控制潮模砂不仅仅是将所有系统组分以正确比例放在一起,我们还可以往一堆干砂上泼
良好的制备砂主要是水化状况和混砂机内旧砂温度共同作用的结果。对混砂机、冷却器、松砂机和紧实装置的日常维护和校准是使潮模砂预先产生活性的关键,而不仅仅是“扑灭焰”。混砂机是潮模砂处理系统的中心。混砂机的参数设定和附加物的添加顺序在很大程度上会影响潮模砂的品质。在某些情况下,需要加入表面活性剂和苏打粉来提高粘土的扩散率。通过向铸造厂提供制备良好的潮模砂,铸造厂可以提高造型性能,减少铸件缺陷。通过了解所涉及的变量,技术人员能够向上级管理部门转达砂处理系统的需求,从而做出合乎逻辑的决定,获得最大限度的利润。为了加快生产速度而以潮模砂制备不良为代价,只会增加缺陷和破损铸型的数量。
2土水比
判断潮模砂品质的重要参数之一是亚甲兰有效粘土与水之比。该比率影响着潮模砂的造型性能、缺陷的严重程度(因水分过量引起)和砂眼的数量。具体来讲,该比值可以体现混制“太粘”与型砂强度不足之间的差别。
潮模砂中水分含量过高会导致一些缺陷产生。土水比低于2通常会造成严重粘砂、砂眼和夹砂。许多铸造厂在土水比为2.2或以下时出现过含水量过高的问题。由于旧砂干或热,混砂时间不足(砂需求量大),钠膨润土与钙膨润土之比高,设备维护不当或“海绵物质”过多(死物质与粘土争夺水分)都会造成低土水比。
当土水比高于3.5时,也会造成一些问题。但是,对土水比上限的规定不及下限严格,而主要是根据铸造厂的情况而定。松脆、侵蚀和砂眼都是土水比过高的迹象。
3旧砂温度和水分的影响
对潮模砂的处理在送入混砂机前就开始了。如果回用砂处理系统不能使干、热的落砂冷却并水化,那么就算是最佳的混辗也难以形成均匀的粘土水化。热旧砂的问题在于:在有限的混辗时间内,水分多被蒸发或烧干,而不是渗透到粘土里。为达到最佳的混制效果,应向混砂机输送温度低于
与热旧砂相比,旧砂含水量过低所带来的问题更为严重。水化干粘土(导电率为～0.35)比水化湿粘土(导电率为～1.0)要困难得多。加入混砂机的水首先被水分含量最高的粘土吸收。换句话说,如果把干粘土粉放入粘土膏,然后加水,结果是粘土浆里包含粘土粉。同样,如果旧砂中的粘土是干透的,而加入混砂机的粘结剂含水量为8%,则在混砂时加的水会首先水化在混砂时加的粘结剂里(参见图1)。但是,如果旧砂中粘土的含水量与在混砂时加的粘结剂的含水量相似,则会产生相对均匀的水化作用。
当旧砂中的粘土完全干燥时,预混时的耗水量应比较高,因为在有限的混辗时间里,旧砂中的粘土对总体粘结力没有什么帮助。相反,旧砂中的粘土会以干燥粒状的形式存在或包覆在旧砂砂粒表面。也就是说,在含水量及混辗时间相同的条件下,必须另外加入粘结剂以求达到预期的紧实度。随着混辗循环的不断进行,由于粘土不会被冲掉,一层层粘土将包覆在旧砂砂粒表面上。
许多技术人员曾面对这样的问题:“为什么我们不以浆料的形式加入粘结剂?”与干燥粘土相比,湿粘土倾向于更快地吸收并保持水分。通常,旧砂中的粘土与在混砂时加的粘土水分含量相差无几,因此,所有的粘土会以同样的速度被水化(参见图2)。如果用浆料代替水和粘结剂,则旧砂中将可能残留更多未被水化的粘土,并且在旧砂砂粒上堆积成粘土层。而且,如果在混砂时不加水,混砂机就没有冲洗过程。
保持旧砂高水分含量还有一个可能是更重要的原因。通过保持旧砂的高水分含量,在混辗过程中只需要加入少量的水,就可保证对紧实度的要求。由于在混砂时加的水只用于直接将水分含量提高到目标水平,而不是让粘土从完全干燥状态达到所要求的含水量,因此加水量会更精确。总而言之,旧砂的含水量应尽可能接近于备砂的含水量,但不至于堵塞任何旧砂处理设备。
4材料的影响
“海绵物质”是指与粘土争夺水分的轻质死物质。通常的定义按美国铸造师协会(AFS)规定粘土减去亚甲兰粘土(MB)(或25μ-亚甲兰粘土)。即:所有细粉减去所有有效细粉等于所有死细粉。由于“海绵物质”与粘土争夺水分,“海绵物质”含量高会导致低土水比(或高含水量)。技术人员已经注意到海绵物质含量高与针孔、夹砂、侵蚀、砂眼、粘砂甚至“铸型爆裂”有直接的关系(参见图3)。
对潮模砂的所有组分而言,死物质的生成、消除和再添加之间速度的平衡情况决定了海绵物质的水平。生成死物质的速率由钠膨润土与钙膨润土之比(热耐久性)、亚甲兰粘土的百分比含量、煤粉的百分比含量以及砂铁之比决定。海绵物质的消除速率由集尘器内空气的流速和芯砂及新砂的添加速率决定。再添加这些材料不仅增加了海绵物质的整体含量,而且还会引起这种材料百分比的巨大变化。
海绵物质含量高迫使潮模砂通过高水分含量来获得紧实度,而海绵物质含量低不仅使制备后潮模砂紧实度的变化加剧,而且使潮模砂在造型机中紧实度的损失加大。海绵物质可以吸收加水量的误差,并且可以先吸收水分,然后再缓慢释放给周围的粘土,由此来降低紧实度的变化。由于海绵物质保持水分的能力不如粘土,因此,如果发生汽化,海绵物质就将水释放出来,从而降低潮模砂从混砂机到造型机之间的紧实度的损失。所以,粘结剂的含水量不会改变,改变的只是海绵物质的含水量。
表面活性剂的使用价值在一些铸造厂得以体现。表面活性剂通过提高粘土分散率来加快达到目标紧实率,尤其是在有硬水、热旧砂、钠膨润土含量高或混辗时间短的情况下。这些活性皂和/或聚合物(根据品牌)可通过降低水的表面张力以及通过粘土表层强制的离子分离,使水加速渗透到粘土中。采用加苏打粉也是为了达到这个效果。因为苏打粉能够将可溶钠离子与粘土盐基交换。但是,加入过量的苏打粉会使PH值过高,从而失去良好的效果。
在生产量大时,所有造型机都需要潮模砂,许多铸造厂为此提高了钙膨润土的含量。这是因为与钠膨润土相比,钙膨润土可以更快地产生潮模砂强度,在较短的混辗时间里达到目标紧实度。
但是,粘土快速活化并不总是好的。低钠/钙比、黑水、表面活性剂和/或浆料形式的附加物都可以使潮模砂比正常速度更快地达到目标紧实度。但是缩短混辗时间会影响其他附加物的分散。而且随着混辗时间的缩短,搓研动作也随之减少,从而影响干燥旧砂表层粘土的水化,或者对消除部分透烧芯砂砂粒上有害的光泽炭层产生影响。提高钠膨润土百分比似乎与芯砂掺入量高不统一,原因之一是钠膨润土需要较长的混辗时间。
5设备因素
混辗设备的问题也是造成潮模砂处理不佳的重要因素。混砂机不仅仅是要将各组分混合在一起,而且还要迫使粘土水化,并且使粘土包覆在砂粒上。刮砂板磨损或者位置不当,不能将砂抛到碾轮的前部,因此影响了混辗的效果。使用立轮式混砂机,碾轮与底板之间距离过大会降低将粘土包覆到砂粒上的压力。这些混砂机的集尘作用应当是最小的,或者至少是在混砂循环的最后阶段才进行集尘,这样不至于吸走大量的粘结剂和细砂。日常检查维护设备和更换部件是获得良好混辗效果的关键。
间歇式混砂机的许多设定值对混辗的效果很重要。混砂机的工作循环应从清洗循环开始。在混砂机内尽可能多加水(无泄漏),然后让混砂机运转几秒钟,以清洗碾轮和刮砂板。如果没有这个过程,碾轮和刮砂板上会堆积型砂块,使效率降低。混砂开始后,充水速率常常会限制混砂速率。加水的速率越快,粘土水化得越快,潮模砂的处理效果越好。
用连续式混砂机处理潮模砂,其效果与砂在混砂机中的停留时间成正比。铸造厂时常以型砂制备效果为代价,通过“提高流速来满足产量要求”。连续式混砂机的门,在正常情况下是浮式的,而不是猛然关或开。这种设置可支配混砂机中砂床的高度,由此来支配潮模砂处理的量。间歇式自动混砂测试控制装置给铸造厂带来许多益处,这些装置可能在一些铸造厂性能发挥得比其它铸造厂好,原因是它们受海绵物质变化的影响。这些装置不具备测量海绵物质水平的性能,而只是根据上批砂的信息靠可调因素进行补偿。这虽然有助于砂处理,但也只是如同看着后视镜开车。如果旧砂中海绵物质的量突然发生变化,问题就来了。使这些装置良好运作的关键是减少旧砂中海绵物质含量、温度和水分的变化。掌握了这个关键,这些测试装置可精确地调节水分,使潮模砂的制备达到较好的效果。
松砂机是将砂块或预紧的潮模砂用旋转叶片切开,使砂蓬松并且更易于造型。但是,许多铸造厂都忽略了松砂机叶片的磨损问题,因为这些设备是封闭的,而叶片的磨耗随时间逐渐加剧。叶片磨耗意味着进入松砂机的是砂块,出来的仍是砂块。
冷却器通常有助于潮模砂处理,但是如果不经常维护和正确调节设备,冷却器也可能成为祸因。维护人员有时“调节”冷却器,以便清除细砂和/或使出砂完全干燥。很多时候,特别是在最初安装了系统,然后又增加了几条造型线的情况下,造成冷却器能力不足。再一次重申,冷却器的作用是形成温度低而稳定和水分高而稳定的旧砂。
加水装置可能有几个注水口,并设定不同的流速。例如:某一装置可能有注水口A,流速为
旧砂砂斗和备砂砂斗的作用是增加系统内砂的容量,从而尽可能减少系统变化对砂处理的影响,如砂铁之比、芯砂掺入的速率等等。由于砂斗壁产生积砂,砂斗储量会急剧下降,产生“鼠尾”。这样减少了砂在系统中的整体停留时间,砂被迫更快地通过砂处理系统。因此,有关水分、温度、海绵物质和芯砂百分比的变化会加速。问题的主要原因在于当热且潮的潮模砂接触冷的砂斗壁时,砂斗内壁出现冷凝。对付“鼠尾”的最佳方法是在落砂后尽快让砂冷却,并且在砂斗壁上加隔热层。
备砂砂斗和大型振动料斗还有“附加”功能,即在混辗后,砂斗中会产生一些增湿调匀的作用。在这段“停留时间”里,湿粘土会将部分水释放给干粘土,使水分分布更均匀。尽管砂斗内的砂不及旧砂斗中的砂热,但砂中的含水量较高,仍会出现“鼠尾”,并伴随搭棚和预紧实(当刚制备好的潮模砂从一定高度落下并压实,就会出现搭棚和预紧实)。此处预紧实意味着砂不再具有流动性。情况严重时,砂的强度足够使其停留在原处,完全阻挡砂的流动。解决这个问题的方法是尽量降低落砂距离以及采用抛物线形料斗。
潮模砂的良好制备是系统内旧砂、设备和材料共同作用的结果。尽管亚甲兰土水比影响着潮模砂的制备效果,粘土的均匀水化也许更加重要。技术人员不应当期望只通过混砂机和紧实控制装置将热而干的旧砂制成性能良好的潮模砂。在混砂前对所有设备的日常维护和校准是防止出现问题的关键。
