熊   杰 1      韩    跃 1       姚武李 2      蔡    颖 2      陈志坤 2

1  重庆长江造型材料（集团）股份有限公司   2 十堰长江造型材料有限公司

摘  要：覆膜砂壳型铸造工艺是近年来新型的铸造工艺，是一种降低成本、提高效率、安全环保的生产工艺，我司 通过对覆膜砂性能的改进，应用于铸钢件的生产，达到传统蜡模生产铸钢件的要求，提高铸钢件生产效率， 降低生产成本，改善铸钢生产环境，确定了覆膜砂壳型铸钢工艺的可行性和优越性。

关键词：覆膜砂；性能改进；覆膜砂壳型铸钢

Application of film-coated sand shell casting in the field of casting steel

XIONG Jie1     HAN Yue1       YAO Wu Li 2      CAI Ying2       CHEN Zhi Kun2

1、Chongqing Changjiang River Moulding Material(group)Co.,Ltd.；2、Shiyan Yangtze River Modeling Materials Co., Ltd..

Abstract：Covered sand shell casting technology is a newtype of casting technology in recent years，It is a production process  that reduces costs, improves efficiency, safety, and environmental protection.Improved properties of coated sand ， Applied to the production of cast steel parts ，To meet the requirements of traditional wax mould for steel casting。 Improving production efficiency of steel castings，Reducing production costs，Improving the Environment for Cast  Steel Production ，The feasibility and superiority of laminated sand shell cast steel technology are determined.

Keywords ：Covered sand；Performance improvement；Covered sand shell cast steel

传统的铸钢生产工艺以熔模精密铸造为主， 也称为失蜡铸造，起源于我国春秋时期，距今已 有两千多年的历史。现代熔模铸造工艺在二十世 纪四十年代得到应用。其工艺特点为： 铸造精度 高，表面光洁度好，能铸造金属熔点高，外形复 杂的铸件，能形成批量生产。但失蜡铸造工艺有 其缺陷性：失蜡铸造从蜡模制作、修型、焊接、 制壳、固化、脱蜡、干燥、焙烧、浇注等工序， 工艺布局长，工序多且繁杂，生产周期长，生产 效率低，生产成本高。且失蜡铸造用的粘结剂多 为水玻璃或硅溶胶等无机粘结剂，在高温下易烧 结，烧死在铸件表面，难于清理或造成铸件报废。 废砂因再生困难，不能重复利用，造成环境污染 及资源浪费。在现今经济飞速发展的时期， 追求 高效、节能、环保。各个铸造企业不断寻求新型 工艺来替代传统的失蜡铸造工艺。覆膜砂壳型铸 造以它高效、环保、成本低的优势，被越来越多 的铸造企业认可并应用。覆膜砂壳型铸造工艺特

点为：工序少，从制芯、组芯、浇注只有三道工 艺，工艺简单，易于布局；生产周期短，可实现 当天制芯，当天浇注，生产效率高；后期清理少， 浇注后覆膜砂在高温下溃散，铸件表面不烧结粘 砂，减少后期清理费用；用过后的废砂可回收再 生利用，节约资源，无环境污染；材料综合成本 低，有效降低铸件生产成本。以下是两种工艺特 点的对比。

基于铸钢件生产， 浇注温度高 ，一般在

1560-1620℃之间，容易对铸型进行烧结，造成

铸件粘砂或结疤，对铸件的后期清理增大难度，

甚至造成铸件报废。故覆膜砂壳型铸造对于硅砂

的要求很高。铸铁、铸铝用覆膜砂铸造用硅砂，

二氧化硅含量在 85%以上，耐火度大于 1650℃

即可达到要求。而覆膜砂壳型铸钢生产用石英砂

二氧化硅含量达到 98%以上，耐火度达到 1700℃ 以上。一般使用内蒙高硅砂、福建海砂、广元人

工石英砂等高硅砂。覆膜砂壳型铸钢用硅砂计技 术要求如下：

覆膜砂壳型铸钢，砂芯常温强度，主要保证 砂芯搬运及组芯不会破裂。真正决定覆膜砂壳型 浇注结果的是覆膜砂壳型在高温下耐受程度，被 称之为砂芯耐高温性能。它是保证砂芯在浇注、 铸件凝固过程中砂芯保持有足够的强度，确保铸 件成形而不变形，产生粘砂等铸造缺陷。覆膜砂 砂芯高温时间可以通过增加树脂量，来增加砂芯 耐高温时间。但随着覆膜砂树脂量的增加到一定 程度，砂芯耐高温时间增加有限。大量增加覆膜 砂树脂量，砂芯在浇注过程中发气量增大，加大 料铸件气孔缺陷的风险。砂芯树脂量增加， 在浇 注过程中，因树脂在高温下碳化燃烧掉，砂芯形 成大量孔洞，金属液渗入，造成铸件粘砂、铁包 砂等铸造缺陷。

所以树脂加入量需要在合理的范围。通过控 制覆膜砂覆膜温度，提高覆膜砂熔点，从而提高 砂芯耐高温性能。在覆膜砂生产过程中添加耐高 温助剂，可有效提高覆膜砂耐高温性能。随着耐 高温助剂加入量的增加，覆膜砂壳型耐高温性能 呈线性增加。但耐高温性能助剂加入量过多， 覆 膜砂砂芯强度损失过大，不利于砂芯制作、搬运 及组芯。为了满足覆膜砂壳型铸钢工艺要求， 对 于影响覆膜砂壳型性能的三个因素进行正交试 验分析，对每个因素取三种不同水平进行试验分 析，其结果如下：

通过对以上试验结果数据分析，得到最佳覆膜 砂工艺配比。制定铸钢覆膜砂 ZG 系生产工艺： 先将高硅相变砂加热，按比例加入树脂及高温添 加剂，在混砂机内进行覆膜，进入旋振筛筛分， 筛分后进入冷却床冷却，按制定的 ZG 系列覆膜 砂质量标准进行检验，包装。ZG 列铸钢覆膜砂 内控质量标准如下：

通过对铸钢系列覆膜砂性能研究、改进，用 覆膜砂壳型生产铸钢件，从铸件的表面质量、精 度及铸件内在质量，已达到蜡模铸造的铸件质量 水平。同时覆膜砂壳型在铸件成型后， 覆膜砂壳 型在高温下溃散，铸件表面无烧结及结疤现象， 只需进行抛丸处理，简化了铸件清理程序，降低 了铸件清理难度。覆膜砂壳型工艺布局简单， 用 地面积小，并可以进行叠浇，可快速提高生产效 率。覆膜砂壳型铸钢产品图片如下：

1  覆膜砂壳型铸钢注意事项

1）铸钢浇注温度高，原蜡模铸钢工艺，模 型粘结剂为水玻璃或硅溶胶，属于无机粘结剂， 在高温下强度高，不产生溃散现象。覆膜砂壳型 粘结剂采用酚醛树脂等有机粘结剂，在高温下碳 化、燃烧， 壳型强度快速衰减，覆膜砂壳型耐高 温时间长短，是决定覆膜砂壳型铸钢工艺成败关 键；2）原蜡模铸钢，模型底层石英材料为 270  目左右的细粉料，铸件表面光洁度高。覆膜砂壳 型铸钢，需达到铸件表面光洁度要求，石英砂粒 度不能太粗，以细砂为主。但细砂透气性不好， 增加铸件气孔缺陷的风险。需要综合考虑高硅砂 的粒度、集中率等因素， 一般还需加入砂芯表面

改性剂，达到保证铸件表面光洁度的目的；3）  蜡模模型用的是人工石英砂，粒型差，砂粒之间  退让性较好，但可降低模型膨胀率。并且模型经  过 800-1000℃高温焙烧，经过相变过程，降低  石英砂的膨胀率。覆膜砂使用硅砂一般是天然石  英砂，线膨胀系数高，粒型较圆整，但砂粒之间  退让性差，高温下易造成壳型因石英砂膨胀变形， 影响铸件精度。故需采用经过高温焙烧的相变砂， 降低覆膜砂壳型在高温下的膨胀率。还可添加覆  膜砂添加剂，降低覆膜砂壳型膨胀率。

2  覆膜砂壳型铸钢案例

某传动轴股份有限公司铸造单元，以蜡模工 艺生产汽车铸钢零部件。随着环保问题的日益严 峻，政府对高能耗、高污染的工业整治力度的加 大。企业也面临工艺革新的强烈需求。但从蜡模 生产工艺变更到覆膜砂壳型工艺，该公司因对覆 膜砂壳型铸钢工艺不熟悉，面临着骑虎难下的困 境。

十堰长江公司针对该公司铸钢工艺革新问  题，先后派技术、质量管理、项目组， 帮助该公  司从蜡模铸钢工艺到覆膜砂壳型工艺的更新。十  堰公司项目组、技术质量人员驻扎到该公司， 协  助解决覆膜砂生产过程中技术、质量及管理问题。 通过对覆膜砂性能的改进，成功解决了取消壳型  上涂料的问题，降低了生产成本。通多双方生产  技术人员的努力，成功的从蜡模铸钢工艺，全部  切换到覆膜砂壳型铸钢工艺。通过工艺更新， 减  少了蜡模制作、修芯、组树、制壳、固化、脱蜡、

焙烧等冗长复杂的工序，降低了工人劳动强度， 减少了生产人员数量，产品质量符合标准要求， 铸件后期清理难度大大降低，产品合格率大幅提 升。自工艺更新为覆膜砂壳型后， 该公司产能从 原来的每月 400 吨，迅速提升到 1000 吨每月，

且生产人员从原来的 140 多人减少到 100 人左右， 人均效率也大幅度提升。并且减少了焙烧模型使  用的热能，解决了烟气排放的难题。

浇注后的废砂，又运输到十堰公司进行再生 处理，消除了铸造废砂排放的环境污染，环保问 题迎刃而解。通过工艺革新，达到了高效、节能、 环保的目的。

该公司工艺革新前后各项指标对比如下：