淺談造型材料對鑄鋼件質量的影響及對策

于 江

（中車齊齊哈爾車輛有限公司，黑龍江齊齊哈爾 161002）

1 型砂

就鑄鋼件行業來講造型材料消耗最大的就是砂，其中以型砂使用量最為龐大。為節約成本，大多數鑄造企業都開始使用再生舊砂。再生舊砂既可以大量減少舊砂的排放，又可以節約新砂的使用量，可有效改善環境和成本兩個關鍵指標。

型砂一般指的是造型時使用的混制完成的砂，是由鑄造用原砂、再生舊砂、型砂粘結劑等造型材料按照一定比例充分攪拌混合，以達到相應的初始強度、終強度。其中原砂主要分為兩大類，一種是常規使用的硅砂，另一種是特種砂，例如鉻鐵礦砂、鋯砂、寶珠砂等。

1.1 原砂

原砂即為鑄造用硅砂，也俗稱新砂，其主要成分為SiO2，SiO2含量是衡量原砂質量的主要指標，是決定原砂耐火度的主要因素，若作為背砂使用，對原砂耐火度要求SiO2≥93%即可。在我們企業中原砂作為面砂使用，為了保證原砂有足夠的耐火度，面砂需選擇SiO2≥96%的高質量原砂。其余質量參數指標包括含水量、含泥量、灼減量、酸耗值、粒度（三篩/四篩組成）、微粒（大于140 目）含量、角形系數等，均根據企業的生產規模、生產特點、生產成本及生產鑄件的質量要求等執行企業標準。其中原砂的粒度也是重要指標，結合我們企業鑄件產品特點和質量要求，選取40～70 目集中度90%的原砂。

特種砂也是原砂的一種，現在廠內大量使用的特種砂有鉻鐵礦砂和鋯砂兩種。一些鑄件在熱節部位容易產生缺陷影響鑄件的驗收和交出，造型、制芯時在對應位置加入特種砂可以改善鑄件的表面質量，避免關鍵部位缺陷的產生。

例如搖枕斜楔芯圓角部位采用的鋯砂、側架小導框芯采用的鉻鐵礦砂都是為了改善鑄件的表面、內部質量。除上述兩種特種砂外，寶珠砂作為特種砂也在很多鑄造企業得到廣泛應用。

1.2 再生砂

造型是鑄造生產過程中最重要的環節之一，與鑄件質量息息相關，而型砂更是造型過程中最重要原材料。但型砂使用量過大、廢砂排放成本也是十分龐大。結合成本問題，絕大多數鑄造廠在造型過程中均使用再生砂。為了保證砂型質量，再生砂使用量一般隨著氣候季節的變化而變化，新砂加入量占比見表1。

表1 不同季節新砂加入量

當然新砂占比并不絕對，根據當日具體氣溫也應作出相應的調整。在日常工作中每天對型砂質量的監控也是重中之重。如果砂型表面浮砂多、涂料涂刷后內部顆粒密集則在鑄件表面容易產生粘砂，相應的改善砂型硬化速率是有效改變鑄件表面質量的方式之一。

再生砂的兩個主要參數為微粉含量和灼減量。再生砂的微粉含量指140 目以下的型砂顆粒含量的總和。微粉含量高，不僅會增加固化劑的加入量，同時會導致型砂的硬化性差、透氣性差、強度低等問題，同時會給鑄件帶來憋氣、粘砂、氣孔、沖砂、夾渣等缺陷。灼減量是對舊砂中殘存的粘結劑膜等有機物的度量。灼減量與發氣量呈直線關系，過高的灼減量會增加型砂的發氣量,一般來說，灼減量超過3% 就會導致鑄件表面產生氣孔等缺陷。所以在鑄造生產過程中要嚴格控制再生砂灼減量。

針對這種生產中產生的缺陷，最直接的方式就是降低再生砂的微粉含量。結合現場的設備和生產情況，對批量缺陷進行針對改善，在允許范圍內調整新舊砂比例可有效的降低微粉對砂型的影響，從而減少鑄造缺陷。

2 型砂粘結劑

單純的原砂是沒有結合強度的，需要加入粘結劑進行混合、反應以達到要求強度。根據不同的生產條件及生產工藝，有多種多樣的粘結劑應用在生產中：粘土、油、呋喃樹脂等。我公司原砂多采用海城砂、通遼砂、大漠砂，采用水玻璃做粘結劑，是典型的水玻璃砂鑄造。

圖1 鑄件氣孔缺陷

圖2 鑄件嗆空缺陷

在材料一定的情況下砂型的強度主要決定因素是水玻璃的參數和加入量的變化。砂型強度不足、硬化速度慢容易沉箱，生產出的鑄件壁厚上下不均，產生厚大飛邊。如果鑄件沉箱在清理工序可以直觀的看到，針對沉箱情況調整水玻璃加入量、硬化時間可以有效地解決問題。

清鏟落砂對于生產大型箱體類鑄件尤為重要，鑄件內腔砂芯清理難度大，因而對于芯砂的潰散性要求較高，而砂芯的強度過低又不利于儲存、運輸、使用。在混砂時，砂型強度隨著水玻璃的加入量增加而增加，水玻璃加入量與砂型強度見表2。

表2 不同水玻璃加入量對應1h/8h 抗拉強度

為了保證生產順利進行，應保證制芯、下芯、澆鑄過程中砂芯的強度，同時也要注重清鏟難度。因此，水玻璃加入量在保證砂型強度前提下應盡可能的降低，結合現場應用情況應保持在2.7%～3.5%之間。

3 涂料

在鑄造過程中鋼水澆鑄溫度高、硅砂的耐火度不足，直接接觸硅砂會使型砂燒結，嚴重的甚至變為玻璃體，在型腔表面涂刷涂料是較為常見的解決方式之一。

涂料主要由耐火骨料、載體、懸浮劑、粘結劑和添加劑等組成。其中耐火骨料為涂料的主要工作成分，靠耐火骨料提高耐火度、高溫穩定性、導熱性，使鋼水不與砂型發生反應、避免化學粘砂。

涂料的物理性能參數包括密度、固體含量、成分、懸浮性、粘度等，工藝性能參數包括滲透性、流平性、涂刷性、不流淌性等，工作性能參數包括波美度、涂層耐磨性、涂層厚度、發氣性、涂層烘干抗裂性、高溫熱爆抗裂性、抗粘砂性等。其中密度的大小反映涂料含固量的高低，對涂料的工藝性能和工作性能都有很大的影響。密度太小，涂料中耐火粉料含量不足，涂料抗流淌性差，不易涂掛和形成所需的涂層厚度，起不到保護支撐和隔離的作用，烘干時涂層收縮大容易開裂。而密度太大，則條件粘度就越大，滲入砂型就越淺，同時涂掛后的涂層厚、流平性差，導致涂料堆積，烘干時涂層內外受熱不均勻容易開裂。涂料的密度也是日常監測涂料性能的主要指標。

下圖3 為相同部位采用不同涂料涂刷后表面質量差異，可以明顯看出適當密度、粘度的涂料涂刷后表面光滑細膩、無流墜產生。

圖3 涂料涂刷表面質量

4 結論

（1）砂型中如果再生砂灼減量過高鑄件就會產生氣孔等缺陷，嚴格控制灼減量是控制再生砂的關鍵。

（2）型砂粘結劑對砂型質量也至關重要，加入量不足會使砂型強度達不到使用要求，會產生砂眼、變形等缺陷。加入量過高不僅會導致成本浪費，灼減量增加，同時也會增加鑄型的發氣量，會導致鑄件產生氣孔等缺陷，在強度允許的情況下應控制加入量。

（3）涂料的質量與鑄件表面質量息息相關，稍有不慎鑄件就會出現粘砂及夾雜等缺陷，密度、涂層厚度、波美度參數控制是生產過程中確保涂料質量的重要指標。

（4）鑄造生產過程比較復雜，過程操作影響因素較多，同種缺陷可能是不同因素造成的，甚至是多種因素共同影響。分析鑄件缺陷時，需要綜合考慮各方面因素，才能為鑄造生產中的質量改進提供有利的依據。