铸造常用的特种砂

铸造常用的特种砂
[摘要]：比较了与普通的石英砂的特点。

铸造应用最广的特种砂包括锆英砂、铬矿砂、镁橄榄石砂、铝硅系耐火熟料和其它特种砂。

介绍了铸造常用的特种砂的产地、分布、生产过程、产量、特点及其应用，并介绍了铸造常用的特种砂的铸造性能和使用情况。

[关键词]：铸造用砂；特种；铸造性能
中图分类法：TG2文献标识码：A文章编号：1002-6908（2007）0610020-01
随着铸造技术的不断发展，铸造工艺的不断改进，工人劳动环境的不断改善，使得锆英砂、铬英砂、镁铬砂、铝硅系耐火材料等特种砂得以广泛应用。

1石英砂与特种砂的特点比较
石英砂浇注大中型铸件和高合金钢铸件时易出现粘砂缺陷。

因为：石英砂热膨胀系数较大；热扩散率及蓄热系数较低；易与铁的氧化物作用而引起粘砂；加工和使用时产生粉尘易使工人患矽肺病。

但石英砂具有较高的熔点和硬度，复用性好，分布广泛，价格低，因此在铸造中得以广泛应用。

特种砂具有耐火度高浇注时不熔化；热化学稳定性好，不与钢液及其氧化物反应；蓄热系数较高，导热性好，能加速铸件表面凝固；没有相变引起的剧烈膨胀，热膨胀系数小；具有固相烧结特性等优点因而可以提高铸件表面质量，预防矽肺病。

2 铸造常用特种砂的分布
锆英砂是一种重矿石。

主要分布在海砂中，分布广但具有开采价值的矿藏很少。

锆英砂要经过重选、磁选等工艺，若获得1吨的锆英砂，常需选出400~500吨的海砂。

其主要分布于澳大利亚东海岸、西海岸、美国的佛罗达洲，南非的理查德湾，亚洲的印度和新西兰等地区，我国的南海、福建、广东等地也有少量的锆英砂。

铬铁矿也是一种重矿石，世界的储藏量很大，但用于铸造上的很少。

铬矿石常含有很多伴生矿特别要除去脉石，生产铬矿砂要经过破碎、水洗、浮选等工艺。

全世界年产200万吨铬铁矿，其中70万吨可以用于铸造。

用于铸造的只有南非及芬兰的一部分，其他的都不能用于铸造，（因为铸造性能要求纯的铬铁矿（Cr2O3FeO）不能达到固相烧结，铸造上要求Cr2O3＜50%）。

镁橄榄石是镁橄榄石（Mg2SiO4）与铁橄榄石（Fe2SiO4）的固溶体（MgFe）2SiO4。

其生产相对于来说比较简单，只须破碎、筛分即可。

若有较高要求，需要水洗出去微粉这种”水洗砂”目前在世界上应用的很广。

在挪威、瑞典、澳大利亚、意大利、西班牙、美国等国的储量都非常丰富。

我的陕西商南、河南西峡、
湖北宜昌都产镁橄榄石砂，世界上储量最大的矿藏分布在挪威的西海岸。

世界上镁橄榄石砂的产量每年30万吨，若需求量大时，每年可生产1百万顿。

而且镁橄榄石砂是世界上最便宜的特种砂。

铝硅系是一个庞大的家族，一般都要在高温下煅烧、破碎、筛分等工序。

由于生产这系列的砂，是一种费时的劳动密集型工作，国外目前很少应用。

由于我过有丰富的铝硅系矿藏，目前又很适应劳动密集型作业。

故在国内有很广的应用。

铬镁砂大多是将冶金上的铬镁砖破碎后制得，由于原材料回收困难，加上技术要求较高，价格上无优势，目前很少应用。

钛矿砂是由沈阳铸造研究所开发的一种新的造型材料，目前国内已开始应用生产铸铁件，国外应用尚不广泛。

3 特种砂的铸造性能
3.1锆英石砂
锆英砂可以用任何铸造粘结剂粘结，因其比重较大，固只需石英砂的一半或三分之二即可。

锆英砂在高温下呈中性至半酸性与碱性氧化物或熔融的酸性氧化物反应缓慢，所以可耐金属渗透、侵蚀、，又加之粒度较细，热膨胀较小，耐火度高，以之做面砂就可获得表面光洁度很高，尺寸精度，铸造缺陷少的铸件。

但对于大重型铸件，锆英砂层很容易从铸型表面脱落，粘在铸件表面上形成粘砂。

对于小芯子，许多锆砂也容易粘在表层（内表层）难于清理。

这往往要加入10~15的锆粉，同时铸型要刷一层优质涂料来解决这一问题。

锆砂的激冷作用比石英砂要高出20%，但很少用作冷铁。

3.2铬矿砂
由于铬铁矿砂的密度要比石英砂的高出60%，所以消耗粘结剂的量仅为石英砂的一般或三分之二。

铬矿砂与大多数粘结剂作用，都会取得令人满意的效果。

但与酸固化的呋喃脂作用时，若酸耗值过高，就会引起固化缓慢或不固化，所以若用呋喃树脂作固化剂，就必须严格要求酸耗值。

在铸造生产中，铬矿砂的耐火度高（1600-1850OC）；固相结烧温度低：11000C 时表面形成固相烧结，高温热稳定性好，在17000C时无相变，高的热传导性及蓄热系数等优点，使得铬铁矿砂广泛的用于大中型铸件，尺寸精度及表面精度要求高的铸件。

用于锆英砂不能适应条件苛刻的特重型钢，铁铸件。

在温度较高，位置较深，铁水静压力较大的小芯子，应用铬矿砂的抗粘砂能力比任何造型材料都强，但要严格化学成分，不要被污染。

把铬矿砂中加入适量的锆英砂（约为20-40），会产生良好的效果：即有良好的抗粘砂性能，又能得到解决与呋喃树脂作粘接剂时固化困难的问题。

由于铬矿砂的蓄热系数很高，故通常可用于作冷铁。

在使用铬矿砂时要严格控制其化学成分，避免被污染。

特别要严格控制微粉，CaO,SiO2的含量.
3.3镁橄榄石砂
和铬矿砂一样，镁橄榄石砂也属碱性砂，故最好不用酸固化的呋喃树脂作粘结剂。

除此以外，它的表面粗糙且多裂纹，故耗粘结剂量较大。

镁橄榄石砂用别的粘结剂都能起到令人满意的效果。

天然的橄榄石砂常含有蛇纹石、滑石等杂质。

在浇注时产生大量气体，生产低碳钢和高碳钢时会造成气泡、皱纹，而对高锰钢不会产生太大影响。

故在使用前，通过水洗，将微粉去除，有的工厂干脆在使用前将其煅烧。

回用的橄榄石砂经过高温铁液的作用，使用效果特别好。

实践证明，镁橄榄石砂不会提高碳钢，低合金钢的表面质量，但对高锰钢，因其具有强碱性，不与MnO2作用，就会得到表面光洁的高锰钢铸件，尤其适用中小锰钢件。

3.4铝硅系耐火熟料
能与各种铸造粘结剂作用，可得到令人满意的效果。

但由于砂表层粗糙，微裂纺较多，故消耗液态粘结剂较多。

刚玉砂为中性材料，抗酸、碱性强、熔点高（2000~2050°C）；结构致密、导热系数大，故在氧化剂、还原剂或各种金属液作用下都不发生变化，可制得尺寸精确的各类铸件，但价格昂贵，主要用作高合金钢的熔模铸造上。

煤矸石是一种含碳的硬质粘土，质地疏松空隙较多，易于清理，在精密铸造上得以广泛应用。

4 特种砂的使用情况综述
特种砂的价格要比石英砂的价格高比许多倍，因此石英砂在很长的一段时间内仍是主要的铸造用砂，目前在经济发达的欧美地区，石英砂的用量仍为85%以上，我国石英砂的用量仍为95%左右。

表面看来，特种砂的价格较高；但经综合经济评价，在特定的环境下特种砂所带来的经济效益远比石英砂高。

例如：以铬矿砂作面砂进行造型、制芯，浇注高合金钢时改善了逐渐的表面质量和尺寸精度，提高了逐渐的竞争能力，特别是
提高铸件的出口创汇能力。

同时又能节约机加费用，节约粘结剂。

又因为铬矿砂容于清理，从而节约了大量工时，节约了大量的氧气、吹氧管，改善了工作环境，而且还可以在一定程度上避免了用大量焊条修补铸件的情况。

特种砂的使用情况如下：
目前由于国产的锆英砂不能完全满足国内生产的要求，故需要大量进口，因而价格较高。

使用锆英砂（粉）时，应严格控制起P2O5的含量，使其放射性控制在合理的范围，以免造成环境污染。

由于铸造上应用的铬矿砂只能从南非进口，故其价格较高。

据南非IMB公司统计表明：加拿大、美国99年上半年的铬矿砂用量为1.5万吨左右，欧洲的用量也超过了1.5万吨，而我国的用量只有2000吨，可见我国的铬矿砂用量仍有很大的市场潜力。

铬矿砂在使用时，一定要控制其浇注气氛以免造成六价铬离子（Cr6+）公害。

虽然我国的镁橄榄石砂的品质较低，但基本上可以满足铸造生产的需要。

不足之处就是生产厂家地理位置较偏，所需运费较高，镁橄榄石砂广泛应用于中小高锰钢铸件，不会造成环保问题。

我国的铝硅系耐火材料资源广泛，因而具有更广泛的使用前景。

目前铸造上使用最广泛的是煤石千石砂，另外刚玉粉以其合理的价格，被广泛地用作涂料的耐火骨料。

各生产厂家开发铝硅系耐火熟料时，一定要坚持可持续发展战略，避免过度开发，同时要注意在煅烧时所造成的环保问题。

在使用特种砂时，一定要严格地要求特种砂的质量，避免造成不应有的损失；用冷硬树脂造型、制芯时，一定要控制微粉含量，使含泥量小于0.2%。

总之，各厂家要根据自己的实际情况，适当选材，以最小的投入获得最大的经济效益。

参考文献：
[1] 中国机械工程学会铸造分会.中国铸造行业现状和发展趋势[J]. 中国机械工程.1996.03
[2] 大型铸钢件用球形复合特种砂的研究[J].机械产品开发与创新.1996.03
作者简介：齐薇（1969- ），女，辽宁营口人，营口职业技术学院讲师，研究方向为材料、机电方面的教学和研究。