浅谈粘土砂铸造

一．概述

粘土砂是以粘土（陶土）作粘结剂的型（芯）砂。粘土砂造型由于其成本低廉，适合于批量大规模生产，所以目前仍然作为铸件生产的最主要方式。粘土砂旧沙由于在循环使用过程中各组份的热分解，发生物理性能的变化，如未经再生就加以使用，将使型砂质量不稳定。据统计铸件废品率中30～40%为型砂质量引起，因此型砂质量的控制在粘土砂造型中起十分重要的作用。随着目前对铸件要求的提高，对型砂质量的要求也越来越高。

二．粘土砂造型中几种与型砂质量有关的常见缺陷。

1.气孔、浇不到、冷隔

粘土砂型砂的组成绝大部分为旧砂（85～95%），由于旧砂循环使用过程中经过反复热冲击，一些组分会出现热分解，发生物理性能的变化：

a. 粘土在砂型温度高于500度的区域，膨润土晶体结构受到完全破坏，就变成没有湿态粘结力的无效粘土以粉尘状态存在与旧砂中，成为旧砂泥份中的一种；

b. 煤粉炭化成为枯化物；

c. 不稳定的砂粒（包含杂质）会粉化。

这些衍生物共同成为旧砂的微粉。微粉含量超过一定的限度，微粉堵塞砂砾空隙就会造成型砂透气性差。而且无效粘土吸水能力比有效粘土强，从有效粘土中夺取有效水分，因此当无效粘土含量较多时，达到调匀所需的加水量就得增加。加大了型砂加水量，在某种程度上也就加大了型砂的发气量。由于发气量增加而透气性减少，浇铸时液体所收的阻力增大，必然导致侵入性气孔、浇不到、冷隔等缺陷的形成。

2.表面光洁度差（包括砂眼、毛刺、夹砂结疤等）

大量的无效粘土造成型砂的抗拉强度差、韧性低、透气性差。增大型砂的脆性，使型砂易塌箱、掉砂，在浇铸时砂粒容易掉落形成砂眼、毛刺、夹渣结疤等缺陷，进而影响铸件质量。

3.粘砂

无效粘土（死黏土）部分约占整个砂型重的2～5%，无效粘土的一部分在高温作用下包裹在砂粒表面上，烧结形成一层牢固的膜，不能用水洗掉，成为砂粒的一部分，这层膜又称为惰性膜。型砂经过无数次循环混制和浇铸受热，惰性膜将多层重叠包裹，这个过程又叫鱼卵石化现象。适当的鱼卵石化降低了石英含量，减轻型砂的热膨胀性，减少膨胀类缺陷。当鱼卵石化过度惰性膜太厚时，由于惰性膜溶点低，降低了型砂总体的sio2含量，使型砂耐火度（仅有1150度）降低，如果浇铸温度高于1400～1450度时易引起铸件表面粘砂，产生机械粘砂，造成铸件表面不光洁。

4.造型时掉砂、塌箱

死黏土没有粘结力，大量的死黏土造成型砂起模性差。使型砂易塌箱、掉砂。

5.粘模

由于死黏土含量增

加，这种型砂不仅不利于输送，而且在造型时容易脱膜。

6.旧砂中瓷化现象越来越多

包裹沙粒的粘土由于受高温的影响，可瓷化成膜，膜的厚度、总量在一定的范围内对粘土砂是有益的，但超过一定的界限就会影响粒度分布及均匀性，影响强度。

7.简单的人工筛砂

很多企业采用双砂制，简单人工筛分，加大量新砂和较多的辅料混制后用作面砂，背砂则是定期筛分。存在的问题较多；

a. 旧砂含泥量严重超过工艺要求（多数≥20%）；

b. 加水量超过(%)

c. 颗粒不匀，集中度很低；

d. 铸件表面光洁度不能瞒住市场对铸件的要求，尤其是出口铸件；

e. 相对废品率较高。

这一类型企业在我国铸造业中占相当大比例，其中包括一些产量上已形成较大规模（年产量超过10000吨）的企业，这些企业并不是不考虑旧砂的回收处理，而是受多方因素的影响。列如：完整的砂处理生产线投资大，工人维修保养素质相对低等。这些企业都是我们重点服务的对象。

综上所述，目前国内铸造业在旧砂回用中存在的主要问题是：

1. 微粉含量过高。

2. 砂温未能得到有效降低。

3. 有机旧芯沙污染型砂，型砂质量下降。

4. 大量淘汰旧砂，添加新砂，既增加成本又污染环境。

三．再生的意义

1. 对型砂方面；

有效去除型砂中的死黏土等微粉；

降低型砂水分加入量；

使型砂的分布粒度分布更匀；

降低新砂对型砂的污染，控制瓷化膜的总量；

降低新砂加入量；

型砂的温度，得到降低；

2. 对铸件质量方面；

提高表面光洁度；

降低废品率；

四.再生的使用方法及流程

1. 在线中加插再生系统

目前有简易的旧砂回用线，但含泥量较高，是旧砂粒度分布不匀，再线中加插再生机就可以解决问题。

2. 地面造型、无砂处理；

直接使用再生系统，再生的沙混制后作面砂，这样投资少，型砂的质量能得到有效控制。