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  • 型砂性能与膨润土指标关系浅析

  • 发布时间:2018/9/20 14:21:27 来源:互联网文字【 收藏浏览人数:502
  • 内容摘要: 冶金铸造用膨润土在膨润土应用中所占的比例较大,每年用量约为120多万吨。膨润土在铸造方面的应用主要体现于粘土粘结砂中,与普通型砂相比较,膨润土砂中的膨润土与水分都少,因而透气性高,发气量少,而湿压强度却较高,高温湿态条件下物理化学性能稳定,使铸件中不易产生砂眼与气孔等缺陷,而且具有可塑性高,可遏止铸件夹砂,结疤,掉块,砂型塌方等现象。由于膨润土具有明显的优越性,因而在世界各国的铸造中已得到广泛的应用。

       冶金铸造用膨润土在膨润土应用中所占的比例较大,每年用量约为120多万吨。膨润土在铸造方面的应用主要体现于粘土粘结砂中,与普通型砂相比较,膨润土砂中的膨润土与水分都少,因而透气性高,发气量少,而湿压强度却较高,高温湿态条件下物理化学性能稳定,使铸件中不易产生砂眼与气孔等缺陷,而且具有可塑性高,可遏止铸件夹砂,结疤,掉块,砂型塌方等现象。由于膨润土具有明显的优越性,因而在世界各国的铸造中已得到广泛的应用。铸造用膨润土主要分为钙基膨润土与钠基膨润土两大类。而钠基膨润土又分天然钠基膨润土与人工钠化膨润土两种。由于天然钠基膨润土的型砂湿压强度与热湿拉强度及水化性能不如人工钠化膨润土好,而且天然钠基膨润土的生产成本远高于人工钠化膨润土,所以近几年来,人工钠化膨润土成为当今铸造行业粘结剂应用份额最大的产品。

        为了使铸造用膨润土生产企业,控制好人工钠化膨润土的产品质量,我们对膨润土的一些理化指标与铸造型砂的工艺性能进行试验分析。通过试验分析表明,膨润土的一些理化指标与膨润土的铸造湿型的性能有着密切的关系,而且对型砂的质量影响较大。下面就相关指标性能分别作以试验分析。

    1、膨润土的吸蓝量与型砂的湿压强度
    1.1吸蓝量:
        膨润土的主要成份是蒙脱石,也就是说蒙脱石的多少代表着膨润土中有效成份的高与低,现在膨润土加工企业的测试手段还不能直接检测膨润土中有效成分蒙脱石含量,只能用其它方法间接来求得膨润土中蒙脱石的含量。由于蒙脱石能够吸附亚甲基蓝,而其它粘土矿物对亚甲基蓝的吸附能力较弱,所以人们用膨润土吸附亚甲基蓝量的多少来间接求得蒙脱石含量。

    1.2湿压强度:
        膨润土粘结剂与铸造用型砂与调合水按一定比例在混砂机中进行混辗一定时间,测定其合适的紧实率下,将混砂在制样机上制成标准试件并在湿压强度仪是测试,这种含有调合水的试件产生破裂所需的压力就是该试件的湿压强度。根据铸件合金的种类,铸件的大小,砂型紧实方法,造型方法,以及表面风干情况的不同,对型砂的性能提出不同的要求,因而,对型砂的湿压强度要求也就不一样。

    1.3试验:
        我们对建平地区的部分膨润土样品进行了吸蓝量与湿压强度的测验,结果列表如下:               


    1.4结果与分析:
        通过上表我们不难看出,膨润土吸蓝量与其型砂的湿压强度整体上是呈正比例关系,吸蓝量高的膨润土用于型砂粘结剂的湿压强度也好.吸蓝量低的其型砂的湿压强度也次之.而同一吸蓝量的膨润土其湿压强度并不是完全相同,,这与膨润土的组分,属性,属型有一定的关系.通过上述关系,我们在生产高湿压强度的膨润土产品时,就要首选择高吸蓝量的膨润土,如果没有高吸蓝量的膨润土,就要对低品位的膨润土进行提纯,以适应生产的需要.

    2、膨润土的膨润值与型砂的热湿拉强度

    2.1膨润值:
        膨润值是判断膨润土属性、钠化程度及热湿粘结力的一个指标。膨润土与水充分混合后,加入一定量电解质盐类,所形成的凝胶体积的毫升数,称为膨润值。试验方法为:膨润土粉经105~110℃干燥2h后放在干燥器中冷却备用。在带磨口塞的量筒(100ml)中先加入蒸馏水75ml。称取烘干的膨润土粉3克。加入到盛有蒸馏水的量筒中,用力摇动5分钟,使膨润土在水中均匀分散。如有小团块,需延长摇动时间,直到团块消失为止。加入浓度为1mol/L的NH4Cl溶液5ml ,并加蒸馏水至100ml满刻度,摇动1分钟后,使之成均匀的悬浮液。钠膨润土需分几批逐次加入水中,否则不易摇均。静止24h后,读出沉淀物(凝胶体)界面刻度值,以ml/3g或ml/g表示,即为该膨润土的膨润值。

    2.2型砂的热湿拉强度:
        从型砂试样的一端加热,使表层型砂所含水分蒸发,向内迁移和凝聚形成低抗拉强度的高水层后,测定其抗拉强度即为热湿拉强度。仪器的原理:试样筒结构为组合式。端部有一个开放的浅环,中间一段为试样筒环,另一端为连接筒。型砂试样在此专用试样筒中冲紧后留在浅环和试样筒环之内。测试时去掉托盘和连接筒,使浅环端向下推送到仪器的规定位置,此处有导轨可以卡紧浅环的法兰。温度为 320±10℃的加热板升起顶紧其中的型砂试样,与试样的端面直接接触。加热20s后,水分向上迁移,在浅环与试样筒环的连接面处形成低热湿强度的高水凝聚区。仪器的测力传感器通过吊架提起试样筒环上方的环形凸缘,受到拉力作用时,型砂将从最薄弱的截面断开。测得的最大拉应力除以截面积即为热湿拉强度。

    2.3试验:
        我们选取了几种不同属性及不同钠化程度的膨润土试样进行试验,数据如下表


    2.4结果与分析:
        从上表及在长时间的测试中我们可以得出:膨润土的膨润值与型砂的热湿拉强度成正比,而且同一种膨润土随其钠化程度加深,其膨润值与热湿拉强度随其升高,膨润值与热湿拉强度呈较好的线关系。.吸蓝量反映膨润土的纯度,膨润值体现膨润土纳化程度。膨润土吸蓝量越高,膨润土的纯度越高,膨润土的湿态粘结力也越大;膨润土膨润值越高,膨润土纳化程度越高,膨润土的热湿态粘结力越大。而湿型砂铸造厂所关心的膨润土质量主要是其湿态粘结力和热湿态粘结力大小,因此只有吸蓝量和膨润值均高的膨润土才是湿型砂理想的粘结剂。

    3、铸造用膨润土的钠化与型砂的复用性

    3.1膨润土的钠化:
        目前铸造用膨润土的人工钠化途径有挤压钠化法、堆场钠化法、轮辗钠化法、双螺旋钠化法等。我们在生产铸造用膨润土时,使用最多的为挤压法.挤压法是在加入改型剂的同时,施加一定的压力,使蒙脱石粘粒分开,加速Na+交换Ca2+的过程。同时,在挤压过程中可使一部分机械能转化为热能,提高反应温度。在挤压作用下,晶层之间、粘粒之间产生相对运动而发生分离,这也增加了Na+离子的接触面积,有利于钠化进行。并且挤压也使蒙脱石晶体产生断键,利于吸附具有相反电荷的Na+,利于蒙脱石水化,再加是一定时间的场堆陈化,极大的改善了膨润土的水化性能

    3.2膨润土的复用性:
        膨润土受到不同温度加热后,粘结力会有不同程度的下降.膨润土在型砂模件上,能承受高温而不失去粘结性能的能力大小称其为复用性.复用性好的膨润土,在铸造生产过程中,产生的死粘土就少,同时在型砂再次使用中填加的量就少,因而型砂的透气性就好,铸件产生不合格产品的机率相应降低。用量少也有利于降低生产成本。

    3.3钠化程度与复用性: 
        当熔融金属注入铸型以后,如果贴近铸件表面的型砂就被加热到800℃以上(有一些非铁合金达不到此温度)。不管你用什么样的膨润土,这部分型砂中的膨润土都会变成死粘土。这些死粘土,一部分随同型砂一道附在铸件表面上,被铸件带走,一部分留在回收的旧砂中。除了制造大型铸件以外,在铸造过程中,大部分型砂达不到这样的温度。但由于不同的铸造厂家采用不同厂家生产的膨润土,脱除晶格水的温度是不同的,脱除晶格水的速率也不一样。如采用容易脱除晶格水的膨润土,即使在并不直接接近铸件的型砂中,也会有较多的膨润土失效而变成死粘土。如采用不易脱除晶格水的粘土,产生的死粘土就会少一些。这里所说的晶格水与复用性是密切相关的,同等条件下产生的死土少,复用性就好,使用的次数就多,相对其生产成本就低。下表可知在原矿选定后其钠化程度与复用性成正比的关系.试验结果见下表:

    说明:1号样为干式钠化球团土.2号样为湿态钠化不挤压不陈化土.3号样为湿态钠化陈化不挤压土.4号样为湿态钠化挤压并陈化土.以湿压强度为试验指标.复用性以600度,30分钟高温为标准.(湿态钠化最初的条件为:膨润土原料与碳酸钠混均,加适量水搅拌均匀,在15度条件封存2小时,风干一定时间,在烘箱内烘干加工成200目试验样。)

    3.4结果与分析:
        铸造用钠化膨润土复用性的高与低主要由膨润土矿物本身的组分,属型,属性有关,另一个是与钠化的程度有关.同一批料钠化的越彻底其产品的复用性就越高。这两个因素决定了钠化铸造膨润土的复用性。

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