濕型砂系統(tǒng)的穩(wěn)定控制

張宏奎，趙洪仁

濕型砂系統(tǒng)的穩(wěn)定控制

張宏奎，趙洪仁

一、概述

由于生產(chǎn)條件及環(huán)境的變化，必然導(dǎo)致鑄件其他參數(shù)發(fā)生變化，如果不能及時調(diào)整型砂工藝，砂系統(tǒng)將會呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，最終導(dǎo)致鑄件清理難度加大甚至報廢。因此，就需要調(diào)整原有的型砂工藝穩(wěn)定砂系統(tǒng)。型砂主要是由舊砂、原砂、膨潤土和添加劑等組成。由于型砂95%以上是舊砂，而舊砂由于澆注鑄件的砂鐵比不同、芯砂混入量不同等因素的影響，導(dǎo)致材料構(gòu)成的波動非常大。因而要控制型砂的構(gòu)成，就必須對型砂中的有效膨潤土含量、有效添加劑含量及含泥量進(jìn)行檢驗，以便確定混砂時膨潤土、添加劑和原砂的補加量。本文將簡要介紹我公司鑄造廠在實際生產(chǎn)過程中如何根據(jù)參數(shù)的變化調(diào)整型砂工藝，以保證砂系統(tǒng)的穩(wěn)定。

二、型砂關(guān)鍵參數(shù)

（1）有效膨潤土量 有效膨潤土（活性）含量的測定是根據(jù)膨潤土中所含蒙脫石礦物能吸附亞甲基藍(lán)等染料的特性檢測，是指5.0g型砂用0.20%濃度試劑純亞甲基藍(lán)溶液的滴定量(mL)，再根據(jù)膨潤土的標(biāo)準(zhǔn)曲線公式換算所得（%）。

（2）有效添加劑量 是根據(jù)型砂添加劑的發(fā)氣量作對比，使用公式換算所得，即1.0g型砂在900℃的發(fā)氣量（mL）減去型砂中活性膨潤土的發(fā)氣量（計算前測得平均量）再與1.0g添加劑發(fā)氣量對比（%）。

（3）含泥量 國標(biāo)G B / T9442—1998中規(guī)定直徑小于20μm的微粉顆粒為泥分。通常使用沖洗法將泥分去除。

（4）型砂粒度 以平均細(xì)度值A(chǔ)FS表示，即根據(jù)假想的篩號間接地反映砂粒的平均尺寸。

三、調(diào)整方案

該廠使用的混砂設(shè)備為DISA碾砂機(jī)，造型設(shè)備KW靜壓造型線。利用半年時間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對其型砂系統(tǒng)制訂了如下方案。

1. 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

（1）根據(jù)造型主機(jī)設(shè)定值確定每箱型砂加入量，根據(jù)每箱鑄件及澆注系統(tǒng)重量，鑄件所使用芯砂量統(tǒng)計每箱鑄件的砂鐵比。

（2）統(tǒng)計廢砂排廢量及芯砂、輔料使用量統(tǒng)計。

（3）型砂系統(tǒng)的除塵量統(tǒng)計。

2. 型砂調(diào)整

（1）統(tǒng)計與驗證 根據(jù)生產(chǎn)情況，當(dāng)某一鑄件連續(xù)生產(chǎn)兩天以上時，將型砂輔料（膨潤土、添加劑）的加入量固定，統(tǒng)計型砂有效量的變化情況，然后在其他鑄件連續(xù)生產(chǎn)時逐步驗證砂鐵比與加入量的關(guān)系。

（2）型砂粒度調(diào)整 根據(jù)50/100篩號的中值調(diào)整（50/100篩號的硅砂，其平均細(xì)度的中值為50），當(dāng)型砂的AFS≤50時，通過加入細(xì)砂（70/140目）或更細(xì)的新砂（140/70目）調(diào)整，每碾加入30～60kg，分析粒度變化情況。

（3）型砂含泥量調(diào)整 通過對每天除塵量的統(tǒng)計，分析型砂系統(tǒng)含泥量的變化情況。

四、具體調(diào)整過程

1. 鑄件砂鐵比統(tǒng)計

鑄件砂鐵比統(tǒng)計結(jié)果見表1。

2. 根據(jù)鑄件的砂鐵比調(diào)整有效量

56D缸體的砂鐵比為6.57，屬于缸體類鑄件中砂鐵比最高的一種，因此首先以56D缸體進(jìn)行試驗。

在連續(xù)三天生產(chǎn)56D時，每碾添加劑的加入量22kg，粘土加入量33kg，添加劑的有效量由4.55%升到5.03%，粘土有效量由6.56%升到7%，約增加了0.5%，說明生產(chǎn)56D缸體時，按此加入量調(diào)整高于砂系統(tǒng)的平衡值。

通過以上的數(shù)據(jù)分析，輔料加入量作出如下調(diào)整：

（1）在生產(chǎn)該缸體時，每碾添加劑的加入量調(diào)整到19kg，粘土加入量26kg，連續(xù)3天的數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，添加劑的有效量由4.36%變?yōu)?.29%，粘土有效量由7.22%變?yōu)?.11%，有效量波動0.1%。

因此，該工藝調(diào)整方案合理，可保證型砂系統(tǒng)平衡。

（2）同理，通過試驗數(shù)據(jù)分析及理論推算其他鑄件的輔料加入量與有效量的關(guān)系，在生產(chǎn)不同鑄件時，調(diào)整合適的輔料加入量。

3. 粒度調(diào)整情況

分別使用70/140目新砂及140/70目新砂調(diào)整型砂粒度，結(jié)果分別見表2、表3、表4。

實際生產(chǎn)中，每碾砂量3t，系統(tǒng)砂量約900t。

（1）1月1 6～2 1日，5天共碾砂4 2 5 7次，約循環(huán)4257×3/900=14次，每循環(huán)一圈的細(xì)度約變化0.26（每碾）。

因此，1月16日型砂AFS值49.15。從1月16日開始連續(xù)5天加入70/140目的新砂調(diào)整粒度，每碾加入60kg，1月21日型砂AFS值為52.84。

（2）1月2 5～2 7日，三天共碾砂2 1 6 5次，約循環(huán)2165×3/900=7次，每循環(huán)一圈的細(xì)度約變化0.22（每碾）。

表1　鑄件砂鐵比統(tǒng)計結(jié)果

表2　調(diào)整前的型砂粒度

表3　使用70/140目新砂調(diào)整后的型砂粒度

表4　使用140/70目新砂調(diào)整后的型砂粒度

因此，1月2 4日型砂AFS=52.44，當(dāng)型砂細(xì)度達(dá)到52 ～53時，繼續(xù)加入70/140目的新

砂對砂系統(tǒng)AFS的影響很小。從1月26開始連續(xù)三天加入140/70目的新砂調(diào)整，每碾加入60kg，1月28型砂的AFS為54。

4. 含泥量與除塵量對比

連續(xù)三個月含泥量與除塵量的對比情況見表5。

2～3月由于北方氣候寒冷，冷的除塵管道在抽走熱的粉塵后，管道內(nèi)的粉塵遇冷凝固，如果管道清理不及時，堵塞現(xiàn)象頻出，每天排放量4～8t不等，砂系統(tǒng)的含泥量波動較大，在此期間，只有通過增加除塵設(shè)備的風(fēng)量及疏通管道，提高其除塵能力，降低含泥量；進(jìn)入4月份后，溫度逐漸升高，粉塵遇冷凝固現(xiàn)象不再出現(xiàn)，除塵量逐漸趨于穩(wěn)定，平均排放達(dá)到每天7～8t，含泥量波動范圍縮小。

降低型砂系統(tǒng)含泥量還可通過加新砂或降低輔料加入量，但存在一定弊端。

五、試驗結(jié)論

（1）型砂輔料有效量調(diào)整膨潤土晶體受熱造成一定程度破壞，再加水混合后濕態(tài)黏結(jié)力將明顯下降。更高溫度和更長時間加熱后，膨潤土的晶體結(jié)構(gòu)完全破壞，就變成沒有黏結(jié)力的“死黏土”。鑄件厚度增大，砂鐵比低，澆注溫度高和冷卻時間長都都使膨潤土的燒損量增多。

判斷型砂中有效煤粉是否足夠的最直接方法，是觀察鑄件表面的粗糙程度和有無粘砂。一方面，受到澆入金屬液熱作用，舊砂中一部分煤粉被燒損，需要補充。另一方面，新加入材料如新砂、混入芯砂和膨潤土也需要靠加入煤粉，使其達(dá)到有效煤粉量的水平?；焐皶r煤粉總加入量是燒損量與額外補充量之總和（有效煤粉即相當(dāng)于有效添加劑）。

（2）型砂粒度的調(diào)整高壓造型的型砂粒度一般為50/140目，而樹脂砂芯粒度多是50/100目或更粗些。芯砂混入量過多就會使整個濕型舊砂的粒度變粗，從而引起型砂透氣性增高，鑄件表面變得粗糙。為了保持型砂的粒度不致變粗，可將除塵系統(tǒng)的微粒回收到舊砂中，或是加入細(xì)粒新砂來調(diào)整。如上所提的鑄造廠，當(dāng)型砂的AFS達(dá)到48左右時，通過連續(xù)加入70/140目或140/70目的新砂調(diào)整。但是，由于鑄件潰散入砂系統(tǒng)的芯砂量已經(jīng)很大，如果型砂粒度不是粗化到難以承受的程度，不建議如此連續(xù)大量的加入新砂，否則會由于新砂量過大，對型砂系統(tǒng)的其他性能指標(biāo)（含泥量、有效量及強度）帶來影響。

（3）含泥量的調(diào)整含泥量的升高，會導(dǎo)致型砂透氣性下降，澆注過程中會產(chǎn)生“氣爆”現(xiàn)象，鑄件就會因爆炸粘砂報廢，因此型砂系統(tǒng)的含泥量不能過高。降低砂系統(tǒng)的含泥量可通過降低輔料加入量，但是有效膨潤土量的降低會導(dǎo)致型砂強度下降，起型能力及抗夾砂能力降低。另外，有效添加劑量的降低，會導(dǎo)致型砂的抗粘砂能力下降。

如果增加新砂的加入量調(diào)整含泥量，首先需計算出各種新加入材料在澆注后的型砂中產(chǎn)生多少泥分，才能計算出這些泥分需要加入多少原砂才能夠使型砂含泥量符合工藝規(guī)定。如上所提的鑄造廠每碾加30kg的新砂，含泥量可降低0.1%。但是新砂加入量過多，不但造成資金的浪費，而且還會使型砂系統(tǒng)舊砂比例下降，使型砂性能降低，型砂發(fā)散，影響型砂的起模能力，砂型在澆注過程中出現(xiàn)沖砂現(xiàn)象。

因此，筆者認(rèn)為如果能通過調(diào)整除塵設(shè)備控制砂系統(tǒng)的含泥量才是最佳選擇。

總而言之，穩(wěn)定型砂系統(tǒng)就是為了能夠生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良的鑄件。通過這一理念我們要不斷地根據(jù)變化的生產(chǎn)條件調(diào)整型砂工藝，以滿足生產(chǎn)需求。

表5　2014年連續(xù)三個月含泥量與除塵量的對比

20150205

作者簡介：張宏奎、趙洪仁，一汽鑄造有限公司技術(shù)中心。