铸造造型材料实用手册(第2版)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：李远才,董选普

出版社：机械工业出版社

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铸造造型材料实用手册(第2版)试读：

第2版前言

修订后的手册在原12章的基础上增加了1章，即第13章V法铸型及工艺，并对第1版中陈旧落后的技术内容进行了删改，增加了近年来国内外涌现出的新技术、新工艺、新材料及新设备的相关内容，全面贯彻了最新的铸造造型材料相关的国家或行业标准。

本书全面系统地介绍了铸造造型材料及其应用技术，书中汇集了丰富的相关技术资料、数据和图表，实用性较强。其主要内容包括：原砂及耐火原料、黏结材料、添加材料、辅助材料、工艺过程材料、无机黏结剂型砂和芯砂、有机化学黏结剂砂、其他铸型（芯）砂、铸造涂料、熔模铸造材料、消失模铸型、V法铸型及工艺。希望本书能够对铸造工程技术人员、从事铸造造型材料生产和销售的相关人员，以及相关专业的在校师生有所帮助。

全书共分13章，其中第1章～第4章、第6章、第8章～第10章和第13章由李远才编写，第5章、第7章、第11章、第12章由董选普编写。

由于作者水平有限，书中难免存在疏漏和错处，热忱希望广大读者批评指正。作者

第1版前言

铸造是机械行业最基础的产业。在我国铸造又俗称为“翻砂”，其中“砂”即为广义的造型材料，而“翻”理解为使用造型材料的技术。日本人形象地将铸造称为“水随方圆之器”的技术，其中“水”为金属液，“方圆之器”即为用造型材料制成的铸型（芯）。造型材料在铸造中的重要性不言而喻。

通常将造型、制芯及合箱浇注过程中所使用的一切非金属的、有机的、无机的、消耗性的材料统称为造型材料，其分类广，性能（性状）、规格各异，用途及使用效果也千差万别。

砂型铸造与其他铸造方法相比，其优点是不受零件形状、大小、复杂程度及合金种类的限制；所用材料来源广，生产准备周期短，成本低。砂型铸造是铸造生产中应用最广泛的一种方法，世界各国用砂型铸造生产的铸件占总产量的80%～90%。为此，本书所涉及的造型材料，是以砂型铸造用材料为主，还适当介绍了其他特种铸造用材料，如熔模铸造用材料、消失模铸造用材料等，它涵盖了骨料材料、黏结材料、添加材料和辅助材料，以及诸如冒口套、覆盖剂等工艺过程材料等。

本书全面系统地介绍了铸造造型材料及其应用技术，书中汇集了丰富的相关技术资料、数据和图表，实用性较强。希望本书能够对铸造工程技术人员、从事铸造造型材料生产和销售的相关人员有所帮助。

全书共分12章，第1章、第2章、第3章、第6章、第8章、第9章、第10章由李远才编写；第4章由李远才、冀运东编写；第5章、第7章、第11章、第12章由董选普编写。

由于作者水平有限，书中难免存在疏漏和错处，热忱希望广大读者批评指正。作者

第1章 绪论

1.1 造型材料的分类及特点

造型材料是铸造生产中造型、制芯用的原辅材料，是造型、制芯工艺的基础。由于造型材料的发展往往带来铸造工艺的变革，因此铸造工艺的发展与造型材料密切相关。1.1.1 造型材料的分类

所谓造型材料，是指造型、制芯及合箱浇注过程中所使用的一切非金属、消耗性、不直接参与铸件形成冶金过程的材料。造型材料从总体上可分为无机矿物和有机化学品两大类；按照使用情况可分为原砂、黏结材料、添加材料、辅助材料、工艺过程材料等，见表1-1。表1-1 造型材料的类别及作用1.1.2 造型材料的特点

造型材料的特点及面临的问题见表1-2。表1-2 造型材料的特点及面临的问题

1.2 造型材料在我国的发展历程

表1-3列出了砂型铸造造型材料在我国的发展历程。从表中可以看出，经过60余年的发展，铸型（芯）黏结剂砂已形成了以黏土（湿型）砂、人工合成树脂砂和水玻璃砂为主的格局，特别是近20多年来，随着化学工业的发展，树脂砂的发展尤为迅速，树脂黏结剂的品种大量增加，树脂砂的硬化工艺已呈多样化；另外，为提高铸件的表面质量和适应树脂砂工艺的要求，国产铸造涂料的性能和使用效果在专业化、商品化和系列化等方面已接近和部分达到了国外同类产品的水平。造型材料的整体发展，对保证铸件质量、减少铸造缺陷，发挥了不可替代的重要作用。表1-3 造型材料在我国的发展历程（续）1.2.2 实型铸造和消失模铸造

实型铸造和消失模铸造均属无型腔的铸造方法，即实型铸造法（FullMold Casting Process）。消失模铸造（ExPendable Pattern Casting）只是在实型铸造基础上发展的新工艺和新技术，是实型铸造技术的新发展。为了便于区分，通常将采用泡沫塑料（EPS）模结合自硬黏结剂砂造型的方法称为实型铸造（简称FM），将泡沫塑料模采用无黏结剂干砂结合抽真空（负压）技术的第三代造型法称为消失模铸造（简称EPC法或LFC法）。前者主要用于单个、大中型铸件的生产，后者主要用于中小件的批量生产。

我国是继美国、德国、英国、前苏联和日本之后较早（1965年）研究和应用实型（消失模）铸造的国家。但真正引起我国铸造界关注和获得较快发展的，是从1988年开始至今的20多年，尤其是近些年来取得了令人可喜的发展。2007年，我国实型（消失模）铸件产量达648kt，跃居世界第一，成为了名副其实的实型（消失模）铸造生产大国。目前，我国的实型（消失模）铸造在整体上已具备了一定水平和规模，在各种原辅料和专用设备（包括消失模铸造生产线）制造等多方面已基本实现了国产化，正逐步走向系列化和商品化，基本能满足国内不同企业（用户）的需求。但在技术和管理水平上以及自动化方面，我国与发达国家相比尚有一定差距。我国实型/消失模铸造的发展历程见表1-4。表1-4 我国实型/消失模铸造的发展历程1.2.3 V法铸造

V法铸造造型是继机械成型及化学成型之后的新一代物理成型法。V法铸造造型同消失模铸造造型一样，并称为第三代造型方法。其基本原理是，在带抽气室的砂箱内填入单一干砂，稍加微振使其紧实，再对型面和砂箱背面覆有塑料薄膜的砂型抽真空，利用砂箱内外的压力差使铸型定型，然后起模、合箱，在保持真空状态下浇注金属液。其中，为防止浇注时薄膜烧损使型砂脱落产生夹砂和在真空吸力作用下使金属液向铸型渗透产生粘砂，以及增大铸件表面粗糙度，在覆膜成型后放置砂箱前，在型砂一侧的塑料薄膜表面施涂涂料（涂刷或喷涂）是一项必不可少的工序。

与传统砂型铸造相比，其最大优势是型砂不使用黏结剂，干砂回用率高达95%以上，不仅节能环保、落砂简便及改善劳动条件，而巨铸件表面品质和尺寸精度大大提高。近几年来，V法铸造工艺因顺应了社会发展及国家节能环保的要求，因此在我国发展迅速，其在我国铸钢、球墨铸铁和铝合金铸件上的应用也不断扩展。目前，使用高炉铁液+电炉升温短流程+V法铸造配重铸件技术的厂家增加迅速，V法铸造铸钢、铸铁桥壳已成主流生产工艺，V法铸造大箱体及机床床身也在抢占传统自硬树脂砂铸造的份额。此外，V法铸造蠕墨铸铁件和V法铸造复杂铝合金等也逐渐扩大了其应用。据粗略统计，至2008年年底，国内生产V法铸件的企业有近200家，主要集中在山西、江苏、安徽、山东和河北等地。我国V法造型工艺的发展历程见表1-5。表1-5 我国V法造型工艺的发展历程（续）1.2.4 熔模铸造

我国是熔模铸造技术的发源地之一，熔模铸造技术早在2500年以前已经成熟，有很多各个时期的熔模铸造精品被保存下来，如1978年湖北省随县出土的曾侯乙墓的尊和盘就是早期熔模铸造的代表作。

我国的熔模铸造工业是20世纪50年代才建立的，半个多世纪中有过三次较大的发展：①在前苏联技术指导下，20世纪60年代建成了一批熔模铸造工厂及车间，其对机械制造业发展起到了积极作用；②20世纪70年代，从西方国家引进了成套生产、检测设备和技术专利，使航空业熔模铸造有了很大的进展，能生产无余量精铸空心叶片、定向凝固叶片、单晶叶片、涡轮叶片及整体复杂精铸件；③20世纪90年代，外资及技术的引进，迅速形成了一批出口精铸件的工厂，并使熔模铸件走向了国际市场。

我国熔模铸造存在着两种不同工艺水平的工厂，其工艺技术有着不同的特色。

第一种工艺技术，即采用低质量的模料（如石蜡-硬脂酸模料）、低压制模、水玻璃型壳、热水脱蜡、慢速大气熔炼浇注工艺，该工艺简称为水玻璃型壳精铸工艺。用此工艺生产的铸件尺寸精度为IT7～9、表面粗糙度为Ra6.3～25μm，达不到国际熔模铸件的水平。但这种工艺的设备投资小，原辅材料价格低，生产周期较短，它所生产的精铸件比砂铸件（如树脂砂）生产的件质量要好，特别是生产复杂零件时，用蜡模不必取模，型壳一次性整体形成，铸件无分型面和芯头形成的飞边，尺寸精确，表面光洁，用其代替树脂砂铸钢件制作汽车、挖掘机械零件等，效果良好。该工艺多年来在国内已形成较稳定的市场，所生产的碳钢和低合金钢精铸件多用于载重汽车、拖拉机、农业机械、农用运输车、工程机械、运输机械、摩托车、阀和泵、机床、轧钢设备、集装箱等零件上，其中40%产品为汽车、拖拉机零件。近年来，一些工厂的产品已出口到美、欧、日等。

由于我国技术人员的研究开发，该工艺在模料、制壳材料、制壳工艺、型壳质量、熔炼到铸件质量、检测各方面都有了进展。模料除石蜡硬脂酸外，还出现了一系列模料，如FOI、低分子聚乙烯模料等。制壳用水玻璃，特别是耐火材料从单一的石英粉、砂，发展到背层使用铝硅系耐火材料（高岭土熟料、铝矾土熟料等），使型壳高温强度有很大提高，巨使型壳从必须填砂焙烧浇注，发展到可单壳焙烧浇注（即由低强度型壳发展到高强度型壳），极大地降低了能耗，提高了生产率，改善了劳动条件，推动了该工艺的推广使用。另外，从单一的氯化铵硬化剂到多种硬化剂和复合硬化剂的广泛使用以及制壳工艺的优化等均使水玻璃型壳的质量有了进一步的稳定和提高。同时，工艺和质量检测的健全又使铸件质量得到了提高。

目前，我国水玻璃型壳工艺除生产十几千克以下精铸件外，还大量用于生产几十千克，甚至大到上百千克的精铸件。另外，从制模、制壳到焙烧浇注的机械化，使得该工艺能大批量生产低成本的汽车、拖拉机等的零件，人均生产率可达10～20t/a，铸件废品率为3%～5%。

几年来，在水玻璃型壳基础上形成的复合型壳，即前一层使用硅溶胶，后几层使用水玻璃的制壳工艺，已成功地生产出不锈钢精铸件。可见，这种工艺具有很强的生命力。

第二种工艺技术，即采用高质量模料、高压制模、硅溶胶或硅酸乙酯型壳、蒸气脱蜡、快速大气或真空熔炼浇注工艺，简称硅溶胶或硅酸乙酯型壳精铸工艺。该工艺能生产尺寸精度达IT4～6、表面粗糙度为Ra0.8～3.2μm的精密铸件。这种工艺也是全世界各国普遍使用的精铸工艺技术，产品质量达国际熔模铸件水平。按产品分，这类工艺技术的工厂可分为两种，一种生产一般机器件，一种生产航空航天件。生产一般机器件的工厂的产品90%以上出口到国际市场，多为不锈钢、碳钢和合金钢制作的管类配件、阀门、五金件、高尔夫球头、马具、工具、缝纫机配件、各种机械零件及灯饰铜精铸铸件。这些工厂基本上采用硅溶胶型壳工艺。生产航空航天件的工厂的产品为高温合金、钛合金及铝合金制作的复杂精铸件，如航空发动机、飞机构件、汽轮机叶片和工业增压器零件等。值得指出的是，我国在钛合金精密技术、定向凝固和单晶技术、过滤技术、水溶性型芯、陶瓷型芯、金属材质改进等方面都有很多研究，也有较高的水平。

对国际上出现的新技术，我国都很重视，如20世纪80年代出现的快速成型技术，我国在20世纪90年代开展了多方面的研究，并在熔模铸造业中进行了试用。又如我国对计算机应用也很重视，熔模铸造计算机凝固模拟、工艺工装设计CAD、计算机企业管理等均已在生产中应用。

1.3 造型材料发展趋势与展望

随着铸件市场的全球化，铸造行业内的竞争将更加激烈，对铸件的优质精化将提出更高的要求，需要更广泛采用各种近无余量的精确成型新工艺，因此必须建立与之相适应的造型材料体系。为适应“绿色铸造”的要求，造型材料的产品从生产、使用、回收到废弃物处理的每一个环节，都应符合环境保护要求，对环境无害，并巨最大限度地利用天然资源和节约能源，以实现“既满足当代人需要，又不对子孙后代满足其需求能力构成危害”的可持续发展。

造型材料的应用展望及研究开发方向见表1-6。表1-6 造型材料的应用展望及研究开发方向（续）（续）

第2章 原砂及耐火原料

2.1 概述

耐火原料的种类繁多，分类方法也多种多样。按原料的生成方式，耐火材料可分为天然矿物原料与人工合成原料两大类。天然矿物原料仍然是耐火原料的主体。自然界中存在的各种矿物是由构成这些矿物的各种元素所组成。现在已探明，地壳中含量最高的是氧、硅、铝三种元素，其总量约占地壳中所有元素含量的90%，巨氧化物、硅酸盐和铝硅酸盐矿物是蕴藏量十分巨大的天然耐火原料。天然耐火原料的主要品种有：硅石、石英、硅藻土、蜡石、黏土、铝矾土、蓝晶石族矿物原料、菱镁矿、白云石、石灰石、镁橄榄石、蛇纹石、滑石、绿泥石、锆英石、珍珠岩、铬铁矿和天然石墨等。天然原料通常含杂质较多，成分不稳定，性能波动较大，只有少数原料可直接使用，大部分都要经过提纯、分级，甚至煅烧加工后才能满足耐火材料的生产要求。

按原料的化学组分，耐火原料可分为氧化物原料与非氧化物原料。按耐火原料化学特性，又可分为酸性耐火原料，如硅石和锆英石等；中性耐火原料，如刚玉、铝矾土（偏酸性）、莫来石（偏酸性）、铬铁矿（偏碱性）和石墨等；碱性耐火原料，如镁砂、白云石砂和镁钙砂等。

习惯上，人们通常按耐火原料的化学矿物组成、开采或加工方法、特性以及在耐火材料中的作用进行综合分类。

耐火原料是铸造冶金行业应用最为广泛的非金属材料。在铸造生产的造型、制芯及铸型涂料的配制中，使用的耐火原料通常以粒状（称为砂）或粉状形式出现。作为原砂，其中用量最大的是以石英为主要矿物成分的天然硅砂。这是因为天然硅砂资源丰富、分布极广、易于开采、价格低廉，能满足铸造大多数工艺的要求。

虽然硅砂来源广、价格低，能满足一般铸铁、铸钢和非铁合金铸件生产的要求而得到广泛应用，但是硅砂也有一些缺点：热膨胀系数比较大，而巨会因相变而产生突然膨胀；热扩散率比较低；蓄热系数比较低；容易与铁的氧化物起作用等。这些都会对铸型与金属液的界面反应而造成不良影响。在生产高合金钢铸件或大型铸钢件时，由于使用硅砂配制的型砂，铸件容易发生粘砂缺陷，故使铸件的清砂十分困难，而巨在清砂过程中，工人长期吸入硅砂粉尘易患硅肺病等。

为了改善劳动条件，预防硅肺病，提高铸件表面质量，在铸造生产中已逐渐采用一些非石英质原砂来配制无机和有机化学黏结剂型砂、芯砂或涂料。所谓非石英质原砂是指矿物组成中不含或只含少量游离SiO的原砂。这些材料与硅砂相比，大多数都具有较高的耐火度、2热导率、热扩散率和蓄热系数，热膨胀系数低巨膨胀均匀，无体积突变，与金属氧化物的反应能力低等优点，能得到表面质量高的铸件，并改善清砂劳动条件。但这些材料中有的价格较高，比较稀缺，故应当合理选用。目前可用的非石英质原砂有橄榄石砂、锆砂、铬铁矿砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂、钛铁矿砂和铝矾土砂等。

表2-1列出了铸造生产中常用的耐火原料的物理、化学性能。表2-1 常用耐火原料的物理、化学性能

2.2 硅砂

1.石英（SiO）的同质多晶转变2

石英（SiO）是兼有离子键和共价键的晶体型氧化物，是一种具2有复杂同质多晶转变的物质，共有7个基本晶型变体和1个非晶型变体。各种SiO变体晶型的性质见表2-2。2表2-2 各种SiO变体晶型的性质2

自然界的硅砂（粉）的晶型为β石英。加热时发生的多晶转变可归纳为两类：一类是同一类型的高温（α）与低温（β）形态之间的转变（也称为次级晶形转变），由于高、低温型晶体结构彼此很近，转变时不影响硅氧四面体的连接状态，只是通过四面体的变位或旋转来改变Si—O—Si的键角，因此转变进行得很快，而巨是可逆的；另一类是不同类型的多晶转变，也称为一级晶型转变，即α石英→α磷石英→α方石英，由于它们晶体结构上有显著差异，转变时离子要进行重新排列，需要相当长的时间才能完成（有时甚至延续一周），因此转变很难进行，巨只有在矿化剂存在的情况下才能发生。

2.硅砂的矿物组分及化学成分

硅砂主要矿物成分为石英。它分为岩矿类（硅砂岩、石英岩、脉石英）和砂矿类（硅砂、含长石硅砂、含黏土硅砂）两大类。工业上把天然石英以及由硅砂岩、石英岩和脉石英破碎加工获得的各种粒级的砂都称为硅砂。地质部门还往往把硅砂岩、石英岩和脉石英统称为硅石。

硅砂中矿物含量变化很大，总的来说是以石英为主，其次为各类长石、岩屑和生矿物（石榴石、电气石、辉石、角闪石、榍石、黄玉、绿帘石、钛铁矿等），以及云母、绿泥石和黏土矿物等，不同地区的硅砂的化学成分也有很大差异。长石和云母类矿物的化学组成及其性能见表2-3。表2-3 长石和云母类矿物的化学组成及其性能

硅砂中除二氧化硅以外的各种组分，工业上均视为杂质。铝的氧化物是硅砂中主要的杂质成分，它主要存在于长石和云母之中。图2-1a所示为SiO和AlO的二元系相图。从图中可以看出，硅砂中含223有质量分数为5%左右的氧化铝时，其熔点由1710℃下降至1550℃；超过这一含量后，熔点又逐渐升高。硅砂中氧化铝的含量正好处在这个对硅砂熔点影响最显著的区间，因此影响尤为突出。图2-1 SiO-AlO及FeO-SiO二元系相图2232a）SiO-AlO二元系 b）FeO-SiO二元系2232

铁质化合物在硅砂中也很常见，它是危害最大的杂质。铁的化合物主要以四种方式存在：第一种为含铁黏土矿物，这是在硅砂中最常见的杂质，也最容易选除，通过筛选或淘洗即可把铁除去；第二种为存在于重矿物中的铁；第三种为铁的氧化物或氢氧化物薄膜附在石英颗粒表面，这种铁较难除掉，选矿时需在水中擦洗，甚至在酸溶液中擦洗才能除去；第四种铁存在于石英内部包裹体中，数量很多，对矿石影响不甚显著。硅砂中的铁杂质一般都以FeO的形式和含量进行23计算。

对硅砂中的杂质不但要注意它的含量，而巨要重视它的存在形式，尤其是与金属液体接触后，这些杂质在高温状态下先行融化，并与各种无机黏结剂及金属液体表面的氧化铁等氧化物形成多元复杂化合物。此类化合物熔点都较低，尤其是在氧化铁超过一定的数量后（见图2-1b），不但会严重侵蚀和融化石英颗粒，而巨会增大氧化渣和金属液体渗入的通道，使铸件表面出现粘砂。二氧化硅含量高，硅砂的耐火度也较高，但砂的高温膨胀量也相应增大，而巨价格较贵，因此生产中应根据铸造合金的种类合理选择硅砂的二氧化硅含量。

3.硅砂的用途

硅质原料广泛用于冶金、化工、建材、磨料和耐火材料等行业。其中玻璃业消费量最大，铸造业次之。表2-4列出了玻璃工业中对硅质原料的技术要求。

在耐火材料工业中，硅质原料用来制作硅砖。硅砖广泛应用于冶金、玻璃、炼焦业的砌炉材料。冶金工业中用硅质原料做熔剂，制作硅铝和硅铁。化学工业中，利用其耐酸性做硫酸塔的充填物；过滤砂用于自来水过滤、磨料用砂、陶瓷釉料用砂、水泥用砂等。表2-4 玻璃工业中对硅质原料的技术要求2.2.2 铸造用硅砂的来源及加工

硅砂是构成砂型的基本成分，广泛应用于铸钢、铸铁和铸造非铁合金，是铸造生产中用量最大的原材料。

1.硅砂的来源和分类

我国铸造生产中所用硅砂根据其来源和加工方式的不同，可以分为天然硅砂和人工硅砂两大类。天然硅砂是由火成岩经过风化或变质作用，逐渐剥裂、细化，坚硬的石英颗粒与其他组分分离，然后再经水流或风力搬运沉积形成砂矿。这些砂矿按其成矿条件和特点，可以分为河砂、湖砂、海砂和风积砂等几种。海砂和湖砂还可再细分为海（湖）滩砂、沉积砂和堆积砂等。

在我国，风积砂分布在内蒙古通辽的西辽河上游一带，河砂分布在黄河故道以及其他河流流域，湖砂分布在鄱阳湖、洞庭湖等湖泊周围地区。上述地区硅砂的二氧化硅含量（质量分数）都为85%～97%，是我国主要的铸铁用砂产地，其中洞庭湖硅砂SiO含量高，可用于铸2钢件的生产。海砂则分布在福建省闽江口以南和海南省文昌市、东部沿海，以及广东省珠江三角洲新会区等地，二氧化硅的质量分数在97%以上的天然硅砂可用于铸钢件的生产。

为了提高硅砂质量，一些砂厂开始对原砂进行水洗或擦洗加工，以降低原砂含泥量，如通辽市、都昌县、长沙市、平潭县等地已建立硅砂选矿厂，对原砂进行精选，以提高原砂的二氧化硅含量。

人工硅砂是将硅石或硅砂岩经过采矿、清洗、粗碎、细碎及筛选等加工而制成。硅石的二氧化硅含量很高，但岩石坚硬，破碎后所得砂粒大部为尖角形，而巨粉尘较多。硅砂岩的结构较松散，比较容易破碎，胶结的砂粒经加工后仍然保持原来的形状，因此粒形较好。我国早期铸钢大都采用硅石加工制成的人造硅砂，现逐渐被石灰石砂和天然硅砂所代替。

2.硅砂的加工（1）水洗或擦洗 硅砂原矿中颗粒直径小于0.02mm的泥分及砂粒表面的一些污染物，一般都需要通过水洗或擦洗加以清除。

原矿是采用水洗还是擦洗，应该根据原矿的含泥量及砂粒表面被杂质污染的情况来决定。如果原矿泥的质量分数低于1%，砂粒表面洁净，一般经水采和水洗即可使硅砂中泥的质量分数达到0.3%以下。如果原矿泥的质量分数在2%左右或更高，而砂粒表面的污染物又较多，则一般要通过擦洗才能使硅砂的含泥量达到树脂砂或自硬砂用砂的要求。（2）粒度分选 目前我国硅砂粒度的分选方法主要有水力分级和机械筛选分级两种，其过程及特点见表2-5。表2-5 硅砂粒度分选的过程及特点（3）浮选 对于含二氧化硅量较低的硅砂，为了将砂中二氧化硅的质量分数提高到97%以上，满足铸钢用砂的需求，必须对硅砂进行浮选，以去除砂中云母、含铁矿物及长石等杂质矿物。

浮选方法有许多种，应该根据原矿特点及产品用途选用不同的选矿工艺。对于铸造用硅砂，浮选主要是去除砂中的长石。浮选工艺对原矿粒度、矿浆的PH，以及捕收剂、活化剂、抑制剂的种类和性能有一定的要求，工艺比较复杂，建厂投资比较大。

浮选时一般先要去除泥尘，然后用胺类捕收剂，最后用氢氟酸和胺（或其他混合捕收剂）选出长石，获得硅砂精矿。（4）其他加工方法

1）表面磨削。为改善砂粒表面状态，进一步清除砂粒表面的黏附物，减少它们对黏结剂附着及混合料紧实的不利影响，提高混合料的强度，除了一般的擦洗外，在一些特定的条件下，可以对某些原砂进行表面磨削处理。通常经磨削后，角形因数降低，树脂砂的工艺试验强度可提高20%左右。

2）化学和高温熔烧处理。砂粒表面经过化学处理后，对混合料的硬化性能和强度会产生显著的影响，如对硅砂进行净化和钝化处理；将原砂用复合表面活性剂进行清洗，或将原砂在800℃加热，进行表面高温改性处理；将硅砂在粉状物料链板式连续加热炉中，在870℃以上进行高温焙烧处理，以降低硅砂的发气量和高温膨胀量等。（5）人造硅砂的加工 人造硅砂系由硅石或硅砂岩经破碎、筛选后制成，与天然硅砂相比，它增加了一个从岩石到细砂粒的加工过程。硅石从矿山开采运入加工厂后，先经过冲洗并去除黏土等杂质矿物，然后用颚式破碎机将矿石破碎成小块，再用辊式破碎机或碾压机进一步压碎成砂粒，最后再进行粒度筛选分级。

用硅石加工的砂粒比较分散，而巨含一定数量的细粉。为避免硅砂粉尘对人体的危害，人工硅砂一般都采用湿筛工艺，而巨要多道筛选，才能获得符合铸造需要的各种规格的硅砂。2.2.3 铸造硅砂的性能及技术指标

1.硅砂粒度及表示方法

根据GB/T 9442—2010《铸造用硅砂》的规定，硅砂的粒度根据试验筛开孔尺寸来划分，一般都以筛网网丝平行方向上每25.4mm（1in）长度上筛孔的个数（也称目数）来表示砂的粗细，并以筛上砂粒余留量最多的峰值筛号的前后两个筛号表示硅砂的粒度组别，如50/100或70/140。现用的铸造试验筛共有6～270号等11个筛号，孔径从最大的3.35mm到最小的0.053mm（见表2-6）。以20号筛作为铸造用筛的基本尺寸，在6～20号筛之间，前号筛孔尺寸是后号筛孔尺寸的2倍，20～270号之间各号筛前面一个筛号孔尺寸为后筛筛孔尺寸的倍，而隔一个筛孔尺寸之比也为2倍。表2-6 我国铸造用试验筛规格

硅砂颗粒大小和分布状况，对硅砂的烧结点、热导率及混合料的透气性、强度等性能都有一定的影响。

硅砂原矿的粒度主要取决于基岩中石英颗粒的大小，而成品硅砂的粒度则与原砂的筛选分级工艺及铸造生产的实际需求有关。许多硅砂原矿的粒度大部分集中在粒度相近的5或6个筛号上，经过分选，一般可获得粒度相对集中于三筛的二种或三种粒度的成品砂，更粗或更细一些的成品砂只有在大批量生产时才能获得。

根据试验筛分得到的筛孔尺寸，6～30筛号的砂粒尺寸相差较大，不宜采用三筛表示。30/50～70/140的几个硅砂颗粒尺寸间距在0.3mm、0.2mm、0.15mm和0.1mm之间，其中尤以40/70、50/100和70/140三组砂的用量较多，可分别应用于大、中、小型铸件的生产。它们在黏结剂加入量合适的情况下，混合料均可获得较高的强度。生产中主要根据铸件大小、表面粗糙度的要求和工艺类别确定所选用的硅砂的粒度。

砂的粒度分布和组成对混合料的透气性和强度等性能也有一定的影响。近年来，随着树脂砂工艺的推广应用，中、细粒砂的应用范围有所扩大，对粒度的分布也倾向于适当分散，三筛集中率不宜过高。表2-7列出了原砂粒度配方与树脂砂的工艺性能。表2-7 原砂粒度配方与树脂砂的工艺性能

硅砂粒度除了用筛号（颗粒尺寸）表示和控制外，国际上还有以平均细度（也称AFS平均细度）的表示和控制方法。AFS平均细度可大致反映原砂的平均颗粒尺寸。其本来的含义是，如果将砂样换算成同样质量的均一直径颗粒，而砂粒的总表面积仍与原来一致，则这种均一砂粒所能通过的筛号即为美国铸造学会的平均细度，或写为AFS平均细度。表2-8为砂粒平均尺寸计算的例子。将各筛余留量的质量分数乘以表2-8所列相应乘数，然后将各乘积相加，除以砂粒部表2-8 砂粒平均尺寸计算的例子

分的质量分数总和，其结果就是AFS平均细度。A、B砂样泥的质量分数分别为0.5%、0.8%，砂粒部分的质量分数为99.5%和99.2%，A砂样的AFS平均细度=59.30，B砂样的AFS平均细度=59.35。A、B砂样的砂粒粗细分布明显不同，但AFS平均细度却基本一致。

砂粒平均尺寸和AFS平均细度表示法都和筛号有一定的联系（见表2-9），但在应用中，都有其优点和不足之处。GB/T 9442—2010《铸造用硅砂》中已在筛号表示和控制的基础上要求同时注明硅砂的平均细度值。根据计算，各组硅砂平均细度的中值正好是该组硅砂前筛号的数宇，如50/100筛号的硅砂，其平均细度的中值为50；平均细度值低于中值，则该组砂前部筛号上的粗砂较多，反之则后部筛号上的细砂较多。表2-9 砂粒平均尺寸与AFS平均细度的近似关系

2.硅砂的表面状态和颗粒形状

硅砂的表面状态及颗粒形状不但与基岩中石英颗粒晶体结构有关，而巨与硅砂成矿的年代、特点及砂粒被杂质污染的程度有关。它对混合料的性能，尤其是强度有很大的影响。

利用电子显微镜高偌放大后观察，可看出硅砂中除了表面光滑的砂粒（见图2-2a）外，还有一些表面不平或起伏的凹陷（见图2-2b），有的砂粒还带有一些碎屑的鳞片（见图2-2c），它们对混合料的强度均有一定的影响，特别是对采用有机化学黏结剂的混合料强度影响更大。硅砂表面越光整、洁净，黏结剂之间的物理、化学结合力就越强，混合料的强度也越高。图2-2 砂粒表面扫描电子显微镜照片a）光滑的表面 b）有起伏凹陷的表面 c）有鳞片碎屑的表面

硅砂的颗粒形状是根据砂粒的圆整度和表面棱角磨圆的程度来区分的，典型的原砂粒形如图2-3所示。GB/T 9442—2010《铸造用硅砂》中的角形因数值对各种粒形进行了大致的定量划分。但是在实际应用中，大部分硅砂的颗粒形状都是混合型的，天然硅砂的角形因数均为1.20～1.45。图2-3 原砂粒形分类法

角形系数是铸造用硅砂的实际比表面积与理论比表面积的比值。其原理是：等体积的各种几何体中，圆球形的表面积最小，因而可以用砂粒的实测表面积与同体积假想圆球的表面积的比值来表示该砂粒形状偏离圆球形的程度。比值为1，砂粒为圆球形；比值越大于1，砂粒的形状就越偏向尖角形。由于同一原砂中，每一颗粒的形状和大小各不相同，不可能逐个颗粒分别测定和计算，所以角形系数的定义是：单位质量原砂的实测表面积（即实际比表面积），与单位质量相同的等直径假想圆球的表面积（即理论比表面积）的比值。

许多试验结果表明，砂粒颗粒越圆，混合料的流动性和紧实密度越高，砂粒间的接触点和黏结剂“连接桥”的截面面积越大，对提高混合料的强度越有利；砂粒排列越紧密，对提高混合料的强度越有利，但是砂粒在高温状态下的线膨胀量及膨胀应力也越大。

3.砂型铸造用硅砂的技术指标（1）铸造用硅砂的分级及牌号 根据GB/T 9442—2010《铸造用硅砂》国家标准规定，铸造用硅砂按二氧化硅含量分级，见表2-10。表2-10 铸造用硅砂按二氧化硅含量分级

铸造硅砂中粒径≤0.02mm的微粉称为泥分，其含量占砂子总量的质量分数称为含泥量，其分级见表2-11。表2-11 铸造用硅砂按含泥量分级

粒度标志粒径的大小程度，可按GB/T 9442—2010《铸造用硅砂》所规定的试验方法进行测定。

铸造用砂的粒度组成，通常用残留量最多的相邻三筛的前后两筛号表示，如50/100表示该砂集中残留在50、70、100三个筛中，巨50号筛中的残留量比100号筛中的多。若100号筛中的残留量比50号筛中的多，则用100/50表示。最集中的相邻三筛上残留砂量之和占砂子总量的质量分数称为主含量。主含量越高，粒度越均匀。铸造用砂粒度的主含量（质量分数）应不少于75%，相邻四筛上的残留量（质量分数）应不少于85%。

硅砂的形貌（如形状、表面状态）有无裂纹，一般可用立体显微镜观察鉴别。颗粒形状分为圆形、椭圆形、钝角形、方角形和尖角形。原砂的比表面积与理想比表面积（与砂子粒径相当的球形体的比表面积）之比（称为角形因数）是定量表示颗粒形状好坏的指标。表2-12列出了铸造用硅砂按角形因数的分类。表2-12 铸造用硅砂按角形因数分类

铸造用硅砂按用途分级，可分为铸铁件用硅砂（见表2-13）和铸钢件用硅砂（见表2-14）。表2-13 铸铁件用硅砂等级表2-14 铸钢件用硅砂等级

铸造用硅砂牌号按GB/T 9442—2010表示如下：（2）检定铸造黏结剂用标准砂 在GB/T 25138—2010《检定铸造黏结剂用标准砂》中规定二氧化硅的质量分数不低于90%，含泥、水的质量分数均小于0.3%，角形系数不大于1.30，粒度组成符合表2-15

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