砂处理工艺.doc

湿型砂第三部分湿型砂制备目录241湿型砂的配方12混砂的批料22.1旧砂、原砂和溃散砂芯22.1.1旧砂冷却22.1.2旧砂降低粉尘42.2原砂（溃散砂芯）的加入52.2.1加入原砂的作用52.2.2溃散砂芯混入62.2.3原砂加入量62.2.4冲淡灰分需砂量72.3加水量的控制82.3.1造型性控制仪82.3.2槽轮式控制仪92.3.3紧实率控制仪92.3.4电容法92.3.5电阻法102.4膨润土加入量102.4.1膨润土烧损量102.4.2额外补充和总加入量112.5煤粉加入量122.6加入量的计算机控制122.6.1膨润土加入量自动控制122.6.2预防性自动控制132.7废砂排出132.7.1废砂来源和减少措施142.7.2湿型旧砂再生162.7.3废砂利用183混砂183.1常用混砂机183.1.1碾轮式混砂机183.1.2双碾盘混砂机193.1.3摆轮式混砂机193.1.4转子式混砂机203.2混砂效率和生产率213.2.1混砂效率213.2.2混砂机功率和输入能量213.3混砂机保养和维修22湿型砂的制备 要想制备出优良品质的湿砂型铸件，必须使用性能优秀的湿型砂。优秀品质湿型砂的获得，除了需要选用优质的原材料以外，还需要有一个合理的配方、一整套较为理想的砂处理设备，也还要有良好的混砂工艺。国内有些铸造工厂虽然所用原材料并不差，砂处理设备也基本齐全，但混制出湿型砂性能不够好，而且存在很多缺点。例如最常遇到的问题有以下一些：混砂的膨润土加入量不少，型砂吸蓝量也足够高，但湿态强度低，韧性低，起模性差，型砂中砂豆多，铸件砂孔缺陷多。这些问题大多是由于混砂设备维修保差不善，混砂制备工艺不良，混砂电能输入不足等原因造成的。另外，有的工厂遇到的问题是废砂排出量大。怎样才能把排废量降下来呢？ 有关落砂、筛分、除尘、降温、湿度调节、混砂、松砂和输送等砂处理设备的工作原理和具体结构等方面内容有专门的专业书籍介绍。本文将首先简单介绍混砂原材料准备、配方的确定、混砂批料加入量的控制。然后重点讨论常用混砂机的类型和混砂工艺对型砂品质的影响。混砂机的混砂效率和混砂生产率。还针对有些工厂在混砂机的保养和维修方面不足之处，提出改善的建议。1 湿型砂的配方 要想制备出优良的型砂，首先要有一个合理的混砂批料配方。而配方取决于对型砂性能的基本要求。不同类型的铸件和不同的铸件品质对型砂性能要求不同。不同的造型方法也对型砂性能有不同的要求。但是，同一种造型方法、同一种类型铸件和同样的品质要求，国内外的型砂性能要求是基本类似的，可以互相参考借鉴。至于混砂批料加入量的确定则各个工厂之间可能有较大出入。 下表中数值综合了一些国内外生产中小灰铸铁件比较稳定铸造工厂单一砂的型砂性能。各项性能都是从造型处（不是从混砂机处 ）取样的测定结果。含泥量是指型砂而言，不是旧砂含泥量。有效膨润土量是指5.00 g 型砂的0.20浓度试剂纯亚甲基蓝溶液滴定量mL；有效煤粉量是指1.00g 型砂900的发气量mL。根据气候条件不同及运送距离不同，混砂机取样含水量可能需比造型机处提高0.20.4%，紧实率提高24。性能的波动范围根据铸件大小、厚薄和结构、以及清理方法不同而异，一般情况可取中间值。挤压造型的紧实率取中间值及偏下。紧实率%含水量%透气性湿压强度kPa热湿拉强度kPa有效膨润土量mL有效煤粉量mL型砂含泥量%手工造型45554.05.550100601001.53.0354514241416机器造型34423.44.080120801402.04.0455522281214高密度造型32382.83.5901501402002.54.5506518261213 关于混砂的配比是很难做出确定的推荐。因为各厂所用的原材料品质不同，各种原材料在浇注时的烧损程度不同，旧砂回用的处理方法不同。以下表中单一砂混砂配比的条件是原材料为内蒙砂、优质膨润土、优质煤粉；砂铁比57；落砂时树脂砂芯混入旧砂中约占旧砂量的0.52；无旧砂除尘冷却装置；铸件经抛丸清理。一般情况可取中间值。 间歇式混砂机所加入的各种材料称为“批料”。批料是以一次混砂的容量中各种加入材料所占的重量比例为单位的。工厂通常将旧砂和新砂量之和做为100%，其它加入物按超过100%计算。湿型砂批料的最主要组成除了旧砂和原砂以外，还补充加入水、膨润土，铸铁件湿型砂须要加入煤粉。另外，如有需要还可能加入a淀粉或面粉。例如用单一砂生产中等大小铸铁件，所选用材料均为优质的，批料可能如下表：配比（）旧砂原砂(和溃散砂芯)膨润土（优质）煤粉（优质）其它手工造型90955100.60.90.30.5如有需要，局部面砂加a淀粉或面粉0.51机器造型90955100.81.20.30.5高密度造型901000100.71.10.20.41其中，水是就地取材，而且价格较低，铸造工厂并不关心水的耗用量对铸件生产成本有何影响。然而原砂、膨润土和煤粉可能从远方运来，对铸件生产成本占一定比率。但是，各种材料的加入量都是根据什么原则定出来的？不同工厂的各种批料加入量可能相差很多。例如从铸造手册的“造型材料”第2版103104页的数据表上可以看到个别有名大厂中，高密度造型单一砂膨润土加入量可能高达24，煤粉加入量可能为12，都与前面表中的加入量有较大差异。其原因可能是所用原材料的品质不好，或者是混砂设备和混砂工艺不良。 关于分别使用面砂和背砂的震压造型工厂，其面砂的性能要求基本上与上页表中单一砂接近。批料配方的原砂加入量大多在4050，因而膨润土和煤粉的加入量需要增多。本文将不针对面砂和背砂进行专门研讨。2 混砂的批料 混砂的批料包括旧砂、原砂（新砂）和溃散砂芯，也还包括膨润土、煤粉和水。个别工厂为了提高型砂的起模性和韧性，还加入少许a淀粉；也有工厂不用煤粉而是加入“煤粉代用品”。在本文中将不对a淀粉和“煤粉代用品”进行讨论，仅重点研究一些对湿型砂品质产生重大影响的问题：例如旧砂的加工处理、溃散砂芯的混入、原砂的需要量、加水自动控制、膨润土和煤粉的需要量、废砂的利用、以及混砂机和混砂效率等。2.1 旧砂、原砂和溃散砂芯 铸件落砂分离后的型砂称为旧砂，经过加工处理后提供给混砂机的旧砂又可称为回用砂。在落砂时，溃散砂芯也混入旧砂中。旧砂和新加入的原砂总量约占混砂批料的90100，是组成湿型砂的最主要成分。旧砂与原来型砂的区别是受到铸件高温作用后，型砂的温度大为增高，水分受热蒸发而降低，有效膨润土和有效煤粉减少，灰分和微粒增多。而且，会有一些异物和溃散的砂芯混入。旧砂需要进行一系列的加工处理工序，如筛选去除大块异物、磁选去除铁块和铁屑，以及冷却、除尘和调整含水量等，使旧砂成为合格的回用砂。然后在混砂过程中，补充适量的水、膨润土、煤粉和原砂，即可制备成可供造型用的湿型砂。 2.1.1 旧砂的冷却 高温的金属液在砂型中降温、凝固和冷却时，大量的热量传入砂型而使靠近铸件表面的型砂完全失去水分，这部分的型砂温度升高到接近铸件温度的红热状态。由于型砂的热导率较低，随着与铸件表面距离增加，砂温急剧下降。但随着时间的延长，远离型腔表面的砂层温度也将逐渐升高。在机械化流水生产的车间中，刚从落砂栅下来的旧砂平均温度可能高达7590。旧砂经过整个运输和贮存过程后，进入混砂机前的旧砂温度会有下降。但是经过反复浇注的热量积蓄，旧砂温度不断上升而形成热砂问题。我国有很多铸造工厂在砂处理系统设计时缺少可选用的国产旧砂冷却设备，而且对整个砂系统容量的计算过紧，每日型砂循环次数过多，正式生产后都大多存在热砂问题，夏季热砂现象更为严重，造型处砂温可能高达50以上。有的铸造工厂可明显见到型砂的输送皮带上冒着大量蒸气。国外有些人提出造型时型砂温度如果超过40或45，或者比环境温度高12或20以上，就可认为存在“热砂”问题。2.1.1.1 热砂的影响型砂温度过高对型砂性能、造型操作、铸件品质和环境卫生都有不良影响，具体表现有以下几个方面： 在保持紧实率一致的条件下，随着砂温的提高，标准试样的重量和湿压强度等性能都会下降。在实验室中测得冷后的型砂常温特性并不反映热态型砂的实际特性。 型砂温度高，所含水分很容易蒸发。混砂机中型砂的紧实率和含水量与造型机所使用的型砂有很大差异，使混砂作业中的加水控制困难。 热砂蒸发出来的水蒸气凝结在冷的运输皮带上、砂斗中和模板表面上，而使其表面粘附一层型砂。粘附在皮带上的浮砂会掉落地面而污染作业环境；粘附在砂斗内壁的砂会使砂斗挂砂越聚越厚；模板上粘附型砂会造成起模困难，降低铸件表面的光洁度。 砂型表面的热砂容易脱水变干，有的试验结果表明：在60时，砂型表面含水量第一分钟损失21.2，2min时损失44.7。变干的砂型表面强度低，棱角易碎，浇注时不耐金属液冲刷，容易造成冲蚀和砂孔缺陷。热砂型所蒸发出来的水蒸气凝结在冷铁和砂芯上，浇注时发生大量气体，使铸件产生气孔缺陷。在开放式旧砂运输过程中，由于旧砂温度高和含水量少，砂中粉尘随着空气流和烟气向外散发，影响环境卫生。2.1.1.2 旧砂降温措施 经过筛分、运输、储放、混砂、松砂等工序后旧砂温度有所降低，在混砂过程中使型砂受到强力搅拌或碾压而又会少许提高其温度。另一方面，混制出型砂经过皮带运输机、松砂机和砂斗后温度也会少许下降。可以笼统地假定进入混砂机前的砂温与造型机处砂温大致接近。因此，要避免用热砂造型就必须降低进入混砂机前的旧砂温度。如果型砂温度只是比室温仅高少许，为了防止热砂粘附模样，需要在模板上喷涂以煤油或轻柴油为原料的脱模剂。还可采用模板加热装置，减小型砂与模样的温度差异，避免水蒸气凝聚在模板上，从而减少起模时砂型损坏。需注意模板加热温度不可过高，以免型腔表面脱水降低表面强度和产生砂孔缺陷。没有专门的热砂冷却设备的铸造工厂中，为了防止旧砂温度较高可以采取的预防性措施有多种，其中包括：加大砂铁比，以减少型砂受热强度。有人测定一灰铸铁工厂的砂铁比(S/M)为10、7和5时，落砂机下的平均旧砂温度分别为51.6、60.0和121.6，即砂铁比较大时砂温较低。加大砂系统的总砂量和减少循环次数，以减少热量积累。有人提出每天的旧砂循环次数不应超过三次，每班循环次数最好不超过两次。为此，回用旧砂库或旧砂斗的储放量应足够大，砂斗壁不挂砂，其可利用容积能供23h以上混砂使用。由多个旧砂库同时供砂可以使旧砂均匀化，而且使先进入的砂首先放出混砂。 尽快打箱落砂，可以减少铸件冷却过程中传送热量给型砂。手工造型或地面浇注时这种办法是有效的。不过在机械化流水线上，铸件在砂型内冷却时间不可能随意改变。依靠落砂机、六角筛砂机、带式运输机等设备的通风自然蒸发降温。向过筛后的输送皮带上的旧砂喷水，利用皮带上的和带式运输机接头处的吸风罩通风，使旧砂水分蒸发吸热降温。图1 旧砂冷却提升机 对于中、小规模的铸铁工厂和浇铸温度较低的非铁金属铸造厂，以上各种措施都有一定的效果。但是对于大量流水生产的铸造工厂，即使采用了这些措施仍然会存在型砂温度过高的问题。在潮湿炎热的夏季，问题更加严重。就还应补充采用更有效的旧砂降温措施。目前公认解决热砂的更有效措施是“增湿通风冷却”。原理是利用回用砂中水分蒸发吸热来降低砂的温度。根据理论分析，100时水的汽化热约为2261kJ/kg，砂的比热为0.92，每蒸发1水分，砂温可降低2261/(1000.92) 25。浇注落砂后的旧砂含水量通常较低，不够蒸发冷却之用。需根据旧砂的砂量、砂温和实际含水量进行增湿，使旧砂中含水量增至3.54。充分搅拌混合均匀后，在专门的设备中，在使砂松散和翻腾与空气良好接触的条件下强制通风，并且保持足够长的吹风时间，使旧砂中水分蒸发。冷却处理后，要求旧砂含水量最好降至1.51.8。残留水分不应2.0，以保障旧砂不挂砂斗和流动通畅。有些铸造厂的型砂含泥量和最适宜含水量较高，以上所列举的数值需要适量提高。2.1.1.3 旧砂冷却设备 在具有旧砂冷却设施的大量生产铸造工厂中，型砂的温度都能避免出现过热现象。例如日本三菱自动车公司要求型砂温度45，1992年4月下旬作者看到该厂实测砂温3235。昆山丰田工业也要求型砂温度45，1999年8月实测混砂后3542，造型前3337。国内还有一些工厂安装有旧砂冷却装置，例如加西贝拉压缩机公司的挤压造型线4月份型砂温度达4752。增添沸腾冷却系统后，平均型砂温度降为31.535，夏季也不过40左右。常州柴油机厂旧砂温度80以上，经增湿冷却后低于35。目前国内外冷却湿型旧砂的设备有很多种，简要介绍如下：图2 双盘搅拌冷却机1加料口 2沉降室 3进风口 4减速器 5风箱 6搅拌器 7卸料口冷却提升机：既能提升旧砂，又能使砂冷却。提升高度在714m，生产率1580t/h。在国外曾被一些工厂采用，国内也有个别铸造工厂使用（见图1）。倾斜的提升机内带刮板胶带进行高速运转（提升速度22.5 m/s），将提升机底部的旧砂提升到顶部。遇到挡帘后部分砂仍返落到底部。所散发出的粉尘与热蒸汽由排尘通风装置吸走。但是热砂与鼓风的热交换时间大约只有4s左右，冷却效果不够大。 (2)双盘搅拌冷却机：其结构类似双碾盘混砂机（见图2），机内有两个“十”字型旋臂，旋臂下面装有刮板，两只旋臂的旋转方向相反。国外产品的生产能力100192 t/h。根据旧砂的砂量、温度和含水量将冷却水直接喷射到热的旧砂上，水遇热砂而产生蒸汽，旧砂不断被刮板搅拌翻滚，使砂与水混合均匀。同时由鼓风机向被搅拌叶片不断翻腾的松散旧砂中鼓吹入冷风，促使水分蒸发吸热和将所产生的蒸汽带走，从而达到均匀冷却的效果。在国外产品中，该机还有自动电器检测仪控制加水量。出砂温度约比室温高10左右。残留水分控制在0.5。整个工艺过程为全自动控制。目前国产的S83系列双盘搅拌冷却机（生产能力40120 t/h）存在一系列缺点。冷却机的鼓风量不足，比同样生产率的进口设备约低一倍；排风管道容易堵塞；主轴转速小，只有3440r/min，不能有力抛射；而且缺乏自动增湿装置与它配套，使用效果一般都较差。有个别铸造工厂只得将原有的双盘搅拌冷却机当做搅拌除尘设备使用。图3 滚筒冷却机(3)滚筒冷却机：旧砂增湿搅拌均匀后进入冷却滚筒中。筒的内壁装有多条轴向的导向挡板，使砂从滚筒的最高点向下撒落，并延长停留时间，同时还能破碎砂团。通过向滚筒内鼓风，砂粒表面与冷风接触以促使水分蒸发降温。滚筒的出口段为筛网，可以筛除混入的团块。有的滚筒外面安装有恒温电热器，以防滚筒内壁挂砂。这种冷却设备的结构较为简单，维修工作少（见图3）。(4)落砂滚筒冷却机：外形与滚筒冷却机相似。区别为在同一滚筒中同时起落砂、砂冷却、破碎砂团、除去灰尘和使铸件与旧砂分离的作用。浇注后的砂型连同铸件和浇冒口一起落入不断旋转的大型滚筒（例如f3.4m，长15.24m）中。筒内喷水降低砂温。这种设备多用于生产较小铸件的无箱造型流水线。图4 振动沸腾冷却机原理图振动沸腾冷却机：旧砂增湿和搅拌均匀后进入冷却机的振动槽中，振动槽的底板钻有无数小孔(约f3mm)或缝隙。从底板下层的送风室鼓风，使厚度均匀的旧砂层处于沸腾状态。槽的振动作用使旧砂边沸腾边向前运动。（图4）由于砂粒与鼓风接触较好、接触时间较长(约3060s)，冷却效果良好。目前我国有的铸造设备工厂所产振动沸腾冷却机缺少增湿设备与它配套，而且冷却机本身的构造也有待改进。为了确保型砂温度在要求范围内，很多工厂在落砂后面的皮带机上测温、测湿和微机控制补加水，使在输送过程中水分蒸发降温，并且利用皮带机尽头旧砂翻动时的搅拌和通风使砂中水分蒸发冷却。然后再进入专门的旧砂冷却设备中继续降温。有的铸造工厂串联安装两种旧砂冷却机，例如采用沸腾冷却机加上滚筒冷却机，采取双重降温，可以保证型砂温度不致超过要求范围。最近德国Eirich公司研制出一种真空混砂机（见图5），国外已有个别工厂应用。操作步骤是先将旧砂和附加物送入特制的混砂机中进行预混。用传感器测定混合物的含水量和温度后加水。封闭混砂机的门和阀，边混砂边抽真空，使砂中水分沸腾而降温。最后关闭真空，在大气压中继续混合完成混砂过程。据报道在冷却混砂机中能将温度为86的旧砂冷却到40。整套系统包括有真空泵、冷却塔、换热器等设备，比较复杂。2.1.2 旧砂粉尘的降低图5 Eirich真空冷却混砂机降低旧砂中粉尘量的目的主要是保持型砂型砂的含泥量等性能都在适宜范围内。浇注后靠近铸件的型砂受热，使部分膨润土和煤粉烧损成为失效的灰分。在各种落砂、破碎、筛分、皮带机运输和提升等环节的通风过程中，尤其是在冷却机通风过程中，一定量的粉尘随风而去。粉尘的排除量取决于旧砂中粉尘含量、旧砂湿度、鼓风的强烈程度、排尘口的风速等等因素。排出粉尘的泥分中包含有失效的膨润土和煤粉。但是同时在粉尘中也含有未失效的膨润土和煤粉，其量可能占3040。此外还可能有相当多的微细砂粒也会随粉尘排出，这将使湿型砂的透气率过分提高，铸件表面变得粗糙。为了减少微粒的损失，铸造工厂大多控制各种设备的通风除尘的风速。在一些湿型砂铸造工厂中，旧砂处理用各种设备的通风除尘管道和除尘器最易堵塞。因此，设计和安装通风除尘系统时，除了加强气流的冲刷力和防止粉尘和微粒在管中沉淀以外，还要采取管外壁电热，以防水分凝聚在管道内壁而粘附粉尘。必须确保粉尘不易沉淀和堵塞，管壁不易粘附粉尘，即使稍有沉淀也能很方便地清理干净。很多铸造工厂为了充分利用粉尘中的有效膨润土和煤粉，并且减少微粒的损失，将除尘系统中旋风除尘器的沉淀物全部或大部分返回旧砂中。所谓“微粒”通常是指在200目、270目和底盘上的微细砂粒而言。有人提出湿型砂中微粒含量应当在35%范围内，以确保型砂透气率不会太高，而且可以降低型砂对水的敏感性。有的工厂也部分回用布袋除尘器的沉积物。还应注意到从混砂机除尘系统分离出的粉尘很可能含有大量正在加入的膨润土和煤粉，粉尘中有效粉料含量可能高达50以上，远高于从旧砂处理和运输设备抽出粉尘中的有效粉料含量。所以混砂机的排尘口风速大约只在1.52m/s左右。当加入膨润土和煤粉时应当暂时遮闭除尘管道，混砂机上面还应装有膨胀箱，使进入箱内的粉料可以靠重力自动流回砂中。从很多工厂的实际应用中可以看到，具有效果良好的除尘系统就完全可以满足稳定型砂含泥量、含水量和透气性的要求。但是有的大型铸造工厂的旧砂除尘不良，虽然安装有旧砂除尘系统，但管道早已堵塞不通而不起作用。不得不在混砂时大量掺入新砂来冲淡灰分，同时大量排掉废砂。在我国经常看到设备较为简陋的中、小型铸造工厂中，根本没有旧砂除尘系统。这些工厂的湿型砂中灰分逐渐积累，型砂含泥量大多在20左右。型砂含水量也许会达到67或更高。铸件上气孔等缺陷废品率必然相当高。因而从环境保护、节约资源、提高铸件质量和降低生产成本等观点来看，有条件的铸造工厂应当装备有完善的旧砂除尘系统，并且保证除尘系统的畅通和运作良好。2.2 原砂（溃散砂芯）的加入 一般情况下，混制单一砂时原砂加入量只不过占批料砂量的010，取决于溃散砂芯混入量，冲淡灰分的需要量和砂粒损失量。2.2.1 加入原砂的作用 每次混制湿型砂时所加入的原砂作用如下：补充砂粒损失：在铸造过程中，型砂中的砂粒会或多或少地丢失。有些砂粒在混砂和浇注过程中受到机械应力和热应力破碎成为微细颗粒和粉尘而被除尘系统排除。铸件较厚大，浇注温度高，铸铁型砂中煤粉含量少，有一些型砂粘附在铸件表面上被带往清理工部成为废砂。如果原砂的SiO2含量低和烧结点低、膨润土活化过度，就会在靠近铸件表面形成一厚层烧结块，而被筛砂机清除掉。高密度造型的型砂强度和砂型紧实程度高，砂型边缘和角落没受到金属液加热处最不容易破碎开，就会形成大砂块。再加上落砂和过筛设备的破碎效果差，砂块会随铸件跑掉或被筛掉。因而必须添加原砂以补充砂粒损失来保持砂系统的总砂量不变。铸造工厂应当努力减少砂系统的砂粒损失。冲淡灰分：浇注时，型砂中原有的膨润土和煤粉受金属液高温加热而被部分地烧损变成灰分（死粘土和死煤粉）。所加入的原砂、膨润土和煤粉等材料也还含有一些无效成分。如果各种造型原材料品质低劣，会将大量灰分带入型砂中。当落砂、过筛和运送等过程中除尘设备可以去除一定量灰分。但旧砂处于潮湿状态，除尘效果有限，绝大部分粉尘仍然残留在回用砂中，并且进入新混制的型砂中。型砂的灰分积累过多将会严重地影响其性能，就会迫使型砂加入更多的膨润土，同时也提高型砂含水量，从而使铸件缺陷增多。Mettman铸造厂的经验是如果灰分含量大于3.0%，就会使型砂的比表面积增大，还会干扰所要求的热湿拉强度。也有人提出灰分不得超过3.25%。混制型砂时加入新砂可以冲淡回用砂中的残留死粘土、死煤粉以及其它无效粉尘，并且使型砂中的含泥量保持平衡。铸造工厂应当努力减少灰分的生成。调整粒度：有时加入粒度稍细的原砂来调整型砂的粒度分布。很多多砂芯铸造工厂的型砂透气性高达160200的原因就是粗粒溃散砂芯不断混入旧砂中，而使型砂粒度变粗。也有一些工厂将制芯的型砂与造型的原砂统一粒度为50/100，为的是便于采购、储放和管理。其结果也使型砂透气性偏高。不少工厂宁愿透气性高，认为可以防止气孔缺陷。当型砂透气性过份高时，就在下砂型（或整个上下砂型）喷醇基涂料。 Egen认为原砂的加入量通常是1025 kg / 100 kg铁。但我国有些工厂加入的原砂总量较高，原因可能是所选用的各种批料的品质较差，需要更多加入原砂量冲淡型砂灰分和补充砂粒损失。2.2.2 溃散砂芯混入 如今铸造工厂大量应用树脂做为砂芯粘结剂，改善了落砂性能。新型落砂机的效率提高，也增大了溃散和破碎的砂芯进入旧砂中的混入量。这对于生产具有大量砂芯的发动机铸造工厂情况最为显著。2.2.2.1 溃散砂芯的有利作用 混入的砂芯可以代替部分或全部新砂，用来弥补型砂的损失，并可冲淡回用砂中增多的灰分。此外，树脂芯砂的混入还能利用砂粒上残余的树脂膜。树脂膜也是含有碳素的材料，能够部分地代替铸铁湿型砂中的煤粉，起防止铸件表面粘砂的作用和减少的煤粉加入量。流入旧砂的砂芯量占旧砂量的比例因工厂的生产条件、铸件种类等众多因素而异，必须通过现场测定才能确定各种铸件的溃碎砂芯流入量。第一汽车公司第二铸造厂三种汽缸体铸件落砂时，一部分芯头被筛除掉，大约有砂芯重量的80%溃散流入旧砂中，占砂箱中旧砂量分别为1.96%、3.25%和4.4%。德国KHD铸造厂生产曲轴箱和汽缸头等铸件，使用冷芯盒砂芯和壳芯。以其中两种铸件为例，第一种铸件在落砂时有90%的砂芯流入旧砂中，占砂箱中旧砂量的6.7%，另一种铸件有70%的砂芯流入旧砂中，占旧砂量的16.0%。德国Mettmann铸造厂8种铸件的芯砂流入量占相应砂型中旧砂量的0.144.25%。Harzer铸造厂生产汽车球铁件和灰铁件，芯砂流入量达到型砂总量的12%。砂系统不加新砂，只靠溃散芯砂流入即可满足补充砂粒损失和冲淡灰分的需要。2.2.2.2 溃散砂芯的不利作用 虽然溃散砂芯可以起一些有利作用，但如果旧砂中不断积累了多量粗粒的溃碎砂芯，有可能给型砂性能带来多种负面影响:有些铸造厂使用高压造型或气冲造型方法，所用型砂颗粒的比一般的振压造型方法稍粗，粒度与芯砂基本相近，都是100/50或50/140，就不存在变粗问题。但是有些震压造型铸造工厂所用湿型砂的粒度是70/140，而树脂砂芯粒度是用50/100或更粗些。芯砂混入过多就会影响整个湿型旧砂的粒度变粗，从而引起型砂透气性居高不下，铸件表面日益变得粗糙。很多工厂为了保持型砂的粒度不致变粗，除了必须将除尘系统的微粒全部回到旧砂中以外，混砂时需要加入细粒新砂来纠正。例如美国一灰铁铸造工厂由于旧砂中掺入了大量溃散的树脂砂芯（AFS细度5255，大致相当于50/100），使型砂透气性过高，湿压强度降低，铸件表面粗糙。采取的措施是混砂时加入5%集中在100和140目的两筛分布细砂，型砂的粒度改善成为50/140四筛分布，使铸件表面品质提高，还使混碾效率得到改进。国内外有多篇文章论述砂芯粘结剂的凝聚物使湿型砂的大部分性能受到不同程度的损害。掺入大量芯砂的湿型砂韧性下降、发散、湿态强度和热湿拉强度降低。未烧损的芯头的伤害作用更为显著，所以都尽量避免芯头大量混入型砂。硬化后酚醛树脂壳芯砂的危害较小，热芯盒芯砂的作用介于两者之间。但是也有人的研究表明酯硬化酚醛树脂和酚醛/异氰酸酯树脂的溃碎砂芯对湿型砂性能和铸件质量都无不利影响。还有人认为热芯盒砂和冷芯盒砂对湿型砂性能只有轻微影响，稍微延长混碾时间和增多膨润土加入量就能够抵消混入芯砂的不良影响。个别生产发动机气缸体的工厂可能溃散砂芯混入量相当大，已然超过补充砂粒损失量和冲淡灰分的需要量。即使混砂时不加入新砂，也不得不故意扔掉一些可用的旧砂以免砂系统中总砂量过多。而所扔掉的旧砂都是品质最好的砂子。未烧损的砂芯心部及芯头，经破碎过筛后，仍有相当部分玉米粒大小砂团块进入混砂机。经过短时间混制后，还有小的芯砂团块存在型砂中。这些小团块如在砂型内部，对铸型及铸件不产生损害；如果在砂型表面，特别是在模型凹槽或棱角处；将影响该处的紧实度，引起局部疏松，有可能产生冲砂、砂眼、轮廓不清等缺陷。2.2.3 原砂加入量 虽然溃散砂芯的混入有各种优点和缺点，但这是不可避免的事实。在我国一般铸造厂混制单一砂时新砂加入量大多在510。使用了大量树脂砂芯的工厂可能只需加入05的原砂。有些铸造工厂使用的各种造型原材料品质低劣，将大量灰分带入型砂中，又缺乏有效的除灰分设备，以致型砂含泥量越来越高，必须加入多量原砂（例如1520）来冲淡灰分。如果所用型砂原材料品质优良(效果好、加入量少、灰分少、热稳定性好)，旧砂处理良好(破碎充分、不跑砂块、微粒全部回用、粉尘部分回用)，对于无砂芯的铸造工厂而言，生产每吨铸铁件大约需要补充新原砂90180kg，就能完全满足前述目的。对于有少量砂芯的铸造工厂而言，溃散的砂芯进入回用砂中可以代替新原砂所起的作用。还要加入多少新原砂则取决于已经进入旧砂的溃散砂芯量是否足够。 原砂和旧砂的定量设备有两大类：即容积定量和重量定量。容积定量是根据混砂机一次批料量设计成的一次投放或两次投放的容积式容器。重量定量则是根据混砂机一次装砂量来设计成的杠杆配料秤或电子配料秤。当前新设计的机械化砂处理设备都是采用电子配料秤。它是将称量砂斗悬挂在三个支点上，每个支点上有一个电阻应变式传感器，靠它反映到控制仪表，按照预先设定的数值控制旧砂斗下面的带式输送机给料量。对于铸件类别比较稳定的工厂中，可以不在混砂机上面设原砂斗和称量装置，而是将原砂按一定比例加入到旧砂的回用带式输送机上，这样可使砂处理系统简化。2.2.4 冲淡灰分需要砂量的计算 计算各种材料在浇注后的型砂中产生多少灰分，可以作如下的假定：新加入各种批料量恰好等于型砂中该材料已烧损失效量。亦即新加入批料充分烧损后的残留量就等于该材料在型砂中已经产生的灰分量。另外，由于用灼烧方法测定批料的灰分是使用烘干状态材料，而所加入材料量都是指含有少量水分的材料。所以在计算新加入批料带入灰分量时需要扣除所含水分。以下用两个简化的例子说明批料带入的灰分总量有多少，需要用多少新砂冲淡灰分。例一：一般情况下，弥补砂粒损失所加入的原砂和混入溃散砂芯量已足够冲淡灰分。但是如果各种新加入材料的品质不良，就会带入大量灰分，靠原砂和溃散砂芯尚不足以冲淡灰分。例如某铸造工厂的单一型砂要求含泥量15%，只有少量砂芯，落砂时溃散砂芯混入旧砂量极少，可以不计。各新加材料的品质不佳，带入灰分分别如下： 批料所加原砂为未经水洗的当地砂，含泥量2%，含水量3%，加入量15%。含泥量留在型砂中成为灰分，所带入的灰分量如下： 2%（1003）15= 0.291%。 加入的膨润土品质较差，吸蓝量只有25ml，因此混砂加入量3%，含水量10%。此膨润土灼减量为5%，其余的95%成为残留灰分，带入型砂中灰分量如下： 95%3（10010）= 2.565%。 煤粉品质相当差，挥发分只有25%，灰分20%，含水量5%，混砂批料加入2.5%，带入型砂中灰分： 20%（1005）2.5= 0.475%。 三者带入型砂的灰分合计： 0.2912.5650.475 = 3.331%。 由于砂处理系统无除尘装置，只能靠新加入材料进行冲淡灰分。要使新增加灰分也处于含泥量15%的水平，需要加入不含泥分干原砂量（X）如下式： 折合含泥分和水分的原砂： 22.21（10.02）（10.03）23.33 由于铸件为薄壁小件，浇注后铸件表面基本上不带砂子，也没有废砂团块排除。批料中只加新砂15%已超过砂粒偶然丢失，但与所需冲淡的23.33%相比显然不足。结果是型砂中灰分越来越多，含泥量越来越高，型砂的各种性能越来越差，铸件废品率逐渐增高。有的铸造工厂采取的办法是过一段时间后大量扔掉旧砂，用全新砂混砂。这样办法将使整个型砂性能突然改变，更加难以控制。例二：另一工厂使用优质原材料，型砂要求含泥量13%。为了补充砂粒损失，原砂加入量为10。只有少量带砂芯铸件，混入芯砂可忽略不计。各新加材料带入灰分分别如下： 原砂使用水洗内蒙砂，含泥量为0.8%，含水量2%，加入量为10%，则带入型砂灰分为： 0.8%（1002）10 = 0. 0784% 膨润土用优质的，含水量10%，灼减试验测得灰分为94%，混砂加入量只需0.8%，带入灰分： 94%0.8（10010）% =0. 6768% 煤粉也用优质的，含灰分8%，含水量5%，混砂加入量只需0.3%，带入型砂中灰分： 8%（1005）0.3 = 0.0228% 三者合计带入灰分： 0.0784%0.6768%0.0228% = 0.778%。 为了使新增灰分达到同样的型砂含泥量13%，需要原砂冲淡量： 只需用原砂5.99%冲淡灰分，不超过弥补砂粒损失的原砂加入量的10。 由上面的计算看出形成灰分最多的是膨润土，补充加入的膨润土量就等于被烧损量。因为灼减量较少，剩余下灰分（死粘土）占绝大部分。因此所有湿型砂铸造工厂应尽量选择高粘结力和高热稳定性的膨润土来减少其加入量和烧损量，从而减少所需冲淡量。2.3 混砂加水量 混砂加水量多少是根据造型处要求的型砂干湿程度（紧实率）为准则的。一个工厂的型砂最适宜紧实率的变化范围有限。机械化造型流水线的型砂尤其如此。例如中等大小铸铁件机器造型用单一砂在造型处的紧实率大体为3442%，高密度造型的紧实率大致是3238，手工造型用单一砂的紧实率可能为4555%。但是混砂加水量还要根据回用砂含有水分量而定。如果回用旧砂中有未浇注的砂型，回用砂就会含有过分高的水分。如果经过周末或长假日，车间中尚有未落砂的砂型，就会使回用旧砂变干。此外，混砂加水量还与型砂的含泥量和膨润土、煤粉的品质有关。如果原砂、旧砂中的含泥量较低和用好的膨润土、煤粉，为了达到同样的紧实率型砂可加入较少的水份。混砂时必须预先考虑到型砂在运输和存放等过程中含水量和紧实率的损失，需要适量提高少许加水量。 与其它材料相比水是最价廉的。每生产1吨铸件，型砂消耗水量不过0.10.3吨，不是构成铸件生产成本的主要组成部分。但是对于型砂而言，加水量出现少许偏差都会对型砂的性能产生显著影响。在生产中，混砂加水的关键技术是如何将水量控制的正好符合要求。很多国内铸造工厂靠混砂工人手工操作给水阀门，根据手捏感觉和混砂机中型砂翻滚或粘附围圈壁现象控制混砂加水量。这种控制办法需要丰富经验，而且得到的型砂干湿程度波动较大。还有的工厂用带液位显示器的水箱自动控制加水量，或者用定量水表自动控制加水量。但是这两种加水自动控制方法并不可靠，最后仍需手捏来调整型砂湿度。也有些工厂在混砂加水时，边加水边用锤击式制样机测型砂紧实率，比仅用手捏判断紧实率准确的多。如果紧实率不足，就手控水阀多加些水。紧实率过头，就只好再加些砂子。如此反复几次就能将紧实率达到要求范围内。总之，靠人工加水成为很多工厂中湿型砂性能不稳定的主要原因。不少工厂的混砂工作是由未经专门培训的临时工担任，型砂性能波动情况就更加严重。因此，湿型砂铸造工厂迫切需要混砂机上装有自动加水控制装置。 由于混砂所加入的水分具有极強的渗透力和润湿性，能够迅速分散到整个型砂中。十几秒钟（快速混砂机）到半分钟（碾轮混砂机）左右的混砂时间就能将水分散均匀，即可显示出紧实率或含水量是否已经达到最终的目标值。这种特性对于采取自动化方法控制混砂加水量极为有利。做为本批所混型砂提供自动控制的办法可以称作“本批控制”。加水量的本批控制有两类：连续加水控制法：边加水边自动测定型砂的紧实率或含水量，直到测定值符合预先设定值，就自动停止加水。一次加水控制法：预先靠仪器的探头，自动测定出将要混制的砂子湿度，经过计算机运算得出需要加水量，一次将水加入混砂机中。 这两类方法的产品有多种，都能将混出型砂的干湿程度符合要求，已经在欧美等过使用多年。国内有些设备较好的铸造工厂引进了国外的自动水分控制仪器，应用效果也颇令人满意。由于仪器结构和控制系统比较复杂，在本文中不做详细讲解。有需要者可与产品生产和经销公司直接联系。以下仅简单介绍几种常见的加水自动控制装置的基本原理。2.3.1 造型性控制仪（缝隙法水分控制仪）图6 造型性控制仪结构图1加料槽 2振动给料器 3窄缝隙 4宽缝隙 5振动器 61号光电管 72号光电管 当型砂由干变湿时，便从松散状态逐渐变成黏性状态。开始时型砂能够轻松地通过空眼较细的筛孔。当水分较多时，型砂在细的孔眼上形成“搭桥”现象，只能通过孔径宽大的筛孔。过去曾经用200g型砂通过旋转的直径f178mm，筛孔尺寸为10mm的圆筒筛，10s后通过筛网的砂量占原来试样量的百分比称为该型砂的造型性，认为造型性在7080为型砂的最适宜干湿程度。但是这种形式的仪器只能测定混制好的型砂的干湿是否符合要求，不能用来控制混砂加水量。其后，根据砂子过筛原理，研制出具有窄缝和宽缝的造型性控制仪，能够根据型砂从缝隙漏下状况自动控制加水量（图6）。开始混砂和陆续加水后，螺旋取样器不断从混砂机中取出砂子，经过振动槽的上层向前输送。由于砂子较干，绝大部分砂子能通过窄缝漏下落入控制仪的下层，遮挡着1号和2号光源灯发出的光线，不能投射到对面的光电管。于是大流量的粗加水电磁水阀和小流量的精加水电磁水阀全部开启继续加水。同时会有少量团块从仪器末端排除，并不影响控制结果。当型砂含水量增加到一定程度时，型砂就越过窄缝而从宽缝漏到下层，只能遮挡2号光电管的透光小孔，大流量电磁水阀自动关闭，只留下小流量水阀继续加水。当型砂达到预定的干湿程度时，型砂不能从窄缝和宽缝漏到下层，两只光电管均受光，立即控制小流量电磁水阀停止向混砂机加水，从而完成加水的自动控制。控制仪宽窄缝的宽度可以调节，以适应铸造工厂对型砂干湿程度的不同要求。国内有个别铸造工厂一直成功地使用这种自动加水装置，经验是必须经常擦净光源灯和光电管的玻璃片。但是也有一些工厂由于混砂机处尘土飞扬和空气潮湿，以致不久光源灯照不出光线，光电管也接收不到光线，仪器的安装位置又令工人难于接近去擦玻璃片，最后只好将仪器拆掉。2.3.2 槽轮式紧实率控制仪图7 槽轮式紧实率控制仪1取砂螺旋 2松砂叶片 3振动槽 4平砂刮板 5位移传感器 6压实轮 7槽轮 8光电管 混砂加水时取样螺旋连续地从混砂机中取出砂样，经松砂叶片松散后落到振动槽的上层。在上层槽底有一可调节的缝隙，目的是筛除砂团，不进入槽轮。型砂落到振动槽的下层后，送入槽轮的凹槽中并随轮一起转动，固定的刮板将高出凹槽的型砂刮去。压实轮的宽度略小于凹槽，凹槽内型砂被压厚度减小，用位移传感器测定压砂行程，靠微机计算出紧实率。根据测得紧实率控制粗加水和精加水的电磁水阀，继续加水直到紧实率符合要求为止（见图7）。这种控制仪的原理与型砂性能检验中的紧实率试验相同。但是缺点在于凹槽深度浅，只有19mm，与紧实率试验的高度120mm相差悬殊，必然影响控制精度。而且在凹槽中的型砂受压时不免向侧面滑移，也影响测定结果的可靠性。目前尚不知有哪家工厂使用它控制混砂加水量。2.3.3 紧实率控制仪图8 带型砂强度测定装置的紧实率控制仪a)原始位置 b)加砂 c)测紧实率 d)测强度并推出砂样1混砂机 2取样门 3测紧实率油缸 4测强度和推出砂样油缸 5移动底版汽缸 6移动砂样筒汽缸 7砂样筒 8底版 9刮砂板 当前铸造工厂应用较多的混砂水分控制仪之一是紧实率控制仪。它的测定紧实率方法与测定型砂性能紧实率完全相同。也是将从混砂机取出的型砂落入一只圆筒中，刮平上面的砂子后用生成紧实力1 MPa的气缸（或油缸）压实（大体相当制样机冲击三次的紧实力），由附带的位移传感器测出型砂的紧实率。据此控制混砂机加水的电磁阀。各公司供应的的紧实率控制仪原理同样，而具体结构有一些区别。例如有的仪器用螺旋取样器，有的用打开挡板取样。有的结构极为简单，直接控制加水阀门，使用和维修方便，售卖价格低廉。能够可靠和迅速地将混砂机中的型砂紧实率调整到与设定值相差只有1。仪器的取样是间歇性的，根据混砂周期长短不同，有的取样频率大致在每1215s取样一次，也有的仪器每12min取样一次。 还有的采用同样原理的控制仪不仅控制水分加入量，还增添了别的装置，用一台仪器接续测定型砂强度（可能是抗压强度、剪切强度或劈裂强度中的一种），输入计算机后用来调整本批型砂中膨润土加入量是否足够。也有的又测定型砂透气性、温度、含水量等性能，这几种性能只用来显示和打印，不能进行控制。我国有些工厂所用的DISA/GF公司的SMC型砂性能在线检测仪（见图8），取样器从混砂机侧孔型砂，经松散后进入样筒，砂满后刮平多余砂，用紧实率汽缸压实和测出紧实率。再移至强度测试气缸位置，用强度测试探针进行强度测定。这些多功能紧实率测定仪的结构复杂，价格较贵。2.3.4 电容法水分自动控制仪图9 电容法混砂水分控制装置1控制箱 2温度传感器 3信号转换器 4含水量测试棒 5流量计 6电磁阀 7过滤器 一般是在混砂机上方的称量斗中安装有电容传感器的测试棒，将测头的一极插入砂中，砂斗壁为另一极，由这两个极组成一个电容，回用砂作为两极间的介质（见图9）。砂中含水量的微小变化会引起旧砂介电系数和电容变化。砂子含水量越低电容量越大。运算器根据事先测得的电容水分对照曲线，连同测得的旧砂温度和砂量，计算出需要向混砂机中的加水量。并向控制器发出信号，开启电磁水阀加水。到流量达到要求时，自动关闭水阀，电磁水阀一次将水加足。德国Eirich公司的型砂性能在线检测仪器用电容法测定砂子湿度和温度，除了用来自动控制混砂中型砂水分，还测定混制型砂的强度，用来调整膨润土加入量。2.3.5 电阻法水分自动控制仪图10 电阻法混砂水分控制装置1流量计 2水桶 3定量加水控制器 4称量砂斗5温度传感器 6电控水阀 7喷头 8刮板 9测湿探头 将插在混砂机中的测试棒作为一极，混砂机的底板和侧壁作为另一极（见图10）。在电路上加上电压，测量两极之间的电阻。当砂子含水少时，其电阻大，所含水分多时电阻值小。这个电阻值的变化可以通过电路转变为电压的变化。计算机里的信号采集卡将此电压信号与事先存储在计算机里的电压型砂水分关系曲线进行对比，将测得的温度进行修正，就可以得出砂子的实际水分含量值。然后然后控制电磁水阀一次将水加够。德国Foundry Control公司的SMC型砂性能在线检测仪器每10s测试一次型砂的含水量和温度，可实现型砂的水分自动控制2.4 膨润土加入量型砂中所含膨润土的多少是为了达到适宜的型砂湿态强度要求。膨润土批料加入量所起的主要作用有两方面：一是替代受到浇入金属液热作用而被烧损的膨润土量。另一个是粘结新加入材料所需补充加入的膨润土量。2.4.1 膨润土的烧损量2.4.1.1 烧损量影响因素 影响膨润土烧损量的因素有以下几种：型砂强度的要求：高密度造型的型砂湿态强度比普通机器造型或手工造型高，手工造型的型砂湿压强度可能60100kPa已够，一般机器造型大约要100140kPa而高密度造型则大多在140200kPa范围內，因而型砂中有效膨润土量不同。有效膨润土量高的型砂在浇注时受到热作用而烧损的膨润土量多，必须多补偿加入膨润土来弥补损失。例如型砂含有效膨润土10%与含5%相比，膨润土的烧损重量kg必然多一倍，需要补充加入的