鑄造用硅砂國家標準的修訂
鑄造用硅砂國家標準的修訂
華南理工大學■吳春苗
鑄造用硅砂是以石英為主要礦物成分、粒徑在
擦洗砂、精選（浮選）砂等天然硅砂。
硅砂是鑄造生產中基本的造型材料，硅砂質量的好壞直接影響鑄件的質量，尤其是近些年來樹脂砂、覆膜砂、酯硬化水玻璃自硬砂
等先進工藝的迅速發展，對鑄造用硅砂的質量提出了更高的要求。鑄造硅砂的質量歷來受到廣大鑄造工作者的重視，日本、前蘇聯等
國家均有鑄造用硅砂國家標準，美國、英國等國家也由各鑄造協會制定了鑄造用硅砂標準，制定硅砂標準是十分必要而有意義的工作。
根據機械工業部科學技術發展計劃的要求，近兩年對GB9442-88“鑄造用硅砂”進行了修訂。按照標準修訂工作的需要，
對行業里有代表性的硅砂生產廠家、使用廠家進行了現場調查，收集了大量有關與硅砂有關的資料和數據，參照國外先進企業的硅砂標準內容，利用微機對“鑄造工程數據庫”中硅砂進行檢索，并在國內硅砂生產和使用情況匯總的基礎上，面向行業百余家生產單位、使用單位、高等院校、科研院所征求意見。綜合考慮目前先進造型、制芯工藝對硅砂質量的要求，增強標準的可操作性，借鑒先進國家的經驗，盡可能向工業發達國家標準靠攏，以便于國際間交流與貿易，是此次鑄造用硅砂標準修訂工作的。
1．二氧化硅含量
硅砂的主要化學成分為二氧化硅，鑄造用硅砂都希望二氧化硅的含量高，其他成分含量低，以保證硅砂的耐火度。以二氧化硅的含量作為鑄造用硅砂主要驗收依據。一般來說，對于鑄鋼用砂，SiO2含量應大于97%；對于鑄鐵用砂，SiO2含量應大于85%；對于有色金合金鑄造用砂，SiO2含量應大于75%。
關于SiO2含量的分級標準修訂是根據鑄造生產的需要和我國硅砂生產的實際情況，參照GB321-80《優先數和優先數系》劃分的。
構成兩個公比的復合系列數值如下：99、96、93、90、80、75。考慮到我國的資源狀況，謹將99降為98，后經全標委審議為對
原標準75-級不再推薦使用。構成Si O2的分級系列，見表1。
表一鑄造用硅砂按Si O2含量分級（質量分數%）
代號
二氧化硅小含量
98
98
96
96
93
93
90
90
85
85
80
80
2．含泥量
含泥量為鑄造用硅砂中粒徑<
表二鑄造用硅砂含泥量分級（質量分數%）
代號
含泥量
0.2
0.2
0.3
0.3
0.5
0.5
1.0
1.0
2.0
2.0
3．粒度
在鑄造生產中，根據不同的工藝要求選擇硅砂的粒度較為重要，硅砂顆粒的大小由鑄造用實驗篩測定，篩孔的尺寸在ZBJ-88中已作了明確規定。原標準中對硅砂粒度以主要粒度組成的“三篩”進行級，這種分級方法已不適應樹脂砂等先進工藝對硅砂顆粒分布的要求，有的樹脂砂工藝要求主要力度分布在“四篩”、甚“五篩”。考慮到原標準對粒度分組代號不熟悉、不好記憶，在本標準修訂中，對原GB9442-88中的硅砂粒度分組予以取消，相應的篩號篩孔尺寸的對應關系，見表3。因為“目數”不是法定計量單位，在此也不予推薦使用。
表3鑄造用硅篩號與篩孔尺寸對應表
篩號
篩孔尺寸/mm
篩號
篩孔尺寸/mm
6
3.35
70
0.212
12
1.70
100
0.150
20
0.850
140
0.106
30
0.600
200
0.075
40
0.425
270
0.053
50
0.300
底盤
平均細度是反映某一鑄造用硅砂平均顆粒尺寸的參數，在本次修訂中采用了國際上常用的平均細度這一綜合性指標。平均細度顯示出砂子的平均顆粒尺寸，能夠反映單位質量硅砂的表面積。平均細度這一指標在比較某一砂礦生產的不同品位砂子方面，在比較幾個顆粒分布相近的砂礦生產的各種砂子方面、在幫助鑄造車間控制填充砂或系統砂方面以及在計算其他與鑄造用砂有關的數據方面，都有價值的。美國、英國、德國等國家都檢測該指標，目前國內一些獨資企業和一些合資企業也都對這一指標有要求。因此，借鑒國外的先進經驗，采用這一性能指標，也便于國際間交流與貿易。應當指出，單純地用平均細度表示硅砂的粒度，可能會出現幾種硅砂粒度分布不同而平均細度值相同的情況。只有同時規定了主要篩號的粒度組成含量之后，平均細度表示的粒度組成和分布才局限于一定的范圍內。因此，在這次修訂的標準中，將硅砂的粒度分布按主要粒度組成的首/尾篩號，并結合平均細度值來表示。另外，對硅砂的主要篩號粒度組成也作了相應的規定：三篩不小于75%，四篩不小于85%。以某公司生產的水洗砂為例，主要篩號粒度組成三篩不小于80%，平均細度值在一定的范圍內，見表4。
表4某水洗砂首/尾篩號與平均細度值相應關系
首/尾篩號
平均細度值
40/70
40-46
50/100
50-58
70/140
40-78
100/200
100-110
4．顆粒形狀
原GB442-88標準中，利用測定硅砂角形因數的方法對硅砂的顆粒形狀進行分類。角形因數是鑄造用硅砂的實際比表面積與理論比表面積的比值，用來反映鑄造用硅砂顆粒的圓整程度。角形因數越接近1時，表明砂粒的形狀越接近圓球形，角形因數越大，則砂粒越偏向尖角形。這種方法比較科學，可避免早在顯微鏡下觀察方法的視覺誤差，同時對硅砂的形狀給與定量表示。但原標準的分類代號以數學形式給出，表達不夠直觀，不便記憶。因此，在本標準修訂中以符號的形式表示，這樣簡單明了。鑄造用硅砂的顆粒形式根據角形因數分級，見表5。
表5鑄造硅砂顆粒形狀按角形因數分級
形狀
圓形
橢圓形
鈍角形
方角形
尖角形
代號
○
○-□
□
□-△
△
角形因數
≤1.15
≤1.30
≤1.45
≤1.63
>1.63
5．牌號
本標準修訂中牌號的表達式包含了SiO2含量這一重要的性能指標，同時把硅砂的粒度分布按主要粒度組成的首/尾篩號表示出來，平均細度也反映在牌號中。這種牌號較為簡捷，無論是三篩或四篩制都能適用，能夠較全面地反映鑄造用硅砂的狀況。鑄造用硅砂的牌號表示如圖。
例如：ZGS93-（53）表示該牌號硅砂的二氧化硅為代號93級，主要粒度組成為四篩，其首篩篩號為40，尾篩篩號為100，粒度的平均細度值53。
6．其它
因為即使硅砂的含泥量相同，由于其加工（凈化）處理的方法不同，性能上也有顯著的差異，近些年來的研究成果充分證明了這一點。在本標準修訂中，要求對于每一批鑄造用硅砂，供方都必須提供加工方法（如水洗、擦洗等），這樣也便于樹脂砂、水玻璃砂等工藝選用。考慮到鉀、鈣、鈉、鎂氧化物含量對硅砂酸堿性的影響，在本標準修訂中要求，使用化學粘接劑時的鑄造用硅砂的酸耗值不大于5ml。雜質含量、燒結點、灼燒減量等一些指標在本標準修訂中未被列入，如在鑄造生產中需對其進行控制，也可由使用單位和生產單位協商解決。
（摘自〈鑄造材料與鑄件質量〉）
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