靜壓造型生產(chǎn)線濕型砂質(zhì)量控制探索

張 娜，吳來(lái)發(fā)，孫洪超

（合力股份有限公司合肥鑄鍛廠，安徽 合肥 230000）

目前，高密度造型如高壓、氣沖、擠壓、射壓、靜壓等造型生產(chǎn)線均以黏土濕型砂作為其造型用砂，濕型砂質(zhì)量的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量[1]。因此，控制好濕型砂質(zhì)量對(duì)于批量生產(chǎn)的造型生產(chǎn)線至關(guān)重要[2]。

2010年7月，我廠靜壓造型生產(chǎn)線進(jìn)入試運(yùn)行階段，混砂設(shè)備采用德國(guó)愛(ài)立許強(qiáng)力轉(zhuǎn)子式混砂機(jī)，單位小時(shí)混砂量約100t.2011年3月前，靜壓造型生產(chǎn)線型砂水分值偏高，約至4.2%～4.4%，緊實(shí)率/水分值偏低，約為8%～9%，型砂整體性能不佳，且型砂配比波動(dòng)較大，各項(xiàng)指標(biāo)也出現(xiàn)較大波動(dòng)，產(chǎn)品易出現(xiàn)砂眼、沖砂、氣孔等缺陷。我廠靜壓造型線生產(chǎn)的產(chǎn)品砂鐵比變化大，且球墨鑄鐵生產(chǎn)與灰鑄鐵生產(chǎn)并行，這對(duì)于濕型砂質(zhì)量的控制是不利的，濕型砂質(zhì)量必須同時(shí)滿足不同砂鐵比及不同牌號(hào)產(chǎn)品的要求。為此，尋找合理的型砂配比，穩(wěn)定濕型砂質(zhì)量，降低生產(chǎn)線鑄造批量缺陷有著重要意義。

1 型砂質(zhì)量調(diào)控及數(shù)據(jù)分析

針對(duì)2011年年初濕型砂水分偏高，緊實(shí)率/水分偏低，有效黏土含量偏高，全黏土含量偏高，產(chǎn)品易出現(xiàn)砂眼、沖砂、氣孔等問(wèn)題，從2011年3月到7月，采取了一系列調(diào)控措施，來(lái)解決上述問(wèn)題。

1.1 型砂質(zhì)量調(diào)控

（1）降低膨潤(rùn)土加入量。調(diào)控初期，型砂全黏土含量12.3%，有效黏土含量8.7%，偏高，這也是造成型砂水分偏高的主要原因。水分偏高，鑄件易產(chǎn)生氣孔，粘砂等缺陷。為此，必須降低膨潤(rùn)土加入量，而且型砂中有效膨潤(rùn)土量減少，鑄件的落砂性能也能得到改善。需通過(guò)降低膨潤(rùn)土加入量來(lái)使有效黏土含量控制在7.5%～8.0%.

（2）降低混配土加入量?；炫渫林械闹饕煞质敲悍郏偬砑硬糠峙驖?rùn)土，少許α-淀粉，堿化褐煤等混碾而成。高壓造型的砂型緊實(shí)度高，型砂中煤粉量應(yīng)少些[3]。前期由于混配土加入過(guò)多，許多鑄件開(kāi)箱后表面呈現(xiàn)亮藍(lán)色，雖經(jīng)拋丸后產(chǎn)品并無(wú)明顯缺陷，但加入過(guò)多的煤粉會(huì)增加型砂灰分，降低型砂透氣性，加大產(chǎn)品產(chǎn)生氣孔缺陷的幾率。

（3）延長(zhǎng)型砂濕混時(shí)間。原來(lái)型砂濕混時(shí)間為80s，這對(duì)質(zhì)量高要求的型砂是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。通過(guò)協(xié)調(diào)混砂機(jī)加料條件、卸料門鎖定條件、圓盤給料條件、出砂口口徑等之間的關(guān)系，盡量保證每批次的砂全部進(jìn)入皮帶并送至造型機(jī)處，圓盤積砂不可過(guò)多。經(jīng)過(guò)調(diào)整上述幾個(gè)參數(shù)，并調(diào)整一次混砂量增加5%，目前型砂濕混時(shí)間已能增加到100s，基本滿足要求。

（4）增大除塵風(fēng)量。增大除塵風(fēng)量，可降低舊砂中泥分含量，從而降低型砂水分，提高緊實(shí)率/水分值，提高型砂性能。

（5）平衡型砂系統(tǒng)砂量。型砂系統(tǒng)具有充足的砂量，則回用的舊砂在砂斗內(nèi)可以得到足夠時(shí)間的休整，膨潤(rùn)土能更好的發(fā)揮粘結(jié)作用。

（6）沸騰冷卻床應(yīng)有足夠的水壓及水量。水壓及供水量不足，將導(dǎo)致噴頭噴出的水以水柱狀流出，而不是霧狀噴出，舊砂在翻滾過(guò)程中，大面積不接觸水霧，為干砂，而接觸到水流的舊砂則過(guò)分潮濕。

1.2 型砂檢測(cè)數(shù)據(jù)及分析

緊實(shí)率、水分、緊實(shí)率/水分、濕壓強(qiáng)度、透氣性，以上型砂指標(biāo)以靜壓線型砂實(shí)驗(yàn)室日常檢測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)每月大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)求平均值，做出（2011年3月至2012年2月）曲線變化如圖1所示。

全黏土含量、有效黏土含量、揮發(fā)分、燒矢量、粒度分布，以上是2011年2月至2012年1月共6次型砂實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)。

分析圖1中a）、b）圖，型砂緊實(shí)率值穩(wěn)中有升，水分值穩(wěn)中有降，緊實(shí)率、水分值呈上升趨勢(shì)。5月份水分異常，高至4.02%，主要原因是有效黏土含量為 8.2%，全黏土含量為 13.3%，如圖 2中 a）、b），全黏土為吸水物質(zhì)，會(huì)增加系統(tǒng)中的水分需求，故水分偏高。緊實(shí)率/水分值前期呈上升趨勢(shì)，后期基本穩(wěn)定在10%～12%之間，可以間接地判定型砂質(zhì)量在逐漸好轉(zhuǎn)，且后期也基本達(dá)到了一個(gè)平衡。

分析圖1中c）圖，型砂濕壓強(qiáng)度值穩(wěn)定在0.16MPa～0.18 MPa，控制較好，滿足靜壓造型濕型砂性能要求。分析圖1中d），透氣性指標(biāo)呈上升趨勢(shì)，但仍在允許范圍內(nèi)。分析原因，主要是后期產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，導(dǎo)致泥芯砂混入量加大，芯砂較粗，進(jìn)而透氣性值增加。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)，目前芯砂的流入量約為3%～4%.芯砂混入的危害：降低混砂機(jī)效率；增加膨潤(rùn)土用量；增加型砂發(fā)氣量；改變型砂粒度分布，提高型砂透氣性[4]；惡化鑄件表面質(zhì)量。目前采取措施：首先是在保證砂量平衡的基礎(chǔ)上增加排廢（開(kāi)箱至泥芯較大的產(chǎn)品則進(jìn)行集中排廢，力求泥芯混入量控制在2%以內(nèi)，同時(shí)略微增加膨潤(rùn)土的含量，盡量延長(zhǎng)混砂時(shí)間。開(kāi)箱至泥芯較大的產(chǎn)品時(shí)進(jìn)行集中排廢）。

圖1 靜壓線型砂日常檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖2 型砂實(shí)驗(yàn)實(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)

分析圖2中a）、b）圖，全黏土含量在11%～13%范圍內(nèi)波動(dòng)，后期穩(wěn)定在11%～12%，較穩(wěn)定；有效黏土含量后期基本穩(wěn)定在7.5%～8.0%，膨潤(rùn)土加入量已較合適；c）圖揮發(fā)分及燒失量均較穩(wěn)定，雖然混配土加入量降低的較多，但由于芯砂混入量的增加，產(chǎn)品總體并未出現(xiàn)粘砂缺陷；d）圖中，粒度分布6次對(duì)比無(wú)明顯差異，型砂整體分布成50/100目分布，并不理想，100目偏少，50目偏多，與泥芯砂后期混入較多有關(guān)，這也是型砂透氣性逐漸增大的主要原因。應(yīng)注意調(diào)整型砂粒度分布呈100/50目的三篩分布或呈50/140的四篩分布，否則易造成產(chǎn)品粘砂，表面光潔度差。

1.3 生產(chǎn)實(shí)例

1）2011年6月份，型砂檢測(cè)人員在對(duì)舊砂進(jìn)行取樣分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)舊砂水分高至4.6%，通過(guò)對(duì)舊砂水分全天取樣結(jié)果分析：舊砂水分出現(xiàn)很大波動(dòng)，嚴(yán)重影響型砂質(zhì)量。經(jīng)排查分析發(fā)現(xiàn)主要是沸騰冷卻床水壓不足及砂庫(kù)砂量少兩個(gè)因素導(dǎo)致舊砂水分出現(xiàn)突變。沸騰冷卻床工作水壓應(yīng)大于0.4 MPa，并保證足夠的供水量，否則噴頭噴出的水非霧狀而呈柱狀，舊砂得不到充分的補(bǔ)水和降溫。舊砂要定期排廢，但排砂量要按計(jì)劃進(jìn)行，否則易造成舊砂系統(tǒng)的失衡。砂系統(tǒng)砂量少，舊砂在舊砂斗中得不到良好的休整，舊砂極不均勻，膨潤(rùn)土也不能充分發(fā)揮粘結(jié)作用。因此，沸騰冷卻床正常工作和型砂系統(tǒng)足夠的砂量是控制好舊砂的關(guān)鍵。

2）驅(qū)動(dòng)橋殼內(nèi)澆口附近沖砂。出現(xiàn)該缺陷的主要原因是型砂表面強(qiáng)度不足，在澆注過(guò)程中，受到金屬液擦磨作用，型腔表面砂粒受外力作用容易脫落，不僅直接影響鑄件表面粗糙度，而且還會(huì)造成沖砂，砂孔等鑄造缺陷。前面講過(guò)，由于砂量不足，舊砂得不到充分補(bǔ)水和降溫，舊砂極不均勻，即使在混砂時(shí)增加了溫度補(bǔ)償，但由于砂溫較高，加之天氣炎熱，更加重了砂型表面水分的蒸發(fā)，“風(fēng)干現(xiàn)象”嚴(yán)重[5]。后期通過(guò)穩(wěn)定型砂系統(tǒng)砂量，使舊砂得到充分休整該缺陷已解決。

2 總 結(jié)

2.1 制定靜壓造型生產(chǎn)線濕型砂控制標(biāo)準(zhǔn)

表1為靜壓造型生產(chǎn)線之濕型可控制標(biāo)準(zhǔn)。

表1 靜壓造型生產(chǎn)線濕型砂控制標(biāo)準(zhǔn)

2.2 制定靜壓造型生產(chǎn)線舊砂控制標(biāo)準(zhǔn)

1）砂量：兩個(gè)舊砂斗砂量大于等于250t，砂斗處于高料位時(shí)進(jìn)行排廢；

2）砂芯流入量及新砂加入量總和＜3%；

3）混砂前舊砂保持在型砂水分的60%～70%，最好穩(wěn)定在2%左右；

4）舊砂砂溫不高于室溫15℃（夏季＜40℃）；

5）舊砂含泥量控制在10%～12%.

2.3 其他

經(jīng)過(guò)一年多的調(diào)控，靜壓造型生產(chǎn)線型砂質(zhì)量已較穩(wěn)定，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)已在變化范圍之內(nèi)，型砂配比無(wú)較大波動(dòng)。經(jīng)過(guò)調(diào)整的型砂系統(tǒng)，膨潤(rùn)土及混配土加入量都有所降低，不但型砂整體性能得到提高，而且大大節(jié)約了成本。

［1］龍威.黏土濕型砂性能控制對(duì)鑄件質(zhì)量的影響［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2008（4）：86-88.

［2］ChangY ，cheng H H o.The flowability of bentonite bondedgreenm olding sand ［J］. M aterials Processing Technology，2001，113：238-244.

［3］王文清，李文盛.鑄造工藝學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：109-110.

［4］趙洪仁，邊慶月，陳彥山.樹(shù)脂芯砂的混入對(duì)濕型砂質(zhì)量的影響［J］.鑄造，2012（5）：526-529.

［5］于震宗.黏土濕型砂文集［G］.北京：中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)，2009：6.

［6］賈瑛.黏土砂鑄造造型線的選用與生產(chǎn)維護(hù)［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2010（1）:10-14.