12.铬铁矿砂在铸造生产中应用

10-30
在该厂生产条件下,为了保证混合料的湿态强度和复制性,在其组成中添加了耐火粘土。 这种混合料的制备时间比以砾石状的铬铁矿砂缩短 30-40%。
用 AXK-1 配制的面砂可浇注大型厚壁铬锰钢件而不会粘砂。例如重达 16.5 t（钢水重 33.5t）的 15XIM1φЛ钢件。由于灼烧减量小和混合料透气性好，消除了来自锰钢的气孔缺 陷。用 AXK-1 配制的 CO2 法水玻璃砂能保证碳钢或锰钢铸件的表面质量，混合料的使用寿 命达 2 昼夜。
1713 2050 1775 2800 2180
2.7 4.0 4.5 3.57 3.8-4.1
30~43×10-6 8.6×10-6 5.1×10-6 13.5×10-6 8×10-6
导热系数λ× 4.18J/cm·s·℃
400℃
120来自百度文库℃
0.02 0.03
0.05
0.0130
0.00
0.02
（4）铬铁矿砂通过细粒烧结，伴随着激冷作用和高残留热强度，消除了金属渗透。
作为结果，铬铁矿颗粒必须经过适当的清洗和筛分，以产生满意的铸造效果，最终的 颗粒外观是黑色光亮的，从次角形粗粒到角形细粒。粒度为 50 到 60 AFS 和 80 到 90AFS。 如果要用该矿来配制涂料，则必须通过粉磨机（如雷蒙磨粉机）研磨到 320 目或更细的粒度。
3 铬铁矿的特性
3．1 化学成分 表 1 列出了几种成分规格。由该表可知用于铸造生产的铬铁矿其 Cr2O3 应≥44% Fe2O3
2 铬铁矿砂（粉）的制备
铬铁矿砂（Feo·Cr2O3）为黑色或条痕褐色、半金属光泽，不透明矿物。其莫氐硬度 5.5~6.5，比重 4.3~4.8。铬铁矿砂由天然铬铁矿石加工而成。天然铬铁矿石由尖晶石和脉石 相两部分组成，这两部分通常是直接混合在一起的。尖晶石为（Mg.Fe）O(Al Fe)2O3 ,脉石 为蛇纹石[H4( Fe.Mg)3 Si2O9] ——水化硅镁，数量可达 2%~4%。这类杂质是以镁橄榄石、石 英、绿泥石和辉石的形态出现。
表 5 浇包衬里配方 Wt%
铬铁矿砂
西部膨润土 石英粉
氧化铁
耐火粘土
水
88.30
0.92
2.2
1.78
3.5
3.3
该混合物的容积密度为 289 g/升，透气度为 35，湿强度为 7.9 磅/英寸 2,湿态应变为 0.019。
混合料制备过程为:干态材料混 2min,加水,继续混 8min 以上。用手工将混合料打结到最大密
（5）铬铁矿砂是通用的，它可与各种粘结剂共同使用。
（6）铬铁矿砂对健康无硅砂那样的不利影响。
英国铸钢件研究协会对铬铁矿砂的金属渗透做过许多研究工作。它采用了一个底部连
结凸出园柱泥芯的铸型，将空气压力施加于金属液顶部以模仿 6 英尺高（≈1828.8 ㎜）的金
属压力。这次试验表明，铬铁矿砂的扰渗透能力比石英砂和锆砂好得多，这可能是由于铬铁
6 小结
1） 铬铁矿是一种优质的中性耐火材料，用于大型碳钢和锰钢铸件，可有效地防止机械 粘砂和裂纹等铸造缺陷，还可促进顺序凝固。
2） 铬铁矿砂能与各种铸造粘结剂共同使用，制备芯砂、面砂和铸造涂料，还可用来配 制浇包衬里材料。
3） 俄罗斯新开发的铬铝铁矿和铬铁精砂有一些特点，其混合料已成功地用于浇注大型 铸钢件（重 20t～50t）。
矿砂与金属液的接触面小以及钢液与铬铁矿砂接触时钢的熔化特性不良。
表 3 铬铁矿砂和锆英砂的抗渗透比较
铬铁矿砂
1
2
3
锆英砂
比
重
4.34
4.4
4.45
4.7
AFS 粒 度
59
46
82
113
被洗去的杂质
1.25
0.75
0.2
0
PH
值
8.7
8.5
8.0
7.0
金 属 渗 透%
28.57
14.28
0
42.87
4 实用配方举例
开采出的矿石经破碎冲洗通过 1/4 英寸振动筛，堆放成堆，然后转运到棒磨机上，通 过棒磨粉碎到它的自然尺寸，同时分离掉附着在颗粒上的低熔点物质。将通过棒磨机的铬铁 矿粉送到螺旋输送机上，在那里除去低比重的矿物，利用浮选将矿物进一步清洗。用各种方 法配成不同的粒度。然后将细粒抽吸堆放或储存。最后将矿物输送到廻转炉中烘干，矿石从 炉中卸出，冷却并装袋备用。众所周知，水化物如蛇纹石的存在对铸件质量有不利的影响， 在浇注时蛇纹石中的结合水析出会引起气孔缺陷，并造成金属渗透。
铬铁矿粉 (320)
莫来石粉 (320)
酚醛粉脂 聚乙烯醇缩丁醛 钠膨润土
甲醇
80
20
1.3-16
0.1-0.2
4-4.5
适量
该涂料用于一个悬臂形泥芯上,防止了该泥芯浇注后严重地被金属渗透而无法清除的缺
陷,落砂性能良好,该涂料目前仍在该厂和其他一些工厂使用。
3
5 俄罗斯新开发的铬铁矿材料
俄罗斯乌拉尔机器制造股份公司多年来一直使用巨砾状的铬铁矿和旧铬镁砖，碾磨成粉
铬铁矿砂在铸造生产中的应用
徐庆柏，王国平
（合肥工业大学 安徽合肥 230069）
摘要：简述了铬铁矿砂（粉）的制备过程矿物特性及其在造型混合料和涂料中应用 关键词：铬铁矿；铸造
1 引言
根据美国《MODERN CASTING》2007 年第 12 期公布的第 41 届全球铸件产量（2006 年）统计报告，我国 2006 年铸铁件产量为 2028.3 万 t、铸钢件为 381.1 万 t。随着铸件产量 的增加和对铸件表面质量要求的提高，对造型材料和涂料的数量和质量的要求也在不断增 加。铬铁矿砂（粉）作为一种特殊的耐火材料，也得到铸造工作者一定的关注。为了合理的 选择和使用这种材料，有必要对它的性能和用途进行较全面的了解。
小于 25%，SiO2＜3%
3．2 与铸造有关的特性 （1）铬铁矿具有优良的激冷特性，这种特性不减少热裂，但能影响温度梯度，促进
方向性凝固而不需用冷铁。 （2）铬铁矿是惰性的，因而不和其它金属氧化物发生反应，它不被锰钢水润湿。锰
钢铸件能很成功的使用铬铁矿砂。如果铸型是正常地刷涂料并且氧化硅含量低，则没有铁橄 榄石反应。
铬铁矿砂已成功地用于配制碳钢和锰钢用铸型和泥芯混合料，它可与各种粘结剂相容。 4．1 造型和制芯混合料
造型和制芯混合料配方见表 4。
2
铬铁矿砂 1 100 磅
干性油 1.25～1.75%
表 4 铬铁矿砂配方 硼砂
干燥剂
5～15%(按油重计)
交联剂
备注
2 100 磅 3 100 磅 4 400 磅 5 400 磅 6 400 磅
度,在低温下干燥 12 小时,经过初期干燥后,缓慢升温到矿石变为均匀鲜红色为止。
按照上述方法制备的衬料其寿命高于其它耐火材料,在使用期产生的渣少,因此,减少了
由于浇包渣引起的铸件缺陷和浇包焊接修理。
4．3 铬铁矿粉涂料
作者曾为合肥安东铸造有限公司配制了一种铬铁矿粉涂料，见表 6。
表 6 铬铁矿粉涂料度 Wt%
末，用来作为大型碳钢和锰钢件的抗粘砂造型材料，由于季节性的繁重开采以及炼钢平炉的
停止使用，不得不寻求新的抗粘砂材料，新开发的材料之一是从萨拉诺夫斯克地区矿石中得
到的铬铝铁矿（XAЖK），这种矿物不同于南非铬铁矿的地方在于其中空洞少和加工成精矿 时不需要冲洗。研究指出，XAЖK 抗粘砂性好，灼烧减量小（1.8%）。用它配制的面砂具有 足够的湿强度而不需要添加耐火粘土，在浇注重量＞50t 铸件时，能形成≤5min 厚的烧结层， 这种烧结层在清砂时容易剥离。
平衡（其余）
0．5
1
苏联 44min 25max
4 平衡（其余）
0．5 7——9
名称
石英 电熔刚王 锆英石 镁砂粉 铬铁矿
分子式
SIO2 AL2O3 ZrO2.SiO2 MgO FeO Cr2O3
化学性质
酸性 中性 弱酸性 碱性 中性
表 2 几种耐火材料的理化性质
熔化温度℃
密度 g/cm3
线膨胀系数α （1/ ℃） 20~1000 ℃
除了 XAЖK 外，俄罗斯某特殊钢光学机械厂曾实验了铬精矿（AXK-1），它是从阿拉 伯也夫斯克地区得到的矿石中通过水力选矿法选出的，粒度分布见表 7。
表 7 AXK-1 的粒度分布
筛网孔尺寸 mm
存留%
1
≤0.5
0.63,0.40,0.315
≤4.5
0.2,0.16,0.10
35-65
0.063,0.05,-0.05
1.25～1.75% 呋喃树脂 1.25～1.75%
西部硼润土 15% 12%
型芯油 15%
磷酸 40～60% （按树脂计）
谷类 2%
4%
3.5%
2.8%（按油重计） 20%（按油重计）
水 3～3.5%
2.5%
2%
煤粉 16%
铸钢 面砂 铸铁 面砂 型芯 砂
注意事项： （1）配制大型碳钢或锰钢铸件用混合料时，可用铬铁矿砂作面砂，石英砂或旧砂作背砂， 面砂需要量按每英寸厚铸件需 2 英寸厚面砂计算。 （2）粘结剂和干燥剂必须先混合，然后添加到铬铁矿砂中，再经长时间充分混合，以保证 粘结剂适当地包复砂粒，同时添加交联剂并充分研磨。 （3）铬铁矿呋喃树脂砂的需酸量比石英砂多约 10%，磷酸应先加入使其复盖砂粒，然后加 树脂，直至混碾终了。 4．2 用铬铁矿砂作浇包衬里 铬铁矿砂也可用作浇包衬里，配方见表 5。
4
参照文献： 1、 中国机械工程学会铸造分会《铸造世界报》2008 年第 1 期 2、 （美国）“Foundry Management and Technology Vol 99 NO3,March 1971 3、 (俄罗斯) Литейное Производсво 2005 NO1 4、 徐庆柏等“抗渗透涂料的研制和应用 上海《造型材料》2009 . NO3
1
（3）铬铁矿的线膨胀小，而线膨胀是一个可能引起铸件夹砂的因素，因此它可能用 来混制大铸件用的湿砂型。
成分 Cr2O3 Fe2O3 SiO2 AL2O3 MgO 等
CaO
PH 值
表 1 铬铁矿的化学成分%
英国铸钢件研究协会
美国铸钢制造师协会
44%min
44min
26max
25max
4
3
平衡（其余）