铸造砂

铸造砂
1.1 铸造砂简介
铸造砂是铸造生产中用来配制型砂和芯砂的一种造型材料。

在用粘土作为型砂粘结剂的情况下，每生产1吨合格铸件，大约需要补充1吨新砂，因此在砂型铸造生产中铸造砂的用量最大。

随着汽车、铁路交通、航空航天等行业对高性能优质铸件需求的不断提高，铸造产品的市场需求规模持续增长，铸造砂的需求量不断扩大。

铸造砂的健康发展对我国铸造产业实现绿色可持续发展具有重大的实际意义。

铸造砂按矿物组成不同分为硅砂和非硅质砂两大类：
1、硅砂：主要矿物组成为SiO2。

①天然硅砂：用于有色合金铸件、铸铁件及中小型铸钢件的型砂和芯砂。

②精选天然硅砂：用于以有机物作为粘结剂的各种型砂和芯砂。

③人工硅砂：用于铸钢件的型砂和芯砂。

2、非硅质砂：种类较多，用途各异：
①石灰石砂：由石灰岩破碎而成,主要矿物组成是CaCO3,用于铸钢件的型砂和芯砂。

②锆砂:主要矿物组成是ZrO2·SiO2，用于大型铸钢件及合金钢件的芯砂或砂型的面砂，或将其粉料用作涂料。

③镁砂：主要矿物组成是MgO,用于高锰钢铸件的面砂、芯砂，其粉料可用作涂料。

④铬铁矿砂：主要矿物组成是FeO·Cr2O3,用于大型或特殊铸钢件的面砂、芯砂，其粉料可用作涂料。

⑤刚玉砂：主要矿物组成是α-Al2O3，用于熔模、陶瓷型铸造的制壳材料。

⑥橄榄石砂：主要矿物组成是(MgFe)2SiO4，用于铸铁件、有色合金铸件以及高锰钢铸件的型砂和芯砂。

铸造砂的颗粒形状一般有3种：
①圆形砂:颗粒为圆形或接近于圆形,表面光洁,没有突出的棱角。

②多角形砂:颗粒成多角形,且多为钝角。

③尖角形砂：颗粒成尖角形，且多为锐角。

铸造砂的颗粒形状一般以角形系树（砂子实际比表面积／砂子理论比表面积）来表示。

铸造砂的颗粒组成是用筛号来表示的，测定的方法是将经水洗去泥分烘干后的干砂倒入标准筛，再放到筛砂机上筛分，筛分后将各筛子上停留的砂子分别称重,通常用标准筛筛分后砂粒最集中的3个相邻筛子的头尾筛号表示颗粒组成。

铸造砂的颗粒形状和颗粒组成对型砂的流动性、紧实性、透气性、强度和抗液态金属的渗透性等性能有影响，是铸造砂质量的重要指标。

1.2 铸造业现状及发展
研究铸造砂行业应从其下游铸造业方面入手。

1、铸造市场发展情况
铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一，在国民经济中占有重要的位置，其发展标志着一个国家的生产实力。

近年来，由于国内经济稳定运行，在巨大的市场需求和良好的国家大环境下，我国铸造行业保持高速增长态势。

随着汽车、铁路交通、航空航天等重要行业对高性能优质铸件需求的不断提高，我国铸造产品的市场需求规模持续增长。

我国目前已经成为世界铸造机械大国之一，我国的铸件总产量已连续十八年位居世界第一位。

数据显示，2015年中国各类铸件总产量4560万吨，较2014年下降1.30%。

此前，1998年中国铸件总产量有所下降，自此之后我国铸件总产量一直处于增长走势，2015年受制造业大环境影响，我国铸件总产量近年来首次出现负增长。

2001—2015年中国铸件产量及增长率变化情况
不同材质铸件产量分析温平介绍，从铸件材质结构变化看：2015年铝合金铸件增长4.27%，球墨铸铁件增长1.61%。

其中，铝（镁）合金铸件产量占比达13.4%（2014年为12.7%），球墨铸铁/灰铸铁=1∶1.60（2014
年为1:1.68）。

2015年中国各类材质铸件占比示图
下游行业铸件需求结构变化温平介绍，2015年国家统计局公布的64种主要机械产品中，产量增长
的仅有18种，占比为28.13%，产量下降的有46种，占比为71.87%。

具体分析表明，大型投资类产品如冶金矿山设备、工程机械、常规发电设备等和产能严重过剩的普
通机械产品如各类普通机床、交流电动机、电线电缆等产量下降较大；大马力拖拉机、仪器仪表、环保
设备仪器、电动叉车、风力发电设备、汽车中的运动型多用途乘用车（SUV）等与消费、民生、节能减
排、产业升级密切相关的产品产量保持增长。

其中，汽车铸件占比超过1/4，达27.4%，需要关注汽车产量及结构的变化对铸件需求的影响。

2015年下游行业各类铸件需求占比示图
铸件海关出口情况根据对海关进出口数据中列为铸制品的商品统计，2015年中国各类铸件出口量为194.43万吨，与2014年的199.0万吨基本持平。

2015年中国铸件出口总金额为28.86亿美元，较2014年的30.6亿美元降低5.69%。

2015年中国海关列为铸制品的各类铸件出口均价为1484美元/吨，较2014年的1539美元/吨降低3.6%。

2015年中国海关列为铸制品的各类铸件进口量仅为1.74万吨，但铸件进口均价达7214美元/吨。

注明：此数据仅为中国海关列为铸制品的进出口商品统计，共计13个税则号；随同零件、组装产品进出口的铸件在海关进出口商品中无法分离出来；特别是有色金属铸件均是以上述商品随同进出口的，因此实际出口铸件量应远高于此数据。

2、 2016WFO 铸铁、铸钢技术发展新动向
5月16日，由世界铸造组织铁基材料委员会主办，中国铸造协会、中国机械工程学会铸造分会承办的2016 WFO 铸铁、铸钢技术论坛引发了与会者的关注，来自全球不同国家的13位专家、学者分享了最前沿的铸造技术。

郑州机械研究所铸造工程技术中心主任李克锐研究员首先就中国铸铁的最新进展进行主旨发言。

在他看来，未来5年的中国市场，高碳当量高强度低应力灰铸铁、蠕墨铸铁等温淬火球铁将得到应用；数据库管理、无模铸造、炉前铁液在线检测技术与设备将得到巨大的发展；铸件的发展将走向轻量化、尺寸精确化、数字化、智能化，网络化应用及绿色铸造方向的发展将达到世界先进水平；更多高等级的铸铁件即将得到应用。

来自韩国工业技术研究院的Sang-MokLee在人才、环保、能源、智能化、高价值供应链等方面分享了最前沿的思考。

他认为应从青年、中年、老年的角度，充分发挥人才的积极主动性；力争将环保转换为经济价值；减少对电的依赖，推动铸造业使用可再生能源；利用大数据、云服务构建智能工厂；从最终用户、铸造商店等方面提供高价值供应链。

因此，可看出铸造砂需求量近年来平稳增长，随经济形势略有起伏，随着国家加强对制造业的重视，铸造砂尤其是高端铸造砂的需求呈现不断增长态势。

1.3 我国铸造业问题
我国的铸造企业约有24000家，与发达国家相比企业多，专业化程度低，集约化程度低，劳动生产率也较低。

我国平均每年每人产出10吨，个别劳动生产率高的为30吨。

美国、德国则为46吨到60吨，日本为60吨到85吨，差距是明显的。

我国平均每厂年产铸件500多吨，而日本则为4700吨，德国为4300吨，美国为4280吨。

铸造机械化水平和模具精度、性能、配套性、可靠性水平比发达国家低得多，许多关键件、模具需要进口。

在我国，铸造行业处于成长期，具有较好的发展前景。

外国大型铸造企业纷纷加大了在华投资的力度，通过直接投资和并购的方式增加在华投资。

一方面提高了我国铸造业的总体水平，另外一方面也增加了国内市场的竞争程度。

未来铸铁铸造业在以下若干方面将得到发展：（1）以机床工业、能源工业、石化工业及海洋工程为主要目标，以重、高、大、难为特点，开展重大技术装备、铸造技术的基础理论研究。

发展数值模拟、物理模拟及专家系统，使铸铁技术由“经验”走向“定量”。

（2）以汽车工业、航空航天及核能工业为主要目标，以强韧化、轻量化、精密化和高效化为特点，开展铸铁新材料。

新工艺的研究。

（3）为提高产品质量和生产率，增强我国工业产品在国际市场上的竞争能力，开展铸造过程自动化、柔性生产单元和系统及集成制造技术的研究。

（4）激励开展有潜在应用前景的铸铁技术应用基础理论的研究。

（5）大力发展提供铸铁工艺材料及辅料的专业化、现代化的企业。

（6）发展绿色集约化铸造，加大治理铸造过程对环境污染的力度，加强对铸造材料的再生和回用。

1.4 几种铸造砂的发展现状
1、铸造市场对铸造用覆膜砂的需求
随着我国汽车工业的发展和出口铸件的增多，铸造用覆膜砂的需求量不断扩大，2005年市场需求量约100.00万吨，2010年增长到约200.00万吨，五年间翻了一番，至2015年增长的约265万吨，五年间又增长率35%左右。

我国各类铸件的需求中，汽车占比最大，且汽车对铸件的要求也非常高，一般一台汽车总重量的20-25%为铸件，最典型的铸件有：缸体、缸盖、变速箱壳、进排气管、曲轴和凸轮轴、活塞等，其中缸体和缸盖是属于砂芯最多的铸件之一。

据不精确统计，组装一台经济型轿车发动机其铸件所需覆膜砂在50kg左右，根据我国各年汽车发动机产量可以保守估算出我国各年汽车发动机所需覆膜砂总量。

2、精密铸造业用锆英砂需求分析
锆英砂及锆英粉作为精密制造业的面层材料具有重要地位。

尽管人们试图使用白刚玉砂（粉）、莫来石、刚玉质高铝钒土砂（粉）、新型铬铁矿粉复合水基和醇基涂料等来替代锆英砂（粉），但到目前为止还未找到合适替代品，具有较明显的不可替代性。

2013年精密铸造消费锆英砂为7.5万t左右1）影响精密铸造业锆英砂需求因素主要有三方面：①精密铸造业产业发展，到2015年我国铸件总产量年均增长为6% ；而在2015~2025年时间，在我国战略性新兴产业快速发展带动下，精密铸造业将快速发展，年平均增速可能达到10%或者更高，对锆英砂的需求也将会以相应的速度增加；②铸件废品率降低，当前我国铸件废品率在10%~15%，发达国家的废品率在5%以下。

2）预计到2020-2025年我国可达到发达国家水平，对锆英砂需求将减少5%~10%；铸造旧砂再生利用，目前我国铸钢旧砂再利用率为50%~70%，2015年我国铸钢旧砂再利用率将提升到90%，因此到2015年该行业对锆英砂需求下降5%~10%左右。

综合分析认为，到2015年我国精密铸造对锆英砂需求保持在7.5万t左右，而在2015-2025年对锆英砂需求量呈上升趋势，到2025年锆英砂需求量在17万t左右。

3、工业石英砂市场分析
据相关部门预计，工业石英砂的全球需求将每年增长5.6%，直到2018年，达到2.89亿吨。

1）中国依然是石英砂的领先消费者
到2018年，预计中国依然保持在工业石英砂领先消费者的地位，占到全球总需求的三分之一。

中国庞大的玻璃工业，将继续加强门窗，电子显示屏，光伏板和其他平板玻璃产品对工业砂的消耗。

中国玻璃瓶罐行业（尤其是白酒饮料瓶）生产的上升，将进一步推动石英砂的销售。

在印度，铸造活动将以健康的步伐继续发展，刺激制造汽车，机床，风力涡轮机，和其他金属铸件对石英砂模具的需求。

由于玻璃产品、金属铸造和水力压裂活动产量的迅速增加，预计印度到2018年石英砂工业销售将出现强劲增长。

2）北美的油气开采活动推动石英砂的增长趋势
北美石英砂需求预计将快于其他地区市场。

美国和加拿大消费增长将支撑区域的增长，受到这些国家扩大各自水力压裂法开采油气。

美国持续的油田活动将刺激石英砂支撑剂的需求，也会增加每口井压裂阶段使用石英砂的数量。

西欧石英砂的消费量，尽管从2008-2013年的跌势有了反弹，但预计也将以平稳的年收益率增加。

这些地区的建筑施工和制造活动，其中包括平板玻璃产量复苏，将刺激工业砂的需求。

3）玻璃行业将推动全球增长
玻璃市场占据了工业石英砂的主要部分，2013年占了全球需求的42%。

玻璃瓶罐生产则占了三分之一，平板玻璃和其他玻璃产品占了剩余部分。

石英砂供应商将从建筑支出和制造业产出强劲增长中获益，这将推动建筑，汽车，家具和家用电器领域玻璃产品的生产。

1.5 3D打印的冲击
“传统铸造行业常有能设计但不能制造出模具的情况，或制造耗时太长、成本太高，这已成为制约国内高端铸造行业的瓶颈；而3D技术将为传统铸造业带来希望，据介绍，中国虽然是铸造业大国，但每年有一半多高端铸件要靠进口，核心问题是有些模具国内生产不出来。

森远增材制造科技公司推出四款3D打印机，PIRP-1500(一代)、PIRP-2000A(二代)以及PIRP-4000等；最大可打印直径是4米的铸件，适合大幅面水电、火电等项目。

目前国内3D打印设备用材基本分金属用材和非金属用材两种，森远属于非金属用材，以矿砂为打印模具材料，已经获得五项国家发明专利。

其技术来源于公司和大连理工大学联合成立的“增材制造(3D 打印)技术研发中心”，技术方法是激光烧结法，处于国际领先位置，目前全球还有另一家德国公司有此类设备。

郭松森介绍说，全球这两家非金属3D打印公司各有特点，虽然都是砂子覆膜方法，但德国公司是胶粘铸型、再浇铸，对砂子、胶要求高，森远是激光切割，成本、效率优势明显；可以大大解放设计师思想，只要能想出来，就可以设计、打印出来。

可看出3D打印的冲击虽然对制造业带来冲击，但对高端铸造砂带来了机遇。

1.6 总结
随着中国“新常态”模式的开启，以往依靠大规模投资拉动GDP 快速增长的“老常态”发展模式的时代将一去不复返，取而代之的是更加注重整体平衡发展、从更深更广的程度提高生产效率、降低人工劳动强度和减少环境冲击的细水长流的发展新模式。

对我们铸造装备而言，大型投资项目已经产能过剩，今后的很多年“高大上”的项目投资将逐步减少，国家将会从策略上更加关注中小企业的转型与发展。

工业和信息化部装备工业司正式委托中国铸造协会开展《铸造行业“十三五”发展规划建议》编制工作。

规划将深入分析我国铸造行业客观发展现状变化及存在的问题，结合世界铸造业发展趋势，贯彻落实当前铸造行业正在实施的准入制度，提出“十三五”期间适应我国装备制造业发展及未来市场需求的铸造业发展战略思路、发展目标和主要任务，制定具体应对措施和政策建议，以引导我国铸造业在“十三五”期间健康可持续发展。

总体来看，可看出铸造砂需求量近年来平稳增长，随经济形势略有起伏，随着国家加强对制造业的重视，铸造砂尤其是高端铸造砂的需求呈现不断增长态势。

3D打印的冲击虽然对制造业带来冲击，但对高端铸造砂带来了机遇，此外国家对铸造业的二氧化碳限制也对高端铸造砂带来机遇。

总体分析铸造砂温和增长，随经济略有起伏，高端铸造砂的需求呈现不断增长态势。