鑄鋼件粘砂原因及化解路徑

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本文作者：李紅、孫振國、劉東偉 單位：沈陽鑄鍛工業有限公司

粘砂原因

足夠的壓力使金屬液滲入砂粒之間。較高的金屬液靜壓力頭。即由鑄件澆注高度和澆注系統形成的壓力。如該壓力超過砂粒間隙之間毛細現象形成的抵抗壓力。即P毛=2σCOSθ/r,式中P毛為毛細壓力；σ為金屬液表面張力；θ為金屬液毛細管的潤濕角；r為毛細管半徑。就會形成機械粘砂。靜壓力頭超過500mm，鑄造用砂又較粗，多數會產生機械粘砂。上式也說明r越大，即砂粒粒度越粗，P毛越小，即較易產生機械粘砂；金屬液在鑄型內流動形成的動壓力；鑄型“爆”或“嗆”。即鑄型澆注時釋放的可燃氣體與空氣混合并被熾熱金屬液點燃所形成的動壓力。

機械粘砂一經開始，即便壓力減小，金屬液滲透還會繼續進行，直到滲透金屬液前沿凝固。即金屬液溫度低于固相線溫度，滲透方可停止。

化學粘砂最通常的原因是砂型和制芯用原材料耐火度、燒結點低；石英砂不純；沒有使用涂料或使用不當；澆注溫度過高；澆注不當致使渣子進入鑄型等因素造成。

結合我廠的生產實際和鑄件粘砂情況來分析，粘砂即包括機械粘砂又包括化學粘砂。鑄件冒口設計過高，壓力頭過大，容易粘砂。型砂撞實度不高，砂型、砂芯不致密，容易粘砂。涂料涂刷效果不佳，從操作過程來看，涂料涂刷后局部存在不均勻現象，有的地方可見明顯的砂粒，有的地方涂料過厚，有明顯砂粒的地方就容易粘砂。部分木型外觀質量不佳，導致砂型、砂芯表面質量差，影響砂型、砂芯表面光潔度，容易粘砂。澆注溫度高，澆注速度滿，澆注過程中，涂料層容易被烘烤掉，使砂子與鋼水直接接觸，導致粘砂。厚大熱節處和細長孔處，局部溫度過高，鑄件容易粘砂。排氣系統不好，容易引起鑄型“爆”或“嗆”產生動壓力，導致機械粘砂。再生砂中的殘余Na2O,可用來增燒結材料中的液相量，作為型砂的組成物，將劇烈產生型砂燒結。

工藝措施

通過分析查找出我廠鑄鋼件粘砂的主要原因，特制定如下工藝措施，防止鑄件粘砂。合理設計冒口，避免冒口過高過大，盡可能減小壓力頭。全面提高型砂撞實度。雖然石英砂的流動性較好，但是造型過程中仍要撞實，提高撞實度是非常重要的操作步驟。通過提高撞實度，極大程度上增加了砂粒之間的致密度，盡可能地減小了金屬液進入砂粒之間概率。刷好涂料，保證2mm厚且均勻，不得有露出砂粒部分。對于砂型、砂芯表面坑坑包包的地方，采用涂料配砂子的辦法進行修補以及采用砂布磨平的辦法，保證砂型、砂芯的表面光潔度。加強木型外觀的檢查和控制。外觀不合格的木型堅決不收，從源頭上杜絕了模具不好帶來的質量隱患。嚴格按照工藝要求控制好澆注溫度，避免高溫澆注。澆注過程中大爐盡可能采用雙眼澆注，保證鑄件鋼水的上升速度，避免澆注速度慢而長時間對砂型進行烘烤，導致涂料脫落產生粘砂。厚大熱節處，采用鉻鐵礦砂砂，細長孔處采用寶珠砂配鉻鐵礦砂。鉻鐵礦砂有急冷作用，可起到外冷鐵的作用，也能在遇到鋼水時燒結形成屏蔽阻礙鋼水與砂芯中間部分砂子接觸，避免粘砂。細長孔處采用寶珠砂配鉻鐵礦砂即可避免粘砂又可有利于該處砂芯的清理。在造型和制芯過程中，要扎排氣孔，上箱和下型相連，最大程度上把澆注過程中產生的氣體排除型外。控制好再生砂質量，盡量減小再生砂殘余Na2O的含量。如提高焙燒溫度，減少CO2砂的應用，降低液料的加入量，做好砂線和混砂機的除塵工作。

鑄件粘砂問題的解決情況

采取以上合理的工藝措施，能夠切實地解決我廠鑄件長期存在的鑄件粘砂問題。從2011年8月份以來，鑄件粘砂開始緩解，尤其是10月份以后，鑄件粘砂問題得到較好的控制。

結尾

鑄件粘砂問題搬入新廠區以來一直困擾著鑄鋼公司，通過對鑄件粘砂機理的研究，結合現場實際和粘砂的情況，找到了適合我公司的解決粘砂問題的工藝措施，并取得較好的效果。鑄件良好的外觀質量，節約了大量的清理費用。節約的清理費用包括：每個月節約1捆鐵棍（5000元×3噸=1.5萬元），5000根碳棒（2元×5000=1萬元），1噸焊絲（1.2萬元×1=1.2萬元），由于補焊導致的回火煤氣費用（1萬元/爐×20爐=20萬元）。即每月節約總額為1.5+1+1.2+20=23.7萬元，一年下來節約237萬元。