膨润土品质对湿型砂性能的影响

庄志刚，李娜，季顺业

（潍柴动力股份有限公司，山东潍坊261061）

膨润土品质对湿型砂性能的影响

庄志刚，李娜，季顺业

（潍柴动力股份有限公司，山东潍坊261061）

膨润土是湿型砂铸造的核心材料，膨润土品质的优劣直接影响到湿型砂性能及混砂参数。本文从膨润土的性能差异性出发，分析了优质膨润土应用前后给型砂性能带来的影响。

膨润土；湿型砂；性能

当前，湿型砂造型仍是铸造行业中使用最为广泛的造型方法。膨润土作为湿型砂的黏结材料，对湿型砂各方面的性能都有着直接的影响。前期我公司铸造生产中使用潍坊本地的人工钠化膨润土，其品质一般，膨润土补加量大，型砂性能差，铸件易出现砂眼、气孔、夹砂等缺陷。引进辽宁一家公司的优质膨润土后，混砂中膨润土补加量降低，型砂性能得以改善，给企业带来了良好的经济和质量效益。

1膨润土的品质对比

铸造用膨润土主要分为钠基膨润土和钙基膨润土两类，钠基膨润土是由天然钠基膨润土或人工钠化膨润土加工而成，中国天然钠基膨润土资源匮乏，人工钠化膨润土成为当今铸造行业黏结剂应用份额最大的产品。膨润土矿物本身的组分及属性有差异，各膨润土生产企业所采用的钠化工艺也不同，这就决定了膨润土的品质参差不齐。

膨润土质量主要是其湿态黏结力、热湿态黏结力的大小以及复用性的好坏。铸造厂型砂化验室通常用型砂工艺试样抗压强度和吸蓝量两种方法来检测膨润土的湿态黏结力，热湿态黏结力的评价可用热湿拉强度和膨胀性能（膨润值、胶介质或膨胀倍数）两种方法。目前对于复用性的检测方法还没有统一的国家或行业标准，参考相关书籍和文章[1，2]，将烘干后膨润土经550℃焙烧1 h后的吸蓝量、湿压强度和热湿拉强度与相应常温下的性能比值，作为膨润土的复用性数值。潍坊以及辽宁膨润土各项性能的对比数据见表1.不难看出，潍坊膨润土与辽宁膨润土常温下的湿压强度及热湿拉强度相差不大，表明膨润土的纯度相当，但两种膨润土的膨胀性能和复用性存在明显差异。

表1潍坊/辽宁膨润土性能指标对比

人工钠化膨润土复用性的高低一方面与膨润土矿物本身的组分、属性有关，另一个是与钠化的程度有关，膨润土在钠化过程中，主要是改善了膨润土的水化性能，如胶质价、膨润值、膨胀容、膨胀倍等[3]。据了解，潍坊工厂的钠化工艺为干钠化，即在膨润土原料进入雷蒙磨前加入一定量的纯碱，依靠在膨润土粉磨过程中完成钠化；而辽宁公司则采用湿法挤压钠化的工艺，是在膨润土湿态状态下加入改型剂，并施加一定的压力，将膨润土和改性剂充分混合并挤碾成小颗粒，后续再进行烘干和粉磨。在挤压作用下，晶层之间、黏粒之间产生相对运动而发生分离，增加了Na+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+，有利于改善蒙脱石水化性能，使得钠化程度更加充分。钠化应该是造成潍坊膨润土与辽宁膨润土膨胀性能和复用性差异的一个重要原因。

2辽宁膨润土应用前后的型砂性能分析

辽宁优质膨润土在我公司的工艺验证中采用爱立许混砂机进行混砂，紧实率和湿压强度是混砂中的主控指标。在紧实率控制方面，混砂机自动调整混砂加水量以获得预期的紧实率；在湿压强度控制方面，混砂机根据上一碾湿压强度的检测值来调整本碾膨润土的补加量，以使得型砂湿压强度达到合理范围。膨润土切换前后的各项型砂性能分析如下。

2.1湿压强度和膨润土补加量

湿型砂必须具备一定强度以承受各种外力的作用，湿型砂强度通常用湿压强度指标来反映，在混砂时间充分的前提下，湿压强度主要取决于膨润土本身的性能及其补加量。图1为每天型砂湿压强度和膨润土补加量平均值（质量分数）的曲线图。

图1型砂湿压强度及膨润土补加量曲线图

公司在使用潍坊膨润土期间，膨润土的补加量通常要1.0%以上才能够保证型砂湿压强度达到150 kPa.切换膨润土后的几天时间里，膨润土补加量逐步减少，经过一段时间的调整后，补加量最终稳定在0.6%左右，且型砂的平均湿压强度保持在160 kPa以上，较原来整体提高了约10 kPa～20 kPa.这充分说明了辽宁优质膨润土的热稳定性好，在相同的受热条件下，较潍坊普通膨润土烧损失效的少，膨润土补加量减少40%仍能保证型砂具有良好的强度。

2.2紧实率和含水量

紧实率是反映型砂的干湿程度重要指标。湿型砂太干，膨润土不能充分发挥黏结力，型砂的韧性不足，砂型易碎；型砂太湿，则流动性变差，造型时型砂不易从砂斗和溜槽落下，而且粘附型板、皮带，砂型难以紧实均匀。根据我公司的经验，紧实率控制期望值为30%～38%.图2为膨润土切换前后每天型砂紧实率和含水量（质量分数）平均值曲线图，表明紧实率一直控制得比较稳定。

图2型砂紧实率和含水量曲线图

水分是铸件产生针孔、气孔、水爆炸黏砂等缺陷倾向的根本原因之一，型砂含水量越低越好。在保证型砂湿度合适的情况下，含水量取决于型砂中吸水物质的多少。从图2可以看出在切换辽宁膨润土之后，型砂含水量有所下降，之前在3.2%～3.6%之间，之后在2.9%～3.2%之间波动。这主要是由于使用辽宁膨润土后，因其热稳定性比原来使用的潍坊膨润土好，型砂中的死黏土数量减少，加之型砂配制时膨润土补加量少，有效降低了型砂中的灰分和含泥量，型砂中吸水物质的减少，使得含水量也随之降低。另外，膨润土黏结力的产生必须建立在充分的水合作用基础上，而不同膨润土对水分的需求量是有差异的。根据实际检测，在同样加入43 ml水的情况下，潍坊膨润土制作出来的试样紧实率为40%，辽宁膨润土紧实率为46%，说明了在达到相同紧实率时辽宁膨润土所需的水分比潍坊膨润土低。从这一角度来讲，使用辽宁优质膨润土也会引起型砂水分下降。

2.3透气性

型砂能让气体透过而逸出的能力称为透气性。砂型的透气性能不可过低，以免浇注过程中发生呛火和铸件气孔缺陷。图3为型砂透气性变化趋势图，从图中可以看出，在更换膨润土之后，型砂的透气性有所提高，由原来的140 AFA～170 AFA提高到160 AFA～180 AFA之间。

图3型砂透气性曲线图

影响型砂透气性能的因素主要有水分、砂粒粗细、细粉和含泥量、紧实程度高低等。在型砂紧实程度保持恒定的情况下，首先，更换膨润土后的型砂由于各方面原因导致水分的下降引起透气性的升高；其次，更换膨润土后型砂中细粉含量和含泥量减少，进而使透气性提高。

3结论

1）膨润土矿物本身的组分、属性以及钠化工艺的差异性，导致不同膨润土的性能存在明显差异，优质的膨润土不但要有良好的湿态粘结能力，还应该具备优良的复用性；

2）优质膨润土的应用同普通膨润土相比，能够在保证型砂强度的前提下，降低膨润土加入量，使型砂在保持紧实率稳定的前提下，降低型砂水分含量，提高型砂透气性；

3）铸造厂应该根据公司产品质量要求和混砂、造型条件选择合适品质的膨润土，以获得最佳的经济和质量效益

［1］中国机械工程学会铸造分会编.铸造手册·第四卷，造型材料［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［2］殷锡鹏.膨润土复用性试验方法评述［J］.铸造工程，2001（4）：23-27.

［3］师连波，高仲春.铸造用膨润土钠化加工条件试验分析［G］// 2013中国铸造活动周论文集.济南：2013：1-5.

Effect of Bentonite Quality on Properties of Green Sand

ZHUANG Zhi-gang，LI Na，JI Shun-ye
（Weichai Power CO.，LTD.，Weifang Shandong 261061，China）

Bentonite is the key material of green sand casting，and its quality directly affects the performance of wet sand and sand mixing parameters.This article analyzes the differences of sand properties before and after the application of high-quality bentonite based on the difference of bentonite.

bentonite，green sand，property

TG221+.1

A

1674-6694（2017）02-0034-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.02.011

2016-12-06

庄志刚（1979-），男，工程师，主要从事铸造材料的采购管理和应用推广工作。