陶瓷砂應用于芯砂的問題與對策

李克強，齊亞平，張華麗

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司山東濰坊市 261001）

陶瓷砂應用于芯砂的問題與對策

李克強，齊亞平，張華麗

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司山東濰坊市 261001）

本文對陶瓷砂用于芯砂時出現的問題進行了分析并提出相應的解決措施。

陶瓷砂；芯砂

陶瓷砂（又名寶珠砂、鑄寶砂、陶粒砂、鈺珠砂），是熔融狀態下的高氧化鋁質的原料（鋁礬土）進行噴霧處理、使之再結晶而得到的高耐熱性、低熱膨脹、球狀人工無機材料。其用于鑄造原砂時，在性價比上優于鉻鐵礦砂、鋯英砂，為鑄造行業提高鑄件質量、降低成本、減少污染開辟了有效途徑，是較為理想的新型鑄造用砂,近幾年已應用于消失模鑄造、精密鑄造、冷熱芯盒制芯等，具有較好的發展前景。

1 陶瓷砂主要技術指標

主要化學成分：≥75%Al2O3，≤5%Fe2O3，≤5%TiO2，5%～20%SiO2，其它微量。粒形為為球形，角形系數≤1.1。堆集密度 1.95～2.05g/cm3。耐火度 1800～2000℃。熱膨脹率0.13%（1000℃加熱10min）

2 陶瓷砂用于鑄造原砂的優點

（1）球狀粒形，流動性及填充性好

粒形接近真圓，表面光滑，無凹凸脈紋。其流動性及填充性好，造型時易緊實，且能保持良好的透氣性；而硅砂和鎂橄欖石砂均為多邊形砂，流動性較差。

（2）熱膨脹率低，有利于生產高精度鑄件

型砂的熱膨脹系數過大，會造成夾砂、結疤、鼠尾等鑄造缺陷。而陶瓷砂的熱膨脹系數極小，在澆注過程中幾乎沒有膨脹現象，其性能可與鋯英砂媲美，所以，生產鑄件的尺寸精度高，表面缺陷少，不易產生夾砂、沖砂、氣孔等缺陷，鑄件成品率高。

（3）耐破碎性好，有利于回收利用

陶瓷砂顆粒的致密性好，強度高，即使重復再生使用也很少破碎，因此減少了鑄造生產過程中的粉塵、廢物排放，利于環境保護。

（4）耐火性好

其主要成分為氧化鋁，所以耐火性能很好。耐火度≥1790℃，能滿足鑄造各種金屬及合金的要求。而硅砂在不同的溫度下會有多種晶體出現，從而在澆注過程中會再次降低型砂的耐火度。因此使用陶瓷砂可明顯減少機械和化學粘砂，大大減少清砂的勞動強度。

3 我廠陶瓷砂應用情況

濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司在2009年開始試用陶瓷砂，用陶瓷砂與焙燒砂混合代替部分原鉻礦砂與熟料砂生產高速機缸體類水腔砂芯等，并已在2010年二季度實現批量應用，每月用量已達近200t。下面把這段時間的使用情況總結如下。

（1）使用陶瓷砂與焙燒砂配比工藝，其成本比原鉻礦砂與熟料砂配比工藝有所降低，按目前市場價格，節約材料成本在15%左右（見表1）。

表1 二種配料成本對比

（2）該工藝生產的砂芯強度高（見表2），表面致密，鑄件內腔質量明顯的提高，統計2010年二季度質量情況與去年相比，在涂料未更換的情況下，內腔粘砂缺陷有明顯減少，由0.6%降低到0.2%以下。

表2 熱芯盒芯抗拉強度對比試驗數據

（3）射制較大砂芯時容易出現射不嚴現象，特別是尖角薄弱部位。原因是陶瓷砂流動性好，小于100目的細小顆粒容易從排氣孔槽等處跑出，容易堵塞排氣部位而造成射不嚴現象。冷熱芯盒均會有此問題。我公司在射制水腔類熱芯盒砂芯時，每套芯盒在清凈后射制30模就會出現射不嚴現象，并不斷加重，對制芯質量及生產效率影響較大。我們對此采取的措施是增大了排氣槽尺寸，厚度由0.3~0.5mm增加到0.6~0.8mm，并對陶瓷砂粒度要求進行修改，控制其中小粒度顆粒含量，并增加清理工裝頻次，收到一定效果。

（4）砂芯強度高表面致密，在組芯時粘結較困難，影響芯組的成品率及生產效率。統計表明，約有5%左右的砂芯在粘結烘干后，粘結部位出現松動，需要修補。我們對此采取的措施是對組芯對接部位進行形狀上的改進，增加其粘結面積來減少此類問題的發生。在后面的生產中，返修率基本能控制在0.5%以內。

（5）砂芯脆性較大，抗彎性差。其斷芯缺陷比鉻礦砂有明顯增加，主要是在砂芯運輸及組芯過程中容易出現斷芯現象，比例在2%左右；在澆注鐵液后，斷芯缺陷引起的不合格品比例較過去有輕微增加。通過調整樹脂及固化劑加入量來改善其韌性，對減少斷芯有一定效果。

（6）陶瓷砂應用于制芯時，其舊砂回收很困難。在鑄件落砂時與鑄型舊砂混于一起，再分離時會遇到排污、粉塵處理等高成本問題，暫時無法實現回收。陶瓷砂混入型砂后，由于占總砂量的0.1%不到，理論上應該不會對型砂性能產生影響，我們跟蹤型砂性能的結果也證實了此點。

（7）陶瓷砂與焙燒砂的質量對砂芯的質量影響較大。原材料鋁土礦的質量決定了陶瓷砂的最終各種成分及性能，因此礦源對陶瓷砂的質量穩定性影響很大。而焙燒砂由于是硅砂，對其焙燒不徹底時，其體積膨脹率在4%以上，遠遠大于鑄件本體1.5%的收縮率，對鑄件最終尺寸影響較大。在使用初期，由于焙燒砂體積膨脹引起的尺寸缺陷較多。為此，我們對供砂企業進行了細致的考察，選擇了焙燒工藝完善、質量保證能力強的三家企業作為供方，基本上杜絕了此類問題的發生。目前還沒有針對陶瓷砂與焙燒砂質量的國家標準，而供砂企業的規模普遍較小，其質量保證能力也參差不齊，無疑對陶瓷砂工藝進一步的推廣使用有極大的限制。

4 結論

（1）陶瓷砂相比于硅砂等具有獨特的優點，有較好的應用前景。

（2）陶瓷砂用于鑄造行業，能代替鉻礦砂等原常用材料制芯，并且能滿足工藝要求。

（3）用陶瓷砂制芯時，會造成斷芯及部分鑄件尺寸缺陷，需要增加工藝保證。

（4）目前陶瓷砂的應用剛剛起步，還需要制定相應標準來加以規范。

Problems and Solutions to Use of Ceramic Sand for Core Sand

LI KeQiang，Qi YaPing，ZHANG HuaLi
（Foundry&Forging Works Weifang Diesel Engine Power Co.Ltd.，Weifang 261001，Shandong China）

Problems in core technology of ceramic have been analysed with corresponding solution measures

Ceramic foundry sand；Core sand

TG 221+.1；

B

1006-9658（2011）01-2

2010－08－24

2010－123

李克強（1969）男，主要從事鑄造工藝設計