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          0571-61098988
           
           
           
           
             
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          鑄造型砂用膨潤土淺析
          雙擊自動滾屏 發布者:本站 發布時間:2014/7/12 閱讀:2463次 【字體:

          冶金鑄造用膨潤土在膨潤土應用中所占的比例較大,每年用量約為120多萬噸。膨潤土在鑄造方面的應用主要體現于粘土粘結砂中,與普通型砂相比較,膨潤土砂中的膨潤土與水分都少,因而透氣性高,發氣量少,而濕壓強度卻較高,高溫濕態條件下物理化學性能穩定,使鑄件中不易產生砂眼與氣孔等缺陷,而且具有可塑性高,可遏止鑄件夾砂,結疤,掉塊,砂型塌方等現象。由于膨潤土具有明顯的優越性,因而在世界各國的鑄造中已得到廣泛的應用。鑄造用膨潤土主要分為鈣基膨潤土與鈉基膨潤土兩大類。而鈉基膨潤土又分天然鈉基膨潤土與人工鈉化膨潤土兩種。由于天然鈉基膨潤土的型砂濕壓強度與熱濕拉強度及水化性能不如人工鈉化膨潤土好,而且天然鈉基膨潤土的生產成本遠高于人工鈉化膨潤土,所以近幾年來,人工鈉化膨潤土成為當今鑄造行業粘結劑應用份額最大的產品。

            為了使鑄造用膨潤土生產企業,控制好人工鈉化膨潤土的產品質量,我們對膨潤土的一些理化指標與鑄造型砂的工藝性能進行試驗分析。通過試驗分析表明,膨潤土的一些理化指標與膨潤土的鑄造濕型的性能有著密切的關系,而且對型砂的質量影響較大。下面就相關指標性能分別作以試驗分析。

          1.膨潤土的吸藍量與型砂的濕壓強度

          1.1吸藍量:膨潤土的主要成份是蒙脫石,也就是說蒙脫石的多少代表著膨潤土中有效成份的高與低,現在膨潤土加工企業的測試手段還不能直接檢測膨潤土中有效成分蒙脫石含量,只能用其它方法間接來求得膨潤土中蒙脫石的含量。由于蒙脫石能夠吸附亞甲基藍,而其它粘土礦物對亞甲基藍的吸附能力較弱,所以人們用膨潤土吸附亞甲基藍量的多少來間接求得蒙脫石含量。

           1.2濕壓強度:膨潤土粘結劑與鑄造用型砂與調合水按一定比例在混砂機中進行混輾一定時間,測定其合適的緊實率下,將混砂在制樣機上制成標準試件并在濕壓強度儀是測試,這種含有調合水的試件產生破裂所需的壓力就是該試件的濕壓強度。根據鑄件合金的種類,鑄件的大小,砂型緊實方法,造型方法,以及表面風干情況的不同,對型砂的性能提出不同的要求,因而,對型砂的濕壓強度要求也就不一樣。

           1.3試驗:我們對建平地區的部分膨潤土樣品進行了吸藍量與濕壓強度的測驗,結果列表如下:               

          樣號

          1

          2

          3

          4

          5

          6

          7

          8

          9

          吸藍量

          20

          22

          25

          28

          31

          33

          35

          42

          44

          濕壓強度

          42

          60

          78

          98

          116

          120

          132

          142

          145

           

          吸藍量(33g/100g)相同的不同試驗樣其濕壓強度的測驗結果

          122

          124

          130

          133

          132

          135

                                       

          說明:吸藍量的單位為:g/100g    濕壓強度單位為:Kpa

          1.4結果與分析:通過上表我們不難看出,膨潤土吸藍量與其型砂的濕壓強度整體上是呈正比例關系,吸藍量高的膨潤土用于型砂粘結劑的濕壓強度也好.吸藍量低的其型砂的濕壓強度也次之.而同一吸藍量的膨潤土其濕壓強度并不是完全相同,,這與膨潤土的組分,屬性,屬型有一定的關系.通過上述關系,我們在生產高濕壓強度的膨潤土產品時,就要首選擇高吸藍量的膨潤土,如果沒有高吸藍量的膨潤土,就要對低品位的膨潤土進行提純,以適應生產的需要.

          2:膨潤土的膨潤值與型砂的熱濕拉強度

          2.1膨潤值: 膨潤值是判斷膨潤土屬性、鈉化程度及熱濕粘結力的一個指標。膨潤土與水充分混合后,加入一定量電解質鹽類,所形成的凝膠體積的毫升數,稱為膨潤值。試驗方法為:膨潤土粉經105~110℃干燥2h后放在干燥器中冷卻備用。在帶磨口塞的量筒(100ml)中先加入蒸餾水75ml。稱取烘干的膨潤土粉3克。加入到盛有蒸餾水的量筒中,用力搖動5分鐘,使膨潤土在水中均勻分散。如有小團塊,需延長搖動時間,直到團塊消失為止。 加入濃度為1mol/L的NH4Cl溶液5ml ,并加蒸餾水至100ml滿刻度,搖動1分鐘后,使之成均勻的懸浮液。 鈉膨潤土需分幾批逐次加入水中,否則不易搖均。 靜止24h后,讀出沉淀物(凝膠體)界面刻度值,以ml/3g或ml/g表示,即為該膨潤土的膨潤值。

          2.2型砂的熱濕拉強度:從型砂試樣的一端加熱,使表層型砂所含水分蒸發,向內遷移和凝聚形成低抗拉強度的高水層后,測定其抗拉強度即為熱濕拉強度。儀器的原理:試樣筒結構為組合式。端部有一個開放的淺環,中間一段為試樣筒環,另一端為連接筒。型砂試樣在此專用試樣筒中沖緊后留在淺環和試樣筒環之內。測試時去掉托盤和連接筒,使淺環端向下推送到儀器的規定位置,此處有導軌可以卡緊淺環的法蘭。溫度為 320±10℃的加熱板升起頂緊其中的型砂試樣,與試樣的端面直接接觸。加熱20s后,水分向上遷移,在淺環與試樣筒環的連接面處形成低熱濕強度的高水凝聚區。儀器的測力傳感器通過吊架提起試樣筒環上方的環形凸緣,受到拉力作用時,型砂將從最薄弱的截面斷開。測得的最大拉應力除以截面積即為熱濕拉強度。

          2.3試驗:我們選取了幾種不同屬性及不同鈉化程度的膨潤土試樣進行試驗,數據如下表

          膨潤土種類

          1號鈣土

          2號球團土

          3號不合格土

          4鈉化土(1)

          4鈉化土(2)

          4鈉化土(3)

          膨潤值

          20

          84

          75

          98

          100

          100

          熱濕拉強度

          1.0

          3.8

          5.0

          5.0

          6.0

          6.2

          說明:膨潤值的單位為:ml/3g     熱濕拉強度的單位為:Kpa

          2.4結果與分析:從上表及在長時間的測試中我們可以得出:膨潤土的膨潤值與型砂的熱濕拉強度成正比,而且同一種膨潤土隨其鈉化程度加深,其膨潤值與熱濕拉強度隨其升高,膨潤值與熱濕拉強度呈較好的線關系。.吸藍量反映膨潤土的純度,膨潤值體現膨潤土納化程度。膨潤土吸藍量越高,膨潤土的純度越高,膨潤土的濕態粘結力也越大;膨潤土膨潤值越高,膨潤土納化程度越高,膨潤土的熱濕態粘結力越大。而濕型砂鑄造廠所關心的膨潤土質量主要是其濕態粘結力和熱濕態粘結力大小,因此只有吸藍量和膨潤值均高的膨潤土才是濕型砂理想的粘結劑。

          3鑄造用膨潤土的鈉化與型砂的復用性

          3.1膨潤土的鈉化:目前鑄造用膨潤土的人工鈉化途徑有擠壓鈉化法、堆場鈉化法、輪輾鈉化法、雙螺旋鈉化法等。我們在生產鑄造用膨潤土時,使用最多的為擠壓法.擠壓法是在加入改型劑的同時,施加一定的壓力,使蒙脫石粘粒分開,加速Na+交換Ca2+的過程。同時,在擠壓過程中可使一部分機械能轉化為熱能,提高反應溫度。在擠壓作用下,晶層之間、粘粒之間產生相對運動而發生分離,這也增加了Na+離子的接觸面積,有利于鈉化進行。并且擠壓也使蒙脫石晶體產生斷鍵,利于吸附具有相反電荷的Na+,利于蒙脫石水化,再加是一定時間的場堆陳化,極大的改善了膨潤土的水化性能

          3.2膨潤土的復用性: 膨潤土受到不同溫度加熱后,粘結力會有不同程度的下降.膨潤土在型砂模件上,能承受高溫而不失去粘結性能的能力大小稱其為復用性.復用性好的膨潤土,在鑄造生產過程中,產生的死粘土就少,同時在型砂再次使用中填加的量就少,因而型砂的透氣性就好,鑄件產生不合格產品的機率相應降低。用量少也有利于降低生產成本。

          3.3鈉化程度與復用性: 當熔融金屬注入鑄型以后,如果貼近鑄件表面的型砂就被加熱到800℃以上(有一些非鐵合金達不到此溫度)。不管你用什么樣的膨潤土,這部分型砂中的膨潤土都會變成死粘土。這些死粘土,一部分隨同型砂一道附在鑄件表面上,被鑄件帶走,一部分留在回收的舊砂中。除了制造大型鑄件以外,在鑄造過程中,大部分型砂達不到這樣的溫度。但由于不同的鑄造廠家采用不同廠家生產的膨潤土,脫除晶格水的溫度是不同的,脫除晶格水的速率也不一樣。如采用容易脫除晶格水的膨潤土,即使在并不直接接近鑄件的型砂中,也會有較多的膨潤土失效而變成死粘土。如采用不易脫除晶格水的粘土,產生的死粘土就會少一些。這里所說的晶格水與復用性是密切相關的,同等條件下產生的死土少,復用性就好,使用的次數就多,相對其生產成本就低。下表可知在原礦選定后其鈉化程度與復用性成正比的關系.試驗結果見下表:

          名稱

          原礦

          1

          2

          3

          4

          原礦

          A樣

          142Kpa

          8.5%

          39%

          48%

          57%

          5.6%

          B樣

          120Kpa

          8.3%

          42%

          51%

          56%

          5.5%

          說明

          105度

          600度

          600度

          600度

          600度

          600度

          說明:1號樣為干式鈉化球團土.2號樣為濕態鈉化不擠壓不陳化土.3號樣為濕態鈉化陳化不擠壓土.4號樣為濕態鈉化擠壓并陳化土.以濕壓強度為試驗指標.復用性以600度,30分鐘高溫為標準.(濕態鈉化最初的條件為:膨潤土原料與碳酸鈉混均,加適量水攪拌均勻,在15度條件封存2小時,風干一定時間,在烘箱內烘干加工成200目試驗樣。)

          3.4結果與分析:鑄造用鈉化膨潤土復用性的高與低主要由膨潤土礦物本身的組分,屬型,屬性有關,另一個是與鈉化的程度有關.同一批料鈉化的越徹底其產品的復用性就越高。這兩個因素決定了鈉化鑄造膨潤土的復用性。.

          4鑄造用膨潤土干燥溫度,水份控制與型砂性能

          4.1干燥溫度對膨潤土的影響: 膨潤土有一個重要的特點,就是它具有一定的耐熱能力。只要加熱溫度不太高,脫除了自由水的膨潤土只要加水,仍能恢復粘能力。膨潤土的粘結能力只有在加水以后才能表現出來。膨潤土失去粘結能力,也與它的脫水有關。到目前為止,認為膨潤土中的水分有三種形態:一種水是自由水,即膨潤土顆粒吸附的水,加熱到100℃以上,就可脫除自由水,脫除了自由水的膨潤土,粘結能力不受影響;二種水是牢固結合水,110℃下長時間加熱,膨潤土可完全脫除自由水,但不會脫除牢固結合水。已完全脫除自由水的膨潤土,再在較高的溫度(如200℃,300℃)下加熱仍會繼續減重,說明仍有水分損失。膨潤土經這樣加熱脫水后,只要加水,能完全恢復粘結能力;三種水是晶格水,也有人稱之為結構水。晶格水只有在相當高的溫度下才能部分或全部脫除。膨潤水的晶格水脫除以后,即喪失粘結能力,成為死粘土。不同的膨潤土,喪失粘結能力的溫度不同。由差熱分析實驗證明:一般來說,天然鈉膨潤土的失效溫度為638℃,鈣膨潤土為316℃。人工活化的鈉膨潤土,由于活化條件各異,失效溫度不一,但都低于天然鈉膨潤土。由此可見,粘土粘結砂中存在2種膨潤土,1種是有效膨潤土,1種是死粘土。死粘土越多,粘土粘結砂性能越差。鈉膨潤土在600℃以下加熱,它的粘結能力基本上不受影響。加熱溫度超過600℃,就急劇地喪失粘接能力。加熱到700℃以上,差不多完全喪失了粘結能力。鈣膨潤土在100℃以上,就開始緩慢地失去粘結能力。加熱溫度再提高,粘結能力的喪失就越來越明顯。人工活化不好的鈉膨潤土,在最初使用時,失效溫度僅略低于天然鈉膨潤土,幾次反復加熱后,就與鈣膨潤土相近。所以說人工鈉化膨潤土的干燥溫度對產品的性能有較大的影響

          4.2水份控制對膨潤土吸水速度的影響,試驗數據見下表:

          樣品水份%

          2-------4

          4--------8

          8-------12

          12----14

          吸水比%

          48

          61

          62.5

          65

          說明:為鑄造用優質鈉化膨潤土同一試驗樣.烘干溫度為400度.

          4.3干燥溫度對膨潤土鑄造性能的影響,具體試驗數據見下表

          干燥溫度

          105度

          300度

          600度

          800度

          濕壓強度

          125Kpa

          125Kpa

          120Kpa

          68Kpa

          吸藍量

          37g/100g

          36.5g/100g

          35g/100g

          22g/100g

          說明:樣品為鑄造用優質鈉化膨潤土同一試驗樣.試樣在電阻爐內分別加熱15分鐘。

          4.4結果與分析:我們通過上述試驗數據可知,膨潤土產品中的水分控制不是一個簡單的水分多與少,它與膨潤土的吸水速度有較大的關系,同樣也就是說膨潤土的水化速度關系密切,我們都知道膨潤土的水化速度與其膨潤土發揮其性能是成比的,只有完全水化的膨潤土它的性能才得已充分的發揮。膨潤土產品的水分從低到高,它的吸水比逐步升高,也就是說高含水份的膨潤土產品,在較短時間內比較低含水量的膨潤土產品更有利于發揮其性能。但是膨潤土產品含水量過高,產品在運輸與儲存過程中易產生結塊,吸濕快等缺陷,所以對鑄造膨潤土產品以水分控制在8%---12%為最佳含水量。人們在生產過程中,膨潤土產品的干燥多以烘干為主,而且烘干與水分控制一次性完成,原料水份高,就要提高烘干爐溫,此時烘干爐的進風口溫度在800—900度左右,水分才合格.實際此時已有部分膨潤土已經成死粘土.在這種條件下的辦法最好先把原料自然風干一下,水分含量到28%左右再進行烘干,爐溫可下調至700度左右,這樣即很大程度上減少燒死土的產生,同時會降低燃料消耗。而且產品的含水量還易控制。鑄造用膨潤土產品,的水分控制是一個比較復雜的過程,即要考慮到產品的合格水分,又要考慮到溫度對膨潤土燒死量的影響.想獲取較為理想的產品,就必需對產品的干燥溫度進行合理的控制,即要達到高產,又要優質.而且水份適宜.以便對膨潤土在型砂中發揮其最佳效用.

          結語:鑄造用膨潤土的一些理化指標與其在型砂中的工藝性能有著密切的關系:膨潤土吸藍量與型砂的濕壓強度成正比。吸藍量高的膨潤土,其鈉化后的產品用于生產型砂的濕壓強度也好。膨潤土膨潤值與熱濕拉強度呈較好的線性正比例關系。濕態鈉化膨潤土的膨潤值好的產品,其在型砂中反應出來的熱濕拉強度一定也好。只有吸藍量高與膨潤值高的膨潤土才較適合用于做鑄造型砂用原料。人工鈉化膨潤土應從兩個方面考慮產品的復用性,一是從原料的復用性,二是從人工鈉化膨潤土鈉化效果來考慮這個問題。鑄造用鈉化膨潤土原料復用性是有一定的選擇性,有的原料其復用性較低,這樣的原料就不適用于做鑄造膨潤土原料,只能做為配料使用,而有的原料其復用性很好,而這樣的原土就適用于做鑄造鈉化膨潤土原料.。鈉化膨潤土的鈉化效果也是對其復用性影響很大的一個因素.鈉化效果好的土,鈉化效果減退的少,復用性就高;鈉化效果不好的土,鈉化效果衰退的非?,復用性就低,造成鑄造廠家膨潤土加入量大,導致型砂含泥量高,甚至造成起皮等鑄造缺陷。膨潤土的產品烘干溫度與水分應當進行必要控制,以便產品在鑄造混砂的過程中,發揮其最佳的性能.。


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