铸造生产中硅砂的选用

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[摘 要]铸造技术推动了社会生产力的提升，随着新技术的迅猛发展，新兴材料不断涌现，铸造技术也有更进一步的提高。在铸造行业生产中，硅砂仍然是铸造的主要材料，由于硅砂中SiO2含量、硅砂粒度分布等情况都所不同，所以不同铸件的铸造对硅砂性能也有一定要求，不同铸件用砂情况也不尽相同。因此，为了确保铸件质量符合标准，必须要严格选用硅砂。

[关键词]铸造生产；硅砂的选用；SiO2含量

中图分类号：TG2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）11-0054-01

前言：硅砂是铸造生产中造型用料中最常用的，据不完全统计，我国每吨铸件平均耗砂量约为1t，所有铸件中砂型生产铸件占比为80%以上。硅砂分为两大类，分别是天然硅砂和人工硅砂，铸造在用砂上是有一定要求的，硅砂的形状、物质含量、耐火度等是有所不同的，而且并不是所有硅砂都适合于铸造生产。在铸造生产中，由于铸件的性能不同，所以必须要合理选择硅砂。

1 硅砂相变与铸件间的关系

1.1 石英受热情况

铸件可以选用石英为材料，在铸造过程中，石英受热体积膨胀，导致发生相变。在500℃左右时石英膨胀速度最快，膨胀会导致石英组织结构受到破坏，铸件中将会产生夹砂危险区域。为了抵制硅砂膨胀，避免发生相变，铸造工作者需要找到方法解决问题，可以采取加热煅烧和降低硅砂膨胀系数方式，将焙烧砂方法用在生产中。硅砂中SiO2含量越高铸造效果越好，可是，含量也是要有一定限制的，当含量过大时会膨胀系数越大，就会发生相变，如果硅砂中含有长石、白云石等矿物时，会降低硅砂的膨胀系数。

1.2 硅砂受热产生的现象

1.2.1 砂粒松落

型砂表面在金属液的辐射下会发生膨胀，膨胀会导致砂粒间相互挤压，底层砂粒与其他层砂粒之间由于存在温度差，受热不均匀引发砂粒松落，从而使砂粒聚集在铸件表面，表面呈现黄色状。导致砂粒松落最主要的原因是硅砂强度不够，所以，解决硅粒松落的方法可以采取提高型砂强度，由于粘土可以提高强度，所以可以加入质量好的粘土，还要适当加水，避免因为过湿给型硅带来影响，煤粉、重油具有膨胀空间的作用，可以将其作为附加物填入型硅中，那么有足够的空间可以缓解型砂膨胀，从而因为受热出现夹砂给铸件造成影响[1]。

1.2.2 铸件局部凹陷

铸件由于型砂表面被烘干或者是烧结，在膨胀应力作用下，会产生凹陷。湿的型砂中含有一定的水分，在受热条件下，水分蒸发，出现膨胀现象，导致铸件局部凹陷更加严重。因此，必须找到解决此问题的方法，可以采取向型砂中加入钠基膨润土，提高型砂的热湿拉强度，再加入煤粉和重油，起到缓解膨胀空间作用，同时在硅砂的选择上也要合理，应该选择四个数目的硅砂，这样砂粒膨胀应力会下降，干粘土对提高型砂干强度有一定作用，可以降低铸件局部凹陷程度。

1.2.3 铸件出现变形和裂纹

铸件出现变形受多种因素影响，铸件受结构、工艺型砂等因素影响会造成收缩受阻，导致发生变形，有的还会出现裂纹。树脂型砂强度比较高，当硅砂受热膨胀时，型腔将会发生移动，从而导致铸件出现变形和裂纹，铸件尺寸与实际要求有一定误差。解决铸件变形和裂纹的方法是：将型砂内芯挖空，向型砂内芯加入木屑和氧化铁粉，并未相变和再生的旧砂必须通过870℃高温处理，此种方法表明，通过向内芯内加入木屑和氧化铁粉并经过高温处理，再生旧砂膨胀系数可以减少三分之一。解决砂型的方法：必须要尽可能多使用再生旧砂，在硅砂变形裂纹处放置冷铁或者是拉筋等材料，而且是非砂系的，根据模具设计进行反变形量，再结合结构对收缩率进行调整。此外，箱体和轮辐类的铸件在浇注后冷却到室温才开箱，会导致铸件自动产生裂纹，甚至是受到震击时产生裂纹并伴有响声，这是由于硅砂膨胀导致应力增大发生的断裂。

2 铸造对硅砂的要求

2.1 SiO2含量

对铸造最重要的要求是保证SiO2含量符合标准。大自然中的原砂中会含有一些矿物，像云母、长石等碱性氧化物都属于矿物，正是这些矿物的存在，会降低硅砂的熔点。硅砂中的SiO2含量越高熔点就越高，然而含量过高反而引发硅砂膨胀，发生相变，砂粒松落，铸件质量受到影响。人造硅砂中SiO2含量在97%以上，可是，人造硅砂由于形状差，容易出现破碎现象，铸件质量上会存在问题。而天然硅砂质地比较坚硬，可是与人工硅砂相比SiO2含量相对比较低，到目前为止，所发现的天然砂矿SiO2的最高含量为94%，很难满足铸造企业用砂需求，尤其是树脂砂和脂硬化水玻璃砂中SiO2含量更是难以达到要求。

2.2 硅砂砂粒分布

硅砂砂粒分布应该考虑到具有良好的透气性，而且在少加入粘结剂后仍然使硅砂保持最佳强度。硅砂砂粒细些，可以阻止金属液向外渗漏，并且扩大硅砂表面积，加入一定量的粘结剂，会增加型砂的发气量，硅砂砂粒间隙越小透气量越低，并不是砂粒越粗越好，一旦砂粒过大，硅砂耐火性和透气性越好，可是砂粒间隙也就越大，金属液通过间隙进入，导致机械粘有砂粒。但是，硅砂砂粒排列的十分紧密，型砂透气性比较好，可是砂粒表面连接点比较少，导致型砂强度不够。将不同大小的硅砂砂粒进行组合，在受到金属液热作用时，可以形成不同的膨胀期，将膨胀应力控制在合理范围内[2]。如果砂粒体积相同，在受热均匀条件下，整体膨胀，引发硅砂表面砂粒松落。在铸造铸件时，SiO2含量最好在85%～90%范围内，由于每个地区表层和底部硅砂形状有所区别，必须通过显微镜具有分析[3]。

3 原砂的选用

3.1铸钢用砂

钢液的温度高于铸铁，所以，对硅砂的耐火性能要高一些[4]。型砂在会有水分，在高温作用下，水与硅砂中的铁发生化学反应生成FeO，FeO再与硅砂中的SiO2发生反应生成铁橄榄石，铁橄榄石的熔点比较低，会形成化学粘砂现象，因而必要要含SiO2含量比较多硅砂，需要注意的是，必须要保证膨润土和无机化合物含量少才能提高型砂的耐火性能。对于湿型铸件，要少添加硫酸铝，课保证铸件表面光亮，并且耐火性能好，在硅砂表面喷水玻璃溶液，可以起到强化表面硬度和助熔的作用，另外高锰钢铸件采用湿砂工艺，原砂中的SiO2含量控制在85%以上，而且不能将砂自作为干型。

3.2 铸铁用砂

铸比铸钢浇注温度低，在硅砂耐火性能上的要求相对低些。但是，硅砂中SiO2的含量要超过80%，每个铸造企业要结合当地生产情况对铸铁用砂进行合理选择，硅砂中粒度要保证在湿砂型70/140目和50/100目，对于干型和厚度大的可以选择粗砂粒的。铸铁用砂勿用人造硅砂，因为铁液与钢液相比凝固慢，冷却的时间长，若采用膨胀率高的硅砂，铸件表面的缺陷与铸钢铸件相比会更多。因此，铸造企业在铸铁用砂时一定不要采用人工硅砂[5]。

结论：铸造生产中，应该根据不同铸件条件合理选择硅砂。硅砂在类别、形状、表面光洁度等都有所区别，为了保证铸造企业铸件上升、质量提高，避免由于硅砂原因给铸件造成影响，所以，必须合理选择硅砂，从而提高铸造企业铸造水平。

参考文献

[1] 张江，王文中.铸造生产中硅砂的选用[J].现代铸铁，2014，01（34）：171-178.

[2] 谢方文.铸造用砂的选择及砂资源的再利用[J].现代铸铁，2012，03（86）：188-192.

[3] 刘伟华，金广明，吕德志，等.铸造用硅砂国家标准的修订[J].铸造，2014，09（53）：154-157.