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铸造煤粉粒度多少合适?榆林市润恺煤业有限公司铸造煤粉生产专家

生产铸铁件用的湿型砂中,加入少量煤粉作为辅助材料,对改善铸造铸件质量有多方面的益处,但在煤粉的粒度选择和应用中存在的一些问题,应引起企业的注意。

煤粉在黏土湿型砂中的作用

黏土湿型砂中加入煤粉,其在铸件成形过程中的作用主要有4个方面:

(1)浇注后增强型内的还原性气氛 铁液注入砂型后,使型砂中的煤粉受热分解,所释放的还原性气体在型腔中能防止铁液氧化,抑制铸件表面形成FeO,这对于防止黏砂缺陷有非常重要的作用。

(2)改善铸件的表面质量 铁液注满型腔后,型内气氛为还原性气氛,在这种条件下,煤粉析出的烃类(尤其是芳香烃)气体,会凝聚于铸型表面,形成光亮碳膜,能防止黏砂并使铸件轮廓清晰、表面光亮。

(3)抑制膨胀缺陷的产生 靠近金属-铸型界面处,型砂中的煤粉受热而发生焦化反应时,先软化并发生体积收缩,然后再膨胀。贴近铸件的型表层升高、达到石英的相变膨胀温度时,其附近的型砂中,煤粉正好处于软化和体积收缩的温度,可以容让型表层砂粒的膨胀。因而可防止铸件上出现夹砂、鼠尾之类的膨胀缺陷,并改善铸件尺寸的稳定性。

(4)煤粉的焦化也有助于改善铸件的表面质量 贴近型表层的型砂中煤粉焦化时发生体积膨胀,能填塞型表层砂粒间的空隙,使铁液及由FeO产生的易熔硅酸盐难以渗入,从而改善铸件的表面质量。同时,离开铸型表面一定距离处仍然能保持应有的透气性。

采用超细煤粉带来的问题

多年来,我国铸造行业习惯于用细煤粉,我国现行的行业标准《湿型铸造用煤粉》中对铸造用煤粉的粒度要求是:“100%通过100号筛(筛孔尺寸0.150mm),95%通过140号筛(筛孔尺寸0.106mm)”,这样的煤粉大体上相当于外国的超细煤粉。无论从安全生产的角度,从环境保护的角度,从功能、效果的角度,还是从经济效益的角度考虑,不作具体分析地普遍采用超细煤粉都是很不妥当的。我国铸铁业界至今仍普遍采用超细煤粉,与我们世界第一铸造大国的地位实在是很不相称,这种状况是亟待改进的。

笔者约在十年前就提出了这个问题,希望我国煤粉生产企业和相关研究部门尽快地予以分析、研究,从而修订相关的标准。而且,据我所知,我国铸造行业中还有其他同仁也提出过这个问题,但这件事迄今仍未见端倪。

采用细煤粉会带来很多问题,由于篇幅所限,这里只能简单地提及以下几点。

(1)安全、环保方面的问题 煤粉是易燃物料,在空气介质中易于自燃,如果空气中含有弥散分布的煤粉,会形成易爆炸气氛。

在英国,煤粉加工企业必须遵守《处理危险物料和易爆炸气氛的规程》,这项规程与欧洲的ATEX规程是一致的。在制备煤粉的过程中,确保安全是至关重要的,要经常监测温度和环境气氛中煤粉的浓度和CO的含量。烟煤煤粉在空气中的含量在30~1500g/m3为爆炸的极限浓度。必要时,要吹氮气保护。

在包装、储存、运输过程中,都必须按易燃物料的要求处理,以保证安全。

煤粉越细,就越容易自燃、爆炸,安全方面的隐患也就越大。

此外,煤粉越细,用煤粉含量相同的黏土湿型砂造型,浇注后释放的挥发性有机物(VOCs)和危险性空气污染物(HAPs)也就越多。

(2)对型砂质量的负面影响 黏土湿型砂中所用的煤粉太细,对于型砂的质量就会有很多负面影响,当然也就会影响铸件的质量和质量的稳定性,如:储存和在砂处理系统内输送、分配的过程中,挥发分易于释放,而且挥发分的释放量受多种因素的影响,难以控制,从而导致型砂的性能不稳定;加料过程中容易被排尘系统吸走,影响型砂质量的稳定性;每次浇注后,因受热界面大,热解、焦化的的量增大,使型砂中的含泥量增多。而且煤粉焦化以后的细粒焦炭是多孔性物料,吸水的能力很强,要保持型砂的可紧实性,就不得不提高型砂中的水分;使型砂的透气性降低,在高压造型的条件下使用尤不相宜。

(3)经济效益方面 采用太细的煤粉,因降低型砂质量而致铸件质量降低、废品率提高所造成的经济损失很难估算,不在这里讨论。

由于在储存过程中损耗大、在砂处理系统中因吸尘而损失的量大、因烧蚀多不得不增加型砂中的加入量,也会导致生产成本提高。

对煤粉的粒度要求

煤粉的粒度,应该根据造型设备的情况和铸件的特点(轮廓尺寸、壁厚和重量)选用。一般说来,黏土湿型砂中所用的煤粉,粒度应细于原砂的粒度,但也不宜过细。如果生产小型铸件,对表面质量的要求又较高,可采用较细的砂粒,配用细煤粉或超细煤粉,但这并不是常规的情况。随着铸件尺寸的增大,就以采用较粗的粒状煤粉为好。

近年来,高压造型设备的应用日益广泛。对于高压造型设备,无论水平分型或垂直分型,型砂中都应采用粒度较粗的煤粉。这样,一方面可以适当提高铸型的透气能力,减少铸件产生的气孔缺陷;另一方面,采用粒状煤粉,浇注时挥发分的释放减缓,型砂中的灰分减少、复用性能改善,对于保持型砂性能的稳定有很好的作用。

如果进入系统砂的芯砂数量较多,导致型砂的总体粒度偏粗,为避免铸型的透气能力过高,在这种情况下,可考虑配加略细一些的煤粉。

总之,不论铸件特点和生产条件如何,一律采用95%以上通过140目筛的煤粉是不妥的,铸造行业使用的煤粉,应有几种不同粒度的规格,以适应不同的生产条件。

当然,煤粉的粒度也不能太粗。

英国是最早在黏土湿型砂中配用煤粉的国家,他们根据多年使用的经验,认为不能用粒度为1mm或以上的煤粉,否则铸件容易出现气孔缺陷。

同时,英国很少采用细煤粉或超细煤粉,只在生产对表面质量要求高的小型铸件时适当地配合应用。。

在规范我国铸造用煤粉的粒度方面,还需要进行大量的试验、研究工作,然后就实际试验数据进行优选,这需要煤粉生产企业、铸造企业和研究机构的共同努力。

一般说来,铸造用煤粉颗粒的尺寸应在40~200目,以不同的粒度级配制订若干牌号,以适应不同铸造企业的需求。

煤粉生产企业从生产细煤粉改为生产粒状煤粉,在设备方面可能要作较大的调整,如装设旋流式粒度分级设备和粒度级配装置等。榆林市润恺煤业有限公司铸造煤粉生产专家



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