解析一種古老傳統(tǒng)的制造業(yè) 新型鑄造材料寶珠砂的研究

　　鑄造一直是一個(gè)嚴(yán)重污染環(huán)境的行業(yè)，為了改善鑄件的品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本及改善環(huán)境，研究一種新型鑄造砂——寶珠砂。通過(guò)在電弧爐中加入含Al2O345——90%鋁礬土礦石原材料，利用電弧電弧放電產(chǎn)生的高溫，將鋁礬土原料熔化成液體，在液體流出爐子時(shí)，對(duì)其施以70——85m/s的空氣壓，利用強(qiáng)風(fēng)將液體原料破碎、冷卻后，得到形狀為球狀或接近球狀、表現(xiàn)光滑的砂粒。這種砂粒以其高耐火性、低膨脹性、低破損性以及高回收利用率等特性深受鑄造廠家的歡迎并且符合時(shí)代環(huán)保的要求。

　　鑄造在中國(guó)是一種古老傳統(tǒng)的制造業(yè)，一直是一個(gè)嚴(yán)重污染環(huán)境的部門，業(yè)已在民間形成了不良的口碑。在鑄造生產(chǎn)中，材料和能源的投入占到產(chǎn)值的55%——70%。我國(guó)鑄造行業(yè)每年排污物總量為：廢渣300萬(wàn)噸、廢砂1650萬(wàn)噸、廢氣110億立方米[1]。目前大量使用的人造鑄造砂主要產(chǎn)自于天然的硅砂或人工破碎的硅砂，它們?cè)谠煨蜐沧⑦^(guò)程中受熱后容易破碎，成為垃圾，污染環(huán)境，危害生產(chǎn)工人的健康（SiO2粉塵易產(chǎn)生硅肺?。瑢?duì)于砂型鑄造來(lái)講，每生產(chǎn)1t鑄件，大約產(chǎn)生1.3——1.5t的廢砂。因此，研究一種能夠改善鑄件的質(zhì)量并減少環(huán)境的污染，改善產(chǎn)業(yè)工人的勞動(dòng)環(huán)境的鑄造材料——寶珠砂，已經(jīng)變得十分重要。

　　1 試驗(yàn)裝置與方法

　　在電弧爐中（爐子的大小為650-850mm正方體）加入含Al2O345——90%鋁礬土礦石原材料，利用電弧電弧放電產(chǎn)生的高溫，將鋁礬土原料熔化成液體，在液體流出爐子時(shí)，對(duì)其施以70——85m/s的空氣壓（壓力3.0-8.0kg/cm2），利用強(qiáng)風(fēng)將液體原料破碎、冷卻后，得到形狀為球狀或接近球狀、表現(xiàn)光滑的砂粒。

　　通過(guò)上述工藝流程得到的砂粒分布如表1所示。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　2.1高的耐火溫度

　　經(jīng)國(guó)家耐火材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)，該新型人造鑄造耐火溫度大于1790℃，能夠克服石英砂的耐火度（1400——1700℃）的限制，能夠減少鑄件局部（孔、槽、及熱節(jié)集中的部位）粘砂情況，使清砂工序變得十分容易，完全滿足造型砂的耐火溫度要求。

　　2.2低的熱膨脹率

　　分別將寶珠砂、硅砂、再生硅砂、鉻鐵礦砂加入粘結(jié)劑，堿性酚醛樹脂和固化劑（同一配比）混砂后，制成直徑為Φ35×55mm的試塊，成形時(shí)室溫為20℃，濕度為60%，試塊放置24h，待完全硬化后，加熱至1000℃，測(cè)出砂子的熱膨脹率。

　　該新型鑄造砂（寶珠砂）與硅砂和鉻鐵礦砂進(jìn)行了熱膨脹率的對(duì)比試驗(yàn)如表2所示。

　　從表2中可以看出，寶珠砂的熱膨脹率最低，只有鉻鐵礦砂的1/2，再生硅砂的1/4，所以在澆注過(guò)程中，可以有效地抑制由于砂子熱膨脹產(chǎn)生的鑄造缺陷。

　　2.3砂子的粒型好——球形

　　鑄造造型砂以球型為宜，即角形因數(shù)≤1.15，鑄造型砂角形因數(shù)小于1.2時(shí)，可以提高鑄型的充填率，又可提高鑄型的透氣性，從表3中測(cè)得的數(shù)據(jù)可以看出，寶珠砂的角型系數(shù)因數(shù)為1.06，非常接近1.0，表明砂粒為球形。

　　從寶珠砂砂粒形貌電鏡掃描照片可以看出，寶珠砂外形非常接近于球形，且砂子表面光滑，凹凸少，在造型澆注過(guò)程中，寶珠砂因其流動(dòng)性好，易舂實(shí)，透氣性好，更易減少鑄件的氣孔類缺陷。

　　2.4粘接劑加入量低

　　在造型過(guò)程中，達(dá)到同樣的型砂強(qiáng)度，粘接劑加入量低，可以降低成本，更會(huì)對(duì)鑄件的氣孔缺陷產(chǎn)生抑制作用，也可改善砂子潰散性。

　　備注：抗拉強(qiáng)度用SNY型液壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)測(cè)定，發(fā)氣量用SFD型發(fā)氣量機(jī)測(cè)定。

　　從上表中可以看出，同樣的樹脂加入量，寶珠砂的抗拉強(qiáng)度是中牟砂的一倍，發(fā)氣量降低了近50%。

　　2.5高強(qiáng)度、低破碎、回用性能好

　　從上表中可以知道，寶珠砂具有與鋯英砂不相上下的硬度，而且粒度的變化率更低，可以想象寶珠砂的回收及再利用率會(huì)很高。

　　3 結(jié)論

　?。?）寶珠砂有著很高的耐火溫度，能滿足各種鑄件的耐火度要求。

　?。?）寶珠砂有近乎球狀的外形，有很好的流動(dòng)性和充填性能，需要加入的粘接劑數(shù)量也很低，不但經(jīng)濟(jì)，且澆注后，鑄型也不易破壞。

　?。?）寶珠砂有低膨脹性的特點(diǎn)，對(duì)于鑄件來(lái)說(shuō)，可以防止由于型砂膨脹而產(chǎn)生的鑄造缺陷，可以提高復(fù)雜鑄件的尺寸精度。

　　（4）寶珠砂的高強(qiáng)度、低破損，使砂子在回收及再利用時(shí)不會(huì)破碎，回收再利用率高，且粉塵量很小，可以改善作業(yè)環(huán)境，減少鑄造垃圾，這是符合時(shí)代環(huán)保要求的。