鑄造粘砂的本質(zhì)與機(jī)理

鑄造粘砂的本質(zhì)與機(jī)理

一、型砂粘砂過程的觀察和啟示鑄造砂已經(jīng)成為鑄造行業(yè)的普遍現(xiàn)象。由于不同的工藝方法，彈砂現(xiàn)象相互輕微，我們的廠砂問題十分嚴(yán)重。粘砂問題所產(chǎn)生的一系列質(zhì)量問題已經(jīng)嚴(yán)重的影響到我廠的鑄件出廠進(jìn)度,長久下去不僅會(huì)影響到客戶對(duì)我廠的信賴程度,同時(shí)我們也浪費(fèi)人力和物力,嚴(yán)重加大了成本。出于對(duì)這樣的現(xiàn)狀,有必要對(duì)型砂粘砂過程進(jìn)行透徹的研究。不僅要從粘砂本質(zhì)機(jī)理方面進(jìn)行研究,同時(shí)更重要的是要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際生產(chǎn)狀況和鑄件特點(diǎn)與理論進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。二、鑄件粘砂為鋼質(zhì)材料機(jī)械粘砂是指金屬液滲入砂型或砂芯砂粒間隙中,與砂燒結(jié)并粘附在鑄件表面,金屬液有時(shí)會(huì)滲透到砂芯的整個(gè)截面,致使內(nèi)腔阻塞,這種粘砂往往是不可能清除的,鑄件不得不報(bào)廢;化學(xué)粘砂是指金屬液化學(xué)反應(yīng)生成的金屬氧化物與造型材料作用形成的粘著力很強(qiáng)的硅酸鐵浮渣,它多產(chǎn)生在鑄件內(nèi)澆口或厚壁處,尤其當(dāng)砂型或砂芯較薄而鑄件較厚時(shí)易產(chǎn)生。我廠以生產(chǎn)大型鑄鋼件為主,尤其是搬入新廠區(qū)以來,隨著產(chǎn)能的提升,鑄件越來越大型化,加上型砂由原來的石灰石砂變成酯硬化水玻璃砂,隨之而來的鑄件粘砂問題日益突出。粘砂總體表現(xiàn)為鑄件的里腔處,冒口根部,圓角處,厚大的熱節(jié)處,還有一些鑄件的外皮處。粘砂的案例為半齒輪和整齒輪鑄件冒口下的輪輞處和雙輔板輪中層砂芯處粘砂,下架體外皮筋的圓角處粘砂,中空軸的R區(qū)和里腔粘砂,鍛錘機(jī)身的大冒口根部粘砂。這些鑄件有很大一部分是我廠的傳統(tǒng)產(chǎn)品,嚴(yán)重的粘砂影響了供貨周期和產(chǎn)品外觀質(zhì)量,更嚴(yán)重的是清理粘砂過程中容易鑄件容易產(chǎn)生裂紋報(bào)廢,可以說粘砂問題已嚴(yán)重地影響到企業(yè)的生存和發(fā)展。三、粘土砂的原因1、機(jī)械粘砂的制備(1)較高的金屬液靜壓力頭。即由鑄件澆注高度和澆注系統(tǒng)形成的壓力。如該壓力超過砂粒間隙之間毛細(xì)現(xiàn)象形成的抵抗壓力。即P毛=2σCOSθ/r,式中P毛為毛細(xì)壓力;σ為金屬液表面張力;θ為金屬液毛細(xì)管的潤濕角;r為毛細(xì)管半徑。就會(huì)形成機(jī)械粘砂。靜壓力頭超過500mm,鑄造用砂又較粗,多數(shù)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械粘砂。上式也說明r越大,即砂粒粒度越粗,P毛越小,即較易產(chǎn)生機(jī)械粘砂;(2)金屬液在鑄型內(nèi)流動(dòng)形成的動(dòng)壓力;(3)鑄型“爆”或“嗆”。即鑄型澆注時(shí)釋放的可燃?xì)怏w與空氣混合并被熾熱金屬液點(diǎn)燃所形成的動(dòng)壓力。2、自機(jī)械夾緊砂層開始以來，即使壓力降低，金屬溶液的滲透也會(huì)繼續(xù)，直到金屬溶液在滲透之前硬化即金屬液溫度低于固相線溫度,滲透方可停止。3、化學(xué)粘合劑砂最常見的原因是砂型和芯用原材料的耐火性和低粘合點(diǎn)石英砂不純;沒有使用涂料或使用不當(dāng);澆注溫度過高;澆注不當(dāng)致使渣子進(jìn)入鑄型等因素造成。4、施工質(zhì)量原因結(jié)合我廠的生產(chǎn)實(shí)際和鑄件粘砂情況來分析,粘砂即包括機(jī)械粘砂又包括化學(xué)粘砂。(1)鑄件冒口設(shè)計(jì)過高,壓力頭過大,容易粘砂。(2)型砂撞實(shí)度不高,砂型、砂芯不致密,容易粘砂。(3)涂料涂刷效果不佳,從操作過程來看,涂料涂刷后局部存在不均勻現(xiàn)象,有的地方可見明顯的砂粒,有的地方涂料過厚,有明顯砂粒的地方就容易粘砂。(4)部分木型外觀質(zhì)量不佳,導(dǎo)致砂型、砂芯表面質(zhì)量差,影響砂型、砂芯表面光潔度,容易粘砂。(5)澆注溫度高,澆注速度滿,澆注過程中,涂料層容易被烘烤掉,使砂子與鋼水直接接觸,導(dǎo)致粘砂。(6)厚大熱節(jié)處和細(xì)長孔處,局部溫度過高,鑄件容易粘砂。(7)排氣系統(tǒng)不好,容易引起鑄型“爆”或“嗆”產(chǎn)生動(dòng)壓力,導(dǎo)致機(jī)械粘砂。(8)再生砂中的殘余Na2O,可用來增燒結(jié)材料中的液相量,作為型砂的組成物,將劇烈產(chǎn)生型砂燒結(jié)。四、工藝準(zhǔn)備通過分析查找出我廠鑄鋼件粘砂的主要原因,特制定如下工藝措施,防止鑄件粘砂。1.合理設(shè)計(jì)過載口，避免過載大，盡量減少壓力頭2.提高撞擊實(shí)度雖然石英砂的流動(dòng)性較好,但是造型過程中仍要撞實(shí),提高撞實(shí)度是非常重要的操作步驟。通過提高撞實(shí)度,極大程度上增加了砂粒之間的致密度,盡可能地減小了金屬液進(jìn)入砂粒之間概率。3.刷入涂料，確保2mm厚，均勻，無砂粒對(duì)于砂型、砂芯表面坑坑包包的地方,采用涂料配砂子的辦法進(jìn)行修補(bǔ)以及采用砂布磨平的辦法,保證砂型、砂芯的表面光潔度。4.加強(qiáng)木材外觀的檢查和控制。有缺陷的木材必須徹底干燥，以消除原材料和硬件缺陷帶來的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)5.嚴(yán)格按照工藝要求控制注射溫度，避免高溫注射澆注過程中大爐盡可能采用雙眼澆注,保證鑄件鋼水的上升速度,避免澆注速度慢而長時(shí)間對(duì)砂型進(jìn)行烘烤,導(dǎo)致涂料脫落產(chǎn)生粘砂。6.障礙鋼水燒結(jié)鉻鐵礦砂有急冷作用,可起到外冷鐵的作用,也能在遇到鋼水時(shí)燒結(jié)形成屏蔽阻礙鋼水與砂芯中間部分砂子接觸,避免粘砂。細(xì)長孔處采用寶珠砂配鉻鐵礦砂即可避免粘砂又可有利于該處砂芯的清理。7.在形狀和芯生產(chǎn)過程中，必須將孔排為空氣，并連接到上下框架。在盡可能多地消除注射過程中產(chǎn)生的氣體8.控制砂漿砂的質(zhì)量，盡可能減少砂漿砂的剩余鈉2o含量如提高焙燒溫度,減少CO2砂的應(yīng)用,降低液料的加入量,做好砂線和混砂機(jī)的除塵工作。五、鑄件粘砂問題采取以上合理的工藝措施,能夠切實(shí)地解決我廠鑄件長期存在的鑄件粘砂問題。從2011年8月份以來,鑄件粘砂開始緩解,尤其是10月份以后,鑄件粘砂問題得到較好的控制。六、工藝措施效果好,單位或市場份額少,且回爐前長鑄件粘砂問題搬入新廠區(qū)以來一直困擾著鑄鋼公司,通過對(duì)鑄件粘砂機(jī)理的研究,結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際和粘砂的情況,找到了適合我公司的解決粘砂問題的工藝措施,并取得較好的效果。鑄件良好的外觀質(zhì)量,節(jié)約了大量的清理費(fèi)用。節(jié)約的清理費(fèi)用包括:每個(gè)月節(jié)約1捆鐵棍(5000元×3噸=1.5萬