自硬砂

自硬砂是將鑄造過程中使用的型砂中添加樹脂等固化劑，使砂型能夠自行硬化的鑄造用砂，主要套用於鑄造行業。

基本介紹

• 中文名：自硬砂
• 外文名：Self-hardening sand
• 應該：鑄造

鑄造工藝

鋼、鐵和大多數有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。由於砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型製造簡便，對鑄件的單件生產、成批生產和大量生產均能適應，長期以來，一直是鑄造生產中的基本工藝。

鑄造過程

砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。為了提高鑄件的表面質量，常在砂型和型芯表面刷一層塗料。塗料的主要成分是耐火度高、高溫化學穩定性好的粉狀材料和粘結劑，另外還加有便於施塗的載體（水或其他溶劑）和各種附加物。砂型製造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結劑。最常用的鑄造砂是矽質砂。矽砂的高溫性能不能滿足使用要求時則使用鋯英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂。為使製成的砂型和型芯具有一定的強度，在搬運、合型及澆注液態金屬時不致變形或損壞，一般要在鑄造中加入型砂粘結劑，將鬆散的砂粒粘結起來成為型砂。套用最廣的型砂粘結劑是粘土，也可採用各種幹性油或半幹性油、水溶性矽酸鹽或磷酸鹽和各種合成樹脂作型砂粘結劑。砂型鑄造中所用的外砂型按型砂所用的粘結劑及其建立強度的方式不同分為粘土濕砂型、粘土乾砂型和化學硬化砂型3種。20世紀初鑄造業開始採用輾輪式混砂機混砂，使粘土濕型砂的質量大為改善。新型大功率混砂機可使混砂工作達到高效率、高質量。以震實為主的震擊壓實式造型機的出現，又顯著提高了鑄型的緊實度和均勻性。隨著對鑄件尺寸精度和表面質量要求的提高，又出現了以壓實為主的高壓造型機。用高壓造型機製造粘土濕砂型，不但可使鑄件尺寸精度提高，表面質量改善，而且使緊實鑄型的動作簡化、周期縮短，使造型、合型全工序實現高速化和自動化。氣體衝擊加壓的新型造型機，利用粘土漿的觸變性,可由瞬時施以0.5兆帕的壓力而得到非常緊密的鑄型。這些進展是粘土濕砂型鑄造能適應現代工業要求的重要條件。因而這種傳統的工藝方法一直被用來生產大量優質鑄件。

自硬砂砂處理及工藝特點

1 自硬砂舊砂再生處理的工藝特點

自硬砂鑄造生產中，舊砂再生工藝的套用已是很普遍了。不同的舊砂再生工藝，就有不同的砂處理生產單元。其目的就是實現舊砂再生回用、降低成本、促進環保、提高資源再利用。

舊砂再生主要是利用振動機械的振動機理來實現的。舊砂再生過程中的主要設備包括振動落砂機、振動破碎機、振動沸騰冷卻機、振動輸送機和振動篩分機，以及風選機、砂溫調節器、磁分離機等，配套相關的設備構成一個特定的砂處理生產單元。自硬砂舊砂再生回用，就是利用專用再生設備來對舊砂進行破碎、去膜、篩分和冷卻的工藝套用過程。也有利用高溫焙燒的工藝方法對舊砂進行處理。

舊砂再生處理的過程，就是對樹脂砂、水玻璃砂（統稱自硬砂）的失效脆性狀、潰散狀的惰性膜進行脫膜、去膜、圓整的過程。對半粘結狀和粘結狀的未失效的舊砂進行團塊破碎、分解、鬆散再利用。舊砂再生設備中，對舊砂產生搓磨作用的有二種形式的振動設備：線性振動設備和非線性振動設備。線性振動設備如FAT 系列振動破碎機；它以線性激振力為主體，形成對舊砂進行線性方向的運動搓磨作用機理。

非線性振動設備，它以非線性的陀旋振動激振為主體，形成對舊砂進行在圓周範圍被激掁的運動搓磨作用機理。

2 運動搓磨機理的受力分析

舊砂受線性振動的搓磨力，是由激振力產生的作用力和反作用力，構成平面匯交力系。形成對砂的搓磨運動過程。

舊砂受非線性振動的搓磨力，除受激振力作用產生的作用力和反作用力之外，還有受離心慣性力產生的作用力、反作用力；構成空間匯交力系，形成對砂陀旋搓磨運動過程。

搓磨力，就是由激振力產生的作用力對舊砂作用所需要的脫膜能力。不同的搓磨方式會產生不同的脫膜效果。

舊砂在被激振的運動過程中，雖然會出現多方位的力點，如擠壓力、碰撞力、衝擊力、離心方向的拋射力等。但都會形成一個匯交合力；由於匯交合力的形成，對砂團塊產生力偶；（兩個大小相等，方向相反，作用線不重合的平行力，稱力偶。）力偶對物體轉動效應的大小，用力偶矩來度量。力偶矩是一個自由矢量，可以在作用面內作任意移動，而不影響對物體的轉動效應。

所以舊砂團塊及顆粒狀舊砂線上性和非線性振動激勵下，所出現的轉動、翻滾運動狀態，達到了有切向搓磨的作用。

3 搓磨對象有機脂膜的形成

自硬砂工藝中，砂子利用有機脂和固化劑的作用產生相互的粘附，形成表面有機脂膜；粘附的結合力（粘附強度），其性質取決於砂子和粘附劑相互作用的結合鍵粘合劑的分子鍵，不同性質的結合鍵，產生不同的結合能（一種聚合內力）。由於存在有機脂膜的結合能，使砂粒間粘合，不易潰散。這種內力隨粘附強度的變化而改變。因此，不同工藝配方的有機脂、固化劑會形成不同固化時間和固化硬度。有機脂膜受一定溫度影響後，形成隋性膜（一種脆化的有機脂膜），其內部的分子鍵，會發生質的變化。經完全燒灼的有機脂膜，分子鍵完全斷裂而灰粉化；不完全燒灼的有機脂膜，分子鍵脆化，有機脂膜失效，在外力作用下易發生脫離；未燒灼的有機脂膜，因有受溫度影響，分子鍵處於臨界脆化狀態，在適當外力作用下，會發生脫落；而沒有受溫度影響的，仍保持著完好的粘附結構－固化的有機脂膜。這種砂粒經分解鬆散後可以再利用。有機脂膜包裹的砂子，不影響砂回用性能。

舊砂脫膜能力的大小，一般用灼燒減量來衡量。有機脂膜失效後的性狀，一般為灰粉狀，脆化狀和潰散狀。

高溫熱法再生工藝對樹脂砂再生不適用。其一，沒有必要利用高溫法去除剩餘未失效樹脂膜，這對以後回用樹脂的加入量有利；其二，直接燒灼舊砂對部分砂粒不利，易破碎粉化。

高溫熱法再生工藝對水玻璃砂舊砂再生可以適用，因為舊砂中的殘餘水玻璃會影響型砂成分的酸鹼度。實際生產套用比較多。

磷酸鹽自硬砂

目前, 磷酸鹽膠凝材料品種繁多, 由於其粘結性能好, 所以在耐火材料及其製品和許多高溫工程中早已廣泛套用, 國外採用磷酸鹽作為鑄造粘結劑, 特別是套用在自硬砂方面已進行了許多研究。國內近年來也獲得了一些成果。從這些成果來看, 磷酸鹽自硬砂具有較高的耐火度, 一定的高溫強度, 良好的潰散性, 製備方便、無毒、無味、無公害, 與水玻璃砂和樹脂砂相比, 具有其獨特的優點。因此, 對磷酸鹽自硬砂的開發研究具有積極的意義。

(1)以磷酸鋁膠為粘結劑, 煅燒冶金鎂砂為硬化劑並加入礬土水泥為防潮劑配製的磷酸鹽自硬砂, 具有合適的硬化強度、高溫強度及良好的潰散性。

(2)磷酸鹽自硬砂無毒害、無污染、生產操作簡單, 採用該自硬砂進行生產, 有較好的經濟效益, 對其開發套用予以充分地重視。