鑄造一直是一個嚴重污染環(huán)境的行業(yè)，為了改善鑄件的品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本及改善環(huán)境，研究一種新型鑄造砂——寶珠砂。通過在電弧爐中加入含Al2O345——90%鋁礬土礦石原材料，利用電弧電弧放電產(chǎn)生的高溫，將鋁礬土原料熔化成液體，在液體流出爐子時，對其施以70——85m/s的空氣壓，利用強風將液體原料破碎、冷卻后，得到形狀為球狀或接近球狀、表現(xiàn)光滑的砂粒。這種砂粒以其高耐火性、低膨脹性、低破損性以及高回收利用率等特性深受鑄造廠家的歡迎并且符合時代環(huán)保的要求。

　　鑄造在中國是一種古老傳統(tǒng)的制造業(yè)，一直是一個嚴重污染環(huán)境的部門，業(yè)已在民間形成了不良的口碑。在鑄造生產(chǎn)中，材料和能源的投入占到產(chǎn)值的55%——70%。我國鑄造行業(yè)每年排污物總量為：廢渣300萬噸、廢砂1650萬噸、廢氣110億立方米[1]。目前大量使用的人造鑄造砂主要產(chǎn)自于天然的硅砂或人工破碎的硅砂，它們在造型澆注過程中受熱后容易破碎，成為垃圾，污染環(huán)境，危害生產(chǎn)工人的健康（SiO2粉塵易產(chǎn)生硅肺病），對于砂型鑄造來講，每生產(chǎn)1t鑄件，大約產(chǎn)生1.3——1.5t的廢砂。因此，研究一種能夠改善鑄件的質(zhì)量并減少環(huán)境的污染，改善產(chǎn)業(yè)工人的勞動環(huán)境的鑄造材料——寶珠砂，已經(jīng)變得十分重要。

　　1 試驗裝置與方法

　　在電弧爐中（爐子的大小為650-850mm正方體）加入含Al2O345——90%鋁礬土礦石原材料，利用電弧電弧放電產(chǎn)生的高溫，將鋁礬土原料熔化成液體，在液體流出爐子時，對其施以70——85m/s的空氣壓（壓力3.0-8.0kg/cm2），利用強風將液體原料破碎、冷卻后，得到形狀為球狀或接近球狀、表現(xiàn)光滑的砂粒。

　　通過上述工藝流程得到的砂粒分布如表1所示。

　　2 試驗結(jié)果與分析

　　2.1高的耐火溫度

　　經(jīng)國家耐火材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心檢測，該新型人造鑄造耐火溫度大于1790℃，能夠克服石英砂的耐火度（1400——1700℃）的限制，能夠減少鑄件局部（孔、槽、及熱節(jié)集中的部位）粘砂情況，使清砂工序變得十分容易，完全滿足造型砂的耐火溫度要求。

　　2.2低的熱膨脹率

　　分別將寶珠砂、硅砂、再生硅砂、鉻鐵礦砂加入粘結(jié)劑，堿性酚醛樹脂和固化劑（同一配比）混砂后，制成直徑為Φ35×55mm的試塊，成形時室溫為20℃，濕度為60%，試塊放置24h，待完全硬化后，加熱至1000℃，測出砂子的熱膨脹率。

　　該新型鑄造砂（寶珠砂）與硅砂和鉻鐵礦砂進行了熱膨脹率的對比試驗如表2所示。

　　從表2中可以看出，寶珠砂的熱膨脹率最低，只有鉻鐵礦砂的1/2，再生硅砂的1/4，所以在澆注過程中，可以有效地抑制由于砂子熱膨脹產(chǎn)生的鑄造缺陷。

　　2.3砂子的粒型好——球形

　　鑄造造型砂以球型為宜，即角形因數(shù)≤1.15，鑄造型砂角形因數(shù)小于1.2時，可以提高鑄型的充填率，又可提高鑄型的透氣性，從表3中測得的數(shù)據(jù)可以看出，寶珠砂的角型系數(shù)因數(shù)為1.06，非常接近1.0，表明砂粒為球形。

　　從寶珠砂砂粒形貌電鏡掃描照片可以看出，寶珠砂外形非常接近于球形，且砂子表面光滑，凹凸少，在造型澆注過程中，寶珠砂因其流動性好，易舂實，透氣性好，更易減少鑄件的氣孔類缺陷。

　　2.4粘接劑加入量低

　　在造型過程中，達到同樣的型砂強度，粘接劑加入量低，可以降低成本，更會對鑄件的氣孔缺陷產(chǎn)生抑制作用，也可改善砂子潰散性。

　　備注：抗拉強度用SNY型液壓強度試驗機測定，發(fā)氣量用SFD型發(fā)氣量機測定。

　　從上表中可以看出，同樣的樹脂加入量，寶珠砂的抗拉強度是中牟砂的一倍，發(fā)氣量降低了近50%。

　　2.5高強度、低破碎、回用性能好

　　從上表中可以知道，寶珠砂具有與鋯英砂不相上下的硬度，而且粒度的變化率更低，可以想象寶珠砂的回收及再利用率會很高。

　　3 結(jié)論

　　（1）寶珠砂有著很高的耐火溫度，能滿足各種鑄件的耐火度要求。

　　（2）寶珠砂有近乎球狀的外形，有很好的流動性和充填性能，需要加入的粘接劑數(shù)量也很低，不但經(jīng)濟，且澆注后，鑄型也不易破壞。

　　（3）寶珠砂有低膨脹性的特點，對于鑄件來說，可以防止由于型砂膨脹而產(chǎn)生的鑄造缺陷，可以提高復(fù)雜鑄件的尺寸精度。

　　（4）寶珠砂的高強度、低破損，使砂子在回收及再利用時不會破碎，回收再利用率高，且粉塵量很小，可以改善作業(yè)環(huán)境，減少鑄造垃圾，這是符合時代環(huán)保要求的。