砂处理工艺 - 图文

湿型砂第三部分

湿型砂制备

目录 1 湿型砂的配方 1 2 混砂的批料 2 2.1 旧砂、原砂和溃散砂芯 2 2.1.1 旧砂冷却 2 2.1.2 旧砂降低粉尘 4 2.2 原砂（溃散砂芯）的加入 5 2.2.1 加入原砂的作用 5 2.2.2 溃散砂芯混入 6 2.2.3 原砂加入量 6 2.2.4 冲淡灰分需砂量 7 2.3 加水量的控制 8 2.3.1 造型性控制仪 8 2.3.2 槽轮式控制仪 9 2.3.3 紧实率控制仪 9 2.3.4 电容法 9 2.3.5 电阻法 10 2.4 膨润土加入量 10 2.4.1 膨润土烧损量 10 2.4.2 额外补充和总加入量 11 2.5 煤粉加入量 12

2.6 加入量的计算机控制 12 2.6.1 膨润土加入量自动控制 12 2.6.2 预防性自动控制 13 2.7 废砂排出 13 2.7.1 废砂来源和减少措施 14 2.7.2 湿型旧砂再生 16 2.7.3 废砂利用 18 3 混砂 18 3.1 常用混砂机 18 3.1.1 碾轮式混砂机 18 3.1.2 双碾盘混砂机 19 3.1.3 摆轮式混砂机 19 3.1.4 转子式混砂机 20 3.2 混砂效率和生产率 21 3.2.1 混砂效率 21 3.2.2 混砂机功率和输入能量 21 3.3 混砂机保养和维修 22

湿型砂的制备

要想制备出优良品质的湿砂型铸件，必须使用性能优秀的湿型砂。优秀品质湿型砂的获得，除了需要选用优质的原材料以外，还需要有一个合理的配方、一整套较为理想的砂处理设备，也还要有良好的混砂工艺。国内有些铸造工厂虽然所用原材料并不差，砂处理设备也基本齐全，但混制出湿型砂性能不够好，而且存在很多缺点。例如最常遇到的问题有以下一些：混砂的膨润土加入量不少，型砂吸蓝量也足够高，但湿态强度低，韧性低，起模性差，型砂中砂豆多，铸件砂孔缺陷多。这些问题大多是由于混砂设备维修保差不善，混砂制备工艺不良，混砂电能输入不足等原因造成的。另外，有的工厂遇到的问题是废砂排出量大。怎样才能把排废量降下来呢？

有关落砂、筛分、除尘、降温、湿度调节、混砂、松砂和输送等砂处理设备的工作原理和具体结构等方面内容有专门的专业书籍介绍。本文将首先简单介绍混砂原材料准备、配方的确定、混砂批料加入量的控制。然后重点讨论常用混砂机的类型和混砂工艺对型砂品质的影响。混砂机的混砂效率和混砂生产率。还针对有些工厂在混砂机的保养和维修方面不足之处，提出改善的建议。

1 湿型砂的配方

要想制备出优良的型砂，首先要有一个合理的混砂批料配方。而配方取决于对型砂性能的基本要求。不同类型的铸件和不同的铸件品质对型砂性能要求不同。不同的造型方法也对型砂性能有不同的要求。但是，同一种造型方法、同一种类型铸件和同样的品质要求，国内外的型砂性能要求是基本类似的，可以互相参考借鉴。至于混砂批料加入量的确定则各个工厂之间可能有较大出入。

下表中数值综合了一些国内外生产中小灰铸铁件比较稳定铸造工厂单一砂的型砂性能。各项性能都是从造型处（不是从混砂机处 ）取样的测定结果。含泥量是指型砂而言，不是旧砂含泥量。有效膨润土量是指5.00 g 型砂的0.20％浓度试剂纯亚甲基蓝溶液滴定量[mL]；有效煤粉量是指1.00g 型砂900℃的发气量[mL]。根据气候条件不同及运送距离不同，混砂机取样含水量可能需比造型机处提高0.2~0.4%，紧实率提高2～4％。性能的波动范围根据铸件大小、厚薄和结构、以及清理方法不同而异，一般情况可取中间值。挤压造型的紧实率取中间值及偏下。

手工造型 机器造型 高密度造型 紧实率 [%] 45～55 34～42 32～38 含水量[%] 透气性 湿压强度[kPa] 60～100 80～140 140～200 热湿拉强度[kPa] 1.5~3.0 2.0~4.0 2.5~4.5 有效膨润土量[mL] 35~45 45~55 50~65 有效煤粉量[mL] 14~24 22～28 18~26 型砂含泥量[%] 14~16 12~14 12~13 4.0～5.5 50～100 3.4～4.0 80～120 2.8～3.5 90～150 关于混砂的配比是很难做出确定的推荐。因为各厂所用的原材料品质不同，各种原材料在浇注时的烧损程度不同，旧砂回用的处理方法不同。以下表中单一砂混砂配比的条件是原材料为内蒙砂、优质膨润土、优质煤粉；砂铁比5～7；落砂时树脂砂芯混入旧砂中约占旧砂量的0.5～2％；无旧砂除尘冷却装置；铸件经抛丸清理。一般情况可取中间值。

间歇式混砂机所加入的各种材料称为“批料”。批料是以一次混砂的容量中各种加入材料所占的重量比例为单位的。工厂通常将旧砂和新砂量之和做为100%，其它加入物按超过100%计算。湿型砂批料的最主要组成除了旧砂和原砂以外，还补充加入水、膨润土，铸铁件湿型砂须要加入煤粉。另外，如有需要还可能加入?–淀粉或面粉。例如用单一砂生产中等大小铸铁件，所选用材料均为优质的，批料可能如下表：

配比（％） 手工造型 机器造型 高密度造型 旧砂 90～95 90～95 90～100 原砂(和溃散砂芯) 5～10 5～10 0～10 膨润土（优质） 0.6～0.9 0.8～1.2 0.7～1.1 煤粉（优质） 0.3～0.5 0.3～0.5 0.2～0.4 其它 如有需要，局部面砂加 ?–淀粉或面粉0.5~1 其中，水是就地取材，而且价格较低，铸造工厂并不关心水的耗用量对铸件生产成本有何影响。然而原砂、膨润土和煤粉可能从远方运来，对铸件生产成本占一定比率。但是，各种材料的加入量都是根据什么原则定出来的？不同工厂的各种批料加入量可能相差很多。例如从铸造手册的“造型材料”第2版103～104页的数据表上可以看到个别有名大厂中，高密度造型单一砂膨润土加入量可能高达2～4％，煤粉加入量可能为1～2％，都与前面表中的加入量有较大差异。其原因可能是所用原材料的品质不好，或者是混砂设备和混砂工艺不良。

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关于分别使用面砂和背砂的震压造型工厂，其面砂的性能要求基本上与上页表中单一砂接近。批料配方的原砂加入量大多在40～50％，因而膨润土和煤粉的加入量需要增多。本文将不针对面砂和背砂进行专门研讨。

2 混砂的批料

混砂的批料包括旧砂、原砂（新砂）和溃散砂芯，也还包括膨润土、煤粉和水。个别工厂为了提高型砂的起模性和韧性，还加入少许?–淀粉；也有工厂不用煤粉而是加入“煤粉代用品”。在本文中将不对?–淀粉和“煤粉代用品”进行讨论，仅重点研究一些对湿型砂品质产生重大影响的问题：例如旧砂的加工处理、溃散砂芯的混入、原砂的需要量、加水自动控制、膨润土和煤粉的需要量、废砂的利用、以及混砂机和混砂效率等。

2.1 旧砂、原砂和溃散砂芯

铸件落砂分离后的型砂称为旧砂，经过加工处理后提供给混砂机的旧砂又可称为回用砂。在落砂时，溃散砂芯也混入旧砂中。旧砂和新加入的原砂总量约占混砂批料的90～100％，是组成湿型砂的最主要成分。旧砂与原来型砂的区别是受到铸件高温作用后，型砂的温度大为增高，水分受热蒸发而降低，有效膨润土和有效煤粉减少，灰分和微粒增多。而且，会有一些异物和溃散的砂芯混入。旧砂需要进行一系列的加工处理工序，如筛选去除大块异物、磁选去除铁块和铁屑，以及冷却、除尘和调整含水量等，使旧砂成为合格的回用砂。然后在混砂过程中，补充适量的水、膨润土、煤粉和原砂，即可制备成可供造型用的湿型砂。 2.1.1 旧砂的冷却

高温的金属液在砂型中降温、凝固和冷却时，大量的热量传入砂型而使靠近铸件表面的型砂完全失去水分，这部分的型砂温度升高到接近铸件温度的红热状态。由于型砂的热导率较低，随着与铸件表面距离增加，砂温急剧下降。但随着时间的延长，远离型腔表面的砂层温度也将逐渐升高。在机械化流水生产的车间中，刚从落砂栅下来的旧砂平均温度可能高达75～90℃。旧砂经过整个运输和贮存过程后，进入混砂机前的旧砂温度会有下降。但是经过反复浇注的热量积蓄，旧砂温度不断上升而形成热砂问题。我国有很多铸造工厂在砂处理系统设计时缺少可选用的国产旧砂冷却设备，而且对整个砂系统容量的计算过紧，每日型砂循环次数过多，正式生产后都大多存在热砂问题，夏季热砂现象更为严重，造型处砂温可能高达50℃以上。有的铸造工厂可明显见到型砂的输送皮带上冒着大量蒸气。国外有些人提出造型时型砂温度如果超过40℃或45℃，或者比环境温度高12℃或20℃以上，就可认为存在“热砂”问题。 2.1.1.1 热砂的影响

型砂温度过高对型砂性能、造型操作、铸件品质和环境卫生都有不良影响，具体表现有以下几个方面：

⑴ 在保持紧实率一致的条件下，随着砂温的提高，标准试样的重量和湿压强度等性能都会下降。在实验室中测得冷后的型砂常温特性并不反映热态型砂的实际特性。 ⑵ 型砂温度高，所含水分很容易蒸发。混砂机中型砂的紧实率和含水量与造型机所使用的型砂有很大差异，使混砂作业中的加水控制困难。

⑶ 热砂蒸发出来的水蒸气凝结在冷的运输皮带上、砂斗中和模板表面上，而使其表面粘附一层型砂。粘附在皮带上的浮砂会掉落地面而污染作业环境；粘附在砂斗内壁的砂会使砂斗挂砂越聚越厚；模板上粘附型砂会造成起模困难，降低铸件表面的光洁度。

⑷ 砂型表面的热砂容易脱水变干，有的试验结果表明：在60℃时，砂型表面含水量第一分钟损失21.2％，2min时损失44.7％。变干的砂型表面强度低，棱角易碎，浇注时不耐金属液冲刷，容易造成冲蚀和砂孔缺陷。

⑸热砂型所蒸发出来的水蒸气凝结在冷铁和砂芯上，浇注时发生大量气体，使铸件产生气孔缺陷。 ⑹在开放式旧砂运输过程中，由于旧砂温度高和含水量少，砂中粉尘随着空气流和烟气向外散发，影响环境卫生。

2.1.1.2 旧砂降温措施

经过筛分、运输、储放、混砂、松砂?等工序后旧砂温度有所降低，在混砂过程中使型砂受到强力搅拌或碾压而又会少许提高其温度。另一方面，混制出型砂经过皮带运输机、松砂机和砂斗后温度也会少许下降。可以笼统地假定进入混砂机前的砂温与造型机处砂温大致接近。因此，要避免用热砂造型就必须降低进入混砂机前的旧砂温度。

如果型砂温度只是比室温仅高少许，为了防止热砂粘附模样，需要在模板上喷涂以煤油或轻柴油为原料的脱模剂。还可采用模板加热装置，减小型砂与模样的温度差异，避免水蒸气凝聚在模板上，

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从而减少起模时砂型损坏。需注意模板加热温度不可过高，以免型腔表面脱水降低表面强度和产生砂孔缺陷。

没有专门的热砂冷却设备的铸造工厂中，为了防止旧砂温度较高可以采取的预防性措施有多种，其中包括：

⑴加大砂铁比，以减少型砂受热强度。有人测定一灰铸铁工厂的砂铁比(S/M)为10、7和5时，落砂机下的平均旧砂温度分别为51.6℃、60.0℃和121.6℃，即砂铁比较大时砂温较低。

⑵加大砂系统的总砂量和减少循环次数，以减少热量积累。有人提出每天的旧砂循环次数不应超过三次，每班循环次数最好不超过两次。为此，回用旧砂库或旧砂斗的储放量应足够大，砂斗壁不挂砂，其可利用容积能供2～3h以上混砂使用。由多个旧砂库同时供砂可以使旧砂均匀化，而且使先进入的砂首先放出混砂。

⑶尽快打箱落砂，可以减少铸件冷却过程中传送热量给型砂。手工造型或地面浇注时这种办法是有效的。不过在机械化流水线上，铸件在砂型内冷却时间不可能随意改变。 ⑷依靠落砂机、六角筛砂机、带式运输机等设备的通风自然蒸发降温。

⑸向过筛后的输送皮带上的旧砂喷水，利用皮带上的和带式运输机接头处的吸风罩通风，使旧砂水分蒸发吸热降温。

对于中、小规模的铸铁工厂和浇铸温度较低的非铁金属铸造厂，以上各种措施都有一定的效果。但是对于大量流水生产的铸造工厂，即使采用了这些措施仍然会存在型砂温度过高的问题。在潮湿炎热的夏季，问题更加严重。就还应补充采用更有效的旧砂降温措施。目前公认解决热砂的更有效措施是“增湿通风冷却”。原理是利用回用砂中水分蒸发吸热来降低砂的温度。根据理论分析，100℃时水的汽化热约为2261kJ/kg，砂的比热为0.92，每蒸发1％水分，砂温可降低2261/(100×0.92) ≈ 25℃。浇注落砂后的旧砂含水量通常较低，不够蒸发冷却之用。需根据旧砂的砂量、砂温和实际含水量进行增湿，使旧砂中含水量增至3.5～4％。充分搅拌混合均匀后，在专门的设备中，在使砂松散和翻腾与空气良好接触的条件下强制通风，并且保持足够长的吹风时间，使旧砂中水分蒸发。冷却处理后，要求旧砂含水量最好降至1.5～1.8％。残留水分不应<1.25％，如果旧砂过分干燥，所含有的膨润土再度吸水和恢复粘结力的速度较慢，必须延长吸水混碾时间。冷图1 旧砂冷却提升机 却处理后旧砂的含水量也不可>2.0％，以保障旧砂不挂砂斗和流动通畅。有些铸造厂的型砂含泥量和最适宜含水量较高，以上所列举的数值需要适量提高。 2.1.1.3 旧砂冷却设备

在具有旧砂冷却设施的大量生产铸造工厂中，型砂的温度都能避免出现过热现象。例如日本三菱自动车公司要求型砂温度≤45℃，1992年4月下旬作者看到该厂实测砂温32~35℃。昆山丰田工业也要求型砂温度≤45℃，1999年8月实测混砂后35~42℃，造型前33~37℃。国内还有一些工厂安装有旧砂冷却装置，例如加西贝拉压缩机公司的挤压造型线4月份型砂温度达47～52℃。增添沸腾冷却系统后，平均型砂温度降为31.5～35℃，夏季也不过40℃左右。常州柴油机厂旧砂温度80℃以上，经增湿冷却后低于35℃。目前国内外冷却湿型旧砂的设备有很多种，简要介绍如下：

⑴冷却提升机：既能提升旧砂，又能使砂冷却。提升高度在7～14m，生产率15～80t/h。在国外曾被一些工厂采用，国内也有个别铸造工厂使用（见图1）。倾斜的提升机内带刮板胶带进行高速运转（提升速度2～2.5 m/s），将提升机底部的旧砂提升到顶部。遇到挡帘后部分砂仍返落到底部。所散发出的粉尘与热蒸汽由排尘通风装置吸走。但是热砂与鼓风的热交换时间大约只有4s左右，冷却效果不够大。 图2 双盘搅拌冷却机

(2)双盘搅拌冷却机：其结构类似双碾盘混砂机（见图2），1－加料口 2－沉降室 3－进风口 4－减速器

5－风箱 6－搅拌器 7－卸料口

机内有两个“十”字型旋臂，旋臂下面装有刮板，两只旋臂

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