了解熱砂的作用 ,利用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)消除熱砂的影響 ,以便獲得穩(wěn)定的型砂和無缺陷鑄件。 

    就當(dāng)今潮模砂金屬鑄造而言 ,熱型砂已被認(rèn)為是與缺陷有關(guān)問題中的頭號 因素。大多數(shù)鑄造工作者能闡明使用熱砂與鑄件質(zhì)量降低的直接關(guān)系。事實 上 ,研究表明 :如果控制不當(dāng) ,熱砂對整個鑄造生產(chǎn)線上的每一道主要工序 ,都是 有影響的。

    本文探討的是 :當(dāng)采用熱砂造型時熱造型砂的成分、鑄件質(zhì)量以及生產(chǎn)中碰 到的問題。此外 ,綜合考慮在熱砂冷卻過程中的技術(shù)和關(guān)鍵參數(shù)以及控制砂溫 的效果。這篇文章推薦的數(shù)據(jù)是對熱砂多方面技術(shù)研究的結(jié)晶。 

何為熱砂

    熱型砂被定義為對型砂準(zhǔn)備、造型和鑄造質(zhì)量產(chǎn)生不利影響的任一高溫度 的砂。具體來說 ,是指溫度在 49 ℃～71 ℃的回用砂 ,其熱量足以導(dǎo)致混砂的不 均勻性和控制問題。

    由 A. Volkmar 在 1979 年的一項研究顯示 ,溫度在 49 ℃以上會導(dǎo)致砂物理 性能一致性喪失。在這項研究中 ,大量的砂試樣被分裝進(jìn)幾個帶有熱電偶的密 封容器中 ,并處于不同的溫度之中 ,對每個容器中的試樣快速檢測 ,以保證沒有 熱量散失。研究表明 :當(dāng)砂的溫度超過 49 ℃時 ,砂的密實度不斷下降。然而 ,當(dāng) 溫度在 27 ℃～49 ℃之間時 ,密實度實際上沒有改變 ,如圖 1 所示。

    由 J S Schumacher 主持的題為“熱型砂的問題”的另一項研究支持 49 ℃的圖 示 ,并說明超過 71 ℃的砂在混砂時不能達(dá)到均勻的物理性能。但低于 49 ℃的砂 可以混得均勻。對于 49 ℃～71 ℃的砂 ,混碾后的砂不均勻且難以控制。本文的結(jié)論是 :經(jīng)過充分混勻的且低于 49 ℃的砂是最好的。 

    由J. S Schumacher 等發(fā)表的一系列題為“熱砂為什么會引起問題”的技術(shù)性 文章中 ,采用幾種獨特的試驗檢測技術(shù)等手段 ,評價了熱砂的問題。首先 ,試驗在不同的溫度和時間的條件下 ,比較膨潤土粘合液的粘度 ,從而作出評價。試驗 結(jié)果指出:在熱水中的膨潤土與在冷水中的膨潤土 ,其分散和凝結(jié)的情況不一 樣。數(shù)據(jù)還表明膨潤土的粘度隨著其粘合液溫度的增加而有所增加。假定當(dāng)粘 合液溫度增加 ,膨潤土懸浮體粒子薄層自身由邊緣向中間排列 ,形成了一種開式結(jié)構(gòu) ,這種結(jié)構(gòu)與冷水狀態(tài) 的粘合液相比 ,其膨潤土懸浮體粒子薄層保持面對 面排列的情況大不相同 ,隨著溫度增加便會形成開式結(jié)構(gòu) ,從而導(dǎo)致了對砂系統(tǒng) 的若干負(fù)面影響。最重要的是 ,與冷砂相比 ,熱砂中的膨潤土保持水分的能力較 差 ,導(dǎo)致其更容易失去水分并降低物理性能。根據(jù)這項研究 ,當(dāng)使用熱型砂時 , 一種有趣的現(xiàn)象產(chǎn)生了 :將熱態(tài)金屬倒入熱砂型 ,生產(chǎn)的鑄件出現(xiàn)了與型砂含水 量高相關(guān)的缺陷 ,而熱砂型經(jīng)冷卻后再倒入熱態(tài)金屬 ,其生產(chǎn)的鑄件則出現(xiàn)了與 型砂含水量低相關(guān)的缺陷。 

    這項研究的第二部分 ,評價了型砂溫度對型砂物理性能的影響。型砂試驗 是在密閉的溫度和濕度控制室內(nèi)并且分別在 21℃和 60 ℃的溫度下進(jìn)行的。除 了型砂的溫度變化外 ,其他所有條件都保持不變。結(jié)果表明 :型砂在 60 ℃時檢 測 ,其性能有很大程度的降低 ,如圖 2 所示。 

    這些研究表明 :到目前為止 ,所有的工藝研究和收集的數(shù)據(jù)清楚地定義了潮 模砂造型的臨界溫度為 49 ℃(120 υ ) 。

與熱砂有關(guān)的問題 

   熱砂影響到潮模砂造型工作的每個方面 ,并導(dǎo)致較高的廢品率 ,增加膨潤土 的消耗 ,甚至使系統(tǒng)完全失去控制。 

    就廢品而言 ,大部分與型砂有關(guān)的缺陷 ,都與型砂溫度過高有較大的相互對 應(yīng)關(guān)系 ,這些缺陷包括夾砂、表面粗糙程度、金屬浸滲、脹箱、粘砂 ,由氣體形成的 針孔、氣孔、多肉和鑄型破損。許多這方面的缺陷是由鑄型表面水分的迅速失去 而引起的。

    就砂處理系統(tǒng)操作而言 ,熱造型砂有許多不利的影響。通常 ,回用的熱砂 , 進(jìn)入混砂機(jī)時 ,其溫度和濕度波動很大。在鑄鐵廠進(jìn)行的試驗表明 :在大料斗的 不同時段 ,砂溫在 32 ℃～193 ℃的溫度之間波動 (如圖 3 所示) 。在型砂準(zhǔn)備期 間 ,溫度的驟變會引起水分蒸發(fā)量的變化。這種變化使混砂機(jī)中水分的精確添 加和密實度的控制變得困難。備用砂溫度的不穩(wěn)定將加劇各批次型砂之間物理 性能的變化。當(dāng)將熱的備用砂通過較長的距離傳送到多部造型機(jī)時 ,砂子干燥 程度的不可控性也是至關(guān)重要的。 

    熱砂在冷表面產(chǎn)生水分凝結(jié)的傾向還使進(jìn)出砂處理系統(tǒng)時產(chǎn)生幾個特殊的 問題。首先 ,熱砂有粘貼在較冷的料斗和料倉壁的傾向并形成料斗縮管 ,當(dāng)熱砂 進(jìn)入到料斗的頂部時直接通過了料倉中部的縮管。結(jié)果是在所提供的系統(tǒng)砂中 只有少部分被頻繁使用。由于系統(tǒng)中少了活動砂 ,砂的周轉(zhuǎn)率增加迅速 ,使砂的 溫度升高 ,從而使熱砂的問題加劇。

    由水分凝結(jié)引起的第二個嚴(yán)重問題是放在熱型腔中的冷型芯。型芯表面過 多的水分可使型芯強(qiáng)度降低并且產(chǎn)生鑄造缺陷,如與氣體有關(guān)的氣孔和針孔。由于冷凝 ,金屬鑄造工作者可能還會遇到一些問題 ,如型砂粘在模型上。 

     一般來說 ,由于可用砂量減少的自然趨勢 ,熱砂問題將變得更嚴(yán)重。 

冷卻熱的潮模砂

   保持砂系統(tǒng)的穩(wěn)定 ,減小波動和變化 ,這不僅需要出輸入材料的平衡 ,而且 需要能量的平衡。添加新的原材料時必須保證有使混砂機(jī)中粘土發(fā)生反應(yīng)的能 量。由鑄件凝固所產(chǎn)生的熱量必須從砂中除去 ,以使其系統(tǒng)保持能量平衡。

     來自落砂的回用砂 ,其溫度、水分、粒度、粘土含量以及其它關(guān)鍵的物理性能 都會產(chǎn)生波動。對于砂處理設(shè)備(混砂機(jī))來說 ,新舊砂的不協(xié)調(diào)性是一個問題 , 不論它是自動控制還是手動控制。理想的情況是 :砂冷卻系統(tǒng)把溫度不同和其 它性能不協(xié)調(diào)的砂混成均勻的砂。鑄件落砂后采用適當(dāng)?shù)姆绞綄⑸盎靹颉Ｏ到y(tǒng) 砂(由于均勻化作用) 將隨著時間的推移會產(chǎn)生逐漸變化而不是采取出乎意料的 突變方式。然而 ,僅僅給熱型砂加水也不能有效地冷卻砂從而產(chǎn)生均勻的型砂。為了能夠有效的冷卻 ,水必須有足夠的時間與所有砂粒接觸。同時必須設(shè)法把 水由液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w而形成的水蒸汽除去。由于這兩點理由 ,向傳送帶上的砂 子澆水的做法并不能有效地將砂冷卻至 49 ℃以下。 

    需要重點強(qiáng)調(diào)的是 :如果熱砂和水的混合物的周圍空氣濕度飽和 ,將沒有汽 化產(chǎn)生。為了使砂冷卻系統(tǒng)有效地進(jìn)行汽化冷卻 ,需要注入能夠吸收水分的非 飽和空氣。由于通入非飽和空氣到達(dá)潮濕砂團(tuán)的頂部是無效的 ,因此最好把非 飽和空氣通入砂團(tuán)的內(nèi)部。 

     關(guān)于造型砂的冷卻 ,另一個主要考慮的因素是冷卻容器內(nèi)的停滯時間。如 果非飽和空氣能夠有效地除去蒸汽 ,那么通過持續(xù)的水汽化方法可以迅速地把 砂冷卻至 100 ℃。要使砂溫下降到 100 ℃以下 ,冷卻時間將延長 ,并且這一過程 不再是瞬間完成的。有效的措施是砂冷卻系統(tǒng)必須能提供充足的非飽和空氣并 使型砂在冷卻容器中有足夠的停滯時間 ,以充分利用水汽化和干燥的優(yōu)點。 

    為了使熱砂汽化必須加水 ,但加水必須控制在狹窄的范圍內(nèi)。加水量應(yīng)適 當(dāng) ,即有助于冷卻并且嚴(yán)格控制型砂的水分 ,盡可能使型砂水分接近造型需要的 百分比。此外 ,可能時 ,在砂冷卻系統(tǒng)中 ,添加一部分或全部所需要的膨潤土是 有幫助的。由于料倉中的均勻化作用 ,在這一階段添加水和膨潤土對提高系統(tǒng) 效率是有利用的。

    嚴(yán)格控制系統(tǒng)的水分和砂的有效均勻化 ,對于保證交付給造型工序的備用 砂的均勻性有著積極的作用。在混砂前 ,要有效地混合并控制落砂的溫度和水 分 ,就能增加生產(chǎn)線上緊實性控制裝置的能力。

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