[科普中國]-原砂

原砂是鑄造生產(chǎn)中造型（芯）用最基本的材料，其中應用最廣泛的是石英砂俗稱硅砂。在砂型鑄造中，原砂是混合料中的骨料和主要成分，所占的質(zhì)量分數(shù)依所用黏結(jié)劑的不同，在80%~99%之間。原砂和黏結(jié)劑一起形成砂型或砂芯的強度，同時抵抗液態(tài)金屬對砂型或砂芯的侵蝕，所以原砂一般也是耐火材料。顆粒細小的原砂還可以作為除料的耐火材料。砂型鑄造中所用的原砂種類很多，但以硅砂使用最多。

原砂的基本要求消失模鑄造用的原砂多為硅砂，對于生產(chǎn)灰鑄鐵鑄件、非鐵金屬鑄件及普通鑄鋼件，原砂中SiO2的質(zhì)量分數(shù)為90%~95%就足夠，其平均粒度為AFS25-45。粒度過細，會阻礙澆注期間殘留物的逸出，造成鑄件的缺陷；粒度過粗，則會造成金屬液滲入，使得鑄件表面粗糙。原砂的粒度分布應集中，以保持該工藝所需的高透氣性。砂子必須與涂料作為一個體系發(fā)揮作用，以獲得最佳的鑄造工作狀態(tài)。

根據(jù)形狀的不同，原砂可分為多角形、次角形和圓形等種類。粒度較粗的圓形砂，其流動和緊實性能好；粒度較細的多角形砂，其流動性較差，但更抗金屬液的滲入，應根據(jù)實際情況選用。1

原砂的性能指標消失模鑄造用砂的性能指標如下：

(1)透氣性。為了讓氣體和液態(tài)熱解殘留物在澆注時從鑄件型腔內(nèi)逸出，干砂必須要有足夠的透氣性。較細的砂子透氣性較低，粒度分布分散的砂子（即粗砂和細砂的混合）透氣性也較低。所以，在消失模鑄造中，單篩砂更受歡迎，但應重視原砂除塵。對潔凈的干砂而言，透氣性取決于砂粒的大小。從要求較高的透氣性來看，宜選用較粗的砂子。常用的干砂粒度為AFS25-45，即30號篩至70號篩之間。

干砂的粒度分布對透氣性有顯著的影響。例如，一定載荷下40號篩干砂的透氣性為440，但具有相同AFS粒度的兩篩分布的干砂在此載荷下的透氣性僅為280左右，這主要是由于不同顆粒原砂互相鑲嵌的現(xiàn)象降低了干砂的總體的透氣性。原砂中含泥量過多及干砂中含有大量的粉塵，都會降低型砂的透氣性，因此原砂中的含泥量或干砂中的含塵量應較小(質(zhì)量分數(shù)為1%N 3%)。原砂一般采用水洗砂，干砂處理循環(huán)中應注意風選除塵。型砂的透氣性建議在800-1000之間。

(2)灼燒減量。灼燒減量是檢驗型砂體系性能的另一個重要指標，它可以監(jiān)測凝結(jié)在砂粒上的液態(tài)熱解殘留物的累積情況。這種碳氫化合物殘留物的聚積會使砂子的流動性降低。當型砂的灼燒減量（質(zhì)量分數(shù)）超過0.25%時，砂子的流動性及其緊實性明顯下降。

(3)偏析。砂子偏析是任何一個型砂體系中都受到關(guān)注的問題。在消失模鑄造中，由于對透氣性控制的要求，砂子偏析問題更顯重要，因為砂子粒度分布的較小變化會使砂子性能發(fā)生很大的改變，從而影響型砂的流動、透氣、緊實等性能，故在消失模鑄造的型砂體系中，采取反偏析措施很重要。型砂體系中，粉塵含量的增加是造成砂子偏析的主要原因之一。為了防止局部形成過多的粉塵，砂子應平穩(wěn)輸送。采用氣力輸送時，其拐彎處應使用半徑較大的彎道，且用于輸送的壓縮空氣應干燥。型砂體系中應加強砂子的除塵、風選功能，且需要有一臺分選機將結(jié)塊或其他殘渣篩出。

(4)砂子的溫度。砂子的溫度過高會增加模樣的變形。砂子在加砂、緊實之前應冷卻到47℃以下。通常需要采用換熱器來控制砂子的溫度，特別是在大量生產(chǎn)的情況下，降低（或調(diào)節(jié)）砂子的溫度是影響生產(chǎn)節(jié)奏的關(guān)鍵因素之一。

(5)含水量。型砂中的水分是產(chǎn)生許多鑄造缺陷的根源。理想的干砂是沒有水分的，但由于大氣的濕度和凝結(jié)的作用，不可避免地會有微量水分的產(chǎn)生。通常要求干砂中水分的質(zhì)量分數(shù)小于1%。1

原砂粒度的測定沒有混入舊砂、再生砂、回用砂和黏結(jié)劑，首次使用的鑄造用砂稱為原砂。測定原砂粒度時，應選取上述試驗測定過泥含量且烘干過的原砂作為試樣。試驗時，首先將震擺式或電磁微震式篩砂機的定時器旋鈕旋至篩分所需時間位置 (如果用電磁微震式篩砂機篩分，則需同時旋動震頻和振幅旋鈕，使振幅指示器指在3mm處)，再將試樣放在全套鑄造標準篩最上面的篩子上(3.35mm篩)，然后將裝存試樣的全套篩子緊固在篩砂機上進行篩分，篩分時間為12~15min，當篩砂機自動停機時，松動緊固手柄，取下標準篩，依次將每一個篩子以及底盤上所遺留的砂粒，分別倒在光滑的紙上，并用軟毛刷仔細地從篩網(wǎng)的反面刷下夾在網(wǎng)眼中的砂粒，稱量每一個篩子上的砂粒重量，最后計算出每個篩子上砂粒所占試樣總重量的質(zhì)量百分數(shù)。2

原砂pH的測定原砂的pH表示原砂中能溶于水的堿性物質(zhì)或酸性物質(zhì)的多少。

采用參考方法，測量原砂pH的主要儀器設(shè)備有：交流直讀式酸度計、磁力攪拌器、涂有聚四氟乙烯的攪拌棒、200mL燒杯。制備pH為4.03的標準緩沖溶液(25℃)的方法是：稱取10.21g經(jīng)110℃烘干2h的苯二甲酸鉀(優(yōu)級純)，加水溶解后，注入1000mL容量瓶中，以煮沸并剛冷卻的蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。

制備pH為6.864的標準緩沖溶液(25℃)的方法是：稱取3.39g經(jīng)110℃烘干2h的磷酸二氫鉀（優(yōu)級純）和8.96g磷酸二氫鈉（優(yōu)級純），加水溶解后，注入1000mL容量瓶中，以煮沸并剛冷卻的蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。

測量原砂pH的步驟如下：首先用標準緩沖溶液對所用的儀器進行標定；然后稱取25g待測試樣置于200mL燒杯中，加蒸餾水100mL；用磁力攪拌器攪拌5min；停止攪拌后，將酸度計的電極插入，測定燒杯上部液體的pH，或在攪拌過程中進行測定，每30s取一個讀數(shù)，直至讀數(shù)不變。在操作中，每次讀數(shù)后都應將電極浸入干凈的蒸餾水中。1

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

王寧 - 副教授 - 西南大學