精密鑄造專用砂 鑄造常用的特種砂

[摘要]：比較了與普通的石英砂的特點。鑄造應用最廣的特種砂包括鋯英砂、鉻礦砂、鎂橄欖石砂、鋁硅系耐火熟料和其它特種砂。介紹了鑄造常用的特種砂的產(chǎn)地、分布、生產(chǎn)過程、產(chǎn)量、特點及其應用，并介紹了鑄造常用的特種砂的鑄造性能和使用情況。

[關鍵詞]：鑄造用砂；特種；鑄造性能

中圖分類法：TG2文獻標識碼：A文章編號：1002-6908（2007）0610020-01

隨著鑄造技術的不斷發(fā)展，鑄造工藝的不斷改進，工人勞動環(huán)境的不斷改善，使得鋯英砂、鉻英砂、鎂鉻砂、鋁硅系耐火材料等特種砂得以廣泛應用。1石英砂與特種砂的特點比較

石英砂澆注大中型鑄件和高合金鋼鑄件時易出現(xiàn)粘砂缺陷。因為：石英砂熱 膨脹系數(shù)較大；熱擴散率及蓄熱系數(shù)較低；易與鐵的氧化物作用而引起粘砂；加工和使用時產(chǎn)生粉塵易使工人患矽肺病。但石英砂具有較高的熔點和硬度，復用性好，分布廣泛，價格低，因此在鑄造中得以廣泛應用。

特種砂具有耐火度高澆注時不熔化；熱化學穩(wěn)定性好，不與鋼液及其氧化物反應；蓄熱系數(shù)較高，導熱性好，能加速鑄件表面凝固；沒有相變引起的劇烈膨脹，熱膨脹系數(shù)??；具有固相燒結特性等優(yōu)點因而可以提高鑄件表面質量，預防矽肺病。

2 鑄造常用特種砂的分布

鋯英砂是一種重礦石。主要分布在海砂中精密鑄造專用砂，分布廣但具有開采價值的礦藏很少。鋯英砂要經(jīng)過重選、磁選等工藝，若獲得1噸的鋯英砂，常需選出400~500噸的海砂。其主要分布于澳大利亞東海岸、西海岸、美國的佛羅達洲，南非的理查德灣，亞洲的印度和新西蘭等地區(qū)，我國的南海、福建、廣東 等地也有少量的鋯英砂。

鉻鐵礦也是一種重礦石，世界的儲藏量很大，但用于鑄造上的很少。鉻礦石常含有很多伴生礦特別要除去脈石，生產(chǎn)鉻礦砂要經(jīng)過破碎、水洗、浮選等工藝。全世界年產(chǎn)200萬噸鉻鐵礦，其中70萬噸可以用于鑄造。用于鑄造的只有南非及芬蘭的一部分，其他的都不能用于鑄造，（因為鑄造性能要求純的鉻鐵礦（Cr2O3FeO）不能達到固相燒結，鑄造上要求Cr2O3＜50%）。

鎂橄欖石是鎂橄欖石（Mg2SiO4）與鐵橄欖石（Fe2SiO4）的固溶體（MgFe）2SiO4。其生產(chǎn)相對于來說比較簡單，只須破碎、篩分即可。若有較高要求，需要水洗出去微粉這種"水洗砂"目前在世界上應用的很廣。在挪威、瑞典、澳大利亞、意大利、西班牙、美國等國的儲量都非常豐富。我的陜西商南、河南西峽、湖北宜昌都產(chǎn)鎂橄欖石砂，世界上儲量最大的礦藏分布在挪威的西海岸。世界上鎂橄欖石砂的產(chǎn)量每年30萬噸，若需求量大時，每年可生產(chǎn)1百萬頓。而且鎂橄欖石砂是世界上最便宜的特種砂。

鋁硅系是一個龐大的家族，一般都要在高溫下煅燒、破碎、篩分等工序。由于生產(chǎn)這系列的砂，是一種費時的勞動密集型工作，國外目前很少應用。 由于我過有豐富的鋁硅系礦藏，目前又很適應勞動密集型作業(yè)。故在國內有很廣的應用。

鉻鎂砂大多是將冶金上的鉻鎂磚破碎后制得，由于原材料回收困難，加上技術要求較高，價格上無優(yōu)勢，目前很少應用。

鈦礦砂是由沈陽鑄造研究所開發(fā)的一種新的造型材料，目前國內已開始應用生產(chǎn)鑄鐵件，國外應用尚不廣泛。

3 特種砂的鑄造性能

3.1鋯英石砂

鋯英砂可以用任何鑄造粘結劑粘結，因其比重較大，固只需石英砂的一半或三分之二即可。鋯英砂在高溫下呈中性至半酸性與堿性氧化物或熔融的酸性氧化物反應緩慢，所以可耐金屬滲透、侵蝕、，又加之粒度較細精密鑄造專用砂，熱膨脹較小，耐火度高，以之做面砂就可獲得表面光潔度很高，尺寸精度，鑄造缺陷少的鑄件。

但對于大重型鑄件，鋯英砂層很容易從鑄型表面脫落，粘在鑄件表面上形成粘砂。對于小芯子，許多鋯砂也容易粘在表層（內表層）難于清理。這往往要加入10~15的鋯粉，同時鑄型要刷一層優(yōu)質涂料來解決這一問題。

鋯砂的激冷作用比石英砂要高出20%，但很少用作冷鐵。

3.2鉻礦砂

由于鉻鐵礦砂的密度要比石英砂的高出60%，所以消耗粘結劑的量僅為石英砂的一般或三分之二。鉻礦砂與大多數(shù)粘結劑作用，都會取得令人滿意的效果。但與酸固化的呋喃脂作用時，若酸耗值過高，就會引起固化緩慢或不固化，所以若用呋喃樹脂作固化劑，就必須嚴格要求酸耗值。

在鑄造生產(chǎn)中，鉻礦砂的耐火度高（1600-1850OC）；固相結燒溫度低：11000C時表面形成固相燒結，高溫熱穩(wěn)定性好，在17000C時無相變，高的熱傳導性及蓄熱系數(shù)等優(yōu)點，使得鉻鐵礦砂廣泛的用于大中型鑄件，尺寸精度及表面精度要求高的鑄件。用于鋯英砂不能適應條件苛刻的特重型鋼，鐵鑄件。在溫度較高，位置較深，鐵水靜壓力較大的小芯子，應用鉻礦砂的抗粘砂能力比任何造型材料都強，但要嚴格化學成分，不要被污染。

把鉻礦砂中加入適量的鋯英砂（約為20-40），會產(chǎn)生良好的效果：即有良好的抗粘砂性能，又能得到解決與呋喃樹脂作粘接劑時固化困難的問題。

由于鉻礦砂的蓄熱系數(shù)很高，故通?？捎糜谧骼滂F。

在使用鉻礦砂時要嚴格控制其化學成分，避免被污染。特別要嚴格控制微粉，CaO,SiO2的含量.

3.3鎂橄欖石砂

和鉻礦砂一樣，鎂橄欖石砂也屬堿性砂，故最好不用酸固化的呋喃樹脂作粘結劑。除此以外，它的表面粗糙且多裂紋，故耗粘結劑量較大。鎂橄欖石砂用別的粘結劑都能起到令人滿意的效果。

天然的橄欖石砂常含有蛇紋石、滑石等雜質。在澆注時產(chǎn)生大量氣體，生產(chǎn)低碳鋼和高碳鋼時會造成氣泡、皺紋，而對高錳鋼不會產(chǎn)生太大影響。故在使用前，通過水洗，將微粉去除，有的工廠干脆在使用前將其煅燒。回用的橄欖石砂經(jīng)過高溫鐵液的作用，使用效果特別好。

實踐證明，鎂橄欖石砂不會提高碳鋼，低合金鋼的表面質量，但對高錳鋼，因其具有強堿性，不與MnO2作用，就會得到表面光潔的高錳鋼鑄件，尤其適用中小錳鋼件。

3.4鋁硅系耐火熟料

能與各種鑄造粘結劑作用，可得到令人滿意的效果。但由于砂表層粗糙，微裂紡較多，故消耗液態(tài)粘結劑較多。

剛玉砂為中性材料，抗酸、堿性強、熔點高（2000~2050°C）；結構致密、導熱系數(shù)大，故在氧化劑、還原劑或各種金屬液作用下都不發(fā)生變化，可制得尺寸精確的各類鑄件，但價格昂貴，主要用作高合金鋼的熔模鑄造上。

煤矸石是一種含碳的硬質粘土，質地疏松空隙較多，易于清理，在精密鑄造上得以廣泛應用。

4 特種砂的使用情況綜述

特種砂的價格要比石英砂的價格高比許多倍，因此石英砂在很長的一段時間內仍是主要的鑄造用砂，目前在經(jīng)濟發(fā)達的歐美地區(qū)，石英砂的用量仍為85%以上，我國石英砂的用量仍為95%左右。

表面看來，特種砂的價格較高；但經(jīng)綜合經(jīng)濟評價，在特定的環(huán)境下特種砂所帶來的經(jīng)濟效益遠比石英砂高。例如：以鉻礦砂作面砂進行造型、制芯，澆注高合金鋼時改善了逐漸的表面質量和尺寸精度，提高了逐漸的競爭能力，特別是提高鑄件的出口創(chuàng)匯能力。同時又能節(jié)約機加費用，節(jié)約粘結劑。又因為鉻礦砂容于清理，從而節(jié)約了大量工時，節(jié)約了大量的氧氣、吹氧管，改善了工作環(huán)境，而且還可以在一定程度上避免了用大量焊條修補鑄件的情況。

特種砂的使用情況如下：

目前由于國產(chǎn)的鋯英砂不能完全滿足國內生產(chǎn)的要求，故需要大量進口，因而價格較高。使用鋯英砂（粉）時，應嚴格控制起P2O5的含量，使其放射性控制在合理的范圍，以免造成環(huán)境污染。

由于鑄造上應用的鉻礦砂只能從南非進口，故其價格較高。據(jù)南非IMB公司統(tǒng)計表明：加拿大、美國99年上半年的鉻礦砂用量為1.5萬噸左右，歐洲的用量也超過了1.5萬噸，而我國的用量只有2000噸，可見我國的鉻礦砂用量仍有很大的市場潛力。鉻礦砂在使用時，一定要控制其澆注氣氛以免造成六價鉻離子（Cr6+）公害。

雖然我國的鎂橄欖石砂的品質較低，但基本上可以滿足鑄造生產(chǎn)的需要。不足之處就是生產(chǎn)廠家地理位置較偏，所需運費較高，鎂橄欖石砂廣泛應用于中小高錳鋼鑄件，不會造成環(huán)保問題。

我國的鋁硅系耐火材料資源廣泛，因而具有更廣泛的使用前景。目前鑄造上使用最廣泛的是煤石千石砂，另外剛玉粉以其合理的價格，被廣泛地用作涂料的耐火骨料。

各生產(chǎn)廠家開發(fā)鋁硅系耐火熟料時，一定要堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，避免過度開發(fā)，同時要注意在煅燒時所造成的環(huán)保問題。

在使用特種砂時，一定要嚴格地要求特種砂的質量，避免造成不應有的損失；用冷硬樹脂造型、制芯時，一定要控制微粉含量，使含泥量小于0.2%。

總之，各廠家要根據(jù)自己的實際情況，適當選材，以最小的投入獲得最大的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1] 中國機械工程學會鑄造分會.中國鑄造行業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]. 中國機械工程.1996.03

[2] 大型鑄鋼件用球形復合特種砂的研究[J].機械產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新.1996.03

作者簡介：齊薇（1969- ），女，遼寧營口人，營口職業(yè)技術學院講師，研究方向為材料、機電方面的教學和研究。

棕剛玉,鉻剛玉-泰州市明生磨料磨具廠是生產(chǎn)金剛砂，棕剛玉，鉻剛玉，白剛玉，綠碳化硅，黑碳化硅，拋光砂，精密鑄造專用砂的廠家，歡迎廣大客戶來電洽淡13801473268黃廠長，誠信老廠質量保證。