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鑄造用硅砂國家標(biāo)準(zhǔn)的修訂
華南理工大學(xué)■吳春苗
鑄造用硅砂是以石英為主要礦物成分、粒徑在0.020mm -3.350mm 的耐火顆粒物，根據(jù)開采和加工方法的不同分為人工硅砂及水洗砂、
擦洗砂、精選（浮選）砂等天然硅砂。

硅砂是鑄造生產(chǎn)中基本的造型材料，硅砂質(zhì)量的好壞直接影響鑄件的質(zhì)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(jìn)工藝的迅速發(fā)展，對(duì)鑄造用硅砂的質(zhì)量提出了更高的要求。鑄造硅砂的質(zhì)量歷來受到廣大鑄造工作者的重視，日本、前蘇聯(lián)等
國家均有鑄造用硅砂國家標(biāo)準(zhǔn)，美國、英國等國家也由各鑄造協(xié)會(huì)制定了鑄造用硅砂標(biāo)準(zhǔn)，制定硅砂標(biāo)準(zhǔn)是十分必要而有意義的工作。

根據(jù)機(jī)械工業(yè)部科學(xué)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的要求，近兩年對(duì)GB9442-88“鑄造用硅砂”進(jìn)行了修訂。按照標(biāo)準(zhǔn)修訂工作的需要，
對(duì)行業(yè)里有代表性的硅砂生產(chǎn)廠家、使用廠家進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，收集了大量有關(guān)與硅砂有關(guān)的資料和數(shù)據(jù)，參照國外先進(jìn)企業(yè)的硅砂標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，利用微機(jī)對(duì)“鑄造工程數(shù)據(jù)庫”中硅砂進(jìn)行檢索，并在國內(nèi)硅砂生產(chǎn)和使用情況匯總的基礎(chǔ)上，面向行業(yè)百余家生產(chǎn)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(jìn)造型、制芯工藝對(duì)硅砂質(zhì)量的要求，增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的可操作性，借鑒先進(jìn)國家的經(jīng)驗(yàn)，盡可能向工業(yè)發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)靠攏，以便于國際間交流與貿(mào)易，是此次鑄造用硅砂標(biāo)準(zhǔn)修訂工作的。

1．二氧化硅含量

硅砂的主要化學(xué)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(yàn)收依據(jù)。一般來說，對(duì)于鑄鋼用砂，SiO2含量應(yīng)大于97%；對(duì)于鑄鐵用砂，SiO2含量應(yīng)大于85%；對(duì)于有色金合金鑄造用砂，SiO2含量應(yīng)大于75%。
關(guān)于SiO2含量的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)修訂是根據(jù)鑄造生產(chǎn)的需要和我國硅砂生產(chǎn)的實(shí)際情況，參照GB321-80《優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系》劃分的。
構(gòu)成兩個(gè)公比的復(fù)合系列數(shù)值如下：99、96、93、90、80、75。考慮到我國的資源狀況，謹(jǐn)將99降為98，后經(jīng)全標(biāo)委審議為對(duì)
原標(biāo)準(zhǔn)75-級(jí)不再推薦使用。構(gòu)成Si O2的分級(jí)系列，見表1。

表一鑄造用硅砂按Si O2含量分級(jí)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

代號(hào)

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<0.020mm 的顆粒部分，是鑄造用硅砂的一項(xiàng)重要的指標(biāo)，特別是樹脂砂、覆膜砂等先進(jìn)工藝對(duì)硅砂的這一指標(biāo)要求很嚴(yán)格。在本標(biāo)準(zhǔn)修訂中鑄造用硅砂用含泥量進(jìn)行分級(jí)，以便突出這一指標(biāo)的重要性。一般來說，精選砂砂粒表面干凈，含泥量低，可小于0.2%；擦洗砂砂粒較干凈，含泥量可小于0.3%；水洗砂含泥量較山砂、河砂、海砂或篩選砂的含泥量低，好的可低于0.5%。綜合考慮生產(chǎn)的需要和我國硅砂生產(chǎn)的實(shí)際情況，將鑄造用硅砂含泥量分為大于0.2、0.3、0.5、1.0、2.0幾個(gè)等級(jí)，在技術(shù)要求中對(duì)水洗砂、擦洗砂及精選沙含泥量質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于1.0%；擦洗砂含泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.3%。精選砂含泥量作了更進(jìn)一步的規(guī)定，即水洗砂含泥量質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.2%。這次修訂對(duì)原標(biāo)準(zhǔn)中含泥量為10的一級(jí)不再推薦使用，鑄造用硅砂含泥量分級(jí)見表2。

表二鑄造用硅砂含泥量分級(jí)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

代號(hào)

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(chǎn)中，根據(jù)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(shí)驗(yàn)篩測(cè)定，篩孔的尺寸在ZBJ-88中已作了明確規(guī)定。原標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)硅砂粒度以主要粒度組成的“三篩”進(jìn)行級(jí)，這種分級(jí)方法已不適應(yīng)樹脂砂等先進(jìn)工藝對(duì)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”?？紤]到原標(biāo)準(zhǔn)對(duì)粒度分組代號(hào)不熟悉、不好記憶，在本標(biāo)準(zhǔn)修訂中，對(duì)原GB9442-88中的硅砂粒度分組予以取消，相應(yīng)的篩號(hào)篩孔尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見表3。因?yàn)椤澳繑?shù)”不是法定計(jì)量單位，在此也不予推薦使用。

表3鑄造用硅篩號(hào)與篩孔尺寸對(duì)應(yīng)表

篩號(hào)

篩孔尺寸/mm

篩號(hào)

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(xì)度是反映某一鑄造用硅砂平均顆粒尺寸的參數(shù)，在本次修訂中采用了國際上常用的平均細(xì)度這一綜合性指標(biāo)。平均細(xì)度顯示出砂子的平均顆粒尺寸，能夠反映單位質(zhì)量硅砂的表面積。平均細(xì)度這一指標(biāo)在比較某一砂礦生產(chǎn)的不同品位砂子方面，在比較幾個(gè)顆粒分布相近的砂礦生產(chǎn)的各種砂子方面、在幫助鑄造車間控制填充砂或系統(tǒng)砂方面以及在計(jì)算其他與鑄造用砂有關(guān)的數(shù)據(jù)方面，都有價(jià)值的。美國、英國、德國等國家都檢測(cè)該指標(biāo)，目前國內(nèi)一些獨(dú)資企業(yè)和一些合資企業(yè)也都對(duì)這一指標(biāo)有要求。因此，借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，采用這一性能指標(biāo)，也便于國際間交流與貿(mào)易。應(yīng)當(dāng)指出，單純地用平均細(xì)度表示硅砂的粒度，可能會(huì)出現(xiàn)幾種硅砂粒度分布不同而平均細(xì)度值相同的情況。只有同時(shí)規(guī)定了主要篩號(hào)的粒度組成含量之后，平均細(xì)度表示的粒度組成和分布才局限于一定的范圍內(nèi)。因此，在這次修訂的標(biāo)準(zhǔn)中，將硅砂的粒度分布按主要粒度組成的首/尾篩號(hào)，并結(jié)合平均細(xì)度值來表示。另外，對(duì)硅砂的主要篩號(hào)粒度組成也作了相應(yīng)的規(guī)定：三篩不小于75%，四篩不小于85%。以某公司生產(chǎn)的水洗砂為例，主要篩號(hào)粒度組成三篩不小于80%，平均細(xì)度值在一定的范圍內(nèi)，見表4。

表4某水洗砂首/尾篩號(hào)與平均細(xì)度值相應(yīng)關(guān)系

首/尾篩號(hào)

平均細(xì)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(biāo)準(zhǔn)中，利用測(cè)定硅砂角形因數(shù)的方法對(duì)硅砂的顆粒形狀進(jìn)行分類。角形因數(shù)是鑄造用硅砂的實(shí)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(shù)越接近1時(shí)，表明砂粒的形狀越接近圓球形，角形因數(shù)越大，則砂粒越偏向尖角形。這種方法比較科學(xué)，可避免早在顯微鏡下觀察方法的視覺誤差，同時(shí)對(duì)硅砂的形狀給與定量表示。但原標(biāo)準(zhǔn)的分類代號(hào)以數(shù)學(xué)形式給出，表達(dá)不夠直觀，不便記憶。因此，在本標(biāo)準(zhǔn)修訂中以符號(hào)的形式表示，這樣簡(jiǎn)單明了。鑄造用硅砂的顆粒形式根據(jù)角形因數(shù)分級(jí)，見表5。

表5鑄造硅砂顆粒形狀按角形因數(shù)分級(jí)

形狀

圓形

橢圓形

鈍角形

方角形

尖角形

代號(hào)

○

○-□

□

□-△

△

角形因數(shù)

≤1.15

≤1.30

≤1.45

≤1.63

>1.63

5．牌號(hào)

本標(biāo)準(zhǔn)修訂中牌號(hào)的表達(dá)式包含了SiO2含量這一重要的性能指標(biāo)，同時(shí)把硅砂的粒度分布按主要粒度組成的首/尾篩號(hào)表示出來，平均細(xì)度也反映在牌號(hào)中。這種牌號(hào)較為簡(jiǎn)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(hào)表示如圖。

例如：ZGS93-（53）表示該牌號(hào)硅砂的二氧化硅為代號(hào)93級(jí)，主要粒度組成為四篩，其首篩篩號(hào)為40，尾篩篩號(hào)為100，粒度的平均細(xì)度值53。

6．其它

因?yàn)榧词构枭暗暮嗔肯嗤?，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(diǎn)。在本標(biāo)準(zhǔn)修訂中，要求對(duì)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?？紤]到鉀、鈣、鈉、鎂氧化物含量對(duì)硅砂酸堿性的影響，在本標(biāo)準(zhǔn)修訂中要求，使用化學(xué)粘接劑時(shí)的鑄造用硅砂的酸耗值不大于5ml。雜質(zhì)含量、燒結(jié)點(diǎn)、灼燒減量等一些指標(biāo)在本標(biāo)準(zhǔn)修訂中未被列入，如在鑄造生產(chǎn)中需對(duì)其進(jìn)行控制，也可由使用單位和生產(chǎn)單位協(xié)商解決。

（摘自〈鑄造材料與鑄件質(zhì)量〉）