鑄造砂
鑄造生產中用來配制型砂和芯砂的一種顆粒狀耐火材料。在用粘土作為型砂粘結劑的情況下,每生產1噸合格鑄件,大約需要補充1噸新砂,因此在砂型鑄造生產中鑄造砂的用量最大。
簡史
中國在公元17世紀已使用硅砂作造型材料,用于制造鐘、鏡、鍋和火炮等鑄件。但早期使用的多為含粘土的天然硅砂即山砂和河砂,它有較好的可塑性,可直接用于制造鑄型和型芯,適于當時手工生產的條件。鑄件進入工業化的大規模生產后,特別是造型機械化后,這種含粘土的天然硅砂性能的均一性差,型砂的質量難以控制,不能滿足工藝要求,因此開始建砂廠,對天然硅砂進行水洗、擦洗、精選,得到各種高質量硅砂。或將硅石破碎制成的人工硅砂。同時,也擴大了各種非硅質砂的使用。樹脂砂造型造芯工藝的應用和發展,對鑄造用砂的質量又提出了更高的要求,如細粉少,比表面積小,耗酸值低等。此外,對砂粒大小形狀和粒度分布狀況也有了新的要求。一些缺乏優質砂源的國家還發展了硅砂浮選技術,以提高硅砂的品位和質量。
基本要求
鑄造砂應滿足以下的要求:
①較高的純度和潔凈度,以硅砂為例,鑄鐵用砂要求SiO2含量在90%以上,較大的鑄鋼件則要求SiO2含量在97%以上;
②高的耐火度和熱穩定性;
③適宜的顆粒形狀和顆粒組成;
④不易被液態金屬潤濕;
⑤價廉易得。
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③適宜的顆粒形狀和顆粒組成;
④不易被液態金屬潤濕;
⑤價廉易得。
顆粒形狀和組成
鑄造砂的顆粒形狀和顆粒組成對型砂的流動性、緊實性、透氣性、強度和抗液態金屬的滲透性等性能有影響,是鑄造砂質量的重要指標。
顆粒形狀
鑄造砂的形狀一般分3種。
①圓形砂:顆粒為球形或接近于球形,表面光潔,沒有突出的棱角。
②多角形砂:顆粒成多角形,且多為鈍角。
③尖角形砂:顆粒成尖角形,且銳角較多。鑄造砂的顆粒形狀一般以角形系數(砂粒實際比表面積/球形砂粒理論比表面積之比)來表示。
顆粒組成
砂子的顆粒組成是用篩號來表示的,測定的方法是將經水洗去泥分烘干后的干砂倒入標準篩,再放到篩砂機上篩分,篩分后將各篩子上停留的砂子分別稱重,通常用標準篩篩分后砂粒最集中的3個相鄰篩子的頭尾篩號表示顆粒組成。
種類和用途
鑄造砂按礦物組成不同分為石英砂和特種砂兩大類,石英砂俗稱硅砂。
硅砂
主要礦物組成為石英,主要化學成分為SiO2。
①天然硅砂:因其化學成分,粒度組成不同,分別用于有色合金鑄件、鑄鐵件及中小型鑄鋼件的型砂和芯砂。
②精選天然硅砂:用于以有機物作為粘結劑的各種鑄鋼件型砂和芯砂。
③人工硅砂:用于精鑄、打爐襯或鑄鋼件的型砂和芯砂。
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非硅質砂
非硅質砂種類較多,用途各異。①石灰石砂:由石灰巖破碎而成,主要礦物組成是CaCO3,用于鑄鋼件的型砂和芯砂。②鋯砂:主要礦物組成是ZrO2·SiO2,用于大型鑄鋼件及合金鋼件的芯砂或砂型的面砂,或將其粉料用作涂料。③鎂砂:主要礦物組成是MgO,用于高錳鋼鑄件的面砂、芯砂,其粉料可用作涂料。④鉻鐵礦砂:主要礦物組成是鉻鐵礦FeO·Cr2O3,用于大型或特殊鑄鋼件的面砂、芯砂,其粉料可用作涂料。⑤剛玉砂:主要礦物組成是剛玉α-Al2O3,用于熔模、陶瓷型鑄造的制殼材料。⑥橄欖石砂:主要礦物組成是橄欖石(MgFe)2SiO4,用于鑄鐵件、有色合金鑄件以及高錳鋼鑄件的型砂和芯砂。⑦寶珠砂:主要礦物組成是Al2O3,耐高溫、易潰散、粒型好、抗酸堿侵蝕、破碎率低、回用性強等優點。是鑄鐵、鑄鋼、鑄銅、鑄鋁以及芯砂的理想造型材料。其性價比超過鉻礦砂,鋯英砂。
資源
自然界中硅砂資源充足,但適合鑄造用的SiO2含量高的天然硅砂并不太多。中國于1951年開始,對境內的鑄造砂資源陸續進行了普查,但主要限于交通干線和主要工業城市附近。普查結果表明,中國可用于鑄造的天然硅砂資源十分豐富,分布范圍很廣。內蒙古哲里木盟,天然硅砂儲藏量達數億噸,其顆粒形狀接近圓形,SiO2含量為90%左右,非常適合工業鑄造。福建晉江、東山的海砂,SiO2含量為94~98%。江西的都昌、星子、永修縣均有大量第四紀河湖相積沉硅砂,SiO2含量為90%左右,含鐵量低,堿性氧化物少,粒度均勻,是較好的湖砂。廣州、湖南等地有豐富的易破碎的風化砂巖,可加工成人工硅砂,其SiO2含量在96%以上,可用于鑄鋼件的生產。
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