（1）不宜将铸造用原砂中的含泥量理解成全是粘土含量

1）铸造用原砂的含泥量不等于粘土含量。原砂是指铸造厂配制型砂、芯砂所用的砂子，是型砂、芯砂中的基本组成部分。而铸造用原砂的含泥量是指铸造用硅砂中粒径小于0.020mm颗粒部分的质量分数，其中既有粘土，也包括极细的砂子和其他非粘土矿物质点，因此，不应将硅砂的含泥量误认为全是粘土含量。它是通过洗砂机冲洗硅砂试样，利用悬浮在水中的砂和泥分的颗粒大小及沉降速度不同的原理将砂和泥分分开。其中粒径＜0.020mm的泥分的沉降速度＜25.4mm/min，而粒径≥0.020mm的砂粒，静置5min后，应沉降到距离液面100mm以下，如图1-1所示。通过多次清水冲洗、静置和用虹吸管不断排除含泥分的浑水，就可将硅砂试样中的砂和泥分分开。

图1-1 原砂含泥量测定原理图

1—水中砂样 2—标准液面高度 3—水和泥分 4—洗砂杯 5—虹吸管 6—液面

2）铸造用硅砂的含泥量不宜过高。含泥量是铸造用硅砂的一项重要指标。我国铸造用硅砂含泥量分级见表1-1。含泥量对采用粘土为粘结剂的型砂、芯砂性能虽有影响，但不太明显，而对于树脂砂的影响却很显著，要求其原砂的含泥量必须小于0.2%或0.3%，甚至小于0.1%。因为含泥量髙，会消耗过多的树脂粘结剂，显著降低树脂砂的强度；且泥分中往往含有碳酸盐等碱性物质，使原砂的酸耗值增大，影响树脂砂的硬化。

表1-1 铸造用硅砂按含泥量（质量分数，%）分级①

①本书中涉及成分组成元素百分含量时，除说

明外，均为质量分数。

（2）铸钢、铁铸件用型砂、芯砂的硅砂中二氧化硅含量不宜太低 组成硅砂的矿物主要是石英，其次是长石及少量云母、铁的氧化物（褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿）、碳酸盐（石灰石、白云石、菱苦土）、硫化物（黄铁矿）等。通常由化学分析得出的硅砂的SiO₂含量并不等于硅砂中石英的含量，因为长石、云母等的化学成分中也都含有SiO₂。SiO₂含量为90%左右的硅砂，一般约含长石20%左右，石英的含量大都低于80%。尽管如此，在实际生产中，仍把硅砂中的SiO₂含量作为衡量和控制铸造用硅砂质量的一个主要指标。SiO₂含量高，意味着硅砂中的石英颗粒多，配制出的型砂、芯砂的耐火度高，复用性好，也不易使铸件产生粘砂缺陷。这是因为石英的熔点高达1713℃，莫氏硬度为7级（莫氏硬度是一种相对硬度，共分10级，级数越高，则硬度越大，金刚石为10级，滑石为1级），密度2.65g/cm³，不仅耐高温，磨损也很小，有好的复用性。我国铸造用硅砂按SiO₂分级见表1-2。

表1-2 铸造用硅砂按SiO₂含量（质量分数，%）分级

对于铸钢件用硅砂，由于铸钢的熔点高，浇注温度高达1500℃左右，因而要求型砂、芯砂的耐火度高，所用硅砂中SiO₂含量不宜太低，通常要求＞94%，甚至＞97%。不过小型铸钢件中也有采用含SiO₂＞90%的硅砂的。铸铁的熔点低于铸钢，要求其型砂、芯砂用硅砂的耐火度可低些，一般要求SiO₂含量＞85%；对于非铁合金件用硅砂要求SiO₂含量＞75%。

（3）不能随意选用铸造用硅砂的粒度

1）用做型砂、芯砂的硅砂的粒度不宜太粗、也不宜太细。硅砂的粒度对型砂、芯砂的性能及铸件的质量都有较大的影响，尤其在湿型以及某些使用化学粘结剂的型（芯）砂中，浇注铸件的金属液常与砂型（芯）工作表面直接接触，为获取表面质量优良的铸件，要求所用硅砂的粒度为：①不可太粗，而宜偏细，才有助获得轮廓清晰、尺寸精确、表面光洁的铸件；②不可太细：细的硅砂虽然有助获取尺寸精确、表面光洁的铸件，但太细，型（芯）砂的透气性很差，耐火度也低，铸件易产生气孔，甚至粘砂等缺陷；③砂粒不宜太均一：砂粒不宜只集中在一个或相邻两个筛号上。因为浇注受热时，砂粒同时膨胀，易导致铸件产生夹砂、脉纹等缺陷。为此，确定不同合金、不同大小、不同厚薄铸件以及不同造型、制芯方法用型（芯）砂时，应选用合适的硅砂粒度及颗粒组成。

2）为确定铸造用硅砂的粒度及颗粒组成，不可忽视其测定方法。当前采用测定铸造用硅砂颗粒的方法是用标准筛筛分测定。我国现用的铸造试验筛为6号至270号共十一个筛号，孔径最大的是6号筛，其筛孔尺寸为3.35mm；孔径最小的为270号筛，筛孔尺寸为0.053mm（见表1-3）。十一个筛号中，20号及以后各号筛前面一个筛号的筛孔尺寸大约为后筛筛孔的尺寸乘以2，每隔一个筛号的筛孔尺寸之比为2。但6号及12号筛，两筛的筛孔尺寸之比则约为2。测定硅砂粒度时，是将洗去泥分、烘干的硅砂，用铸造试验标准筛筛分后，按我国1998年颁发实施的《铸造用硅砂》国家标准，将得到各筛子上砂子质量，找出停留量之和为最大值的三个或四个相邻筛号，用其首尾筛号表示该硅砂的主要粒度分布的筛号，同时规定了主要筛号粒度组成：三筛不小于75%，四筛不小于85%。另外，我国国家标准还规定必须注明硅砂的平均细度。

表1-3 铸造用硅砂筛号与筛孔尺寸对照表

3）不可不了解铸造用硅砂的平均细度的含义及测定方法。关于硅砂的平均细度，也叫美国铸造学会（AFS）细度，是对供试验的硅砂砂样，将其大小不一的砂粒，假定把大颗粒的砂粒尺寸拿出部分来弥补小颗粒，使之变成颗粒尺寸一样的砂粒，则该硅砂的平均细度，就是该尺寸的砂粒恰巧能通过该筛号的每一吋长度内的近似筛孔数，即相应的筛号；这也可以说是该硅砂的平均颗粒尺寸，它能够大致反映该硅砂（泥分除外）单位质量的表面积。图1-2是经过实验测定得到的硅砂平均细度和比表面积（比表面积是指单位质量的硅砂砂粒的表面面积，它与硅砂砂粒直径成反比）的关系。

图1-2 硅砂的平均细度和比表面积的关系

关于铸造用硅砂平均细度的测定方法是：首先计算出筛分后各筛上停留的砂粒质量占砂样总质量的百分数，再乘以相应的细度因数（见表1-4），然后将各乘积相加，用乘积总和除以各筛号停留砂粒质量百分数的总和，所得数值根据数值修约规则取整，结果即为平均细度。可用计算公式表示如下

式中 _η——砂样的平均细度；

P_n——任一筛号上停留砂粒质量占总量的百分数；

X_n——细度因数；

n——筛号。

表1-4 铸造用硅砂筛号与细度因数对照

现在以我国内蒙古大林型砂（集团）有限公司生产的检定铸造粘结剂用标准砂和美国铸造学会（AFS）制定的标准砂作为计算示例，说明平均细度的具体计算方法（见表1-5）。该表列出了国产标准砂要求应具有的粒度和我们的实测值（含泥量0.1%）；而美国铸造学会的标准砂按其定义，其平均细度为50±1，是一种经过洗涤、烘干过的圆粒硅砂，将其筛分时它能全部通过40号筛，95%可以通过50号筛，并停留在70号筛上。经过计算，国产标准砂的平均细度为η=5562/99.9=55.68≈56；而美国标准砂的平均细度η=4962/100=49.62≈50。说明我国检定铸造粘结剂用标准砂从平均细度看，要比美国标准砂细；更大的差距是我国制定的标准砂的粒度相当分散，既有一部分要粗于美国标准砂，也有相当部分细于美国标准砂，这在检定、仲裁国内外粘结剂的强度高低时，将显现所测数值准确性欠高，缺乏说服力。但我国这一标准，较接近当前国内实际生产中采用的硅砂。

表1-5 铸造用硅砂平均细度计算示例

（4）不可不知我国铸造硅砂牌号及其含义我国铸造硅砂牌号的表达式中，既包含了SiO₂这一重要性能指标，同时也把硅砂的粒度分布按主要粒度组成的首、尾筛号表示在内，平均细度也反映在牌号中。这种牌号的表达式较为简捷，无论是三筛或四筛制都能适用，能够较全面地反映铸造用硅砂的状况。例如，ZGS96—40/100（52）表示该牌号铸造用硅砂的SiO₂为96一级；主要粒度组成为四筛，其首筛的筛号为40，尾筛的筛号为100，中间两筛的筛号为50和70；粒度的平均细度值为52。又如ZGS85—50/100（54）则表示该牌号铸造用硅砂的SiO₂为85一级；主要粒度组成为三筛，其首筛的筛号为50，尾筛的筛号为100，中间筛的筛号为70；粒度的平均细度值为54。

（5）采用回用旧砂的禁忌

1）不宜简单地重复使用旧砂作湿型型砂；所用回用旧砂的鱼卵石化现象的惰性膜不宜超过砂总量的8%。实际生产中，1t铸件约需要5～10t湿型砂。为节省资源，降低成本，也为了减少公害，保护环境，满足可持续发展的要求，配制的湿型型砂都应尽量采用回用旧砂。但是简单地重复使用旧砂，会使型砂性能变坏，铸件质量下降，甚至造成成批废品。为稳定生产，有时只能将该批型砂全部报废。因为砂型经过浇注，型腔的表面层受到金属液的强烈热作用，在成分和性能上都发生很大的变化。砂型面层的部分膨润土会因受热失去结构水，丧失粘结能力而成为“死粘土”；一部分煤粉也会成为焦炭或灰分。这些失效的成分，或成为直径小于0.02mm的细粉，或凝聚成团粒状，或是呈多孔陶瓷状而牢固地烧结在砂粒表面，用冲洗方法也不能去掉，成为砂粒的一部分。在反复循环使用中，型砂经无数次循环混制和浇注受热，部分砂粒表面会随失效成分的增加不断增厚（见图1-3），使砂粒直径增大，这种呈鱼卵石化现象的惰性膜占砂总量的4%～5%时，能缓和砂型热膨胀，减轻夹砂倾向；但过量（＞8%）时，由于惰性膜的熔点低，只有约1150℃，如果砂粒的惰性膜太厚，同时浇注温度高于1400～1450℃，就会使铸型尺寸稳定性降低，导致铸件表面粗糙或粘砂以及气孔（一则惰性膜是多孔性的，会增加型砂适宜含水量；再则型砂含“死粘土”10%时，型砂的水分就会比正常含量高2%以上）缺陷增加。因此，回用旧砂不经过适当处理，是不宜多次反复使用的。为使湿型型砂性能保持在规定的正常水平，需在每次浇注后，对回用的旧砂去除部分惰性膜及粉尘，并不断加入新的材料和排出相应数量的旧砂，使型砂性能与成分之间取得平衡。

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图1-3 砂粒表面包覆惰性膜示意图

1—有效粘土膜 2—硅砂颗粒 3—死粘土层（惰性膜）

2）不应混淆旧砂回用与旧砂再生的概念：

①“旧砂回用”不同于“旧砂再生”。“旧砂回用”是指将湿砂型经过浇注、落砂后所得到的旧砂，加以适当处理，通常应包括磁选（去掉旧砂中的铁磁物质）、破碎和筛分并去除灰分及冷却，以达到成分基本稳定、温度较低且均匀，才能用来配制湿型型砂。但无论如何，回用旧砂都不能完全取代新砂使用。而“旧砂再生”则是要去除包覆在砂粒上的包覆物——惰性膜，并清除有害的多余微粒与粉尘。所得到的再生砂，其外观和性能大体与新砂相同，其膨胀值往往还略小于新砂，通常可以代替新砂使用。因此，旧砂再生完全不同于一般的旧砂回用。

②不可不关注再生后的湿型旧砂可用作树脂砂的原砂。调查结果表明：铸造行业排出的废弃物总量中，废砂占70%以上，而湿型旧砂竟占到50%以上。面对国家对环境保护及可持续发展的重视，工业废弃物处理法规也愈加严格，提高湿型旧砂的再生利用率巳提上日程。当前，在国外已有将湿型旧砂通过再生用作树脂砂的原砂，并且已经取得了很好的效果。具体作法，是在旧砂回用基础上进行再生。方法之一是将湿型旧砂采用焙烧与干法组合的再生法，其再生流程如图1-4所示。采用焙烧工序，是让湿型旧砂中的有机物在750℃的流动层内完全燃烧掉后，再进入冷却工序。其中，流动式焙烧炉的构造示意图如图1-5所示，它分上、下两段，并形成各段砂的流动层。旧砂约焙烧至750℃，由输送阀自动送往下段。进入下段的砂通过直接注入水和空气冷却，再送往回转式再生装置（见图1-6）进行再生。该再生装置是利用砂层和砂粒的反复摩擦来去除砂粒表面惰性膜。旧砂随着回转筒旋转的同时，与在筒内壁贴附的砂层相互摩擦，进而得到加速后，一面旋转一面与叶片附近停留的砂子反复摩擦而上升，直到越过与搁板外壁相通的下一单元。由此而剥离出的微粉，随回转筒下部风机的气流被吸入集尘机中。采用此法得到的再生砂可用于生产覆膜砂，其抗弯强度比用新砂时高；热膨胀量也比用新砂时小。前者是因为再生砂粒形变圆，微粉较低；后者则是由于其经过焙烧所致，因此有助减少砂型热变形而引起的脉纹缺陷。但随着干法再生次数的增加，稍有粒度细化的倾向。而且用此法获得的再生砂用于三乙胺冷芯盒法制芯时，有人认为存在强度不足的问题。因此产生了对湿型旧砂采用不经焙烧，直接用回转式干法再生装置进行再生的方法，该法能满足型砂性能的要求，成本也低些，但是湿型旧砂的水分如在1%以上时，则要事先加以干燥。

图1-4 湿型旧砂的焙烧与干法组合再生流程

1—旧砂投入斗 2—磁选机 3—金属分离器 4—冷却室 5—筛分机 6—破碎机 7—干燥机 8—焙烧用旧砂斗 9—集尘机 10—焙烧炉 11—冷却装置 12—回转式再生装置 13—流动分级机 14—筛分机 15—再生砂斗

图1-5 流动式焙烧炉的构造示意图

1—旧砂投入口 2—辅助燃料供给口 3—排砂阀 4—流动用空气入口 5—冷却砂流动层 6—焙烧砂流动层 7—焙烧气体出口 8—测量端 9—燃烧器

图1-6 回转式干法（摩擦）再生装置的构造及机理示意图

1—旧砂投入 2—砂流 3—筒衬板 4—产生气流的风机 5—回转筒 6—因离心力而形成的砂固定层 7—筒棱边 8—搁环 9—叶片 10—搁板 11—外壁

3）用湿型砂机械化流水生产车间，型砂周转快，切不可造成湿型砂“热砂”问题：

①不可忽视湿型砂“热砂”引起的系列问题。湿型砂铸铁件落砂后的型砂温度一般达70～180℃，铸钢件可达90～260℃，机械化流水生产的车间，一个班次中型砂可能周转3～6次，如果经过反复浇注的型砂积蓄的热量，不能随时快速散去，就会使旧砂的温度不断上升，可达摄氏百度以上，就会产生“热砂”问题，导致型砂性能不良而引起一系列的问题：

a.砂温高，使配制好的型砂水分不断蒸发，无法控制其合适含水量，从而型砂变干、紧实率降低，导致砂型易破裂和不合格砂型增加。

b.热砂蒸发出来的水蒸气凝结在冷的运输带、储砂斗和模板表面上，会使其粘附一层型砂。粘附在运输带上的浮砂易掉落地面而污染作业环境；粘附在砂斗内壁的砂会越聚积越厚，产生挂砂；粘附在模板上的型砂会造成起模困难；蒸汽吸咐本该进入除尘器的粉尘，容易造成除尘管路的堵塞，使除尘器效能降低，恶化工作环境。

c.由于砂温高，合型前砂型表面的热砂容易脱水变干，使砂型棱角变脆，不耐金属液冲刷，容易造成冲蚀和砂孔缺陷。

d.热砂型的水蒸气凝结在冷铁和砂芯表面，使铸件产生气孔缺陷。

e.回用旧砂温度高，含水量低，运输过程中，粉尘会随着空气流和烟气向外散发，影响环境卫生。

②不可不研究解决过高的旧砂温度的有效冷却方法。对湿型型砂来说，通常造型时型砂温度超过40℃，或者比环境温度高12℃或20℃以上，就可以认为存在“热砂”问题。当前解决机械化流水生产车间“热砂”的最有效措施是从两方面入手：

a.对旧砂采取增湿通风冷却处理：一般要使1t热砂从100～110℃降到接近室温，需要鼓入200～210m³的冷空气，排出220～250m³的热空气，还应保证这些冷空气能与松散的热砂粒直接接触才能达到。另外还应加水，因为每蒸发1%水分，按理论计算，可使砂温降低25～27℃。目前常用的旧砂冷却设备有：

（a）落砂冷却滚筒（见图1-7）：一般铸造车间的落砂，过去常采用的，是在开放状态下工作的振动落砂机，噪声、粉尘一直是个亟待解决的问题。而落砂冷却滚筒则是近些年才在铸造机械化、自动化造型生产线上获得应用。它的主要优点是：a）落砂不靠振动，因而噪声低；b）在滚筒内增湿，烟尘、蒸汽在滚筒有限容积内很容易被除尘装置抽走，防尘、降温效果好；c）旧砂能获得预处理的效果（破碎、筛分、冷却），因而可省去专门破碎、筛分、冷却设备，既减少了占地面积，又可节约部分投资；d）该机采用全封闭结构，设备可连续运转，非常适用于配合机械化、自动化造型线落砂时使用。其工作原理是，浇注后的铸型经过约1h的冷却后进入滚筒，在滚筒中随着滚筒的旋转，由滚筒内壁的叶片带到一定的高度，然后翻转滚下。这一动作不断重复，促使型砂和铸件逐渐分离并缓慢前进，在铸件的撞击下，型砂得以破碎，在出口处通过筛分，铸件和型砂分离，达到落砂的目的。在滚筒入口处设有增湿装置，通过增湿的冷却水及蒸发型砂中原有的水分而使铸件和热砂冷却，并通过翻滾前进而使砂温趋于一致；除尘系统不断吸走烟尘、蒸汽，达到除尘和进一步冷却旧砂的目的。该机采用全封闭结构，噪声低，粉尘少。在落砂的同时又能起到破碎、筛分、冷却旧砂的作用，适于机械化、自动化铸造生产线应用。但该机占地面积较大，而且目前还不适于大型铸件的落砂清理使用。

图1-7 落砂冷却滚筒外形图

（b）振动沸腾冷却床（见图1-8）：实际上，它是一个在振动槽中装有带孔隔板的振动输送机。其工作原理是：过筛后的热旧砂，由给料装置均匀地送入到沸腾冷却床的鱼鳞板上，砂层的厚度一般为80～120mm。在旧砂沿着振动方向前进的同时，鼓风系统将冷风鼓入沸腾冷却床下部的风室内，然后通过鱼鳞板的小孔（不锈钢多孔板），不断地吹向旧砂层，使热砂一边被向上拋掷，一边向前移动，呈沸腾状态。砂粒在移动过程中互相撞击、摩擦和挤压，使粘附在砂粒表面的部分粘结物脱落。同时，由多个不同通径阀组成的加水系统向热砂喷水雾，将吸收砂子热量的气体从顶部吸走，冷却的砂子从冷却床前部排出。必须指出，不同时期的沸腾冷却床，其结构也不相同，从目前沸腾冷却床的发展趋势看，一般由下列部件组成：鼓风系统、激振体、床体、上罩体、加水系统、抽风除尘系统、电控系统、机座等。随着市场经济的发展，沸腾冷却床的许多部件如雾化喷头、不锈钢多孔板等已成为标准件。

图1-8 S8640A振动沸腾冷却床

1—沉降室 2—上槽体 3—平横梁 4—电动机 5—共振簧 6—减振簧

（c）双盘搅拌冷却机（见图1-9）：该机结构类似双碾盘混砂机，有一个长圆形的盆体，盆内有两个“十”字形旋转方向相反的（带刮板旋臂）的搅拌器，将旧砂搅拌、抛起呈波浪式的翻腾状态，并使砂团破碎，同时由鼓风系统鼓入冷空气，使其从半环状的进风通道和导风口进入双盘底侧，并且以一定的风压和风速吹向翻腾的热砂，空气吸取砂子的热量后，由抽风装置将其抽走。为了提高冷却效果，还在上述过程中，根据旧砂的水分、温度以及料层的厚度，由加水系统确定加水量，并以雾状将水加入到砂层中。经冷却后的砂子由卸料口排出。由于该冷却机在砂冷却的过程中充分搅拌，因此，有一定的预混效果。该机的机体较小，使用性能可靠，能完成大生产率的连续生产，是目前采用比较多的一种冷却设备。不过，该机传动结构较为复杂，磨损件较多。近年来出现的真空式混砂机，利用水分在真空中比在大气压下更容易蒸发而带走热量的原理，使混砂机起到了混砂与降温的双重作用。

图1-9 双盘冷却机

1—抽风罩 2—进水管 3—检修门 4—标牌 5—转向标牌 6—盆体 7—卸砂门 8—右刮砂板 9—右减速器 10—润滑装置 11—左减速器 12—左刮砂板

b.为了防止热砂粘附模样、模板，另一种方法是在造型机的模板上安装加热装置，以减少型砂与模样的温度差，从而避免水气凝结在模板上，达到了防止热砂粘附模样、模板的目的。