湿型砂有效煤粉量(及英文摘要)-铸铁

湿型砂的有效煤粉含量

于震宗

（清华大学机械工程系北京100084）

摘要：发气量试验方法的优点是能够迅速和准确地确定型砂中有效煤粉的具体含量。国外常用的灼减量等方法则只能大致估计型砂的抗粘砂能力如何。简易形式的发气量测定仪可以方便地自行组装，并且具有良好的使用效果。

关键词：湿型砂；有效煤粉含量; 铸铁件

Effective Coal Dust Content of Green Molding Sand

Yu Zhenzong

(Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Abstract: The gas evolution test method has advantage of determining the effective coal dust content in green sand rapidly and accurately. The LOI and other test methods common used in foreign countries can only roughly estimate the tendency to prevent the sand burning-on defect. A simple gas evolution test apparatus can be easily constructed by DIY, it works quite satisfactorily.

Key words: green molding sand; effective coal dust content; iron castings

用来生产铸铁件的湿型砂中通常都要加入煤粉。煤粉所起的作用是防止铸铁件表面粘砂和改善表面光洁程度，而且能够减轻夹砂倾向。煤粉还有利于防止球墨铸铁件皮下气孔缺陷。型砂中原来含有的煤粉中有一部分经浇注铁液的加热作用变成不起作用的焦炭。混制湿型砂时需要补充加入适量的新煤粉，新加入煤粉量取决于旧砂中含有多少有效煤粉，以及型砂应当含有多少有效煤粉。但是多年来人们不掌握如何测定型砂和旧砂中的有效煤粉含量。

1 国外估计型砂中煤粉量的方法

国外工厂为了估计湿型砂抗机械粘砂能力，应用最普遍的办法是测定灼减量(即LOI）。实验方法是将型砂试料装入敞开的瓷坩埚中，在规定温度的马福炉内加热。使挥发性物质和可燃物质跑掉或烧掉，以总共减少重量比值为灼减量。美国规定在坩埚中称量25g烘干型砂，放置到982℃马福炉中加热2～3h[1]。德国规定称量5g型砂在850℃马福炉中加热至少3h[2]。Buhr测得76家加拿大灰铁和球铁铸造厂型砂灼减量在1～10％[3]；Bruemmer 测得105家欧洲铸铁厂的型砂灼减量在1.0～15.0％范围内[4]。各厂的型砂灼减量控制范围相差非常悬殊。其原因主要是测得的灼减量除了包含了煤粉以外，还包括煤粉受热丧失挥发分后形成的焦炭状物质。由于各厂型砂中积累的焦炭状物质数量多少不等，使得测出灼减量有很大差异。因而也就无法从灼减量推算出型砂中含有多少有效煤粉。还有极个别工厂试图使用定碳仪测定型砂含碳量来判断抗粘砂能力，也存在同样缺点。

有些国外工厂测定型砂的挥发分来估计湿型砂抗机械粘砂能力。将型砂试料装入有盖的瓷坩埚中，在规定温度的马福炉内加热。使挥发性物质跑掉后减少的重量为挥发分。美国测定挥发分方法较为特殊，称量50g试料，加热温度为482℃或649℃，加热1h。其他国家很少仿照采用。欧洲一般采用称量型砂5g，在900℃马福炉中加热5min。Hofmann 从德、荷、法等国5家工厂气冲线取样测得挥发分0.9～1.7％[5]。de May测定一家比利时工厂BMD冲击造型的型砂挥发分为0.96～1.96％[6]。与灼减量相比，各厂挥发分比较接近。从很多工厂的型砂挥发分测定数值看出，每1g型砂的挥发分重量大致在10～30mg左右。研究表明膨润土受热分解发出水分5～6％，假定通常机器造型的型砂含有膨润土5～7％，则1g型砂中膨润土分解产生水分约为2.5～4mg，成为由型砂挥发分推算出含有的煤粉量的障碍。到上世纪70年代以后，铸造工厂开始掌握用亚甲基蓝滴定方法测定型砂的有效膨润土量。有人提出测定出型砂的有效膨润土量后，将膨润土受热分解出水分量从挥发分总量中扣除，然后计算出有效煤粉量。但是整个测试过程比较繁琐费时，不适合在实际生产中做为快速检测方法控制型砂品质。

2 用发气量仪器测定有效煤粉量

上世纪六十年代初期，清华大学与洛阳第一拖拉机厂共同组成联合攻关小组，研究解决重量达274kg汽缸体等大型铸铁件表面粘砂和夹砂缺陷。工厂为生产大型铸铁件专门配制的面砂是用一半旧砂，一半新砂另加黏土和煤粉混制成的。当时发现一个难以解释的现象：用面砂造型铸造出汽缸体的表面品质还不如全部用背砂造型的铸件。虽然也怀疑混砂时补充加入的煤粉量可能太少，由于不知道旧砂中究竟含有多少未被烧损的有效煤粉，不知道面砂中应当含有多少有效煤粉，也不知道混砂时应该新补充加入多少煤粉。因此迫切需要找到能够检测出型砂和旧砂中有效煤粉含量的方法。

从资料中了解到国外有的单位靠测定铸铁湿型砂的灼减量等方法做为推测型砂抗粘砂能力的根据。考虑这些方法都无法得出型砂中所含有有效煤粉的具体数值，而且大多操作比较麻烦和费时，不适合铸造车间的型砂实验室快速检验应用。当时认为煤粉防铸铁件粘砂作用主要靠的是挥发分。如果在测定挥发分

时，设法将黏土分解发出的水汽凝结成液体。就

可以根据冷凝后的气体体积代表试料中的有效

煤粉量。

那时工厂中央实验室有一台用于测定芯砂

发气量的仪器，主要由管式电炉、热电偶和炉温

控制仪、冷凝管、滴定管和平衡瓶组成，并以橡

胶管相联接。结构示意图见图1。冷凝管的作用

是使水汽凝结成液态而不占体积。滴定管用于衡量气体容量。平衡瓶用于保持整个系统的压力相当于

图1 发气量测定仪简化示意图1—加热炉2—瓷舟3—冷凝管4—平衡瓶5—滴定管