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新型铸造材料宝珠砂的应用

发布时间:2019/12/27 点击量:

摘要:铸造行业的未来发展趋势是绿色铸造。企业提高产品质量、减少生产污染、降低铸造成本并提高效益依靠原砂作为铸造辅助材料,而宝珠砂在铸造过程中以添加了粘结剂少、高透气性、沙粒强度高等优势逐渐显现成为铸造行业的新宠。本文主要介绍了绿色铸造辅助材料宝珠砂的性能及其在铸造中的应用。
关键字:宝珠砂;树脂砂;消失模;水玻璃砂
铸造一直是中国的传统产业,也是一个污染环境严重的产业。在铸造过程中,由于使用天然硅砂或人工粉碎的硅砂而排出的废砂每年达到2000万吨,这对工人的健康有害(SiO 2粉尘容易发生矽肺病)。因此,迫切需要研制开发人造特种铸造砂,而宝珠砂由于其一系列的优势而成为铸造的新宠。
 

1、宝珠沙介绍

1.1宝珠砂的制备

宝珠砂是通过煅烧铝土矿原料,电弧炉的高温电弧将其熔融成液体,利用强风将液体原料吹散开,并利用自然的液体表面张力形成球而获得的光滑砂粒。其生产过程如图[1]所示。
宝珠砂应用【图1】

1.2宝珠砂的理化特性

用于铸造的宝珠砂的粒度通常在0.053至3.53mm之间。宝珠砂的主要化学成分是氧化铝(Al 2 O 3)和二氧化硅(SiO 2)。宝珠砂的典型化学组成如表1所示,因为宝珠砂的矿相主要是刚玉和莫来石。其耐火度一般≥1800℃,是一种高硬度的铝硅耐火材料。
宝珠砂应用【图2】
宝珠砂应用【图3】
宝珠砂应用【图4】
从表3的比较中可以看出,宝珠砂具有较高的耐火性,适用于铸钢、铸铁等材料。另外,由于宝珠砂的热膨胀率较低,因此由于铸造期间的大的热膨胀而可以减少铸造缺陷,例如由铸造引起的裂纹、脉纹等。

1.3宝珠砂的特征

(1)宝珠砂的耐火性在1800℃以上,高温下化学稳定性好,pH值为7-8,为中性材料。粘土砂、自硬化砂、水玻璃砂、热(冷)芯盒、外壳等工艺生产铸钢、铸铁和各种有色合金都可以应用。
(2)宝珠砂的电熔技术,质地致密,经久耐用,优于其他人工砂。
(3)宝珠砂加热后的膨胀率约为硅砂的1/5,大致相当于锆英石砂,略低于铬铁矿砂。作为成型材料,它可以有效地防止铸造缺陷,例如纹理缺陷和膨胀缺陷。
(4)宝珠砂具有近乎球形的形状。如图[2]所示,流动性好,比表面积小,粘合剂的加入量少,岩心砂气量少,可以制成形状复杂的岩心。

2宝珠砂在铸造中的应用

目前,大多数国内铸件生产仍是砂型铸造,而宝珠砂不仅具有砂型铸造的优势:粘结剂添加量低,耐火性高,再生性能好等优点,而且还具有特殊的铸件(消失模铸造、 V方法铸造)等,也具有其他铸造砂没有的的优势,不易断裂,重用性能良好。
宝珠砂应用【图6】

2.1覆膜砂工艺中的建模和制芯

中国从1950年代开始研究覆膜砂壳技术。自1990年代以来,覆膜砂的生产和应用发展迅速,产品类型的数量不断增加,并已形成一系列产品。这主要是由于覆膜砂具有良好的流动性和储存性。用其制成的砂芯强度高,尺寸精度高,便于长期存放。
[图4]发动机水套砂芯的横截面积小且形状复杂。如果使用硅砂涂层砂,则不容易射出,也容易破裂。铸件还容易粘附并且难以清洁。宝珠砂涂砂不仅容易射出,而且具有很高的芯强度。铸件表面光滑整洁,减少了清理工人的数量。
近年来,宝珠砂壳型精密铸造技术得到了快速的应用,其铸件的表面质量已接近传统的失蜡精密铸造。如图[5]所示,不锈钢三通采用宝珠砂壳型精密铸造工艺生产。不仅生产周期短,效率高,生产环境也大大改善,取得了良好的经济效益和社会效益。
宝珠砂应用【图5】

2.2树脂自硬砂工艺建模与制芯

研究表明,树脂自硬砂的强度随树脂用量的增加而增加,但当其加入一定量时其强度却缓慢增加。对于铸造厂而言,树脂量的增加将增加其生产成本,并且将增加树脂砂和砂粒表面上的碳质涂层中的残留碱金属量,从而影响甚至降低回用砂的质量和强度。这反过来影响旧沙子的再生率。为了降低企业的生产成本,在满足生产需要的条件下,树脂用量越少越好。
宝珠砂应用【表4】
从[表4]中可以看出,与标准砂相比,当树脂含量降低50%时,2小时抗拉强度提高了14%,最终强度提高了24%。沙子中的树脂量可以减少45〜60%。

2.3水玻璃砂工艺中的表面砂

因为大型钢铸件的金属静压头浇注时间高、,所以金属与铸模之间的热相互作用,机械相互作用、化学反应非常强烈。在铸件表面上,尤其是在砂芯或铸件表面上金属的渗透和粘砂很容易在结晶器的集中区域(例如凹陷)发生,这可能会使铸件的表面质量变差,甚至可能导致清砂工人受到损害工作了几年后患上矽肺病。
在CO₂硬化水玻璃硅砂工艺中,水玻璃的添加量约为7%(占砂质量),而在CO₂硬化水玻璃宝珠砂工艺中,水玻璃的添加量小于4%(占沙子质量)。首先,将混合的水玻璃宝珠砂填充到作为表面砂的易粘砂部分(细长孔、角和其他热交界处)中,其余部分填充水玻璃硅砂,并使CO₂硬化并刷上涂料。浇注后,铸件易于清洁且表面光洁度高,可防止沙粒粘连。
 

2.4消失模铸造过程中的填充砂

在中国,消失模技术的发展从不同方面展示了该工艺的优势,并且已广泛应用于铸铁和铸钢产品。它已被用于投资各种零件的生产,从相对简单的零件到具有相对复杂特征的零件。此外,它还适用于不同的生产操作,包括批量生产,散装零件甚至原型。为了确保消失模原砂具有足够的流动性以填充消失模铸件中复杂的深腔部分,加上厚的涂层具有一定的机械强度以防止箱体塌陷,因此消失模铸件需要将原砂足够好。利用宝珠砂的某些性能进行消失模铸造可以提高铸件的产品率,降低成本并改善工作环境。
宝珠砂应用【图6】
[图6]它是油田中一部分的大十字架,材料为ZG310-570,重195Kg。从图中可以看出,如果在47×500的细孔中填充普通石英砂,则不会被填充(振动),这可能会导致铁包砂、烧结等现象,无法清洗。宝珠砂为球形,填充模型时易于流动,填充紧凑,透气性好。另外,宝珠砂强度高,不易破碎,车间灰尘少,可大大改善工人的工作环境。

2.5宝珠砂施工过程中应注意的事项

2.5.1 1Al₂O₃含量对铸件质量的影响
1Al₂O₃的含量直接决定其耐火性和烧结点。含量越高,耐火性和烧结点越高。为了生产不同材料的铸件,宝珠砂中1Al₂O₃的含量也不同。如钢铸件,一般浇筑温度在1550℃以上,一般选择1Al₂O₃含量大于73%的宝珠砂;另一方面,由于耐火材料的低耐性和砂粒的熔化,它会在铸件中引起粘砂。铸铁零件的铸造温度约为1400℃,1Al₂O₃含量可从67%至70%中选择。对于特大型铸铁零件,请参考铸钢件用宝珠砂的指标。
另外,Al₂O₃的含量也影响宝珠砂的破碎率和耐用性。在需要多次强力再生的情况下,应选择Al₂O₃含量较高的宝珠砂。
2.5.2铸件中宝珠砂含量对铸件质量的影响
如果铸造宝珠砂的泥浆含量超过标准,则会降低宝珠砂的耐火性和烧结点,并降低芯砂的渗透性。特别是对于树脂砂,高的泥浆含量将大大降低型芯(型芯)砂的强度,增加树脂粘结剂的添加量,并且相应地增加型砂的透气性、强度和渗透性对铸件质量产生严重影响。
2.5.3铸造用珍贵珍珠砂的平均细度和粒度组成对铸造质量的影响
宝珠砂的平均细度和粒度组成是与铸件表面粗糙度有关的重要参数。一般而言,沙子越细,铸件的表面越光滑,所需的粘结剂量越大,气体的量就越大。这是所有铸造砂的共同点。平均细度值小的粗砂可用于高质量或厚断面的铸件。平均细度高的细砂可用于低质量的铸件或薄壁铸件。
宝珠砂的粒度应根据石英砂的规格选择。一般经验是,宝珠砂的粒径范围越广,使用宝珠砂的整体效果越好,与石英砂相比,可以采用更细的粒径。最好根据实验确定。

3宝珠砂的应用结论

(1)宝珠砂的形状接近球形,粘合剂的加入量少,减少了由粘合剂引起的铸造缺陷;高耐火性、高强度,良好的可回收性,并降低了企业的生产成本。
(2)宝珠砂是一种非石英人工砂,是一种中性材料,适合生产各种金属材料。酸性粘合剂、可用于碱性粘合剂。对于生产不同材质的铸件,企业可以节省换砂费用。
(3)Al₂O₃的含量决定了宝珠砂的成本。因此,铸造企业应根据所生产铸件的材料和尺寸来选择合适的宝珠砂(Al₂O₃含量为、粒度等),从而可以节省大量成本。
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