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1、优质铸造煤粉的选择与使用I.一、前言铸造用湿型砂中加入煤粉，可以防止铸铁件表面产生粘砂缺陷，改善铸铁件的表面光洁度，减轻抛丸清 理工作量，并能减少铸件脉纹、夹砂缺陷。对于湿型铸造球墨铸铁件，型砂中加入煤粉还有利于防止产生 皮下气孔。我国烟煤的矿藏丰富，产量巨大，价格低廉。几十年来湿型铸铁件生产工厂一直普遍采用煤粉作为最关键的附加物。我国铸造行业标准JB/T9222-1999对煤粉的要求如下：JB/T9222-1999标准（Ruler of JB/T9222-1999）灰分35%、硫分 2%、水分 4%粒度 应有95%以上的颗粒通过0.106mm的筛孔 但是，有些铸造工作者对煤粉的品种和质量要求
2、了解 不够深入。有的铸造工厂购入的是劣质煤粉。例如煤粉的光亮碳含量不足百分之三，灰分却达到百分之二、 三十乃至更高，挥发分仅在百分之二十甚至更低。另外，一些铸造工作者片面地认为低灰分、高挥发分的 煤粉便是优质煤粉，从而在检测时仅对该两项理化指标进行检测，并以此判断煤粉的优劣，其结果很可能 误入歧途，致使所用煤粉并非适合于铸造。针对上述情况，笔者根据多年来的服务实践和收集到的资料，将煤粉的作用机理及其对型砂性能的影响 进行简单介绍，希望能为铸造工作者提供有益帮助。二 选择煤粉（一）煤的种类及其相关性能。 煤按煤化程度的不同可分为褐煤、烟煤、无烟煤。众所周知，铸造用煤粉首先应属烟煤类。烟煤按煤化程
3、度又可细分为长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤。铸造用煤粉应以肥煤和焦煤为 原料，经过精洗、磨制而成。因为：1、煤在隔绝空气干馏时，在300500C之间，大量析出焦油和气体，几乎全部的焦油均在此温度范 围内析出，在这个阶段放出的气体主要为CH4及其同系物。此外，还有不饱和烃CnHm、H2及CO、C02 等。烟煤约在350 C480C之间煤粒发生软化、熔融现象，出现含有气泡的液相，许多煤粒汇合形成气、 液、固三相混合物，称为胶质体。液相组成中碳质沥青占主要成份。在不同变质程度煤中，焦煤、肥煤的 液相产率最多。由于含有气相，胶质体呈现不同程度的膨胀现象2、挥发分产率较高的煤（如长焰煤、气煤）受热
4、分解后形成很多对热不稳定的低沸点液体产物，很快受 热分解成气态产物逸出，而剩下的液体不足以使分散的“变形煤粒”粘结起来，所以粘结性较差。挥发分产 率较低的煤（如瘦煤、贫煤）受热分解时虽能形成较高沸点的液体产物，但是它的数量较少，不足以将分 散的“变形煤粒”粘结起来。挥发分产率中等的煤（如肥煤、焦煤）受热分解后能形成较多的液体产物，易 于将“变形煤粒”粘结起来。（二）煤粉防止铸铁件粘砂的机理。1、在铁水的高温作用下铸型表层的煤粉产生大量还原性气体，防止铁水被氧化，并使铁水表面的氧化铁还 原，减少金属氧化物和型砂进行化学反应的可能性。型腔中还原性气体主要来自煤粉热解生成的挥发分， 也包括碳与水在高
5、温下的水煤气反应生成的氢气。2、煤粉受热后开始软化，具有可塑性。如果由开始软化至固化之间温度范围比较宽和时间比较长，则可缓 冲石英颗粒在该温度区间受热而形成的膨胀应力，从而可以减少因砂型受热膨胀而产生的铸件缺陷。3、煤粉受热后产生气、液、固三相的胶质体，胶质体的体积膨胀部分地堵塞砂粒间的孔隙，使铁水不易渗 入。4、煤粉在受热时产生的碳氢化物（主要为芳烃类）的挥发分在650 C 1000 C高温下，于还原性气氛中 发生气相热解而在金属液和铸型的界面上析出一层带有光泽的微细结晶碳，称为光亮碳。这层光亮碳使砂 型不受铁水浸润和难以向砂粒孔隙中渗透，从而得到表面光洁的铸件。防粘砂机理1 要求铸造用煤粉
6、应具有较高的挥发分，机理 2 和机理3 要求铸造用煤粉应具有适宜的焦渣特 征，机理4要求铸造用煤粉应具有较高的光亮碳。根据煤的特性，有较高挥发分和适宜的焦渣特征的烟煤 是焦煤和肥煤。（三）煤粉的理化指标对其防粘砂性能的影响 煤粉的灰分、硫分越低越好。众所周知，勿须赘述。挥发分煤粉应具有足够多的挥发分，这是在铸型内形成还原性气氛，以及产生光亮碳所必要的。通常认为挥 发分不应少于28%，但是也并非越高越好，更重要的是应当具有良好的形成胶质体和分解出光亮碳的能力。 长焰煤和气煤的挥发分产率较高，在36%以上，甚至能达到40%之高。受热分解后形成很多对热不稳定 的低沸点液体产物，很快又受热分解成气态产
7、物逸出，胶质体的温度间隔小，滞留时间短，不能有效堵塞 砂粒间的孔隙，而且低沸点挥发分不利于产生光亮碳层。所以长焰煤和气煤并不适合用为湿型砂的抗粘砂 附加物。单独从挥发分的数值是难以判断煤粉质量的好坏，例如有的煤粉使用高挥发分和含有大量矸石的 原煤加工制成的，挥发分的测定结果可能有百分之三十以上，但是这种煤粉并不适于铸造。另外，使用长 焰煤和气煤，由于其挥发物的燃点较低，在运输和仓储过程中容易造成“自燃”现象，影响安全。焦渣特征 焦渣特征也称结焦特性。它反映煤在干馏过程中软化、析气、熔融形成胶质体，并固化粘结成焦的特性。焦渣特征按GB212标准划分为八级。如煤粉的防止铸件粘砂机理2和3所述，铸造
8、用煤粉在铁水高温作 用下应有较多的胶质体，特别是高沸点液相产物，且胶质体应具膨胀性。如此，才能堵塞砂粒间的孔隙， 使铁水不易渗入。GB212焦渣特征中6、7、8三级具有膨胀性，其中6级适于铸造。应避免使用强膨胀 熔融粘结的7、 8级，以避免将砂粒粘结成大的复合颗粒而影响型砂的复用性。焦渣特征为1-4级的煤粉， 即使挥发分较多，由于胶质体量过低，其抗粘砂效果不良。当其他理化指标合适时，焦渣特征为五级的煤 粉在生产应用中效果也是不错的。光亮碳煤在干馏过程中产生的气相产物在高温深度分解过程中，产生热解碳的显微结晶，沉积在灼热的物体上， 称为光亮碳。光亮碳含量高的煤粉受热析出的光亮碳层使砂型不被铁水浸
9、润，铁水难以向砂粒孔隙中渗透， 从而得到表面光洁的铸件。光亮碳含量在1216之间较为理想。光亮碳理论目前已被国内外铸造工作 者普遍接受。粒度我国行业标准JB/T9222-1999规定煤粉的粒度应95%以上通过0.106mm （140目筛）的筛孔。许 多企业按此标准制订企业标准。但欧美各国所用煤粉的粒度比我国粗，而且认为应当根据铸件的大小和厚 薄不同，对粒度应有不同要求。煤粉粒度粗些的优点是对环境污染小。较大铸件的凝固时间长，粗粒煤粉 可以保持较长时间发气，而且有助于改善型砂的透气性。浇注时细粒煤粉会立即燃烧掉而不能持久发挥作 用。但是煤粉的粒度也不可太粗，否则型砂变脆，修型困难，靠近浇口处易被
10、冲刷，铸件表面粗糙。重要 的是不可有大于1mm的颗粒，不然铸件局部表面会出现痘疤缺陷或气孔缺陷。要求铸件表面光洁的小铸 件则选用较细的煤粉。原则是煤粉的粒度应比原砂稍细些。高紧实度造型（如挤压造型、多触头高压造型、 气冲造型、静压造型）不可用极细煤粉，以免因透气性下降过多而使铸件产生气孔缺陷。水分行业标准JB/T9222-1999中要求水分不高于4%。而我国北方地区的气煤和长焰煤的水分达到 6-12%。这种水分不是物理水，而是结晶水，目测煤粉很干，但检测起来水分却很高。煤粉中水分高且不 说对铸造企业的经济利益受损（买煤粉而非买水），就使用角度讲，他也有很大不足。铁水浇注后，煤粉 在型砂中受热而
11、使其中的水分由液态变为气态，变化过程中，水分的体积膨胀是几十倍甚至上百倍。大量 的气体如果不能从砂型中及时散出，极易使铸件导致气孔缺陷。另外，水分过高也是煤粉在运输和仓储过 程中易出现“自燃”现象的重要原因。铸造用煤粉质量的优劣取决于两个因素：原煤的品种如何和煤粉中杂质的多少。生产煤粉应以焦煤、肥 煤为原料，并经过水洗以去除其中的杂质。高效煤粉还应添加高亮碳材料以提高煤粉的光亮碳含量。笔者 认为，优质煤粉的理化指标应在表2 范围内较为理想。优质煤粉指标(Index of Super Coaldust)项目 光亮碳% 挥发分% 灰分% 硫分% 水分% 焦渣特征 粒度指标 12163036 100
12、.535695%以上通过 0.106 筛综上所述，选择优质煤粉，不仅应检测灰分、挥发分，还要对光亮碳、焦渣特征、水分、硫分进行检测。 这才能全面评价煤粉的质量。如果铸造企业没有较为齐备的检测设备或检测手段，做试块浇注试验则有助于直接说明煤粉质量的优 劣。尤其是当比较不同煤粉的质量时，采用浇注试验更是必要的。在铸造工厂中，用所欲评价的煤粉配制 专门的型砂来造型和浇注，比较铸出的铸件表面质量也是可行的。但是要想准确区分不同煤粉的好坏，就 必须靠浇注阶梯试块的办法。即在模板上固定有四块形状相同的梯状试块，由共同的浇注系统浇入铁水， 以使浇注温度和浇注条件完全相同。最好用造型机紧实砂型，以使四个试块的
13、砂型硬度一样。在模样表面 上分别铺一层专门配制的面砂，厚度大约为30mm左右。面砂可以是用新砂、膨润土、几种不同加入量 的煤粉和水混制而成。要求面砂的紧实率一律相近，例如控制在 452%或402%。更为关键的是必须 严格地使面砂的透气性数值相近，例如控制在 70-80 的范围内。如果面砂的透气性过高，应当向砂中掺入 必要数量的石英粉来降低透气性。因为各种煤粉的加入量有较大差异，从而会使型砂的透气性有相当大的 区别，而型砂透气性也是影响铸件粘砂的极为重要的因素，不将型砂的透气性调整成一样，就会干扰浇注 试验结果的客观比较。选择煤粉的另外一个误区是所谓的“比价采购”，即单纯从煤粉的自身价格角度出发
14、， 买“便宜货”。殊不知，煤粉在铸造工厂的采购成本中所占比例很小，煤粉价格的高低对铸件成本的影响微 乎其微。但煤粉品质的优劣却对铸件的表面质量、清理成本以及废品率的高低起至关重要的作用。因此， 建议铸造工厂在选择煤粉时要考虑其性价比，购用质量与价格恰当的产品。切忌单纯从煤粉价格决定取舍， 以免选用劣质煤粉，给企业带来损失。三、使用煤粉1 、煤粉的试用经过全面检测并经试块浇注试验选定较为理想的煤粉后，应在铸造车间小范围内试用。试用之前最好由 煤粉供应商提供一个供参考的试用方案，以免造成不必要的损失。因为不同的煤粉在型砂中的加入比例是 不同的，加入量过小会使型砂中的有效煤粉含量不足导致铸件粘砂，加
15、入量过大会使型砂中的有效煤粉含 量过大导致浇注后炝火并使铸件出现气孔、气云等缺陷。在面砂中试用相对较为简单些，试用面积可控性较强。在小范围内找到适合本企业型砂的煤粉加入量后 即可大范围推广使用。市场供应的煤粉质量参差不齐，加入量多者 68%，较少的在23%。 “平顶山” 牌高效煤粉的加入量通常在 1.52.5 %之间。在单一砂中的试验就相对复杂些，因其关系整个砂系统。在试用优质煤粉时，其加入量应循序渐少， 逐渐降低，不能按照供应商提供的数据“一步到位”。在刚试用新煤粉时，由于新煤粉在砂系统中补加进去 的量很少，起主导作用的是旧煤粉。随着砂系统循环次数的增多，新煤粉的作用才会逐渐增强。据测算， 经过 4550 次循环，旧煤粉消耗净之后，才能全面反映出新煤粉的作用。在试用过程中，应当密切监测 型砂的水分、透气性、发气量以及铸件表面的变化。在其他工艺条件稳定不变、只有煤粉加入量一个变量 的情况下，当型砂的水分、发气量上升、透气性下降，铸件表面有发蓝倾向时，说明有效煤粉含量偏高， 应调减煤粉补加量。如此调整，直至砂性能和铸件表面质量均保持在稳定和理想的状态时，试验结束。此 时的煤粉补加量为正常加入量。目前市场供应的煤粉补加量从0.3%至3%不等。平顶山牌高效煤粉 在东风公司铸一厂KW高压造型线上的补加量为0.20.4%，在HWS静压造型线上的补加量为 0.20
