大型铸钢件铸造工艺技术

大型铸钢件铸造工艺技术

2.1大型铸钢件造型用砂

铸钢件尤其是大型铸钢件大都采用自硬砂地面造型。大型铸钢件通常具有厚大断面和高的金属静压头、浇注时间较长，加上铸件凝固过程中金属液体与砂型之间的热作用、机械作用、化学反应非常强烈；铸件表面，尤其在砂芯或砂型凹陷及转角处极易产生金属渗透粘砂，易造成铸件尺寸稳定性差和表面缺陷。因而大型铸钢件对砂型的高温力学性能、型砂材料的抗粘砂能力要求非常高。目前国内重机行业用于大型铸钢件的造型用砂主要有水玻璃砂(CO2吹气硬化和有机醋自硬化)、树脂自硬砂〔峡喃树脂自硬砂、碱酚醛树脂自硬砂)。国内一些主要大型铸件生产企业已逐步完成使用自硬砂铸造工艺的技术改造。大型铸钢件的面砂一般采用铬铁矿砂等特种砂，这些原砂比硅砂的价格高出很多。因此，对于旧砂再生系统中铬铁矿砂与石英砂的分离技术也是一项合理利用资源及降低成本的关键性技术。

2.2 铬铁矿砂在造型中的应用

2.2.1铬铁矿呋喃树脂砂面砂应用实例(见表2—1)

2.2.2 铬铁矿砂成份及选择

铬铁矿砂属于铬尖晶石。一般以（FeMg ）O ·（CrAlFe ）2O 3形式存在，其中杂质主要为CaO 、MnO 、SiO 2、TiO 2等金属氧化物和碳酸盐化合物。铬铁矿砂的比重为（4.4～4.5）kg/cm 3,堆积比重为（2.0～2.7）kg/cm 3,耐火度为2000±25℃，熔融触点2040℃。铬铁矿砂的选择主要依据需要配制的型（芯）砂后的工艺参数、铸件质量以及旧砂再生回收率的高低来不断摸索确定。铬铁矿砂的化学成分及质量分数（%）见表2—1。

2.2.2.1 酸耗值

我们在采用呋喃树脂砂工艺时其催（固）化剂为磺酸、苯磺酸之类酸性固化剂硬化，要求原砂呈中性，如存在诸如滑石粉的碱性化合物，固化剂的消耗必然要加大，从而砂型

固化慢甚至不能硬化。固对铬铁矿砂的酸耗值要低，因为酸耗值高的（碱性）铬铁矿砂，即使增加再多树脂及固化剂，也不易硬化，即使硬化砂型的最终强度也会很低。原砂其中包括铬铁矿砂酸耗值与强度关系见图2—1。国内铸钢行业多从南非进口铬铁矿砂，其酸耗值较低。

图2—1 酸耗值与砂型强度的关系

2.2.2.2水份

铬铁矿砂与所有原砂一样必须严格控制水份含量≤0.2%。原砂中的水分除稀释了附在砂粒表面的粘结剂浓度，同时也隔离了砂粒表面与粘结剂的接触，从而降低砂粒表面的粘结剂附着强度。

2.2.2.3 微粉

铬铁矿砂中的微粉含量（＜120目）

应控制在≤0.2%（质量百分数），可减少对树脂加入量及型砂可使用时间的影响。我们希望型砂可使用时间长一些，主要是铬铁矿砂需求量一般较低（一般经验用量占树脂砂用量的5%左右），主要在型芯转角及厚大截面处，以及大面积敷用吃砂量不能太厚等因素都需要两种型芯砂结合面强度要高因而对粉尘含量控制极严。

2.2.2.4 杂质

铁铬铁矿和镁铬铁矿以及铝铬铁矿统称为铬铁矿（尖晶石）。

铬铁矿：化学成分为（Mg、Fe）Cr

2 O

4

，含Cr

2

O

3

67.9%

镁铬铁矿：化学成分为（MgCr

2 O

4

），含Cr

2

O

3

79.04%

铝铬铁矿：化学成分为Fe（Cr、Al）

2 O

4

富铬类晶石），含Cr

2

O

3

32～38%

硬铬尖晶石：化学成分为（Mg、Fe）（Cr、Al）

2 O

4

，含Cr

2

O

3

32～50%

以上尖晶石耐火温度高达2000℃，可以在低于熔化温度下烧结获得较高的高温强度。

而其它杂质如CaO、MnO、SiO

2

、MgO等统称脉石，其熔化温度大大低于铬铁矿砂。所以铬铁矿砂随着杂质含量的增加，其抗高温钢水的渗透能力和高温强度随之恶化，尤其在厚大

铸钢件的钢水和铬铁矿砂界面上烧结严重，所以必须严格控制杂质尤其是SiO

2

的含量。一

般来说，铬铁矿砂中SiO

2

的含量应控制在3%以下，可防止渗透粘砂。

2.2.2.5 粒度

在选择铬铁矿砂粒度组成时，可参照一般石英砂的粒度、集中度、微粉含量、含泥

量、含水量等考虑。粒度选择主要目的是保证型砂的高温强度，一般厂家多考虑50/70/100筛号的粒度,三筛质量之和≥75。

3 铬铁矿砂型砂特点及配制

3.1 型砂配制

在德阳二重、宁夏共享、长城须崎，上海沪临（原沪东重机）采用的是连续式混砂机混制铬铁矿砂（有的铬铁矿砂连续混砂机放置在大型移动混砂机旁边且随移动台车同步行走），在其它小批量生产的项目中也采用间歇式混砂机单独放置。尤其是大多数采用水玻璃硬化工艺的厂家没有专用混制水玻璃铬铁矿砂的混砂机，而与混制水玻璃砂同用一个混砂机，因而不能达到铬铁矿砂的随用随混操作方式。为确保生产的连续进行，混制后的铬铁矿砂应有一定的存储量。混砂时间根据工艺定，固化剂、树脂粘结剂按照调整好的程序通过PLC自动控制操作。树脂加入量0.95～1.2%，固化剂加入量为粘结剂的30～50%。因为部分表面铬铁矿粘结剂砂要与主体背砂的粘结剂型砂良好接合（即粘结剂相同），铬铁矿粘结剂砂的可使用时间要适当延长。保证面背砂同步固化。同样针对酯硬化水玻璃铬铁矿砂的配置，也要针对可使用时间和脱膜时间选择快慢调节酯来改变酯的硬化速度。上海某汽轮机厂用铬铁矿砂配制酯硬化水玻璃砂发挥铬铁矿砂的抗粘砂能力，已经生产出无粘砂的厚大铸钢件（见表2—1）。

3.2 铬铁矿型砂高温性能

3.2.1 热膨胀

大型铸钢件由于钢水量大及浇注时间长，在砂（铸）型各部位将会产生较大的温差，为此我们要选择受热膨胀较小的铬铁矿砂，以防止和避免铸造缺陷。图3—1三种型砂（石英砂、锆砂、铬铁矿砂）的热膨胀曲线示意。

图3—1三种型砂的热膨胀曲线示意图3—2三种型砂的高温强度曲线3.2.2高温强度