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引领并推动我国材料科学与技术的发展

[来源:来自网络]  [作者:admin]  [日期:15-04-13]  [热度:]  关键字:镁橄榄石砂
摘要 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。 1 镁橄榄石砂简介 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。 1.1 国内外橄榄石的生产和应用状况 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。 (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。 (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. (4) 作耐火材料及其制品,其用量相当大。 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。 (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。 (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 (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1690-1710ºC,能保证铸钢件的几何形状和尺寸精度。 (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。 (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。 (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1900ºC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。 (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。 (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。 (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)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。 2 潮模生产合金钢铸件的工艺 2.1 宜昌M2S砂潮模型砂工艺 (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。 (2)全部以回用旧砂混制的配方及工艺 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。 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。 (3)芯砂配制工艺 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。 M2S新砂100%加水玻璃6%-10%,并吹CO2硬化。 100%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。 2.2潮模生产中、小型铸件的透气、出气工艺 (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。 (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。 3 采用镁镁橄榄石砂的经济效益 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。 (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 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。 3.4总体经济效益 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。 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。

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