鑄造砂

　　鑄造生產中用來配製型砂和芯砂的一種造型材料。在用粘土作為型砂粘結劑的情況下，每生產1噸合格鑄件，大約需要補充1噸新砂，因此在砂型鑄造生產中鑄造砂的用量最大。

　　簡史　中國在西元17世紀已使用矽砂作造型材料，用於製造鐘、鏡、鍋和火炮等鑄件。但早期使用的多為天然含粘土的矽砂即山砂和河砂，它有較好的可塑性，可直接用於製造鑄型和型芯，適於當時手工生產的條件。進入工廠化的大規模生產後，特別是是造型機械化後，這種天然含粘土的矽砂性能的均一性差，型砂的質量難以控制，不能滿足工藝要求，因此開始采用低含泥量的天然矽砂和將矽石破碎制成的人工矽砂。同時，也擴大瞭各種非矽質砂的使用。樹脂砂造型造芯工藝的應用和發展，對鑄造用砂的質量又提出瞭更高的要求，如細粉少，比表面積小，耗酸值低等。此外，對砂粒大小形狀和粒度分佈狀況也有瞭新的要求。一些缺乏優質砂源的國傢還發展瞭矽砂洗選技術，以提高矽砂的品位和質量。

　　基本要求　鑄造砂應滿足以下的要求：①較高的純度和潔凈度，以矽砂為例，鑄鐵用砂要求SiO₂含量在90％以上，較大的鑄鋼件則要求SiO₂含量在97％以上；②高的耐火度和熱穩定性；③適宜的顆粒形狀和顆粒組成；④不易被液態金屬潤濕；⑤價廉易得。

　　顆粒形狀和組成　鑄造砂的顆粒形狀和顆粒組成對型砂的流動性、緊實性、透氣性、強度和抗液態金屬的滲透性等性能有影響，是鑄造砂質量的重要指標。

　　顆粒形狀　鑄造砂的形狀一般有3種。①圓形砂：顆粒為圓形或接近於圓形，表面光潔，沒有突出的棱角。②多角形砂：顆粒成多角形，且多為鈍角。③尖角形砂：顆粒成尖角形，且多為銳角。鑄造砂的顆粒形狀一般以角形系數（砂子實際比表面積／砂子理論比表面積）來表示。（見彩圖）

鑄造用圓形砂的放大照片

　　顆粒組成　砂子的顆粒組成是用篩號來表示的，測定的方法是將經水洗去泥分烘幹後的幹砂倒入標準篩，再放到篩砂機上篩分，篩分後將各篩子上停留的砂子分別稱重，通常用標準篩篩分後砂粒最集中的3個相鄰篩子的頭尾篩號表示顆粒組成。

　　種類和用途　鑄造砂按礦物組成不同分為矽砂和非矽質砂兩大類。

　　矽砂　主要礦物組成為SiO₂。①天然矽砂：用於有色合金鑄件、鑄鐵件及中小型鑄鋼件的型砂和芯砂。②精選天然矽砂：用於以有機物作為粘結劑的各種型砂和芯砂。③人工矽砂：用於鑄鋼件的型砂和芯砂。

　　非矽質砂　非矽質砂種類較多，用途各異。①石灰石砂：由石灰巖破碎而成，主要礦物組成是CaCO₃，用於鑄鋼件的型砂和芯砂。②鋯砂：主要礦物組成是ZrO₂·SiO₂，用於大型鑄鋼件及合金鋼件的芯砂或砂型的面砂，或將其粉料用作塗料。③鎂砂：主要礦物組成是MgO，用於高錳鋼鑄件的面砂、芯砂，其粉料可用作塗料。④鉻鐵礦砂：主要礦物組成是FeO·Cr₂O₃，用於大型或特殊鑄鋼件的面砂、芯砂，其粉料可用作塗料。⑤剛玉砂：主要礦物組成是α-Al₂O₃，用於熔模、陶瓷型鑄造的制殼材料。⑥橄欖石砂：主要礦物組成是(MgFe)₂SiO₄，用於鑄鐵件、有色合金鑄件以及高錳鋼鑄件的型砂和芯砂。

　　資源　自然界中矽砂資源充足，但適合鑄造用的SiO₂含量高的天然矽砂並不太多。中國於1951年開始，對境內的鑄造砂資源陸續進行瞭普查，但主要限於交通幹線和主要工業城市附近。普查結果表明，中國可用於鑄造的天然矽砂資源十分豐富，分佈范圍很廣。內蒙古哲裡木盟，天然矽砂儲藏量達數億噸，其顆粒形狀接近圓形，SiO₂含量為90％左右。福建晉江、東山的海砂，SiO₂含量為94～98％，含泥量低，均是較好的天然矽砂。江西的都昌、星子、永修縣均有大量第四紀河湖相積沉矽砂，SiO₂含量為90％左右，含鐵量低，堿性氧化物少，粒度均勻，是較好的湖砂。廣州、湖南等地有豐富的易破碎的風化砂巖，可加工成人工矽砂，其SiO₂含量在96％以上，可用於鑄鋼件的生產。

參考書目

　第一機械工業部機械科學研究院鑄造研究所：《鑄造用砂和粘土手冊》，機械工業出版社，北京，1966。