Equipment Manufacturing Technology No.02，2019
0前言
柳州五菱柳机动力有限公司（以下简称五菱柳
机）阳和工厂主要生产小型灰铸铁气缸体，
潮模砂静压造型，热芯合制芯工艺。一型四件；采用6T 的中频炉熔炼，8T 保温浇注炉自动浇注/切换手动浇注。浇注温度控制在1410~1430℃，采用中转包内孕育
加二次随流孕育的孕育方式。
我厂气缸体质量在34kg ~42kg 不等，均为直
列4缸小型排量类别（见图1）。为保证小型气缸体的紧凑排列，目前发动机的设计多为油道腔自上而下
围，解决了目前宝珠砂因种种原因产量少的问题，对铸造产业的环保改善、效率提升均有积极意义。
烧结陶粒砂与宝珠砂性能上的接近，都具有粒型较圆、耐高温、低膨胀特性，
是很好的呋喃树脂覆膜砂加入品。在铸造行业内，
可以制出低发气量、耐高温、易溃散性能的覆膜砂芯子，是目前的主流工
艺，但由于环保、能耗、成本上的压力，烧结陶粒砂有着慢慢取代宝珠砂的趋势。
图1我厂某款气缸体
1宝珠砂（电熔陶粒砂）
退出应用的趋势近几年来，国家对环保的整治力度加大。铸造行
业也遵循着“既要金山银山、也要绿水青山”的号召，不断的改造升级。宝珠砂因其生产成品率低、环境
差、能耗高等特点，目前已有慢慢淡出应用的趋势，造成该趋势的原因有：
（1）成品率低。宝珠砂因其生产时，
部分原料会产生副产物为絮状的高铝棉（见图2），造成浪费；在制粒过程中，由于粒度难以控制，
部分目数较大及较小的砂粒不可再处理，会被当成废品处理掉，造成材料利用率低，成品率低。
铸造烧结陶粒砂在实际生产中的应用
韦幸，马江达，黄启丁，
魏五洲（柳州五菱柳机动力有限公司，
广西柳州545005）摘
要：使用铸造烧结陶粒砂代替宝珠砂来生产气缸体油道芯子和水道芯子，是提升目前铸造用砂环保能力及生产效率
的重要方法之一。通过调整烧结陶粒砂的添加比例及其覆膜砂配方比例，是可以使之性能达到与宝珠砂相近或相同的。关键词：环保；宝珠砂；烧结陶粒砂中图分类号：TG222
文献标识码：A
文章编号：1672-545X （2019）02-0146-04
收稿日期：2018-11-25
作者简介：韦幸（1990-）男，广西来宾人，助理工程师，工学学士，主要研究方向为灰铸铁铸造工艺及生产现场质量控制；
马江达（1987-），男，广西南宁人，工程师，工学学士，主要研究方向为铸造产品质量控制及改进；黄启丁（1983-）男，广
西都安人，铸造高级工，本科，主要研究方向为铸造工艺及现场质量控制；魏五洲（1987-），男，湖北随州人，工
程师，工学学士，主要研究方向为铸造工艺及现场质量控
制。
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《装备制造技术》2019年第02期
（2）生产环境差。因为宝珠砂生产会产生噪声、扬尘等危害，特别是铝矾土破时，会产生大量的粉尘，同时副产物为絮状的高铝棉极多，整个生产环境较差。
（3）能耗高。使用大功率电炉设备，使原矿石成融融状态。整个生产过程能耗极高；生产宝珠砂时，还需要用到石墨电极，石墨电极是易耗品，这就产生大量的石墨电极废料。
图2某厂宝珠砂生产设备被絮状物附着
综上，宝珠砂生产厂家面临着环保、成本压力，正逐步需宝珠砂的替代品。
烧结陶粒砂便是其中一种较为有潜力，并已做到真正意义上生产的替代品。我厂覆膜砂供应商均实现了烧结陶粒的正常供应。
2宝珠砂在生产中的应用
宝珠砂，也称电熔陶粒砂，即对熔融状态下的优质煅烧铝矾土原料进行喷雾处理，使之再结晶成型的球状砂。
宝珠砂粒型好，粒形接近真圆，表面光滑，无凹凸脉纹，流动性好；具有低热导率，受热后膨胀小，也就是热膨胀小；主要成分是Al2O3，所以耐火度≥1790℃（耐火度高）。又因宝珠砂为圆形，烧结层颗粒之间为
点接触，能有效地降低烧结层的强度，使引流砂利用开浇，故宝珠砂广泛应用于树脂砂、水玻璃砂、覆膜砂。适于各种金属铸件，如碳钢、合金钢（高锰钢、高铬铸铁），铸铁、铸铜等[1]。
我厂使用宝珠砂生产气缸体的水道芯（见图3）
及油道芯（见图4），解决了因较长甚至分叉结构油道芯和弯曲结构水道在浇注受热情况下由于自身膨胀会发生相变，严重时甚至导致断裂问题。
图3我厂某款气缸体水套芯子
图4我厂某款气缸体油道芯子
3生产工艺简介
3.1宝珠砂生产工艺简介
宝珠砂工艺流程如下：
选料→高温熔化→造粒（制球）→筛分
工艺介绍：在电弧炉中加入铝矾土矿石原材料，利用电弧放电产生的高温电弧炉将铝矾土熔化成液态（温度达到2000℃以上），再以高压空气进行喷吹（空气压力在3~8kg/cm2），形成颗粒，筛分得到需要的目数。
3.2陶粒砂生产工艺简介
工序：磨粉→造粒（制球）→筛粉→烧结
磨粉：一般采用球磨机将铝矾土等主要材料研磨成细粉，一般研磨到800目以下，粒度会影响到后期的造粒和烧结，细粉更容易做成表面质量好的球。
造粒：一般采用圆盘造粒机，将粉料放入圆盘
机铝矾土矿
电弧炉
≥2000℃融化
空压机
3~8kg/cm2急速冷却
筛分
宝珠砂
按粒度要求
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内，在圆盘上方安装一喷水装置，使其成雾状喷出，物料由皮带输送机或其它设备源源不断的流入转动的盘内，随着盘的转动而带到上方。然后沿盘底下落至底部，同时由于雾状水分的加入，
使物料在随盘转动又下落的过程中逐步形成颗粒，随着时间的推移，颗粒逐渐增大。
筛分：将造粒机中的物料放出，
将未成球的粉和粒径大的球除去，得到需要粒度的球；烧结：采用回转窑，将需要的球进行烧结。最后降温得到成品。
4宝珠砂、烧结陶粒砂性能对比
4.1宝珠砂与烧结陶粒砂化学成分与物理特性的比较
表1烧结陶粒砂与宝珠砂的化学成分及物性参数[2]
从表1数据看，烧结陶粒砂热导率、热膨胀率和耐火度与宝珠砂相近，这些性能理论上支撑了烧结陶粒砂可以代替宝珠砂；烧结陶粒砂堆积密度小于宝珠砂，则烧结陶粒砂制砂时的偏析程度会小于宝珠砂制芯，则对芯子的致密与均匀性是有益的。4.2宝珠砂与烧结陶粒砂在显微视角下的外观对比
表2烧结陶粒砂与宝珠砂显微形态
如表2所示，通过显微镜下观察对比，宝珠砂比
烧结陶粒砂粒型更圆更规整些，
也就是粒型更好，但差异不大，这是由于两种砂造粒的工艺决定的。通过
两个厂家的的陶粒砂对比，不同厂家的陶粒砂在粒型、
泽上均有明显差异，说明了陶粒砂工艺的发展不均衡和目前的局限性。4.3配方对比
在添加剂、
宝珠砂/陶粒砂比例相当情况下，做试样的主要性能参数对比（见表3）。
表3烧结陶粒砂与宝珠砂试样检测数据
柳州五菱
由表3可知，在辅料配方、
宝珠砂/陶粒砂添加比同等例条件下，烧结陶粒砂热抗拉强度、常温抗拉强度均低于宝珠砂，推测烧结陶粒砂与宝珠砂的角型
系数和比表面是有差别的，且宝珠砂的角型系数更好，这样应证了文中提到的宝珠砂在外观看上去粒型更为圆整的现象。并且宝珠砂灼减量低于烧结陶粒砂，推测烧结陶粒砂的杂质多于宝珠砂。
5工厂使用陶粒砂经验
5.1生产情况
基于试样数据，我厂尝试小批量使用烧结陶粒砂制水道芯。添加40%、45%、50%、55%比例烧结陶粒砂作为制水道芯覆膜砂。生产发现，添加40%、45%
比例烧结陶粒砂制芯，热抗拉强度、常温抗拉强度均低于正常使用宝珠砂，芯子薄弱处易断，废芯率高于正常使用的宝珠砂，浇注后局部出现粘砂情况；添加
50%、55%比例的烧结陶粒砂，在试样试验数据、废芯率、粘砂情况等均与正常使用宝珠砂相当；
尝试小批量使用烧结陶粒砂制油道芯，添加60%、65%、70%比
例烧结陶粒砂作为制油道芯覆膜砂，发现60%比例
的烧结陶粒砂，在油道芯子变节处易断、粘砂明显。65%、70%比例烧结陶粒砂芯子情况较好，基本上与
正常使用宝珠砂相当。
基于小批量实验情况，结合成本考虑，
我厂用某供应商烧结陶粒砂试生产缸体水道芯
（50%烧结陶粒砂）、油道芯
（65%烧结陶粒砂）各700件进行浇注，如表4所示。
品种
SiO 2含量/%Al 2O 3含量/%Fe 2O 3含量/%耐火度/℃堆积密度/g ·cm 热导率（W ·m -1·K -1
）热膨胀
率/%比热容/
（J ·kg -1·
K -1）
烧结陶
粒砂47~49
44~48
1~41825
1.6
0.56
0.15
1842
宝珠砂10~20
75~85—
1790 1.9~2.00.5~0.60.132210
1#
厂家
陶
粒
砂
2#厂
家
陶
粒砂
宝珠砂
原砂
×80
原砂
×160
覆膜砂×80
覆膜砂×160
发气量
14ml/g AFS
灼减量热抗拉/MPa 常温抗弯/MPa 1号陶粒砂14.754
2.7
3.251
4.6
2号陶粒砂
15
55
2.9
3.51
14.9宝珠砂
14.554
2.47 4.0916.6148
《装备制造技术》2019年第02期
Application of Cast Sintered Ceramsite Sand in Practical Production
WEI Xing ，MA Jiang-da ，HUANG Qi-ding ，WEI Wu-zhou
（Liuzhou Wuling Liuji Power Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545005，China ）
Abstract ：It is one of the important methods to improve the environmental protection ability and production efficiency of foundry sand to use cast-sintered ceramsite sand instead of baozhu sand to produce oil channel core and channel core of cylinder block.By adjusting the adding proportion of sintered ceramsite sand and the proportion of coated sand formula ，it is possible to make the properties close to or the same as baozhu sand.Key words ：environmental protection ；casting pearl sand ；casting ceramic sand
表4烧结陶粒砂制覆膜砂性能检测
批量生产结果表明，使用50%烧结陶粒制水道
芯子、65%烧结陶粒砂芯子，废芯率无异常、铸件无异常缺陷、铸件表面质量略差于宝珠砂，
但通过适当延长抛丸时间可以得到解决。目前，
我厂使用烧结陶粒砂代替宝珠进行水道芯子、油道芯子的生产已有
半年，
我厂内部及客户端均没有出现出现异常缺陷，证明了烧结陶粒砂的稳定性满足正常生产。5.2成本对比
经了解，烧结陶粒砂与宝珠砂售价基本相当。但由于烧结陶粒砂堆积密度小于陶粒砂，故同样的泥芯，使用烧结陶粒砂制芯，泥芯质量更小。
具体如表5所示。
表5烧结陶粒砂与宝珠砂制芯重量对比
实际测量证明了烧结陶粒砂制芯质量小于宝珠
砂制芯。根据我厂油道芯与水道芯使用量统计，
使用烧结陶粒砂代替宝珠砂制水道芯与油道芯，每年能降本约十多万元。
6结束语
（1）采用烧结陶粒砂替代宝珠砂生产气缸体的油道芯子及水道芯子，由于粒型与原料成分上的差异，
需要调整添加量比例。从我厂实验表明，烧结陶粒砂需要增加比例高于宝珠砂约5%耀10%，可与宝
珠砂使用效果相当；从两种芯子的增加比例来看，不同结构位置芯子的增加比例有所区别。
（2）烧结陶粒砂生产的铸件表面质量略差于宝
珠砂，但可通过适当增加抛丸时间解决。
（3）使用烧结陶粒砂代替宝珠砂，有益于降低生产成本。
参考文献：
[1]丁富才.宝珠砂在防止砂芯断芯中的应用[J].铸造，2016（5）：466-469.
[2]薛蕊莉.陶粒砂对灰铸铁件生产工艺的影响[J].铸造，2017（10）：1119-1121.坭芯
类型配方
发气量/（ml/g ）粒度三筛率热抗拉强
度/MPa 树脂加入量
耐高温材料
其他水道芯 2.0%50%陶粒砂/10.9AFS ：5580.70% 2.67油道芯
2.4%65%陶粒砂
/
11.5
AFS ：55
80.70%
3.03
水道芯覆膜砂种类泥芯重量/kg
烧结陶粒砂水道芯 1.3宝珠砂制水道芯
1.45
149
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