鑄造煤粉粒度多少合適　進一步認識！

發布時間:

2016-05-24

生產鑄鐵件用的濕型砂中，加入少量煤粉作為輔助材料，對改善鑄件質量有多方面的益處，但在煤粉的粒度選擇和應用中存在的一些問題，應引起企業的注意。

　　煤粉在黏土濕型砂中的作用
　　黏土濕型砂中加入煤粉，其在鑄件成形過程中的作用主要有4個方面：
　　（1）澆注后增強型內的還原性氣氛鐵液注入砂型后，使型砂中的煤粉受熱分解，所釋放的還原性氣體在型腔中能防止鐵液氧化，抑制鑄件表面形成FeO，這對于防止黏砂缺陷有非常重要的作用。
　　（2）改善鑄件的表面質量鐵液注滿型腔后，型內氣氛為還原性氣氛，在這種條件下，煤粉析出的烴類（尤其是芳香烴）氣體，會凝聚于鑄型表面，形成光亮碳膜，能防止黏砂并使鑄件輪廓清晰、表面光亮。

　　（3）抑制膨脹缺陷的產生靠近金屬-鑄型界面處，型砂中的煤粉受熱而發生焦化反應時，先軟化并發生體積收縮，然后再膨脹。貼近鑄件的型表層升高、達到石英的相變膨脹溫度時，其附近的型砂中，煤粉正好處于軟化和體積收縮的溫度，可以容讓型表層砂粒的膨脹。因而可防止鑄件上出現夾砂、鼠尾之類的膨脹缺陷，并改善鑄件尺寸的穩定性。

　　（4）煤粉的焦化也有助于改善鑄件的表面質量貼近型表層的型砂中煤粉焦化時發生體積膨脹，能填塞型表層砂粒間的空隙，使鐵液及由FeO產生的易熔硅酸鹽難以滲入，從而改善鑄件的表面質量。同時，離開鑄型表面一定距離處仍然能保持應有的透氣性。

　　采用超細煤粉帶來的問題
　　多年來，我國鑄造行業習慣于用細煤粉，我國現行的行業標準《濕型鑄造用煤粉》中對鑄造用煤粉的粒度要求是：“100％通過100號篩（篩孔尺寸0.150mm），95％通過140號篩（篩孔尺寸0.106mm）”，這樣的煤粉大體上相當于外國的超細煤粉。無論從安全生產的角度，從環境保護的角度，從功能、效果的角度，還是從經濟效益的角度考慮，不作具體分析地普遍采用超細煤粉都是很不妥當的。我國鑄鐵業界至今仍普遍采用超細煤粉，與我們世界第一鑄造大國的地位實在是很不相稱，這種狀況是亟待改進的。
　　筆者約在十年前就提出了這個問題，希望我國煤粉生產企業和相關研究部門盡快地予以分析、研究，從而修訂相關的標準。而且，據我所知，我國鑄造行業中還有其他同仁也提出過這個問題，但這件事迄今仍未見端倪。
　　采用細煤粉會帶來很多問題，由于篇幅所限，這里只能簡單地提及以下幾點。
　　（1）安全、環保方面的問題煤粉是易燃物料，在空氣介質中易于自燃，如果空氣中含有彌散分布的煤粉，會形成易爆炸氣氛。
　　在英國，煤粉加工企業必須遵守《處理危險物料和易爆炸氣氛的規程》，這項規程與歐洲的ATEX規程是一致的。在制備煤粉的過程中，確保安全是至關重要的，要經常監測溫度和環境氣氛中煤粉的濃度和CO的含量。煙煤煤粉在空氣中的含量在30～1500g/m3為爆炸的極限濃度。必要時，要吹氮氣保護。
　　在包裝、儲存、運輸過程中，都必須按易燃物料的要求處理，以保證安全。
　　煤粉越細，就越容易自燃、爆炸，安全方面的隱患也就越大。
　　此外，煤粉越細，用煤粉含量相同的黏土濕型砂造型，澆注后釋放的揮發性有機物（VOCs）和危險性空氣污染物（HAPs）也就越多。
　　（2）對型砂質量的負面影響黏土濕型砂中所用的煤粉太細，對于型砂的質量就會有很多負面影響，當然也就會影響鑄件的質量和質量的穩定性，如：儲存和在砂處理系統內輸送、分配的過程中，揮發分易于釋放，而且揮發分的釋放量受多種因素的影響，難以控制，從而導致型砂的性能不穩定；加料過程中容易被排塵系統吸走，影響型砂質量的穩定性；每次澆注后，因受熱界面大，熱解、焦化的的量增大，使型砂中的含泥量增多。而且煤粉焦化以后的細粒焦炭是多孔性物料，吸水的能力很強，要保持型砂的可緊實性，就不得不提高型砂中的水分；使型砂的透氣性降低，在高壓造型的條件下使用尤不相宜。
　　（3）經濟效益方面采用太細的煤粉，因降低型砂質量而致鑄件質量降低、廢品率提高所造成的經濟損失很難估算，不在這里討論。
　　由于在儲存過程中損耗大、在砂處理系統中因吸塵而損失的量大、因燒蝕多不得不增加型砂中的加入量，也會導致生產成本提高。

　　對煤粉的粒度要求
　　煤粉的粒度，應該根據造型設備的情況和鑄件的特點（輪廓尺寸、壁厚和重量）選用。一般說來，黏土濕型砂中所用的煤粉，粒度應細于原砂的粒度，但也不宜過細。如果生產小型鑄件，對表面質量的要求又較高，可采用較細的砂粒，配用細煤粉或超細煤粉，但這并不是常規的情況。隨著鑄件尺寸的增大，就以采用較粗的粒狀煤粉為好。
　　近年來，高壓造型設備的應用日益廣泛。對于高壓造型設備，無論水平分型或垂直分型，型砂中都應采用粒度較粗的煤粉。這樣，一方面可以適當提高鑄型的透氣能力，減少鑄件產生的氣孔缺陷；另一方面，采用粒狀煤粉，澆注時揮發分的釋放減緩，型砂中的灰分減少、復用性能改善，對于保持型砂性能的穩定有很好的作用。
　　如果進入系統砂的芯砂數量較多，導致型砂的總體粒度偏粗，為避免鑄型的透氣能力過高，在這種情況下，可考慮配加略細一些的煤粉。
　　總之，不論鑄件特點和生產條件如何，一律采用95％以上通過140目篩的煤粉是不妥的，鑄造行業使用的煤粉，應有幾種不同粒度的規格，以適應不同的生產條件。
　　當然，煤粉的粒度也不能太粗。
　　英國是在黏土濕型砂中配用煤粉的國家，他們根據多年使用的經驗，認為不能用粒度為1mm或以上的煤粉，否則鑄件容易出現氣孔缺陷。
　　同時，英國很少采用細煤粉或超細煤粉，只在生產對表面質量要求高的小型鑄件時適當地配合應用。。

　　在規范我國鑄造用煤粉的粒度方面，還需要進行大量的試驗、研究工作，然后就實際試驗數據進行優選，這需要煤粉生產企業、鑄造企業和研究機構的共同努力。
　　一般說來，鑄造用煤粉顆粒的尺寸應在40～200目，以不同的粒度級配制訂若干牌號，以適應不同鑄造企業的需求。
　　煤粉生產企業從生產細煤粉改為生產粒狀煤粉，在設備方面可能要作較大的調整，如裝設旋流式粒度分級設備和粒度級配裝置等。