石英砂在铸造领域中的应用

我国的铸造技术有6000年的悠久历史。当今，铸造技术已经发展到了前所未有的先进水平，铸型的种类以及所使用的造型材料越来越多元化。尽管如此，古老的砂型铸造技术依然是铸造生产工艺的主流。砂型铸造就是用优质砂制作砂型与砂芯，装配后浇入熔融金属液形成铸件的方法。现在相当比例的铸件采用砂型铸造工艺进行生产。

砂型铸造中，砂是基本的造型材料，其用量巨大，常常是铸件质量的倍数。铸造用砂也有不同的种类，而且差异显著。其中，用量大的当属石英砂，也称硅砂。石英砂的主要矿物质是石英——即二氧化硅(SiO₂)。高质量的石英砂中，总的SiO₂含量可高达99.5%，其余为长石和黑云母等杂质成分。

据了解，铸造用石英砂是用量大的铸造原砂，是一种重要的造型矿物材料，广泛用于钢铁和有色金属的铸造。我国铸件总产量已连续多年位居世界首位。据统计，每生产1ｔ合格铸件，需要1~1.3t的石英砂，全国每年消耗的新砂在2000万ｔ以上。

根据我国机械行业标准中的有关铸造标准砂的规定，铸造用砂中的SiO₂含量应大于90%。一般说来，不同地理环境下形成的石英砂其性能也有所区别。由于石英具有较高的耐火性和硬度，且其优良的工艺性能能够满足铸造生产的种种基本要求，不仅可以用于传统的粘土砂造型，同时可用于树脂砂以及覆膜砂等先进的造型和制芯工艺，所以石英砂在铸造生产中被大量而广泛使用。许多大型现代化铸造厂正在大量采用树脂自硬砂等造型工艺，使得近年来硅质石英砂的使用量不断增加。

作为造型材料的骨料，石英砂性能的好坏必定直接影响着铸件的质量，铸造厂对铸造用砂的选择一般有很多基本的要求。可见，石英砂在铸造生产中起着举足轻重的作用。正因为如此，对石英砂的各种物理化学性质及铸造工艺性能的研究和探讨一直是铸造界科技人员密切关注的科研课题之一。

铸造业对石英砂的质量要求

粗略统计，机械制造行业所用的铸造砂，约占全球总产量的30%。国外对石英砂成分的一般要求：铸钢砂：SiO₂≥98%，K₂O+Na₂O≤0.5%，CaO+MgO≤1.0%，含泥量≤0.2%，用量多的粒级为：0.1～0.6 mm，大于0.6mm、小于3.35mm的也用一些。一般使用滚圆度比较好的天然砂，使用机制砂的比较少。

目前生产各种金属制品的工艺之一是树脂砂铸造工艺，它是将熔融的金属浇注到空心砂模中，其中硅砂是树脂砂铸造工艺中用于生产一次性砂模的主要造型材料。通过添加粘结剂等物质，将砂粒粘在一起形成具有机械强度的砂模。

随着国内外铸造行业特别是汽车行业的发展，各种树脂粘结剂体系相继问世。这些树脂粘结剂系统使用砂、粘结剂和固化剂的混合物来制备砂模。在混合过程中，粘结剂和固化剂立即开始反应，并缓慢地将砂塑造成拥有一定机械强度的砂型或型芯，待其拥有足够的强度后即可用于铸造。树脂粘结剂系统可以在短时间内实现固化和硬化，此外，它还消除了砂模制造和芯材制造之间的差异。因此，树脂粘结系统适用于中小批量复杂铸件的自动化生产。