[科普中国]-原砂

原砂是铸造生产中造型（芯）用最基本的材料，其中应用最广泛的是石英砂俗称硅砂。在砂型铸造中，原砂是混合料中的骨料和主要成分，所占的质量分数依所用黏结剂的不同，在80%~99%之间。原砂和黏结剂一起形成砂型或砂芯的强度，同时抵抗液态金属对砂型或砂芯的侵蚀，所以原砂一般也是耐火材料。颗粒细小的原砂还可以作为除料的耐火材料。砂型铸造中所用的原砂种类很多，但以硅砂使用最多。

原砂的基本要求消失模铸造用的原砂多为硅砂，对于生产灰铸铁铸件、非铁金属铸件及普通铸钢件，原砂中SiO2的质量分数为90%~95%就足够，其平均粒度为AFS25-45。粒度过细，会阻碍浇注期间残留物的逸出，造成铸件的缺陷；粒度过粗，则会造成金属液渗入，使得铸件表面粗糙。原砂的粒度分布应集中，以保持该工艺所需的高透气性。砂子必须与涂料作为一个体系发挥作用，以获得最佳的铸造工作状态。

根据形状的不同，原砂可分为多角形、次角形和圆形等种类。粒度较粗的圆形砂，其流动和紧实性能好；粒度较细的多角形砂，其流动性较差，但更抗金属液的渗入，应根据实际情况选用。1

原砂的性能指标消失模铸造用砂的性能指标如下：

(1)透气性。为了让气体和液态热解残留物在浇注时从铸件型腔内逸出，干砂必须要有足够的透气性。较细的砂子透气性较低，粒度分布分散的砂子（即粗砂和细砂的混合）透气性也较低。所以，在消失模铸造中，单筛砂更受欢迎，但应重视原砂除尘。对洁净的干砂而言，透气性取决于砂粒的大小。从要求较高的透气性来看，宜选用较粗的砂子。常用的干砂粒度为AFS25-45，即30号筛至70号筛之间。

干砂的粒度分布对透气性有显著的影响。例如，一定载荷下40号筛干砂的透气性为440，但具有相同AFS粒度的两筛分布的干砂在此载荷下的透气性仅为280左右，这主要是由于不同颗粒原砂互相镶嵌的现象降低了干砂的总体的透气性。原砂中含泥量过多及干砂中含有大量的粉尘，都会降低型砂的透气性，因此原砂中的含泥量或干砂中的含尘量应较小(质量分数为1%N 3%)。原砂一般采用水洗砂，干砂处理循环中应注意风选除尘。型砂的透气性建议在800-1000之间。

(2)灼烧减量。灼烧减量是检验型砂体系性能的另一个重要指标，它可以监测凝结在砂粒上的液态热解残留物的累积情况。这种碳氢化合物残留物的聚积会使砂子的流动性降低。当型砂的灼烧减量（质量分数）超过0.25%时，砂子的流动性及其紧实性明显下降。

(3)偏析。砂子偏析是任何一个型砂体系中都受到关注的问题。在消失模铸造中，由于对透气性控制的要求，砂子偏析问题更显重要，因为砂子粒度分布的较小变化会使砂子性能发生很大的改变，从而影响型砂的流动、透气、紧实等性能，故在消失模铸造的型砂体系中，采取反偏析措施很重要。型砂体系中，粉尘含量的增加是造成砂子偏析的主要原因之一。为了防止局部形成过多的粉尘，砂子应平稳输送。采用气力输送时，其拐弯处应使用半径较大的弯道，且用于输送的压缩空气应干燥。型砂体系中应加强砂子的除尘、风选功能，且需要有一台分选机将结块或其他残渣筛出。

(4)砂子的温度。砂子的温度过高会增加模样的变形。砂子在加砂、紧实之前应冷却到47℃以下。通常需要采用换热器来控制砂子的温度，特别是在大量生产的情况下，降低（或调节）砂子的温度是影响生产节奏的关键因素之一。

(5)含水量。型砂中的水分是产生许多铸造缺陷的根源。理想的干砂是没有水分的，但由于大气的湿度和凝结的作用，不可避免地会有微量水分的产生。通常要求干砂中水分的质量分数小于1%。1

原砂粒度的测定没有混入旧砂、再生砂、回用砂和黏结剂，首次使用的铸造用砂称为原砂。测定原砂粒度时，应选取上述试验测定过泥含量且烘干过的原砂作为试样。试验时，首先将震摆式或电磁微震式筛砂机的定时器旋钮旋至筛分所需时间位置 (如果用电磁微震式筛砂机筛分，则需同时旋动震频和振幅旋钮，使振幅指示器指在3mm处)，再将试样放在全套铸造标准筛最上面的筛子上(3.35mm筛)，然后将装存试样的全套筛子紧固在筛砂机上进行筛分，筛分时间为12~15min，当筛砂机自动停机时，松动紧固手柄，取下标准筛，依次将每一个筛子以及底盘上所遗留的砂粒，分别倒在光滑的纸上，并用软毛刷仔细地从筛网的反面刷下夹在网眼中的砂粒，称量每一个筛子上的砂粒重量，最后计算出每个筛子上砂粒所占试样总重量的质量百分数。2

原砂pH的测定原砂的pH表示原砂中能溶于水的碱性物质或酸性物质的多少。

采用参考方法，测量原砂pH的主要仪器设备有：交流直读式酸度计、磁力搅拌器、涂有聚四氟乙烯的搅拌棒、200mL烧杯。制备pH为4.03的标准缓冲溶液(25℃)的方法是：称取10.21g经110℃烘干2h的苯二甲酸钾(优级纯)，加水溶解后，注入1000mL容量瓶中，以煮沸并刚冷却的蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

制备pH为6.864的标准缓冲溶液(25℃)的方法是：称取3.39g经110℃烘干2h的磷酸二氢钾（优级纯）和8.96g磷酸二氢钠（优级纯），加水溶解后，注入1000mL容量瓶中，以煮沸并刚冷却的蒸馏水稀释至刻度，摇匀。

测量原砂pH的步骤如下：首先用标准缓冲溶液对所用的仪器进行标定；然后称取25g待测试样置于200mL烧杯中，加蒸馏水100mL；用磁力搅拌器搅拌5min；停止搅拌后，将酸度计的电极插入，测定烧杯上部液体的pH，或在搅拌过程中进行测定，每30s取一个读数，直至读数不变。在操作中，每次读数后都应将电极浸入干净的蒸馏水中。1

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学