镁橄榄石砂在潮模铸造中的应用

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一般认为只有采用熔模精密铸造才能生产精密铸件。本文介绍人采用宜昌镁橄榄石吵和桂林1号专利粘合剂，用潮模铸1t以下中、小型精密合金钢铸件的经验。该工艺具有提高铸件表面质量、易请砂、无公害、砂可回收利用、生产成本低等优点。

8 n0 I( J8 Y3 q# z) _关键词：造型材料 镁橄榄石砂 湖模铸造

1 镁橄榄石砂简介

3 W- t$ {- g8 ]. }* X& n( Z# K  C橄榄石（Mg、Fe2Sio2）属硅酸盐矿物，存在于超基性火成岩中。宜昌纯镁橄榄石Mg2Sio4简写式为M2S，其含量为80%-90%，MgO含量为4.3%-5.0%，有害杂质的含量极低，（Al2O3+CaO)<1.2%,(FeO+FeO3)<10%.真比重为310-3.27g/cm3.硬度莫氏6.5-7.0级。钙镁橄榄石含游离态Sio20.97%,而纯镁橄榄石不含游离态Sio2，属世界公认的绿色无毒铸造材料。
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1.1 国内外橄榄石的生产和应用状况

# W: g! O. g- _. \& D- E; C' t世界上拥有橄榄石资源的有7个国家。近20年来其开发应用由1979年的10t/年左右发展到1100万t/年。

- {0 T- ~- N3 V7 X（1）作铸造用砂 铸造常用硅砂，但在生产高锰钢或较厚大铸钢件时，易产生严重夹砂。因此，要用价格贵得多的特种锆砂、铬铁矿砂、刚玉砂来代替。如用橄榄石砂不仅可生产出优质铸件，而且价格远比特种砂便宜。因而橄榄石砂的用量呈增长势头。美国铸钢用M2S砂一直稳定在4.5-5t/年，日本约3-4万t/年，原苏联用于铸造的M2S砂达150t/年。

% Z0 Q1 E( `+ b: U（3）作为冶炼铸铁时的添加剂，可提高铁小质量、节省焦炭。欧洲每年的消耗量为150-180t.
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7 D: ]' i; D" t2 H2 ~8 k4 S4 D（4） 作耐火材料及其制品，其用量相当大。
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1.2 我国的橄榄石资源

我国已开发利用的橄榄石资源有3处，由于品种不同，其用途多异。

（1）辽宁省营口大石桥的苦闪橄榄石，储量约3000t。主要用途是经燃烧后作耐火材料使用。

. j; S- R, e4 b3 I7 o) [（2）河南与陕西省交界的商洛山区也产钙镁橄橄榄石，储量约5亿t.由于硬度低，原矿中CaO、Al2O3含量多,有易吸水自粉等特点，因而不适用作耐火材料。经水洗处理后可作复用性差的铸钢用砂，或当作高炉炼铁的添加剂用。
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6 b1 t  E0 K6 T（3）湖北宜昌太平溪的纯镁橄榄石岩，已探明总储量约5亿t。由于原矿中M2S的矿物成分含量高、硬度高、影响耐火度的有害杂质含量极低，因而昌一种优质的合金钢造型砂材料和良好的耐火材料。也可当作高炉炼铁的添加剂。1995年出口韩国，被指定为“质量免检原料”。

1.3宜昌镁橄榄石砂的性能及特点

2 X& h; f  [! [6 r$ ~（1）镁橄榄石的化学性能稳定，热膨胀均匀，受热变化小。铸造级宜昌M2S砂耐火温度达1690-1710&ordm;C，能保证铸钢件的几何形状和尺寸精度。
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. T- j. Z! B4 i' L1 z  o（2）宜昌M2S砂不含游离态Sio2,无粉尘，浇注时不排放CO、CO2等有毒气体。从根本上杜绝矽肺职业病的产生，极大地减轻铸造生产对环境的污染。
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（3）宜昌M2S砂中CaO、Al2O3等有害杂质含量少，无吸水自粉性，具有极好的复用性。
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（4）M2S砂高温态偏碱性，不与合金钢中的MnO、Cr2o 3等金属氧化物起作用，抗钢水浸蚀能力强，能有效地防止铸钢件粘砂等缺陷的产生。特别是M2S从室温到1900&ordm;C熔化的全过程中无任何相变点，铸型受高温钢水骤热不会分层起皮，不致造成铸钢件夹砂的缺陷。
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（5）经水洗浮选处理的宜昌铸造级M2S砂，告别适合用于潮模工世生产中小型高锰钢、高合金钢以及含碳量低于0.3%的低合金等铸件，可使铸件表面粗糙度Ra达3.2-1.6um,相当于精铸水平。
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（6）M2S型砂既适用于膨润土、耐火粘土等普通粘结剂，也适用于水下班及中性、碱性树脂等多种粘结材料，而且不必改变原用生产工艺及设备条件。

2 _. @2 v$ c- B; d: q( ?" t9 |/ d（7）采用桂林市中南铸冶材料研究所生产的1号强化粉作粘结剂，可实现质量1t以下合金钢铸伯件的潮模工艺生产，95%-98%的旧砂可直接回收，作单一砂使用。

8 g0 m$ u5 V- h! [（8）M2S砂用于潮模铸钢生产时，铸型（芯）均不需上涂料，减少了生产环节，缩短生产周期，提高生产效率。而且烧注后，M2S砂型与铸件界面间形成微薄的半熔融层，极好清理。水玻璃M2S砂溃散性亦好，便于清砂。
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5 d6 J; r' f! \4 E& D0 M2 潮模生产合金钢铸件的工艺

* k9 n7 i% E' t4 Q- u, Y  @2.1 宜昌M2S砂潮模型砂工艺

3 T' q$ n+ u& K* c: I（1）新砂或面砂配方及制备工艺
宜昌6#M2S砂（100/200目或6#30%+5#70%之40/200目单一砂）以100%计+膨润土6%-8%+桂林1#粘结剂1.5%-2.0%→干混1-2min，加水6%-6.5%再混碾5-8min。型砂含水5.5%左右，以好造型为准，尽量少加水。
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3 p- H- H) e* W& J* t（2）全部以回用旧砂混制的配方及工艺
) c$ ?. ?) `! `4 }; S2 D3 R旧砂回用的收集要求：开箱落砂时必须先清除铁豆及所有非M2S砂材料。落箱后，对旧砂进行除铁磁物处理。
8 m( ^8 z3 @& h" R0 h2 T& n落箱进震碎或人工拍碎的旧砂团块，100%旧砂回用时，在混砂机内十混碾2-3min，以无旧砂团、粒为准。再加水7%-8%（以型砂柔软，好造型为准），混碾2-8 min。100%旧砂回用时除加水外，不再加入任何粘结剂材料。

$ P# N: ~8 I% s. ^$ S, K（3）芯砂配制工艺
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& n8 U$ g: t! t. c& m对于复杂铸件，芯砂另配：M2S新砂100%，加膨润土8%-10%，加桂林1#粘结剂2%。混制工艺与新砂的混制相同。
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M2S新砂100%加水玻璃6%-10%，并吹CO2硬化。

9 x& W' \: E% m/ S100%旧砂回用单一砂时，对有特殊表面质量要求的铸件（如有字母、符号或表面粗糙度要求，或磨片细小齿部），则要用12目手筛将单一砂筛一点，盖住模型，填实齿部，再真充M2S单一砂，冲捣结实。

/ |8 u/ b  N, K! y. E2.2潮模生产中、小型铸件的透气、出气工艺
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) o& J+ ]4 L3 e% w4 D6 z5 P（1）上、下箱，尤其是上箱要扎Φ12-14mm的暗出气孔，对大平面铸钢件在上箱两边加开出气道及出气冒口与外界相通。泥芯出气道也必须与外界连通，以利排气。

' _& ]( d4 O. |- R（2）合箱浇注 铸型型面发白，形成一层硬壳方许合箱，且一经合箱必须于4h内浇铸。若现做现浇，在1-2h内型砂表面未发白硬化，则需对型及芯表面断续3次，每次10s的吹烘。使其型、芯表面发白硬化方可合箱。

（3）合箱箱底垫砂必须留有引气槽，浇注时必须在挡好渣的前提下，对多出气孔用明火引气，以免放炮。
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9 W/ L6 q7 S/ n: S9 `3 采用镁镁橄榄石砂的经济效益

; r! n& ^) `6 k# k2 q0 j这里以月产高锰钢200t的生产规模为例，采用潮型工艺，与采用水玻璃、石英砂的原工艺进行生产成本的对比分析。

3.1造型材料的成本对比

（1）生产储备反复使用的常规砂量150t。M2S的实际损耗量按铸件重量5%计，即每月耗M2S砂10t，按M2S砂到厂价800元/t计，全年耗费为9.6万元；桂林1#粘结剂估价4460元/t，年耗0.91万元；膨润土耗量每年0.3万元。全年造型材料耗费合计10.81万元，平均每吨铸件的造型材料成本为45.04元。

% t, ]5 u! G+ R% g8 g' F（2）水玻璃七0砂成本 常规储备砂量150t,以50%可回用作背砂计，每月耗新砂100t，七0砂到厂价为每吨90元，全年为10.8万元，全年废砂外运的运费为3.6万元；CO2硬化剂每年16.2万元；水玻璃全年消耗为8.82万元。合计年耗造型材料39.42万元，每吨铸件的造型材料成本是164.25元。

因此采用M2S潮型砂与水玻璃七0砂相比，每吨铸件节省造型材料费119.21元（降低72.6%),全年可节约造型材料费用28万多元。

3.2清理成本的对比
% ~' Q5 P5 c2 L9 Q6 Y0 ?M2S潮型砂生产高锰钢铸件溃散性好，铸件表面极易脱砂，无夹砂、粘砂现象，铸件轮廓清晰，无折缝。每吨铸件的清理成本约10元；而以七0砂生产高锰钢件时，因粘砂严重，铸件表面极难清理，有的需要水瀑（退火）清理，每吨耗费人工、设备、材料费80元。

3.3废品率的对比

生产实践证明，采用M2S砂潮型工艺的废品率比原先工艺减少8%-15%，以8%计，全年减少废品192t,节省成本达30.72万元。

7 L, ]' w# f- n/ o" N" n6 H3.4总体经济效益
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根据以上三项因素合计，采用M2S砂潮型工艺可使综合生产成本降低85.3%,每吨铸件综合成本可节省317.21元，全年可增加效益716.13万元。
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" {9 W! }' J8 ?2 {0 a按照以上核算，尚未计入提高生产率、缩短生产周期等有利因素以及无毒、环保等优越性带来的经济效益。所以，采用M2S砂和桂林1#粘结剂进行潮模工艺生产高锰钢和合金钢件是一种经济实用、符合环保要求的新工艺今后将日益显示出其优越性，为铸造业所广泛采用。