混砂工艺和技术指导

混砂工艺和技术用碾轮式混砂机，多年来一直采用先干混和后湿混的混砂工艺。近来听说加入膨润土以前先湿混的效果更好，不知如何控制先湿混的加水量？但是德国爱里许混砂机采取先干混而后加水湿混，似乎混砂质量还好。为什么？

按照过去传统的混砂方法：加入旧砂、膨润土和煤粉后先一起干混一段时间，然后再加水湿混。这种混砂工艺的缺点是在干混过程中粉状材料容易偏析而落入混砂碾的围圈和碾盘的夹角部位。加水以后粉料的润湿较慢，需要延长混砂时间才能将粉料逐渐裹带出来。混砂机的加料顺序最好是加入旧砂和新砂后，立即加入全部加水量的70～80％进行湿混。混合均匀后再加入膨润土和煤粉等粉料。然后再逐渐补加其余水分使型砂的紧实率或含水量达到要求。这种先湿混的方案已经得到广泛应用，可能比先干混法的混碾时间缩短1/4左右就能混合均匀。有些采用人工加水方法的工厂开始推广先湿混方案时遇到困难是恐怕第一批加水过多而无法纠正。实际上细心的混砂工经过培训后还是能够逐渐掌握加水技术的。爱里许式混砂机的加水办法不同于其它混砂机，它是在加水前先将旧砂、新砂、膨润土和煤粉一同加入混砂机中混合，用传感器测定出加入的所有材料总体湿度，靠计算机确定需要加入的全部水量，一次加水混匀。由于爱里许机器的转子搅拌功能强，也能在很短时间内将型砂混合均匀。

C-2. 国内内绝大多数铸造工厂，尤其是中小型铸造工厂都是靠手捏和眼看来判断混砂碾中加水量是否合适。结果是型砂干湿程度波动很大，各种性能也都随之变动。请问怎样才能使混砂加水自动化？

国内有些大铸造工厂、外资和合资铸造工厂使用进口的型砂加水控

制装置。或是在混砂阶段陆续测定型砂干湿程度，自动确定是否需要继续加水。或者利用传感器测定混砂机称量斗或混砂机中各种材料的干湿程度一次自动加水。各种装置使用效果都比较理想。由于进口型砂水分控制仪的价格较贵，影响国内中小工厂推广应用。国内有几家高校和科研单位也曾研制成功混砂加水自动控制装置。据了解试用效果尚好。不过有的单位追求高技术水平而将仪器功能增多，例如可以在一次测量中还自动检测和调整型砂的强度。也有的还包括测量型砂的透气性、温度等。这样就使装置的结构变得相当复杂，价格提高，不是一般铸造工厂所能承担的。而且所增多的检测项目并不适用。因为混砂周期时间长度有限，如果湿混阶段测得含水量或紧实率还没达到预期程度，可以继续补加少许水分，依靠水的极強渗透力和润湿性，混砂几秒到十几秒钟后就能分散均匀，即可确定水分是否已经达到目标值。如果型砂强度还没达到预期值，虽然补加膨润土能够立即使强度有所提高，但是新补加的膨润土（尤其是活化土）吸水缓慢，在砂粒表面分散和包覆需要较长时间。型砂的强度随着继续混砂还会不断升高，补加膨润土时不能准确推测出卸料时型砂最终强度是否符合目标值。因此強度的检测结果只可以为以后混砂需要加入多少膨润土提供数据，不如在型砂实验室中测定强度更为方便和准确。至于透气性和型砂温度本来不属于混砂机自动控制范围，应当是型砂实验室的检测内容。总而言之，我国众多铸造工厂，尤其是中小铸造工厂，最迫切需要的是结构相对简单、价格比较低廉的型砂紧实率或含水量自动控制仪。

C-3. 我厂的高压造型线生产汽缸体铸件。用国产碾轮式混砂机，混砂周期时间三分钟，型砂手感性能不好，有些脆和不易起模。但又不能延长混砂

时间，以免供砂紧张。这种困境是怎样造成的？应当怎样才能改进型砂品质？

根据资料，可以查到囯产碾轮式混砂机产品目录给出数据，由生产率（t/h）除以每批加料量（kg），可计算出周期时间（min），分别为2.60~2.70 min/批。与实际需要相比，如此短的有效混砂时间严重不足，以致型砂性能逐渐恶化。笔者在日本看到丰田、三菱等汽车厂的碾轮混砂机周期都是6min。我国很多工厂混砂周期时间不足的原因是原设计的技术指标按照过去低密度造型、低强度型砂制定的。当时砂型的压实比压不足300～400kPa，型砂的湿压强度不高于70～90 kPa。使用的是钙基膨润土，而且品质有限，有效膨润土含量也不高。如今高密度造型用型砂的湿压强度一般都超过140 kPa，有的甚至达到200 kPa以上。都是用活化膨润土，而且树脂砂芯混入量增多都需长些时间混砂。原有的产品样本、设备说明书及设计手册上规定的混砂机生产率已不适用。如型砂需要量大，无法延长混砂时间，又没有空闲场地增添混砂机，最彻底的办法是攺造砂处理工部，改换使用高生产率混砂机。国内几家大型汽车厂纷纷引进外国转子混砂机的原因就在于此。但是更多的中小铸造工厂财力不足，没有条件购买昂贵的进口设备，采取以下办法虽不能彻底解决问题，但多少对型砂质量有一些攺进：①加強对混砂工人的培训和管理，充分利用一切非必要的停机时间。曾经有个别工厂的造型机上为大容量砂斗，工人就尽量缩短混砂时间以便尽快装满砂斗，提前休息和抽烟。应当将造型机砂斗改小，只用来供给10～12只砂箱造型。尽可能延长每一混砂周期的时间和要求工人不停地在混砂机旁专注混砂，随混随用。某拖拉机厂只是将混砂时间延长了半分钟就感到型砂韧性和起模性能大有改进。②

利用节假日和周末休息期间，将砂系统中的所有砂子翻混一两遍。混砂时只加少量水，不加其它附加材料。这样可以将旧砂中积留的膨润土和煤粉团粒尽量混碾均匀。对型砂性能必会有改进。③另外还要注意：每日下班前必须将混砂机中的积砂完全清除干净。经常调整刮砂板与底盘和围圈的距离，及时更换已磨损刮砂板。这样才能提高混砂机

C-4. 怎样确定混砂机的最适宜混砂时间？

可以在生产用混砂机中按照工艺规定混制型砂，对混完的型砂取样测定其湿态抗压强度。然后再延长碾轮混砂机的混砂时间0.5～1 min（转子式混砂机延长10~20秒钟）。混砂时添加少量水分以保持型砂紧实率基本不变，再一次测定型砂湿压强度，强度值将有不同程度的上升。如此每次延长混砂时间和继续测定强度。強度上升逐渐趋于和缓，直到强度不再上升，即达到“峰值强度”为止。由于接近平台区的强度升高极为缓慢，通常认为型砂强度到达峰值80～90％左右即为生产中最适合使用强度。达到最适合使用强度的混砂时间应当是混制该种型砂的正确时间，工厂可以据此更正工艺规定的混砂时间要求。清华大学曾检验山东某动力机厂型砂使用S14系列转子混砂机的混砂效果，发现达到峰值强度的混砂周期是4.5min，建议该工厂将混砂时间定为4.0min，明显高于设备制造公司推荐的混砂周期2 min。

C-5. 山西某厂添置了一台转子混砂机，标牌注明生产率每小时60吨，混砂机的电动机功率为60 kW。使用后发现混砂效果相当差。该混砂机的电动机功率是否不足？是否应当更换其它类型的混砂机？

型砂的混合均匀和型砂表现出优秀的性能，靠的是有足够的电能传输到型砂中。因此，混砂机需要安装较大功率的电动机来驱动混合型砂。分析比较国内外混砂机可以看出：混砂机的电机总功率（kW）至少应当是每小时生产率（t/h）的两倍以上，否则不可能在规定周期时间内混制出良好的型砂。例如Eirich公司的倾斜旋转底盘转子混砂机电动机功率与小时生产率之比大致在2.6～2.8；DISA公司的SAM-3和SAM-6的电机功率生产率之比基本在2.24～2.36之间；KW公司的WM混砂机基本在2.58～2.83；B&P公司的摆轮混砂机大致在1.92～3.00之间。而国产碾轮混砂机S1116、1118、1120、1122的比率较低，分别为1.47～1.85。国产S14系列转子混砂机电机功率与生产率之比仅为1.33和1.50，都显然过低。山西某厂的电机功率与生产率之比只是1.0，不可能在规定生产率之下混出好型砂。关键在于不论混砂机的类型如何，在混砂过程中没有足够的能量传输给型砂就不可能提高混砂效果。假定混砂机电机实际使用率为85％，可以估算出每吨型砂耗用电能量（kWh）。Eirich公司平均为1.81，DISA公司平均为1.87，KW公司平均为2.47。而国产碾轮式混砂机为1.48，转子式混砂机只有1.13～1.28，与进口混砂机相比差距明显。国内有些经济较富裕的大厂，为了同时保证高生产率和型砂质量，将原来的混砂机拆掉换成进口混砂机的原因即在于此。在不更换混砂机的条件下，唯一的解决措施是降低生产率和延长混砂周期一倍以上。以上讨论都是基于混砂机的制造质量和维护保养水平，即机械效率等都正常的情况下，否则问题会更加突出。也有铸造工厂恐怕延长混砂时间会使型砂温度提高，这成为不肯延长混砂时间的借口之一。实际上将每吨型砂输入电能提高到接近进口混砂机的型砂耗能