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型砂的煤粉量

湿型铸件防止粘砂和改善表面光洁程度最主要的型砂加入物是煤粉。但是市售煤粉良莠不齐。以下将讨论煤粉的质量、有效煤粉含量、煤粉代用品和国外应用的新情况。
1)煤粉的质量
  较好的煤粉应符合以下几种性能指标:
a)灰分不大于10%(越低越好,国外一般商品煤粉不大于7%)。煤粉灰分和含水量的测业目的是检查煤粉中残留的矸石量有多少。曾有个别煤粉加工供应商故意惨入矸石甚至用加工炼焦用煤时洗选排出的矸石废料冒充煤粉,所含灰分高达25%-76%。铸造工厂使用后不能防止铸件粘砂,而且产生大量砂孔、气孔缺陷。
b)挥发分在30%-38%之间(最好为32%-37%),挥发分的测定目的是确定煤粉的原材料烟煤的品种。如挥发分低于30%,表明煤质不纯。如高于38%,可能某中含有气煤。
c)焦渣特征5-6级(3-4级尚可用)。测定挥发分后观察坩埚中的残留物即可得出焦渣特征,热干馏过程中生产气固液三相胶质体的多少和持续时间长短。焦渣特征5-6级的煤粉抗粘砂性能最好,这样的煤粉在浇注时能够堵塞表面砂粒间的孔隙,又不使砂粒形成粘结在一起的粗颗粒。
  d)光亮碳生成量10%-18%(最好在12%以上)。光亮碳是在还原性气氛中煤粉的挥发物在高温下进行气相热解而沉淀出的微细结晶,它包覆在型腔砂粒的表面上,使砂粒不被铁液润湿,从而防止粘砂缺陷。检测时需要用专门的仪器设备和较熟练的技术,国外有几家单位能够测定。
2)有效煤粉含量
  知道型砂中能起作用的有效煤粉是否足够,旧砂中残留煤粉还有多少以后,就能决定混砂时应补加多少煤粉。国外采用的方法是测定型砂和旧砂的挥发分、灼烧减量、全碳量等来间接推测煤粉的有效含量。这些试验比较繁琐和旨时,而且得不出有效煤粉的具体数字。我国用测定发气量的办法比较少时,几分钟即可测定和计算出有效煤粉含量。原理是根据有效状态的煤粉和受热后发生气体,先测出0。10g煤粉发生气,再由1。0g型砂的发气量计算出型砂的有效煤粉的含量(%)。应用时需注意:
   a)各厂所用煤粉质量不同,每1%有效煤粉的发气量相差很大,例如两家工厂计算出含有效煤粉量同样为6%,一家铸件表面很差;另一工厂铸件表面不错。为了让不同工厂之间能够相互比较,建议只用每1g型砂发气量(mL/g)而不用含量(%)来说明有效煤粉量。通常高密度造型的型砂发气量可以在14-22mL/g范围内,普通机器造型的型砂发气量可以在20-26mL/g,根据铸件大小而异。
  b)型砂中含有溃散的树脂砂芯,受热后也发出气体,不能与煤粉的发气量区分开。但是砂粒上的残留也能起防粘砂作用,可以用煤粉含量计算在一起。
3)煤粉的代用品
目前我国有多种煤粉代用品商品供应。例如植物树脂、含油膨润土和淀等材料可用来替代煤粉。其中淀粉材料和抗粘砂效果与优质煤粉基本相当。但只适合用来生产灰铁铸件,如用于生产球铁件有可能产生皮下气孔缺陷,因为不能产生足够还原性气氛。也有的商品是以煤粉为主,掺加少量其它材料。可能也有抗粘砂效果。但还有些“煤粉代用品”商品,其具体配方不详,又缺乏质量评价和检测标准。用户应当慎重选择,靠通过浇注试验来判断。可用小混砂机,加入同样的新砂和膨润土,分别加入不同抗粘砂材料,混制的型砂应设法保持透气率相同或接近期内,造型硬度相同,浇注温度相同。比较铸件表面光洁程度,然后即可做出选用决定。国外抗粘砂商品主要有两类:
   a)高效煤粉:在煤粉中加入20%-40%高软化点石油沥表,使其光亮碳含量提高到12%-20%,抗粘砂能力大为提高。现在我国也有几家分司供应高效煤粉。
   b)混合附加物:是优质膨润土与段质煤粉的混合物。如有特殊需要,也可再加入淀粉、木粉等材料。大型铸造工厂中,同一条生线中的产品特征接近,膨润土与煤粉的比例不需经常改变。采用混合附加物易于控制管理,设备简化。配方由供需双方的工程师根据具体的铸件生产条件共同制定。用散装缺罐车运送到车间,气力输送进材料罐。用户混砂时只加一种附加物即可。
4)煤粉补加量
单一砂混砂时煤粉的补加量首先取决于煤粉本身的品质优劣如何。同时也受砂/铁比、铸件厚度、浇注温度、冷却时间、清理办法、对铸件表面光洁度具体要求等等因素的影响。德国有些工厂表示煤粉补加量的单位为每100kg铁液和每1%光亮碳形成物(即有效煤粉)的煤粉补加量kg。例如Mettmann铸造工厂统计生产中光亮碳形成物/100kg铁。这种表示方法比较麻烦。南方化学公司的实例所采取的 单位是浇注每吨铁的煤粉补充量(kg/t Fe)。所给实例的砂/铁比10:1,ECOSIL煤粉消耗量18 kg/t Fe。即浇注每吨铁液用10吨型砂,其 中补加18 kg/t Fe。折合混砂时煤粉补加量为0.18,如果按照我国大多数工厂砂/铁比6:1左右,则ECOSIL煤粉混砂加入量应为0.30%。根据铸造手册“造型材料”(第2版103-104页)介绍,我国东风汽车公司、一汽铸造有限公司、中国一拖集团公司、上海汽车发动机公司和南京泰克西铸铁有限公司的高密度造型线湿型单一砂配方14种。混砂时煤粉加入量最高者3%-4%,最低者0.3%-0.5%。另外一汽、泰克西、上海发动机厂的震击造型单一砂4种。混砂煤粉加入量最高者3%-5%,最低者1%-1.25%。上述我国工厂中的煤粉补加量绝大多数比南方化学公司的实例高很多。其原因在于这些工厂所用高效煤粉品质低。近几年我国个别工厂使用高效煤粉的经验表明,一般湿型铸件单一砂的混砂煤粉补加量在0.15%-0.3%之间,个别厚大件为0.5%。抚顺某厂的气冲线砂铁比平均11:  1.同一车间内挤压线砂铁比平均7:5:1,两条线共同砂处理系统混砂的高效煤粉加入量仅为0.08%-0.12%,低于德国ECOSIL煤粉混砂加入量。由此可见,即使高煤效粉价格稍高(不到普通煤粉的两倍),但消耗量仅为普通煤粉的几分之一.使用高效煤粉不仅生产成本大幅度下降,还节省了贮存和运输费用。而且型砂中含混量、含水量大幅度下降,韧性、透气率、起模性得到提高。不但铸铁件的铸造表面光洁,而且气孔、砂孔等缺陷明显减少。有个别机械化大量流水生产高表面光洁度复杂铸铁件的铸造厂,其克服机械粘砂的措施,主要不是依靠湿型砂本身,而是依赖对砂型全面涂料,而且是在喷涂水基涂料之后,用大火焰喷枪大火喷烤的作法,使砂型线表层脱水干燥,涂层固化。对于这种工艺手段下的湿型砂性能,所用膨润土煤粉的特征和加入量对表干后砂型线表性状的影响,以及砂处理系统的监控等,均有不同于通常湿型砂的特殊处,还有待进行深入的试验研究,才能定论。