湿型砂组分和性能参数检测技术评述_石德全

第16卷第6期

2011年12月

哈尔滨理工大学学报

JOURNAL OF HARBIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Vol.16No.6Dec．2011

湿型砂组分和性能参数检测技术评述

石德全1，高桂丽1，李大勇1，董静薇2，高志伟

1

（1．哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150040；2．哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院，黑龙江哈尔滨150080）

摘

要：针对湿型砂质量检测与控制问题，全面、系统总结了湿型砂组分参数和性能参数检测

技术的现状．对含水量检测，

分别从电阻法、电容法、微波法、红外光谱法、成型性法和核磁共振法方面进行了评述；对有效粘土含量的检测，详细阐述了在线快速检测方法．湿型砂的性能检测参数主

要包括紧实率、透气性、湿强度和温度，并对综合性能参数的检测进行简要叙述．最后，给出了湿型砂组分和性能参数检测技术的发展趋势．

关键词：湿型砂；组分参数；性能参数；检测技术中图分类号：TG235文献标志码：A 文章编号：1007－2683（2011）06－0077－06

Review on Measurement Techniques for Composition and

Performance Parameters of Green Sand

SHI De-quan 1，GAO Gui-li 1，LI Da-yong 1，DONG Jing-wei 2，GAO Zhi-wei 1

（1．School of Material Science and Technology ，Harbin University of Science and Technology ，Harbin 150040，China ；

2．School of Measurement-control Technology and Communications Engineering ，

Harbin University of Science and Technology ，Harbin 150080，China ）

Abstract ：Aiming at the quality measurement and control of green sand ，the research situation of measurement techniques for composition and performance parameters of green sand was comprehensively and systematically re-viewed．As for the measurement of water content ，the resistance method ，capacitance method ，microwave method ，infrared spectroscopy method ，forming method and nuclear magnetic resonance method have been summed in de-tail ，respectively．The online method for quickly measuring the available bond content was described in detail．The performance parameters of green sand mainly included compressibility ，permeability ，green strength and tempera-ture ，and the measurement technique for the comprehensive performance parameters was also briefly reviewed．Fi-nally ，the development trend of the measurement techniques for composition and performance parameters of green sand was given．

Key words ：green sand ；composition parameters ；performance parameters ；measurement techniques

收稿日期：2011－12－13

基金项目：国家自然科学基金（51105121）；黑龙江省自然科学基金（E050801）；中国博士后特别资助基金（2011044447）作者简介：石德全（1977—），男，教授，硕士生导师，

E-mail ：shidequan2008@yahoo．com．cn．0引言

当前，铸造生产仍以普通湿砂型铸造为主，湿型

砂组分和性能参数的检测与控制一直是铸造生产的重要前沿课题之一．铸件质量的好坏与湿型砂质量密切相关．据统计，铸件废品中有近60%是由于湿

型砂及工艺因素原因而造成的［1－2］

．因此，多年来，

铸造工作者就非常重视对湿型砂组分和性能参数的研究与检测．本文中，作者着重对湿型砂组分参数和性能参数的检测技术进行总结和探讨，并对发展趋势进行了展望．

1湿型砂组分检测技术现状

湿型砂主要由原砂、粘土、水、煤粉及其他微量附加物按所需比例混制而成．湿型砂的性能虽受混砂设备、混砂工艺等诸多因素的影响，但最主要决定于其组分［3］．因此，湿型砂质量的检测可大致分为组分参数检测和性能参数检测两大类．传统的组分检测项目包括原砂粒度、含水量、粘土含量、有效煤粉含量和含泥量等；传统性能检测参数包括紧实率、透气性、湿强度、过筛性、流动性、韧性、发气量、紧实度等［4］．近几十年来，随着检测技术和计算机控制技术的飞速发展，湿型砂组分参数和性能参数的检测已从传统实验室手工检测发展为自动化的离线或在线检测，其主要检测项目也有了很大变化．目前，湿型砂组分自动检测项目主要包括含水量和有效粘土含量；性能自动检测项目主要为紧实率、透气性和湿强度．

1.1含水量的检测

湿型砂含水量检测方法大约有十几种，它们可以分为直接法和间接法两大类．直接法是指通过干燥或化学反应测出绝对含水量；间接法是指通过测量与水分变化相关的物理量或工艺性能指标来确定含水量．一般而言，直接法测量精度高，但速度慢，适合于实验室检测，一般不能用于生产线上连续测量．间接法虽然不如直接法精度高，但测试速度快，因而可用于含水量的在线检测，该方法主要包括电阻法、电容法、微波法、红外光谱法、成型性法和核磁共振法等．

1.1．1电阻法和电容法

电阻法和电容法是最多被采用来快速测定湿型砂含水量的方法［5］．电阻法是根据不同含水量的湿型砂导电性能不同的原理测试的［6］，电容法则根据不同含水量的湿型砂介电常数不同的原理而测试［7］．图1是用电阻法检测混砂机内型砂含水量的示意图．测量时，将插在混砂机型砂中的测试棒作为一极，以混砂机的底板和侧壁作为另一极，然后在电路上施加电压，测量两极之间的电压信号，计算机将这个电压信号与事先储存在计算机里的型砂电压———水分关系曲线进行对比，即可得到湿型砂的含水量．测温探头用作用温度补偿装置，修正由于砂温波动引起的电压值变化．

图1电阻法检测混砂机内湿型砂含水量

东南大学研制的湿型砂综合性能计算机检测装置［8］，先对生产线上的待测湿型砂进行标定，得出导电性与含水量的关系曲线，形成数据表存于计算机中．在测量时由计算机读出A/D转换结果，再通过自动查表和插值运算得到含水量．湖北机电研究院研制的SGZJ－1型数显便携式造型材料水分快速测量仪也是采用电阻法测量型砂水分的．该仪器用一恒定的5V直流电源，通过测量输入电压信号从而得到相应的含水量．

日本新东公司研制的MIC型砂水分测试仪以交流电阻法为原理，专门用于测定旧砂的含水量，同时将热电偶安装在传送带上测量旧砂的温度［9］．德国LIPPKE公司FS－2型砂水分控制仪采用电容法测量含水量［10］．该仪器采用专用传感器，在混砂机或冷却器上的出入口处获取水分值，用于单台混砂机的水分测试、定量和加水控制．Dieter型湿型砂水分自动控制器适用于间歇式混砂机自动控制湿型砂含水量，测量湿型砂水分的电容传感器用不锈钢制成针状，安装在混砂机内部，与碾盘平齐，放置在碾轮经过的区域内，在碾轮经过时进行检测，在测量的间歇时间内，有专门的刮板刮去其上的型砂，混砂机碾轮作为第二个电极．

虽然电阻法和电容法得到了广泛应用，但由于有效粘土含量、砂温和混砂工艺对导电性有一定的影响，所以对电阻（电容）湿度传感器测得的水分值需要进行必要修正［11］．此外，电容法检测装置需要高频电源，且对屏蔽要求较高．

1.1.2微波法

微波在介质中传播，介质的介电常数ε会引起微波的衰减和相移．在砂样两侧安装的微波传感器，

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