靜壓造型生產線濕型砂質量控制探索

張 娜，吳來發，孫洪超

（合力股份有限公司合肥鑄鍛廠，安徽 合肥 230000）

目前，高密度造型如高壓、氣沖、擠壓、射壓、靜壓等造型生產線均以黏土濕型砂作為其造型用砂，濕型砂質量的好壞直接影響產品質量[1]。因此，控制好濕型砂質量對于批量生產的造型生產線至關重要[2]。

2010年7月，我廠靜壓造型生產線進入試運行階段，混砂設備采用德國愛立許強力轉子式混砂機，單位小時混砂量約100t.2011年3月前，靜壓造型生產線型砂水分值偏高，約至4.2%～4.4%，緊實率/水分值偏低，約為8%～9%，型砂整體性能不佳，且型砂配比波動較大，各項指標也出現較大波動，產品易出現砂眼、沖砂、氣孔等缺陷。我廠靜壓造型線生產的產品砂鐵比變化大，且球墨鑄鐵生產與灰鑄鐵生產并行，這對于濕型砂質量的控制是不利的，濕型砂質量必須同時滿足不同砂鐵比及不同牌號產品的要求。為此，尋找合理的型砂配比，穩定濕型砂質量，降低生產線鑄造批量缺陷有著重要意義。

1 型砂質量調控及數據分析

針對2011年年初濕型砂水分偏高，緊實率/水分偏低，有效黏土含量偏高，全黏土含量偏高，產品易出現砂眼、沖砂、氣孔等問題，從2011年3月到7月，采取了一系列調控措施，來解決上述問題。

1.1 型砂質量調控

（1）降低膨潤土加入量。調控初期，型砂全黏土含量12.3%，有效黏土含量8.7%，偏高，這也是造成型砂水分偏高的主要原因。水分偏高，鑄件易產生氣孔，粘砂等缺陷。為此，必須降低膨潤土加入量，而且型砂中有效膨潤土量減少，鑄件的落砂性能也能得到改善。需通過降低膨潤土加入量來使有效黏土含量控制在7.5%～8.0%.

（2）降低混配土加入量。混配土中的主要成分是煤粉，再添加部分膨潤土，少許α-淀粉，堿化褐煤等混碾而成。高壓造型的砂型緊實度高，型砂中煤粉量應少些[3]。前期由于混配土加入過多，許多鑄件開箱后表面呈現亮藍色，雖經拋丸后產品并無明顯缺陷，但加入過多的煤粉會增加型砂灰分，降低型砂透氣性，加大產品產生氣孔缺陷的幾率。

（3）延長型砂濕混時間。原來型砂濕混時間為80s，這對質量高要求的型砂是遠遠不夠的。通過協調混砂機加料條件、卸料門鎖定條件、圓盤給料條件、出砂口口徑等之間的關系，盡量保證每批次的砂全部進入皮帶并送至造型機處，圓盤積砂不可過多。經過調整上述幾個參數，并調整一次混砂量增加5%，目前型砂濕混時間已能增加到100s，基本滿足要求。

（4）增大除塵風量。增大除塵風量，可降低舊砂中泥分含量，從而降低型砂水分，提高緊實率/水分值，提高型砂性能。

（5）平衡型砂系統砂量。型砂系統具有充足的砂量，則回用的舊砂在砂斗內可以得到足夠時間的休整，膨潤土能更好的發揮粘結作用。

（6）沸騰冷卻床應有足夠的水壓及水量。水壓及供水量不足，將導致噴頭噴出的水以水柱狀流出，而不是霧狀噴出，舊砂在翻滾過程中，大面積不接觸水霧，為干砂，而接觸到水流的舊砂則過分潮濕。

1.2 型砂檢測數據及分析

緊實率、水分、緊實率/水分、濕壓強度、透氣性，以上型砂指標以靜壓線型砂實驗室日常檢測數據為基礎，對每月大量數據統計求平均值，做出（2011年3月至2012年2月）曲線變化如圖1所示。

全黏土含量、有效黏土含量、揮發分、燒矢量、粒度分布，以上是2011年2月至2012年1月共6次型砂實驗室檢測數據。

分析圖1中a）、b）圖，型砂緊實率值穩中有升，水分值穩中有降，緊實率、水分值呈上升趨勢。5月份水分異常，高至4.02%，主要原因是有效黏土含量為 8.2%，全黏土含量為 13.3%，如圖 2中 a）、b），全黏土為吸水物質，會增加系統中的水分需求，故水分偏高。緊實率/水分值前期呈上升趨勢，后期基本穩定在10%～12%之間，可以間接地判定型砂質量在逐漸好轉，且后期也基本達到了一個平衡。

分析圖1中c）圖，型砂濕壓強度值穩定在0.16MPa～0.18 MPa，控制較好，滿足靜壓造型濕型砂性能要求。分析圖1中d），透氣性指標呈上升趨勢，但仍在允許范圍內。分析原因，主要是后期產品結構調整，導致泥芯砂混入量加大，芯砂較粗，進而透氣性值增加。根據生產現狀統計，目前芯砂的流入量約為3%～4%.芯砂混入的危害：降低混砂機效率；增加膨潤土用量；增加型砂發氣量；改變型砂粒度分布，提高型砂透氣性[4]；惡化鑄件表面質量。目前采取措施：首先是在保證砂量平衡的基礎上增加排廢（開箱至泥芯較大的產品則進行集中排廢，力求泥芯混入量控制在2%以內，同時略微增加膨潤土的含量，盡量延長混砂時間。開箱至泥芯較大的產品時進行集中排廢）。

圖1 靜壓線型砂日常檢測數據

圖2 型砂實驗實檢測數據

分析圖2中a）、b）圖，全黏土含量在11%～13%范圍內波動，后期穩定在11%～12%，較穩定；有效黏土含量后期基本穩定在7.5%～8.0%，膨潤土加入量已較合適；c）圖揮發分及燒失量均較穩定，雖然混配土加入量降低的較多，但由于芯砂混入量的增加，產品總體并未出現粘砂缺陷；d）圖中，粒度分布6次對比無明顯差異，型砂整體分布成50/100目分布，并不理想，100目偏少，50目偏多，與泥芯砂后期混入較多有關，這也是型砂透氣性逐漸增大的主要原因。應注意調整型砂粒度分布呈100/50目的三篩分布或呈50/140的四篩分布，否則易造成產品粘砂，表面光潔度差。

1.3 生產實例

1）2011年6月份，型砂檢測人員在對舊砂進行取樣分析時，發現舊砂水分高至4.6%，通過對舊砂水分全天取樣結果分析：舊砂水分出現很大波動，嚴重影響型砂質量。經排查分析發現主要是沸騰冷卻床水壓不足及砂庫砂量少兩個因素導致舊砂水分出現突變。沸騰冷卻床工作水壓應大于0.4 MPa，并保證足夠的供水量，否則噴頭噴出的水非霧狀而呈柱狀，舊砂得不到充分的補水和降溫。舊砂要定期排廢，但排砂量要按計劃進行，否則易造成舊砂系統的失衡。砂系統砂量少，舊砂在舊砂斗中得不到良好的休整，舊砂極不均勻，膨潤土也不能充分發揮粘結作用。因此，沸騰冷卻床正常工作和型砂系統足夠的砂量是控制好舊砂的關鍵。

2）驅動橋殼內澆口附近沖砂。出現該缺陷的主要原因是型砂表面強度不足，在澆注過程中，受到金屬液擦磨作用，型腔表面砂粒受外力作用容易脫落，不僅直接影響鑄件表面粗糙度，而且還會造成沖砂，砂孔等鑄造缺陷。前面講過，由于砂量不足，舊砂得不到充分補水和降溫，舊砂極不均勻，即使在混砂時增加了溫度補償，但由于砂溫較高，加之天氣炎熱，更加重了砂型表面水分的蒸發，“風干現象”嚴重[5]。后期通過穩定型砂系統砂量，使舊砂得到充分休整該缺陷已解決。

2 總 結

2.1 制定靜壓造型生產線濕型砂控制標準

表1為靜壓造型生產線之濕型可控制標準。

表1 靜壓造型生產線濕型砂控制標準

2.2 制定靜壓造型生產線舊砂控制標準

1）砂量：兩個舊砂斗砂量大于等于250t，砂斗處于高料位時進行排廢；

2）砂芯流入量及新砂加入量總和＜3%；

3）混砂前舊砂保持在型砂水分的60%～70%，最好穩定在2%左右；

4）舊砂砂溫不高于室溫15℃（夏季＜40℃）；

5）舊砂含泥量控制在10%～12%.

2.3 其他

經過一年多的調控，靜壓造型生產線型砂質量已較穩定，各項檢測指標已在變化范圍之內，型砂配比無較大波動。經過調整的型砂系統，膨潤土及混配土加入量都有所降低，不但型砂整體性能得到提高，而且大大節約了成本。

［1］龍威.黏土濕型砂性能控制對鑄件質量的影響［J］.現代鑄鐵，2008（4）：86-88.

［2］ChangY ，cheng H H o.The flowability of bentonite bondedgreenm olding sand ［J］. M aterials Processing Technology，2001，113：238-244.

［3］王文清，李文盛.鑄造工藝學［M］.北京：機械工業出版社，2005：109-110.

［4］趙洪仁，邊慶月，陳彥山.樹脂芯砂的混入對濕型砂質量的影響［J］.鑄造，2012（5）：526-529.

［5］于震宗.黏土濕型砂文集［G］.北京：中國鑄造協會，2009：6.

［6］賈瑛.黏土砂鑄造造型線的選用與生產維護［J］.鑄造設備與工藝，2010（1）:10-14.