李克強，齊亞平，張華麗

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司山東濰坊市 261001）

陶瓷砂應(yīng)用于芯砂的問題與對策

李克強，齊亞平，張華麗

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司山東濰坊市 261001）

本文對陶瓷砂用于芯砂時出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析并提出相應(yīng)的解決措施。

陶瓷砂；芯砂

陶瓷砂（又名寶珠砂、鑄寶砂、陶粒砂、鈺珠砂），是熔融狀態(tài)下的高氧化鋁質(zhì)的原料（鋁礬土）進(jìn)行噴霧處理、使之再結(jié)晶而得到的高耐熱性、低熱膨脹、球狀人工無機材料。其用于鑄造原砂時，在性價比上優(yōu)于鉻鐵礦砂、鋯英砂，為鑄造行業(yè)提高鑄件質(zhì)量、降低成本、減少污染開辟了有效途徑，是較為理想的新型鑄造用砂,近幾年已應(yīng)用于消失模鑄造、精密鑄造、冷熱芯盒制芯等，具有較好的發(fā)展前景。

1 陶瓷砂主要技術(shù)指標(biāo)

主要化學(xué)成分：≥75%Al2O3，≤5%Fe2O3，≤5%TiO2，5%～20%SiO2，其它微量。粒形為為球形，角形系數(shù)≤1.1。堆集密度 1.95～2.05g/cm3。耐火度 1800～2000℃。熱膨脹率0.13%（1000℃加熱10min）

2 陶瓷砂用于鑄造原砂的優(yōu)點

（1）球狀粒形，流動性及填充性好

粒形接近真圓，表面光滑，無凹凸脈紋。其流動性及填充性好，造型時易緊實，且能保持良好的透氣性；而硅砂和鎂橄欖石砂均為多邊形砂，流動性較差。

（2）熱膨脹率低，有利于生產(chǎn)高精度鑄件

型砂的熱膨脹系數(shù)過大，會造成夾砂、結(jié)疤、鼠尾等鑄造缺陷。而陶瓷砂的熱膨脹系數(shù)極小，在澆注過程中幾乎沒有膨脹現(xiàn)象，其性能可與鋯英砂媲美，所以，生產(chǎn)鑄件的尺寸精度高，表面缺陷少，不易產(chǎn)生夾砂、沖砂、氣孔等缺陷，鑄件成品率高。

（3）耐破碎性好，有利于回收利用

陶瓷砂顆粒的致密性好，強度高，即使重復(fù)再生使用也很少破碎，因此減少了鑄造生產(chǎn)過程中的粉塵、廢物排放，利于環(huán)境保護(hù)。

（4）耐火性好

其主要成分為氧化鋁，所以耐火性能很好。耐火度≥1790℃，能滿足鑄造各種金屬及合金的要求。而硅砂在不同的溫度下會有多種晶體出現(xiàn)，從而在澆注過程中會再次降低型砂的耐火度。因此使用陶瓷砂可明顯減少機械和化學(xué)粘砂，大大減少清砂的勞動強度。

3 我廠陶瓷砂應(yīng)用情況

濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司在2009年開始試用陶瓷砂，用陶瓷砂與焙燒砂混合代替部分原鉻礦砂與熟料砂生產(chǎn)高速機缸體類水腔砂芯等，并已在2010年二季度實現(xiàn)批量應(yīng)用，每月用量已達(dá)近200t。下面把這段時間的使用情況總結(jié)如下。

（1）使用陶瓷砂與焙燒砂配比工藝，其成本比原鉻礦砂與熟料砂配比工藝有所降低，按目前市場價格，節(jié)約材料成本在15%左右（見表1）。

表1 二種配料成本對比

（2）該工藝生產(chǎn)的砂芯強度高（見表2），表面致密，鑄件內(nèi)腔質(zhì)量明顯的提高，統(tǒng)計2010年二季度質(zhì)量情況與去年相比，在涂料未更換的情況下，內(nèi)腔粘砂缺陷有明顯減少，由0.6%降低到0.2%以下。

表2 熱芯盒芯抗拉強度對比試驗數(shù)據(jù)

（3）射制較大砂芯時容易出現(xiàn)射不嚴(yán)現(xiàn)象，特別是尖角薄弱部位。原因是陶瓷砂流動性好，小于100目的細(xì)小顆粒容易從排氣孔槽等處跑出，容易堵塞排氣部位而造成射不嚴(yán)現(xiàn)象。冷熱芯盒均會有此問題。我公司在射制水腔類熱芯盒砂芯時，每套芯盒在清凈后射制30模就會出現(xiàn)射不嚴(yán)現(xiàn)象，并不斷加重，對制芯質(zhì)量及生產(chǎn)效率影響較大。我們對此采取的措施是增大了排氣槽尺寸，厚度由0.3~0.5mm增加到0.6~0.8mm，并對陶瓷砂粒度要求進(jìn)行修改，控制其中小粒度顆粒含量，并增加清理工裝頻次，收到一定效果。

（4）砂芯強度高表面致密，在組芯時粘結(jié)較困難，影響芯組的成品率及生產(chǎn)效率。統(tǒng)計表明，約有5%左右的砂芯在粘結(jié)烘干后，粘結(jié)部位出現(xiàn)松動，需要修補。我們對此采取的措施是對組芯對接部位進(jìn)行形狀上的改進(jìn)，增加其粘結(jié)面積來減少此類問題的發(fā)生。在后面的生產(chǎn)中，返修率基本能控制在0.5%以內(nèi)。

（5）砂芯脆性較大，抗彎性差。其斷芯缺陷比鉻礦砂有明顯增加，主要是在砂芯運輸及組芯過程中容易出現(xiàn)斷芯現(xiàn)象，比例在2%左右；在澆注鐵液后，斷芯缺陷引起的不合格品比例較過去有輕微增加。通過調(diào)整樹脂及固化劑加入量來改善其韌性，對減少斷芯有一定效果。

（6）陶瓷砂應(yīng)用于制芯時，其舊砂回收很困難。在鑄件落砂時與鑄型舊砂混于一起，再分離時會遇到排污、粉塵處理等高成本問題，暫時無法實現(xiàn)回收。陶瓷砂混入型砂后，由于占總砂量的0.1%不到，理論上應(yīng)該不會對型砂性能產(chǎn)生影響，我們跟蹤型砂性能的結(jié)果也證實了此點。

（7）陶瓷砂與焙燒砂的質(zhì)量對砂芯的質(zhì)量影響較大。原材料鋁土礦的質(zhì)量決定了陶瓷砂的最終各種成分及性能，因此礦源對陶瓷砂的質(zhì)量穩(wěn)定性影響很大。而焙燒砂由于是硅砂，對其焙燒不徹底時，其體積膨脹率在4%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鑄件本體1.5%的收縮率，對鑄件最終尺寸影響較大。在使用初期，由于焙燒砂體積膨脹引起的尺寸缺陷較多。為此，我們對供砂企業(yè)進(jìn)行了細(xì)致的考察，選擇了焙燒工藝完善、質(zhì)量保證能力強的三家企業(yè)作為供方，基本上杜絕了此類問題的發(fā)生。目前還沒有針對陶瓷砂與焙燒砂質(zhì)量的國家標(biāo)準(zhǔn)，而供砂企業(yè)的規(guī)模普遍較小，其質(zhì)量保證能力也參差不齊，無疑對陶瓷砂工藝進(jìn)一步的推廣使用有極大的限制。

4 結(jié)論

（1）陶瓷砂相比于硅砂等具有獨特的優(yōu)點，有較好的應(yīng)用前景。

（2）陶瓷砂用于鑄造行業(yè)，能代替鉻礦砂等原常用材料制芯，并且能滿足工藝要求。

（3）用陶瓷砂制芯時，會造成斷芯及部分鑄件尺寸缺陷，需要增加工藝保證。

（4）目前陶瓷砂的應(yīng)用剛剛起步，還需要制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)來加以規(guī)范。

Problems and Solutions to Use of Ceramic Sand for Core Sand

LI KeQiang，Qi YaPing，ZHANG HuaLi
（Foundry&Forging Works Weifang Diesel Engine Power Co.Ltd.，Weifang 261001，Shandong China）

Problems in core technology of ceramic have been analysed with corresponding solution measures

Ceramic foundry sand；Core sand

TG 221+.1；

B

1006-9658（2011）01-2

2010－08－24

2010－123

李克強（1969）男，主要從事鑄造工藝設(shè)計