膨润土物化性能与型砂性能的关系浅析

师连波

（建平华特北方化工有限公司，辽宁 建平 122400）

1 概述

冶金铸造用膨润土在膨润土应用中所占的比例较大，每年用量超过120万t。膨润土在铸造方面的应用主要体现在粘土粘结砂中，与普通型砂相比，膨润土砂中的膨润土与水分都少，因而透气性高，发气量少，而湿压强度却较高，高温湿态条件下物理化学性能稳定，使铸件中不易产生砂眼与气孔等缺陷，而且具有可塑性高，可遏止铸件夹砂、结疤、掉块、砂型塌方等特点。

由于膨润土具有明显的优越性，因而在世界各国的铸造中得到广泛的应用。铸造用膨润土主要分为钙基膨润土与钠基膨润土两大类，而钠基膨润土又分天然钠基膨润土与人工钠化膨润土两种。由于天然钠基膨润土的型砂湿压强度与热湿拉强度及水化性能不如人工钠化膨润土好，而且天然钠基膨润土的生产成本远高于人工钠化膨润土，所以近几年来，人工钠化膨润土成为当今铸造行业粘结剂应用份额最大的产品。

为了使铸造用膨润土生产企业控制好人工钠化膨润土的产品质量，笔者对膨润土的一些物化性能指标与铸造型砂的工艺性能之间的关系进行试验分析与研究。通过试验分析表明，膨润土的一些理化指标与膨润土的铸造湿型的性能有着密切的关系，而且对型砂的质量影响较大。

2 膨润土物化性能与型砂性能的关系

2.1 膨润土的吸蓝量与型砂的湿压强度

2.1.1 试验

对建平地区的部分膨润土样品进行了吸蓝量与湿压强度的测验，结果如表1。

表1 膨润土吸蓝量与型砂湿压强度关系

2.1.2 结果与分析

通过表1不难看出，膨润土吸蓝量与其型砂的湿压强度整体上是呈正比例关系，吸蓝量高的膨润土用于型砂粘结剂的湿压强度也好。吸蓝量低的其型砂的湿压强度也低。而同一吸蓝量的膨润土其湿压强度并不是完全相同，这与膨润土的组分、属性、属型有一定的关系。通过上述关系，我们在生产高湿压强度的膨润土产品时，就要首选择高吸蓝量的膨润土，如果没有高吸蓝量的膨润土，就要对低品位的膨润土进行提纯，以适应生产的需要。

2.2 膨润土的膨润值与型砂的热湿拉强度

2.2.1 试验

选取了几种不同属性及不同钠化程度的膨润土试样进行试验，结果如表2所示。

表2 膨润值与热湿拉强度强度关系

表3 钠化程度与复用性的关系

2.2.2 结果与分析

从表2可以看出，膨润土的膨润值与型砂的热湿拉强度成正比，而且同一种膨润土随其钠化程度加深，其膨润值与热湿拉强度随其升高，膨润值与热湿拉强度呈较好的线关系。吸蓝量反映膨润土的纯度，膨润值体现膨润土纳化程度。膨润土吸蓝量越高，膨润土的纯度越高，膨润土的湿态粘结力也越大；膨润土膨润值越高，膨润土纳化程度越高，膨润土的热湿态粘结力越大[2]。湿型砂铸造厂所关心的膨润土质量主要是其湿态粘结力和热湿态粘结力大小，因此只有吸蓝量和膨润值均高的膨润土才是湿型砂理想的粘结剂。

2.3 铸造用膨润土的钠化与型砂的复用性

2.3.1 试验

膨润土的钠化与复用性试验结果见表3。其中：

①复用性以105℃的湿压强度为基数，600℃高温灼烧60min后的湿压强度与基数的比值为复用性；②湿态钠化最初的条件为：膨润土原料与碳酸钠混均，加适量水搅拌均匀，在15～20℃条件封存2h，风干一定时间，在烘箱内烘干加工成200目试验样。

2.3.2 结果与分析

由表3可知在原矿选定后其钠化程度与复用性成正比的关系。铸造用钠化膨润土复用性的高与低主要与膨润土矿物本身的组分，属性有关；另一方面，是与钠化的程度有关。同一批料钠化的越彻底其产品的复用性就越高。这两个因素决定了钠化铸造膨润土的复用性。

2.4 铸造用膨润土干燥温度及水分控制与型砂性能

(1)水分控制对膨润土吸水速度的影响。

试验结果见表4(表中为铸造用优质钠化膨润土同一试验样，烘干温度控制为400℃)。

(2)干燥温度对膨润土铸造性能的影响。

试验结果见表5(样品为铸造用优质钠化膨润土同一试验样。试样在电阻炉内以各种温度分别加热15min)。

2.4.2 结果与分析

通过上述试验数据可知，膨润土产品中的水分控制不仅仅是水分多与少的问题，它与膨润土的吸水速度有较大的关系，即与膨润土的水化速度关系密切，只有完全水化的膨润土它的性能才得已充分的发挥。膨润土产品的水分从低到高，它的吸水比逐步升高，也就是说高含水分的膨润土产品，在较短时间内比较低含水量的膨润土产品更有利于发挥其性能。但是膨润土产品含水量过高，产品在运输与储存过程中易产生结块，吸湿快等缺陷，所以对铸造膨润土产品以水分控制在8%～12%为最佳含水量。

一般地，膨润土产品的干燥多以烘干为主，而且烘干与水分控制一次性完成，原料水分高，就要提高烘干炉温，此时烘干炉的进风口温度在800～900℃左右，水分才合格。实际此时已有部分膨润土已经成死粘土。在这种条件下的办法最好先把原料自然风干一下，水分含量到28%左右再进行烘干，炉温可下调至700℃左右，这样既在很大程度上减少烧死土的产生，同时又降低燃料消耗，而且产品的含水量还易控制。铸造用膨润土产品的水分控制是一个比较复杂的过程，既要考虑到产品的合格水分，又要考虑到温度对膨润土烧死量的影响。想获取较为理想的产品，就必须对产品的干燥温度进行合理的控制，既要达到高产，又要优质，且水分适宜。以便对膨润土在型砂中发挥其最佳效用。

表4 水分含量与膨润土吸水速度的关系

表5 干燥温度与湿压强度及吸蓝量的关系

3 结语

铸造用膨润土的一些理化指标与其在型砂中的工艺性能有着密切的关系：①膨润土吸蓝量与型砂的湿压强度成正比；②吸蓝量高的膨润土，其钠化后的产品用于生产型砂的湿压强度也好；③膨润土膨润值与热湿拉强度呈较好的线性正比例关系；④湿态钠化膨润土的膨润值好的产品，其在型砂中反应出来的热湿拉强度一定也好；⑤只有吸蓝量高与膨润值高的膨润土才较适合用于做铸造型砂用原料。

人工钠化膨润土应从两个方面考虑产品的复用性：①原料的复用性；②人工钠化膨润土钠化效果。铸造用钠化膨润土原料复用性有一定的选择性，有的原料其复用性较低，这样的原料就不适用于做铸造膨润土原料，只能做为配料使用。有的原料其复用性很好，而这样的原土就适用于做铸造钠化膨润土原料。

钠化膨润土的钠化效果也是对其复用性影响很大的一个因素。钠化效果好的土，钠化效果减退的少，复用性就高；钠化效果不好的土，钠化效果衰退的非常快，复用性就低，造成铸造厂家膨润土加入量大，导致型砂含泥量高，甚至造成起皮等铸造缺陷。膨润土的产品烘干温度与水分应当进行必要的控制，以便产品在铸造混砂的过程中发挥其最佳的性能。

[1]中国标准化管理委员会.GB2684-2009铸造用砂及混合料试验方法[S].北京:中国标准出版社,2009.

[2]殷锡鹏.膨润土试验方法述评[J].铸造工业,2001(4):23-27.

[3]于震宗.膨润土湿型砂与技术检测[J].铸造工业,2004(2):12-15.