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人造原砂宝珠砂的由来与应用

发布时间:2020/04/25 点击量:

原砂是用于配置制芯砂型砂的砂子,作为芯砂、型砂的基本组成部分,原砂的化学成分和物理性能对铸造砂的工艺性能以及由此制成的铸件的质量有着重要的影响。 因此,选择合适的原砂一直是铸造商深感关注的问题。
现在用于铸造的原砂中,天然硅砂占绝对优势。 其最好的是储量丰富,价格便宜易得,这与其他原砂不能相比。 除此之外,它具有足够高的耐火度,能够承受大多数铸造合金浇注温度的粒子坚固,具有即使接近造型时的舂压和能够承受旧砂再生时的冲击和摩擦的熔点也能够保持形状的强度等能够适应铸造的基本状况条件的特性,但其缺点也相当明显,主要是以下几点:
铸件缺陷
(天然砂铸件缺陷)
  热稳定性差,相变发生在570左右,伴随着大体积膨胀,成为铸件膨胀缺陷的原因。
  高温条件下化学稳定性差,生成FeO和容易熔化的橄榄石,铸件表面附着砂。
  粉碎时产生的粉尘会使员工患矽肺病。
  浪费多,随着环保要求的提高,废物处理成本的增长。
随着铸件质量要求越来越高,环境保护和清洁生产规定越来越严格,认识到“硅砂不是理想的原砂”,寻求硅砂替代材料成为重要的研究课题。铸造技术行业进行广泛研究应用的非硅质砂主要为镁橄榄石砂、锆英砂和铬铁矿砂。
锆英砂具有适合铸造原砂的特性,是比较理想的造型材料,但锆英砂的储量少,价格高,仅用于熔模精密铸造。 橄榄石砂和铬铁矿的储量多,价格也比锆英砂便宜,但两者都是碎矿石,颗粒形状不好,价格也比硅砂高得多,现在只用于部分铸件。追求硅砂替代品的另一个方法是开发人工制造的粒子材料。 这方面的研究至今已有40多年,近10多年逐渐进入实用阶段,受到铸造行业的重视。目前原人造砂型铸造主要宝珠砂碳粒砂、石沙3种,宝珠砂是最成熟的一个。
宝珠砂是美国的Carb  Ceramics公司于上世纪80年代开发的,商品名为“Ceramacore”,是人工烧制的陶瓷球状粒子,最初在油、气工业中被用作石油支持剂。 90年代初,美国和日本企业相继开始应用于我们铸造技术行业,作为锆英砂的替代品。 日本的制造商是伊藤忠陶业株式会社。宝珠砂的粒形如图1所示,扫描型电子显微镜照片如图2所示。
宝珠砂粒形
(图1宝珠砂粒形)(图2宝珠砂的扫描型电子显微镜照片)
 
“宝珠砂”的粒径可在0.053mm到3.36mm之间由用户选择。
1、宝珠砂的特性
宝珠砂的物理化学指标如下:
粒状耐火度炉密度真密度热传导率膨胀系数粒度Al2O3PH球形1900-20501.95-2.05 g/cm32.9 g/cm3(1200)5. 27 w/MK  (20-1000) 610-6 /6-320目(0.053-3.36mm)75-85%7-8
宝珠砂作为铸造行业的原料砂,具有以下优良性能:
  砂粒为球形,流动性好,容易结果实。
   由于热膨胀系数小,使用它调制铸造砂的话,铸造物不会发生膨胀缺陷。 在这一点上可以和锆英砂媲美。
  ★由宝珠砂制备的铸造砂、铸造砂脱模性好,即使图案有深的凹部也容易脱落。
  无硅粉尘危害。
  既不会被金属液浸湿,也不会作用于金属氧化物,能够消除粘砂的缺陷。
  中性,可使用各种酸、碱粘合剂。
  耐火度高,透气性好,不易塌陷,远远高于具有良好的耐火性莫来石烧结制品。
  回收利用再生技术性能好,性价比高。与铬铁矿砂,锆英砂相比,价格下降显著。 同时,由于粒形状为球形,树脂添加量明显减少,降低生产成本,降低气体释放量。 粘结剂造成的铸造缺陷也大幅减少,铸件成品率提高。  
  表面光滑,结构致密,粘合剂均匀复盖。
  热传导率大,稳定性高,无龟裂。
 
2、应用研究范围进行广泛,可用于水玻璃砂、树脂砂、精密机械铸造技术以及铜、铝部件的喷砂清洗。
 
在美国,原来陶粒原本主要用于消失模铸造技术,例如,Citation消失模铸造公司将陶粒用作消失模填砂,效果良好。 据报道,该厂采用陶瓷后,造型消耗的能量大幅减少,铸件尺寸精度显着改善,特别是陶瓷耐久性优良。Ashland重视宝珠砂的各种优点,1997年与Carbo  Ceramics签订了专门的销售合同。近年来,日本开始将陶粒用于膨润土粘结的湿式砂的制备,制造球墨铸件,取得了令人满意的效果。在我国起步晚,但发展很快。
宝珠砂具有良好的适用性, 现在铸造行业使用的各种粘合剂,可以用于宝珠砂,用宝珠砂调制的铸件砂,型芯砂,可以用于制造任何造型技术和制芯技术都适用的铸铁材料和各种非铁合金铸件,不涂漆就可以制造铸钢材料。因为宝石砂的价格比石英砂的价格要高,所以一部分制造商将其与硅砂组合使用。在相同条件下拍摄,提高核心坚定性,提高核心的尺寸精度。 另外,型芯没有涂涂料。用混砂制造球墨铸铁部件时,宝珠砂的热传导率高,铸模的紧实度高,可以减少或消除压缩缺陷。
宝珠砂应用
美国某铸造厂曾在生产条件下评价宝珠砂的耐久性。 用碳粒调制粘土湿式砂,用振轧机的双面铸型造型,铸造砂每天旋转2 ~ 3圈,每次混砂只补充膨润土和水,不加砂。 经过8个月的验证,砂量没有可以减少,系统砂中宝珠砂的粒度主要组成也几乎都是没有发展变化。
尤其值得注意的是,宝珠砂表面非常光滑,旧砂再生时,只需稍微摩擦即可去除砂粒表面的粘膜。 使用各种有机粘合剂的铸造砂、型芯砂,再生工序能耗少,砂的再生率高,带来多方面的利益。 砂的再生一直是个难题的水玻璃粘砂,换成宝珠砂后,出现了新的局面。消失模型、膜砂、水玻璃砂、树脂砂、精密铸造以及铜、铝部件的研磨应用范围广

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