湿型砂原材料质量测定方法

验方法、GB/T 212-2001 煤的工业分析方法、JB/T 9221-1999 铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉试验方法、JB/T
9222-2008 湿型铸造用煤粉、JB/T 9227-1999 铸造用膨润土和粘土、JB/T 9442-1998 铸造用硅砂、GB/T20973-2007 膨润
土，同时参照了美国砂型和砂芯试验手册（AFS Mold and Core Test Handbook, 3rd Edit.），系统地介绍了湿型砂性能检测
收稿日期：2009-11-10
修定日期：2010－01－13
作者简介：于震宗（1924.12-2010.12.25），男，教授，博士生导师。
参考的标准主要为 JB/T 9227-1999《铸造用膨润 土和粘土》，JB/T 9221-1999《铸造用湿型砂有效 膨润土及有效煤粉》，以及 GB/T 2684-2009《铸 造用砂及混合料试验方法》。 2.1 膨润土的行业标准
（2）根据 JB/T 9227 1999 的规定，工艺试样 湿压强度分级表中的湿压强度 5 级和 3 级属于 劣质膨润土，不可用于机器造型的型砂，以免混 砂加入量过多而造成高含泥量，因为生产用湿型 砂的泥分主要来自膨润土。机器造型，尤其是高 密度造型应当选用优质膨润土。
（3）JB/T 9227 1999 规定：“将混制好的型砂 盛入有盖的容器中或扎紧的塑料袋中，放置 10 min 后冲制标准工艺试样，放置时间不超过 1 h。”其目的可能是让型砂的膨润土更充分地被水 分润湿。这并不必要，短时密封放置 10 min 不会 明显提高膨润土被水分润湿程度，超过 1 h 放 置，只要不丢掉水分也不会对型砂的湿压强度有 明显影响。
性、含泥量、砂粒粒度、有效膨润土量、有效煤粉和发气量、热湿拉强度等型砂性能的测量方法和注意事项共 12 节内容，
刊登在本刊 2010 年第 1~5 期；“湿型砂原材料质量的测定方法”一文包括原砂（指硅砂）、膨润土、煤粉、淀粉等湿型砂原
材料的质量判定标准和检测方法共 4 节内容，本刊从 2011 年第 1 期起连载刊登。
机械行业标准 JB/T 9227-1999《铸造用膨润 土和粘土》中，对膨润土的分类、技术要求、试验 方法、检验规则等做出了规定。现综合摘要介绍 如下。
铸造用膨润土按其主要交换性阳离子分为 四类。以膨润土代号“P”及主要交换性阳离子的 化学元素符号来表示不同类别的膨润土。如某一 交换性阳离子占阳离子交换容量总量的 50％或 以上时，称其为主要交换性阳离子；如不足 50％， 就以其中含量相对较多的两种阳离子作为主要 交换性阳离子。表示时，含量较多的阳离子符号 在前面。铸造膨润土的分类如表 5 所示。
补充说明： （1）国内绝大多数湿型铸造工厂所用膨润土 的原始状态为钙基，类别属于 PCa。经钠化处理 后，性能接近天然钠基膨润土，按照 JB/T 92271999 的分类是否属于 PNa 有待商榷。笔者认为 需要专门为钠化膨润土确定一个类别符号，不与 天然钠基膨润土相混。 （2）标准给出铸造用膨润土按工艺试样热湿 拉强度值分级，其中 5 级指的是钙基膨润土，其 余三个级别指的是天然钠土和钠化膨润土。表中 最高一级的热湿拉强度仅为 2.5 kPa。实际上我 国具有的优质钙基膨润土，钠化后膨润土的热湿 拉强度值在 4.0～5.0 kPa，分级似乎应该改为35、 25、15、5，即工艺试样热湿拉强度分别为 3.5、2. 5～3.5、1.5～2.5 和 0.5～1.5 kPa。 提示： 简易区别膨润土与普通粘土、钠基与钙基膨 润土、天然钠基与人工钠化膨润土的方法如下： （1）取 10 g 左右粘土与 30 mL 水置入杯中 调和成粘土浆，然后加入 0.5 g Na2CO3 粉末（工 业级即可），再搅拌均匀。如果加 Na2CO3 前是稀 汤状，加后也不明显变稠，表明土样是普通粘土； 如果加水后是稀糊状，加 Na2CO3 后变成膏状，就 肯定是钙基膨润土，因为能够被钠化处理而变 稠；如果加水后已经成膏状，加 Na2CO3 后粘稠程 度无明显变化，则表明土样是天然钠基或钠化膨 润土。 （2）将少许膨润土装入试管中，加入浓盐酸 液，天然钠基膨润土含有的碳酸盐（主要是碳酸 钙）不足 1%，加盐酸后无明显变化；而用 3.5％～ 4%碳酸钠进行钠化处理的膨润土含有多量碳酸 盐，遇到浓盐酸都会发出大量 CO2 气泡。 2.2 膨润土含水量 从膨润土矿开采出的膨润土块含水量约 30%左右，经破碎、钠化处理、挤压、熟化、烘干、 磨粉等加工过程后含水量约 10%左右。磨粉时需 要含有少量水分，以免轻飘不易被粉碎。JB/T 9227-1999《铸造用膨润土和粘土》规定膨润土的 含水量应不大于 12.0%，冬季允许不大于 15.0%。 含 水 量 试 验 方 法 和 计 算 按 照 GB/T 2684 -2009
2011 / 2 现代铸铁 81
检 Test and Measurement Technique 测 技 术
代号 类别
表 5 膨润土的分类
PNa
PCa
PNaCa
PCaNa
钠膨润土 钙膨润土 钠钙膨润土 钙钠膨润土
根据测得工艺试样的湿压强度值和热湿拉 强度值将膨润土分级如表 6 和表 7。
表 6 膨润土按湿压强度分级
（Machinery Engineering Department，Tsinghua University，Beijing 100084）
2 膨润土检测
膨润土用于粘结湿型砂的砂子颗粒，使湿型 砂具有强度、韧性、塑性等性能。膨润土是以蒙脱 石为主要成分的粘土矿物。搪炉和浇注包用普通 粘土的基本矿物组成是高岭石和伊利石。蒙脱石 结晶中吸附有交换性阳离子，以钙离子和镁离子 为主的称为钙基膨润土，以钠离子和钾离子为主 的称为钠基膨润土。我国膨润土矿藏遍及全国， 有些钙基膨润土矿不但质量极其优秀，而且储量 丰富。但钠基膨润土产地不多，质量也不够上乘。 用碳酸钠处理钙基膨润土能够形成性能上接近 天然钠基膨润土的钠化膨润土，可以改善其热湿 态粘结力和热稳定性。目前我国湿型铸造工厂所 用膨润土绝大部分是钠化膨润土。本段所引用和
Test and Measurement Technique 检 测 技 术
湿型砂原材料质量测定方法（2）
于震宗
（清华大学 机械工程系，北京 100084）
编者按：粘土湿型砂主要用来生产中小铸铁件和铸铝件以及少量小型铸钢件，特别是汽车、拖拉机的关键铸件，如
气缸体、气缸盖、曲轴、制动盘等，其铸件质量往往与湿型砂性能有关。作者根据 GB/T 2684-2009 铸造用砂及混合料试
等级代号
10
7
5
3
工艺试样湿压强度值/kPa >100 > 70～100 > 50～70 ≥30～50
表 7 膨润土按热湿拉强度分级
等级代号
25
20
15
5
工艺试样热湿拉强度值/kPa >2.5 >2.0～2.5 >1.5～2.0 0.5～1.5
工
艺试样湿压强度和热湿拉强度的型砂配方为标
准砂 100％、膨润土 5％、控制紧实率（45± 2）％。
力有以下几种：①湿态粘结力；②热湿态粘结力；
③受热后粘结力的稳定性。
铸造工厂型砂实验室检测膨润土湿态粘结
力的方法有两种：型砂试样湿强度法和吸蓝量
法。
2.4.1 湿强度法
检测湿型砂工艺试样抗压强度是判断膨润
土湿态粘结力的最直接方法。称取标准砂 2 000
g 放入实验室用碾轮式混砂机中，加水 40 mL，混
用的试料须在 105～110 ℃烘干 2 h。烘干时试料
厚度不大于 15 mm。然后将烘干的试料存放于干
燥器内，以备试验时取用。
* 笔者注：膨润土取样量多会造成浪费。每袋取出样品量和总量 应根据将进行的检测内容需要而定。
对于选取的试样须注明其名称、产地及取样 日期。试验后所剩样品应保存 3 个月以备复查。
提示： （1）有些铸造工厂在检测膨润土的粘结力时 仍然按照 1978 年旧标准，采用固定加水量 4％的 办法，这会使型砂处于极湿状态，几乎比型砂的 最适宜湿度下的含水量高一倍。随着含水量的异 常升高，钙基膨润土型砂强度剧烈下降，天然钠 基和人工钠化膨润土型砂的强度也会比使用状 态明显降低。 （2）除 了 上 述 只 混 一 碾 控 制 紧 实 率 在（45 ± 2）％的方法以外，还有另一办法：混砂时加入约 40 mL 水，在最后阶段检测紧实率。如果紧实率 超出了范围，但还在（45±5）％以内，可测定其湿 压强度；另外再混制一碾型砂，稍微调整加水量， 使紧实率在 45％的另一侧，并测出湿压强度。将 两次测得数值用图解法求出 45％紧实率的湿压 强度。如图 3 所示，假定第一碾和第二碾的紧实 率分别为 42％和 47％，湿压强度分别为 80 kPa 和 70 kPa，在图上分别为 A 和 B 点。连接 AB 线 与紧实率 45％的垂直线交于 C 点，即可由 C 点 画水平线求出紧实率 45％时的湿压强度为 74 kPa。
土》的规定，每批产品的取样按随机取样法进行。
取样数不得低于（n/2）1/2。n 为交货产品的袋数。
每批取样数不得少于 2 个样品，从每袋中取出样
品不得少于 1 kg。试验用料从选取的样品中，由
四分法获得。其重量可由试验项目决定，但不得
少于 1 kg*。供方应按本标准所规定的牌号和技
术要求生产供应。
除供测定含水量用的试料外，进行其它检验
中图分类号：TG221+.1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
文献标识码：C
文章编号：1003-8345（2011）02-0081-06
DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2011.02.015
Test Methods of Raw Materials Quality about Green Sand（2）
YU Zhen-zong
×100%
提示：
（1）气候潮湿时，膨润土过筛相当困难，可将
膨润土和筛子一同在 105～110 ℃电烘箱中加热
后趁热过筛，冷却后称量。
（2）研究工作表明，膨润土的粒度越细，其粘
结力越高。磨粉加工后旋风集料器和布袋除尘器
中收集粉料的细度不同，对膨润土的粘结力有影
响。
2.4 膨润土湿态粘结力
直接反映膨润土质量的性能是粘结力。粘结
和湿型砂原材料质量测定方面的国家标准和机械行业标准以及最新的检测仪器，更重要的是还根据其他参考资料以及
自己参加的科研和操作实践，以“补充说明”的形式给出了湿型砂性能检测技巧和湿型砂原材料质量检测方法，并针对
国内外相应的检测方法和检测仪器性能提出了自己的见解。
“湿型砂性能检测技术”一文包括湿型砂取样方法，含水量检测，紧实率、透气性、湿态强度、韧性、可紧实性和流动
果膨润土过分干燥，则吸水缓慢，影响混砂效率。
2.3 膨润土粒度
根据标准规定，商品膨润土重量 95％以上应
通过 200 目（0.075 mm）筛孔。
称量烘干后的试料20.0 g ，放置于干燥的试
验筛中，水平运动筛子，可用木块轻轻敲打筛框，
给筛网以振动。充分筛分后称量筛上剩余物，按
下式计算。
过筛量＝
取料量－剩余量 取料量
湿 压 强 度 值 为 30 ~50 kPa，热 湿 拉 强 度 值 为
0.5~1.5 kPa 的酸性钙膨润土，其牌号为 PCaS-3-
5。此外还规定膨润土的含水量应不大于 12.0％，
冬季允许不大于 15.0％。膨润土重量的 95％以上
应通过 200 目铸造用试验筛。
按照 JB/T 9227-1999 《铸造用膨润土和粘
行业标准要求各种牌号的铸造用膨润土应符合
以上两表中的湿压强度值和热湿拉强度值的规
定。还要求铸造膨润土的吸蓝量至少应为每 100
g 膨润土吸附 20 g 亚甲基蓝。按 PH 值的不同，
膨润土可分为酸性和碱性两类，分别用 S 和 J 表
示。膨润土的牌号以强度值等级表示。前者为湿
压强度值等级，后者为热湿拉强度值等级。例如
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Test and Measurement Technique 检 测 技 术
《铸造用砂及混合料试验方法》的规定，与本文型
砂性能检测中“1.2 含水量检测”相同，烘干温度
为 105~110 ℃。
提示：
湿型砂在混制过程中需要加水调整干湿程
度，膨润土产品含有水分并不影响型砂性能。如
1 min 后，加入膨润土 100 g，再继续混碾 8 min
后，测定紧实率。当紧实率小于 43%时，可加少量
水（可按每 mL 水达到 1.5%紧实率计算），再混碾
2 min，检查紧实率；若紧实率大于 47%，将试料
过筛 1~2 次，再检查紧实率。紧实率在 45±2％范
围内即可。
补充说明：
（1）机械行业标准 JB/T 9227 1999《铸造用 膨润土和粘土》 规定：“将 2 000 g 标准砂（JB/T 9224）与 100 g 铸造用膨润土放入 SHN 式混砂机 内，干混 2 min，加水 40 mL，再继续混碾 8 min。” 建议将其改为采取先湿混的混砂工艺，可以防止 膨润土在混砂机的边缘处偏析，避免形成粘土 团，能够更快地混匀。