混砂和型砂主要性能的控制

混砂的主要作用是：將型砂中各組分混合均勻，盡可能地使水分潤濕膨潤土，成為粘土膏，并使粘土膏涂布在砂粒表面上。目標(biāo)是使型砂具有與造型方法和所用設(shè)備相適應(yīng)的性能。目前，需要嚴(yán)加控制的性能主要是可緊實(shí)性和強(qiáng)度。

由于粘土膏是半固態(tài)粘性物料，達(dá)到上述目標(biāo)所需的能量很大，如果混砂設(shè)備的功率不高，或混砂時(shí)間不夠，粘土就不能充分發(fā)揮其粘結(jié)作用，導(dǎo)致型砂的強(qiáng)度不高，其它性能也不好。

如果增加型砂中的水分，使粘土膏的水分增高、粘度下降，就可以減少涂布粘土膏所需的能量，即混砂時(shí)間可以縮短。但是，由于粘土膏的粘度下降，型砂的濕強(qiáng)度急劇下降，其他性能也隨之改變，這種作法實(shí)際上是不可取的。

 l、混砂時(shí)的加料順序

為了減少混砂所需的能量，采用合理的加料順序是很重要的。

很多工廠混砂時(shí)都習(xí)慣于先加干料（砂和膨潤土），干混一些時(shí)間，然后加水混勻。這種操作方法有三個(gè)缺點(diǎn)。

（1）混干料時(shí)粉塵飛揚(yáng)，污染環(huán)境且有害于工人的健康；

（2）混砂機(jī)抽塵會(huì)損失大量有效粉料；

（3）需要較長的混砂時(shí)間。

在混勻了的干料中加水，即使水加得很分散，也是一滴一滴地落在干料中。因?yàn)榕驖櫷潦怯H水的，加上水滴表面張力的作用，水滴附近的膨潤土很快聚集到水滴上，形成較大的粘土球，將這些粘土球壓碎并使它涂布在砂粒表面上是比較困難的，需要的能量也比較大。

如果先加砂和水混勻，后加膨潤土，因?yàn)樗逊稚?，沒有較大的水滴，加入膨潤土后只能形成大量較小的粘土球。壓開這些小粘土球是比較容易的，需要的能量也較小。

也就是說，用同樣的混砂設(shè)備，得到品質(zhì)相同的型砂，所需的混碾時(shí)間可以較短。

圖8是就兩種加料方法進(jìn)行試驗(yàn)所得到的結(jié)果。曲線1和2的差別是明顯的。型砂配方是：木里圖砂100%；外加黑山膨潤土5%；水3%。

混砂設(shè)備是實(shí)驗(yàn)室用的混砂機(jī)。

由圖8可以看出，為使型砂有合適的強(qiáng)度，用先加干料、后加水的工藝，需混17min；用先加砂和水、后加膨潤土的工藝，只需混13min。

使用大量返回的舊砂中，也應(yīng)先加舊砂和水，然后加膨潤土粉。

國外有的鑄造廠，在采用間歇式混砂機(jī)的條件下，混砂前先向混砂機(jī)中加水，運(yùn)轉(zhuǎn)幾秒鐘，后再加砂和干料。當(dāng)然，設(shè)備方面必須保證水不會(huì)泄漏。這樣，不僅有上述先加水的好處，而且可以在每次混砂前將碾輪和刮板洗凈，增進(jìn)混砂效率。

回收砂冷卻后先經(jīng)一次預(yù)混，對(duì)提高型砂質(zhì)量作用很大，新建砂處理系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該對(duì)此加以認(rèn)真的考慮。現(xiàn)在的砂處理系統(tǒng)中，因設(shè)備布置已定，很難增加預(yù)混設(shè)備，但如對(duì)此有充分的認(rèn)識(shí)，也許有可能采取某些補(bǔ)救措施。

2、型砂可緊實(shí)性的控制

粘土濕型砂的可緊實(shí)性，是一種反映型砂調(diào)制程度的參數(shù)，可以認(rèn)為是從手感推衍而來的。自1969年F. Hofmann、H. W.Dietert和A. L. Graham等人提出此項(xiàng)試驗(yàn)方法以來，很快就得到了廣泛的重視，現(xiàn)在已經(jīng)是粘土濕型砂重要的性能之一。

干、凈的硅砂流動(dòng)性好，在未經(jīng)緊實(shí)的狀態(tài)下的松密度高，大約可到1.5～1.7 g/cm3，而可緊實(shí)性則很低。硅砂加粘土和水調(diào)制后，砂粒表面的粘土膏阻礙砂粒的流動(dòng)，其松密度隨之降低。砂粒表面上的粘土和水調(diào)和程度越好，則型砂的可緊實(shí)性越高，流動(dòng)性越差，松密度也就越低。

采用手工造型工藝時(shí)，由人工舂實(shí)，只要型砂的強(qiáng)度不太高，流動(dòng)性差一點(diǎn)影響不大，所以型砂的可緊實(shí)性可以高些。

采用震壓式造型機(jī)造型，型砂是靠震擊時(shí)的慣性和機(jī)器施壓而緊實(shí)的，如果型砂的流動(dòng)性太差，就難以制得緊實(shí)度高而又比較均勻的砂型，所以可緊實(shí)性不宜太高。

采用高壓造型機(jī)造型時(shí)，雖然也有多種輔助的緊實(shí)措施，但主要是靠施壓時(shí)使型砂流動(dòng)而得以緊實(shí)的。型砂不能保持足夠的流動(dòng)性，就難以制得高質(zhì)量的砂型。因此，嚴(yán)格控制型砂的可緊實(shí)性在適當(dāng)而較低的范圍內(nèi)是至關(guān)重要的。

型砂的可緊實(shí)性太高，砂型不容易充分緊實(shí)，各處的緊實(shí)度也不均勻，會(huì)使鑄件的表面質(zhì)量惡化。

型砂的可緊實(shí)性太低，即水分不夠，粘土未能形成足夠的粘土膏，會(huì)導(dǎo)致鑄件上沖砂、夾雜物等缺陷增多。

（1）混砂時(shí)控制可緊實(shí)性

控制型砂的可緊實(shí)性在一比較窄的范圍內(nèi)，當(dāng)然主要是由混砂實(shí)現(xiàn)的?；焐皶r(shí)，控制可緊實(shí)性是控制型砂質(zhì)量的關(guān)鍵。目前，各工業(yè)國開發(fā)了多種通過在線檢測(cè)以自動(dòng)控制混砂過程的設(shè)備，其中，可緊實(shí)性都是必測(cè)項(xiàng)目。

雖然通過測(cè)定室溫、大氣中的濕度、回收砂的溫度和水分，可以自動(dòng)控制混砂時(shí)的加水量，但由于影響回收砂性能的變數(shù)太多，很難全面顧及，要將可緊實(shí)性控制在很窄的范圍內(nèi)仍然是非常困難的。

用同一條造型生產(chǎn)線，回收砂的性能可能因多種因素而改變，例如：

改變鑄件的品種時(shí)，砂型中的砂-鐵比改變，進(jìn)入回收砂中的芯砂量也不相同。砂-鐵比降低，則回收砂中的干砂和死粘土增多，混砂時(shí)就需補(bǔ)加較多的粘土和水；進(jìn)入的芯砂量多，則回收砂中的有效粘土量和水分都相對(duì)降低，也需要補(bǔ)加較多的粘土和水。

生產(chǎn)過程中造型線因故停止運(yùn)行一段時(shí)間，已澆注的砂型中鑄件停留時(shí)間延長，型砂吸熱量增多，會(huì)導(dǎo)致回收砂中死粘土增多。

不澆注的砂型增多、回收的散落砂增多，也都會(huì)導(dǎo)致回收砂性能改變。

從這方面看來，要保持型砂的質(zhì)量穩(wěn)定、一致，加強(qiáng)對(duì)回收砂的處理和管理是十分重要的。

（2）型砂送往造型機(jī)過程中可緊實(shí)性的變化

可緊實(shí)性的控制值是為適于造型而擬定的，當(dāng)然希望型砂進(jìn)入造型機(jī)時(shí)可緊實(shí)性的數(shù)值符合這樣的要求。實(shí)際上，盡管混砂時(shí)保證了可緊實(shí)性符合要求，在型砂自混砂機(jī)送往造型機(jī)的過程中，可緊實(shí)性的數(shù)值仍然會(huì)有可觀的變化。通常，在運(yùn)送過程中，可緊實(shí)性的數(shù)值可能降低3～6個(gè)單位，在回收砂質(zhì)量控制不好的情況下可能還會(huì)更大的差異。

實(shí)際生產(chǎn)中，在混砂機(jī)內(nèi)混砂的時(shí)間很短，混砂時(shí)所加入的水不可能均勻地分布在所有的粘土中，只能潤濕粘土顆粒的表面，或砂粒上粘土膜的表層，混砂終了時(shí)測(cè)定的可緊實(shí)性數(shù)值是這種較濕的粘土膏所賦予的。

型砂運(yùn)送過程中，這些較濕的粘土膏中的水既向大氣中揮發(fā)，又會(huì)向深層的粘土中擴(kuò)散，自身所含的水分有所降低，結(jié)果表現(xiàn)為型砂的可緊實(shí)性數(shù)值的降低。

要想型砂運(yùn)送過程中可緊實(shí)性數(shù)值不改變是不可能的，我們所應(yīng)該努力的是：通過對(duì)砂處理系統(tǒng)的優(yōu)化，和嚴(yán)格的過程控制，盡可能地使這種變化穩(wěn)定，以便于控制。

回收砂在進(jìn)入混砂機(jī)時(shí)的性狀，對(duì)型砂在運(yùn)送過程中可緊實(shí)性的變化有非常重要的影響。根據(jù)美國鑄造師學(xué)會(huì)造型工藝及材料分會(huì)就可緊實(shí)性的控制問題所作的一項(xiàng)調(diào)查研究，回收砂性狀的影響主要有以下三點(diǎn)。

砂型澆注時(shí)砂-鐵比（型砂質(zhì)量與澆注鐵液的質(zhì)量之比）低，則型砂在運(yùn)送過程中可緊實(shí)性降低的數(shù)值增大。

進(jìn)入混砂機(jī)的回收砂的水分低，則可緊實(shí)性降低的數(shù)值增大。這再一次說明，：落砂后盡早向回收砂中加入足夠的水，在砂處理系統(tǒng)中增設(shè)預(yù)混工序，都可使回收砂中保持較高的水分，混砂時(shí)只需加很少量的水進(jìn)行調(diào)整，對(duì)提高型砂的質(zhì)量大有裨益。

整個(gè)砂處理系統(tǒng)中型砂的周轉(zhuǎn)太快，回收砂從落砂機(jī)卸出到進(jìn)入混砂機(jī)經(jīng)歷的時(shí)間太短，也會(huì)使型砂在運(yùn)送過程中可緊實(shí)性降低的數(shù)值增大。

除此以外，型砂的溫度、室溫、大氣中的濕度等，都會(huì)影響型砂在運(yùn)送過程中可緊實(shí)性數(shù)值的變化。

3、型砂強(qiáng)度的控制

這里，要特別說一說對(duì)型砂的濕抗壓強(qiáng)度的控制。濕抗壓強(qiáng)度的控制目標(biāo)，一定要按照造型方法選定，絕不是強(qiáng)度高就好。強(qiáng)度愈高的型砂，造型時(shí)使型砂緊實(shí)所需的能量愈大?，F(xiàn)在，不少鑄造廠型砂的強(qiáng)度都太高。一些手工造型或震壓機(jī)造型用的型砂，濕抗壓強(qiáng)度高到130-170 kPa。用這樣的型砂，震壓機(jī)造型或手工造型，很難得到緊實(shí)度高而各處緊實(shí)度又比較均勻的砂型。結(jié)果，鑄件的表面質(zhì)量不好，內(nèi)部也容易產(chǎn)生縮松缺陷。特別是制造球墨鑄鐵件時(shí)，因縮孔、縮松而報(bào)廢的鑄件會(huì)明顯增多。

4、型砂性能的參考數(shù)值

粘土濕型砂對(duì)各種造型工藝的適應(yīng)性都很好，可以用于手工造型、震壓造型機(jī)造型、高壓造型、射壓造型、氣沖造型和靜壓造型等工藝條件。但是，在不同的工藝條件下，對(duì)型砂性能的要求有所不同。確保型砂的各項(xiàng)性能符合鑄造企業(yè)具體條件的要求，是保證鑄件質(zhì)量并使工藝裝備在良好狀態(tài)下運(yùn)行所必需的。

不同工藝條件下對(duì)型砂性能的要求見表4。

在各種性能檢測(cè)的頻次方面，建議如下：

每次混砂都應(yīng)檢測(cè)可緊實(shí)性和濕抗壓強(qiáng)度。

每小時(shí)檢測(cè)一次水分。

每一工作日檢測(cè)一次的項(xiàng)目： 

·活性膨潤土含量：

·濕抗拉或抗劈強(qiáng)度；

·透氣性(結(jié)果供參考)。

每一周檢測(cè)一次的項(xiàng)目：

·含泥量：

·系統(tǒng)砂的粒度分布：

·灼燒減量：

·有效煤粉含量。