焦渣特征 煤工业分析与检验专业就业前景 求一篇高质量铸造论文

分为无烟煤、烟煤、褐煤。

(一) 煤的物理性质
煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化乎坦闷程度和风、氧化程度等因素所决定。包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、断口及导电性等。其中，除了比重和导电性需要在实验室测定外，其他根据肉眼观察就可以确定。煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据，并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层对比等地质问题。
1.颜色
是指新鲜煤表面的自然色彩，是煤对不同波长的光波吸收的结果。呈褐色—黑色，一般随煤化程度的提高而逐渐加深。
2.光泽
是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈沥青、玻璃和金刚光泽。煤化程度越高，光泽越强；矿物质含量越多，光泽越暗；风、氧化程度越深，光泽越暗，直到完全消失。
3.粉色
指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹，所以又称为条痕色。呈浅棕色—黑色。一般是煤化程度越高，粉色越深。
4.比重和容重
煤的比重又称煤的密度，它是不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重又称煤的体重或假比重，它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重是计算煤层储量的重要指标。褐煤的容重一般为1.05～1.2，烟煤为1.2～1.4，无烟煤变化范围较大，可由1.35～1.8。煤岩组成、煤化程度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素。在矿物质含量相同的情况下，煤的比重随煤化程度的加深而增大。
5.硬度
是指煤抵抗外来机械作用的能力。根据外来机械力作用方式的不同，可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类。煤的硬度与煤化程度有关，褐煤和焦煤的硬度最小，约2～2.5；无烟煤的硬度最大，接近4。
6.脆度
是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响。在不同变质程度的煤中，长焰煤和气煤的脆度较小，肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大，无烟煤的脆度最小。
7.断口
是指煤受外力打击后形成的断面的形状。在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等。煤的原始物质组成和煤化程度不同，断口形状各异。
8.导电性
是指煤传导电流的能力，通常用电阻率来表示。褐煤电阻率低。褐煤向烟煤过渡时，电阻率剧增。烟煤是岁弯不良导体，随着煤化程度增高，电阻率减小，至无烟煤时急剧下降，而具良好的导电性。

(二) 煤的化学组成
煤的化学组成很复杂，但归纳起来可分为有机质和无机质两大类，以有机质为主体。
煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和有机硫等五种元素组成。其中，碳、氢、氧占有机质的95%以上。此外，还有极少量的磷和其他元素。煤中有机质的元素组成，随煤化程度的变化而有规律地变化。一般来讲，煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。唯硫的含量则与煤的成因类型有关。碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的重要元素，氧是助燃元素，三者构成了有机质的主体。煤炭燃烧时，氮不产生热量，常以游离状态析出，但在高温条件下，一部分氮转变成氨及其他含氮化合物，可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。含硫信兄多的煤在燃烧时生成硫化物气体，不仅腐蚀金属设备，与空气中的水反应形成酸雨，污染环境，危害植物生产，而且将含有硫和磷的煤用作冶金炼焦时，煤中的硫和磷大部分转入焦炭中，冶炼时又转入钢铁中，严重影响焦炭和钢铁质量，不利于钢铁的铸造和机械加工。用含有氟和氯的煤燃烧或炼焦时，各种管道和炉壁会遭到强烈腐蚀。将含有砷的煤用于酿造和食品工业作燃料，砷含量过高，会增加产品毒性，危及人民身体健康。
煤中的无机质主要是水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和利用价值，其中绝大多数是煤中的有害成分。
另外，还有一些稀有、分散和放射性元素，例如，锗、镓、铟、钍、钒、钛、铀……等，它们分别以有机或无机化合物的形态存在于煤中。其中某些元素的含量，一旦达到工业品位或可综合利用时，就是重要的矿产资源。
通过元素分析可以了解煤的化学组成及其含量，通过工业分析可以初步了解煤的性质，大致判断煤的种类和用途。煤的工业分析包括对水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算四项内容。
1.水分
指单位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态。一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标。煤化程度越低，煤的内部表面积越大，水分含量越高。水分对煤的加工利用是有害物质。在煤的贮存过程中，它能加速风化、破裂，甚至自燃；在运输时，会增加运量，浪费运力，增加运费；炼焦时，消耗热量，降低炉温，延长炼焦时间，降低生产效率；燃烧时，降低有效发热量；在高寒地区的冬季，还会使煤冻结，造成装卸困难。只有在压制煤砖和煤球时，需要适量的水分才能成型。
2.灰分
是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣。它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来。灰分对煤的加工利用极为不利。灰分越高，热效率越低；燃烧时，熔化的灰分还会在炉内结成炉渣，影响煤的气化和燃烧，同时造成排渣困难；炼焦时，全部转入焦炭，降低了焦炭的强度，严重影响焦炭质量。煤灰成分十分复杂，成分不同直接影响到灰分的熔点。灰熔点低的煤，燃烧和气化时，会给生产操作带来许多困难。为此，在评价煤的工业用途时，必须分析灰成分，测定灰熔点。
3.挥发分
指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体。它是对煤进行分类的主要指标，并被用来初步确定煤的加工利用性质。煤的挥发分产率与煤化程度有密切关系，煤化程度越低，挥发分越高，随着煤化程度加深，挥发分逐渐降低。
4.固定碳
测定煤的挥发分时，剩下的不挥发物称为焦渣。焦渣减去灰分称为固定碳。它是煤中不挥发的固体可燃物，可以用计算方法算出。焦渣的外观与煤中有机质的性质有密切关系，因此，根据焦渣的外观特征，可以定性地判断煤的粘结性和工业用途。

(三)煤的工艺性质
为了提高煤的综合利用价值，必须了解、研究煤的工艺性质，以满足各方面对煤质的要求。煤的工艺性质主要包括：粘结性和结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等。
1.粘结性和结焦性
粘结性是指煤在干馏过程中，由于煤中有机质分解，熔融而使煤粒能够相互粘结成块的性能。结焦性是指煤在干馏时能够结成焦炭的性能。煤的粘结性是结焦性的必要条件，结焦性好的煤必须具有良好的粘结性，但粘结性好的煤不一定能单独炼出质量好的焦炭。这就是为什么要进行配煤炼焦的道理。粘结性是进行煤的工业分类的主要指标，一般用煤中有机质受热分解、软化形成的胶质体的厚度来表示，常称胶质层厚度。胶质层越厚，粘结性越好。测定粘结性和结焦性的方法很多，除胶质层测定法外，还有罗加指数法、奥亚膨胀度试验等等。粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等多种因素的影响。煤化程度最高和最低的煤，一般都没有粘结性，胶质层厚度也很小。
2.发热量
是指单位重量的煤在完全燃烧时所产生的热量，亦称热值，常用106J/kg表示。它是评价煤炭质量，尤其是评价动力用煤的重要指标。国际市场上动力用煤以热值计价。我国自1985年6月起，改革沿用了几十年的以灰分计价为以热值计价。发热量主要与煤中的可燃元素含量和煤化程度有关。为便于比较耗煤量，在工业生产中，常常将实际消耗的煤量折合成发热量为2.930368×107J/kg的标准煤来进行计算。
3.化学反应性
又称活性。是指煤在一定温度下与二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反应能力。它是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。反应性强弱直接影响到耗煤量和煤气的有效成分。煤的活性一般随煤化程度加深而减弱。
4.热稳定性
又称耐热性。是指煤在高温作用下保持原来粒度的性能。它是评价气化用煤和动力用煤的又一项重要指标。热稳定性的好坏，直接影响炉内能否正常生产以及煤的气化和燃烧效率。
5.透光率
指低煤化程度的煤(褐煤、长焰煤等)，在规定条件下用硝酸与磷酸的混合液处理后，所得溶液对光的透过率称为透光率。随着煤化程度加深，透光率逐渐加大。因此，它是区别褐煤、长焰煤和气煤的重要指标。
6.机械强度
是指块煤受外力作用而破碎的难易程度。机械强度低的煤投入气化炉时，容易碎成小块和粉末，影响气化炉正常操作。因此，气化用煤必须具备较高的机械强度。
7.可选性
是指煤通过洗选，除去其中的夹矸和矿物质的难易程度。我国现行的选煤方法，详见第四节。

二、用途与技术经济指标

(一) 煤的工业分类
1958年，国家颁布了以炼焦用煤为主的分类方案，为工业部门合理使用煤炭资源创造了有利条件，但在实践中也出现了一些问题。在认真分析研究和吸收国外先进分类方法的基础上，为了使各项分类的技术经济指标最能反映煤的质量特点，达到更加合理地利用煤炭资源的目的，1986年，国家重新颁布了从褐煤到无烟煤的全面技术分类标准，将自然界中的煤划分为14大类，其中，褐煤和无烟煤又分别划分为2个和3个小类(表2.2.1)。这就是我国现行的煤炭分类国家标准。
表 2.2.1中国煤炭分类国家标准 (GB5751-86)

(1) 分类指标及其符号Vr为干燥无灰基挥发分(%)；Hr为干燥无灰基氢含量(%)；GR.I(简记G)为烟煤的粘结指数；Y为烟煤的胶质层最大厚度；PM为煤样的透光率(%)；b为烟煤的奥亚膨胀度(%)；Q-A.GNGW为煤的恒湿无灰基高位发热量(MJ/kg)。
(2) 煤类的编码各类煤用两位阿拉伯数码表示。10位表示煤的挥发分，个位数在无烟煤及褐煤表示煤化程度，在烟煤表示结粘性。

(二) 各煤类的主要特征和用途

1.褐煤
它是煤化程度最低的煤。其特点是水分高、比重小、挥发分高、不粘结、化学反应性强、热稳定性差、发热量低，含有不同数量的腐殖酸。多被用作燃料、气化或低温干馏的原料，也可用来提取褐煤蜡、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。一号褐煤还可以作农田、果园的有机肥料。
2.长焰煤
它的挥发分含量很高，没有或只有很小的粘结性，胶质层厚度不超过5mm,易燃烧，燃烧时有很长的火焰，故得名长焰煤。可作为气化和低温干馏的原料，也可作民用和动力燃料。
3.不粘煤
它水分大，没有粘结性，加热时基本上不产生胶质体，燃烧时发热量较小，含有一定的次生腐殖酸。主要用作制造煤气和民用或动力燃料。
4.弱粘煤
水分大，粘结性较弱，挥发分较高，加热时能产生较少的胶质体，能单独结焦，但结成的焦块小而易碎，粉焦率高。这种煤主要用作气化原料和动力燃料。
5. 1/2中粘煤
它具有中等粘结性和中高挥发分。可以作为配煤炼焦的原料，也可以作为气化用煤和动力燃料。
6.气煤
挥发分高，胶质层较厚，热稳定性差。能单独结焦，但炼出的焦炭细长易碎，收缩率大，且纵裂纹多，抗碎和耐磨性较差。故只能用作配煤炼焦，还可用来炼油、制造煤气、生产氮肥或作动力燃料。
7.气肥煤
它的挥发分和粘结性都很高，结焦性介于气煤和肥煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学物质。最适合高温干馏制造煤气，更是配煤炼焦的好原料。
8.肥煤
具有很好的粘结性和中等及中高等挥发分，加热时能产生大量的胶质体，形成大于25mm的胶质层，结焦性最强。用这种煤来炼焦，可以炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但这种焦炭横裂纹多，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小块。由于粘结性强，因此，它是配煤炼焦中的主要成分。
9. 1/3焦煤
它是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤，具有很强的粘结性和中高等挥发分，单独用来炼焦时，可以形成熔融性良好、强度较大的焦炭。因此，它是良好的配煤炼焦的基础煤。
10.焦煤
具有中低等挥发分和中高等粘结性，加热时可形成稳定性很好的胶质体，单独用来炼焦，能形成结构致密、块度大、强度高、耐磨性好、裂纹少、不易破碎的焦炭。但因其膨胀压力大，易造成推焦困难，损坏炉体，故一般都作为炼焦配煤使用。
11.瘦煤
具有较低挥发分和中等粘结性。单独炼焦时，能形成块度大、裂纹少、抗碎强度较好，但耐磨性较差的焦炭。因此，用它加入配煤炼焦，可以增加焦炭的块度和强度。
12.贫瘦煤
挥发分低，粘结性较弱，结焦性较差。单独炼焦时，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化剂的作用。故可作炼焦配煤使用，同时，也是民用和动力的好燃料。
13.贫煤
具有一定的挥发分，加热时不产生胶质体，没有粘结性或只有微弱的粘结性，燃烧火焰短，炼焦时不结焦。主要用于动力和民用燃料。在缺乏瘦料的地区，也可充当配煤炼焦的瘦化剂。
14.无烟煤
它是煤化程度最高的煤。挥发分低、比重大、硬度高、燃烧时烟少火苗短、火力强。通常作民用和动力燃料。质量好的无烟煤可作气化原料、高炉喷吹和烧结铁矿石的燃料，以及制造电石、电极和炭素材料等。

(三) 工业用煤的质量要求
煤的工业用途非常广泛，归纳起来主要是冶金、化工和动力三个方面。同时，在炼油、医药、精密铸造和航空航天工业等领域也有广阔的利用前景。各工业部门对所用的煤都有特定的质量要求和技术标准。简要介绍如下：
1.炼焦用煤
炼焦是将煤放在干馏炉中加热，随着温度的升高(最终达到1 000℃左右)，煤中有机质逐渐分解，其中，挥发性物质呈气态或蒸汽状态逸出，成为煤气和煤焦油，残留下的不挥发性产物就是焦炭。焦炭在炼铁炉中起着还原、熔化矿石，提供热能和支撑炉料，保持炉料透气性能良好的作用。因此，炼焦用煤的质量要求，是以能得到机械强度高、块度均匀、灰分和硫分低的优质冶金焦为目的。国家对冶金焦用煤有专门的质量标准，见表2.2.2。
表 2.2.2冶金焦用煤质量标准 (GB397-65)见上图
2气化用煤
煤的气化是以氧、水、二氧化碳、氢等为气体介质，经过热化学处理过程，把煤转变为各种用途的煤气。煤气化所得的气体产物可作工业和民用燃料以及化工合成原料。常用的制气方法有两种：①固定床气化法。目前国内主要用无烟煤和焦炭作气化原料，制造合成氨原料气。要求作为原料煤的固定碳＞80%，灰分(Ag)＜25%，硫分(SgQ)≤2%，要求粒度要均匀，25～75mm,或19～50mm,或13～25mm，机械强度＞65%，热稳定性S+13＞60%，灰熔点(T2)＞1 250℃，挥发分不高于9%，化学反应性愈强愈好。②沸腾层气化法。对原料煤的质量要求是：化学反应性要大于60%，不粘结或弱粘结，灰分(Ag)＜25%，硫分(SgQ)＜2%，水分(WQ)＜10%，灰熔点(T2)＞1 200℃，粒度＜10mm，主要使用褐煤、长焰煤和弱粘煤等。
3.炼油用煤
一般以褐煤、长焰煤为主，弱粘煤和气煤也可以使用，其要求取决于炼油方法。①低温干馏法，是将煤置于550℃左右的温度下进行干馏，以制取低温焦油，同时还可以得到半焦和低温焦炉煤气。煤种为褐煤、长焰煤、不粘煤或弱粘煤、气煤。对原料煤的质量要求是：焦油产率(Tf)＞7%，胶质层厚度＜9mm，热稳定性S+13＞40%，粒度6～13mm,最好为20～80mm 。②加氢液化法，是将煤、催化剂和重油混合在一起，在高温高压下使煤中有机质破坏，与氢作用转化成低分子液态或气态产物，进一步加工可得到汽油、柴油等燃料。原料煤主要为褐煤、长焰煤及气煤。要求煤的碳氢化(C/H)＜16，挥发分＞35%，灰分(Ag)＜5%，煤岩的丝炭含量＜2%。
4.燃料用煤
任何一种煤都可以作为工业和民用的燃料。不同工业部门对燃料用煤的质量要求不一样。蒸汽机车用煤要求较高，国家规定是：挥发分(Vr)≥20%，灰分(Ag)≤24%，灰熔点(T2)≥1 200℃，硫分(SgQ)长隧道及隧道群区段≤1%，低位发热量2.09312×107～2.51174×107J/kg以上。发电厂一般应尽量用灰分(Ag)＞30%的劣质煤，少数大型锅炉可用灰分(Ag)20%左右的煤。为了将优质煤用于发展冶金和化学工业，近年来，我国在开展低热值煤的应用方面取得了较快的进展，不少发热量仅有8 372.5J/ kg左右的劣质煤和煤矸石也能用于一般工厂，有的发电厂已掺烧煤矸石达30%。
煤的其他用途还很多。如，褐煤和氧化煤可以生产腐殖酸类肥料；从褐煤中可以提取褐煤蜡供电气、印刷、精密铸造、化工等部门使用；用优质无烟煤可以制造碳化硅、碳粒砂、人造刚玉、人造石墨、电极、电石和供高炉喷吹或作铸造燃料；用煤沥青制成的碳素纤维，其抗拉强度比钢材大千倍，且重量轻、耐高温，是发展太空技术的重要材料；用煤沥青还可以制成针状焦，生产新型的电炉电极，可提高电炉炼钢的生产效率等等。总之，随着现代科学技术的不断进步，煤炭的综合利用技术也在迅速发展，煤炭的综合利用领域必将继续扩大。

三、矿业简史

(一) 古代煤矿业简史
我国是世界上发现、利用煤炭最早的国家。1973年，在辽宁省沈阳市北陵附近新石器时代的新乐遗址下层发现了为数不少的精煤制品。其中有：圆泡形饰25件，耳（王当）形饰6件，圆珠15件，和这些煤制品同时出土的还有碎煤精、精煤半成品和煤块97块。这些煤制品，经过前辽宁省煤田地质勘探公司科研所鉴定，“呈弱油脂光泽，均一状结构，硬度、韧性均很大为其特点”，很容易用火柴点燃，燃烧时发出明亮而带黑烟的火焰，并发出一种烧橡皮的气味。经过工业分析和元素分析证明，其原料就是烛煤。这是世界上用煤最早的确凿证据，也是说明我国早在六七千年前就已发现并开始利用煤炭的历史见证。
50年代中期和70年代中期，考古工作者先后在陕西省4处西周墓中出土了煤雕制品，其中，宝鸡市茹家庄一处就出土了200余枚之多。据此可以判断，早在西周时期，作为当时全国政治、经济中心的陕西地区，煤炭已经被开采利用。
战国时期，除继续利用煤炭雕刻生活用品外，还在当时的著作中出现了关于煤的记载。先秦时期的地理著作《山海经》就有3处有关石涅的记载：一处见于该书的《西山经》，“女床之山，其阳多赤铜，其阴多石涅”；另二处见于《中山经》，“岷山之首，曰女几之山，其上多石涅”，“又东一百五十里，曰风雨之山，其上多白金，其下多石涅”。据有关专家考证，女床之山，女几之山，风雨之山，分别位于今陕西凤翔、四川双流、什邡和通江、南江、巴中一带。古今对照，以上各地均有煤炭产出，证明《山海经》的记载基本是对的，同时，说明当时这些地方的煤炭已被发现，而且已积累了一些找煤的初步地质知识。
西汉至魏晋南北朝，出现了一定规模的煤井和相应的采煤技术，煤的用途，不仅用作生产燃料，而且还用于冶铁；不仅能够利用原煤，而且还把粉煤进行成型加工成煤饼，从而提高了煤炭的使用价值。煤的产地不仅在北方，而且在南方，甚至新疆也都有了产煤的记载。同时，煤雕工艺在这时已初步普及。
隋、唐至元代，煤炭开发更为普遍，用途更加广泛，冶金、陶瓷等行业均以煤作燃料，煤炭成了市场上的主要商品，地位日益重要，人们对煤的认识更加深化。特别应该指出的是，唐代用煤炼焦开始萌芽，到宋代，炼焦技术已臻成熟。1978年秋和1979年冬，山西考古研究所曾在山西省稷山县马村金代砖墓中发掘出大量焦炭。1957年冬至 1958年4月，河北省文化局文物工作队在河北峰峰矿区的砚台镇发掘出3座宋、元时期的炼焦炉遗址。焦炭的出现和炼焦技术的发明，标志着煤炭的加工利用已进入了一个崭新的阶段。
从明朝到清道光20年(1840年)的时间里，当时的封建统治者比较重视煤炭的开发，对发展煤炭生产采取了一些措施，矿业管理政策也发生了某些利于煤业的变化，煤炭行业的各个环节，比以前都有较大的进步。煤炭开发技术得到了发展，形成了丰富多彩的中国古代煤炭科学技术。尽管当时都是手工作业煤窑，但因其开采利用早于其他国家，因此，17世纪以前，中国煤炭技术和管理许多方面都处于世界领先地位，这是值得我们自豪的。但是，日益衰败腐朽的封建制度终于阻碍了古代煤业的继续前进，这就导致了中国近代煤矿的诞生。

煤炭质量检验结果
报告单是判断煤炭质量的重要依据，作为煤炭化验仪器的生产厂家专业为您详解煤炭化验报告单：
煤炭质量检验报告格式各不相同，在阅读煤质检验结果报告单之前，应注意以下信息：
首先要注意煤质检测结果中，煤的发热量是否是以“收到基低位”（符号Qnet,ar）的形式提供。因为目前我国绝大多数煤炭是以“收到基低位发热量”作为贸易、结算的依据。以收到基低位发热量作为贸易、结算依据时，不必考虑全水分问题。结算也非常方便。
结算煤款（元）=实际到货煤炭重量（吨）*结算价格（元/吨）
如果发热量不是以“收到基低位”的形式，而是以“高位”的形式，不但会带来很多不便和误解，而且常常还需进行煤炭重量校正：
结算重量（吨）=实际到货重量（吨）*（100-实际全水分）/（100-合同规定全水分）。
则结算方式应按下式进行：
结算煤款（元）=结算重量（吨）*结算价格（元/吨）
可见，收到基低位发热量在煤炭贸易和结算中具有准确、方便和快捷特点，可以减少贸易由雨雪自然原因引起煤炭全水分变化而产生的贸易磨擦。
其次还要注意煤质检测结果中是否含有“全水分（符号Mt）”、“空气干燥基水分（符号Mad）”、“全硫（符号St）”和“氢（符号H）”
，因这四项指标都是计算收到基低位发热量所必不可少的辅助指标，如果缺少任何一项指标，对收到基低位发热量准确性都有很大的影响。
第三还要注意除了煤的收到基低位发热量之外，还要看煤质工业分析结果是否齐全，因为煤炭作为工业的原料，对煤炭进行工业分析是必不可少的，这样才能粗略估计煤炭的性质和用途。煤的工业分析包括空气干燥基水分、灰分、挥发分、焦渣特征和固定碳。在环境问题日益突出的今天，控制煤炭燃烧造成的污染也是政府和整个社会都重视的工作，因此还应该进行煤的元素分析，元素分析应包括全硫、氮、碳、氢和氧。其中全硫是很重要的环保指标，全硫和氢又是计算收到基低位发热量的重要辅助指标。

这是我写的
漫谈湿砂型铸件表面缺陷
与其它铸造方法相比，湿型铸件是较容易产生粘砂、砂孔、夹砂、气孔等缺陷的。如果铸造工厂注意控制湿型砂的品质，这些缺陷本来是有可能减少或避免。以下用实例说明型砂性能与铸件表面缺陷的关系。
一．粘砂
研究工作表明，一般湿砂型铸件，不论铸钢还是铸铁，粘砂缺陷都是属于机械粘砂，而不是化学粘砂。机械粘砂的产生原因有多种，最多见的如下的实例：
1．砂粒太粗和透气性过高，金属液容易钻入砂粒间孔隙，使铸件表面粗糙，或将砂粒包裹固定在表面上。江苏某外资工厂的铸铁旧砂中不断混入大量30/50目粗粒芯砂，以致型砂透气性达到220以上，铸件表面极为粗糙。内蒙某工厂铸钢车间的气动微震造型机生产中、小铸件。使用主要集中在40目的40/70粗粒石英砂混制型砂，铸件表面产生严重粘砂。平时不检测型砂透气性，认为已经符合工艺规程规定的≥80。为了找到粘砂原因而专门检测一次，发现透气性居然高达1070左右，表明这就是产生粘砂的原因。因此型砂透气性必须有上限，型砂粒度粗细和透气性应当处于适宜范围内。一般震压机器造型单一砂最适宜的型砂粒度大多为70/140目，透气性大致为70~100，高密度造型的型砂粒度最好是50/140或100/50，透气性为80~140。有些生产发动机的铸造厂大量使用50/100目粗原砂制造砂芯，落砂时不断混入旧砂中，使型砂透气性可能达到180以上，就应加入100/140目细砂，或将旋流分离器中的细颗粒部分返回到旧砂中，以便纠正型砂粒度。
2．铸铁型砂中煤粉含量不足或煤粉品质不良。北京某铸造厂生产高速列车刹车盘，铸件念磨材质符合要求，而表面有严重粘砂，需整体打磨后才能交货。型砂中所用煤粉来自郊区一家关系密切的私营小供应商。粘砂的产生原因可能是煤粉品质太差，还可能是型砂中有效煤粉量也不足够。安徽某阀门总厂使用的“煤粉”是生产焦炭洗选下来的废料，灰分高达76%。使用后整个型砂性能遭破坏，铸件废品超过一半。铸造工厂应该对购入的煤粉品质加强检验。优质煤粉要求灰分≤10%，挥发分30~37%，焦渣特征4~5级。型砂的有效煤粉含量可以用发气量进行检测。中小灰铁铸件震压造型应用普通煤粉的的型砂每1g的发气量大约在22~26mL，折合普通品质有效煤粉量约为6~7％，或优质煤粉5~6％，或增效煤粉4~5％。高紧实度造型用型砂发气量大体在18~24mL，折合增效煤粉含量3~4%。我国一些外资铸造工厂大多用灼减量（LOI）估计铸铁用湿型砂抗粘砂性能。例如江苏一汽车铸件厂的静压造型线规定面砂的灼减量为4.10±0.30%。国内有多家造型材料公司供应各种“煤粉代用品”。铸造厂应先进行浇注试验，与优质煤粉或增效煤粉比较铸件表面效果、型砂性能变化以及铸件生产成本，然后确定是否选用。
二．砂孔
铸件表面的砂孔和渣孔通常合称为“砂眼”。渣孔大多是由于用了稻草灰或干砂当做聚渣剂形成的。关于砂孔的形成原因如以下几个实例：
1．天津某合资铸造厂手工造型生产电机壳等中、小灰铁铸件。主要缺陷是整个铸件上表面都可看到弥散分布的砂粒。分析这种砂孔形成原因是冲砂，是浇注系统和型腔被铁液冲蚀而掉落的零枣高棚散砂粒漂浮在液面上形成的。该厂平常并不控制型砂品质，据云以前曾检测湿压强度只有25kPa。手工造型用型砂湿压强度最好在70~80kPa左右，震压机器造型应90～120kPa。如果是高密度造型，型砂湿压强度可以是140~180 kPa。大件可以再增高些。为了提高型砂的湿压强度，应避免使用劣质膨润土，0.2g膨润土吸蓝量最好在35mL以上。型砂还需要含有足够的有效膨润土，例如高密度造型的型砂5g吸蓝量大多在55~65mL。折合优质有效膨润土量6~7%。
2．山东某铸造工厂只有一台震压造型机，上班后先造下型铺满地面和下芯。半天以后更换模板制造上型和扣箱合型，准备浇铸。铸件经常出现砂孔等缺陷。其原因是湿砂型表面脱水干燥后表面强度急剧下降，表面砂粒很容易被冲蚀落入铁液中。天气干燥季节中“风干”现象更加严重。湿型砂下箱敞开时间最好不超过半小时。如果发觉砂型表面有干燥脱水的迹象，合型前应用喷雾器向砂型表面喷水使恢复潮湿状态。天津某日资汽车发动机厂过去曾用进口表面强化剂喷涂型腔表面，现也改用喷水。
3．四川某汽车件铸造厂使用静压造型凳则机流水线生产汽缸体和汽缸盖，铸件表面都有多少不等的砂孔。该厂型砂采用本省品质不高的膨润土和煤粉，未对旧砂进行经常性除尘处理，致使旧砂中含泥量有时升高达到24％。为了保持型砂含水量4.0％左右以防止产生气孔缺陷，不得不将型砂紧实率压低在27～32％范围内。型砂的湿压强度并不低，在170～210kPa，不是产生砂孔的原因。由于型砂的灰分过高和紧实率很低，影响韧性不足，破碎指数只有65～75％左右。这种型砂性能太脆，起模性差，砂型的棱角和边缘容易破碎，因而引起砂孔缺陷。该厂应当改用优质膨润土和煤粉；还应使用旧砂除尘设备，将旧砂含泥量控制在12%以下，型砂含泥量不超过13%；将型砂破碎指数控制为80～85％。在造型处的型砂紧实率提高为35～38％，含水量为3.2~3.6%，使(紧实率)/(含水量)的比例在10~12的范围内。这样就能提高型砂韧性和减少砂孔缺陷。上海、北京、哈尔滨有几家工厂在砂子中加入少量α-淀粉用来改善型砂韧性，降低起模摩擦阻力，增强表面风干强度。对防止砂孔缺陷和改善铸件表面光洁程度都有益处。
4．河南某拖拉机厂的发动机铸造分厂由于大量冷芯盒砂芯的混入，使型砂变脆，起模性能越来越差。不但砂型边棱易碎，而且吊砂易断。根据工厂规定，碾轮混砂机的周期时间只有3min，不能加长混砂时间以免影响造型机用砂需要。后来尽最大努力使混砂周期延长了1min，发现型砂的手感起了变化，起模性也有了改善。这说明原来的混砂时间太短，不能混制出优良的型砂性能。
三．夹砂（结疤、起皮）
自从国内有多家公司供应优质活化膨润土以来，湿型铸件表面夹砂缺陷已大为减少。但是个别湿型铸造工厂还会意外地产生夹砂缺陷。
1．江西一家小型汽车修配厂希望用湿型生产摩托车发动机铝铸件。开始时曾借来两只牛皮纸袋的仇山“陶土”供混砂使用。后来又到物资部门购买了两只麻袋包装的陶土。但是发现新购来陶土的型砂粘结力很低，砂型在火炉旁烘烤后开裂起皮,浇注铸件出现严重夹砂缺陷。当时用极为简陋的条件检查两种粘土的泥浆是否能用碱活化变稠。证明麻袋中不是膨润土而是真正陶土，不可用于湿型铸造。出现问题的原因是当初地质部门将呈微弱酸性的钙基膨润土称为“酸性陶土”。而很多铸造工厂又将“酸性陶土”简称为“陶土”。结果把以蒙脱石为主要矿物成分的膨润土与以高岺石为主要矿物成分的真正陶土（即普通粘土）混淆在一起。真正的陶土主要用来烧制陶瓷，不适合湿型铸造使用。铸造工厂也可以用吸蓝量来鉴别两种不同的粘土矿物，0.2g膨润土吸附亚甲基蓝在25~45mL，而普通粘土吸蓝量只有膨润土的十分之一。
2．水质的影响：天津的一家台资铸造工厂，使用挤压造型机生产出口铸铁煎锅。用优质活化膨润土混砂，型砂的湿压强度200～250kPa，紧实率35～38％，含水量3％左右。但是后来铸件靠近内浇道处产生夹砂缺陷，怀疑混砂所用井水有问题。该厂原来混砂用深井水的井管被堵塞。老板为了节约，打了一口20m浅井供混砂加水之用。工人发现这口井的水咸不能喝，洗手搓肥皂也不起泡沫。经化验这种浅井水中含有大量钠、镁、氯离子，对活化膨润土有强烈的反活化作用，用来混砂生产铸件容易产生夹砂缺陷。从邻近工厂引来饮用水混砂后，仍不能完全消除原来水质的影响。江苏有一家挤压造型生产冰箱压缩机铸件工厂，使用流经工厂外面小河中的河水混砂，适逢河水上游有化工厂向水中排废水而引起铸件产生夹砂缺陷，其原因也是由于废水的反活化效应。如果怀疑水质是否适合混砂，可以取2g或3g膨润土分别用纯净水和待试水测定膨润值，或膨胀倍数和自由膨胀量，如果待试水的测试结果比纯净水低很多，就表明待试水的品质不可用。
四. 气孔
铸件的气孔缺陷主要有裹携气孔、侵入气孔、析出气孔和反应气孔四个类型。以下举例说明工厂中常见气孔的生成原因和防止措施。
1．鉴别气孔的类型和生成原因都是不容易的。根据生产经验，提高浇注温度30~50℃经常可以减少任何类型气孔缺陷的发生。应当注意每包铁液浇注最后一两个砂型的温度，因为这时包中铁液温度已然下降而容易产生气孔缺陷。天津某台资铸造厂生产工业缝纫机壳体，每台铁液本可以浇注7个砂型，但是只浇5个砂型。剩在包中铁液倒回电炉中，然后再重新接一满包铁液去浇注砂型，就是为了保持浇注温度，减少气孔缺陷。
2．北京某日资工厂曾发现一个有气孔缺陷的铸件，锯开后看到气孔呈一个个连续上浮状态。估计在产生气孔的界面上背压力超过了铁液的静压力引起侵入气孔，但已无法判断气源是何物。有的工厂将旧砂堆当做垃圾堆，香烟头、冰棍捧、废纸团、瓜籽皮……扔到旧砂，混入型砂中都可能形成气孔缺陷。有些外资铸造工厂严格禁止在厂区中吸烟也是预防气孔的有效措施之一。
3．山东某厂生产中等大小出口阀门铸铁件，用震击造型机造型，冷芯盒制砂芯。该厂采取两天连续造型和下芯、合型，每隔一天冲天炉开炉浇注一次。所生产铸件气孔废品率极高。分析其原因是砂芯吸潮发气进入铁液中造成的侵入气孔。冷芯盒砂芯长时间放置在相对湿度极高的砂型中很容易吸潮。浇注时不仅粘结剂发气，而且砂芯吸收的水分也发出大量水汽，因而容易产生气孔缺陷。应当将隔日开炉攺为每日开炉，或者造型后先合空型，待开炉日再开箱下芯、合箱浇注。既可以防止砂芯吸潮，又可以减少砂型风干脱水，使气孔缺陷大为减少。多开出气冒口，增大排气能力。适当提高浇注速度，迅速建立静压力抵制界面气体侵入，也对防止侵入气孔有好处。
4．从河南、山东、辽宁、吉林…等发动机铸造工厂的气孔缺陷生成情况来看，所遇到的气孔仍多属于砂芯发生气体的侵入气孔缺陷，很少是析出性的氮针孔。因为所用砂芯的粘结剂都改为含氮量较低的树脂，而且必要时在芯砂中和涂料中加入适当的氧化铁。因此首先应当加强砂芯的排气能力。砂芯中间应开通畅的排气孔。对于厚大断面砂芯可以抽成空心或分半挖成网格形内腔而后粘合。树脂自硬砂芯最常用的排气办法是使用尼龙编织管，制芯时可以方便地沿砂芯的任意形状预埋在砂芯中。热芯盒、冷芯盒和壳芯都是整体射制的，不能预埋排气管路，可以安放通气针或棒，在取芯之前或之后抽出。但是更多的是在砂芯硬化后用硬质合金钻头从芯头钻孔帮助排气。例如山西某液压件厂生产形状极为复杂的液压阀，将壳芯所有芯头都角钻头钻盲孔帮助排气。西班牙有一家生产小轿车的铸造工厂，制出气缸盖的水套砂芯用专门多头钻床自下向上地将水套砂芯的各个冷却水通道芯头同时钻出盲孔。较大砂芯下芯时，如果芯头与芯座的间隙过大，会出现铁液钻入砂芯通气孔现象。应当用耐火纤维毡垫、泥条、石棉绳等密封材料围封砂芯芯头。还要注意高温快浇，迅速建立起铁水压力超过发气点背压力使气体不能钻入铁液中成为气泡。即使气体已经钻入铁液中，也能漂浮和随着铁液进入排气冒口排出。另外，采用低发气量粘结剂对防止气孔缺陷是必要的，例如北京某工厂生产英国的煤气炉燃烧圈只有一个芯头，排气困难，就尽量将壳芯的发气量控制在12mL/g以下，而且高温快速浇注。
5．山西某厂使用挤压造型机生产灰铸铁曲轴，在铸件表面和皮下形成宻集的小气孔。一般为直径1～3mm的小孔，大多存在于表皮内1~3mm处，抛丸清理或粗加工时露出。此工厂不用树脂砂芯，不会产生氮气孔，缺陷应当属于反应气孔。即金属液与铸型在界面处发生化学反应，产生的气体溶解在金属液中。冷却时溶解度降低析出成气泡。铸件材质为灰铁，也排除掉铁液中镁或稀土与砂型中水分引起反应。怀疑是炉料和孕育剂有可能将铝、钛带入铁液中。因为铝、钛与水反应放出极易溶入铁液层中的原子态[H]。该层凝固时氢的溶解度降低而以分子态气相析出和长大成氢气泡。由该厂硅铁孕育剂的分析报告中看到含铝量达到1.86%，可能是产生皮下气孔的主要原因。硅铁孕育剂的含铝量最好为1.0%左右，最多不可超过1.5％。对于随流孕育用硅铁，不但要控制较低的含铝量，而且要限制加入量一般不超过0.08~0.10％。为了防止铝、钛等元素与水的反应，挤压造型的型砂含水量也必须控制在不高于4%。
6．球墨铸铁的铁液浇注入湿砂型后，残留镁同水分子中氧强烈反应而产生原子态[H]，是产生皮下气孔缺陷的主要原因。必须采取冶炼和工艺两方面的措施才能防止反应气孔的产生。河北某球墨铸铁工厂是生产载重汽车离合器压盘等球墨铸铁件的专业厂，铸件无皮下气孔。从该厂冶炼角度来分析其避免气孔的原因是各项指标都未超出常规范围。例如使用优质铸造焦，冲天炉出炉温度在1480℃以上，球化处理包的内腔深度为直径的1.5~2倍，浇包和型腔表面抖冰晶石粉，铁水含硫0.03~0.04%，残留镁量为0.40~0.46%。但是从工艺角度来分析：面砂含水量高达7.0~7.6%，远远超过通常认为的最多不可超过5.5%。分析其不出气孔的原因可能是：（1）型砂加入了大量煤粉，灼减量高达7.0~7.9%。超过通常的4~5%。未测型砂发气量，估计在35mL/5g以上。浇注后露出的铸件表面呈现深蓝色，表明浇注时型腔中为大量强烈还原性气氛，将型腔中水汽冲淡。（2）砂型透气性100，并扎有大量排气孔，浇注生成的水汽大部分排出型腔以外，减少了可能参与反应的水汽。（3）面砂含水量虽然相当高，但含泥量高达21%。因此测得紧实率只有36%左右，说明型砂并不潮湿。可能泥分吸收了大量水分，减缓了化学反应的速度。因此可以设想产生反应气孔缺陷主要取决于紧实率（即型砂干湿程度），而不是含水量。
五. 讨论
1．获得优质型砂的条件首先是选用优质原材料，也还需要应用优良的混砂过程。一些技术管理比较严格的湿型砂铸造工厂要求在每班结束前将混砂机中的砂子完全清除干净。美国主要的湿型铸造厂大多要求混砂机刮板与底盘的距离为一个硬币厚度。日本几家使用碾轮式混砂机的汽车件铸造工厂的混砂周期都是6min。但是我国有的铸造厂的混砂机碾盘中和碾轮上的砂子都长期不清理，刮板磨损也不调整，碾轮混砂时间最多3min。这怎样能够混制出优良品质的型砂呢？
2．型砂品质表现在于性能如何，加强型砂性能的检测和控制才能制备出优等型砂。江苏某日资汽车件铸造工厂静压造型线用面砂的日常检测项目有二十余种，还未包括背砂和原材料的检测项目在内。我国有的铸造工厂的型砂实验室中仪器设备简陋，湿型砂性能的日常检测项目可能只有三、四种。怎能根据测得结果说明铸件表面缺陷产生原因呢？又怎能用来降低铸件废品率呢？
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