绿色铸造是未来铸造行业的发展趋势。随着我国国民经济的发展方式向调整优化结构、注重效益环保、提升产业层次政策的转变，铸造行业的转型跨越发展也势在必然，基于循环经济模式的绿色、环保、节能型铸造企业将是今后的发展方向。而大力宣传、推广节能降耗、绿色铸造，清洁生产，不仅是企业节能降耗提高产品质量、减少污染、降低成本和提高效益所必需的，也是冲破工业发达国家设置的绿色壁垒，稳固地占领国际大市场的重要途径。

一、宝珠砂简介

宝珠砂又名电熔陶粒。在电弧炉中加入含Al2O345~90%铝矾土矿石原材料，利用电弧放电产生的高温，将铝矾土原料熔化成液体，在液体流出炉子时，对其施以70~85m/s的空气压，利用强风将液体原料破碎、冷却后，得到形状为球状或接近球状、表现光滑的砂粒。

石英砂的优点是分布广泛，成本低廉;但其缺点也相当明显：一是膨胀系数大，铸件精度低;二是铸件表面粘砂严重，清砂困难。究其因，是石英在不同的温度下会有多种同质异晶体生成，体积变化大;受耐火度(石英砂的耐火度在1400~1700℃之间)的限制，铸件局部(孔、槽、及热节集中的部位)粘砂严重，清理十分困难。上述缺点在大型铸钢件的生产中尤为严重。

宝珠砂能克服这些缺点，从而大大提高了铸件的质量。

宝珠砂是以优质铝钒土为原料，经煅烧、电熔、造粒、分筛等工艺而制成的。因其具有耐高温、良好的透气性、溃散性、抗酸碱侵蚀性、破碎率低等优点，性价比优于铬铁矿砂、锆英砂，为铸造厂家提高铸件质量，降低生产成本和减少环境污染提供了简便并有效的方法。

二、宝珠砂的物理及化学性能

三、宝珠砂的特点

1)热膨胀系数小，性能可与锆英砂媲美，用其配制型芯砂，铸件不会产生膨胀缺陷

2)砂粒为球形，流动性好，易舂实，且透气性好

3)表面光滑，结构致密，使得粘结剂能均匀覆盖

4)宝珠砂属中性材料，酸、碱粘结剂均可使用

5)回用再生性能好，性价比高

与铬铁矿砂、锆英砂相比，其价格只有锆英砂25~50%。同时，因砂粒为球形，其表面积小，故树脂的加入量可减少30%~50%，水玻璃的加入量≤4%;并减少了粘结剂所产生的铸造缺陷，提高了铸件的成品率。

6)耐火度高，易溃散

宝珠砂的莫来石相大大高于烧结产品，具有良好的耐火性

7)热导率大，稳定性好，不龟裂

8)应用范围广

水玻璃砂、树脂砂、精密铸造及铜、铝件的抛光清理等

四、宝珠砂在铸造上的应用

目前，宝珠砂广泛应用于树脂砂(呋喃树脂、酚醛树脂)、水玻璃砂(有机脂、CO2硬化)、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)呋喃树脂造型

利用呋喃树脂将宝珠砂和大林砂分别加入1.2%的呋喃树脂和40%重量的呋喃树脂的固化剂，固化时间按1、2、3、4、5、24小时排列检测，测试随时间变化的抗拉强度(用“8”字试块)如表2所示。

从表2中可知，宝珠砂用呋喃树脂做粘接剂时，其硬化速度比硅砂要快，且同样的树脂加入量，强度提高也很多，特别是24h放置后的抗拉强度，比硅砂提高了53.6%，可见，宝珠砂用呋喃树脂时不仅可减少树脂的加入量，降低成本(树脂约1.2万元/吨)，也能提高生产效率。

根据上述实验，将宝珠砂应用于发动机水套芯子，取得了良好的效果。

2)酚醛树脂做覆膜砂造型、制芯

利用宝珠砂的抗拉强度高以及发气量低等特性，通过树脂覆膜后可制作耐高温、低膨胀、易溃散、高强度、低发气量的覆膜砂。对于特别复杂类芯子，还可解决射不实的问题。

3)碱性酚醛树脂造型、制芯

4)水玻璃造型

由于大型铸钢件的金属静压头高、浇注的时间比较长，因此金属与铸型之间的热作用、机械作用、化学反应是很强烈的;在铸件的表面，尤其是在砂芯或铸型的凹陷处比较容易产生金属渗透粘砂，这种现象不但会降低铸件表面的质量，还会恶化铸件清理劳动的条件，更为严重点的可能会使清砂工在工作了几年之后患上矽肺病。

在宝珠砂中加入3%~5%的水玻璃，混砂，把混制好的水玻璃宝珠砂先填充于易粘砂部位A处，其余部位再填充水玻璃石英砂，硬化后施涂。浇注后，铸件易清理，表面光洁度高，起到防粘砂的作用。

图6、7、8、9、10是局部(夹角、芯)采用宝珠砂生产大型铸钢件示意图。在填充宝珠砂的局部部分都是易产生烧结、粘砂和铁包砂的地方。

其中活动支架(图7)的四个夹角填充宝珠砂后，不仅改变了粘砂的现象，而且消除了因水玻璃石英砂烧结后退让性差，造成铸件裂纹断裂的现象。

总之，在大型铸钢(铸铁)件内夹角、凹槽、细长小孔热结集中处等易粘砂部分使用宝珠砂，能消除其局部粘砂或铁包砂现象，可减少铸件的清理费用，提高铸造件的表现质量，能防止内角处发生裂纹。

宝珠砂除了直接使用CO2硬化水玻璃造型以外，其在酯硬化水玻璃方面也有显著的优势。表4为酯硬化水玻璃宝珠砂与标准砂抗拉强度的对比。

5)消失模铸造

利用宝珠砂的上述特性，用于消失模铸造，可使铸件的成品率上升，成本下降，劳动环境改善。

消失模铸造为干砂负压造型，许多铸件的内夹角部分、细长孔部分及复杂的内腔部分，砂子不容易(振动)充实，再加上耐火温度不够，很容易在这些部位产生烧结或铁包砂现象，从上述宝珠砂的特性可以看出，宝珠砂很容易地就解决了这些问题。

图12为油田上的一个零件，名称：大四通;材质：ZG310-570;重量：195Kg。从图中可以看出￠47×500的细长孔如果用普通的石英砂，就(振动)充填不实，易造成铁包砂、烧结等现象，无法清理。

采用宝珠砂，以上两个问题就不存在。利用宝珠砂的球形结构，产生良好的透气性，良好的流动性和充填性能以及它自身的耐高温特性和它的高强度、不破损、不粉化、回用性能好的特点，使铸件的成品率上升，成本下降，劳动环境改善。

图12为发动机缸体。用宝珠砂做为填充砂，可以使这种复杂的铸件实现浇注，且成品率达到97%。

五、宝珠砂的应用结论

宝珠砂是一种非石英质型人造砂，适用于各种铸造方式;如：V法，VRH，消失模，熔模，一般砂型(粘土砂、水玻璃+CO2硬化)、树脂砂等;适用于各种粘结剂、各种金属材料的铸件生产，不但能大幅度提高铸件质量，而且清砂容易，配砂工艺简单方便(大型铸钢厂单件小批量局部用砂，少量用砂人工混制即可)，对大多数铸件可以省去涂料，尤其适宜制作质量要求高的铸件。

值得注意的是：在使用水玻璃CO2硬化砂中，吹干的芯、型，不宜再上窑烘干(如烘干一定要控制加热速度)。随着铸造业的发展和社会环保的要求，局部和全部使用宝珠砂的厂家会越来越多，它已被誉为环保型(GREENBEADS)铸造材料，有很好的推广使用前景。

宝珠砂回用性能好，对砂处理设备要求低，砂处理能耗低、费用低。砂子回收率达到98%。产生铸造垃圾少。消失模填充砂由于没有粘接剂，砂子再回收利用率更高，成本更低，达到1.5~2kg/t铸件耗砂量。

消失模铸造企业近年来受到众多因素的影响，导致生产的铸件成品合格率不高，其中，铸件生产成本高、次品率高、质量偏低等特征已经成为摆在国内消失模铸造企业的三座巨山，如何解决这些难题、早日提升铸造产品性价比成为当前国内铸造企业的首要任务之一。众所周知，在铸造过程中型砂的选择是整个工艺流程中至关重要的环节，一旦砂子选择不恰当则会影响整个全局，所以消失模铸造企业应该在型砂的选择方面多下功夫。

根据相关数据显示，目前国内大多数铸造企业已经在型砂选择方面有了改进，摒弃了传统低价的石英砂或镁橄榄石砂，而采用新型的宝珠砂来改善铸件问题，这一新型的砂子是校企联合的产物，集中了耐火度高、流动性好以及高透气性等优点，在一定程度上解决了有关铸造生产中的缺陷问题，因而受到国际铸造行业的广泛关注，成为消失模铸造的新宠。消失模铸造企业的铸件成本、次品率、质量三大问题得到了有效的缓解，同时宝珠砂也得到了众多企业的喜爱。