铸铁用湿型砂中加入煤粉有何作用？

铸铁用湿型砂中加入品质良好的煤粉可以防止铸件产生粘砂，还可使铸件表面粗糙度显著降低。

其作用机理主要是：

1、气膜隔离理论

浇注时型砂中的煤粉产生大量的还原性气体，使砂型/金属界面形成一层气膜，阻止铁水钻入型砂的砂粒孔隙中。

2、胶质体封孔理论

型砂中的煤粉受热后成为固、液、气三相的胶质体，胶质体的膨胀能够堵塞砂粒孔隙，阻止铁水钻入砂粒孔隙中。

3、气体防氧化理论

煤粉中的挥发分在高温下气相热解，产生大量的还原性气体，能够防止铁液氧化，避免氧化铁与石英砂产生化学反应。

4、光亮碳防润湿理论

浇注时型砂中的煤粉析出微细晶粒的光亮碳，沉积在砂粒表面，使砂粒不被铁液润湿，避免铁水借助表面张力向砂粒孔隙中渗透。

从其作用机理可知：煤粉的挥发分、光亮碳、焦渣特性是煤粉防粘砂效果的主要影响因素。品质良好的铸造用煤粉应具有以下特点：

1、   挥发分为30～38%（质量分数）；

2、   光亮碳为≥10%（质量分数）；

3、   焦渣特征为4～6级；

4、   灰分≤10%（质量分数）；

5、   硫分≤1%（质量分数）。

虽然不符合上述要求的煤粉也能用于防止铸件粘砂缺陷，但是在型砂中的加入量需提高，这将使型砂需水量增多，如果用于生产高密度造型铸件和品质要求高的铸件，就会增大产生气孔和砂孔缺陷的倾向。

挥发分过高时，型砂发气量过大，将导致铸件产生气孔缺陷。焦渣特征等级过高时，型砂中焦渣生成量过多，将影响旧砂的回用性。采用高压造型、气冲造型等高密度造型方法时，焦渣特征等级要求应适当降低到2～4级。生产球墨铸铁时，硫分的质量分数应更低，否则可能造成铸件表面球化不良。

根据机械行业标准JB/T9222－1999《湿型铸造用煤粉》规定，湿型用煤粉按其挥发物含量分为3级(见表5.2.5.1)，其性能应符合表5.2.5.2的要求。

表5.2.5.1  湿型用煤粉的分级

表5.2.5.2  湿型用煤粉技术指标

但是部分厂家使用情况表明：选用煤粉粒度应根据铸件大小、厚度来确定，如有的企业要求0.106mm（140目）筛通过率大于85%，有的企业要求0.15mm（100目）通过率为65～70%。欧美各国所用煤粉的粒度比我国粗，铸件的大小、厚薄不同，对煤粉粒度要求也不同。粗粒煤粉浇注时可以保持较长时间的发气，适合厚大铸件使用，有助于改善型砂的透气性；中小铸件则使用较细的煤粉；高紧实度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缺陷。煤粉的粒度也不可太粗，否则型砂的韧性差，修型困难，靠近浇口处易被冲刷，铸件表面粗糙。

在浇注过程中，煤粉等碳质附加物存在挥发、分解和焦化三个过程。煤粉过量时，易产生大量烟气，并降低砂型透气率和增加需水量，会使铸件出现浇不到、毛刺、冷隔以及气孔等缺陷。煤粉加入量不足则会出现落砂困难、型壁移动、铸件尺寸和质量过大以及粘砂等缺陷。

煤粉的适宜加入量取决于多个因素：铸件壁厚，浇注温度，铁水压头高度，造型方法，型砂透气率，型砂硬度，铸件清理方法等等。例如：手工造型时，煤粉加入量要足够高；但是铸件出现大面积蓝色光亮面时，表明煤粉加入量偏多；手工清理时，铸件表面基本无砂粒，说明煤粉加入量适中；高压造型时，有效煤粉含量可能只需要4～5%，用高效煤粉则只要3～4%，补加量只需0.2～0.4%。

灰铁件型砂中的有效煤粉量不但取决于煤粉本身的品质好坏，也取决于铸件的厚薄大小，还要看铸件的清理方法。例如有的手工造型工厂，只用钢丝刷清理铸件表面，要求刷后即露出光滑蓝色表面，则型砂中必须含有较多的有效煤粉。有的工厂具有强力抛丸设备，铸出后局部表面粘附一薄层砂，也会在随后抛丸清理时完全露出铸件的金属表面。这种情况下，有效煤粉量稍低一些也无妨，甚至不希望铸件表面过分光洁，以免产生侵入气孔缺陷。高压造型和普通机器造型型砂的有效含量分别大约取3.5～5.0%和4.5～6.0%为宜。生产球墨铸铁件时，还要求在浇注时型腔中充满大量还原性气氛，以防止铁液中的镁和硫化镁与型砂水分产生反应导致气孔缺陷，此时要求有效煤粉量应取上限。

目前国内使用较多的煤粉产品只要有两种：一是内蒙“优质煤粉”，由内蒙两种原煤配合磨粉制成，其灰分≤9%、挥发分≥33%、焦渣特征4～5级、光亮碳量为10～13%；另一种是河南“高效煤粉”，由河南优质原煤加入高软化点石油沥青共同磨粉制成，其灰分≤10%、挥发分≥35%、焦渣特征5～6级、光亮碳量为12～15%。“高效煤粉”的两种成分可以取长补短，与天然煤粉相比，“高效煤粉”的挥发分和光亮碳形成能力较强，软化区间加宽，灰分和硫分降低，加人量下降，浇注时烟气减少。