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1、湿型砂检测技术于震宗 目录211引言12湿型砂取样方法13湿型砂基本组成物23.1含水量23.2含泥量33.3砂粒细度43.4有效膨润土量63.5有效煤粉量74湿型砂特性94.1标准工艺试样制备94.2紧实率的测定104.3透气性104.4型砂强度124.5破碎指数144.6可紧实姓和流动性154.7起模性164.8表面耐磨性174.9热湿拉强度174.10 激热开裂试验184.11抗机械粘砂性能184.12砂型硬度195型砂检测频率和结果整理195.1型砂检测频率195.2检测结果整理201 引言为了保证湿型铸件具有良好的表面品质，必须使用经过检验证明的良好品质型砂。一个正规的铸造工厂型砂实
2、验室中对型砂品质检测应当包括：型砂组成物如砂粒、有效膨润土、有效煤粉、水、灰分、团块等；型砂特性如紧实率、透气率、强度、韧性、流动性、温度、起模性、表面耐磨性、抗粘砂能力、抗夹砂能力等。上述的组成物含量和型砂特性统称为型砂性能，这两部分性能是密切联系在一起的。本文将介绍高品质湿型砂对性能的测试方法。旧砂的组成物与型砂基本相同，只是含量多少有一些区别，将与型砂一并讨论。本文专供型砂实验室工作人员参考，有关湿型砂性能的具体要求另有专文介绍，不在本文范围之内。2 湿型砂取样方法根据GB/T 2684-1981铸造用原砂及混合料试验方法标准规定，选取型砂试样应避免从砂堆表层收集已失去部分水分的混合料。
3、试验用试样必须取经过与铸造车间相同方法处理过的型砂，直接从铸造车间混砂处取样，以及从造型处取样。应当取3份样并混匀，一次不少于2 kg，送往型砂实验室进行检验。 补充说明： 应当由实验员亲自取样，不由混砂工或其他人代取代送，以保证试验结果严谨可靠。 型砂的取样地点应为混砂机和造型机两处。前者可以及时发现性能有无异常，以便立即采取纠正措施。由于湿型砂从混砂机运送到造型机时各种性能有变化，为了满足造型和浇注的要求，以及铸件表面品质的需要，应当以造型机处型砂性能为控制基准。 从取样处将型砂拿回实验室的容器应当是有盖的塑料桶、盒，或者有盖的搪瓷盘。不可用旧报纸托回实验室。以免纸张吸水和在空气中水分蒸发
4、而性能改变。 将从现场取得的生产用型砂（旧砂），迅速用永久磁铁搅拌吸出混入的铁粒，然后立即装在密闭的容器中，或放入不透气的塑料袋中并札紧以保持水分不丢失。 在没有混砂自动控制加水装置的机器造型工厂中，型砂性能的检测可分为以下几类：型砂的紧实率、含水量、透气率、湿态强度(抗压及抗剪)、韧性(变形量或破碎指数)等性能每12h从混砂机卸料口取样一次，每班从造型机砂斗下取样12次。有效膨润土量、有效煤粉量、热湿拉强度、流动性等性能每日由造型机砂斗下取样一次。型砂的含泥量每周取样23次。型砂的砂温、颗粒组成、团块量等性能为不定期性检测。 如果一条生产线的铸件特征基本相似，具有效果良好的旧砂冷却装置，混砂
5、机装有型砂湿度控制装置，每班只从造型机取样两次，检验紧实率、含水量、湿压强度、透气性、韧性和流动性。另外，每班一次检验有效膨润土量、有效煤粉量、热湿拉强度。 旧砂从混砂机上面的旧砂斗取样，每周23次。检测项目为含泥量、有效膨润土量、有效煤粉量、粒度、团块量。 3 型砂的基本组成3.1含水量 按照国家标准GB/T 262481铸造用原砂及混合料试验方法中规定用以下两种烘干法进行试验，以砂样烘干前后重量的减少量代表含水量。 快速法：称取试样200.05g，均匀铺在盛砂盘中。将盛砂盘置于SGH型红外线烘干器內烘610min，然后取出冷却和称量。按下式计算含水量： 式中：w (水) 试样含水量%； m
6、1 烘干前试样质量g； m2 烘干后试样质量g。 仲裁法：称取试样500.01g，置于玻璃皿内，在温度为105110的电烘箱內烘干至恒重（一般烘30min后，称其质量，然后每烘15min称量一次，直至相邻两次称量之间的差数不超过0.02g时，就算恒重）。置于干燥器中冷却到室温，再进行称量和按上式计算含水量。补充说明：湿型砂中经常掺杂有铁粒，为了保证测试准确，烘干前称量型砂试料时应先用磁铁将其中可能混杂的铁粒吸掉。用塑料勺向烘干用盛砂盘中加入试料时，应上、下层均匀取样和避开团块。并且尽量在盛砂盘中均匀摊开试料，避免局部堆积。以上的操作要快速完成，以免试料丢失水分。国内很多铸造工厂的型砂实验室称量
7、试料所用天平是最大称量值50g或100g的药物托盘天平。天平的感量大约只有0.1g，难以达到GB/T2684-1981规定的精度200.05g。在烘干前后使用这种托盘天平两次称重的结果可能形成最大绝对误差可能高达0.2%。对于型砂含水量只有35%的计算误差是过高的。因此建议称量天平的感量最低限度应当为0.01g。最好使用感量0.01g 或0.001g的电子天平。可以保证由于称量和试料不均匀所造成的含水量误差绝对值不超过 0.02%。由于这种1/100g天平应用最为频繁，测定型砂含水量的操作应当迅速，以免在试料达到预期重量之前消耗过多时间和丢失水分。电子天平的重量立即自动显示，还可以自动去除容器
8、重量，使用极为方便。售价分别仅有五百元和两千元左右。如果取样比较均匀，称取重量可以10g左右，不需要凑整数。根据烘干前后显示的重量数值可以很容易地用计算器得出含水量（%）。 工厂日常检验型砂的含水量都只采用快速法。国产的SGH型双盘红外线烘干器的烘干温度是靠调节红外线灯泡高度，但是可调范围不大。曾用水银温度计测定盛砂盘的温度高达160170。型砂内如果含有煤粉、重油等易挥发物质，可能会随水分烘掉一部分，使测得数值要比实际含水量偏高。如果出现冒烟现象应改用105110电烘箱进行烘干。 仲裁法要求将试料烘干至恒重，操作相当繁琐。对于型砂使用电热烘箱加热只要30min的精度要求已然足够，不需反复烘干
9、和称量。国内有几家外资和合资铸造厂使用进口的附有加热装置的电子天平来测定型砂含水量。仪器用卤素灯等方法加热，盛砂盘的受热温度可以在50200范围内任意设定（间隔1）。天平读数为0.001g，取样重量无须凑整数，也不用另外记录，仪器会自行记忆烘干前后重量并计算出测定结果。干燥时间的终点控制可以是定时的，也可以是达到恒重的自动终点控制（例如20s之间重量未改变即可认为是已达到恒重）。10g试料的含水量标准偏差只有0.015%。如果设定温度为105，只需610min就可以烘干达到恒重。耗用时间并不比用SGH型双盘红外线烘干器长，不会损失煤粉、重油和其它附加物，而且操作极其简单和方便。3.2 含泥量
10、GB/T 9442-1998铸造用硅砂规定型砂中大于等于20mm的颗粒为砂粒，直径小于20mm的微细颗粒为“泥分”。测定方法是采用冲洗法，根据悬浮在水中的砂和泥分的直径大小不同，其下降速度也不同的原理将泥分与砂粒分开，称量剩余砂粒的重量即可得泥分的含量。按照Stokes公式计算如水温为20，静置5min后，直径大于20mm密度平均值2.62 g/cm3的砂粒应沉降到距离水面100mm以下。没有沉到100 mm 以下的细粉部分则属于泥分的一部分，可用虹吸管将这部分水和悬浮的泥分吸出。经过多次反复沉降和虹吸，直到水清为止，表明砂样中泥分已洗净。 GB/T 2684-1981规定：称取105110烘
11、干的型砂或旧砂500.01g，放入容量为600mL的专用洗砂杯（见图1）中，再加入390mL蒸馏水或去离子水和10mL5%浓度焦磷酸钠溶液。煮沸35min后，将洗砂杯置于SXW型涡旋式洗砂机上搅拌15min。取下洗砂杯，向杯中加入清水至标准高度125mm处，用玻璃棒搅拌30s，静置10min，用虹吸管排除水面下100mm以上的浑水。第二次起改为加入清水至高度125mm处，重复上述操作。第三次及以后的操作与上述相同，但每次静置时间为5min。反复进行岁次，直至洗砂杯中的水透明为止。最后一次将洗砂杯中的清水排除后，把试样和余水倒入装有定性滤纸的玻璃漏斗中过滤，待余水滤净后，将试样连同滤低置于玻璃皿
12、中，在电烘箱中烘干至恒重。置入干燥器中，冷却后称量砂粒部分重量，按下列公式计算含泥量：图1 洗砂杯 式中：w(泥) 试样含泥量%； m1 水洗前试样质量g； m2 水洗后试样质量g。补充说明： GB/T 2684-1981要求将型砂烘干后称取试样，但是干燥型砂最易偏析，粗粒浮在上面，细粒和粉末沉底。粗粒和细粉的含泥量会有较大区别，应当从从顶面和底面均匀取样。最好称取湿态型砂做试验，另外再取一份湿态型砂测定含水量。最后经过简单计算扣除含水量即可得干态型砂的准确含泥量。 应当使用专用的600mL洗砂杯(耐热玻璃高烧杯)，不要用500mL普通玻璃烧杯。否则沉降距离不够100mm，或者水面100mm之
13、下与沉淀砂粒距离太近，容易将砂粒吸掉。经验表明高度为180mm的800mL洗砂杯更好用，试料液体不易沸出，也便于用手搬动。 开始时烧杯中加有390mL蒸馏水或去离子水，不用自来水的原因是硬度较大的自来水中含有钙和镁离子，型砂和旧砂在碱性溶液中能够生成絮状的钙盐和镁盐等固体析出物。飘浮的絮状物容易夹杂砂粒，虹吸时会被吸掉而造成测定误差。 加入10mL浓度为5的焦磷酸钠(Na4P2O710H2O)溶液的作用为的是分散开砂粒上包覆的泥分。 为了使砂粒上的粘土膜完全分散，GB/T 2684-1981规定应当煮沸35min，冷却后再在涡洗式洗砂机搅拌15min。研究工作表明，搅拌作用有利于打散絮状物，但
14、也有可能将砂粒打碎。笔者通过研究工作表明：只需将盛有型砂和分散液的洗砂杯在电热盘上煮沸5min已能使泥分脱离砂粒表面，不需要搅拌和不会打碎砂粒。洗砂烧杯的加热应当在垫有石棉网垫和装有调压器的盘式电热炉上，沸腾时应当及时降低电压和用手照料烧杯，以免澎溅和烧杯蹦跳。图2 自动洗泥仪 烧杯中液体冷却后，加入清洁自来水至标准高度125mm处。用竹木筷子或细塑料棍搅拌均匀，不必使用玻璃棒搅拌，以免操作不慎而捅漏玻璃烧杯。搅拌时应注意不断改变筷子的旋转方向，注意液面不可形成漩涡，并尽量使沉淀下的砂层平坦无凸起处，否则砂粒在杯底中心积聚成突起的角锥形，虹吸时可能被吸掉部分砂粒。笔者常用猛开自来水龙头的方法，在加水的同时靠水流的冲击力使砂样均匀分散悬浮于水中，不需要搅拌，砂粒沉降时自动平铺在杯底。静置10min后用虹吸管吸出距水面下100mm以上的混水。吸水时最好使虹吸管的入口端紧贴烧杯内壁逐渐下降，以便监察下降深度。不可将虹吸管一下插到底，以免水流过猛而吸出砂粒。如此重复操作一次后，从第三次起改为静置5min，直到洗砂杯中水质清澈为止。 所引用的Stokes公式中的很多参数都非定值。例如水的密度和粘度随温度而变。砂样的密度取平均值2.62 g/cm3也非完全合理，石英、长石、云母的密度各不相同，煤粉的密度只有1.21.45 g/cm3。因此，测出
