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綠色環保型鑄造材料——寶珠砂

更新時間:2019-11-06 09:30:39點擊次數:433次
本文介紹了綠色環保型鑄造材料寶珠砂性能和特點,和目前常用的幾種造型材料進行了對比分析。寶珠砂是一種人造球形陶瓷顆粒,角形系數≤1.10,熱膨脹系數小,粘結劑使用量小。與鋯砂相比價格便宜,適用在熔模鑄造中替代鋯砂做面層材料;與鉻鐵礦砂相比寶珠砂無污染,堆積密度小,可廣泛應用于高錳鋼耐熱鋼等大型鑄鋼件生產。指出綠色環保型鑄造材料寶珠砂在鑄造領域具有廣泛的應用前景。

寶珠砂是對熔融狀態下的煅燒鋁礬土原料進行噴霧處理,使之再結晶成型的球狀砂。

一、主要性能

1. 粒形:球形

2. 角形系數:≤1.1 極似球狀

3. 密度 (堆積):1.95-2.05 (g/cm3)

4. 耐火度:≥1790℃

5. 熱膨脹率:0.13% (1000℃加熱10分鐘)

6、PH值:7.2-7.8

7、氧化鋁含量:≥75%

二、粒度分布

粒徑在0.053 mm(270目)~2.0mm(10目)之間,客戶可根據自己的工藝要求,對粒度分布情況作具體規定。

三、性能特點

1、致密的球形

寶珠砂粒形為球狀,表面光滑且表面積小,流動性及填充性比較好。因此在獲得良好的鑄模強度和高透氣性的同時與其它型砂相比能夠大量減少粘結劑使用量。同時還具有比較好的潰散性。

2、熱膨脹率低

寶珠砂熱膨脹率低于其它鑄造用砂。所以生產鑄件的尺寸精度高,裂紋及缺陷少,鑄件成品率高。

3、耐破碎性好

寶珠砂的體積致密,強度高,重復再生使用也很少破碎,大幅提高型砂再生回用率,減少了廢砂排放量,利于環境保護。

4、耐火度高

主要成分是三氧化二鋁,PH值呈中性,屬鋁硅系耐火材料,耐火性能很好,能滿足各種金屬及合金鑄造要求。

四、性能優勢

1、寶珠砂與硅砂相比存在以下優勢:

1)、寶珠砂的耐火度高于硅砂,而且造型時填充的緊實度高,因而,可使鑄件的表面質量提高,生產中的廢品率降低;

2)、球形的寶珠砂流動性很好,對于形狀復雜的鑄件,內夾角、深凹處、平孔等難以填充的部位,都易于填緊。因而,可顯著減少這些部位的包砂缺陷,大幅度減少清理和精整的工作量;

3)、耐破碎性好, 回收率高,排放的廢棄物也相應地減少;

4)、熱膨脹率小,熱穩定性好,不會發生二次相變而引起膨脹缺陷,大大提高了尺寸精度,雖然寶珠砂的價格比硅砂高不少,如使用得當,全面核算下來,不僅可明顯提高鑄件質量,而且可降低生產成本;

5)、寶珠砂的粒型為球形,接觸面為點接觸,達到相同的強度需要的樹脂少,從而大大降低了生產成本。

2、寶珠砂與鉻鐵礦砂相比存在以下優勢:

1)、堆積密度小于鉻鐵礦砂,降低高質量型砂的使用成本

2)、粒型極似球形,粘結劑使用量少

3)、耐破碎性好,提高回收率,再生性能好

4)、鉻鐵礦砂中的鉻及其化合物會引起重金屬污染,而寶珠砂對環境沒有污染,有利于環境保護

3、寶珠砂與鋯英砂相比存在以下優勢:

1)、寶珠砂粒型極似球形,粘結劑使用量少

2)、相對于資源緊缺價格昂貴的鋯英砂,其原料儲藏豐富,價格低廉。

3)、其耐破損性好,回收率高,可循環利用,既節約了鋯砂又保護了環境,避免了鋯英砂的放射性對一線工人的傷害

五、應用領域

1、用于V-法鑄造和消失模鑄造

V -法鑄造全部用干砂造型,消失模鑄造大部分也采用干砂造型。如采用硅砂,落砂過程中散發硅粉塵很多,勞動條件很壞,這是亟待解決的問題。用寶珠砂代替硅砂,可大幅度減少散發的粉塵,而且粉塵中所含的硅質粉塵很少,對改善勞動條件和保護環境意義重大。

除此以外,還有以下好處:

1)、寶珠砂的耐火度高于硅砂,而且造型時填充的緊實度高,因而,可使鑄件的表面質量提高,生產中的廢品率降低;

2)、球形的寶珠砂流動性很好,對于形狀復雜的鑄件,內夾角、深凹處、平孔等難以填充的部位,都易于填緊。因而,可顯著減少這些部位的包砂缺陷,大幅度減少清理和精整的工作量;

3)、每噸鑄件耗用的型砂量可減少90%,排放的廢棄物也相應地減少;

4)、消失模鑄造采用樹脂粘結砂造型時,樹脂的用量可減少1/3。

雖然寶珠砂的價格比硅砂高不少,如使用得當,全面核算下來,不僅可明顯提高鑄件質量,而且可降低生產成本。

寶珠砂的熱膨脹率低是一項重要的優點,可防止鑄件產生膨脹缺陷,但這一特性也有的負面作用。由于其受熱后的膨脹率比硅砂低得多,生產鑄鐵件,特別是球墨鑄鐵件時,鑄型制約鑄件石墨化膨脹的作用較差,因而鑄件易產生收縮缺陷,應適當地設置冒口。

2、在生產中、大型鑄鋼件方面替代鉻鐵礦砂

寶珠砂,除堆密度低于鉻鐵礦砂以外,一些主要的熱物性,如熱導率、熱膨脹率、耐火度等,都與鉻鐵礦砂相近。在顆粒形狀和耐破碎性方面,則比鉻鐵礦砂好得多,而價格卻只是鉻鐵礦砂的1/2左右。在綜合分析的基礎上,不難看出,寶珠砂是鉻鐵礦砂比較理想的替代材料。

寶珠砂的表面狀況遠優于燒結陶粒,鑄件應該不易于產生粘砂缺陷。實際上,我國已有許多鑄造廠用寶珠砂替代鉻鐵礦砂,都得到了很好的效果。用寶珠砂代替鉻鐵礦砂,既能提高鑄件的表面質量,又可降低生產成本,而且還便于舊砂的再生、回用。

3、在樹脂粘結砂和粘土濕型砂中代替硅砂

在型砂、芯砂中配用部分寶珠砂,能有效地防止鑄件產生膨脹缺陷。

近年來,我國一些覆膜砂制造廠商,已在原料砂中配加部分寶珠砂,從而可以使制成的殼型、殼芯具有耐高溫、低膨脹、易潰散、高強度、發氣量低等性能。對于形狀特別復雜的芯子,還可以解決射砂不易緊實的問題。

為適應輕量化的要求、生產薄壁鑄鐵件時,如面砂中配入部分低密度陶粒,可有效地解決澆不足和冷隔之類的問題,而且可避免鑄件出現或過冷組織。這方面國外已有成功的經驗,我國尚未見相關的報道。

在造型方面,用寶珠砂代替硅砂,有以下優點:

1)、工作場所大氣中粉塵含量大幅度減少,特別是其中的硅質粉塵很少,這一點今后將越來越成為人們關注的焦點;

2)、 每噸鑄件的原砂耗用量可大幅度減少,節省資源;

3)、由于砂粒的流動性好,在相同的緊實條件下,鑄型、芯子的緊實度提高,而且仍保持良好的透氣性,有助于提高鑄件質量;

4)、型砂的起模性能顯著改善,可減小模樣的起模斜度,減少起模時的掉砂,有助于提高鑄件的尺寸精度和表面質量;

目前,寶珠砂的價格比硅砂高得多,雖然其耗用量減少,僅就型砂而言,用人造砂代替硅砂,成本仍然較。但是,如果作全面的考核,總體效益可能會優于采用硅砂。

用寶珠砂代替硅砂有很多好處,但是,一種新材料的應用,也會有一些問題,需要認真地認識和了解,并采取恰如其分的措施,如:

(1)鑄鐵件的縮孔、縮松傾向

生產鑄鐵件,特別是球墨鑄鐵件時,雖然鑄型的緊實度較高,型壁運動量小,有減少縮孔傾向的作用,但是,寶珠砂的熱膨脹率只是硅砂的1/10,幾乎沒有硅砂膨脹對鑄件石墨化膨脹的抑制作用,鑄件產生縮孔、縮松的傾向增大。在多數情況下,后一因素的作用大于前一因素,鑄件就可能出現縮孔、縮松類缺陷。

改變原砂時,工藝設計人員,應該通過試驗,正確掌握所用型砂的特性,適當地設置冒口和冷鐵。

(2)因比熱容大而影響樹脂自硬砂的硬化

酸硬化的呋喃樹脂樹脂自硬砂、甲階酚醛樹脂自硬砂,樹脂的硬化是縮合反應,也就是說,樹脂發生交聯反應、硬化時,要析出水,需要熱量使水分蒸發、逸出,反應才能繼續進行。人造砂的比熱容都比較大,特別熔制莫來石砂(寶珠砂),其比熱容幾乎是硅砂的2倍。樹脂發生硬化反應時,如果砂粒過多地吸收了樹脂硬化反應所析出的熱量,就會影響型砂的硬化速度和初始強度。由于還有其他影響因素的作用,也有的鑄造廠,在采用寶珠配制呋喃樹脂自硬砂時,未發現這種情況。但是,對這一問題予以認真的觀察和分析。

現階段,國內一些知名的寶珠砂生產企業及覆膜砂生產企業已經可以成熟的應對和避免此問題。

“寶珠砂”具有多種優異的性能,可適用于各種鑄造合金和多種鑄造工藝,而價格低于鋯砂和鉻鐵礦砂。近幾年,我國鑄造行業中也已開始采用,并取得了很好的效果。

(編輯:kailinzc)
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