粘土濕型砂是目前我國應用做廣泛、歷史最悠久的鑄件造型材料，即使在化學粘結砂蓬勃發(fā)展的今天，它仍是最重要的造型材料

　　粘土濕型砂的特點是：

　　1、其適用范圍之廣，耗用量之大，

　　2、適應造型條件的能力極強。近代的高壓造型、射壓造型、氣沖造型、靜壓造型及無震擊真空加壓造型等新工藝，都是以使用粘土濕型砂為前提的。

　　如今，隨著科學技術的速發(fā)展，各產(chǎn)業(yè)部門對鑄件的需求不斷增長，對鑄件品質的要求也越來越高?，F(xiàn)代的鑄造廠，造型設備的生產(chǎn)率已提高到前所未有的水平，如果不能使型砂的性能充分適應具體生產(chǎn)條件，或不能有效的控制其穩(wěn)定、一致，則鑄造廠將被淘汰。

　　目前常用的砂處理系統(tǒng)，包括：舊砂的處理、新砂及輔助材料的加入、型砂的混制和型砂性能的監(jiān)控。

　　由于各鑄造廠砂處理系統(tǒng)安排不同，選用的設備也不一樣，要想擬定一套通用的控制辦法是做不到的。這里，打算提出一些目前已被廣泛認同的控制要點。各鑄造廠認真地理解了這些要點之后，可根據(jù)自己的具體條件確定可行的控制辦法。而且，還要隨著技術的進步和工廠的實際能力(包括人員和資金)不斷改進對型砂系統(tǒng)的控制。

　　一.舊砂的處理

　　用粘土濕型砂造型，澆注以后，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。這是粘土濕型砂的主要優(yōu)點之一。

　　配制粘土濕型砂時，舊砂用量一般都在90%以上，如果對舊砂的處理不當，無論怎樣加強混砂，無論添加什麼輔助材料，都不可得到好的型砂。所以，對舊砂進行有效的處理，是保證型砂質量的前提。

　　1.舊砂溫度的控制

　　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(chǎn)生夾砂、表面粗糙、沖砂、氣孔等缺陷。熱砂對鑄件質量的負面影響，主要由于以下幾個方面：

　　·(1)由于熱砂使水分蒸發(fā)，難以控制型砂的性能;

　　(2)·將熱型砂送往造型機的過程中，由于水份損失，型砂性能改變.

　　(3)造型時，熱型砂的水分容易在模樣表面上凝結，型砂粘模;

　　(4)合型后，熱砂的水分蒸發(fā)，凝結在冷的芯子上，會使芯子的強度降低，鑄件也易于產(chǎn)生氣孔;

　　(5)如果舊砂要貯存在砂斗中備用，則熱砂容易粘附在砂斗壁上。

　　為保證型砂的性能穩(wěn)定，溫度應保持在50℃以下。

　　使型砂冷卻，最有效的辦法是加水，但是，簡單的加水，效果是很差的。一定要吹入大量空氣使水分蒸發(fā)，才能有效地冷卻。

　　以下，給出一個簡略的計算比較：

　　型砂的比熱大致是：9.22×102J/kg·℃，水的比熱是：4.19×103J/kg·℃，水的蒸發(fā)熱是：2.26×106J/kg，1噸砂中加20℃的水10kg(加水1%)，使其溫度升到50℃，所能帶走的熱量為4.19×103 ×10×30，即12.57×105J。1噸砂溫度降低1℃，需散熱9.22×102×1000 J，即9.22×105 J。

　　所以，在舊砂中加水1%，只能使溫度降低24.5℃。

　　使1噸砂中的水分蒸發(fā)1%(10kg)，能帶走的熱量為2.26×107J，卻可使砂溫降低24.5℃。

　　以上的分析表明：簡單地向皮帶機上加水或向砂堆灑水，冷卻效果是很差的。即使加水后向砂表面吹風，也不能有多大的改善。加水后，要使水在型砂中分散均勻，然后向松散的砂吹風，使水分迅速蒸發(fā)，同時將蒸汽排除。

　　目前，型砂冷卻裝置的品種、規(guī)格很多，主要有冷卻滾筒、雙盤冷卻器和冷卻沸騰床等，都是利用水分蒸發(fā)冷卻型沙。其中，冷卻沸騰床效果較好。

　　2.舊砂的水分控制

　　幾乎所有的鑄造廠都檢查和控制混成砂的水分，但是，對于嚴格控制舊砂水分的重要性，很多鑄造廠的領導和技術人員還缺乏足夠的認識。

　　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。

　　試驗研究和經(jīng)驗都已證明，加水潤濕干膨潤土比潤滑濕膨潤土難得多。型砂中的膨潤土和水，并非簡單的混在一起就行，要對其加搓揉，使之成為可塑狀態(tài)。這就像用陶土和水制陶器一樣，將水和土和一和，是松散的，沒有粘接能力;經(jīng)過搓揉和摔打，使每粒土都充分吸收了水分，就成為塑性狀態(tài)，才可以成形，制成陶器毛坯。

　　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。舊砂的水分較低，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(chǎn)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。目前，各國鑄造工作者已有了這樣一種共識：進入混砂機的舊砂，水分只能比混成砂略低一點。

　　較好的做法是：在舊砂冷卻過程中充分加水冷卻后所含的水分略低于混成砂。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。

　　更好的做法是：在系統(tǒng)中設混砂機對舊砂進行預混，冷卻后的舊砂在預混混砂機中加水進行預混，以改善舊砂中膨潤土和水的混合狀態(tài)。國外，有的鑄造廠預混時，將需補加的新砂、膨潤土、煤粉等附加料全部加入。天津的新偉祥鑄造公司，用德國制造的EiRich混砂機預混。經(jīng)過預混的舊砂，進入混砂機后加水量很少，只是略微調整。型砂中的膨潤土和水在混砂機進一步得到調制，型砂的性能就更為穩(wěn)定一致。

　　3.舊砂的粒度

　　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(jīng)常檢測舊砂的粒度。

　　檢測粒度時，取樣后先清洗除去泥分(可用測定含泥量時剩下的砂樣)，烘干后篩分。

　　對粒度有以下兩點要求。

　　(1)140目篩上的砂粒應在10-15%之間。保持較多的細砂，可以減輕鑄件表面粘砂。而且，會增加砂粒之間粘結橋的數(shù)量，從而降低型砂的脆性，避免沖砂缺陷。此外，這對提高型砂的溫強度、干強度和水分遷移后增濕層強度都有好處。(2)200目篩、270目篩和底盤上細砂的總和應盡量地少。這樣的細砂對改善鑄件表面質量的作用不大，卻會使混成砂的水分較高，而且會使型砂的透氣性降低。細砂的總和一般應少于4%。

　　4.吸水細粉的含量

　　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。

　　吸水細粉的含量并非越低越好，最好將其控制在2-5%之間。

　　吸水細粉，混砂時會和膨潤土爭奪水分，使混成砂達到可緊實性目標值所需的水分增高。但是，據(jù)目前大家的認識，吸水細粉的吸水能力比膨潤土強，而保持水分的能力卻低于膨潤土。因此，在型砂中加水量略有不當時，吸水細粉對型砂性能有一定的"微調和穩(wěn)定"作用。水分高時，細粉首先吸水，膨潤土所吸收水可較穩(wěn)定一致;混成砂在輸送過程中水分蒸發(fā)時，吸水細粉所吸的水先蒸發(fā)，粘結砂粒的粘土膏中的水分較為穩(wěn)定，型砂的性能也就較小波動。吸水細粉含量太高也不好，會使型砂的水分較高，易于導致鑄件上產(chǎn)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(wěn)定。

　　二.補加新砂及輔助材料

　　粘土濕型砂在系統(tǒng)中反復使用，由于鑄件粘附的砂粒被帶走，部分膨潤土受熱成為死粘土，煤粉受熱失效以及抽塵系統(tǒng)吸走粉狀材料等因素，補加新材料以保持系統(tǒng)砂的總量穩(wěn)定、性能一致是絕對必要的。

　　這里，只簡單談談各種材料補加量的確定，不想羅列各種材料的規(guī)格。

　　1、新砂

　　用新砂配成的型砂，是簡單的混合物。在生產(chǎn)條件下，混砂時間不可能很長，膨潤土和水形成的粘土膏不可能均勻涂布在砂粒表面上，砂粒的結構見圖1(a)。反復使用的舊砂，砂粒結構見圖1(b)，砂粒表面上積了多層變質燒結層，粘土膏的涂布則相當均勻。

　　圖1粘土濕型砂的砂粒結構

　　因此，混砂時補加的新砂不宜太多，以保持系統(tǒng)砂總量穩(wěn)定為原則。新砂加入量太多，會對型砂質量有負面的影響。

　　國外一些運轉良好的型砂系統(tǒng)，新砂補加量一般是每澆注1噸鐵水120~150kg。如考慮砂-鐵比平均為5，則混砂時新砂補加量為2.6~3%。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。很多鑄造廠要根據(jù)自己的條件確定，外廠的經(jīng)驗只能參考。

　　我國鑄造廠一般散落砂都較多，很多廠新砂補加量為5-8%，這也是合適的。

　　也有少數(shù)鑄造廠以為多家新砂可以提高型砂質量，這種想法可能來自舊砂完全沒有處理、生產(chǎn)量又小的條件。

　　2、膨潤土

　　和其他黏結劑相比，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，仍能恢復粘能力。

　　不同的膨潤土，喪失粘結能力的溫度不同。通過一系列加熱試驗和差熱分析實驗，得知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，準確的失效溫度不詳。據(jù)日本報道的實驗結果，人工活化的鈉膨潤土，在最初使用時，失效溫度略低于天然鈉膨潤土;幾次反復加熱后，就與鈣膨潤土相近，其"耐用性"不佳。

　　(1)膨潤土中水的形態(tài)

　　活性膨潤土的粘結能力，只有在加水以后才能表現(xiàn)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(tài)。

　　一種是自由水，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。

　　第二種是牢固結合水。將膨潤土置110℃下長時間加熱，可完全脫除自由水，但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(xù)減重，說明仍有水分損失。膨潤土經(jīng)這樣加熱脫水后，只要加水，能完全恢復粘結能力