垂直分型射压造型线型砂质量控制及生产应用

垂直分型射压造型线型砂质量控制及生产应用在粘土砂铸造生产过程中，型砂是关键，其性能控制得好与坏，质量稳定与否，将对铸件质量产生巨大的影响。

我公司的造型线为ZZ416垂直分型射压造型线，铁液采用中频电炉熔炼，铸件以薄壁铸铁（灰铸铁和球墨铸铁）件为主，产品包括汽车零配件、管道件、阀门件等。

我公司经过多年生产实践，在型砂质量控制方面做了大量工作，并取得了良好效果。

1原材料质量要求1.1原砂选用河北围场擦洗砂，含泥量<1.0%,SiO2>85%，原砂粒度70/140目。

由于垂直分型射压造型属高密度造型，为减少砂型受热膨胀，避免因砂粒受挤压从砂型表面脱落而引起铸造缺陷，粒度要求不宜过于集中，原砂最好采用4筛集中率85%以上，主峰筛（100目）量控制在40%以内。

新砂补加量在5%以下。

1.2煤粉煤粉灰份应<10%，煤粉含灰量过高，使得型砂含泥量增加，影响型砂使用性能。

含硫量≤1.5%；煤粉粒度≥95%以上的颗粒通过140目筛，并且煤粉不允许有大颗粒存在，因其在浇注过程中遇金属液燃烧时间长，阻止铁液靠近型壁，待铁液凝固后，便会造成铸件表面凹坑，影响铸件表面粗糙度。

挥发分的高低是衡量煤粉质量好坏的主要指标之一，好的煤粉挥发分含量较高，浇注时，型腔内易形成还原性气体，析出大量的光亮碳，提高铸件的外观质量。

但挥发分超过40%，型砂发气量增大，铸件易产生气孔、浇不足等缺陷。

因此，挥发分一般在30%-38%。

1.3膨润土选用钠基膨润土。

湿压强度≥120kPa，吸蓝量（g/100g）≥38，粒度过200目≥90%。

2型砂性能质量控制2.1湿压强度如果型砂湿态强度不足，在起模、搬运砂型、下芯、合型等过程中，砂型有可能破损和塌落；浇注时砂型承受不住金属液的冲刷和冲击造成砂孔缺陷，甚至铁液泄漏。

一般用湿压强度来表示型砂湿态强度，一般控制在150-200kPa。

2.2透气性型砂的透气率不可太低以免浇注过程中发生呛火和铸件产生气孔缺陷，但绝不能理解为型砂透气率越高越好。

因为透气率过高表明沙粒间孔隙较大，金属液易于渗透而造成表面粗糙，还可能产生机械粘砂。

湿粘砂的透气率根据浇注金属的种类和温度、铸件的大小和壁厚、造型方法、型砂的发气量大小等决定，一般控制在90-160。

2.3紧实率和含水量紧实率和含水量是衡量型砂综合性能的重要参数。

湿型砂水分一定要适中，否则膨润土未被充分润湿影响混砂，进而导致造型起模困难且砂型发脆易碎、表面耐磨强度低，铸件易产生砂眼和冲蚀缺陷。

一般紧实率控制在32%-40%，最佳34%-38%。

高密度造型用型砂含水量在2.8%-3.8%。

型砂的紧实率/含水量比值一般在10-12。

2.4含泥量高密度造型最理想的铸铁用型砂含泥量（含煤粉）为10%-13%，不应≥14%；理想的旧砂含泥量为8%-11%，不应≥12%。

2.5有效粘土型砂的有效膨润土是指全部仍然具有粘结能力的膨润土。

一般高密度造型的有效膨润土控制在6%-8%。

2.6有效煤粉量（燃损）煤粉高温下气相分解，在砂粒表面沉积形成“光亮碳”，防止铸件表面粘砂，提高铸件表面质量。

如果型砂中有效煤粉含量过高，同时型砂透气性又较差，因型腔内气体量增大，铸件易产生气孔、冷隔、浇不足等缺陷。

为此大多数铸造企业通过测定型砂及附加物的发气量，计算有效煤粉含量，一般控制在3.0%-4.5%。

根据我们的经验并参照其他企业做法，我们将测定有效煤粉含量的方法改为测定型砂挥发分。

挥发分的测定时将样砂放入的坩埚并置于马弗炉内，在649℃下煅烧1h后称重测得。

现场通过型砂挥发分量的变化来控制有效煤粉含量更切合实际，测发气性不是很准确，原因是型砂中有机物（砂芯）等也是发气的，不易分辨。

一般型砂挥发分含量控制在2.0%-3.0%（质量分数）。

2.7粒度型砂粒度直接影响透气性和铸件表面粗糙度，但原砂粒度并不能代表实际型砂中砂子的粒度，因为在铸造过程中部分砂粒可能破碎成细粉，另一部分可能烧结成粗粒，而且不同粗细的砂芯溃碎后也会混入旧砂，因此应将测定含泥量的型砂用筛分法测定粒度，一般型砂粒度AFS值控制在55—65。

2.8回用砂（旧砂）质量控制（a）回用砂的降温：因垂直分型造型线为造型、浇注连续作业，回用砂反复循环使用，其温度的高低将直接影响型砂的温度，从而影响型砂的整体性能：其一，热砂有粘贴在较冷料仓壁的倾向并形成料斗缩管，使系统砂中只有少部分被频繁使用，砂的周转率增加速度，使系统砂中只有少部分被频繁使用，砂的周转率增加速度，使砂温进一步升高；其次，热型砂与模具接触，由于水分凝结而粘结在一起，脱模时造成型腔表面粗糙及砂粒松散；其三，砂温越高，砂型水蒸气压越大，砂型表面的水分蒸发速度越快，风干现象越严重，风干后的型砂强度更低，浇注时铁液冲刷型腔内的风干砂导致铸件产生砂眼缺陷。

因此如何降低回用砂温度，将成为造型线能否生产出优质铸件的关键因素之一。

回用砂温度控制的目的是最终向混砂机输送的旧砂温度应低于45℃。

最佳方法是在落砂机后安装冷却装置（冷却滚筒、沸腾冷却床、双盘冷却器等）。

其中沸腾冷却床冷却效果较好，因回用砂在沸腾冷却床中翻腾与喷水雾同时进行，从而增加了水与砂的接触面积和时间，达到降低砂温之目的。

而传统的做法向传送带上的砂子喷水并不能有效地冷却回用砂，是不可取得。

其原因是，传统方法中的水没有足够的时间与所有砂粒充分接触，并且局部热砂和水的混合物有可能使周围空气的湿度达到饱和，在此情况下不可能将水由液体转变为气体，并把形成的水蒸汽有效排除。

（b）回用砂（旧砂）水分控制：为了更好利用回用砂中的膨润土，回用砂必须在进入混砂机前保持充足的水分，以便膨润土吸收更多的水分，更大发挥回用砂中膨润土的粘结作用以及减少膨润土的加入量。

因此应在砂处理系统中尽可能在早期添加水，混砂前回用旧砂含水量保持在混制型砂水分的70%-80%，使膨润土有充分的膨涨时间，前提是不堵塞任何砂处理设备。

这样，不仅能缩短混砂时间，也可缩小混制后型砂湿压强度的波动范围，混砂效果好。

因此要求回用砂进入旧砂斗中有足够的滞留时间，旧砂中的有效粘土就会部分复水。

（c）回用砂中芯砂的影响：砂芯的加入对湿型砂性能有影响。

铸型浇注后仅有部分砂芯的砂粒表层数值被烧坏，而未被烧掉的仍滞留在型砂中，因砂芯打部分是覆膜砂芯（以树脂为粘结剂），芯砂表面树脂不亲水，补加的湿润膨润土很难与其粘结，导致产生脆性型砂。

脆性型砂不能保证砂型棱角处的质量，而且随着铁液的冲刷极易产生砂眼。

此外，脆性型砂还会给起模带来不良影响。

为了防止芯砂的加入对湿型砂的影响，加入新砂的量应保持在混制沙总量的2%--5%。

并且在安排铸件生产时应注意有芯和无芯产品的合理搭配，尽可能减少型砂中的芯砂量。

3生产应用3.1混砂工艺混砂过程首先应做到将砂、膨润土、水及附加物混和均匀；在揉搓各种材料使粘土膜均匀包覆在砂粒周围。

加料顺序一般是先将干料混合，再加水湿混。

但经观察，型砂经过松砂后总有些像小米粒大小坚硬的砂团包裹在型砂中，其成分实际上就是膨润土和砂子的烧结物和粘土球，该砂团遇水就开。

所以混砂工艺建议改为，加砂后先加水湿混化解粘砂团，再加其它粉料。

旧砂+新砂+水（最好为雾化水）；湿混15s后，加膨润土+煤粉+添加剂，混120～150s。

混砂时间不易过长，否则砂子发热降低流动性，强度反而受影响。

3.2造型造型前应先预热模板（尤其是冬天寒冷季节），使其温度高于型砂5℃为宜，起模时不粘模，表面也不干燥，铸型表面光洁。

3.3型砂检测一是严格原材料的进货检验（包括原砂、膨润土、煤粉等）；二是加强型砂的在线检测，对型砂性能进行定期检测，及时发现问题并及时解决。

3.4型砂好坏的判断有些企业认为，可以“用湿压强度的值”代替“有效膨润土的值”来决定混砂机中膨润土的添加量，这种观点是不成立的。

简单说，在型砂中的膨润土和死粘土都产生湿压强度，增加死粘土的量，而紧实率不变，湿压强度的值也会增加，所以湿压强度会有误导作用。

在考虑湿压强度的时候还要同时考虑其他性能和有效粘土、含泥量的结果。

“有效粘土含量测试”是唯一能够测定型砂中膨润土含量的方法。

在保证有效粘土含量的前提下，混砂现场应重点控制型砂紧实率，使型砂中的膨润土和水分比例适中，充分发挥膨润土的粘结作用，避免因水分过多使型砂出现自由水的现象。

3.5浇注应快速、高温、连续浇注，快速充型；否则易产生串气、冲砂，形成水分迁移（俗称放炮），造成砂型损坏，出现铸件废品。

4主要缺陷分析与对策4.1砂眼砂眼是由于浇注系统或型内掉有砂粒或因铁液冲刷型壁，零散砂粒掉落引起。

如果型砂混制位置与造型线距离较远，湿砂型在皮带输送过程中，型砂表层脱水强度急剧下降，北方天气干燥季节中“风干”现象更加严重，应引起注意和重视。

另外旧砂反复使用若型砂中的灰分、含泥量过高，将导致型砂韧性低发脆、起模性能差，使砂型的棱角和边缘破碎，引起砂眼缺陷。

防止砂眼措施：①采用优质膨润土，根据季节（干燥、潮湿等）变化，合理控制型砂水分，提高型砂强度；②调解旧砂除尘设备，将旧砂含泥量控制在12%以下，造型处型砂紧实率提高为34%-38%，含水量为3.2%-3.8%，使紧实率与含水量的比例在10—12的范围内；③型砂中加入少量淀粉，提高型砂韧性，降低起模摩擦阻力，增强表面风干强度；④及时调整旧砂中芯砂含量，适当延长混碾时间。

4.2粘砂粘砂是由于铁液渗透铸型而产生的表面缺陷。

采取的对策为：①采用粒度较细、分布适中的原砂，提高型砂的流动性和紧实度（铸型硬度控制在90左右），减少铸型表面的空隙；②使用高效优质煤粉，控制型砂中的有效煤粉含量即挥发分，减少铁液表面氧化及对砂型表面的湿润和渗透；③适当减低浇注温度，减少铁液压力。

4.3球铁件气孔气孔防止：①提高型砂透气性；②控制型砂煤粉加入量及水分和芯砂含量，减少型砂发气量；③模板上合理布置排气槽，利于铸型内气体向外逸出；④适当提高浇注温度（>1380℃）和速度，在浇包液面上撒冰晶石粉。