湿型砂铸造混砂膨润土、旧砂煤粉怎样调整!

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膨润土在粘土粘结砂中的作用及变化

铸造用膨润土主要有钠基膨润土和钙钠膨润土两类,钠基膨润土是由天然钠基膨润土或人工钠化膨润土加工而成,以其复用性好和湿压强度高而受铸造行业欢迎。因具有良好的可塑性,可遏止铸件出现夹砂、结疤、掉块、砂型塌方等现象,加之成型性强、型腔强度高,便于金属行业浇铸湿态或干态型模,是精密铸件首选的型砂粘结剂。钙钠膨润土由天然基钙钠膨润土加工而成,是轻型铸件普遍采用的型砂粘结剂。它以实用和铸件清砂便捷而受用户欢迎。

与其他粘结剂相比,膨润土有一个重要的特点,就是它具有一定的耐热能力。只要加热温度不太高,脱除了自由水的膨润土只要加水,仍能恢复粘结能力。膨润土的粘结能力只有在加水以后才能表现出来。膨润土失去粘结能力,也与它的脱水有关。到目前为止,认为膨润土中的水分有三种形态:一种水是自由水,即膨润土颗粒吸附的水,加热到100℃以上,就可脱除自由水,脱除了自由水的膨润土,粘结能力不受影响;二种水是牢固结合水,110℃下长时间加热,膨润土可完全脱除自由水,但不会脱除牢固结合水。已完全脱除自由水的膨润土,再在较高的温度(如200℃,300℃)下加热仍会继续减重,说明仍有水分损失。膨润土经这样加热脱水后,只要加水,能完全恢复粘结能力;三种水是晶格水,也有人称之为结构水。晶格水只有在相当高的温度下才能部分或全部脱除。膨润土的晶格水脱除以后,即丧失粘结能力,成为死粘土。

不同的膨润土,丧失粘结能力的温度不同。由差热分析实验证明:一般来说,天然钠膨润土的失效温度为638℃,钙膨润土为316℃。人工活化的钠膨润土,由于活化条件各异,失效温度不一,但都低于天然钠膨润土。由此可见,粘土粘结砂中存在两种膨润土,一种是有效膨润土,另一种是死粘土。死粘土越多,粘土粘结砂性能越差。

钠膨润土在600℃以下加热,它的粘结能力基本上不受影响。加热温度超过600℃,就急剧地丧失粘接能力。加热到700℃以上,几乎完全丧失了粘结能力。钙膨润土在100℃以上,就开始缓慢地失去粘结能力。加热温度再提高,粘结能力的丧失就越明显。人工活化不好的钠膨润土,在最初使用时,失效温度仅略低于天然钠膨润土,几次反复加热后,就与钙膨润土相近。

当熔融金属注入铸型以后,如果贴近铸件表面的型砂被加热到800℃以上(有一些非铁合金达不到此温度)。不管你用什么样的膨润土,这部分型砂中的膨润土都会变成死粘土。这些死粘土,一部分随同型砂一道附在铸件表面上,被铸件带走,一部分留在回收的旧砂中。除了制造大型铸件,在铸造过程中,大部分型砂达不到这样的温度。但由于不同的铸造厂家采用不同厂家生产的膨润土,脱除晶格水的温度是不同的,脱除晶格水的速率也不一样。如采用容易脱除晶格水的膨润土,即使在并不直接接近铸件的型砂中,也会有较多的膨润土失效而变成死粘土。如采用不易脱除晶格水的粘土,产生的死粘土就会少一些。总之,膨润土添加量越少越好,粘土粘结砂中有效膨润土含量越高,受热而失效的膨润土就越多。



旧砂的控制


用粘土湿型砂造型、浇铸以后,除贴近铸件的部分型砂中活性膨润土受热失效成为死粘土外,大部分型砂可以回收使用。配制粘土湿型砂时,旧砂用量一般都在90%以上,如果对旧砂处理不当,无论怎样加强混砂,无论添加什么辅助材料,都得不到好的型砂。所以,对旧砂进行有效的处理,是保证型砂质量的前提。

为保证型砂的性能稳定,旧砂温度的控制应保持在50℃以下,超过50℃就算是热砂。热砂问题,已被公认为粘土湿型砂铸造必须面对的最大问题。型砂温度太高,铸件容易产生夹砂、表面粗糙、冲砂、气孔等缺陷。目前,型砂冷却装置的品种、规格很多,主要有冷却滚筒、双盘冷却器和冷却沸腾床等,都是利用水份蒸发冷却型砂。其中,冷却沸腾床效果较好。

严格控制旧砂水分很重要,进入混砂的旧砂水分太低,对混砂质量的影响可能并不亚于砂温过高。铸型浇注以后,由于热金属的影响,很多砂粒表面上的土-水粘结膜都脱水干燥了,加水使其吸水恢复塑性是很不容易的。旧砂的水份越低,在混砂机中加水混碾使之达到要求性能所需要的时间就越长。由于生产中混砂的时间是有限的,旧砂的水分越低,混成砂的综合质量就越差。进入混砂机的旧砂,水分只能比混成砂略低一点。这样,从砂冷却到进入混砂机还有一段相当长的时间,水可以充分润湿旧砂砂粒表面上的膨润土。

对于用粘土湿型砂制造的铸铁件,型砂的粒度以细一些为好。由于混砂时旧砂用量一般都在90%以上,决定型砂粒度的因素主要是旧砂。新砂加入量很少,不可能靠加入新砂来改变型砂的粒度。所以,应该经常检测旧砂的粒度:140目筛上的砂粒应在10%~15%之间,200目筛、270目筛和底盘上细砂的总和应尽量少,细砂的总和一般应少于4%。吸水细粉的含量最好将其控制在2%~5%之间,吸水细粉含量太高,会使型砂的水份较高,易于导致铸件上产生针孔、表面粗糙和砂孔的缺陷;吸水细粉含量太低,则型砂的性能(尤其是可紧实性)不易稳定。吸水细粉中主要是死粘土,还包括焦化了的煤粉细粒和其他细粉。


补加膨润土的量



混砂时,必须加入一定量的膨润土,使型砂中保有必要的膨润土量。膨润土含量通常用亚甲基蓝法测定,用亚甲基蓝法测得的膨润土量称之为有效膨润土的量。

新砂补加量



补加的新砂不宜太多,以保持系统砂总量稳定为原则。新砂加入量太多,会对型砂质量有负面的影响。我国铸造厂一般散落砂都较多,很多厂新砂补加量为5%~8%。当然,新砂补加量还要考虑很多因素,如设备条件、芯砂进入量。

煤粉补加量



煤粉补加的数量,须根据旧砂中有效煤粉的测定值来确定。粘土湿型砂中的煤粉含量大致上宜控制在3.5%~5.5%之间。当然,煤粉补加的数量还要根据铸件的特点、煤粉的质量具体确定。


混砂



混砂的主要作用是将粘土粘结砂中各组分混合均匀,使水份充分润湿膨润土,并使有效膨润土膏涂布在砂粒表面上。目标是使粘土粘结砂具有适应造型设备的性能,由于膨润土膏是半固态粘性物料,达到上述目标所需的能量很大。如果混砂设备的功率不高,或混砂时间不够,膨润土就不能充分发挥其粘结作用,型砂的强度不高,其他性能也不好。如果增加型砂中的水份,使膨润土膏的水份增高、粘度下降,就可以减少涂布膨润土膏所需的能量,即混砂时间可以缩短。但是,由于膨润土膏的粘度下降,型砂的湿压强度也急剧下降,这种办法实际上是不可取的。


为了减少混砂所需的能量,采用合理的加料顺序是很重要的。混旧砂时不要按习惯先加干料(砂和膨润土),干混一段时间,然后加水混匀。应先加砂和水混匀,后加膨润土,因为水已分散,没有较大的水滴,加入膨润土后只能形成大量较小的粘土球。压开这些小粘土球是比较容易的,需要的能量也较小。也就是说,用同样的混砂设备,得到品质相同的型砂,所需的混碾时间较短。国外有的铸造厂,在采用间歇式混砂机的条件下,混砂前先向混砂机中加水,运转几秒钟(当然设备方面保证水不泄漏)。这样,不仅有上述先加水的好处,而且可以在每次混砂前将碾轮和刮板洗净,增进混砂效率。


湿压强度



湿压强度的控制目标,一定要按照造型方法选定,绝不是强度高就好。强度愈高的型砂,造型时舂实所需的能量愈大。现在,不少铸造厂型砂的强度都太高。一些手工造型或震机造型用的型砂,湿抗压强度高达130~170kPa。用这样的型砂难以将铸型舂得很紧实,结果,铸件的表面质量不好,也容易产生缩松缺陷。


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