铸钢件粘砂原因及化解路径

本文作者：李红、孙振国、刘东伟 单位：沈阳铸锻工业有限公司

粘砂原因

足够的压力使金属液渗入砂粒之间。较高的金属液静压力头。即由铸件浇注高度和浇注系统形成的压力。如该压力超过砂粒间隙之间毛细现象形成的抵抗压力。即P毛=2σCOSθ/r,式中P毛为毛细压力；σ为金属液表面张力；θ为金属液毛细管的润湿角；r为毛细管半径。就会形成机械粘砂。静压力头超过500mm，铸造用砂又较粗，多数会产生机械粘砂。上式也说明r越大，即砂粒粒度越粗，P毛越小，即较易产生机械粘砂；金属液在铸型内流动形成的动压力；铸型“爆”或“呛”。即铸型浇注时释放的可燃气体与空气混合并被炽热金属液点燃所形成的动压力。

机械粘砂一经开始，即便压力减小，金属液渗透还会继续进行，直到渗透金属液前沿凝固。即金属液温度低于固相线温度，渗透方可停止。

化学粘砂最通常的原因是砂型和制芯用原材料耐火度、烧结点低；石英砂不纯；没有使用涂料或使用不当；浇注温度过高；浇注不当致使渣子进入铸型等因素造成。

结合我厂的生产实际和铸件粘砂情况来分析，粘砂即包括机械粘砂又包括化学粘砂。铸件冒口设计过高，压力头过大，容易粘砂。型砂撞实度不高，砂型、砂芯不致密，容易粘砂。涂料涂刷效果不佳，从操作过程来看，涂料涂刷后局部存在不均匀现象，有的地方可见明显的砂粒，有的地方涂料过厚，有明显砂粒的地方就容易粘砂。部分木型外观质量不佳，导致砂型、砂芯表面质量差，影响砂型、砂芯表面光洁度，容易粘砂。浇注温度高，浇注速度满，浇注过程中，涂料层容易被烘烤掉，使砂子与钢水直接接触，导致粘砂。厚大热节处和细长孔处，局部温度过高，铸件容易粘砂。排气系统不好，容易引起铸型“爆”或“呛”产生动压力，导致机械粘砂。再生砂中的残余Na2O,可用来增烧结材料中的液相量，作为型砂的组成物，将剧烈产生型砂烧结。

工艺措施

通过分析查找出我厂铸钢件粘砂的主要原因，特制定如下工艺措施，防止铸件粘砂。合理设计冒口，避免冒口过高过大，尽可能减小压力头。全面提高型砂撞实度。虽然石英砂的流动性较好，但是造型过程中仍要撞实，提高撞实度是非常重要的操作步骤。通过提高撞实度，极大程度上增加了砂粒之间的致密度，尽可能地减小了金属液进入砂粒之间概率。刷好涂料，保证2mm厚且均匀，不得有露出砂粒部分。对于砂型、砂芯表面坑坑包包的地方，采用涂料配砂子的办法进行修补以及采用砂布磨平的办法，保证砂型、砂芯的表面光洁度。加强木型外观的检查和控制。外观不合格的木型坚决不收，从源头上杜绝了模具不好带来的质量隐患。严格按照工艺要求控制好浇注温度，避免高温浇注。浇注过程中大炉尽可能采用双眼浇注，保证铸件钢水的上升速度，避免浇注速度慢而长时间对砂型进行烘烤，导致涂料脱落产生粘砂。厚大热节处，采用铬铁矿砂砂，细长孔处采用宝珠砂配铬铁矿砂。铬铁矿砂有急冷作用，可起到外冷铁的作用，也能在遇到钢水时烧结形成屏蔽阻碍钢水与砂芯中间部分砂子接触，避免粘砂。细长孔处采用宝珠砂配铬铁矿砂即可避免粘砂又可有利于该处砂芯的清理。在造型和制芯过程中，要扎排气孔，上箱和下型相连，最大程度上把浇注过程中产生的气体排除型外。控制好再生砂质量，尽量减小再生砂残余Na2O的含量。如提高焙烧温度，减少CO2砂的应用，降低液料的加入量，做好砂线和混砂机的除尘工作。

铸件粘砂问题的解决情况

采取以上合理的工艺措施，能够切实地解决我厂铸件长期存在的铸件粘砂问题。从2011年8月份以来，铸件粘砂开始缓解，尤其是10月份以后，铸件粘砂问题得到较好的控制。

结尾

铸件粘砂问题搬入新厂区以来一直困扰着铸钢公司，通过对铸件粘砂机理的研究，结合现场实际和粘砂的情况，找到了适合我公司的解决粘砂问题的工艺措施，并取得较好的效果。铸件良好的外观质量，节约了大量的清理费用。节约的清理费用包括：每个月节约1捆铁棍（5000元×3吨=1.5万元），5000根碳棒（2元×5000=1万元），1吨焊丝（1.2万元×1=1.2万元），由于补焊导致的回火煤气费用（1万元/炉×20炉=20万元）。即每月节约总额为1.5+1+1.2+20=23.7万元，一年下来节约237万元。