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鑄造煤粉粒度多少合適 進一步認識!

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2016/05/24 02:16
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【摘要】:
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。

  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。

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