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        高效煤粉生產廠家

        English(US) 中文(簡體) 中文(繁體)
        高效煤粉鑄造優質鑄件
        鑄造煤粉供應定點單位
        科學管理生產優質煤粉

        高效煤粉

        優質鑄造煤粉的選擇與使用

        時間:2008-01-28 00:00:00

        優質鑄造煤粉的選擇與使用
        李朝輝    張世偉    (平頂山市寶豐縣鑄造材料廠 467411)

        摘要
              本文通過對煤的干餾過程、煤粉在型砂中的防粘砂機理和煤粉的各項理化指標對其防粘砂能力的影響等方面的介紹,總結了選擇優質煤粉的觀點和方法,并介紹了選擇煤粉及煤粉在試用和使用過程中應該注意的事項。
        關鍵詞
              優質煤粉 選擇 使用

        Choosing and Using of Super Coal Dust
        Li zhaohui     Zhang shiwei     (Pingdingshan City Baofeng Foundry Material Factory)

        Abstract
              Through the introductions of the dry distillation process of coal,the sticky sand proof mechanism of coal dust in moulding sand,and the influencess of all its physics & chemistry indexes on its ability of sticky sand proof,this article summarizes the selection of high quality coal dust,and introduces some cautions in the selection of coal dust and in the course of trying out and using of coal dust.
        Keywords
              Super coaldust Choosing Using

        一、前言
              鑄造用濕型砂中加入煤粉,可以防止鑄鐵件表面產生粘砂缺陷,改善鑄鐵件的表面光潔度,減輕拋丸清理工作量,并能減少鑄件脈紋、夾砂缺陷。對于濕型鑄造球墨鑄鐵件,型砂中加入煤粉還有利于防止產生皮下氣孔。
              我國煙煤的礦藏豐富,產量巨大,價格低廉。幾十年來濕型鑄鐵件生產工廠一直普遍采用煤粉作為最關鍵的附加物。我國鑄造行業標準JB/T9222-1999對煤粉的要求如表1。

        JB/T9222-1999標準(Ruler of JB/T9222-1999)

        灰分

        ≤10%

        若需方要求對本標準未列項目(如:光亮碳,焦渣特征等)加以控制時,可由供需雙方在協議中商定

        揮發分

        SMF25

        25~30%

        SMF30

        30~35%

        SMF35

        ≥35%

        硫分

        ≤2%

        水分

        ≤4%

        粒度

        應有95%以上的顆粒通過0.106mm的篩孔

              但是,有些鑄造工作者對煤粉的品種和質量要求了解不夠深入。有的鑄造工廠購入的是劣質煤粉。例如煤粉的光亮碳含量不足百分之三,灰分卻達到百分之二、三十乃至更高,揮發分僅在百分之二十甚至更低。另外,一些鑄造工作者片面地認為低灰分、高揮發分的煤粉便是優質煤粉,從而在檢測時僅對該兩項理化指標進行檢測,并以此判斷煤粉的優劣,其結果很可能誤入歧途,致使所用煤粉并非適合于鑄造。
              針對上述情況,筆者根據多年來的服務實踐和收集到的資料,將煤粉的作用機理及其對型砂性能的影響進行簡單介紹,希望能為鑄造工作者提供有益幫助。
        二、選擇煤粉
        (一) 煤的種類及其相關性能。
              煤按煤化程度的不同可分為褐煤、煙煤、無煙煤。眾所周知,鑄造用煤粉首先應屬煙煤類。
              煙煤按煤化程度又可細分為長焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤貧煤①。鑄造用煤粉應以肥煤和焦煤為原料,經過精洗、磨制而成。因為:

              1、煤在隔絕空氣干餾時,在300―500℃之間,大量析出焦油和氣體,幾乎全部的焦油均在此溫度范圍內析出,在這個階段放出的氣體主要為CH4及其同系物。此外,還有不飽和烴CnHm、H2及CO、CO2等。煙煤約在350℃―480℃之間煤粒發生軟化、熔融現象,出現含有氣泡的液相,許多煤粒匯合形成氣、液、固三相混合物,稱為膠質體。液相組成中碳質瀝青占主要成份。在不同變質程度煤中,焦煤、肥煤的液相產率最多。由于含有氣相,膠質體呈現不同程度的膨脹現象②。

              2、揮發分產率較高的煤(如長焰煤、氣煤)受熱分解后形成很多對熱不穩定的低沸點液體產物,很快受熱分解成氣態產物逸出,而剩下的液體不足以使分散的“變形煤?!闭辰Y起來,所以粘結性較差。揮發分產率較低的煤(如瘦煤、貧煤)受熱分解時雖能形成較高沸點的液體產物,但是它的數量較少,不足以將分散的“變形煤?!闭辰Y起來。揮發分產率中等的煤(如肥煤、焦煤)受熱分解后能形成較多的液體產物,易于將“變形煤?!闭辰Y起來。

        (二) 煤粉防止鑄鐵件粘砂的機理。
              1、在鐵水的高溫作用下鑄型表層的煤粉產生大量還原性氣體,防止鐵水被氧化,并使鐵水表面的氧化鐵還原,減少金屬氧化物和型砂進行化學反應的可能性。型腔中還原性氣體主要來自煤粉熱解生成的揮發分,也包括碳與水在高溫下的水煤氣反應生成的氫氣。

              2、煤粉受熱后開始軟化,具有可塑性。如果由開始軟化至固化之間溫度范圍比較寬和時間比較長,則可緩沖石英顆粒在該溫度區間受熱而形成的膨脹應力,從而可以減少因砂型受熱膨脹而產生的鑄件缺陷。

              3、煤粉受熱后產生氣、液、固三相的膠質體,膠質體的體積膨脹部分地堵塞砂粒間的孔隙,使鐵水不易滲入。

              4、煤粉在受熱時產生的碳氫化物(主要為芳烴類)的揮發分在650℃―1000℃高溫下,于還原性氣氛中發生氣相熱解而在金屬液和鑄型的界面上析出一層帶有光澤的微細結晶碳,稱為光亮碳。這層光亮碳使砂型不受鐵水浸潤和難以向砂??紫吨袧B透,從而得到表面光潔的鑄件③。

              防粘砂機理1要求鑄造用煤粉應具有較高的揮發分,機理2和機理3要求鑄造用煤粉應具有適宜的焦渣特征,機理4要求鑄造用煤粉應具有較高的光亮碳。根據煤的特性,有較高揮發分和適宜的焦渣特征的煙煤是焦煤和肥煤。
        (三) 煤粉的理化指標對其防粘砂性能的影響
              煤粉的灰分、硫分越低越好。眾所周知,勿須贅述。
              揮發分 煤粉應具有足夠多的揮發分,這是在鑄型內形成還原性氣氛,以及產生光亮碳所必要的④。通常認為揮發分不應少于28%,但是也并非越高越好,更重要的是應當具有良好的形成膠質體和分解出光亮碳的能力。長焰煤和氣煤的揮發分產率較高,在36%以上,甚至能達到40%之高。受熱分解后形成很多對熱不穩定的低沸點液體產物,很快又受熱分解成氣態產物逸出,膠質體的溫度間隔小,滯留時間短,不能有效堵塞砂粒間的孔隙,而且低沸點揮發分不利于產生光亮碳層。所以長焰煤和氣煤并不適合用為濕型砂的抗粘砂附加物。單獨從揮發分的數值是難以判斷煤粉質量的好壞,例如有的煤粉使用高揮發分和含有大量矸石的原煤加工制成的,揮發分的測定結果可能有百分之三十以上,但是這種煤粉并不適于鑄造。另外,使用長焰煤和氣煤,由于其揮發物的燃點較低,在運輸和倉儲過程中容易造成“自燃”現象,影響安全。
              焦渣特征 焦渣特征也稱結焦特性。它反映煤在干餾過程中軟化、析氣、熔融形成膠質體,并固化粘結成焦的特性。焦渣特征按GB212標準劃分為八級。如煤粉的防止鑄件粘砂機理2和3所述,鑄造用煤粉在鐵水高溫作用下應有較多的膠質體,特別是高沸點液相產物,且膠質體應具膨脹性。如此,才能堵塞砂粒間的孔隙,使鐵水不易滲入。GB212焦渣特征中6、7、8三級具有膨脹性,其中6級適于鑄造。應避免使用強膨脹熔融粘結的7、8級,以避免將砂粒粘結成大的復合顆粒而影響型砂的復用性。焦渣特征為1-4級的煤粉,即使揮發分較多,由于膠質體量過低,其抗粘砂效果不良。當其他理化指標合適時,焦渣特征為五級的煤粉在生產應用中效果也是不錯的。
              光亮碳 煤在干餾過程中產生的氣相產物在高溫深度分解過程中,產生熱解碳的顯微結晶,沉積在灼熱的物體上,稱為光亮碳。光亮碳含量高的煤粉受熱析出的光亮碳層使砂型不被鐵水浸潤,鐵水難以向砂??紫吨袧B透,從而得到表面光潔的鑄件③。光亮碳含量在12~16之間較為理想。光亮碳理論目前已被國內外鑄造工作者普遍接受。
              粒度 我國行業標準JB/T9222-1999規定煤粉的粒度應95%以上通過0.106mm(140目篩)的篩孔。許多企業按此標準制訂企業標準。但歐美各國所用煤粉的粒度比我國粗,而且認為應當根據鑄件的大小和厚薄不同,對粒度應有不同要求。煤粉粒度粗些的優點是對環境污染小。較大鑄件的凝固時間長,粗粒煤粉可以保持較長時間發氣,而且有助于改善型砂的透氣性。澆注時細粒煤粉會立即燃燒掉而不能持久發揮作用。但是煤粉的粒度也不可太粗,否則型砂變脆,修型困難,靠近澆口處易被沖刷,鑄件表面粗糙。重要的是不可有大于1mm的顆粒,不然鑄件局部表面會出現痘疤缺陷或氣孔缺陷。要求鑄件表面光潔的小鑄件則選用較細的煤粉。原則是煤粉的粒度應比原砂稍細些。高緊實度造型(如擠壓造型、多觸頭高壓造型、氣沖造型、靜壓造型)不可用極細煤粉,以免因透氣性下降過多而使鑄件產生氣孔缺陷。
              水分 行業標準JB/T9222-1999中要求水分不高于4%。而我國北方地區的氣煤和長焰煤的水分達到6-12%。這種水分不是物理水,而是結晶水,目測煤粉很干,但檢測起來水分卻很高。煤粉中水分高且不說對鑄造企業的經濟利益受損(買煤粉而非買水),就使用角度講,他也有很大不足。鐵水澆注后,煤粉在型砂中受熱而使其中的水分由液態變為氣態,變化過程中,水分的體積膨脹是幾十倍甚至上百倍。大量的氣體如果不能從砂型中及時散出,極易使鑄件導致氣孔缺陷。另外,水分過高也是煤粉在運輸和倉儲過程中易出現“自燃”現象的重要原因。
              鑄造用煤粉質量的優劣取決于兩個因素:原煤的品種如何和煤粉中雜質的多少。生產煤粉應以焦煤、肥煤為原料,并經過水洗以去除其中的雜質。高效煤粉還應添加高亮碳材料以提高煤粉的光亮碳含量。筆者認為,優質煤粉的理化指標應在表2范圍內較為理想。

        優質煤粉指標(Index of Super Coaldust)

        項目

        光亮碳%

        揮發分%

        灰分%

        硫分%

        水分%

        焦渣特征

        粒度

        指標

        12~16

        30~36

        ≤10

        ≤0.5

        ≤3

        5~6

        95%以上通過0.106篩

              綜上所述,選擇優質煤粉,不僅應檢測灰分、揮發分,還要對光亮碳、焦渣特征、水分、硫分進行檢測。這才能全面評價煤粉的質量。
              如果鑄造企業沒有較為齊備的檢測設備或檢測手段,做試塊澆注試驗則有助于直接說明煤粉質量的優劣。尤其是當比較不同煤粉的質量時,采用澆注試驗更是必要的。在鑄造工廠中,用所欲評價的煤粉配制專門的型砂來造型和澆注,比較鑄出的鑄件表面質量也是可行的。但是要想準確區分不同煤粉的好壞,就必須靠澆注階梯試塊的辦法。即在模板上固定有四塊形狀相同的梯狀試塊,由共同的澆注系統澆入鐵水,以使澆注溫度和澆注條件完全相同。最好用造型機緊實砂型,以使四個試塊的砂型硬度一樣。在模樣表面上分別鋪一層專門配制的面砂,厚度大約為30mm左右。面砂可以是用新砂、膨潤土、幾種不同加入量的煤粉和水混制而成。要求面砂的緊實率一律相近,例如控制在45±2%或40±2%。更為關鍵的是必須嚴格地使面砂的透氣性數值相近,例如控制在70-80的范圍內。如果面砂的透氣性過高,應當向砂中摻入必要數量的石英粉來降低透氣性。因為各種煤粉的加入量有較大差異,從而會使型砂的透氣性有相當大的區別,而型砂透氣性也是影響鑄件粘砂的極為重要的因素,不將型砂的透氣性調整成一樣,就會干擾澆注試驗結果的客觀比較。
              選擇煤粉的另外一個誤區是所謂的“比價采購”,即單純從煤粉的自身價格角度出發,買“便宜貨”。殊不知,煤粉在鑄造工廠的采購成本中所占比例很小,煤粉價格的高低對鑄件成本的影響微乎其微。但煤粉品質的優劣卻對鑄件的表面質量、清理成本以及廢品率的高低起至關重要的作用。因此,建議鑄造工廠在選擇煤粉時要考慮其性價比,購用質量與價格恰當的產品。切忌單純從煤粉價格決定取舍,以免選用劣質煤粉,給企業帶來損失。
        三、使用煤粉

        1、煤粉的試用

              經過全面檢測并經試塊澆注試驗選定較為理想的煤粉后,應在鑄造車間小范圍內試用。試用之前最好由煤粉供應商提供一個供參考的試用方案,以免造成不必要的損失。因為不同的煤粉在型砂中的加入比例是不同的,加入量過小會使型砂中的有效煤粉含量不足導致鑄件粘砂,加入量過大會使型砂中的有效煤粉含量過大導致澆注后熗火并使鑄件出現氣孔、氣云等缺陷。
              在面砂中試用相對較為簡單些,試用面積可控性較強。在小范圍內找到適合本企業型砂的煤粉加入量后即可大范圍推廣使用。市場供應的煤粉質量參差不齊,加入量多者6~8%,較少的在2~3%?!捌巾斏健迸聘咝悍鄣募尤肓客ǔT?.5~2.5 %之間。
        在單一砂中的試驗就相對復雜些,因其關系整個砂系統。在試用優質煤粉時,其加入量應循序漸少,逐漸降低,不能按照供應商提供的數據“一步到位”。在剛試用新煤粉時,由于新煤粉在砂系統中補加進去的量很少,起主導作用的是舊煤粉。隨著砂系統循環次數的增多,新煤粉的作用才會逐漸增強。據測算,經過45~50次循環,舊煤粉消耗凈之后,才能全面反映出新煤粉的作用。在試用過程中,應當密切監測型砂的水分、透氣性、發氣量以及鑄件表面的變化。在其他工藝條件穩定不變、只有煤粉加入量一個變量的情況下,當型砂的水分、發氣量上升、透氣性下降,鑄件表面有發藍傾向時,說明有效煤粉含量偏高,應調減煤粉補加量。如此調整,直至砂性能和鑄件表面質量均保持在穩定和理想的狀態時,試驗結束。此時的煤粉補加量為正常加入量⑤。目前市場供應的煤粉補加量從0.3%至3%不等?!捌巾斏健?牌高效煤粉在東風公司鑄一廠KW高壓造型線上的補加量為0.2~0.4%,在HWS靜壓造型線上的補加量為0.2~0.3%,在鑄二廠和鑄三廠的補加量也在0.2~0.4%之間波動,在山西國際鑄造的KW線和徐州天工靜壓造型線上的補加量在0.3~0.35%。

        2、煤粉的使用

              煤粉在型砂中的有效含量因鑄件大小和厚薄、澆注溫度、面砂或單一砂等因素而異。例如,應用普通煤粉的高密度造型的型砂中有效煤粉量多為5~7%,應用較高品質煤粉的有效煤粉量可降低到4~5%,如果使用高效煤粉只要3~4%即可。目前我國各地銷售供應的煤粉品質差異較大,有的煤粉中雜質甚多,發氣量較低。高密度造型用型砂發氣量大體應在14~30ml。有些型砂中還含有淀粉類材料或混有潰散芯砂,也都發氣和起抗粘砂作用,可以和煤粉一并考慮。還應注意個別煤粉是用揮發分相當高的氣煤或長焰煤制成的。配制出型砂的發氣量雖高但抗粘砂能力較差,而且鑄件易出氣孔缺陷。因此,用發氣量控制型砂和舊砂中有效煤粉量的方法最適合用于揮發分28~35%和灰分≤10%范圍內的煤粉。型砂在澆注后型腔表面部位的煤粉被燒掉,砂型其它部分的煤粉仍然保留在回用的舊砂中,每次混砂時只需加入少量煤粉即可。應當首先知道舊砂中有效煤粉殘留量,才能計算出配制型砂中煤粉的補加量。但煤粉的補加量不能靠簡單的計算得出。型砂和舊砂中的有效煤粉量的測定一直是個難題。國外至今仍靠測定型砂或舊砂的灼減量和揮發分、含碳量等參數作為推論有效煤粉量的參考。近年來有人開始測定膨潤土的吸蘭量和灼減量,用型砂或舊砂的灼減量減去膨潤土的灼減量,再除以煤粉的灼燒量計算有效煤粉含量。但由文獻中看到的鑄造工廠數據仍以灼減量和揮發分為主⑥。在我國,天津某廠擠壓造型線型砂的灼減量分別為3.7%和2.0-2.2%,揮發分為3.06%和1.4%;昆山某廠的面砂除要求灼減量4.10±0.30%以外,還要求總碳量3.00±0.50%;常州某廠靜壓造型用砂的灼減量實測為4.4-4.6%。
        四、結論
              選擇煤粉,應通過全面的檢測和評價各項理化指標,選用水洗過的焦煤或肥煤作原料生產的煤粉。并通過試塊澆注試驗以確定其防粘砂能力。
              選擇性價比較為理想的煤粉,且不可單以價格論取舍。
              使用煤粉,應根據煤粉質量的優劣、鑄件大小和厚薄、澆注溫度、面砂或單一砂等因素決定型砂中的有效煤粉含量。有效含量過低,澆注時型腔內的的還原性氣氛不足鐵水會被氧化,析出的光亮碳量不足以包覆砂粒,少量的膠質體量不能堵塞砂??紫抖硅T件粘砂。有效含量過高,澆注時型腔內氣體量過多,型砂透氣性不足,會使鑄件產生氣孔、夾砂等缺陷

            長焰煤:變質程度最低,揮發分最高的煙煤,焦渣特征為1-3級,一般不結焦,燃燒時火焰長。

            氣煤:變質程度較低,揮發分較高的煙煤,焦渣特征為2-4級,高溫干餾制造城市煤氣較為適宜。

            肥煤:變質程度中等的煙煤,揮發分產率較長焰煤和氣煤低,焦渣特征一般為4-7級,干餾時能產生較豐富的膠質體,單獨煉焦時能生成熔融性良好的焦碳。

            焦煤:變質程度較高的煙煤,揮發分產率較肥煤略低,焦渣特征一般為5-8級,干餾時生成的膠質體量多,熱穩定性好。

            瘦煤:變質程度較高的煙煤,產生的揮發分較低,干餾過程中能產生數量很多的膠質體。但該膠質體的熱穩定性較差。

            貧煤:變質程度最高的煙煤,揮發分低,粘結性差,焦渣特征為2-3級,結焦能力低于瘦煤。

        參考文獻:
            1、《煤炭化驗手冊》 煤炭工業出版社(1998年版)
            2、《煤化學》 朱之培等 上??茖W技術出版社 1984年版
            3、《清華大學鑄造專業進修班教材》 清華大學 于震宗 2000年版
            4、《型砂》胡彭生 上海 科學技術出版社(1980年版)
            5、《高效煤粉在我廠高壓造型線上的應用》 朱小龍 武炳煥 劉永安 《造型材料》2001年第4期
            6、高密度濕型的型砂性能要求 清華大學 于震宗 《造型材料》2003年1、2期

        作者簡介:

        李朝輝 1973年10月出生,籍貫:河南省寶豐縣張八橋鎮孔莊(467411),本科,煤化工專業。
        Li Zhaohui 1973,10
        Hometown:Kongzhuang Village,Zhangbaqiao Town,Baofeng Country,Henan Province,467411
        College Graduate
        Majoring in Coal Chemical Indrstry

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