膨潤土物化性能與型砂性能的關系淺析

師連波

（建平華特北方化工有限公司，遼寧 建平 122400）

1 概述

冶金鑄造用膨潤土在膨潤土應用中所占的比例較大，每年用量超過120萬t。膨潤土在鑄造方面的應用主要體現在粘土粘結砂中，與普通型砂相比，膨潤土砂中的膨潤土與水分都少，因而透氣性高，發氣量少，而濕壓強度卻較高，高溫濕態條件下物理化學性能穩定，使鑄件中不易產生砂眼與氣孔等缺陷，而且具有可塑性高，可遏止鑄件夾砂、結疤、掉塊、砂型塌方等特點。

由于膨潤土具有明顯的優越性，因而在世界各國的鑄造中得到廣泛的應用。鑄造用膨潤土主要分為鈣基膨潤土與鈉基膨潤土兩大類，而鈉基膨潤土又分天然鈉基膨潤土與人工鈉化膨潤土兩種。由于天然鈉基膨潤土的型砂濕壓強度與熱濕拉強度及水化性能不如人工鈉化膨潤土好，而且天然鈉基膨潤土的生產成本遠高于人工鈉化膨潤土，所以近幾年來，人工鈉化膨潤土成為當今鑄造行業粘結劑應用份額最大的產品。

為了使鑄造用膨潤土生產企業控制好人工鈉化膨潤土的產品質量，筆者對膨潤土的一些物化性能指標與鑄造型砂的工藝性能之間的關系進行試驗分析與研究。通過試驗分析表明，膨潤土的一些理化指標與膨潤土的鑄造濕型的性能有著密切的關系，而且對型砂的質量影響較大。

2 膨潤土物化性能與型砂性能的關系

2.1 膨潤土的吸藍量與型砂的濕壓強度

2.1.1 試驗

對建平地區的部分膨潤土樣品進行了吸藍量與濕壓強度的測驗，結果如表1。

表1 膨潤土吸藍量與型砂濕壓強度關系

2.1.2 結果與分析

通過表1不難看出，膨潤土吸藍量與其型砂的濕壓強度整體上是呈正比例關系，吸藍量高的膨潤土用于型砂粘結劑的濕壓強度也好。吸藍量低的其型砂的濕壓強度也低。而同一吸藍量的膨潤土其濕壓強度并不是完全相同，這與膨潤土的組分、屬性、屬型有一定的關系。通過上述關系，我們在生產高濕壓強度的膨潤土產品時，就要首選擇高吸藍量的膨潤土，如果沒有高吸藍量的膨潤土，就要對低品位的膨潤土進行提純，以適應生產的需要。

2.2 膨潤土的膨潤值與型砂的熱濕拉強度

2.2.1 試驗

選取了幾種不同屬性及不同鈉化程度的膨潤土試樣進行試驗，結果如表2所示。

表2 膨潤值與熱濕拉強度強度關系

表3 鈉化程度與復用性的關系

2.2.2 結果與分析

從表2可以看出，膨潤土的膨潤值與型砂的熱濕拉強度成正比，而且同一種膨潤土隨其鈉化程度加深，其膨潤值與熱濕拉強度隨其升高，膨潤值與熱濕拉強度呈較好的線關系。吸藍量反映膨潤土的純度，膨潤值體現膨潤土納化程度。膨潤土吸藍量越高，膨潤土的純度越高，膨潤土的濕態粘結力也越大；膨潤土膨潤值越高，膨潤土納化程度越高，膨潤土的熱濕態粘結力越大[2]。濕型砂鑄造廠所關心的膨潤土質量主要是其濕態粘結力和熱濕態粘結力大小，因此只有吸藍量和膨潤值均高的膨潤土才是濕型砂理想的粘結劑。

2.3 鑄造用膨潤土的鈉化與型砂的復用性

2.3.1 試驗

膨潤土的鈉化與復用性試驗結果見表3。其中：

①復用性以105℃的濕壓強度為基數，600℃高溫灼燒60min后的濕壓強度與基數的比值為復用性；②濕態鈉化最初的條件為：膨潤土原料與碳酸鈉混均，加適量水攪拌均勻，在15～20℃條件封存2h，風干一定時間，在烘箱內烘干加工成200目試驗樣。

2.3.2 結果與分析

由表3可知在原礦選定后其鈉化程度與復用性成正比的關系。鑄造用鈉化膨潤土復用性的高與低主要與膨潤土礦物本身的組分，屬性有關；另一方面，是與鈉化的程度有關。同一批料鈉化的越徹底其產品的復用性就越高。這兩個因素決定了鈉化鑄造膨潤土的復用性。

2.4 鑄造用膨潤土干燥溫度及水分控制與型砂性能

(1)水分控制對膨潤土吸水速度的影響。

試驗結果見表4(表中為鑄造用優質鈉化膨潤土同一試驗樣，烘干溫度控制為400℃)。

(2)干燥溫度對膨潤土鑄造性能的影響。

試驗結果見表5(樣品為鑄造用優質鈉化膨潤土同一試驗樣。試樣在電阻爐內以各種溫度分別加熱15min)。

2.4.2 結果與分析

通過上述試驗數據可知，膨潤土產品中的水分控制不僅僅是水分多與少的問題，它與膨潤土的吸水速度有較大的關系，即與膨潤土的水化速度關系密切，只有完全水化的膨潤土它的性能才得已充分的發揮。膨潤土產品的水分從低到高，它的吸水比逐步升高，也就是說高含水分的膨潤土產品，在較短時間內比較低含水量的膨潤土產品更有利于發揮其性能。但是膨潤土產品含水量過高，產品在運輸與儲存過程中易產生結塊，吸濕快等缺陷，所以對鑄造膨潤土產品以水分控制在8%～12%為最佳含水量。

一般地，膨潤土產品的干燥多以烘干為主，而且烘干與水分控制一次性完成，原料水分高，就要提高烘干爐溫，此時烘干爐的進風口溫度在800～900℃左右，水分才合格。實際此時已有部分膨潤土已經成死粘土。在這種條件下的辦法最好先把原料自然風干一下，水分含量到28%左右再進行烘干，爐溫可下調至700℃左右，這樣既在很大程度上減少燒死土的產生，同時又降低燃料消耗，而且產品的含水量還易控制。鑄造用膨潤土產品的水分控制是一個比較復雜的過程，既要考慮到產品的合格水分，又要考慮到溫度對膨潤土燒死量的影響。想獲取較為理想的產品，就必須對產品的干燥溫度進行合理的控制，既要達到高產，又要優質，且水分適宜。以便對膨潤土在型砂中發揮其最佳效用。

表4 水分含量與膨潤土吸水速度的關系

表5 干燥溫度與濕壓強度及吸藍量的關系

3 結語

鑄造用膨潤土的一些理化指標與其在型砂中的工藝性能有著密切的關系：①膨潤土吸藍量與型砂的濕壓強度成正比；②吸藍量高的膨潤土，其鈉化后的產品用于生產型砂的濕壓強度也好；③膨潤土膨潤值與熱濕拉強度呈較好的線性正比例關系；④濕態鈉化膨潤土的膨潤值好的產品，其在型砂中反應出來的熱濕拉強度一定也好；⑤只有吸藍量高與膨潤值高的膨潤土才較適合用于做鑄造型砂用原料。

人工鈉化膨潤土應從兩個方面考慮產品的復用性：①原料的復用性；②人工鈉化膨潤土鈉化效果。鑄造用鈉化膨潤土原料復用性有一定的選擇性，有的原料其復用性較低，這樣的原料就不適用于做鑄造膨潤土原料，只能做為配料使用。有的原料其復用性很好，而這樣的原土就適用于做鑄造鈉化膨潤土原料。

鈉化膨潤土的鈉化效果也是對其復用性影響很大的一個因素。鈉化效果好的土，鈉化效果減退的少，復用性就高；鈉化效果不好的土，鈉化效果衰退的非常快，復用性就低，造成鑄造廠家膨潤土加入量大，導致型砂含泥量高，甚至造成起皮等鑄造缺陷。膨潤土的產品烘干溫度與水分應當進行必要的控制，以便產品在鑄造混砂的過程中發揮其最佳的性能。

[1]中國標準化管理委員會.GB2684-2009鑄造用砂及混合料試驗方法[S].北京:中國標準出版社,2009.

[2]殷錫鵬.膨潤土試驗方法述評[J].鑄造工業,2001(4):23-27.

[3]于震宗.膨潤土濕型砂與技術檢測[J].鑄造工業,2004(2):12-15.