膨潤土在鑄造行業的高效利用

膨潤土在粘土粘結砂中的作用及變化

鑄造用膨潤土主要有鈉基膨潤土和鈣鈉膨潤土兩類，鈉基膨潤土是由天然鈉基膨潤土或人工鈉化膨潤土加工而成，以其復用性好和濕壓強度高而受鑄造行業歡迎。因具有良好的可塑性，可遏止鑄件出現夾砂、結疤、掉塊、砂型塌方等現象，加之成型性強、型腔強度高，便于金屬行業澆鑄濕態或干態型模，是精密鑄件首選的型砂粘結劑。鈣鈉膨潤土由天然基鈣鈉膨潤土加工而成，是輕型鑄件普遍采用的型砂粘結劑。它以實用和鑄件清砂便捷而受用戶歡迎。

與其他粘結劑相比，膨潤土有一個重要的特點，就是它具有一定的耐熱能力。只要加熱溫度不太高，脫除了自由水的膨潤土只要加水，仍能恢復粘結能力。膨潤土的粘結能力只有在加水以后才能表現出來。

膨潤土失去粘結能力，也與它的脫水有關。到目前為止，認為膨潤土中的水分有三種形態：一種水是自由水，即膨潤土顆粒吸附的水，加熱到100℃以上，就可脫除自由水，脫除了自由水的膨潤土，粘結能力不受影響；二種水是牢固結合水，110℃下長時間加熱，膨潤土可完全脫除自由水，但不會脫除牢固結合水。已完全脫除自由水的膨潤土，再在較高的溫度(如200℃，300℃)下加熱仍會繼續減重，說明仍有水分損失。膨潤土經這樣加熱脫水后，只要加水，能完全恢復粘結能力；三種水是晶格水，也有人稱之為結構水。晶格水只有在相當高的溫度下才能部分或全部脫除。膨潤土的晶格水脫除以后，即喪失粘結能力，成為死粘土。

不同的膨潤土，喪失粘結能力的溫度不同。由差熱分析實驗證明：一般來說，天然鈉膨潤土的失效溫度為638℃，鈣膨潤土為316℃。人工活化的鈉膨潤土，由于活化條件各異，失效溫度不一，但都低于天然鈉膨潤土。由此可見，粘土粘結砂中存在兩種膨潤土，一種是有效膨潤土，另一種是死粘土。死粘土越多，粘土粘結砂性能越差。鈉膨潤土在600℃以下加熱，它的粘結能力基本上不受影響。加熱溫度超過600℃，就急劇地喪失粘接能力。加熱到700℃以上，幾乎完全喪失了粘結能力。鈣膨潤土在100℃以上，就開始緩慢地失去粘結能力。加熱溫度再提高，粘結能力的喪失就越明顯。人工活化不好的鈉膨潤土，在最初使用時，失效溫度僅略低于天然鈉膨潤土，幾次反復加熱后，就與鈣膨潤土相近。

當熔融金屬注入鑄型以后，如果貼近鑄件表面的型砂被加熱到800℃以上(有一些非鐵合金達不到此溫度)。不管你用什么樣的膨潤土，這部分型砂中的膨潤土都會變成死粘土。這些死粘土，一部分隨同型砂一道附在鑄件表面上，被鑄件帶走，一部分留在回收的舊砂中。除了制造大型鑄件，在鑄造過程中，大部分型砂達不到這樣的溫度。但由于不同的鑄造廠家采用不同廠家生產的膨潤土，脫除晶格水的溫度是不同的，脫除晶格水的速率也不一樣。如采用容易脫除晶格水的膨潤土，即使在并不直接接近鑄件的型砂中，也會有較多的膨潤土失效而變成死粘土。如采用不易脫除晶格水的粘土，產生的死粘土就會少一些。總之，膨潤土添加量越少越好，粘土粘結砂中有效膨潤土含量越高，受熱而失效的膨潤土就越多。

舊砂的控制

用粘土濕型砂造型、澆鑄以后，除貼近鑄件的部分型砂中活性膨潤土受熱失效成為死粘土外，大部分型砂可以回收使用。配制粘土濕型砂時，舊砂用量一般都在90%以上，如果對舊砂處理不當，無論怎樣加強混砂，無論添加什么輔助材料，都得不到好的型砂。所以，對舊砂進行有效的處理，是保證型砂質量的前提。

為保證型砂的性能穩定，舊砂溫度的控制應保持在50℃以下，超過50℃就算是熱砂。熱砂問題，已被公認為粘土濕型砂鑄造必須面對的最大問題。型砂溫度太高，鑄件容易產生夾砂、表面粗糙、沖砂、氣孔等缺陷。目前，型砂冷卻裝置的品種、規格很多，主要有冷卻滾筒、雙盤冷卻器和冷卻沸騰床等，都是利用水份蒸發冷卻型砂。其中，冷卻沸騰床效果較好。

嚴格控制舊砂水分很重要，進入混砂的舊砂水分太低，對混砂質量的影響可能并不亞于砂溫過高。鑄型澆注以后，由于熱金屬的影響，很多砂粒表面上的土-水粘結膜都脫水干燥了，加水使其吸水恢復塑性是很不容易的。舊砂的水份越低，在混砂機中加水混碾使之達到要求性能所需要的時間就越長。由于生產中混砂的時間是有限的，舊砂的水分越低，混成砂的綜合質量就越差。進入混砂機的舊砂，水分只能比混成砂略低一點。這樣，從砂冷卻到進入混砂機還有一段相當長的時間，水可以充分潤濕舊砂砂粒表面上的膨潤土。

對于用粘土濕型砂制造的鑄鐵件，型砂的粒度以細一些為好。由于混砂時舊砂用量一般都在90%以上，決定型砂粒度的因素主要是舊砂。新砂加入量很少，不可能靠加入新砂來改變型砂的粒度。所以，應該經常檢測舊砂的粒度：140目篩上的砂粒應在10%～15%之間，200目篩、270目篩和底盤上細砂的總和應盡量少，細砂的總和一般應少于4%。吸水細粉的含量最好將其控制在2%～5%之間，吸水細粉含量太高，會使型砂的水份較高，易于導致鑄件上產生針孔、表面粗糙和砂孔的缺陷；吸水細粉含量太低，則型砂的性能(尤其是可緊實性)不易穩定。吸水細粉中主要是死粘土，還包括焦化了的煤粉細粒和其他細粉。

補加膨潤土的量

混砂時，必須加入一定量的膨潤土，使型砂中保有必要的膨潤土量。膨潤土含量通常用亞甲基藍法測定，用亞甲基藍法測得的膨潤土量稱之為有效膨潤土的量。

新砂補加量

補加的新砂不宜太多，以保持系統砂總量穩定為原則。新砂加入量太多，會對型砂質量有負面的影響。我國鑄造廠一般散落砂都較多，很多廠新砂補加量為5%～8%。當然，新砂補加量還要考慮很多因素，如設備條件、芯砂進入量。

煤粉補加量

煤粉補加的數量，須根據舊砂中有效煤粉的測定值來確定。粘土濕型砂中的煤粉含量大致上宜控制在3.5%～5.5%之間。當然，煤粉補加的數量還要根據鑄件的特點、煤粉的質量具體確定。

混砂

混砂的主要作用是將粘土粘結砂中各組分混合均勻，使水份充分潤濕膨潤土，并使有效膨潤土膏涂布在砂粒表面上。目標是使粘土粘結砂具有適應造型設備的性能，由于膨潤土膏是半固態粘性物料，達到上述目標所需的能量很大。如果混砂設備的功率不高，或混砂時間不夠，膨潤土就不能充分發揮其粘結作用，型砂的強度不高，其他性能也不好。如果增加型砂中的水份，使膨潤土膏的水份增高、粘度下降，就可以減少涂布膨潤土膏所需的能量，即混砂時間可以縮短。但是，由于膨潤土膏的粘度下降，型砂的濕壓強度也急劇下降，這種辦法實際上是不可取的。

為了減少混砂所需的能量，采用合理的加料順序是很重要的。混舊砂時不要按習慣先加干料(砂和膨潤土)，干混一段時間，然后加水混勻。應先加砂和水混勻，后加膨潤土，因為水已分散，沒有較大的水滴，加入膨潤土后只能形成大量較小的粘土球。壓開這些小粘土球是比較容易的，需要的能量也較小。也就是說，用同樣的混砂設備，得到品質相同的型砂，所需的混碾時間較短。國外有的鑄造廠，在采用間歇式混砂機的條件下，混砂前先向混砂機中加水，運轉幾秒鐘(當然設備方面保證水不泄漏)。這樣，不僅有上述先加水的好處，而且可以在每次混砂前將碾輪和刮板洗凈，增進混砂效率。

濕壓強度

濕壓強度的控制目標，一定要按照造型方法選定，絕不是強度高就好。強度愈高的型砂，造型時舂實所需的能量愈大。現在，不少鑄造廠型砂的強度都太高。一些手工造型或震機造型用的型砂，濕抗壓強度高達130～170kPa。用這樣的型砂難以將鑄型舂得很緊實，結果，鑄件的表面質量不好，也容易產生縮松缺陷。

來源：百鑄聯盟

會議通知

會議名稱：第十九屆非金屬礦科技與市場交流大會暨第十九屆非金屬礦產品及裝備展覽會

會議時間：2026年5月15-17日

會議地點：安徽 滁州

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