甲基蓝溶液的滴定量(mL)，再根据膨润土的标准曲线公式换算所得（%）。

（2）有效添加剂量 是根据型砂添加剂的发气量作对比，使用公式换算所得，即1.0g型砂在900℃的发气量（mL）减去型砂中活性膨润土的发气量（计算前测得平均量）再与1.0g添加剂发气量对比（%）。

（3）含泥量 国标G B / T9442—1998中规定直径小于20μm的微粉颗粒为泥分。通常使用冲洗法将泥分去除。

（4）型砂粒度 以平均细度值AFS表示，即根据假想的筛号间接地反映砂粒的平均尺寸。

三、调整方案

该厂使用的混砂设备为DISA碾砂机，造型设备KW静压造型线。利用半年时间的数据统计，对其型砂系统制订了如下方案。

1. 数据统计

（1）根据造型主机设定值确定每箱型砂加入量，根据每箱铸件及浇注系统重量，铸件所使用芯砂量统计每箱铸件的砂铁比。

（2）统计废砂排废量及芯砂、辅料使用量统计。

（3）型砂系统的除尘量统计。

2. 型砂调整

（1）统计与验证 根据生产情况，当某一铸件连续生产两天以上时，将型砂辅料（膨润土、添加剂）的加入量固定，统计型砂有效量的变化情况，然后在其他铸件连续生产时逐步验证砂铁比与加入量的关系。

（2）型砂粒度调整 根据50/100筛号的中值调整（50/100筛号的硅砂，其平均细度的中值为50），当型砂的AFS≤50时，通过加入细砂（70/140目）或更细的新砂（140/70目）调整，每碾加入30～60kg，分析粒度变化情况。

（3）型砂含泥量调整 通过对每天除尘量的统计，分析型砂系统含泥量的变化情况。

四、具体调整过程

1. 铸件砂铁比统计

铸件砂铁比统计结果见表1。

2. 根据铸件的砂铁比调整有效量

56D缸体的砂铁比为6.57，属于缸体类铸件中砂铁比最高的一种，因此首先以56D缸体进行试验。

在连续三天生产56D时，每碾添加剂的加入量22kg，粘土加入量33kg，添加剂的有效量由4.55%升到5.03%，粘土有效量由6.56%升到7%，约增加了0.5%，说明生产56D缸体时，按此加入量调整高于砂系统的平衡值。

通过以上的数据分析，辅料加入量作出如下调整：

（1）在生产该缸体时，每碾添加剂的加入量调整到19kg，粘土加入量26kg，连续3天的数据统计发现，添加剂的有效量由4.36%变为4.29%，粘土有效量由7.22%变为7.11%，有效量波动0.1%。

因此，该工艺调整方案合理，可保证型砂系统平衡。

（2）同理，通过试验数据分析及理论推算其他铸件的辅料加入量与有效量的关系，在生产不同铸件时，调整合适的辅料加入量。

3. 粒度调整情况

分别使用70/140目新砂及140/70目新砂调整型砂粒度，结果分别见表2、表3、表4。

实际生产中，每碾砂量3t，系统砂量约900t。

（1）1月1 6～2 1日，5天共碾砂4 2 5 7次，约循环4257×3/900=14次，每循环一圈的细度约变化0.26（每碾）。

因此，1月16日型砂AFS值49.15。从1月16日开始连续5天加入70/140目的新砂调整粒度，每碾加入60kg，1月21日型砂AFS值为52.84。

（2）1月2 5～2 7日，三天共碾砂2 1 6 5次，约循环2165×3/900=7次，每循环一圈的细度约变化0.22（每碾）。

表1　铸件砂铁比统计结果

表2　调整前的型砂粒度

表3　使用70/140目新砂调整后的型砂粒度

表4　使用140/70目新砂调整后的型砂粒度

因此，1月2 4日型砂AFS=52.44，当型砂细度达到52 ～53时，继续加入70/140目的新

砂对砂系统AFS的影响很小。从1月26开始连续三天加入140/70目的新砂调整，每碾加入60kg，1月28型砂的AFS为54。

4. 含泥量与除尘量对比

连续三个月含泥量与除尘量的对比情况见表5。

2～3月由于北方气候寒冷，冷的除尘管道在抽走热的粉尘后，管道内的粉尘遇冷凝固，如果管道清理不及时，堵塞现象频出，每天排放量4～8t不等，砂系统的含泥量波动较大，在此期间，只有通过增加除尘设备的风量及疏通管道，提高其除尘能力，降低含泥量；进入4月份后，温度逐渐升高，粉尘遇冷凝固现象不再出现，除尘量逐渐趋于稳定，平均排放达到每天7～8t，含泥量波动范围缩小。

降低型砂系统含泥量还可通过加新砂或降低辅料加入量，但存在一定弊端。

五、试验结论

（1）型砂辅料有效量调整膨润土晶体受热造成一定程度破坏，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”。铸件厚度增大，砂铁比低，浇注温度高和冷却时间长都都使膨润土的烧损量增多。

判断型砂中有效煤粉是否足够的最直接方法，是观察铸件表面的粗糙程度和有无粘砂。一方面，受到浇入金属液热作用，旧砂中一部分煤粉被烧损，需要补充。另一方面，新加入材料如新砂、混入芯砂和膨润土也需要靠加入煤粉，使其达到有效煤粉量的水平。混砂时煤粉总加入量是烧损量与额外补充量之总和（有效煤粉即相当于有效添加剂）。

（2）型砂粒度的调整高压造型的型砂粒度一般为50/140目，而树脂砂芯粒度多是50/100目或更粗些。芯砂混入量过多就会使整个湿型旧砂的粒度变粗，从而引起型砂透气性增高，铸件表面变得粗糙。为了保持型砂的粒度不致变粗，可将除尘系统的微粒回收到旧砂中，或是加入细粒新砂来调整。如上所提的铸造厂，当型砂的AFS达到48左右时，通过连续加入70/140目或140/70目的新砂调整。但是，由于铸件溃散入砂系统的芯砂量已经很大，如果型砂粒度不是粗化到难以承受的程度，不建议如此连续大量的加入新砂，否则会由于新砂量过大，对型砂系统的其他性能指标（含泥量、有效量及强度）带来影响。

（3）含泥量的调整含泥量的升高，会导致型砂透气性下降，浇注过程中会产生“气爆”现象，铸件就会因爆炸粘砂报废，因此型砂系统的含泥量不能过高。降低砂系统的含泥量可通过降低辅料加入量，但是有效膨润土量的降低会导致型砂强度下降，起型能力及抗夹砂能力降低。另外，有效添加剂量的降低，会导致型砂的抗粘砂能力下降。

如果增加新砂的加入量调整含泥量，首先需计算出各种新加入材料在浇注后的型砂中产生多少泥分，才能计算出这些泥分需要加入多少原砂才能够使型砂含泥量符合工艺规定。如上所提的铸造厂每碾加30kg的新砂，含泥量可降低0.1%。但是新砂加入量过多，不但造成资金的浪费，而且还会使型砂系统旧砂比例下降，使型砂性能降低，型砂发散，影响型砂的起模能力，砂型在浇注过程中出现冲砂现象。

因此，笔者认为如果能通过调整除尘设备控制砂系统的含泥量才是最佳选择。

总而言之，稳定型砂系统就是为了能够生产出品质优良的铸件。通过这一理念我们要不断地根据变化的生产条件调整型砂工艺，以满足生产需求。

表5　2014年连续三个月含泥量与除尘量的对比

20150205

作者简介：张宏奎、赵洪仁，一汽铸造有限公司技术中心。