生產(chǎn)鑄鋼件用造型材料概述

生產(chǎn)鑄鋼件用造型材料概述

中國鑄造協(xié)會李傳栻近年來，我國在鑄鋼件生產(chǎn)方面的發(fā)展和進步是舉世矚目的。200年8，我國生產(chǎn)各類鑄鋼件46萬0噸，多于俄、美、印、日、德、加、法、英等8國產(chǎn)量的總和，約占世界各國鑄鋼件總產(chǎn)量的44（%參見表1）。表12年0主0要8鑄鋼件生產(chǎn)國家的產(chǎn)量（按產(chǎn)量排序）國另1」中國俄國美國印度日本德國加拿大法國英國鑄鋼件產(chǎn)量（萬噸）在大型鑄鋼件的生產(chǎn)方面，我國鑄鋼業(yè)界早就刷新了世界紀錄:年，我國第二重型機器廠制造了重 噸的軋鋼機架鑄件，當(dāng)時是世界上最大的鑄鋼件，迄今為止，尚未見其他國家生產(chǎn)比這更大的鑄鋼件；年，我國第一重型機器廠制造了重 噸的鑄鋼件（軋機機架），刷新了二重所創(chuàng)立的記錄；年，洛陽中信重工又制造了重 噸的大型液壓機橫梁，再一次刷新了世界上最大鑄鋼件的記錄。生產(chǎn)大型鑄件，早就不是問題了，但是，幾年前，在高、精、尖方面我們與工業(yè)發(fā)達國家的差距還相當(dāng)大，一些高端鑄鋼件的生產(chǎn)技術(shù)我們還沒有掌握好，生產(chǎn)中有不少難點，有些鑄件還不得不依賴進口。最近幾年，在高端鑄鋼件的生產(chǎn)方面，我們也有了許多可喜的進展。1、 超超臨界汽輪機用鑄鋼件的生產(chǎn)工藝日臻完善我們?yōu)?超超臨界汽輪機生產(chǎn)的鑄鋼件，產(chǎn)品質(zhì)量可以認為是上乘的，而且有資質(zhì)生產(chǎn)這類產(chǎn)品的廠家已經(jīng)不少。2、 大型水電機組所用的鑄鋼件自己可以生產(chǎn)大型水電機組的上冠、下環(huán)、葉片等重要不銹鋼鑄件，過去主要依靠進口，現(xiàn)在，鞍鋼重工、二重、一重、共享鑄鋼、福鞍等鑄造廠都已開始生產(chǎn)這類鑄件。3、 定向凝固葉片和單晶葉片的研制航空用燃氣輪機的定向凝固葉片和單晶葉片的研制已初見成效，雖然工藝仍有待逐步優(yōu)化，但已有產(chǎn)品推出。，、已經(jīng)開始為節(jié)能、減排的汽車發(fā)動機生產(chǎn)耐熱鋼排氣管為適應(yīng)節(jié)能、減排的要求，汽車用汽油發(fā)動機的排氣溫度不斷提高。執(zhí)行歐，標準以后，排氣溫度達 °C,排氣管不得不用高鎳奧氏體耐熱鋼鑄造。雖然我還不知道我國哪種汽車的發(fā)動機已采用耐熱鋼排氣管，但是，就我所知，我國目前至少已有三家鑄造企業(yè)開始生產(chǎn)耐熱鋼排氣管。即使這類產(chǎn)品主要是供出口的，也應(yīng)該為我國鑄造行業(yè)順應(yīng)時勢之快而感到欣慰。我國熔模精密鑄件的產(chǎn)量較高，但是，在鑄鋼件的總量中所占的比重仍然不到1,，%絕大部分鑄鋼件都是砂型鑄造的。因此，進一步優(yōu)化砂型的制造工藝，對于提高鑄件質(zhì)量、節(jié)約資源、節(jié)能、減排都是至關(guān)重要的。在這里，想簡略地評述各種砂型在鑄鋼件生產(chǎn)方面的應(yīng)用，供鑄鋼業(yè)界的同仁參考，希望我拋起的這塊小磚，能引出紛至沓來的“美玉”。一、不要簡單地摒棄粘土濕型砂粘土濕型砂是歷史最悠久的造型材料，具有生產(chǎn)成本低、造型周期短、可循環(huán)使用、對環(huán)境的污染少等許多優(yōu)點，這是眾所周知的，就不必細說了。采用粘土濕型砂，最大的制約是砂型的強度不高，只適用于生產(chǎn)小型、乃至中型偏小的鑄件，而且當(dāng)前主要還是用于生產(chǎn)鑄鐵件。盡管如此，在目前各種粘結(jié)劑競相發(fā)展的條件下，世界各國鑄造行業(yè)中，粘土濕型砂仍然是應(yīng)用面最廣、用量最大的造型材料，但主要是用于生產(chǎn)鑄鐵件。鑄鋼件的需求量本來就遠低于鑄鐵件，我國鑄鋼件的產(chǎn)量是非常可觀的，但也還不到各類鑄鐵件產(chǎn)量的20。%而且，對鑄鋼件的需求，以中、大型鑄件居多，要求批量生產(chǎn)的、小型和中型偏小的鑄件相對又比較少。因此，從世界各國的情況看來，用粘土濕型砂生產(chǎn)的鑄鋼件不是很多，用自動造型生產(chǎn)線生產(chǎn)的更少。這種客觀條件，很容易給人以“鑄鋼件不宜采用粘土濕型砂”的印象，從而，又進一步制約了粘土濕型砂的應(yīng)用。實際上，小型鑄鋼件采用粘土濕型砂造型是非常合適的，不僅可以保證鑄件質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，而且在環(huán)保方面的好處尤其值得注意。1、 比用粘土濕型砂生產(chǎn)鑄鐵件更符合環(huán)保要求粘土濕型砂中不含有害物質(zhì)，在砂處理、造型、合箱等工位都不散發(fā)有害氣體，與用其他化學(xué)粘結(jié)劑的型砂相比，真可以說是“綠色型砂（ ）。英文中的‘e有多種含義：既可以是‘綠色的、新鮮的'；也可以是‘不經(jīng)烘干的、不經(jīng)處理的'。早年，英國人因為用粘土濕型砂制成的砂型不必烘干、直接澆注，因而稱之為‘ n現(xiàn)在卻可以因其符合環(huán)保要求而稱之為‘ '這確實是他們始料未及的。用于鑄鐵件的粘土濕型砂，其中需要加入相當(dāng)數(shù)量的煤粉，澆注后就會因煤粉熱解而釋放C2O、C、OH2、甲烷、乙炔、和氨等氣體，是有害的，這是粘土濕型砂美中不足之處，當(dāng)前已成為各國鑄鐵行業(yè)普遍關(guān)注的重要問題，各工業(yè)國家都設(shè)立有尋求煤粉替代材料的研究課題，但是，迄今為止，尚未得到令人滿意的解決方案。國外有人無可奈何地說：“唉，煤粉是鑄造行業(yè)甩不掉的冤家！”生產(chǎn)鑄鋼件用的粘土濕型砂，其中不必加入煤粉，只需配加少量淀粉或其他輔料，基本上不存在上述棘手的問題，整個鑄造生產(chǎn)的各工序中，只要注意通風(fēng)和防塵，容易達到環(huán)保要求。2、 鑄鋼件的凝固方式比鑄鐵件更適于采用粘土濕型砂粘土濕砂型澆注后，由于砂型/金屬界面處的熱作用而發(fā)生水分遷移，在離界面不遠處形成強度很低的水分凝聚層，這是粘土濕砂型的一項“軟肋”。鑄鐵（尤其是球墨鑄鐵）件是以“糊狀凝固方式”凝固的，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變時又有一石墨化膨脹過程，容易導(dǎo)致型壁運動而影響鑄件的尺寸精度。鑄型表層脹大后，還會使內(nèi)部的縮孔、縮松等缺陷擴大。既影響尺寸精度，又影響內(nèi)在質(zhì)量。砂型中的低強度水分遷移層，再加以鑄鐵件的糊狀凝固方式，還易于在鑄件表面形成‘夾砂'、‘鼠尾紋'之類的膨脹缺陷。鑄鋼件是以“硬皮形成方式”凝固的，澆注以后，砂型/金屬界面處的金屬很快就形成堅固的硬殼，此后鑄件內(nèi)又沒有石墨化膨脹的問題，這樣就排除了水分凝聚層這一‘軟肋'對鑄件質(zhì)量的影響。3、 粘土濕型砂在生產(chǎn)鑄鋼件方面的應(yīng)用一些工業(yè)國家中，0以下的鑄鋼件，特別是批量較大、持續(xù)供貨的產(chǎn)品，大部分都采用粘土濕砂型鑄造。日本有資料稱：每型澆注鋼液量在1噸以下的，都可考慮采用粘土濕砂型鑄造。由于需求量所限，小型鑄鋼件采用自動造型生產(chǎn)線的很少，大都用單臺造型機造型，并配裝有簡便的砂箱、鑄型轉(zhuǎn)運設(shè)施。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，砂處理系統(tǒng)可以很小巧，但必須有效而完整。有些鑄鋼件生產(chǎn)廠，在裝備有多條樹脂自硬砂生產(chǎn)線的同時，還設(shè)有小型的粘土濕型砂造型工部。據(jù)我所知，上世紀50年代，我國就有些工廠采用粘土濕型砂，批量生產(chǎn)小型鑄鋼件，有的工廠還裝備有造型生產(chǎn)線。但是，在當(dāng)前各種自硬砂迅速推廣應(yīng)用的形勢下，對于這一傳統(tǒng)工藝，好象早就不在考慮之列了。不僅沒有不斷優(yōu)化、改進和發(fā)展，反而使之日漸沒落。希望鑄鋼業(yè)界的同仁，不要將此工藝置之于不顧，要恰如其分地發(fā)揮其作用。二、有關(guān)水玻璃粘結(jié)砂的幾個問題我國鑄鋼行業(yè)采用水玻璃粘結(jié)砂（以下簡稱水玻璃砂）已有將近50年的歷史。水玻璃的制取工藝比較簡單，原材料無匱乏之虞，價格也相當(dāng)?shù)土?。水玻璃砂的?yīng)用，好像門檻也很低，初步入門比較方便，這是其應(yīng)用得以迅速推廣的重要原因。實際上，要用好水玻璃砂并不容易，還有很多課題需要深入的研究和探討。雖然水玻璃砂有不少重要的優(yōu)點，但也的確存在一些問題，如落砂困難、鑄件表面質(zhì)量較差、舊砂不便回用和再生、以及鑄型和芯子存放過程中強度下降等問題。由于在這方面研究工作的力度不夠，在樹脂自硬砂迅速推廣應(yīng)用的條件下，水玻璃砂的應(yīng)用早已不復(fù)存在上世紀50年代那種紅火的形勢。近年來，出于環(huán)境保護和清潔生產(chǎn)的考慮，使各國的鑄造行業(yè)再次將注意力轉(zhuǎn)向各種無機粘結(jié)劑方面，其中當(dāng)然包括水玻璃。應(yīng)該說，水玻璃砂的應(yīng)用又有了新的起點，這方面的研究工作還只是剛剛起步。年 展覽會上，德國 公司展出的新一代粘結(jié)劑 ，就是以改性硅酸鈉為基礎(chǔ)的。水玻璃砂在我國鑄鋼行業(yè)中的應(yīng)用，目前還是相當(dāng)廣泛的，前面提到的洛陽中信重工制造的重52噸0的大型液壓機橫梁，就是采用水玻璃砂造型制成的。但是，采用水玻璃砂的鑄鋼企業(yè)中，多數(shù)廠生產(chǎn)工藝還相當(dāng)粗放，不符合當(dāng)前形勢的要求。我國鑄鋼行業(yè)中，采用水玻璃砂造型的工藝方法主要有吹硬化法、真空置換硬化法（以下簡稱工藝）和有機酯自硬工藝。早期廣泛應(yīng)用的快干工藝已基本上淘汰了，微波硬化工藝的應(yīng)用還很少?？紤]到有機酯自硬工藝的應(yīng)用比較穩(wěn)定，問題不多，這里，只打算簡單地說說吹硬化法、工藝和有關(guān)舊砂再生的問題。、吹硬化工藝吹硬化的水玻璃砂，強度要比脫水硬化的低得多。其所以仍被廣泛采用，主要是因為用此法時砂型硬化快，可在硬化后脫模，現(xiàn)場使用非常方便。從上世紀年代末開始使用水玻璃砂以來，吹硬化的工藝方法，一直是使用最廣的方法。但是，據(jù)我的一管之見，大多數(shù)工廠對吹工藝都沒有作過認真的分析和試驗、研究。我們采用吹硬化工藝已經(jīng)幾十年了，還未見有人控制 的體積流量（以下簡稱流率）。實際生產(chǎn)中，大多數(shù)鑄造廠，的利用率不到。有的廠甚至不到0以上都白白地流失了。既浪費物資，又向大氣中排放了大量溫室氣體，這當(dāng)然是很不合適的。的流率究竟低到什么程度為好，需要根據(jù)自己的情況去試驗、研究，對數(shù)據(jù)進行分析后確定，因為現(xiàn)場的條件千差萬別，很難推薦具體的數(shù)據(jù)。這里，只能對基本原理作一點示性的討論。提到吹硬化，很容易理解為用化學(xué)方式使水玻璃膠凝。不就是與水解硅酸鈉中的氫氧化鈉起作用，從而得到硅酸凝膠嗎這樣的看法是對的，但并不全面。實際上，吹過程中，既有化學(xué)作用，也有物理的脫水作用。究竟何種作用占優(yōu)勢?要根據(jù)不同情況作具體分析，不能一概而論。氣體的露點很低，大約是一°C。所以， 氣體是非常干燥的，其中含有的水分很少。因此，吹時，除了化學(xué)作用以外，必然還有使粘結(jié)膜脫水干燥的作用。吹 的初期，通過砂粒之間的空隙，與砂粒表面的粘結(jié)膜的外表面接觸。此時的情形如圖中的， 與整個粘結(jié)膜的表面作用，粘結(jié)膜容易吸收，而其中的水分則較不易逸出。很快，粘結(jié)膜的外表面因 的作用而形成一層硅酸凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖中的。在這種條件下， 分子進入粘結(jié)膜和粘結(jié)膜中的水分子逸出的通道都大為減少。此時，何者占主導(dǎo)地位就得看氣流流經(jīng)砂粒表面的流速了。

（）吹時的流率對吸收率的影響當(dāng)氣流流速較低時（即單位時間內(nèi)吹過的量少時），根據(jù)伯努利定律，作用在硅酸凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上的壓力較高。在此情況下，分子通過網(wǎng)的空隙進入粘結(jié)膜的機會就較多，粘結(jié)摸中的水分子通過網(wǎng)的空隙進入氣流中的機會就較少。因而，硅酸凝膠的發(fā)展以化學(xué)方式為主，同時也有脫水作用，但所占比例較小。如當(dāng)氣流的流速較高時，作用在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上的壓力較低。此時，粘結(jié)膜中的水分子通過空隙跑到氣流中的機會增多，就像噴槍中的氣流將罐中的液體吸出來一樣，分子進入粘結(jié)膜的機會反而減少了。在這種情況下，盡管吹了大量，粘結(jié)膜的膠凝反而是以物理方式（脫水）為主，化學(xué)作用成了第二位的。如實際情況是不是這樣？有人通過一組實驗予以驗證。如葉片混砂機混制 。在舂樣機上將型砂制成直徑28樣的吸收量和水分蒸發(fā)量。用不同的流率，各吹和配制型砂用粒度相當(dāng)于40/目7的0原砂，加入水玻璃（硅堿比為葉片混砂機混制 。在舂樣機上將型砂制成直徑28樣的吸收量和水分蒸發(fā)量。用不同的流率，各吹和5高 的試樣。以不同的流率吹，然后測定試，測得其對試樣吸收量的影響，見圖。2~~4~~$~8~llj2~~4~~$~8~llj~12~U10吸收量鸞藏CLE3流率的關(guān)系圖3水分蒸發(fā)量與流率的關(guān)系由圖可見，如吹氣持續(xù)的時間不變，隨著 流率的增高， 的吸收量不但不增加，反而會減少。在 流率很高的情況下，吹氣 時型砂吸收的與吹 時幾乎沒有什么差別。低流率、長時間吹氣時，吸收量最多。3流率對水分蒸發(fā)量的影響如圖所示。由圖可見，不管吹氣時間如何，隨著流率的增大，脫水量都明顯增大。在吹氣的情況下，流率大于 以后，因脫水程度已經(jīng)較高，隨著流率的增大，脫水量的增加不太明顯。如所以，吹時的流率是一個極重要的參數(shù)，而且，一個重要原則是要用低流速。這是既

合理又經(jīng)濟的辦法。的高試樣，在制樣筒中以低流率（0的高試樣，在制樣筒中以低流率（0.）1時%，吹氣后的即時強度和存放不）使之硬化。1）用低硅堿比水玻璃（硅堿比為2.，0水分為，同時間后的強度如圖所示。lb10'24 圖用低硅堿匕比水玻璃時型砂的強度吹氣的試樣，吹氣后即時強度比較低，但在此后的存放過程中強度不斷增長。這說明吹氣過程中由化學(xué)方式形成的硅酸凝膠比較少，在存放過程中粘結(jié)膜失去水分而得到脫水硅酸凝膠。存放兩天以后，和環(huán)境大氣條件平衡，強度趨于穩(wěn)定。吹氣的試樣，以化學(xué)方式形成的硅酸凝膠較多，表現(xiàn)在即時強度較高。存放過程中,這種凝膠會因失水而降低強度。同時，未起化學(xué)作用的水玻璃則因脫水而得到高強度的脫水硅酸凝膠。兩者相抵之后，總的強度仍不斷有所提高，在兩天之后趨于穩(wěn)定。吹氣的試樣，以化學(xué)方式形成的凝膠更多一些，即時強度比的還要高一點。存放過程中兩種作用大致相抵，表現(xiàn)得強度基本不變。吹氣的試樣，以化學(xué)方式形成的凝膠占憂勢，在存放過程中，因脫水而失去的強度,多于以物理方式硬化而增加的強度，總的強度是隨脫水程度而逐漸降低。也在兩天之后趨于穩(wěn)定。圖中虛線部分，試樣表面松脆，這樣的鑄型或芯子是不能使用的。）水玻璃的硅堿比為2.，5）水玻璃的硅堿比為2.，5水分為時4，%試樣的強度變化情形如圖5所示。圖， 用中等硅堿比水玻璃時型砂的強度吹的作用可以認為是提高水玻璃的硅堿比，所用水玻璃的硅堿比提高以后，型砂需要的量就相應(yīng)地減少。將圖和圖對比之后，可以清楚地看到這一點。吹氣15秒0的試樣，在貯存過程中強度即有下降的趨勢。其他情況，可通過對比圖5和圖4進行分析。3）水玻璃的硅堿比為3.，2水分為63.時8，%試樣強度變化的情形如圖6所示。圖6用高硅堿比水玻璃時型砂的強度吹氣后的試樣，在存放過程中強度略有提高，但強度的最高值比用低硅堿比水玻璃時低得多，而且，存放時間較長時，強度趨于下降。吹氣時間增到 后，即可見存放期間強度明顯下降。吹氣后保存 以上，強度即降低到不能使用的程度。吹氣以上，即時強度仍保持一般水平，這反映了由化學(xué)方式得到的硅酸凝膠的強度。但在存放過程中強度急劇下降，這是由硅膠脫水造成的，說明以物理方式形成的硅酸凝膠很少。由上述情況可見，用高硅堿比水玻璃時極易出現(xiàn)吹氣后強度很低的情況，應(yīng)特別注意吹氣時間的控制。（）對吹硬化工藝的綜合看法在分析了上述三種情況之后，我們可以歸納成以下幾點看法：）水玻璃的硅堿比越低，達到同樣硬化程度所需的二氧化碳越多。水玻璃的硅堿比越高，型砂硬化越快，但所能達到的強度也越低。）不管水玻璃的硅堿比如何，吹氣后的即時強度都比較接近。4） 采用低硅堿比的水玻璃，并采取正確的吹氣作業(yè)，型砂的強度可以是用高硅堿比水玻璃時的倍以上。5） 水玻璃硅堿比不變．吹氣作業(yè)合理時，型砂強度可以比吹氣不當(dāng)?shù)男蜕案邘资?。由此可見控制吹氣參?shù)的重要。6） 高硅堿比水玻璃不宜采用吹二氧化碳硬化工藝。如果由于種種原因必須這樣做的話，即使吹氣控制得很好，鑄型或芯子的存放期也要盡量縮短。7） 所謂“過吹”，實際上是以化學(xué)方式形成的凝膠占優(yōu)勢，吹氣以后由于這種凝腔脫水而使型砂的強度下降。8） 即使采用吹二氧化碳硬化法，也不能以化學(xué)方式為主，吹氣到型砂有脫摸和搬運所需的強度后，就不能再吹。然后讓鑄型或芯子自然干燥或烘干，得到脫水硅酸凝膠。這就是正確應(yīng)用吹氣硬化工藝的基點。（）改進吹硬化工藝的途徑目前，改進主要2體現(xiàn)在三個方面，即：吹氣量減少、吹氣作業(yè)的嚴格控制和力求提高吹氣硬化的效率。）化學(xué)方式和物理方式聯(lián)合運用現(xiàn)在，已經(jīng)很少有人采用純化學(xué)方式的吹氣硬化法了。吹二氧化碳不過是得到脫模強度的輔助手段，主要靠物理方式得到脫水硅酸凝膠。用化學(xué)方式得到的硅酸凝膠，一般不希望超過1％5，這種凝膠所占的比例是可以用化學(xué)方法測定的。吹氣后的即時強度，一般說來，以抗壓強度為 左右為宜，不能太高。美國一家鑄造鐵道車輛零件的鑄鋼廠，197年8建成了一個全部采用水玻璃砂的制芯工部所有的芯子都由自動定時的吹氣裝置吹二氧化碳，脫模后經(jīng)過一個直通式的爐子進行脫水處理。恒溫為°C，通過時間為幾分鐘，并可視芯子大小予以調(diào)整。由于水玻璃加入量只有4，%而且其中有1/的4水玻璃中加有高分子聚合物，芯子落砂沒有什么困難。該廠年產(chǎn)鑄鋼件約25，，。，t最初，采用吹二氧化碳法是為了代替烘干，現(xiàn)在又回到烘干。但是，這并不是倒退，而是螺旋式地前進了，事物發(fā)展的規(guī)律往往如此。2）嚴格控制吹氣時間和氣流速率由于影響吹氣條件的因素太多，關(guān)于吹氣時間，吹氣時的流率和壓力，不可能給出具體的建議。這些參數(shù)要根據(jù)各自的條件通過試驗確定。但是，一經(jīng)確定之后，就應(yīng)由相應(yīng)的測試儀器來嚴格控制，以求在生產(chǎn)上得到穩(wěn)定的結(jié)果。）采用適當(dāng)?shù)拇灯骶叱鲜鰞煞矫嬉酝猓?對于生產(chǎn)現(xiàn)場來講，采用合理的器具也是十分重要的。目前，不少鑄造廠采用吹氣罩吹，如車間設(shè)置有固定的吹氣站，密封及尾氣排放都有妥善的考慮，當(dāng)然會有很好的效果。但是，這種方法缺點很多，首先是加罩以后接合處不可能密封得很好，二氧化碳損失很多，其次是氣流分布不勻，鑄型或芯子的硬化也就不均勻，當(dāng)模具上未裝通氣塞或通氣塞裝設(shè)不適當(dāng)時尤為明顯。使用吹氣罩時，要特別注意解決這些問題。插通氣管吹是使用最廣的方法，可以用直通管，也可用封頭的多孔管，如圖所示。在設(shè)計及安置吹器具時，為使分布均勻，應(yīng)考慮兩個特點： 比空氣重，通常都有向下運動的傾向；氣流會自動走向阻力最小的途徑。，插吸氣管時，管外壁與砂型之間會有間隙，對于來講，這是阻力最小的途徑，很容易由此處外逸，所以應(yīng)該在管子上端裝擋板，插管時，讓其與鑄型（芯）外表面緊密接觸，見圖圖7插管吹氣裝置示意圖直通管；封頭多孔管用直通管吹氣時，如流率高，則其流向如圖一 中的①，流率低則如②。直通管還有一個缺點，即管中容易堵砂。用封頭多孔管吹氣，氣流的分布比較均勻，如裝設(shè)得當(dāng)，可比直通管省 。鉆吹氣小孔時，宜使小孔的總面積小于管子的截面積。、工藝真空置換硬化工藝的要點是：鑄型制成后，先將其置真空室中抽真空以排除砂粒之間的空氣，然后導(dǎo)入 ，使其彌散于砂粒之間，置換原來由空氣占據(jù)的位置。水玻璃粘結(jié)砂，2只要脫除水玻璃中的自由水，就可以使其具有很高的強度。以不同方式進行的大量試驗工作，如自然干燥、加熱烘干和真空脫水等，都證明了這一點。在對真空脫水硬化工藝進行進一步的研究時，逐步認識到：真空脫水雖然能使水玻璃粘結(jié)砂具有很高的強度，但也隨之產(chǎn)生了不少新的問題，這些問題得不到解決，真空脫水硬化工藝就不可能在生產(chǎn)中應(yīng)用。可以說：真空置換硬化工藝是為了解決真空脫水硬化工藝的問題而提出的。（1）真空脫水硬化工藝的優(yōu)點和問題以真空脫水的方式使水玻璃粘結(jié)砂硬化，可以在減少水玻璃加入量的條件下得到相當(dāng)高的強度。從以下的一組試驗，可以得到比較具體的印象。用％的目硅砂，加％的水玻璃（硅堿比）配成型砂，制成ex的標準試樣。將試樣置真空箱內(nèi)，于 的真空度下保持不同的時間，以得到不同的脫水程度。經(jīng)設(shè)定的保持時間后，向真空箱內(nèi)導(dǎo)入干燥空氣，恢復(fù)常壓后取出試樣，立即測定其抗壓強度。測定結(jié)果見表。表2試樣經(jīng)不同程度脫水后的即時強度在真空箱內(nèi)保持的時間（i抗壓強度（）>由表2中的數(shù)據(jù)可見，隨著脫水程度的增加，試樣的強度大幅度提高。粗看起來，真空脫水硬化作業(yè)很方便，而且硬化后的鑄型強度很高，但是，實際上卻存在一些難以解決的問題，如：1）在脫水過程中，砂型因水分蒸發(fā)而急劇降溫，處理完畢后鑄型的溫度很低，往真空箱內(nèi)導(dǎo)入空氣恢復(fù)常壓時，必須用經(jīng)脫水的干燥空氣，否則，空氣中的水蒸汽會在低溫的砂型中凝聚，導(dǎo)致強度大幅度下降；2）處理的初期，水玻璃中的水分較易于脫除，以后，隨著鑄型溫度的降低，水玻璃的粘度增高，脫水也就越來越困難，靠真空使其完全脫水是不可能的；3）真空處理后，即時測定的強度很高，其中包含著水玻璃粘結(jié)膜因溫度降低而粘度增高所造成的假象。放置過程中，溫度逐漸恢復(fù)，強度就會有所降低。因此，單純的真空脫水硬化工藝難以在生產(chǎn)條件下應(yīng)用。（）用置換空氣的考慮向水玻璃粘結(jié)砂中吹，能使其很快硬化。但是，用常規(guī)吹工藝硬化時，由于砂粒之間的空隙充滿了空氣，難以在砂型中充分彌散，的利用效率很低，浪費很大。而且,型砂中水玻璃加入量很高，導(dǎo)致落砂性能惡化，舊砂再生非常困難。采用真空脫水硬化工藝，能使型砂中水玻璃用量大幅度降低，也不需要，但卻帶來了上述問題。如果先抽真空使型砂部分脫水，然后在較高的真空度下導(dǎo)入，這樣，就同時兼有兩種硬化作用。而且， 氣體中水分極少，導(dǎo)入時砂型不會有水蒸汽凝聚的問題。工藝的硬化過程是：將制成的砂型置真空室內(nèi)，啟動真空泵，室內(nèi)達到規(guī)定的真空度后，保持幾秒鐘，或不保持。隨即以代替空氣導(dǎo)入真空室，使室內(nèi)壓強提高到另一規(guī)定值，保持左右，使在砂型中彌散。然后，導(dǎo)入大氣中的空氣，使室內(nèi)恢復(fù)常壓，處理過程即告終了。處理過程的特點如下：）因為要以置換砂粒之間的空氣，所以處理所用的真空度較高，以便更多地排除空氣；2）不要求以真空脫水的方式脫除太多的水，所以達到規(guī)定的真空度后只需保持很短的時間，或不保持。而實際上也還有部分脫水硬化的作用；）在較高的真空度下送入，很容易在砂型中彌散，其與水玻璃的接觸界面大為增加,有很好的硬化效果；）由于在真空下保持的時間短，脫水較少，砂型的溫度不會太低，導(dǎo)入處理終了后,可用大氣中的空氣使室內(nèi)恢復(fù)常壓。硬化后的砂型，在作業(yè)地點放置期間也不致因吸收水分而明顯降低強度。（）強度的比較同樣配比的水玻璃砂，采用 工藝與用真空脫水硬化工藝相比，處理后的即時強度前者略高于后者，隨著處理后放置時間的延長，兩者強度的差別就更為明顯。這說明：用工藝，已使真空脫水硬化工藝存在的問題得到了解決。仍用％的目硅砂、％的水玻璃（硅堿比）配成型砂，制成ex的標準試樣。采用不同硬化工藝得到的即時強度和放置不同時間后的強度見表3。兩種工藝的硬化條件見表。表 試樣硬化后經(jīng)不同放置時間后的強度（）硬化工-藝試樣硬化處理后放置的時間()即時真空脫水表 試樣所用兩種硬化工藝的條件硬化工-藝真空度（）真空保持時間送入后保持時間（s至溫(°C)濕度（%）真空脫水^^9（） 工藝的主要過程采用工藝時，型砂以水玻璃作粘結(jié)劑，對混砂作業(yè)的要求，與吹硬化的水玻璃砂和酯硬化水玻璃自硬砂基本上相同，間歇式批量混砂機和連續(xù)混砂機都可以2應(yīng)用。但是，采用間歇式混砂機時，不宜用碾輪式，因為型砂中不含粘土，不需要碾輪的搓揉作用，而且碾輪還可能使砂粒破碎，影響型砂的性能。采用間歇式混砂方式時，最好采用轉(zhuǎn)速較高的刮板式混砂機。鑄型的舂實與用其他自硬砂時相同。中、小鑄型，應(yīng)配置震動臺；大鑄型則必須安排人工輔助舂實。鑄型的緊實度和緊實是否均勻?qū)﹁T件的質(zhì)量影響很大，無論怎樣強調(diào)舂實的重要性都不會過分。以下是采用 工藝的幾項主要工藝條件。1） 對水玻璃的要求為保證硬化后的鑄型有較高的強度，應(yīng)采用硅堿比（即其中所含與的質(zhì)量分數(shù)的比）較低的水玻璃，一般宜為?。因為有真空脫水硬化和硬化的綜合作用，水玻璃的硅堿比低不致導(dǎo)致硬化緩慢。型砂中水玻璃的加入量一般都在?％之間，視鑄型強度的要求而定。采用硬化后脫箱的工藝，或用無箱帶的砂箱時，型砂硬化后的抗壓強度應(yīng)在 以上，水玻璃的加入量就以偏高一些為好。2） 真空處理工藝要求先經(jīng)真空處理的主要作用是排除鑄型中砂粒之間的空氣，然后以將其置換，使能與砂粒表面的水玻璃膜充分作用，從而使鑄型的強度提高。同時，水分在真空下

蒸發(fā)也是提高鑄型強度的因素。從這一點考慮，當(dāng)然以真空度高一些為好。但是，真空度太高，水分蒸發(fā)所吸收潛熱多，導(dǎo)致鑄型的溫度下降過多，強度也會隨之降低。實際上，對真空度的控制，大體上可作如下考慮：夏季? ；冬季進入真空室的鑄型溫度較低，TOC\o"1-5"\h\z真空度應(yīng)該略高一些，一般控制在? 。由于此種工藝不以真空脫水為主要硬化方式，鑄型不必在真空下保持很久。通?？刹槐３?，或保持?，隨即向真空室內(nèi)送入。真空室的尺寸是非常重要的參數(shù)，應(yīng)根2據(jù)鑄型的尺寸選定。太小不能滿足生產(chǎn)要求，太大則既增大真空泵的負荷，又要多耗用。日本一家鑄造廠，最大砂箱尺寸 X0高0真空室內(nèi)腔尺寸為 X、高，可供設(shè)計時參考。鑄型進入真空室后，從啟動真空泵起，達到設(shè)定真空度所需的時間與鑄型條件、真空室尺寸和真空泵的功率有關(guān)，一般為? 0真空室的結(jié)構(gòu)形式很多，可根據(jù)生產(chǎn)流程的安排選擇。應(yīng)用較廣的是真空室固定方式。鑄型可以從水平方向進、出真空室，也可以將真空室裝設(shè)在鑄型運轉(zhuǎn)線路的上方，在鑄型運行到真空室下方時將其提升，使之進入真空室，處理后再放下。也可以采用真空室上、下移動的方式。將真空室裝設(shè)在鑄型轉(zhuǎn)運線路某一點的上方，鑄型運行到真空室下方時，使真空室落下，將鑄型罩住進行處理，處理完畢后再升起。單件、小批量生產(chǎn)條件下，還可以采用連接真空泵的吸盤，將其置于鑄型的上方或下方，然后用塑料膜將鑄型封嚴，進行真空處理。)向真空室內(nèi)導(dǎo)入置換原先的空氣真空室內(nèi)的真空度達到設(shè)定值后，即向其中送入，真空室內(nèi)的壓強隨之提高。此時，壓強的控制，夏季宜為? ；冬季應(yīng)略高一些，以?為好。在氣氛下保持的時間一般為?，應(yīng)根據(jù)具體條件通過試驗優(yōu)選。用工藝，耗用量比一般的吹硬化工藝少得多。在氣氛下保持后，即可導(dǎo)入空氣使真空室內(nèi)恢復(fù)常壓，然后取出鑄型。硬化處理的作業(yè)循環(huán)采用工藝時，鑄型的硬化過程包括抽真空、送入，在氣氛下保持和最后導(dǎo)入空氣。在成套造型設(shè)備正常的條件下，整個硬化作業(yè)循環(huán)所需的時間，夏季約 ，冬季約 ，圖是作業(yè)循環(huán)的一例。(橙(橙e圖 工藝的硬化作業(yè)循環(huán)、水玻璃砂的舊砂再生問題各種樹脂砂的舊砂再生問題，除堿酚醛樹脂砂略有些困難以外，都已經(jīng)解決得很好了。樹脂砂易于再生的原因是：硬化以后的樹脂膜相當(dāng)脆，容易碎裂，而且樹脂是有機物質(zhì)，硅砂是無機物質(zhì)，兩者之間的附著力不很強，因而在機械摩擦的作用下砂粒表面的樹脂膜容易剝落。此外，即使再生砂表面上殘留了少量樹脂，在重新加粘結(jié)劑混砂時，也不與加入的樹脂或硬化劑作用，或作用很小，對型砂的再粘結(jié)影響不大。水玻璃砂的舊砂再生，一直是一個難題，主要有以下幾點：澆注金屬液后，靠近鑄件的型砂，砂粒表面的水玻璃完全脫水了，水玻璃粘結(jié)膜脫水后的強度很高，不象樹脂膜那樣易于碎裂；水玻璃膜對砂粒表面的附著很強，不易剝落。受到高溫作用的砂粒，水玻璃還可能與砂粒表面熔合；?再生砂重新加粘結(jié)劑混砂時，殘留在砂粒表面上的水玻璃對型砂強度的影響很大。降低型砂中水玻璃加入量低，舊砂的再生就比較容易，但是，即使水玻璃加入量降低到3，%效果也不能盡如人意。舊砂再生仍然是有待繼續(xù)努力的課題。水玻璃砂的再生效果，以再生砂中殘留的 量（質(zhì)量分數(shù)）評定。如果經(jīng)再生處理后殘留量能保持在 ％以下，就可以循環(huán)使用。如 殘留量太高，則再生砂回用時型砂的強度不夠高，往往只能作為背砂使用，需另用新砂配制面砂。 殘留量對型砂強度的影響見圖。圖 型砂的抗壓強度與其中 含量的關(guān)系目前，生產(chǎn)中采用的舊砂再生設(shè)備大致有以下幾種。（1）離心撞擊式再生裝置日本早期的生產(chǎn)線大都配用日本太洋鑄機公司制造的離心撞擊式再生裝置，如圖所示。我國自日本引進的 生產(chǎn)設(shè)備，也都采用這種再生裝置。所示。我國自日本引進的生產(chǎn)設(shè)備，也都采用這種再生裝置。圖 離心撞擊式再生裝置1－舊砂入口；2－抽塵；3－耐磨擋板；4－帶葉片的轉(zhuǎn)子；

5－再生砂出口；6－傳動皮帶舊砂進入后，由高速旋轉(zhuǎn)的葉輪(? )將其拋向耐磨擋板，產(chǎn)生多次沖撞。同時，砂粒在加速的過程中也有相互摩擦的作用。此種裝置可自上而下多級串連使用，以增強再生效果。對于 工藝所用的水玻璃砂，再生裝置需要級或級串連，級串連的設(shè)備很難將殘留量降低到 ％以下。()加熱再生美國 公司的 ，在對水玻璃粘結(jié)砂進行研究時發(fā)現(xiàn)：砂粒表面的粘結(jié)膜在較低的溫度加熱時，會逐步失去牢固結(jié)合水和部分結(jié)晶水，同時發(fā)生體積膨脹，導(dǎo)致強度降低，在 ?°C間有一強度最低點。這種強度的降低與水玻璃的硅堿比相關(guān)，硅堿比低，則出現(xiàn)強度最低點的溫度較低。利用水玻璃粘結(jié)膜這種熱強度低的特性，將經(jīng)過磁選和破碎的舊砂加熱到 C左右，再用撞擊式再生裝置或他種再生設(shè)備予以再生處理，理論上可以得到較好的再生效果。但是，由于再生系統(tǒng)中增加了加熱、冷卻兩個環(huán)節(jié)，不僅使設(shè)備復(fù)雜、監(jiān)控點增多，而且設(shè)備維修、保養(yǎng)相當(dāng)困難，實際生產(chǎn)中使用效果往往不太穩(wěn)定。()濕法再生濕法再生設(shè)備比較復(fù)雜，但對水玻璃砂有較好的再生效果，再生砂循環(huán)使用時只需按正常的損耗補充新砂，與一般的樹脂自硬砂相同。從循環(huán)使用、減少排放的方面看來，是應(yīng)該是值得注意的方法。圖是一種使用效果較好的濕法再生系統(tǒng)，可供參考。落砂后的舊砂，先經(jīng)磁選，再用破碎機將團塊破碎，得到的砂粒由風(fēng)送裝置送到儲砂斗。儲砂斗中的砂由螺旋給料器送入擦洗室，同時由2號泵供循環(huán)水，并用兩個帶葉片的攪拌器使砂粒受到擦洗。經(jīng)擦洗的砂漿流到1號水槽，并由1號泵送往旋流分離器。分離得到的砂粒流入振動分水器，污水返回1號水槽。在振動分水器中，用4號泵送來的清潔水和補充的自來水(必要時)清洗砂粒，污水也返回1號水槽。振動分水器分離所得的砂漿進入離心脫水機，使水分降低到5％左右，分離的水也返回1號水槽。得到的砂粒再經(jīng)流態(tài)床干燥冷卻器，脫除水分并冷卻。最后，將再生砂送入砂庫備用。循環(huán)水的流程是：污水由1號水槽溢流到2號水槽；2號水槽中的污水一部分由2號泵送往擦洗室，一部分流到3號水槽；3號水槽中的水，由3號泵送往中和、絮凝和沉淀等凈化處理裝置；經(jīng)處理的清潔水送往號水槽。含堿的水用煙道廢氣中的 或其他弱酸中和。使水中懸浮細粒凝聚的絮凝劑通常為明磯、硫酸鋁、硫酸亞鐵等。粉塵由流態(tài)床上的罩蓋抽取，用號泵送來的清潔水濕法除塵。最近，一些鑄造廠采用簡易的濕再生方式，效果也不錯。落砂后，將舊砂置水池中浸泡一晝夜后用抓斗撈出，再置清水池中漂洗。經(jīng)漂洗的砂在濾水槽中初步脫水后，送入轉(zhuǎn)筒式烘爐內(nèi)烘干。共設(shè)置?個水池，輪番使用。用過的水，需加入弱酸性材料中和。如果控制得當(dāng)，再生砂中含量也可在％以下?？磥?，濕法再生方面還有待進一步的研究，有可能通過實踐找到簡便而有效的方法。三、樹脂自硬砂的應(yīng)用目前，我國鑄鋼行業(yè)中樹脂自硬砂工藝的應(yīng)用很廣，為了進一步提高鑄件質(zhì)量，并保持產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定一致，有必要對樹脂自硬砂生產(chǎn)工藝的各環(huán)節(jié)有更多的了解。1、 關(guān)于原砂的選用（1） 適用于生產(chǎn)鑄鋼件的硅砂我國品位較高的沉積砂主要是福建沿海一帶的硅砂，含量一般都在％左右，大部分都適用于制造鑄鋼件。按照當(dāng)?shù)氐牧?xí)慣，將其分為“海砂”和“沉積砂”兩種，實際上海砂也是一種沉積砂。當(dāng)?shù)厮^的“海砂”是取自海邊潮間帶附近的沉積砂，雜質(zhì)較多，含量一般在?97之間，但砂?；旧蠟閳A形。“海砂”開采方便，而且在某一礦點開采后2，可在海潮的作用下得到自然的補充?！俺练e砂”大都沉積在海岸附近，礦點表面的覆蓋土層大致厚左右，砂層一般在?之間，這種“沉積砂”中 含量大都在％左右，但砂粒主要為多角形。晉江地區(qū)沿海近百公里的海岸2線一帶都有硅砂礦源，目前主要生產(chǎn)供應(yīng)“海砂”，年供砂量約萬噸。晉江中部砂區(qū)海砂的品位較高， 含量?7,適合制造鑄鋼件用。晉江地區(qū)“沉積砂”的品位更高一些，目前基本2上尚未開發(fā)利用。福建東山島是優(yōu)質(zhì)硅砂的主要產(chǎn)地。東山“海砂”的含泥量低， 含量?％。東山的“沉積砂”品位更咼，主要產(chǎn)地是梧龍和山只，粒形是多角形。福建平潭出產(chǎn)的硅砂主要是“海砂”和風(fēng)積砂， 含量為％左右，顆粒形狀也較好。福建長樂沿岸也有大量的硅砂可供開采，但其品位較晉江、東山和平潭的硅砂略低，含量為?％。除福建沿海以外，廣東新會、臺山一帶，海南東方、儋州一帶，也都出產(chǎn)可供生產(chǎn)鑄鋼件的硅砂。內(nèi)蒙伊盟的硅砂品位也很高， 含量在以上，砂粒的形狀為多角形。（2） 對原砂的粒度分布狀況的考慮我國鑄造行業(yè)長期以來都習(xí)慣于使用三篩砂，一般要求篩分時集中于相鄰三篩上的砂量不少于75。%雖然199年8修訂的《鑄造用硅砂》標準，規(guī)定可用四篩砂，而且標準所列的牌號示例就是四篩砂，但是，迄今為止，原砂大都還是按三篩砂的規(guī)格供應(yīng)，如40/、7500/和70/1等4。0三篩砂的主要特點是：緊密排列的粗砂的空隙中不能容納細粒砂進入。如果進入了細砂，就會破壞粗砂的緊密排列?！叭Y砂”的觀念是在長期使用粘土濕型砂的過程中形成的，是從無數(shù)經(jīng)驗和教訓(xùn)中總結(jié)出來的，是為濕型砂選用原砂時必須遵循的原則。粘土濕型砂中，膨潤土、泥分、含碳粉料和水所占的體積分數(shù)約為20，%其對型砂透氣性的影響是不容忽視的。雖然通過強化砂處理過程，力求將這些物料調(diào)制成均勻的膏體，并使之涂覆于砂粒表面，型砂的透氣性仍然是相當(dāng)?shù)偷?。在這種條件下，緊密排列的粗砂的空隙中如能容納細砂，當(dāng)然是非常有害的。均勻率高的三篩砂，正好可以保證細砂不能進入緊密排列的粗砂的空隙。樹脂自硬砂的狀況完全不同于粘土濕型砂，其中樹脂和硬化劑加入量的總和不到2，%而且，兩者都是液體，易于涂覆在砂粒的表面，不會填塞砂粒間的空隙，透氣性根本不成問題?？墒牵毶斑M入緊密排列的粗砂之間卻可以增加很多粘結(jié)橋，提高型砂的強度。因此，也就不應(yīng)該再墨守“三篩砂”的成規(guī)。筆者在80年代曾用江西都昌砂作過一組試驗，目的是考核原砂的粒度分布對樹脂自硬砂強度的影響。試驗中，用粒度不同的原砂，各加入1.5的%呋喃樹脂，硬化劑用量為樹脂的30，試驗的結(jié)果見表5。表5原砂的粒度分布對樹脂自硬砂抗壓強度的影響原砂狀況后的抗壓強度（P三篩砂三篩砂三篩砂， 三篩砂各由表5可見，用四篩砂時，樹脂砂的強度較任何一種三篩砂都有較大的增長。一些工業(yè)國家的經(jīng)驗也都證明，由均勻率高的三篩砂改用四篩分布或五篩分布的原砂，樹脂自硬砂的強度大為提高，有時甚至有可能提高一倍以上。在原砂的粒度分布適當(dāng)時，就有可能降低樹脂的用量。我國國家標準的修訂，也反映了這種觀念的改變。天然硅砂的產(chǎn)地很多，各地的礦產(chǎn)條件不同，粒度分布的狀況差別很大。同樣是50/規(guī)格的原砂，有的集中于50號篩上的多，有的集中于70號篩上的多，有的則集中于10號0篩上的多。目前，只能籠統(tǒng)地說：將不同規(guī)格的原砂配合使用，效果較好。不可能推薦適于各種條件的最佳粒度級配。即使是同一產(chǎn)地的原砂，由于采礦點不同或洗選條件改變，不同時間供應(yīng)的原砂，粒度分布狀況也可能有所不同。為了得到最好的效果，鑄造廠應(yīng)該根據(jù)自己的具體條件，通過認真而仔細的試驗，求得最佳的粒度級配。同時，要加強與原砂供應(yīng)廠商的聯(lián)系，及早獲得有關(guān)的信息，并對每批進廠的產(chǎn)品進行嚴格的檢測。位于美國伊利諾州的 砂礦，原砂經(jīng)水洗、烘干后，先篩分為單篩砂，然后根據(jù)用戶的要求進行級配后供應(yīng)。（3）鉻鐵礦砂鉻鐵礦砂的熱導(dǎo)率數(shù)倍于硅砂，耐火度和高溫穩(wěn)定性也高于硅砂，鑄鋼件造型時，常用以配制熱節(jié)、厚截面部位的面砂，鉻鐵礦砂是將鉻鐵礦破碎而得到的砂粒。純鉻鐵礦的分子式為 ，是鉻鐵尖晶石，含 。實際上，鉻鐵礦的組成非常復(fù)雜，其化學(xué)通式可寫成?R。是二價的，可以是或，也可以兩者以任意的比例并存；R是三價的，可以是3也可能同時兼有或。比較準確的說，鉻鐵礦是含多種尖晶石的復(fù)雜的固溶體。鉻鐵礦礦石中，除鉻鐵礦以外，還含有脈石。脈石主要是蛇紋石，橄欖石，綠泥石及碳酸鹽等礦物。用作鑄造原砂的鉻鐵礦， 含量通常只為 左右，雜質(zhì)的含量是相當(dāng)多的。所含雜質(zhì)的品種及其數(shù)量，均影響鉻鐵礦砂的性能及使用效果。鑄造所用的鉻鐵礦砂，密度約為? ，莫氏硬度 左右。我國機械行業(yè)標準《鑄造用鉻鐵礦砂》中，按主要物理、化學(xué)參數(shù)將鉻鐵礦砂分為二級，見表。表 鋸鐵礦砂的等級和技術(shù)要求等級灼燒減量含水量（％）耐火度（C）$>$>鉻鐵礦主要產(chǎn)地是南非、俄羅斯、南羅德西亞，阿爾巴尼亞、土耳其和菲律賓。美國也有出產(chǎn)。世界鉻鐵礦產(chǎn)量中約60用%于冶金，20作%耐火材料，12用%于化學(xué)工業(yè)，鑄造業(yè)用作造型材料者只占左右。鑄鋼行業(yè)用鉻鐵礦砂作造型材料，大約自上世紀60年代初開始，當(dāng)時，主要是因為鋯砂短缺，價格昂貴，而鉻鐵礦砂又具有鋯砂的一些主要優(yōu)點，故用以作為鋯砂的代用品。鉻鐵礦砂中的 主要來自脈石，如其含量過高，則將使鉻鐵礦的耐火性能惡化，出現(xiàn)“釉化”現(xiàn)象，故一般都要求 低于左如鉻鐵礦砂中含有的碳酸鹽，與高溫金屬液接觸后將分解而析出，易于導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生針孔或氣孔缺陷。因此，含碳酸鹽的鉻鐵礦應(yīng)經(jīng) ?°C焙燒處理。鑄鋼件造型用的鉻鐵礦砂， C灼燒減量不可高于 °測定鉻鐵礦砂的灼燒減量時，應(yīng)在還原性氣氛下加熱。在氧化性氣氛中， 會進一步氧化成為 ，使試樣增重，測得的灼燒減量將低于實際值。此外，如鉻鐵礦中含水化物雜質(zhì)，也會導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷，從這點看來，也應(yīng)嚴格控制其灼燒減量。鉻鐵礦砂具有半金屬光澤，呈黑色，薄片呈半透明的棕紅色。鉻鐵礦砂略具磁性，用以配制面砂時，落砂時可用磁選方法將其與分離、回收再利用。2、 樹脂的選用用于生產(chǎn)鑄鋼件的樹脂自硬砂，所用的樹脂粘結(jié)劑可以是甲階酚醛樹脂、呋喃樹脂、堿性酚醛樹脂或尿烷樹脂。（1）酚醛樹脂酚醛樹脂是最早出現(xiàn)的人工合成樹脂， 年， 就發(fā)表了研制酚醛樹脂的成果。其后，許多人進行了大量工作。世紀初，酚醛樹脂開始在工業(yè)上采用。作為鑄造粘結(jié)劑用的酚醛樹脂，基本上可分為兩大類：甲階酚醛樹脂：甲醛對苯酚的摩爾比大于1，一般在堿性催化劑作用下縮合而成。諾沃臘克型酚醛樹脂：甲醛對苯酚的摩爾比小于1，一般在酸性催化劑作用下縮合而成。酚醛樹脂在鑄鋼行業(yè)中的應(yīng)用不少，對其品種和合成、硬化的過程有所了解是有益的，這里簡單地表示于圖1，，供參考。圖 酚醛樹脂的品種及其合成、硬化過程示意圖鑄造生產(chǎn)中用合成樹脂作型砂粘結(jié)劑，最早的是 的殼型工藝，所用的樹脂是諾沃臘克型酚醛樹脂。一些工業(yè)國家，也采用殼型工藝生產(chǎn)小型鑄鋼件，鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量都相當(dāng)好。如果用鐵砂填埋后澆注，則鑄件的致密度高、晶粒細，內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)于熔模精密鑄件。目前，我國采用者還不多。甲階酚醛樹脂，最初在工業(yè)方面主要用于制造膠合板、玻璃纖維夾層板和防護性涂料，并用作橡膠增粘劑和紙張浸漬劑。從上世紀60年代中期開始，鑄造生產(chǎn)中用甲階酚醛樹脂。當(dāng)時，其價格比呋喃樹脂低? ，工業(yè)國家中，熱芯盒工藝用甲階酚醛樹脂者也相當(dāng)普遍；作為造型用自硬砂的粘結(jié)劑，主要用于生產(chǎn)鑄鋼件。?年代，歐洲的鑄鋼企業(yè)，大都采用酸硬化的甲階酚醛樹脂自硬砂。甲階酚醛樹脂自硬砂的優(yōu)點是：造型過程中硬化反應(yīng)不完全，澆注時受熱后還有一二次硬化的過程，因而脫模方便，而且，二次硬化后砂型的熱穩(wěn)定性好，適于制造厚截面鑄件；舊砂的可再生性好，與呋喃樹脂自硬砂大致相當(dāng)。酸硬化甲階酚醛樹脂自硬砂的缺點是：硬化過程緩慢，低溫下尤難硬化。我國的鑄鋼廠，生產(chǎn)現(xiàn)場大都無控制溫度的條件，更不宜采用這種自硬砂。8，年代以后，由于石油價格的拉動，苯酚的價格大幅度上漲，進一步制約了這種自硬砂的應(yīng)用。8，年代又出現(xiàn)了酯硬化的酚醛樹脂，也稱為堿性酚醛樹脂。可用自硬方式和吹酯蒸汽硬化的方式硬化。所用的樹脂，與酸硬化樹脂的區(qū)別，只不過是合成時所用的催化劑很強，樹脂縮合的程度不同而已，是甲階酚醛樹脂的發(fā)展。最近，北京邦尼公司研制了一種改性酚醛樹脂，采用酸性硬化劑，也屬于甲階酚醛樹脂，但分子中含有高分子結(jié)構(gòu)，有二次硬化過程。舊砂的可再生性大致與用呋喃樹脂的相同?；焐?、造型過程中有其特有的氣味，而澆注時產(chǎn)生的煙氣比呋喃樹脂砂、堿酚醛樹脂砂小得多?，F(xiàn)已有鑄鋼廠正式用于生產(chǎn)，據(jù)報道說效果很好。關(guān)于酸硬化的甲階酚醛樹脂自硬砂，暫時不說。堿性酚醛樹脂自硬砂，我國鑄鋼行業(yè)應(yīng)用較多，后面要專門談到。（2）呋喃樹脂呋喃樹脂是以糠醇為基礎(chǔ)的，并因其結(jié)構(gòu)上特有的呋喃環(huán)而得名?？反际且赞r(nóng)業(yè)副產(chǎn)品為主要原料的。先自玉米芯、棉子殼、稻殼或甘蔗渣中提取糠醛，然后再在一定溫度和壓力條件下加氫制成糠醇。我國制取糠醇的原料極為豐富，據(jù)報道，日本生產(chǎn)的呋喃樹脂，其原料4％，以上自我國進口。呋喃樹脂，就其基本構(gòu)成而言，有糠醇樹脂、脲醛呋喃樹脂，酚醛呋喃樹脂，甲醛呋喃樹脂等。單純的糠醇樹脂，不僅成本高，性能也不是很好，實際上，由于綜合考慮成本、性能等因素，常采用多組分的共聚樹脂。因此，呋喃樹脂的品種繁多，而主要的組分是糠醇樹脂、脲醛呋喃樹脂和酚醛呋喃樹脂。選取上述三組分的配比時，應(yīng)考慮的因素見表7。表7選定共聚呋喃樹脂中三種主要組分時應(yīng)綜合考慮的因素因素樹脂中含氮樹脂砂的硬化性能樹脂砂的強度樹脂砂的脆性糠醇最咼不含氮中等咼脆性中等脲最含氮量最佳高脆性最低醛低很咼酚醛適中不含氮最弱低脆通常，按呋喃樹脂中的糠醇含量和氮含量，將其區(qū)分為三類，見表8。表8呋喃樹脂的分類樹脂類別糠醇含量(%)氮含量(%)水 分(%)高糠醇中糠醇低糠醇鑄鋼件用的呋喃樹脂，為了使其具有較好的綜合性能，不必追求完全無氮。一般說來，要求氮含量W就可以，不會有什么負面影響。特殊條件下，也可以要求氮含量W 。()尿烷樹脂尿烷樹脂自硬砂是美國 公司開發(fā)的 工藝。樹脂由兩組分構(gòu)成，用于鋼、鐵鑄件的，第一組分為聚芐醚酚醛樹脂，第二組分為聚異氰酸酯。硬化劑為叔胺或吡啶，通常由樹脂供應(yīng)商加入樹脂的第一組分中。這種樹脂的第一組分不含氮，第二組分中含氮? 。當(dāng)兩組分等量加入時，相當(dāng)于樹脂體系中的含氮量為?，與含氮低的中氮呋喃樹脂相當(dāng)，用于鑄鋼及鑄鐵都不會有問題。如希望樹脂體系小的含氮量再低一些，，可適當(dāng)增加第一組分的量，使第一組分與第二組分之比為：或：0樹脂的總加入量兩組分之和為砂量的?％。國外，有用尿烷樹脂自硬砂生產(chǎn)小型鑄鋼件的，我國尚未見用于生產(chǎn)鑄鋼件的報道。3、酯硬化的甲階酚醛樹脂自硬砂用有機酯作硬化劑的甲階酚醛樹脂自硬砂工藝，是由英國 公司開發(fā)的，也稱為a—工藝，于 年獲得專利。 年前后，歐洲就有一些鑄造廠采用，是一種頗有特色的工藝方法。a工藝所用的樹脂是甲階酚醛樹脂的一種，是在酸硬化的甲階酚醛樹脂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。但其所用的硬化劑是有機酯，而不是有機磺酸。制造樹脂時，用、等強堿性催化劑，故通常稱之為堿性酚醛樹脂。樹脂中所含的水和的游離的+、+離子，對于樹脂與有機酯發(fā)生的作用、以及樹脂的交聯(lián)反應(yīng)都至關(guān)重要。這一工藝主要特點是混砂、造型、澆注時散發(fā)的煙氣少，有利于改善環(huán)境。多種低級酯都可作為硬化劑，應(yīng)用較廣的是碳酸丙烯酯，這也是作用較強的硬化劑。還可用幾種有機酯混合配成作用強弱不同的牌號，以適用于不同的生產(chǎn)條件。本工藝方法最先是用于生產(chǎn)鑄鋼件，現(xiàn)在也用于制造非鐵合金、鑄鐵及高鎳鉻合金鑄件。我國主要用于鑄鋼件。(1)樹脂的特點堿性酚醛樹脂仍為甲階酚醛樹脂，但其堿性較強，據(jù)報道值為? 。樹脂的保存期短，在0以下為個月，在0下為?月；在°C下?個星期。()樹脂的硬化機制在樹脂的硬化反應(yīng)中，首先是樹脂中的堿與酯反應(yīng)，形成堿金屬的碳酸鹽，釋放醇。樹脂中的堿被中和、形成碳酸鹽后，即可發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，將砂粒粘結(jié)，使型砂具有必要的強度。有機酯與水作用，使樹脂中的水分降低，也是促進硬化反應(yīng)的因素。由于作為硬化劑有機酯是參與樹脂硬化反應(yīng)的組分，不同于硬化劑只起催化作用、不參與反應(yīng)的其他樹脂自硬砂，所以，不能通過改變硬化劑的加入量來調(diào)整自硬砂的硬化速率和起模時間。有機酯的加入量一般為樹脂的? ％，因樹脂和硬化劑的品種而略不同。有機酯加入量不足，則鑄型難以硬化；有機酯加入量太高，則會感到混成砂和砂型膩滑，而且可能導(dǎo)致鑄型－金屬界面處發(fā)生反應(yīng)，影響鑄件表面質(zhì)量。自硬砂的硬化速率和起模時間，應(yīng)由改變硬化劑的牌號予以調(diào)整。有機酯硬化的酚醛樹脂砂，在有機酯的作用下，樹脂在常溫下只發(fā)生部分交聯(lián)反應(yīng)，起模時型砂仍然保持一定的塑性，便于起模。澆注初期還有一短暫的、因受熱而再次發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的過程，也就是通常所說的二次硬化。（3） 堿性酚醛樹脂自硬砂工藝的優(yōu)點堿性酚醛樹脂自硬砂工藝主要有以下優(yōu)點。1） 混砂、造型、澆注時散發(fā)的煙氣少于以酸為硬化劑的呋喃樹脂砂、以酸為硬化劑的甲階酚醛樹脂砂和以胺為硬化劑的尿烷樹脂砂。2） 由于起模時型砂仍然保持一定的塑性，故起模性能好，型砂不易粘附在模具上，砂型表面比較光潔，模樣上的起模斜度也可較小。3） 由于澆注后有一二次硬化過程，砂型的熱穩(wěn)定性較好，厚壁鑄件表面上也很少出現(xiàn)脈狀紋缺陷。4） 澆注后，在高溫的作用下，堿性酚醛樹脂自硬砂較易潰散，有利于防止形狀復(fù)雜的鑄鋼件產(chǎn)生裂紋，同時也可使?jié)沧⒑箬T型的落砂性能改善。（4） 酯硬化堿性酚醛樹脂自硬砂的熱分解鑄型澆注后，堿性酚醛樹脂的熱分解大致可分為三個階段。）在°C以下樹脂本身基本上不發(fā)生分解，這一階段產(chǎn)生的氣體主要是水分，還有少量樹脂硬化時束縛于樹脂中未能釋放的甲醛。） C?C之間砂粒表面的樹脂膜開始熱分解，而且分解的速率很高，產(chǎn)生的氣體有水蒸汽、、、甲烷、乙烷、苯酚、烷基酚、烷基苯等。在C?C之間，樹脂粘結(jié)橋仍然保持其骨架，內(nèi)部因熱分解而呈多孔狀，透氣性好。）C以上熱分解產(chǎn)生的氣體的成分與C?C之間大致相同，但在此階段樹脂粘結(jié)膜發(fā)生劇烈的體積收縮，成為多孔性的殘留膜，導(dǎo)致酯硬化的堿性酚醛樹脂砂在高溫下保溫性能好，是鑄件冷卻速率減緩、熱節(jié)處易于產(chǎn)生收縮缺陷的主要原因。熱（5） 酯硬化堿性酚醛樹脂自硬砂再生回用的問題熱堿性酚醛樹脂自硬砂的再生性能不能令人滿意，是影響其推廣應(yīng)用的最大問題。熱1）再生砂回用會導(dǎo)致自硬砂的強度降低熱樹脂交聯(lián)反應(yīng)的產(chǎn)物是堿金屬的碳酸鹽。加熱到C以上，堿金屬鹽轉(zhuǎn)變?yōu)閺妷A性金屬氧化物，此種氧化物又可以與硅砂作用，在砂粒表面上形成玻璃狀堿金屬復(fù)合硅酸鹽薄膜。這種薄膜是金屬氧化物和砂粒作用形成的，對砂粒的附著很牢固，舊砂進行再生處理時，很難將其除去。熱這種薄膜呈玻璃狀，樹脂不易將其潤濕，再生砂中加入樹脂重新混砂時，樹脂難以均勻地附著于砂粒表面的薄膜上，因而再粘結(jié)性能不佳，配制的自硬砂強度明顯下降。熱目前，廣泛用于樹脂自硬砂的干態(tài)摩擦再生方式，對于以呋喃樹脂、甲階酚醛樹脂、尿烷樹脂等作為粘結(jié)劑的型砂、芯砂，都有很好的效果。舊砂再生處理的過程中，雖不能將砂粒表面的粘結(jié)膜完全脫除，但是，再生后砂粒表面上殘留少量不連續(xù)的樹脂膜，對再粘結(jié)的強度沒有明顯的負面影響。再生砂中加入粘結(jié)劑后的粘結(jié)強度，一般可等同于完全用新砂時的強度，多數(shù)情況下，用再生砂時強度還會略高一些。熱對于堿性酚醛樹脂自硬砂，砂粒表面上殘留的堿金屬硅酸鹽薄膜對再粘結(jié)的影響很大，采用干態(tài)摩擦再生方式時，再生砂的粘結(jié)強度顯著降低。目前，世界各國再生砂的回用量一般都不超過8％0，有的鑄造廠不得不全部用新砂配制面砂。舊砂再生回用的次數(shù)越多，型砂的強度性能越差。2）對熱再生方法探討以前曾有人認為：“堿性酚醛樹脂自硬砂采用干態(tài)摩擦再生的效果不好，將舊砂加熱后在熱態(tài)進行機械再生處理可能有助于脫除堿金屬硅酸鹽薄膜”。但是，許多試驗、研究的結(jié)果都未能證實熱再生方式的有效性。舊砂進行熱法再生時，如溫度超過°C,玻璃狀薄膜可使砂粒在焙燒爐中燒結(jié)，惡化砂粒的流動性，從而影響再生處理的效果，而生產(chǎn)廠所用的熱再生設(shè)備中，多數(shù)都難以準確地控制溫度。這是熱法再生的難點之一。也有研究結(jié)果表明：經(jīng) C左右進行熱再生的舊砂，多次循環(huán)使用仍然會導(dǎo)致再粘結(jié)性能惡化。）在改進再生回用砂粘結(jié)性能方面的工作堿性酚醛樹脂自硬砂問世以來，砂再生就是一個問題，在這方面的試驗、研究工作一直就沒有間斷。目前，在生產(chǎn)上實際應(yīng)用的主要有兩種方法。一種是再生砂中加入水或其他潤濕劑由于水能潤濕殘留的樹脂膜，而且酚醛樹脂也具有一定的親水性，再生砂中加入少量的水后，有利于樹脂和硬化劑在砂粒表面多孔性的殘留膜上彌散，可使自硬砂的強度有所提高。水的加入量一般為 ％,且應(yīng)使水在再生砂中均勻分布。澳大利亞的 鑄鋼廠多年采用這一工藝，效果穩(wěn)定。其二是熱再生時加入專用的處理劑有報道說：為改善堿性酚醛樹脂自硬砂熱再生的效果，設(shè)在美國 州的公司與 鑄造廠合作，開發(fā)了一種新的砂再生工藝，其要點如下。脫箱落砂后，將自硬砂的團塊破碎，隨即加入專用的處理劑，使之與砂?；旌暇鶆?。然后將砂粒加熱到?C進行熱再生。由于處理劑的作用，解決了砂粒燒結(jié)的問題，全部用再生砂配制的樹脂自硬砂，粘結(jié)強度與全部用新砂者相同，甚至還略好一些。專用的處理劑是一種礦物，與水配制成懸浮液后應(yīng)用。熱再生處理前將其加入已破碎成粒狀的舊砂中。處理劑是為中和殘留堿金屬鹽的有害作用而選用的，可以防止砂粒在焙燒過程中燒結(jié)。專用的處理劑可與堿金屬鹽（特別是自由堿離子）形成復(fù)雜的化合物，然后又被吸附在礦物顆粒上，再由除塵系統(tǒng)將礦物顆粒從再生砂中脫除。此項工藝的要點是要加入足夠量的處理劑，其中包括與堿金屬鹽形成復(fù)雜的化合物所需的量，和吸附生成的化合物所需的量。當(dāng)然，由于各鑄造廠的具體條件不同，處理劑的加入量也不盡相同，取決于系統(tǒng)砂中自由堿金屬的實際含量。干態(tài)摩擦再生方式時，采用這種處理劑也可防止?jié)沧r高溫對砂粒的影響，但還是以與熱法再生配合使用時的效果為最好。據(jù)稱，美國 鑄造廠早已在生產(chǎn)中采用這一工藝，處理劑的加入量為砂量的％。在歐洲，也有一些鑄造廠成功地采用了加處理劑的熱再生工藝。（）堿性酚醛樹脂自硬砂工藝的其他問題除了舊砂再生方面存在問題以外，堿性酚醛樹脂自硬砂工藝還有一些不足之處，采用此項工藝時，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，以獲得較好的效果。1）粘結(jié)強度略低堿性酚醛樹脂自硬砂，硬化后的強度略低于呋喃樹脂自硬砂，加入量應(yīng)略多一些。實際加入量因?qū)﹁T型的要求不同而異，一般在1.?,1.％8之間。加入量太低，鑄型、芯子易于損壞，從而影響鑄件質(zhì)量；加入量太高，則影響起模，澆注后脫箱、落砂也比較困難。）殘留的樹脂膜具有一定的吸濕性，這一特性有兩方面的作用：好處是可以通過加入水或其他處理劑改善再生砂的粘結(jié)性能；缺點是潮濕季節(jié)儲存于砂斗中的再生砂容易粘附在斗壁上。3） 應(yīng)嚴格控制再生砂的堿度和其中的堿金屬鹽的含量。再生砂的堿度和其中的堿金屬鹽的含量太高，會影響型砂的耐火度，導(dǎo)致鑄件表面產(chǎn)生粘砂缺陷。4） 澆注后鑄件在鑄型中的冷卻速率較低，鑄鋼件的熱節(jié)易于產(chǎn)生縮孔、縮松之類的缺陷，在工藝方案設(shè)計時應(yīng)予以考慮。4、樹脂自硬砂生產(chǎn)工藝的控制要點采用樹脂自硬砂，如控制得當(dāng)，可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的鑄件，得到很好的效益，如控制不