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质优冶炼铸造材料的抉择和运用

http://www.machine.hc360.com2016年07月19日11:37 来源:中国百科网T|T

    1煤粉的选择

    1.1煤的种类及其相关性能

    煤按煤化程度的不同可分为褐煤、烟煤、无烟煤。众所周知,铸造用煤粉首先应属烟煤类。

    烟煤按煤化程度又可细分为长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤(见文后注释)。铸造用煤粉应以肥煤和焦煤为原料,经过精洗、磨制而成。因为:

    (1)煤在隔绝空气干馏时,在300~500℃之间,大量析出焦油和气体,几乎全部的焦油均在此温度范围内析出,在这个阶段放出的气体主要为CH4及其同系物。此外,还有不饱和烃CnHm、H2及CO、CO2等。烟煤约在350~480℃之间煤粒发生软化、熔融现象,出现含有气泡的液相,许多煤粒汇合形成气、液、固三相混合物,称为胶质体。液相组成中碳质沥青占主要成分。在不同变质程度煤中,焦煤、肥煤的液相产率最多。由于含有气相,胶质体呈现不同程度的膨胀现象。

    (2)挥发分产率较高的煤(如长焰煤、气煤)受热分解后形成很多对热不稳定的低沸点液体产物,很快受热分解成气态产物逸出,而剩下的液体不足以使分散的“变形煤粒”粘结起来,所以粘结性较差。挥发分产率较低的煤(如瘦煤、贫煤)受热分解时虽能形成较高沸点的液体产物,但是它的数量较少,不足以将分散的“变形煤粒”

    粘结起来。挥发分产率中等的煤(如肥煤、焦煤)受热分解后能形成较多的液体产物,易于将“变形煤粒”粘结起来。

    1.2煤粉防止铸铁件粘砂的机理

    (1)在铁液的高温作用下铸型表层的煤粉产生大量还原性气体,防止铁液被氧化,并使铁液表面的氧化铁还原,减少金属氧化物和型砂进行化学反应的可能性。型腔中还原性气体主要来自煤粉热解生成的挥发分,也包括碳与水在高温下的水煤气反应生成的氢气。

    (2)煤粉受热后开始软化,具有可塑性。如果由开始软化至固化之间温度范围比较宽和时间比较长,则可缓冲石英颗粒在该温度区间受热而形成的膨胀应力,从而可以减少因砂型受热膨胀而产生的铸件缺陷。

    (3)煤粉受热后产生气、液、固三相的胶质体,胶质体的体积膨胀部分地堵塞砂粒间的孔隙,使铁液不易渗入。

    (4)煤粉在受热时产生的碳氢化物(主要为芳烃类)的挥发分在650 ̄1000℃高温下,于还原性气氛中发生气相热解而在金属液和铸型的界面上析出一层带有光泽的微细结晶碳,称为光亮碳。这层光亮碳使砂型不受铁液浸润和难以向

    。

    防粘砂机理(1)要求铸造用煤粉应具有较高的挥发分,机理(2)和机理(3)要求铸造用煤粉应具有适宜的焦渣特征,机理(4)要求铸造用煤粉应具有较高的光亮碳。根据煤的特性,有较高挥发分和适宜的焦渣特征的烟煤是焦煤和肥煤。

    1.3煤粉的理化指标对其防粘砂性能的影响

    (1)煤粉的灰分、硫分越低越好。

    (2)挥发分煤粉应具有足够多的挥发分,这是在铸型内形成还原性气氛,以及产生光亮碳所必要的。通常认为挥发分不应少于28%,但并非越高越好,更重要的是应当具有良好的形成胶质体和分解出光亮碳的能力。长焰煤和气煤的挥发分产率较高,在36%以上,甚至能达到40%之高。受热分解后形成很多对热不稳定的低沸点液体产物,很快又受热分解成气态产物逸出,胶质体的温度间隔小,滞留时间短,不能有效堵塞砂粒间的孔隙,而且低沸点挥发分不利于产生光亮碳层。所以长焰煤和气煤并不适合用作湿型砂的抗粘砂附加物。单独从挥发分的数值是难以判断煤粉质量的好坏的,例如有的煤粉使用高挥发分和含有大量矸石的原煤加工制成,挥发分的测定结果可能有30%以上,但是这种煤粉并不适用于铸造。另外,使用长焰煤和气煤,由于其挥发物的燃点较低,在运输仓储过程中容易造成“自燃”现象,影响安全。

    (3)焦渣特征焦渣特征也称结焦特性。它反映煤在干馏过程中软化、析气、熔融形成胶质体、并固化粘结成焦的特性。焦渣特征按GB212标准划分为八级。如煤粉的防止铸件粘砂机理(2)和(3)所述,铸造用煤粉在铁液高温作用下应有较多的胶质体,特别是高沸点液相产物,且胶质体应具膨胀性。如此,才能堵塞砂粒间的孔隙,使铁液不易渗入。

    GB212焦渣特征中6、7、8三级具有膨胀性,其中6级适于铸造。应避免使用强膨胀熔融粘结的7、8级,以避免将砂粒粘结成大的复合颗粒而影响型砂的复用性。焦渣特征为1 ̄4级的煤粉,即使挥发分较多,由于胶质体量过低,其抗粘砂效果不良。当其他理化指标合适时,焦渣特征为5级的煤粉在生产应用中效果也是不错的。

    (4)光亮碳煤在干馏过程中产生的气相产物在高温深度分解过程中,产生热解碳的显微结晶,沉积在灼热的物体上,称为光亮碳。光亮碳含量高的煤粉受热析出的光亮碳层使砂型不被铁液浸润,铁液难以向砂粒孔隙中渗透,因而得到表面光洁的铸件。光亮碳含量在12% ̄16%之间较为理想。光亮碳理论目前已被国内外铸造工作者普遍接受。

    (5)粒度我国行业标准JB/T9222-1999规定煤粉的粒度应95%以上通过0.106mm(140目筛)的筛孔。许多企业按此标准制订企业标准。但欧美各国所用煤粉的粒度比我国粗,而且认为应当根据铸件的大小和厚薄不同,对粒度应有不同要求。煤粉粒度粗些的优点是对环境污染小。厚大铸件的凝固时间长,粗粒煤粉可以保持较长时间发气,而且有助于改善型砂的透气性。浇注时细粒煤粉会立即燃烧掉而不能持久发挥作用。但是煤粉的粒度也不可太粗,否则型砂变脆,修型困难,靠近浇道处易被冲刷,铸件表面粗糙。重要的是不可有大于1mm的颗粒,不然铸件局部表面会出现痘疤缺陷或气孔缺陷。要求铸件表面光洁的小铸件则宜选用较细的煤粉。原则是煤粉的粒度应比原砂稍细些。高紧实度造型(如挤压造型、多触头高压造型、气冲造型、静压造型)不可用极细煤粉,以免因透气性下降过多而使铸件产生气孔缺陷。

    (6)水分行业标准JB/T9222-1999中要求水分不高于4%。而我国北方地区的气煤和长焰煤的水分达到6%~12%。这种水分不是物理水,而是结晶水,目测煤粉很干,但检测起来水分却很高。煤粉中水分高不但使铸造企业的经济利益受损(买煤粉而非买水),而且铁液浇注后,煤粉在型砂中受热而使其内的水分由液态变为气态。

    变化过程中,水分的体积膨胀是几十倍甚至上百倍。大量的气体如果不能从砂型中及时散出,极易导致铸件气孔缺陷。另外,水分过高也是煤粉在运输和仓储过程中易出现“自燃”现象的重要原因。

    铸造用煤粉质量的优劣取决于两个因素:原煤的品种如何和煤粉中杂质的多少。

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