活塞环单体铸造工艺.doc

活塞环单体铸造工艺1 快熔11 出铁温度。出铁温度是活塞环主要的铸造工艺参数。它应满足现场生产的最终浇注温度要求，又要满足熔炼工艺要求。生产实践说明，为满足最终温度要求，一般应要求单体铸造活塞环的出铁温度宜1480；熔炼工艺则要求铁水达到一定的成分，势态【1】及过热温度。笔者认为活塞环过热温度起始点位1430【2】是反应式（SiO2）+2CSi+2CO的发生温度。可以把1430的铁水状态称为铁水过热。熔池铁水温度1430的铁水成分变化相对小，白口倾向变化不大；当铁水开始过热，铁水中的硅含量由烧损变为增加，碳及合金元素的烧损增大，随着过热温度的提高过热时间的延长，尤其是过热温度的增高，这些变化越大，白口倾向变大。当铁水过热至1510左右时，存在一个自脱氧反应的临界点，氧与碳化合成一氧化碳。该临界点温度与铁水成分有关，也和铁水中游离的碳、硅含量有关。当铁水温度低于临界点温度时，铁水氧化相对较大，加入的孕育剂相当一部分没有起到孕育作用而起了脱氧作用，且孕育衰退快，金相组织不够稳定。为获得铁水含氧较低，易生核孕育效果较好的出铁温度应比临界点温度稍高一点。生产实践表明：一般单体铸造环出铁温度宜控制在1510-1530，此时孕育效果较好，且有利于减少渣、气孔，铁水有较好的流动性，较易获得细而均布的石墨，珠光体较细；但过热温度再提高或再延长过热时间，则较易恶化石墨形态，出现过冷石墨，增大白口倾向，生产球铁、蠕铁时，球化剂、蠕化剂因球化、蠕化处理温度过高而烧损过大，使球化、蠕化、孕育处理不易控制，且过高温度的出铁温度，会降低炉子的服役期，所以对于一般低合金铸铁、非合金球铁的出铁温度控制在1510-1530左右。具体参见表1。表1.出铁温度参考表。材质处理方法出铁温度注基准【3】Nb-CrBG3G2F14152015501530153015501580单体铸造单体铸造单体铸造单体铸造单体铸造单体铸造可锻、半可锻1560单体铸造蠕铁堤坝冲入法密流蠕化Sinter cast154015301550单体双片单体双片；单体单片；筒体单体双片；单体单片；筒体球铁堤坝冲入法盖包法密流球化法喂丝法1540154015301460单体双片单体双片单体双片短筒体；铁型覆砂【1】势态，指铁水在某一区域（此处为大于1430）在单位瞬间，主要化学成分C、Si等增长或烧损的变化程度。特别是C、Si或CE值的变化呈正值且较大（即增大势头），在铸铁凝固过程中易析出石墨，白口倾向变小；反之，白口倾向变大，石墨不易析出。【2】也有资料认为是1400。【3】基准.standanrd指一般低合金灰铸铁。如低CrMo、CuVTi等大量生产牌号。12快速熔炼。控制出铁温度与铁水成分是活塞环熔炼的重要因素，生产实践说明这还不够，还必需结合快速熔炼才能获得较佳的结果。从加料起到出完铁水，加快这一过程，不但节约电能，提高熔炼生产率，提高炉子服役期，还对活塞环内在质量起了重要影响。铁水温度从接近过热的1430到出铁的期间快速升温缩短了过热时间，减慢了铁水势态的变化，铁水成分变化小，减小了铁水白口倾向的变化，从而使金相组织较易控制，能是同一炉铁水内在质量较为均匀一致。生产实践表明：从1430到1510-1530宜控制在10-20分钟内，熔炉容量小的控制在下限值，反之在上限值，出铁温度高的时间稍长一点。从上可知要使活塞环内在质量稳定，性能一致，在工艺上必须采用快熔炼即快熔，尤其在铁水从1430到出完铁水期间要快。生产表明，不采用快熔，一炉产品的内在质量参差不齐，金相组织、机械性能不易控制。炉子容量大的，这方面更为明显。为达到快熔，在生产中应注意一下事项：1.2.1熔炉。目前活塞环熔炼用炉打都采用感应炉。高频炉由于炉子太小，升温太快，铁水在炉内搅拌时间不足，铁水成分和温度相对不够均匀，一次出铁水量少，不适合生产用。炉子容量较大的工频炉升温较慢，出铁水大都要多浇包多轮次，在出铁水过程中，空浇包返回到处铁口承接铁水消耗的时间长，迫使出铁水过程中出浇注的最后1-2包铁水外，其他出铁水时间采用小功率保温，实际上延长了炉内铁水的过热时间，加大了同一炉前后产品内在质量的差别。仔细观察炉子熔量3t熔炉熔炼的活塞环前后产品的金相组织差别就能发现这一问题。从上述活塞环熔炼用炉不宜选用过小或过大的炉子容量，较适合的为150Kg-1.5t。其中150-500Kg中频炉比工频炉频率高，升温快，冷起熔不用开炉块，能一次出完铁水，占地面积较小，适用于生产低合金灰铸铁活塞环；1.5t工频炉搅拌比中频炉要强烈，炉内铁水温度、成分较均匀。工频炉铁水含氧量较低（约为5-20ppm），适用于球铁、高合金灰铁环生产。由于科技的进步，出现了变频炉，价虽较贵，但它具有工频、中频的优点，熔炼快速、省电，150Kg-1.5t变频炉适用于多种材质的活塞环生产。为达到快熔、省电，熔炉应选用较大的功率。生产实践说明150Kg-1t中频炉功率宜比原设计的增大1.5-1.2倍，1.5t共频炉也宜比原设计的有所增大。例如150Kg中频炉功率原设计为100KW，后改为150KW。调整到170KW时约36分钟可熔炼一炉；500Kg中频炉原设计功率250KW，调整到350KW时约为80分钟可熔炼一炉。中频炉应配以高效整流器，VIP POWER-MELT(应达公司的VIP电源柜)或KYPS集成化控制系统中频电源等装置保证有高的熔化率，合理设计线圈及其几何形状，选用较好的耐火炉衬、合理的绝缘层厚度、采用变频炉自动控制功率等都有助于快熔。此外熔炉还应维持正常的炉膛形状及尺寸，以保证熔炉的正常熔炼。1.2.2熔炼工艺。为了快熔，在熔化期间注意炉料的块度大小适宜、加料紧实、熔化初期勤捣料、及时扒渣。采用满负荷操作，特别是铁水在1430出铁期间要快速升温，必需排除在此期间对快熔的干扰。一般常见的干扰及其对策有：（1）由于配料的不准，快速分析取样无代表性或分析误差较大，造成成分大调整，耽误了时间。对策:提高配料的正确性，不论有无直读光谱分析仪，建议采用等分配料；取快速分析样铁水温度应该为1380-1430，操作上扒渣-搅拌-取样宜快，连续进行，保证配料、快速分析取样、化验的代表性和准确性。（2）熔炼过程发现皮下气孔，为消除皮下气孔耽误了时间。对策：在原材料上保证不出现皮下气孔，控制生铁的含Ti量、球化剂、孕育剂的含Al量；炉料总没有含Al材料。在炉旁准备好萤石或氧化铁，一旦出现皮下气孔，迅速处理消除皮下气孔，及时查清原因，立即采取措施，保证后面的生产正常进行。（3）由于炉料的不干净（常为夹砂太多），影响快熔。对策：清洁炉料，特别是回炉料要清干净；装料要紧实，熔化期要及时捣料。（4）球化处理包、浇包未烘透，导致不球化，不能出铁水，影响快熔。对策：烘、烫包按工艺执行，一定要烘干，冷包要烫包后使用。（5）快熔是建立在优质的前提下，对球铁、蠕铁、孕育铸铁就是要一次球化、蠕化、孕育成功而达到质优的水平。工艺上要避免二次再处理或免去补充调整达到快熔目的。众所周知，球化、蠕化、孕育处理时熔炼的关键工序。活塞环的球化工艺经历了：包底冲入法堤坝（或凹坑）冲入法盖包法密流球化法；蠕化工艺经历了包底冲入法堤坝（或凹坑）冲入法sinter cast及密流蠕化法；孕育铸铁孕育工艺经历了除铁水时一次冲入法二次孕育处理随流孕育（或叫后孕育）。孕育剂的种类主要从75#FeSi发展到低铝硅铁，再发展到含Sr、Ba、Zr等高效孕育剂，并对Al、Ti两元素有了进一步的认识；随着孕育工艺的不断进步，孕育处理的时间越来越接近铁水进入铸型型腔的时间，要求孕育剂粒度越来越细小，但又不能呈粉状。单体铸造孕育剂从进入铁水到铁水凝固的时间很短，如孕育剂粒度稍大，生产中就常常遇到孕育剂不能及时熔融、扩散而形成的所谓“硅亮斑”，上世界国内孕育剂无法提供粒度0.1-0.3mm的孕育剂，连粒度0.1-0.5mm的也困难，所以限止了单体铸造的随流孕育（后孕育）工艺的使用。这世纪近几年来已解决这一问题，为随流孕育（后孕育）创造了条件，因而为优质球化、蠕化、孕育处理制造了必要的物质基础。会铸铁孕育效果为减小白口倾向或抑制白口，使石墨分布均匀，对低合金灰铸铁能减少或消除D、E型石墨、对球铁、蠕铁可消除或减少Mg、RE引起的白口，使共晶团增多、石墨分布均匀、细化、提高石墨密度，孕育对球化、蠕化有保护作用。孕育衰退会导致球化或蠕化衰退。通过孕育处理中加入稳定珠光体或铁素体的元素可控制铸态的基体组织。主要活塞环牌号熔炼工艺中应重点控制的参数或工序“A:低合金灰铸铁：化学成分中碳硅含量及其势态、出铁温度、孕育处理；控制好A、小F型石墨的大小及均布程度。B：合成铸铁：废钢、增碳剂、回炉料的配比引起的原铁水碳硅含量及其势态的变化，孕育处理；控制好B型石墨的松紧程度。C：碳化物铸铁：合金成分、碳硅含量、过热温度；控制好细小石墨形态及其硬质相的密度。D：可锻铸铁：原铁水碳、硅及合金元素含量，过热温度，孕育处理中适量加入破碎一次碳化物的元素，能消除或基本消除中心缩孔，使铸态碳化物细小均匀分布：控制好退火碳的密度。E：球铁、蠕铁：笔者推荐密流球化、密流蠕化。他操作较为简便，工艺控制稳定，操作环境好，球化、蠕化剂随流孕育【1】用量少、成本低、质量好。球铁球墨小，分布均匀，密度大；蠕墨尺寸较小，分布均匀；球铁蠕铁出现夹渣、灰斑、反白口、中心缩孔等几率很少。全环金相组织的一致性能好。该工艺方法应重点控制：密流室的关键尺寸要稳定，要控制住铁水进密流室的流速、流量、温度；球化剂、蠕化剂成分、粒度及加入量；原铁水的含硫量应在控制范围内，要求含氧量较低。出铁前加入一定量的SiC有益于球化、蠕化的顺利进行。其它球化、蠕化工艺也要求原铁水能控制含硫量范围，以减小球化剂或蠕化剂加入量的波动。在孕育剂中配入或孕育处理时另加抑制铁素体的元素，如锑、锡等可获得铸态珠光体基体；含Ba孕育剂主要用于铁素体球铁、蠕铁；含Sr孕育剂主要用于较少铁素体，减少残留奥氏体；含Ti蠕化剂不要用于低蠕化率的蠕铁，一般对要求蠕化率80%的不适用。通常活塞环单体铸造要求无Ti的孕育剂；对含Al量应严格控制，以防止皮下气孔，但不是越低越好，因为一定量的铝能提高孕育效果。1.2.3加速出铁水过程，缩短从出第一包铁水到出完最后一包铁水的时间。这一项工作于浇注有很大的关系，受到浇注速度的制约，参见2快浇部分。炉上影响这一工作主要是出铁水操作人员必需十分熟练，以免延误时间。这要求浇注工与出铁工动作互相配合。出铁水定量准、速度快，出铁水操作一定要先快后准；快是为了缩短出铁水的时间，特别是对球化、蠕化处理，一开始出铁水采用大流量，是球化、蠕化的工艺要求，稳是为了铁水定量准。【1】蠕铁孕育不宜以随流孕育为主。2.快浇。浇注的主要工艺参数为浇注温度与浇注速度，两者相互影响，密切相关，对产品质量、废品率影响相当大。2.1浇注温度。浇注温度低，铁粘度大、流动性差、渣铁不易分离、孕育效果差、铁水充型能力差、容易造成冷隔、浇不足、亮环（毛坯表面不粘砂）、皮下气孔、夹渣、麻白口等缺陷。浇注温度太高，则铁水液态收缩多，对铸型热力作用穷，易烧死粘结剂，烧糊砂子，较易产生型漏，铁水易氧化，较易造成收缩缺陷，毛坯容易造成共晶团粗大。试样的浇注温度能克服和减少上述缺点，它根据该牌号的铁水流动性、环模断面系数、浇注系统、浇注速度等因素确定，对铁水流动性较差、环模断面系数较小、浇道长、薄或阻流较薄的浇注温度都应选择较高，反之可以较低些。一般浇注温度控制在1360-1450中间的某一段区域。满足浇注温度的关键在于出铁温度和浇注速度。后者在很大程度上决定了出铁水的温度，浇注温度范围较窄，产品内在质量的一致性能越好。应指出球铁、蠕铁的浇注温度由于球化、蠕化处理并转入浇包的过程中，铁水要降温约60-100。实际上浇注温度常比低合金灰铸铁的低一些，但出铁温度比低合金灰铸铁的还高些；可锻或半可锻铁、高合金铸铁由于铁水流动性较差，其浇注温度应选择搞些。2.2.浇注速度。单体铸造活塞环是小薄件，要求铁水浇注速度快，以便充满铸型型腔。快浇指第一包铁水从出铁口承接铁水开始到最后一包铁水的速度快，特别是从孕育处理到该包浇毕要快。浇注要领是准，稳，收包快。2.2.1.浇注速度对产品质量的影响。快浇的优点：（1）快浇的铁水充型性能好，反之浇注速度较慢时，铁水流动速度越来越慢，沿途降温较大，容易造成同一片环不同位置的金相差异较大。（2）快浇减少了同一炉次不同包次、同一包次不同叠、同一叠不同箱之间的浇注温度差，是整炉产品内在质量的一致性能较好。（3）快浇可使同样的出铁温度提高最终浇注温度，从而降低了浇注温度过低引起的废品。（4）快浇缩短了从球化、蠕化、孕育到浇毕的时间，避免或减少了球化、蠕化、孕育衰退。浇速不是越快越好，例如过高的浇注温度或过大的铁水压力头，造成过快的浇速使铁水剧烈冲刷铸型，容易产生型漏，冲砂。过快的铁水流速还使夹渣不易排除。生产实践指出，一般中小型单体环浇速宜控制在0.70-0.93秒/箱。2.2.2影响快浇得因素（1） 铁水流动性。它是影响铁水充型性能的主要因素之一。它决定于铁水的浇注温度，铁水成分及铁水的洁净程度。浇注温度越高，铁水流动习性越好，生产中保证出铁温度，加上快浇就能保证浇注温度。正常情况下1510-1530的出铁温度能保证浇注温度1360；铁水成分的碳当量CE越接近4.27，含硫及合金元素含量较低、含磷较高的铁水流动性较好，去渣好，铁水洁净。出铁前加一定量的SiC、RE等脱氧去硫对提高铁水流动有好处。（2） 浇注系统。浇道设计应使断面系数（断面面积/断面周长）稍大，较宽畅，铁水流程短，少转弯，内浇道及阻流尺寸应严格控制，不宜大小，叠箱时上下两箱的直浇道一定要对齐，使铁水流动的阻力较小，能较快的充满型腔。（3） 浇包容量。从实际中得知，浇包容量以75Kg、150Kg 为宜，75Kg用于手抬浇包，150Kg用于可升降移动的牙条浇包。容量过小时，浇包要多次到炉前或到球化、蠕化处理处承接铁水，由于浇包容量小，承接的次数多，整个出铁水时间的增加；另一方面包子容量小，铁水冷却快，由于每小包铁水温度的差别，承接铁水时间的差别，以及球化、孕育剂实际含量的差别（包子容量越小，各小包实际承接铁水及加入的孕育剂的百分含量差别较大）相对质量不易稳定；反之容量过达，同一包铁水浇注的叠数增加。前后叠的浇注温度差别大，如果后面几叠发生球化孕育衰退，更增大同一包铁水浇注产品质量的差别。生产实践说明采用150Kg浇包浇注球铁环，在采用堤坝冲入法球化处理、普通孕育处理，当浇注速度较慢时， 有时会发生最后浇的1-2叠球化衰退，所以浇包容量不宜150Kg。在工艺上注意缩短孕育处理到浇毕的时间。十分明显，采用后孕育（或叫随流孕育）对环的内在质量、对产品金相组织、硬度的均一性有明显好处，对大容量浇包（120-150Kg）应特别关注这点。（4） 良好的浇包。除了浇包的容量应适合现场生产外，浇包要有良好的形状、尺寸，使包内铁水降温较少。浇包的包咀最为重要，包咀应呈喇叭口，不能偏斜，保证铁水流出时呈圆柱形、不分叉、不歪斜，易于控制流量大小，开包（铁水开始浇注）易使铁水对准浇口杯，收包能很快收住铁水；浇包形状尺寸一定、包衬厚度适当、铁水就较易定量、不易穿包漏铁水；浇包使用前一定要烘干；此外良好的浇包一定使用中安全，即浇包手把、连接另件牢固、浇包重心略高于浇包转轴，不会发生装满铁水浇包自行翻包（包底朝天），浇包得保险稳妥。（5） 熟练而到位1的浇注操作。快、准、稳是浇注操作要点。它都是为了缩短整个浇注时间，即执行好快浇，具体为：A 浇注前做好浇包得检查：浇包转动及行走部分是否正常、有无阻碍、保险是否可靠、包咀是否完好、新砌包是否烘干、表面石墨浆涂料是否涂好等，不要在使用中出事而耽误时间。B 浇注工与出铁水工互相配合，应该准确的承接铁水量，达不到的应提高熟练程度上岗或采用铁水包称量计；承接铁水的温度应符合工艺要求。C 铁水出炉后浇注前应该将铁水面上的熔渣扒除干净，如浇注工在铁水面上撒集渣保温剂的水平较好，则最好在铁水面上形成一层不分散而连成一整片的薄层集渣剂保温层。铁水浇完后浇包上方有一薄层架空的集渣剂网，此网在下次承接铁水前清除干净。浇注前，包咀区应无零星或小片状熔渣。D 待浇包停稳后才能打开保险进行浇注。E 采用池形、简单形浇口杯应采用纵向逆浇，用雨淋式浇口杯应采用正向浇注；开浇一定要浇准，防止铁水飞溅，随即按正常浇注速度始终使铁水充满浇口杯高度的三分之二以、直至浇毕。浇注过程中严防铁水流中断、飞溅或溢出；单轨浇包得包咀离浇口杯距离为50-200mm，手抬包的距离为50mm左右；单轨浇包每浇1-2叠后浇包应升高一些，浇到最后一叠得最后几箱时宜适当提高包咀到浇口杯距离，使之略大于200mm，以保证铁水对顶箱良好充型；每浇一叠都要开浇准、中途温、结束快。F 同一包铁水只宜浇同种机型环别的铸型，一般当环模断面系数相差不大于0.15以上的两种铸型不能混浇。G 孕育铸铁，尤其是球铁、蠕铁从球化、蠕化、孕育处理结束应尽快浇注完毕。H 每包浇注后应及时清理残留渣铁，保持包咀完好，稍有损坏应及时修复。I 新砌筑的浇包应采用样板检测浇包形状、尺寸。J 浇口杯一定要放正（浇口杯与直浇道两个中心线重合）；压箱铁底面应清理平整，放压铁时不能动浇口杯，并要放正（一般压重18-30Kg/叠）或用紧箱卡把上面五箱卡紧。K 浇注时不应发生型漏（或叫漏箱）。它既不安全、浪费了铁水，又延长了时间，连最后一叠浇注少铁水，其产生原因与浇注工直接有关的有浇注温度太高、包咀离浇口杯距离太大；在生产造成型漏的主要原因有：砂箱的上下面粘了漏箱铁、砂箱定位销没有叠正等使定位销没有完全落到第。砂箱挠曲变形等原因使上箱砂型下平面与下砂箱上平面不能完全贴合，造成型漏；由于型砂回弹2，造成砂型上平面呈凸1到位：指每项工作要达到工艺要求。 2刮砂板磨损较大，填砂框过高等也易造成漏箱。面。叠箱后容易发生型漏；铸型下面的地板不平或其上有砂、铁块等未清除干净，使叠在上面的砂型不平造成型漏1；与砂箱接触的型板处磨损量0.3mm，造成砂型下平面比砂箱下平面低，叠箱后两箱的螺钉松动，或模板在安装时在模板下垫了铜片造成型漏；模板的吃砂量不足，特别在吃砂量15mm时易发生型漏；型砂水分低、强度差、造型加砂不均匀或气压不足，砂型紧实度不够或不均匀，都容易发生型漏；叠箱高度700mm。直浇道尺寸18较易发生型漏；压铁过轻，上面两箱容易型漏。应针对型漏及时检查原因，立即采取措施，生产中一定要预防为主，定期与不定期做好有关工作的检查。发现问题，马上解决。对于型漏生产时应注意砂型高度宜比砂箱高出1-2mm；在离砂箱内壁5mm处的模板位置设置一道凹槽，其截面为底是0.6mm的倒置等腰直角三角形，有助于减轻型漏。 十分明显，从浇包承接铁水起到浇毕德流程中，包括铁水包的前进后退，转弯及上下运动，不走冤枉路，不作废功对快浇是十分重要的。所以电炉一铁水包一浇注场地的布置和承接在这里起了相当大的作用，为此要合理、科学的进行车间平面布置。3慢落砂31 落砂工艺的改进通常活塞环铸造生产中讲的落砂不是指砂与铸铁完全分离，而是指表面有一层粘结砂的铸铁与非粘结砂的型砂基本分离的过程，去除表面粘结砂则归属于抛丸或清理滚筒清理。以前讲慢落砂的含义不是指落砂过程时间长或落砂动作慢，而是指浇注完毕到开箱落砂的时间要适当久些，可以防止薄环断环、挠曲、变形；厚环防止表明硬皮：指落砂工作要到位，不要因抢快，上一包的环坯还未全部落完，下一包的已开始落砂，造成不同包次的环坯混坯；此外匆忙工作较易造成落砂工序断环、多肉、缺肉等废品增加。按此老经验在生产中发现浇注后到落砂前一个小时甚至三个小时，由于砂箱保住了砂铁，砂中水蒸气较难逸出，一次热量散发困难，焖在砂箱内，砂子温度升高，旧砂经震动落砂、过筛、磁选进入混砂机时，温度仍较高，尤为我国南方地区的夏天，如落砂后皮带输送距离较短，冷却时间不长，砂子温度可达以上，造成混砂的质量差，混出的型砂到造型时水分含量变化大，由于型砂温度高、起模性能差、砂型强度低、砂眼废品率增加。在活塞环铸造行业，旧砂冷却是个难题，因为型砂粒度细小，沸腾冷却往往把细粒砂和有效泥分都抽走了；采用自然冷却时间又太长，生产率明显下降。笔者从无箱造型的试生产中得到启发：采用单体铸造射压脱箱造型，由于没有砂箱，浇注后随水蒸气从砂中逸出，带走了大量的热量。有箱的到混砂机前旧砂温度达到；同样的砂处理，脱箱造型的仅。笔者就脱箱让水蒸气顺利逸出，一方面可以及时分离旧砂，另一方面使旧砂的温度下降。做实验证实如下：采用中频炉、浇包、叠箱造型、0.5-6D型电动葫芦脱箱，分甲乙两班操作工艺为：甲班工艺：浇毕停25分钟按浇注顺序脱箱（共一分四十五秒左右）手工落砂旧砂过筛进混砂机混砂。乙班工艺：浇毕最后一叠浇后1.5分钟按浇注顺序脱箱（共计约一分四十五秒）脱箱后手工摇晃铸型，约有一半砂子掉下停20分钟手工落砂旧砂过筛进混砂机混砂。试验结果：乙班混砂机混好的型砂比甲班的低14.2（取一周统计平均值），乙班型砂的手感较泡松柔软、强度较高、起模性能较好；用甲班的型砂较差。乙班的毛坯普遍比甲班的表面粗糙度好，毛刺少。32 改进后的落砂工艺过程。本工艺过程是建立在前述的工艺试验及单个工序的生产实践（除冷却段没有试验外）的基础上，但没有把这些工序全部连起来实施过。 所以采用本工艺过程必需在试生产前作整体试验。调整好相关参数后才能试生产。本工艺的出发点是将落砂工艺要领慢落砂的实质理解为：将浇注后的旧砂分为三部分，相当于普通翻砂的背砂、面砂和铸铁表面的粘结砂，在落砂过程中把它们分开，尤为铸铁表面的粘结砂要和其它旧砂分1针对直浇道下面底板上的位置不能有孔洞，否则此处易漏铁水。开，为新陈代谢砂处理创造基本条件。 图1为落砂平面布置示意图。落砂按分离“背砂”、分离“面砂”、分离铸铁表面粘结砂三个过程进行。（1） 分离“背砂”。参见图1，浇注线左端布置0.5-6D型电动葫芦，其丹桂吊钩上挂着脱箱位置，其右方为空位，空位不放置铸型，它是脱箱后吊空砂箱到箱底板小车运输线上的通道。工艺上应保证先浇注的现脱箱，浇毕铁水完全凝固后，将左端选浇注的铸型推过空位到处。按图2,A.B.C.D顺序进行脱箱，把空箱送到空箱底板小车运输线上。单轨吊钩和脱箱吊架回到原位，使用工具脱箱叉子结构示意图参见图3。 图1. 落砂平面不着示意图图2. 脱箱工艺示意图 脱箱后人工用夹钳夹住浇口杯摇晃铸型或较轻槌击浇口杯使“背砂”下落，要注意莫把浇口杯打下来。完全凝固是为了避免和减少或活塞环毛皮在过高的温度发生挠曲变形。部分未凝固铁水在脱箱、摇晃、槌击的操作中成为铁粒混入旧砂中；脱箱后随即使相当于“背砂”部分的单一砂在接近常温的温度下与砂箱、“面砂”、粘有表面粘结砂的主贴分离。十分明显，由于活塞环造型砂是单一砂，这一部分下落的“背砂”完全符合型砂的组成及性能要求。它通过图1的处下方旧砂回用1号运输线经松砂后运到旧砂斗。如在个别情况下有浇冒口混入，则应经筛砂或磁选去除铸铁后才能进入旧砂斗。图3. 脱箱叉子结构示意图（2） 分离面砂。按浇注顺序脱箱，分离“背砂”后，用气缸推底板小车及铸型进入图1中处得冷却段。此段为半封闭式，进出口敞开，出口处设有抽风装着，其风速控制在6-7m/s。抽风的目的是加快铸型的冷却，是铸铁在出口处风速是防止过大的风速抽走旧砂中的有细粒组成。在该段运行中，有少量“背砂”下落到其下方的旧砂回用1号运输线上。铸铁冷却到80-100离开处冷却段进入落砂位置。由落砂单轨线上的电动葫芦（或气缸）控制抓手抓住浇口杯，并将其吊起，人工将底板上的余砂去除，再把底板小车放在空箱底板小车和运输线上。震动落砂机宜采用反击式结构，参见图4，该结构便于保护震动电机，避免它直接位于砂尘之中，也方便维修。Ibanez震动电机采用0.37KW、激振力80.5Kg.f。当抓手放下铸型至震动落砂工作位置，由反击式落砂机的震击槌头震击直浇道底部，将被震碎初步分散的“面砂”与表面附有粘结砂的铸铁分离。“面砂”下落在旧砂回用1号输送线上，被松砂后运到旧砂斗。同样应注意，“面砂”中如有浇冒口、环坯，则该部分旧砂应经磁选或筛砂去除铸铁后才能进入旧砂斗。图4. 反击式落砂示意图震动落砂的铸铁温度要适当，过低会影响生产节拍；过搞铸铁温度较高易挠曲变形，较易形成表面硬皮。经震动落砂，只剩下少量“面砂”与铸铁表面粘结砂，用落砂单轨抓手抓住浇口杯移动到处。人工刮下环坯冒口，是其进入斜螺旋挡板双层筛滚筒的进料口，其示意图参见图5.它由两层筛网、外壳、滚轮、托轮等组成。外壳内径1100、长2500；外筛内径900、长2500、筛孔尺寸3mm；内筛内径700、长3000、筛孔尺寸8mm，滚筒安装倾斜角45内筛内设置螺旋挡板，挡板高50mm，两挡板螺旋间距为50mm，螺旋方向与滚筒转向方向另外可内壁设有5、高50mm的挂钉，挂钉相互间距150mm均匀分布；两组滚轮中，一组为主动轮，一组为被动轮，每组为一对轮子，一对托轮支撑和转动滚轮。为拆修方便，外壳与筛网用螺丝螺帽连接。滚筒下方设有吸风管，可改善旧砂冷却条件和改善落砂环境。吸风管在滚筒出口处风速控制在6-7m/s。经滚筒去除“面砂”的环坯冒口从内筛下端出口处流出，运到抛丸或清理滚筒线；“面砂”经滚筒内外筛、挡板挂钉及相互之间与环坯冒口之间的挫动、分筛、松散后从滚筒下端、内筛与外壳之间、内筛突出外壳部分流出，经斜板送到旧砂回用2号输送线。图5. 斜螺旋挡板双层筛滚筒示意图抓手抓住浇口杯，浇道沿落砂单轨移动到处。人工用槌子将横浇口、内浇口刮下，把直浇道放在直浇道破碎机架上，破碎气缸下降把直浇道压断成3-4小节，落入螺旋挡板单层筛滚筒进料口。该滚筒外壳内径900、长2500；单层筛内径800、长3000，筛网用=3mm的钢板绕成筒形，其上均布10mm的筛孔，筛孔间距10mm。筛网内层设置螺旋挡板，挡板高50、挡板螺旋间距300、螺旋方向与滚筒转向反向。该挡板用途是延长砂、铁在滚动中的运输时间。增加“面试”分散、冷却效果。斜螺旋挡板单层筛滚筒安装倾斜角、进料口、滚轮、托轮、吸风管等与斜螺旋挡板双层筛滚筒的相同。浇口杯、浇口经滚筒去除“面砂”后从单层筛下端出口处流出，运到抛丸或清理滚筒线；“面砂”经单面筛、挡板、浇口杯、浇口与砂块相互之间的挫动、分筛、松散后从滚筒下端单面筛突出外壳部流出，经斜板送到旧砂回用2号输送线。旧砂回用2号输送线上的“面砂”经磁选、松砂后才能进入旧砂斗。在生产中为落砂工作的顺利进行，一定要关注型砂的溃散性，为此浇注系统中不宜设计环形横浇道、砂箱高度不能过矮、型砂含泥量及水分不能过高而造成溃散性差。（3）分离铸铁表面粘结砂。经分离“面砂”后的铸铁表面还附有一薄层粘结砂。建议环坯采用抛丸清理。回炉料采用清理滚筒清理，去除表面粘结砂。抛丸清理一般毛坯表面清理得干净些，生产率高，且毛坯经抛丸后能去除毛坯铸造应力。不必要再时效处理，但清理费用较清理滚筒的稍高，所以抛丸清理适用于环坯，清理滚筒清理适用于回炉料。4.新陈代谢砂处理。松散型砂。4.1.单体铸造活塞环对型砂组成、性能的要求： 一般活塞环成品侧面的表面粗糙度为 ，高度公差为0.010-0.015mm，精度要求较高。活塞环通常为批量或大批量生产，加工余量较小，两侧面工0.6-0.9mm，毛坯表面粗糙度宜为，以满足加工余量较小的要求，为此铸型型腔表面粗糙度一定要好。它一方面要求型砂粒度较细、有适当的均匀的松散容重等，使型砂有良好的成型性、起模性且型腔表面型砂有较好的表面稳定性（不易掉砂）；另一方面型腔表面型砂能承受较高的浇注温度的铁水冲刷，保证毛坯尺寸精度，不因型砂问题导致较高的废品率；此外还要求型砂具有较低的热导率，以减小进入冒口的第一股冷铁水容积，使全环不同部位的金相组织较为均匀一致，型砂有较好的溃散性，这对铸态为白口的可锻尤为重要，可减少落砂时的断环几率。型砂应有良好的回用性能，使型砂组成与性能处在可控状态。中小型活塞环单体铸造用砂粒度宜选用15H或15Q，即70#-140#或10Q即100#-200#，加工余量越小。一般用砂粒度较细小；颗粒形貌（粒形分类代号）宜为30或451，硅砂SiO2含量为96%左右。一般砂越细，浇注温度越高，要求SiO2含量越高。膨润土一般采用活化膨润土或钠基（PNa）和钙基（PCa）膨润土各半的混合加入方法，要求膨润土蒙脱石含量70%，有的活塞环单体铸造混砂工艺中加入0.1%-0.2%的淀粉。由生产实践得出：单体铸造用型砂混砂时的配比宜控制为：回用旧砂与新砂比例为：新砂采用预混（新砂+膨润土+水，经混砂机混砂成为新砂预混砂）；回用旧砂加入量75%2，新砂预混砂25%；采用含泥5%-8%的河砂、湖砂、海砂时：回用砂加入量92%-98%、含泥新砂加入量8%；采用非含泥新砂，又不预混时回用旧砂加入量96%、含泥新砂加入量4%。其中新砂用途是变更硅砂粒度分布，调整含泥量及补充砂量。膨润土混砂加入量，一般0.1%-0.3%。它随型砂中有效含泥量的降低、新砂加入量的增加、湿压强度的下降等因素增加膨润土的加入量，此外还应注意有效泥量过多，型砂回弹回增大。型砂含水量2.8%-4.0%。混砂时加水量调节到型砂含水量的要求，具体混砂时还应根据总泥量、强度、紧实率、起模情况及型砂溃散性等进行调节。型砂组成除了硅砂、粘结剂（膨润土、淀粉）水分外，在工艺上还应控制总泥量、有效泥量及计算粘土量：总泥量应控制在10%-15%；有效泥量应为7.5%-13%；建议：有效泥量：总泥量0.7；计算粘土量：有效泥量0.55。总泥量表示粘土粒度尺寸小于0.020mm（包括死粘土及尘埃）在型砂中的百分比，用AFS粘土%表示。借助水的活化作用，使砂粒表面形成粘结剂薄膜把砂粒相互粘结起来使型砂有强度，把这部分由活化能力、能形成粘结力薄膜、即能吸亚甲基蓝的粘土在型砂中的百分比叫有效含泥量或有效泥量，用MB3粘土%表示。粘结剂本身必需有吸附水（也有叫结晶水）才有借助水的活化作用形成粘结力。当粘结剂与铁水接触，经高温失去吸附水，就变成无法活化失去粘结能力的死粘土。在型砂中，有效粘土并不全部都参加了粘结砂粒的工作，把参加粘结砂粒产生湿压强度与紧实率的粘土占型砂的百分比的含量叫计算粘土量，用cc%表示。在型砂中上述粘土部分的关系为：总泥量% =计算粘土量%+没有参加粘结砂粒工作的有效粘土量%+死粘土及尘埃，即1分类代表30即角形系数1.30、45即角形系数1.45，硅砂呈粒状，表面少凹坑，形成薄的表面粘结薄膜层可减少粘结剂用量，提高有效泥量参与形成粘结薄膜层的工作频率。2如果新砂不预混，直接用新砂+旧砂混砂，则新砂加入量应10%。3它与%MB不同，%MB含义为100g试样（例如型砂）中含有能吸收亚甲基蓝的克数。AFS粘土%=cc粘土%+（MB粘土%-cc粘土%）+（AFS粘土-MB粘土%）。单体铸造用砂为单一砂，计算粘土量，美R.W.Heine的计算公式如下：cc%=3（GCSH2O+logC）+362/1091式中：GSC湿压强度值，磅/英寸2； H2O含水量的百分值； C紧实率的百分值。上式中的单位由磅/英寸2改为MPa时，此式成为：cc%=（435.1131GCSH2OlogC+362）/1091该式来自“单一砂的紧实性喝粘土”一文Trans of AFS1977.p431-440.摘自造型材料，上海科技文献出版社 1980.5 p63在活塞环阳也重，据有关现场参数计算：柯茨公司等MB%/AFS%=0.75-0.80；国内多数活塞环专业生产厂为0.60-0.77。柯茨公司等cc%/MB%=0.58-0.68；国内多数活塞环专业生产厂为0.50-0.65。表明目前在这一方面与国际上先进水平相比，还有一定的差距。型砂亚甲基蓝测定%MB：2.60-3.20。在柯茨公司型砂中蒙脱石含量计算式为：型砂的%MB/0.46。该公式运用在我国应注意：ZBJ31009-90已说明我国不同产地的膨润土的吸蓝量换算蒙脱石的系数个不相同，不能用一个统一的系数0.442来换算不同产地的膨润土蒙脱石含量。例如仇山的为0.462；信阳的为0.352等，宜用吸蓝量来直接表示型砂的有效粘土量%。对型砂性能要求：型砂可通过看，捏，抛的方法，凭经验初步判断型砂质量。应定期采用仪器测定有关项目性能值，凭经验为：看观察型砂颜色，型砂含水量越高，其颜色越深；捏抓一把型砂，手指稍用点力捏成团，手上有泡松柔软无团粒的感觉，要求型砂基本上不粘手、成团、不散、砂团上有明显的手指缝的痕迹，另一方面型砂应无热感；抛将砂团向上抛出0.5米左右，用手轻轻接住，砂团不开裂、溃散。在混砂放砂前，混砂工采用上述手法，凭经验判断合格后放砂，当熟练后，基本上不会出差错，可控制型砂性能在要求范围之内。工艺上应规定每隔多少混或定时采用一起测定型砂有关性能及组成，参见表2。表2 型砂性能组成测量表检测项目工艺要求检测频率说明紧实率31%-45%中的一段3-6次/班自动造型及偏下限，震动造型机偏上限。湿压强度0.07-0.13MPa中的一段3-6次/班含水量2.8%-4.0%中的一段4-6次/班必要时测定造型机用砂，其它为混砂机出口处型砂，加快测量速度，即使反馈给混砂工。松散容重95050g/L8-12次/班或采用自动断续每10分钟测一次用加上造型机上的型砂测量，采用射压造型的不测次项目。透气70每周一次或必要时测应采用大阻流孔测量型砂吸蓝量%MB或有效泥量2.5-3.5中的一段1次/2-3天或必要时计算举例见 ，宜用比色法测定。控制：有效泥量：总泥量0.7；计算粘土量：有效泥量0.55。7.4%-11%中的一段1次/2-3天或必要时总泥量10%-15%中的一段3-6次/班1次/2-3天或必要时粒度分析70#-200#中的一段1次/1-2周或必要时按试验筛好分开统计。除上表外，其它测定项目如韧性（用落球式破碎指数法测定）、热湿拉强度、型砂回弹（用测量做好型砂上平面凸起程度来衡量）等都在必要时测定，不作定期检测。由活塞环生产厂复检，该值为33.7。型砂中有效泥量MB粘土%=%MB/MB（膨润土）100%=3.05/33.7100%=9.05%。型砂温度对造型较为敏感，入型砂温度与模板温度一样，甚至比模板温度还高，则起模十分困难，很易造成挂砂。型砂温度高出室温较多容易使砂型在起模、运输过程中型腔表面掉砂。为此工艺上应控制型砂温度，并加热模板，使模板温度比型砂温度高：震压、造型为8-15，自动造型为16-20。型砂温度比室温高出不宜大于10，一般应38。4.2 单体铸造重复用砂中型砂的变化：（1）砂粒的变化A.下列情况使用细小粒度分布数量增多：型砂与铁水接触，使砂粒急剧膨胀而破碎；有的砂粒被铁水烧枯成为“枯砂”，在外来作用下较易破裂；砂粒在外力作用或磨损尺寸变小；新砂中细粒度的含量过多，使型砂中细粒度的数量增多；B下列情况使粗大粒度分布数量增多：在铸造过程中，微粒粉尤为未参与粘结砂粒工作的有效粘土过多、粘结在粘结薄膜上式粘结薄膜厚比（砂粒鲕化）使部分粒度“粗化”；在混砂中配入新砂中粗粒砂增多；在砂处理的除尘或冷却，尤为沸腾冷却，抽风速度过快，带走了细小颗粒，使粗粒度的分布增多；C经铁水高温接触的型砂容易变成“枯砂”，入不及时去除，型砂中这种废砂会逐步增多，其表面粘结薄膜被破坏，随着“枯砂”增多，型砂性能更为恶化；D第一次加入的新砂，尤其是直接进入混砂机的非含泥新砂，当新砂粘结剂加入量较多，温辗效果较差，粘结剂质量有问题时，新砂表面很难形成较完整的粘结薄膜；在生产中出现这种情况表现为造型时起模性能差。型砂水分偏高、强度较低，型砂重复使用几次后，型砂性能才逐步好转，即在不断使用中，砂粒粘土薄膜的完整性逐步好转，是型砂性能慢慢走上正常。一般每次混砂新砂加入量宜5%，约为2%-3%。（2）粘结剂的变化。A部分粘结剂与铁水接触，失去吸附水，形成死粘土，再也没有粘结能力。如不及时去除，使有效泥量不断下降，恶化型砂性能；B在混砂中，一词粘结剂加入量太多，混辗效果差，粘结剂不均分布，造成参与粘结砂粒的有效局部过剩，容易造成陶土粒子及砂粒鲕化；C混砂中，粘结剂补加量不足，会师有效泥量下降；补加量过多使总泥量增多，均影响型砂含水量及性能。（3）型砂颜色变化，尘埃增多。 型砂与高碳铁水不断接触，增加碳分，使型砂颜色逐渐变黑，随着不断重复使用，尘埃增大，如不新城代谢，型砂就会逐步老化，最终只能全部报废。（4）水分的变化。 随着浇注、冷却、落砂、清理、造成水蒸气逸出、水分迁移、水分平均值下降；型砂、旧砂在运输、贮存时其表面部分水分下降，这些都改变砂中的水分分布；砂处理过程中旧砂增湿（冷却）处理，混砂中加水都使水分增加。（5）温度的变化 浇注铁水进入型腔使型腔附近的砂温升高，尤其在散热条件差时，这部分旧砂温度很高，给砂处理降温带来麻烦。随着落砂、冷却（滚动筛筛分冷却、增湿冷却、冷冻空气吹冷等），旧砂及型砂在运输过程中，尤为风力输送时砂温下降；混砂时间过长，容易造成砂温较高。混砂工序要求热旧砂不进入混砂机。（6） 数量的变化。A 落砂清理过程中对铸铁表面粘结砂的分离及废弃程度，减少砂量；B 砂处理在抽风及冷却过程、筛分过程对细小颗粒的排除量，减少砂量；C 新砂、粘结剂在混砂中的配比量、增大砂量。由上可看出在生产中，型砂、旧砂在质与量方面不断发生变化，为使型砂的组成与性能处在可控状态，主要应使旧砂的变化处在可控状态。4.3 现有国内落砂、砂处理的工艺缺陷。目前国内大多单体铸造活塞环铸造车间的落砂工艺为浇注完毕20-60分在落砂机前脱箱、震动落砂。大部分砂由震动栅格板孔落下，部分砂和环坯、冒口沿震动栅格板斜坡掉入铁丝篓中（一包铁水浇的为一篓）。通常单体铸造铸型高比砂箱高大1-1.5mm，当浇注后铁水凝固冷却期间，砂型基本上被砂箱包围，热量很难散发出去，在浇注后的20-60分钟，砂温升高，其不良作用见前述。要使旧砂降温，目前常用的方法又存在着加大抽风力度就要增大风速，造成抽走的细粒砂和有效粘土的矛盾，往往顾此失彼，结果不好。目前震动落砂机震动栅板较短，激振力较小，在落砂机设计不良时还会发生环坯、砂停留在震动栅板某处不往下板落的情况，多数情况要人工把环坯、砂块扒在篓子。砂块多时，可达半篓砂半篓环坯，这样造成相当多一部分没有与铁水接触过的旧砂与铸铁表面的粘结砂（其中枯砂占大部分）混在一起，如要全部回用处理这些旧砂，工作量大，效果差，与降低旧砂温度一样，要抽走枯砂、死粘土又要尽量不带走细粒砂及有效粘土，十分困难，搞的不好，还会使枯砂、死粘土没有去除，使总泥量较高，有效泥量较低；不该去除的细粒砂、有效粘土被去除了，造成新砂、膨润土一次补充量大，新砂表面难以一次混砂就形成较完整的粘土粘结薄膜层，因此，混出的型砂质量差；如果不处理回用这部分旧砂，新砂、膨润土一词补充量更大，型砂质量更差。上世纪国内部分活塞环厂采用的对策：例如上海某活塞环厂用两个大铁棒，人工将装有砂、环冒口的篓子放在大铁棒上摔打，把砂块从篓子的孔中掉下来，再把只剩下表面粘有粘结砂的环冒口的篓子运送到清理滚筒处；再例如长沙某活塞环厂将这部分旧砂经二级旋风除尘器处理，第一级旋风除尘器出来的较粗大的旧砂全部回用，第二级旋风除尘器出来的较细的旧砂看情况回用（有效泥量较高回用，较低的不回用）。细小微粒落入泥浆池定期清除。部分工厂改进了震动落砂机，采用了较长落砂栅板，改善了型砂溃散性，使问题有好转，但落砂工艺未改进，问题仍不能较好的解决。图6 改进后的落砂、砂处理主要工艺流程图4.4 落砂、砂处理的改进。由于落砂、砂处理工艺存在的缺点，必需改进。主要改进地方为：铁水凝固随即脱箱，让水蒸气逸出，避免砂温升了太高，及时分离“背砂”；采用反击式落砂，斜螺旋挡板双层筛滚筒，单层筛滚筒分离“面砂”大为减少或看达到才清除“面砂”；通过滚动筛降低了旧砂温度，必要时还可增加一道增湿冷却完全控制进入混砂机前旧砂温度38。改进后的工艺参见图1及图6，要是砂子先进的先出。除图6外，由抛丸或滚筒清理出来的铸铁表面粘结砂，其主要为枯砂、死粘土，应予报废，不能回用（作其他用途，如制砖，铺路等）。增湿冷却推荐柯茨公司使用的方式，参见图7。经实测，砂温经二次喷水，二次梳翻约将低20-14。图7说明：增湿冷却采用槽形皮带，宽600。按砂流方向，旧砂经聚砂板1将砂聚拢砂流将杠杆式加水器2的杠杆抬起，砂流越厚，杠杆抬得越高，喷水就越多；无砂流时杠杆下落，使水位开关关闭停水刮砂板3将砂翻动（如混砂机的内刮砂板，按砂流方向由外向内斜）经四齿扒4将砂梳匀按砂流向由外向内斜的刮砂板5将砂聚集到加水器6喷水区加水器6的控制加入快关为V形板，它非但有开关作用，还能把加入的砂初步扒平，其放置位置与杠杆式加水器2相反，按砂流方向。加水在前，V形板在后，整个增湿冷去段呈半封闭状态：如图1中的，进出口敞开，出口处设有抽风装置，风速控制在6-7m/s。砂流1 聚砂板 2 杠杆式加水器 3 刮砂板 4 四齿扒 5 刮砂板6 V型刮砂板控制的杠杆式加水器 7 大刮砂板图7 增湿冷却旧砂示意图混砂加入的新砂、膨润土应经型砂性能组成（粒度分析）测定，型砂旧砂贮量测定后计算加入。鹏润体在含泥新砂（湖、河、海砂）或预混新砂中已存在，这对新砂形成较完整的粘土粘结薄膜极为有利。如果无泥新砂直接加入混砂机制造型砂，形成较完整的粘结薄膜层得几率就大为减少，而已形成粘结薄膜层得旧砂还有可能与新的膨润土形成局部薄膜层增厚；直接进入混砂的膨润土局部过剩较多时还会形成陶土粒子。所以改进工艺膨润土、新砂加入量少、合理；在型砂中新砂、膨润土分布较均匀，粘结薄膜完整性较好，陶土局部过剩少，型砂性能较好，容易处在可控状态。碾轮转子混砂机由于转子对型砂的搅拌作