湿型砂检测手册

湿型砂试验手册

（型砂实验员专用）

目录

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 2 2.1 2.2 前言 湿型砂性能检测 湿型砂取样方法 含水量 紧实率 透气性 湿态强度 韧性（破碎指数） 可紧实性和流动性 含泥量 砂粒粒度 有效膨润土量 有效煤粉量 热湿拉强度 原砂 原砂的行业标准 含水量 1 1 1 2 3 5 8 8 10 11 13 15 17 18 18 19

2.3 2.4 2.5 2.6 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4 4.1 4.2 5 5.1 含泥量 砂粒粒度 砂粒形状 SiO2含量 膨润土 膨润土的行业标准 含水量 粒度 湿态粘结力 热湿态粘结力 热稳定性 煤粉 煤粉的行业标准 煤粉质量检测 淀粉 淀粉性能和质量 19 20 20 20 20 20 21 21 22 24 25 25 25 26 30 30 前言

本文内容包括：湿型砂性能检测技术和湿型砂原材料检测技术。专门提供给工厂型砂实验员做为操作参考。有关各种砂芯的检测也不包括在本文中。本文内容排列顺序基本上按照日常检验的顺序和常用性。第一部分为湿型砂的组分测定和性能测定。第二部分为湿型砂原材料质量测定。

本文的编写主要是根据几种国家标准和机械行业标准：

GB/T 2684-2009 铸造用原砂及混合料试验方法； GB/T 212-2001 煤的工业分析方法

JB/T 9221-1999 铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉试验方法； JB/T 9222-2008 湿型铸造用煤粉； JB/T 9227-1999 铸造用膨润土和粘土； JB/T 9442-1998 铸造用硅砂。

也参照了美国砂型和砂芯实验手册（AFS Mold and Core Test Handbook, 3rd Edit.）。除此以外，作者还根据其他参考资料，以及自己参加的科研和操作提出补充说明。

1 湿型砂性能检测

1.1 湿型砂取样方法

根据GB/T 2684-2009标准规定，选取混合料（型砂）样品，按混制设备特点和工艺规定定期选取。如混合料由皮带输送器输送，可从输送器上定期用勺或铲多次取样混匀，其数量根据检验项目而定。

补充说明：

⑴应当由实验员亲自取样，不可由混砂工或其他人代取代送，以保证试验结果严谨可靠。

⑵型砂的取样地点应为混砂机的出砂皮带，以及造型机处的适当位置。前者可以及时发现性能有无异常，以便立即采取纠正措施。由于湿型砂从混砂机运送到造型机时含水量和紧实率都有一些降低，使型砂的湿压强度和透气性提高。为了满足造型和浇注的要求，以及铸件表面品质的需要，应以造型机处型砂性能为控制基准。还应注意避免从砂堆表层收集已失去部分水分的混合料

⑶从取样处将型砂拿回实验室的容器应当是有盖的塑料桶、盒，或者有盖的搪瓷盘。不可用旧报纸将砂样托回实验室。以免纸张吸水和在空气中水分蒸发而改变性能。

⑷如果回用旧砂的磁选设备的作用有限，不能清除所有铁粒，就应将从现场取得的生产用型砂（旧砂），迅速用永久磁铁搅拌吸出混入的铁粒，然后立即密封存放，以保持水分不丢失。

⑸型砂的取样频次依各铸造工厂的实际情况而定，以下仅为举例：在通常的机械化造型流水线工厂中，必须及时地监测控制型砂的紧实率和受紧实率显著影响的那这些性能。在没有混砂自动控制加水装置的机器造型工厂中，型砂性能的检测可分为以下几类：①在混砂机平台上专门配备紧实率快速检测装置（包括制样机和试样筒），随时从混砂机取样和调整型砂干湿程度。②紧实率、含水量、透气性、湿态强度（抗压及抗剪）等性能每1～2h从造型机处取样一次，回型砂实验室检验。③一般铸造工厂中，型砂的韧性（变形量或破碎指数）、含泥量、有效膨润土量、有效煤粉量、热湿拉强度等性能每周从造型机处取样2～3次。大量生产重要铸件的工厂中每班从造型机处取样1次。④型砂和旧砂的粒度每周取样测定1～2次。⑤型砂和旧砂的流动性、砂温、团块量等性能为不定期性检测。

⑹如果一条生产线的铸件特征基本相似，具有良好的旧砂冷却装置，混砂机装有型砂湿度（含水量或紧实率）控制装置，每班需从混砂机和造型机分别取样两、三次，检验紧实率、含水量、湿压强度、透气性、韧性和流动性。另外，每班一次检验型砂的有效膨润土量、有效煤粉量、含泥量、热湿拉强度和温度。每周一次检验型砂和旧砂的粒度。

1.2 含水量检测

按照国标GB/T 2684—2009中规定，用以下两种烘干法进行试验，以砂样烘干前后重量的减少量代表含水量。

1.2.1 快速法

称取试样20g，精确到0.01g，放入盛砂盘中，均匀铺平，将盛砂盘置于红外线烘干器內，在110℃～170℃烘干6min~10min，置于干燥器皿内，待冷却至室温时，进行称量。

1.2.2 恒重法

称取试样(50±0.01)g，置于玻璃器皿内，在温度为105℃～110℃的电烘箱内烘干至恒重（烘20min后，称其质量，然后每烘15min称量一次，直到相邻两次之间的差数不超过0.02g时为恒重），置于干燥器内，待冷却至室温时进行称量。

1

1.2.3 结果表述

含水量以质量百分数X1计数值以%表示，按下式计算：

X1=G1?G2?100 G1式中：G1 — 烘干前试样质量，单位为克[g]； G2 — 烘干后试样质量，单位为克[g]。

补充说明：

⑴如果湿型砂中经常掺杂有铁粒，为了保证测试准确，烘干前称量型砂试料时应先用磁铁将其中可能混杂的铁粒吸掉。

⑵国内很多铸造工厂的型砂实验室称量试料所用天平是最大称量值50g或100g的药物托盘天平。天平的感量大约只有±0.1g，难以达到国标规定的称量精度20±0.01g和50±0.01g。建议称量天平的感量最低限度应当为±0.01g。感量0.01g，最大称量350 g的天平应用最为频繁，不仅可用于测定型砂含水量，称取制备标准试样的砂样，而且可以称取小混砂机的混砂膨润土、煤粉等批料。国产电子天平（见图1）价格仅有二百余元，能够自行扣除容器重量，使用极为方便。

⑶工厂日常检验型砂的含水量都只采用快速法。常用的SGH型双

盘式红外线烘干器（见图2）的烘烤温度可能高达160～170℃，适合烘烤原砂，但用于测定含有煤粉的型砂时，温度嫌高。型砂内如果含有煤粉、重油等易挥发物质，可能会随水分烘掉一部分，使测得数值要比实际含水量偏高。如果出现冒烟现象，应改用105～110℃电烘箱进行烘干。

图2 SGH型双盘红外线烘干器结

构简图

1—灯座 2—定时器旋钮 3—电源开关 4—指示灯 5—红外线灯泡 6—隔板 7—导向槽

图1 常用电子天平

，设定烘温 图3 卤素管加热测⑷我国有几家铸造工厂购买进口微机控制卤素管加热天平（见图3）

水分天平 间隔为1℃（例如可设定为110±1℃）。随意取8～10g型砂放入加热盘中，开始

加热。直到20s之中重量不变，天平即自动认定已达恒重，即停止加热，并自

动计算和屏幕显示出型砂含水量。测定时间大约只需5～7min。现在国内也有天平仪器公司生产类似产品。

⑸仲裁法要求将试料烘干至恒重，操作相当繁琐。使用电热烘箱加热只要30min，不必反复烘干和称量到恒重，对于型砂含水量的测定精度要求已然足够。

1.3 紧实率

型砂含水量说明型砂中水分的绝对含量，而型砂紧实率的高低反映手感干湿程度。型砂紧实率的测定原理是较干的松散型砂自由流入试样筒时，砂粒堆积得比较密实，在相同的捶击紧实力作用下，型砂体积减小较少；而较湿的型砂，在未被紧实前砂粒的堆积比较松散，紧实后体积减小较多。根据型砂被紧实前后的体积变化多少，就可以检测出型砂的（手感）干湿程度。

1.3.1 检测程序

2

按照GB/T 2684-2009，将砂样通过带有筛号为6的筛子的漏斗，落入到有效高度为120mm的圆柱形试样筒内（筛底至标准试样筒上端面距离应为140mm），用刮板将试样筒上多余的试样刮去，然后将装有试样的样筒在锤击式制样机（锤击式制样机应按放在水泥台面上，下面垫有10mm厚的橡胶皮）上冲击3次，从制样机上读出数值（图4）。

1.3.2 结果表述

紧实率v(%)按下式计算： v?H0?H1?100

H0式中： H0 — 试样紧实前的高度，H0 =120mm； H1 — 试样紧实后的高度，单位为毫米[mm]。

补充说明：

⑴紧实率的测定程序如图5-4所示。按JB/T 2684-2009规定，SBT型投砂器漏斗的筛网为6号。（网孔中心距

4.23mm，网孔净尺寸3.35mm），过筛需用手指长时间拨动型砂，会使型砂紧实率下降。1975年美国铸造学会80-D湿型砂试验委员会推荐的暂定标准是将型砂通过4目筛网（网孔中心距6.35mm），使用较为迅速和方便。

⑵锤击式制样机是制备型砂标准试样的通用仪器(见图5-5)。冲击三次后试样的紧实程度大体上与紧实比压0.7~1.0Mpa的高密度砂型水平部位紧实程度接近。紧实率的数值可直接从制样机顶部的标尺直接读出，不需计算。制样机凸轮抬起重锤的高度为50mm，应注意是否因使用日久而磨损，如抬起高度不足，则制成的试样紧实率和强度偏低，透气性偏高。另外，锤击式制样机不可放置在木桌中央。否则测得型砂抗压强度可能低四分之一。

⑶适用于SAC型锤击式制样机的试样筒为外圆定位式，高度120mm，内径ф50mm。如果试样筒使用不耐磨的铸铁制成，其内表面极易磨损。锤击制样时，内表面粗糙的试样筒阻碍型砂的冲击紧实，使测

得强度值和紧实率值偏低、透气率值偏高，试样的顶出也较费力。美国铸造学会要求试样筒为钢制，内表面硬度Rc 65～70，珩磨加工后粗糙度Ra≤0.20?m。每制一试样后，将试样筒掉头一次使磨损均匀和延长新试样筒使用寿命。还要求标准试样筒在每次使用前都要擦净试样筒，并薄薄涂一层液态脱模剂。德国铸造学会的指导文件规定使用冲样器时先将锤杆轻轻落入试样筒中的型砂上，旋转试样筒半圈使砂样上表面平整，然后提起重锤冲击三次，每次冲击之间应有1~2s间隔。

⑷如果铸造车间实际生产用型砂无团块和相当松散，也可以不必通过带筛的投入器，直接将型砂轻撒装满试样筒，然后用锤击式制样机进行舂打，可以快速得到检验结果。

图5 SAC型锤击式制样机

1-刻度盘 2-中心轴 3-重锤 4-锤垫 5-凸轮 6-扳手 7-冲头 8-试样筒底座

图4 紧实率的测定过程

1.4 透气性

型砂透气性数值的定义是 1 cm 水柱压力下，1 min 时间之内，通过断面为 1 cm2，高度为 1 cm 砂柱的空气量(cm3)。测定方法分快速法和标准法两种。

1.4.1 试样的制备

按照GB/T 2684-2009，测定湿型砂透气性时，称取（用精度为0.1g天平）的型砂放入标准试样筒

3

中，在锤击式制样机上冲击3次，制成高度为(50±1)mm的标准试样。

1.4. 2 快速法

测定湿型砂透气性时，透气性测定仪处于测试状态，将内有试样的试样筒放到透气性测定仪的试样座上，并使两者密合。再将按（旋）钮调到“测试”或“工作”位置，从数显屏或微压表上直接读出透气性的数值。当试样透气性大于50时，应采用1.5mm的阻流孔；试样透气性小于50时，应采用0.5mm的阻流孔（图6）。

1.4.3 标准法

将透气性测定仪试样座上的阻流孔部件卸下，然后将气钟提至钟内空气容积为2000 cm3的标高处，将冲制好型砂试样的试样筒放在仪器的试样座上，使两者密合。再将旋钮旋转至通“工作”位置，同时用秒表测定气钟内2000 cm3空气通过试样的时间，并由微压表上读出试样前的压力。

1.4.4 结果表述

透气性K按下式计算：

K?VH?49945

Fptpt式中：V — 通过试样的空气体积，V=2000 cm3； H — 标准试样高度，H=5 cm； F— 试样断面面积，F=19.635 cm2；

t — 2000cm3空气通过试样的时间，单位为分(min)； p —试样前面的气体压力，单位为帕(Pa)。

图6 直读式透气性测定仪原理图

1-气种 2-水筒 3-三通阀 4-试样座 5-试样筒 6-标准试样 7-阻流孔 8-微压

表

补充说明：

⑴用于测定透气性的标准试样顶出后还可以用来测定型砂的湿态强度、破碎指数等多种性能。用天平称取型砂是必要的，标准试样的重量也是反映型砂流动性的重要数据。可以用实验室通用的电子天平（精确度0.01g）称量型砂，但记录数值精确度只要0.1g即可。

⑵仪器应放在无震动的试验台上，与制样机隔离。调节调平螺栓使气钟能够垂直下降，而不可有明显摩擦阻力。仪器上的水平泡的安装可能并不准确，必须自行调整仪器的放置位置。提起气钟时，必须缓慢进行，以防止水溅入中心管。如有水流入三通阀，必须立即拆开仪器底座下方的胶皮管，将水清除干净。如果已流入微压表，需找仪表工代为修理。

⑶试验时气钟提起后可在测试系统中产生的气体压力为100mm水柱压力（折合为0.981kPa）。仪器的气路系统必须密封良好。将密封罩扣紧试样座，并提起气钟使充満2000 cm3空气，然后把三通阀旋转到“工作”位置。要求1h后气钟下降不得超过1mm。如果有明显下降，可在各联接处或管路上刷肥皂水，找出漏气处，用胶质物密封孔洞。

⑷型砂实验室中通常用的快速测定方法是在试样座的气钟连接管口处安装一只阻流孔。微压计所示压力值大小是通过试样前的空气压力，它与空气通过阻流孔和通过试样二者的阻力有关系。由于阻流孔直径大小是一定值，所以微压计指示的压力值随空气通过试样的阻力而变化。如果试样的透气性能高，试样前的压力就低，微压计上所指出的透气率数值就高。反之，试样透气性能低，试样前的压力就高，微压计上所指出的透气率也就低。

⑸阻流孔的精度需经常检查和校正。当大气压力为760mmHg和温度为20℃时，气钟2000 cm3空气在10.0 cmH2O压力下通过阻流孔大孔时间应为0.5min±0.5s；小孔应为4.5 min±1.5s。如时间过长，可用一尖针将孔稍稍扩大。如时间过短，可用冲头在孔周围轻敲使孔径缩小。如果阻流孔大小已不能校

4

正，就应改用仲裁法进行检测型砂透气性，或者向仪器制造厂购买新阻流孔。

⑹用标准法测定透气性时，气流在气路中流动过程中还要受到三通阀等管件的阻力，所以气钟下落时通过试样的实际气压都低于静置时的10 cm 水柱压力（即0.981kPa）。应当将观察到的实际气压做为“p”代入公式进行计算。如果测得压力单位为cm水柱高度，透气性按下式计算：

K?VH?509.3

Fptpt式中：p—试样前面的气体压力，单位为水柱高度(cmH2O)。

⑺上述透气性测定仪靠气钟存储定压气体，操作相当不便。有的仪器厂制出用电动离心鼓风机产生100 mm H2O压力的STD型测定仪（见图7），取消了水筒和气钟，操作较为方便。但阻流孔的检查和校正仍需使用带水筒和气钟的透气性测定仪。国外新式仪器用管道压缩空气自动少许顶起气钟后，根据气钟下降一短距离的时间，靠微机自动计算和显示出透气性，不用阻流孔（见图8）。 ⑻自来水对仪器的水筒有一定的腐蚀，建议使用蒸馏水，且在水中加入少量的重铬酸钾，以延长仪器的使用寿命。

图7 电动透气性仪器

1.5 型砂湿态强度

型砂的强度用标准试样在受外力作用破坏时的应力值来表示。我国法定计量单位为兆帕(MPa)或千帕(kPa)。以前常用的kgf / cm2 或kg / cm2（千克力/

图8 新式自动透气

性测定仪

平方厘米，或千克/平方厘米）可按以下等式折算成法定单位：1 kgf / cm2 ? 98.1 kPa ? 100 kPa ? 0.1 MPa。欧洲铸造行业常用力的单位为N（牛），应力计量单位为N / cm2，1 N / cm2 ? 10 kPa = 0.01 MPa。

1.5.1 型砂强度的测定

按

照

GB/T

2684-2009，检查型砂的常温湿态抗压强度、抗剪强度、抗拉强度或劈裂强度，都是用同样的圆柱形标准试样（φ50±1 mm×50±1 mm）(见图9)。

称取一定量的型砂放入圆形标准试样筒中，在锤击式制样机上冲击三次，从试样筒中顶出后，即可以检测各种湿态型砂强度。湿态强度应由三个测试的试样强度平均值计算得出。其中任何一个试样的强度值与平均值相差超出10％时，试验应重新进行。

图9 常温湿强度试样类型

补充说明：

⑴用顶样柱将试样顶出时可能需要较大力气，紧实率较低的高密度造型的型砂尤其费力。一定将手躲开试样筒的下

图10 SWY型液压万能强度试验机

1-机体 2-工作活塞 3-压力表 4-手轮

边缘，防止试样筒突然下落将手挤破。顶出前将试样筒套在顶样柱上轻轻磕动几下有助于减轻顶出力。 ⑵各种常温型砂强度的测定所用国产强度试验机大多为SWY型液压万能強度试验机（图10）。试验时，转动手轮带动丝杠，推动油缸内的活塞而产生水平方向压力，通过油缸前部的活塞，将力传递给固定

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在机体上的试样，其压力值由压力表指示。加载前将压力表上的被动针拨回零位，以便能够显示出试样破碎时指针达到过的强度数值。压力表上的三圈刻度值分别代表抗压、抗剪和抗弯强度，单位为MPa。 ⑶我国生产的SWY型液压强度试验机是仿照瑞士GF公司老式产品制成的，有两种压力表。低压表适用于早年湿态型砂不高的湿压强度，测定范围为0～130 kPa。高压表用来测定芯砂强度，测定范围0~1300kPa。由于如今湿型砂的强度已经大为提高，抗压强度可能处于低压表的顶端或高压表的低端。测定时必须根据所测试样的不同强度值经常更换压力表。压力表的示值精度只有?2.5％，直接用高压表测定湿压强度的精度为?32.5 kPa，对湿型砂而言测试精度过低。因此GF公司早已将低压表的测定范围更改为0~320kPa，使它适合测定高密度湿砂型的型砂强度测定。我国仪器制造工厂应将低压表的测定范围扩大。

⑷国产SWY型液压万能強度试验机有的出现漏油现象，而且使用和维修都不方便。个别工厂愿使用以前购得的杠杆式强度试验机，认为这种仪器的结构简单、维修方便、不易损坏。但杠杆式仪器精度相当低，靠手动旋转丝杠来移动杠杆的支点很难精确读出强度的峰值。如果型砂的韧性较高，试样碎裂前的变形量较大，更难判断支点停留位置。仪器厂现已停止生产供应杠杆式仪器。 ⑸国内有一种利用机械系统加载的数显式强度试验机，用电动机驱动，通过减速箱、加载丝杠使上横梁向上移动，对垂直放置的试样加载，靠在上横梁固定的传感器将力值转换为电信号，再显示成抗压强度值。此仪器的传动机构复杂，目前在工厂中实际应用不多。

⑹型砂强度测定仪器最理想的驱动方式是利用压缩空气。一般铸造工厂的型砂实验室都很容易接通压缩空气管道，使用压缩空气驱动，不存在漏油问题，也避免了复杂的机械传动系统。一种国外生产的万能强度测定仪使用压缩空气为动力，采取水平方向加载，可以自动数字显示测得强度（见图11）。 ⑹清华大学研制出SMT型气动型砂多功能试验机（见图12）。按动电钮后，试验机自动接通气路，下夹头开始举升加载，开始时为快速，到试样接近上夹头时自动改为慢速。试样破碎时试验机自动停车，下夹头自动返回到原来位置，测定结果由液晶屏幕自动显示。试验机的强度示值精度可达到 ?1.0%。试验机具有内置位移传感器，可以测定和显示出试样达到最高强度值的变形量。除了可以测定型砂的湿态抗压强度以外，更换测试附件和揿动控制板上的功能选择钮，还能测定型砂的抗剪、长条抗弯、圆盘抗弯、“8”字试样抗拉等强度。

图12 SMT型气动型砂多功能试验机结构简图

1-立柱式框架结构 2-加载气缸 3-试样加载夹具 4-测

力传感器 5-位移传感器 6-控制及数据处理系统

图11 新式气动加载万能强度测定仪

1.5.2 测定型砂湿压强度

按照GB/T 2684-2009，制成试样从试样筒中脱出后，应立即进行湿压强度试验。将抗压试样置于预先装置在强度试验机上的抗压夹具上，逐渐加载，直至试样破裂，其强度值可直接从仪器中读出。

1.5.3 测定湿态抗剪强度

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与抗压強度试验基本相同。试验前将抗剪夹具安装在试验机上，然后将圆柱形标准试样安放在抗剪夹具上（见图13），操作方法与抗压强度相同。

补充说明：

按照图13使用SWY型液压万能強度试验机时，加载使试样沿轴的中心线被剪成两块。从压力表的刻度盘上读出抗剪强度。使用SMT型试验机时，将上、下夹头更换成更换成剪切夹头。其他操作与湿压强度试验相似。另一种较新的湿态抗剪

图13 剪切强度试验示意图 强度测试方法是 1-试验机夹具孔 2-左剪托架 横向剪切方法，3-圆柱形试样 4-右剪托架 5-清华大学研制出试验机工作活塞

的SJB型仪器（见图14）可以同时测出型砂的剪切强度和剪切破坏时的变

图14 SJB型型剪切强度及变形量仪器工作原理

形量。所用试样筒的一端为15mm高的测定环，制得的标图

1—固定支架 2—试样筒 3—测试环 4—准圆柱试样处于试样筒和测定环之内。测量时将试样筒

锁紧螺钉 5—连接件 6—压力传感器 7—位

倒挂固定在支架上，安装在测试架上的压力传感器测头移传感器 8—轴 9—轴承 10—螺旋测微计 和位移传感器的伸缩杆由连接件相连同步运动。转动螺11—摇柄 12—微型计算机系统

旋测微器的螺钉，使顶尖进给顶向测定环，对试样施加缓慢而连续的横向剪切力，直到测定环及其中的一段试样断裂和开始掉落。经微型计算机处理后即可由仪器的数码管显示出和打印出试样的剪切强度(kPa)和压应力达到最大值的变形量(mm)。所得出的横向湿剪强度数值与纵向剪切是一致的。

1.5.4 湿拉强度

GB/T 2684-2009没有测定湿态抗拉强度的规定。

补充说明：

湿态抗拉强度是防止吊砂起模破坏的主要型砂性能之一。具有SLR型砂热湿拉强度试验仪（图5-15）的型砂实验室可以用它测定型砂的常温湿拉强度。使用特制的组合式试样筒（图5-16）制作试样，不需加热即可进行试验。将型砂装入特制的常温湿拉强度试样筒中，在制样机上锤击三次使试样高度为50mm。测试时

图16 常温湿拉强

度试样筒

1－托盘 2－下试样筒 3－上试样筒 4

－连接筒

图15 SLR型热湿拉

强度仪

去掉托盘和连接筒，将上下两个试样筒一起放入试样导轨中，并推至导轨终端。按下仪器的加载按钮，直至试样从上下试样筒中间被拉断，即可从记录仪上读出试样被拉断的数值。由于一般的型砂实验室中缺少测试湿拉强度试验机和特制试样筒，目前我国铸造厂较少应用。

1.5.5 劈裂强度

GB/T 2684-2009没有测定湿态劈裂强度的规定。

补充说明：

为了能够使用简单的仪器测出接近反映型砂抗拉强度的数值，将圆柱形标准试样横放，使它在直径方向受压应力（见图17），就可以得出近似抗拉强度的劈裂强度值。

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使用SWY型试验机时，将圆柱形标准试样横放在強度试验机两个加压板中间，用手托住试样以防掉落。摇动手轮，使托架与试样接触后再将手离开试样。继续加载，圆柱形试样靠近两个加压板处形成楔形砂条，迫使试样承受向两侧分裂的拉应力，直到试样开裂成两半块为止。使用SMT型试验机时，只将圆柱试样水平放置即可，不需手扶。劈裂强度计算如下：

图17 劈裂强度试验示意图

?SP?2P

?dL式中：?SP — 型砂劈裂强度,[ ?10kPa]；

P — 劈裂载荷，[N]，(1kgf =9.81N)； d — 试样直径，[5cm]； L — 试样高，[5cm]。

1.6 韧性（破碎指数）

GB/T 2684-2009没有测定型砂破碎指数的规定。

破碎指数是一种间接代表韧性的方法。使用SRQ型落球式破碎指数测定仪进行测定（见图18）。将圆柱形标准型砂试样放置在铁砧上，用一个钢球（重510g）从1 m高度砸下，砸在试样上使它碎开，并向直径为?200mm的筛圈碰撞而破碎。大块停留在筛网上面，小块通过筛网漏到底盘中。按照下式计算出型砂的破碎指数，型砂的破碎指数越大，表示它的韧性越高。

图18破碎指数测定仪结构图

1、3-钢球纵擒机构 2-钢球 4-支架 5-导管 6-试样座 7-筛圈 8-筛子 9-底座 10-机座

破碎指数=筛网上大砂块重量?100

标准试样原来重量补充说明：

⑴过去有仪器工厂用10 mm筛网制造破碎指数测定仪。用后发现筛网的网丝距离嫌稍密，在合理范围内变动膨润土量、紧实率等参数时，破碎指数的数值展开不够宽。不如将网孔中心距增大到12.7mm（2目/英寸）。

⑵该仪器工厂生产的仪器缺点是钢球落下后并不停置在铁砧上，它将继续滚落到筛网上，使一部分本来停留在网上的砂块受振击和碾压破碎通过筛网，从而影响测试结果。为了防止钢球滚落，将具有三根直立细钢丝的钢环套在铁砧上。目前尚无破碎指数测定仪器的结构标准。如将砧座突出筛网的高度减小到不超过2~3mm，并注意调整测定仪的垂直度，不加钢丝也可以减轻钢球滚落筛网的震动。 ⑶韧性反映的是将物体破坏所需做的功大小，它包含了强度和变形量两种参数。因此也可以用型砂试样受力破碎的变形量代表韧性。应用图5-12的SMT型气动型砂多功能试验机和图5-14的SJB型型剪切强度及变形量仪都可以测定出试样达到最高强度值的变形量，自动计算和显示出型砂试样破碎的功，从而代表型砂的韧性。

1.7 型砂可紧实性和流动性

GB/T 2684-2009没有测定型砂可紧实性和流动性的规定。

型砂的颗粒在外力作用下紧密靠近的性能称为“可紧实性”。型砂在外力作用下质点可以竖向和横

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向移动，越过模样的边角，通过狭窄缝隙和孔洞的性能称为“流动性”。通常流动性好的型砂可紧实性也好，二者难以严格区分。型砂的造型充填紧实方法种类繁多，所要求的可紧实性和流动性的种类并不全相同，没有统一的测试方法。以下介绍几种使用稍多的测试方法，测定装置的结构都甚简单，铸造工厂可以自行制作。

1.7.1试样重量法

最简单的测试方法是称量型砂试样的重量。测定型砂?50×50mm 标准圆柱试样的重量，可反映型砂在紧实过程中的可紧实性。重量越大，表明可紧实性越高。有些对型砂质量控制严格的工厂，要求记录下冲击型砂标准试样所用砂的重量，用来察觉型砂的“紧实流动性”是否出现变化。

同样原理，称量测定型砂紧实率后顶出的试样重量，可反映不同型砂在松散状态下流动的性能，可称为“松散流动性”。

1.7.2 试样冲击阻力法

国内日资工厂所用试验方法是将冲击?50?50mm标准试样所需型砂量置入试样筒中，先用制样机的重锤冲击两次，记下高度。再用重锤冲击一次，第三次冲击前后的试样高度减少量（mm）表示“抗缩值”。得到的数值越低，表明冲紧阻力越小，型砂的可紧实性越好。

抗缩值(mm)=标准试样锤击两次高度(mm)-锤击三次高度(mm)

1.7.3 阶梯试样硬度差法

在圆柱形标准试样筒中放置一块高度为25mm 的半圆形金属块。将110 ~120g型砂放入试样筒中，用制样机冲击三次 (如图19)。将试样筒

图19 阶梯试样法测定型砂流

动性 1—金属块 2—试样筒

翻转后先测定试样筒底盖端面A处的试样硬度，将试样顶出一半距离后再测定金属块端面B处的硬度。二者的硬度值差别越小，说明型砂向空隙中移动的流动性越好。计算公式如下：

H 型砂流动性=A?100% HB式中： HA — A处硬度值；

HB — B处硬度值。

1.7.4 环形空腔法

试验时按照圆柱形标准试样的重量称取型砂，置入专门的环形空腔试样筒中（见图20），在制样机上冲击3次。测量试样的高度，高度越小，表示型砂向侧面空腔的流动性越好。计算按下式：

型砂流动性=h0?h?100%

h0?h100式中：h0 — 流动性为0％时的试样高度，50mm； h100 —流动性为100％时的试样高度， 35mm； h — 实际试样高度，[mm]。

图20 环形空腔法测型砂流动性示意图 1－试样筒 2—环形空腔 3—型砂 4—制样机冲头

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1.7.5 漏孔法

称取170g型砂放入标准试样筒中，先在制样机上冲击1次，而后将试样

筒放在一个有?25mm漏孔柱上(见图21)再冲击2次。将从ф25mm漏孔中落下的型砂进行称量，通过漏孔落下的型砂越多，说明型砂通过孔洞的流动性越好。计算公式如下：

型砂流动性=漏砂重量?100%

试样重量1.8 含泥量

GB/T 9442?1998《铸造用硅砂》规定型砂中大于等于20?m的颗粒为砂粒，直径小于20?m的微细颗粒为“泥分”。

含泥量的测定方法是采用冲洗法，根据悬浮在水中的砂和泥分的直径大小不同，其下降速度也不同的原理将泥分与砂粒分开，称量剩余砂粒的重量即可得泥分的含量。按照Stokes公式计算颗粒在水中沉降速度，如水温为20℃，静置5min后，直径大于20?m的砂粒应沉降到距离水面100mm以下。没有沉到100 mm 以下的细粉部分则属于泥分的一部分，可用虹吸管将这部分水和悬浮的泥分吸出。经过多次反复沉降和虹吸，直到水清为止，表明砂样中泥分已洗净。

图21 漏孔法测

定型砂流动性

1－试样筒 2－型砂试样 3－冲头 4－漏孔柱

1.8.1 含泥量的测定

GB/T 2684-2009规定：称取105~110℃烘干的型砂50±0.01g（测定旧砂含泥量时，如不需要进行粒度测定，可称取20±0.01g），放入容量为600mL的专用洗砂杯（图22）中，再加入390mL蒸馏水和10mL 5%焦磷酸钠溶液。在电炉上加热后从杯底产生气泡能带动砂粒开始计时，煮沸约4 min冷却至室温。将洗砂杯放置于涡旋式洗砂机（见图23）托盘上锁紧，洗砂机的搅拌叶片材质为硅橡胶，厚度5mm，直径21mm。搅拌15min后取下洗砂杯，再加入清水（自来水）至标准高度125mm处，用玻璃棒搅拌约30s，静置10min，虹吸排水。第二次仍加入清水至标准高度125mm处，玻璃棒搅拌约30s、静置10min后虹吸排水。第三次及以后的操作与第二次相同，但每次仅静置5min，虹吸排水。（若测试结果要求非常精确时，可根据下表所列不同水温选择精致时间）。这样反复多次，直至洗砂杯中的水透明不再带有泥分为止为止。 水温/℃ 静置时间/s 10 12 14 315 16 300 18 290 20 280 22 270 24 255 340 330 图22 洗砂杯

1-虹吸管 2-洗砂杯 3-液面 4-标准液面高度

最后一次将洗砂杯中的清水排除后，把试样和余水倒入直径为100mm左右的玻璃漏斗（漏斗中装有定性滤纸）中过滤，将试样连同滤低置于玻璃皿中，在电烘箱中烘干至恒重（温度为105℃～110℃条件下烘60min后，称其质量，然后每烘15min称量一次，直到相邻两次之间的差数不超过0.01g时为恒重）。烘干后置于干燥器内，待冷却至室温时称量，称量后的试样置于干燥器内备用。

图23 SXW型涡旋式洗

砂机

1—电源开关 2—机体3—定位扳手 4—托盘 5—阻流棒 6—搅拌轴 7—洗砂杯 8—电动机

1.8.2 结果表述

含泥量以质量百分数X2计，数值以%表示，按下式计算：

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X2=G3?G4?100 G3式中： G3 — 水洗前试样质量，单位为克(g)； G4 — 水洗后试样质量，单位为克(g)。

补充说明：

⑴应当使用专用的600mL洗砂杯(耐热玻璃高烧杯)，不要用500mL普通玻璃烧杯。否则沉降距离不够100mm，或者水面100mm之下与沉淀砂粒距离太近，容易将砂粒虹吸掉。经验表明高度为180mm的800mL耐热玻璃洗砂杯更好用，试料液体不易沸出，也便于用手搬动。

⑵开始时烧杯中加有390mL蒸馏水或去离子水，不用自来水的原因是硬度较大的自来水中含有钙和镁离子，型砂和旧砂在碱性溶液中能够生成絮状的钙盐和镁盐等固体析出物。飘浮的絮状物容易夹杂砂粒，虹吸时会被吸掉而造成测定误差。

⑶加入10mL浓度为5％的焦磷酸钠(Na4P2O7?10H2O)溶液的作用为的是分散开砂粒上包覆的膨润土。 ⑷为了使砂粒上的粘土膜完全分散，杯中液体需进行煮沸处理。按照GB/T 2684-1981的规定应当煮沸3～5min，冷却后再在涡洗式洗砂机搅拌15min。研究工作表明，搅拌作用有利于打散絮状物，但也有可能将砂粒打碎。如将煮沸时间保持为5min，就可使泥分完全分散，不再需要用洗砂机搅拌。洗砂烧杯的加热应当在垫有石棉网垫和装有调压器的盘式电热炉上，沸腾时应当及时降低电压和用手照料烧杯，以免澎溅和烧杯蹦跳。

⑸烧杯中液体冷却后，加入清洁自来水至标准高度125mm处。用竹木筷子或细塑料棍搅拌均匀，不必使用玻璃棒搅拌，以免操作不慎而捅漏玻璃烧杯。搅拌以后开始静置，应注意搅拌时液面不可形成漩涡，并尽量使沉淀下的砂层平坦无凸起处。静置10min后用虹吸管吸出距水面下100mm以上的混水。吸水时最好使虹吸管的入口端紧贴烧杯内壁逐渐下降，以便监察下降深度。不可将虹吸管一下插到底，以免水流过猛而吸出砂粒。第二次可以只加清水，不加焦磷酸钠溶液，也不需煮沸，只用手搅即可，然后静置10min和虹吸。从第三次起改为静置5min，直到洗砂杯中水质清澈不含泥分为止。

⑹ AFS型砂试验手册中介绍的自动洗泥仪（图24）将分散完成的洗砂杯放置

在仪器的杯座上，仪器自动从上方进水管加水，靠水流的冲击力使砂样分散悬浮于水中，杯中水位用传感器自动控制。水充满后自动按照程序规定时间静置，然后距离杯底25mm的吸水管自动将上部水抽空。如此反复冲洗直至上部水澄清时停止操作。国内有些单位已有这种进口仪器在使用。 ⑺测定含泥量所引用砂粒在水中沉淀速度的Stokes公式中，虽然水的密度和粘度随温度有一些变化。但砂样中硅砂的石英、长石密度并不相同，煤粉的真密度只有石英的一半左右，对沉降速度影响甚大。因此，测出的型砂含泥量只是近似值，铸造工厂在日常检测中不需要随水温而改变静置时间。 ⑻把试样和余水倒入装有定性滤纸的玻璃漏斗中过滤的工序比较费时。可以把玻璃杯中剩余水细心倒出，把玻璃杯连同砂子一起放进烘干炉烘干，然后用刷子把砂粒扫下来称量即可。或者把玻璃杯中水和砂子一同倒入搪瓷盘中，再倾出剩余的水后，置入烘干炉烘干。

图24 自动洗砂仪

1.9 砂粒的粒度

1.9.1 粒度测定

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按照GB/T 2684-2009的规定，将振摆式筛砂机（图5-25）或电磁微振式筛砂机（图5-26）的定时器旋钮旋至筛分所需要的时间位置（如采用电磁微振式筛砂机筛分时，同时要旋动振频和振幅旋钮，使振幅为3mm）。将测过含泥量的试样放在全套的铸造用试验筛（其型号、筛号与筛孔基本尺寸应符合下表的规定）最上面的筛子（筛号为6）上，进分筛分。筛分时间12~15min。当筛砂机自动停车时，松

图25 SSZ振摆式筛砂机

1-电动机及齿轮箱 2-振筛架 3-试验筛

动紧固手柄，取下试验筛，依次将每一个筛子以及底盘上所遗留的砂子，分别倒在光滑的低上，并用软毛刷仔细

地从筛网的反面刷下夹在网孔中的砂子。称量每个筛子上的砂粒质量。

型号 筛号 筛孔尺寸/mm 型号 筛号 筛孔尺寸/mm SBS01 6 3.350 SBS01 70 0.212 SBS01 12 1.700 SBS01 100 0.150 SBS01 20 0.850 SBS01 140 0.106 SBS01 30 0.600 SBS01 200 0.075 SBS01 40 0.425 SBS01 270 0.053 SBS01 50 0.300 —— 底盘 —— 图26 SBS电磁微振式

筛砂机

1.9.2 结果表述

粒度组成按每个筛子上砂子质量占试样总质量的百分率进行计算。将每个筛子及底盘上砂子质量与含泥量试验前后试样的质量差(G3-G4)相加，其总质量不应超出(50±1)g，否则试验应重新进行。

1.9.3 平均细度的计算方法

首先计算出筛上停留的砂粒质量占砂样总量的百分数，再乘以下表所列的相应的细度因数，然后将各乘积相加，用乘积总和除以各筛号停留砂粒质量百分数的总和，并将算得数值取整，其结果即为平均细度。

筛号 细度因数 6 3 12 5 20 10 30 20 40 30 50 40 70 50 100 70 140 100 200 140 270 200 底盘 300 计算公式如下：

平均细度=?Pn?Xn ?Pn式中：Pn — 仼一筛号上停留砂粒重量占总量的百分数； Xn — 细度因数； n — 筛号。

计算示列：

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砂样重量：50.0g 泥分重量：0.56g 砂粒重量：49.44g 筛号 各筛上停留量 g 6 12 20 30 40 50 70 100 140 200 270 底盘 总和 0 0.06 1.79 4.99 7.09 12.85 15.57 3.97 1.85 0.79 0.09 0.39 49.44 % 0.00 0.12 3.58 9.98 14.18 25.70 31.14 7.94 3.70 1.58 0.18 0.78 98.88 3 5 10 20 30 40 50 70 100 140 200 300 0 0.6 35.8 199.6 425.4 1028.0 1557 555.8 370.0 221.2 36.0 234.0 4663.4 细度因数 乘积 平均细度=4663.4=47

98.88补充说明：

⑴新标准的网孔尺寸与我国以前的JB 435-63和JB 2488-78有一些差异，例如JB 2488-78的12和75号筛的网孔尺寸分别为1.60mm和0.200mm，而新标准的相应筛号12目和70目的网孔尺寸分别为1.70mm和0.212mm。但差别不大，只要旧筛没有变形和漏孔，就可以继续使用。

⑵由于筛网的制造需要使用特制的和尺寸精密的装置，目前尚缺乏对铸造用标准筛产品品质的有效检查监督。工厂实验室在进行筛分试验以前，应当注意检查筛网有无破损或网孔变形。筛分试验后需注意测定结果有无异常之处。例如在某一中间筛网上出现经常性缺少停留量的奇特现象，这可能是由于筛号排列错误。也可能是该筛的筛网有漏洞或不易察觉的裂缝，需要用焊锡或环氧树脂修补。 ⑶用软毛刷从筛网的正面和反面刷下砂粒时，会有一些砂粒夹在网孔中间不被刷下，可以任其停留。切不可用尖锥捅下，或用力敲击筛子，以免筛网变形。

⑷我国有些铸造工厂仍然习惯使用简单的首尾筛号法表示砂子粒度，以主要粒度组成的三筛或四筛的首尾筛号表示，如50/100或50/140。

1.10 有效膨润土量测定方法

膨润土中所含的蒙脱石具有强烈的吸附金属离子和色素的性能，其中以亚甲基蓝的吸附量最大，而依利石、高岭石等粘土矿物的亚甲基蓝吸附量很小，石英砂的吸附量极少。因而可以用亚甲基蓝吸附量（简称为吸蓝量）来鉴定膨润土的品质，也可用来检验型砂和旧砂中有效膨润土含量。根据JB/T 9227-1999《铸造用膨润土和粘土》和JB/T 9227-1999《铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉》的规定，测定型砂的亚甲基蓝吸附量和有效膨润土含量计算方法的步骤综合简述如下：

1.10.1 测定型砂的吸蓝量

配制浓度0.200％的亚甲基蓝（试剂纯）溶液和浓度为1％的焦磷酸钠（化学纯）溶液备用。称取105℃～110℃烘干至恒重的型砂（旧砂）5.00g，置于250mL三角烧瓶中，加入50mL蒸馏水使其预先润湿。再加入浓度为1％的焦磷酸钠溶液20mL，摇匀后在置有石棉网的盘式电炉上煮沸5min，在空气

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中冷却到室温。⑶用滴定管向试料液中滴入亚甲基蓝溶液。第一次可滴入预定量的2/3左右，用手摇晃烧瓶30s，使亚甲基蓝被膨润土充分吸附。用玻璃棒沾一滴溶液滴在滤纸上（定量中速滤纸）。在滤纸上液滴直径最好为10～15mm左右。观察在深蓝色圆点的周围有无出现淡蓝绿色的晕环（见图27），如未出现，表明膨润土的吸附尚未饱和。以后每次滴入1～2mL，摇晃30s左右，再用玻璃棒沾一滴溶液点在滤纸上。反复操作，直至出现晕环后静置2min，假如晕环不消失，表明已达饱和点；否则每次继续滴入1mL，直至晕环保持稳定为止。此时滴定总量即为型砂（旧砂）的吸蓝量[mL]。

图27 滤纸上液

滴图

1.10.2 有效膨润土含量计算

取车间所用的原砂和膨润土105℃～110℃烘干至恒重后，分别在5个250mL的三角烧瓶中加入膨润土0.10、0.20、0.30、0.40、0.50g，及硅砂4.90、4.80、4.70、4.60、4.50g，使每份原砂和膨润土总量为5.00g，分别测试出各自滴定量。以试料中膨润土加入量（％）为横坐标，亚甲基蓝溶液滴定量（mL）为纵坐标，绘制标准曲线（见图28）。由5.00g型砂（旧砂）的亚甲基蓝滴定量查出有效膨润土含量。

补充说明：

⑴亚甲基蓝为分析纯（≥98.5％或≥98%），用滴定法检验有效膨润土量时可视为纯品，并不需要将吸蓝量的测定结果折算成100%纯度亚甲基蓝的滴定量。生物染色用亚甲基蓝的纯度可能只有60～80％，不可使用于测定吸兰量。

⑵机械行业标准JB/T 9227?1999的规定要求配制亚甲基蓝溶液前将亚甲基蓝试剂在93?3℃烘干至恒重是错误的。美国石油学会标准考虑到所用亚甲基蓝含结晶水数量不完全是分子式中的3H2O，还可能搀杂有少量含2、3、4和5个结晶水的亚甲基蓝，为了确定所用美国药典级亚甲基蓝的分子量是否偏离373.89，将亚甲基蓝在200?5 F（93?3℃）烘干至恒重，作为配制滴定溶液时修正亚甲基蓝称取量。并不将配制滴定液用亚甲基蓝试剂烘干以免变质。

⑶美国铸造学会规定滴定用亚甲基蓝溶液浓度为0.374％。笔者当年考虑到亚甲基蓝溶液色泽较深和不透明。配制溶液时难以看清楚亚甲基蓝晶体是否已完全溶解。因此将溶液浓度降低到0.20％，可以确保不需加热即可充分溶解。

⑷配制好的亚甲基蓝溶液应当倒入暗棕色玻璃瓶中贮放，否则也会逐渐变质。如果配制的亚甲基蓝溶液较长时间尚未用完，最好选取一种膨润土作为标样，烘干后装入有盖容器和放入干燥器中存放，测定膨润土标样0.20g的当时吸蓝量与用刚配制亚甲基蓝溶液滴定量对比，即可察觉是否已开始变质。由此可以得出所用亚甲基蓝滴定溶液的校准系数。

⑸ JB/T 9221-1999规定出现晕环后将试样静置2min，而欧美各国铸造方面标准则要求摇晃或搅拌2min，可以使膨润土的吸附更加充分。建议采取摇晃2min。

⑹上世纪70年代初期清华大学建议称取烘干和磁选除掉铁粒的型砂或旧砂试料5.00g进行吸蓝量检验。但是如今高密度造型的型砂湿压强度可能是那时的一倍左右，型砂中有效膨润土含量可能高达7~12%，对于5.00g砂样所需要的0.20%浓度亚甲基蓝溶液的滴定量都超过50mL，需要向50mL滴定管中补充

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图28 有效膨润土标准曲线

加入滴定液，给试验操作带来不便。建议将砂样重量减少一半，改为称取2.50g，测得结果乘以2仍然代表滴定量。

⑺绘制有效膨润土量标准曲线方法是比较繁琐的。可简化为只取0.30 g膨润土与4.70 g硅砂混合，将测出滴定量除以6即可得出每1.00%有效膨润土的亚甲基蓝滴定量[mL]。由此可以方便地计算出型砂的有效膨润土含量[%]，已能满足铸造生产控制型砂性能的需要。

1.10.3 可用粘土和工作粘土

自五十年代末期起，美国有些人通过有关砂、膨润土、水系统的试验研究工作结果绘制成网格图，从图中推导出型砂总的粘土量（可用粘土），以及真正起着粘结砂粒作用的粘土量（工作粘土）。后来经过几次修改，将原来得出的“粘土”改称为笼统的“粘结剂”。并以“AB”代表砂中总的粘结剂量（可用粘结剂），以“WB”代表正在起粘结作用的粘结剂量（工作粘结剂）。由图推导出AB和WB的两个计算公式，将湿压强度的单位折算成国际计量单位后表示如下： AB[％]= (1.5729?GCS) ?(1.316?MOIST); WB[％]= (221.6?GCS) / (132.1?COMPACT) 式中：GCS –– 湿压强度，[kPa]； MOIST –– 型砂含水量，[%]； COMPACT –– 紧实率，[%]。

到80年代末期起，考虑到湿型砂中大多数含有煤粉，膨润土含量已超过绘制原图时的5~7%，而且在美国天然钠基膨润土和钙基膨润土是按不同比例掺合使用，砂粒分布也分散到4~5筛，混碾效率有所提高。因而绘制出的图形由两组不规则的粘土量弧线和波浪形紧实率线条组成，难以用简单的数学式计算出AB和WB。目前我国有些外资铸造工厂仍然采用上述计算式估计型砂中整体粘土量和起作用粘土含量。

1.11 有效煤粉量和发气量

上世纪六十年代初期，当时分析了煤粉防铸铁件粘砂作用机理，认为主要靠的是挥发分，因而用测定型砂或旧砂受热挥发出气体的容积来计算有效煤粉含量。后来为了便于自动显示和记录，将检测发气容积改为发气压力，研制出SFL型发气性测定仪（工作原理见图29）。

1.11.1型砂发气量测定

JB/T 9221-1999《铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉》规定，测定型砂（旧砂）的有效煤粉量时，将测定仪升温至900℃，称取生产所用煤粉0.10g，置于不锈钢舟内（如使用瓷舟，需预先在1000℃灼烧30min，冷却后在干燥器中保存）。然后将盛有试样的不锈钢舟放入发气性测定仪的石英管红热部分，立即塞上胶皮塞，保温7min，记录下试料的发气量。按上述同样方法测定0.01g膨润土及其它附加物的发气量。最后，再按上述方法测定除去含铁物质和风干过的1.00g型砂（旧砂）的发气量。

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图29 SFL型发气量测定仪原理图

1-温度控制仪 2-热电偶 3-管式加热炉 4-不锈钢舟 5-石英管 6-冷凝器 7-缓冲瓶 8-微压传感器 9-记录仪

1.11.2 试验结果计算

有效煤粉量可用下式计算：

X?Q1??Q?100

Q式中：X－ 型砂（旧砂）中有效煤粉含量，％； Q1－ 1.00g型砂（旧砂）的发气量，mL；

∑Q－

1.00g型砂（旧砂）中除煤粉外的膨润土和其它附加物的总发气量，mL；

Q－ 0.01g煤粉所产生的发气量，mL。

补充说明：

⑴按照JB/T 9221-1999规定称取的煤粉量0.01 g，这就要求使用感量为0.001g的精密天平。但是0.01 g煤粉的发气量只有3.0～4.5 mL，位于仪器微压计的非敏感范围，容易形成误差。应当称取煤粉0.10 g，相当于1 g型砂中含有煤粉10％。发气范围在30～45 mL之间，测定结果除以10，即为每1％有效煤粉的发气量。

⑵烘干的型砂（旧砂）应先磁选除掉铁粒，将粗粒和粉末部分的试料均匀称取1.00g装入不锈钢舟（或瓷舟）中。注意送样钩的长度需能使试料舟准确送至管中心。

⑶刚开始测试时应将装有1g左右型砂的不锈钢舟推入石英管中加热，使所产生的还原性气体置换掉管中流入的空气。这种操作需反复两、三次，然后才进行正式检验，否则煤粉发出的还原性气体将与管中残留空气中氧气进行燃烧而产生严重试验误差。

⑷试验完毕后，应将石英管口立即打开，防止温度下降时测试系统中产生负压而损坏微压传感器。 ⑸上述计算式中的∑Q考虑到膨润土和其它附加物的发气量，使测试和计算复杂化。有效煤粉的测试并不要求过分精确，两位有效数字即可满足型砂性能控制。膨润土受热析出的气体主要是水分，已经在仪器中冷凝而不占容积。其它附加物如型砂中混入的溃散砂芯受热会发出还原性气体，也同样起防止铸件粘砂作用，可以与煤粉一并考虑。膨润土中可能含有少量碳酸盐，受热发气比起煤粉挥发分的发气量相对较少。因此在日常生产中可以将∑Q一项删掉，简化计算式。 ⑸长期使用后，仪器胶管老化或石英管破裂使测试出现异常现象时，应将50mL注射器安装在石英管口上，注入约50mL气体，如果5min内记录仪指针变化大于1小格，说明检验检测系统有漏气。应当立即请仪表工修理和重新校准。

⑹有的工厂感到SFL型发气量测定仪价格较贵，难以购置。笔者当年使用的简易仪器如图30。这种仪器结构简单，能够自行制作。加热瓷管虽然不如石英管耐用，但细心使用至少可用几百次不坏。尽量挑选使用厚度均匀的瓷舟，保证发气速度基本一致。用细不锈钢焊丝（铁丝也可以）按照图31自制试样钩，测定时试样钩与瓷舟一同留在加热瓷管内，试验完后一同拔出，使操作大为简化。

⑺仪器结构还可以取消冷凝管，使自行制作更为简化。冷凝管的作用本来是使水汽凝结成液态而不占体积。但在多年使用中尚未发現橡胶管和冷凝管中有积留水分。因为发气容积只占瓷管出口端很短的一小段（长度不超过70～100mm），这段气体仍然是低温

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图30 简易型砂发气量测定仪

1—管式电炉；2—瓷舟；3—冷凝管；4—液压平衡瓶；5—滴定管

图31 瓷舟试样钩

的，并不含有水蒸气。离开高温区的水蒸汽在瓷管低温部位已经凝聚成液体水。试验结束后凝聚水分会逐渐蒸失跑掉。

1.11.3 灼烧减量法

有些外资铸造工厂靠测定型砂或旧砂的的灼烧减量(简写为LOI)代表铸铁用湿型砂的抗粘砂能力。虽然得不出具体的有效煤粉量时，实验操作也比较费，但可利用化验室的设备和器材，仍为可行方案之一。根据GB/T 2684-2009检测方法如下：

将型砂在105℃～110℃烘干至恒重，称取约1g，精确到0.0001g，置于已恒重（两次灼烧称量的差值≤0.0002g）的坩埚中，放入高温箱式电阻炉中，从低温开始逐渐升温至950℃～1000℃，保温1h，取出冷却，立即放入干燥器中，冷却至室温并称重。重复灼烧（每次15min）称重，直至恒重（两次灼烧称量的差值≤0.0002g为恒重）。

灼烧减量以质量分数X3计，数值以%表示，按下式计算：

X3?G5?G6?100

G7式中：G5 —灼烧前试样和坩埚的质量，单位为克(g)； G6 —灼烧后试样和坩埚的质量，单位为克(g)； G7 —试样的质量，单位为克(g)。

补充说明：

⑴铸造生产要求型砂灼烧减量的数值只要三位数字（小数点后两位）即可。GB/T 2684-2009检测方法的规定似乎过分精确，实际上使用精度为0.001g（甚至0.01g）天平已然够用。型砂经过105℃～110℃烘干约1h，储放在干燥器中即可取来称量，不须烘干至恒重。但炉子应当有空气流入的通道，否则燃烧可能不完全。

⑵注意不可将盛有型砂的坩埚直接放入高温的电阻炉中，以免型砂中煤粉爆燃。美国铸造学会的《砂型和砂芯实验手册，第3版，2001》规定在约260℃的马福炉中开始放入盛有试料的坩埚。逐渐升温至982℃，保温2h。还规定炉子需要有通气孔使空气流入。

图32 SLR型热湿拉强

度仪原理示意图

1.12 热湿拉强度

GB/T 2684-2009没有热湿拉强度测定方法的规定。仪器厂生产的SLR型热湿拉强度试验仪从型砂试样的一端加热，使表层型砂所含水分蒸发，向内迁移和凝聚形成低抗拉强度的高水层后，测定其抗拉强度。仪器的原理示意见图32。试样筒结构为组合式(见图5-33)。端部有一个开放的浅环，中间一段为试样筒环，另一端为连接筒。型砂试样在此专用试样筒中冲紧后留在浅环和试样筒环之内。测试时去掉托盘和连接筒，使浅环端向下推送到仪器的规定位置，此处有导轨可以卡紧浅环的法兰。温度为 320±10℃的加热板升起顶紧其中的型砂试样，与试样的端面直接接触。加热20s后，水分向上迁移，在浅环与试样筒环的连接面处形成低热湿强度的高水凝聚区。仪器的测力传感器通过吊架提起试样筒环上方的环形凸缘，受到拉力作用时，型砂将从最薄弱的截面断开。测得的最大拉应力除以截面积即为热湿拉强度。清华大学新研制的热湿拉强度测定仪器改为采用压缩空气为动力源，使用油缸和气缸为主要传动部件，加载平稳、结构简单、操作方便。

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图33 热湿拉

试样筒装配图 1—托盘 2—浅

环 3—试样筒环4—连接筒

补充说明：

⑴型砂的热湿拉强度对含水量也是很敏感的，为了保证得到准确的试验数据，型砂应放在密闭容器中以保持原来的含水量。试验前要过筛，以免砂中团块处于凝聚区中而使测定值造成严重偏差。过筛和制样时动作要迅速，以防水分降低。

⑵试验前要检查加热板上表面是否清扫干净，与试样筒的加热面是否紧贴。如果间隙较大，将导致测试结果偏低。应将仪器面板拆下，将仪器右测电热板上升限位微型开关少许上调，使加热板上升后其上表面正好紧贴试样的上表面。

⑶热湿拉强度试验仪是一种精密仪器，其记录仪、传感器、温度控制仪及热电偶等仪器及元件，需定期校验和维护，以保持应有的精度。

⑷由于测定型砂热湿拉強度需使用专门仪器，很多中小铸造工厂的型砂实验室不进行此项检验。一般认为只要使用品质较好的钠化膨润土，热湿拉強度和抗夹砂性不应出现问题。

2 原砂

2.1 原砂的标准

按照国家标准GB/T 2684-2009《铸造用原砂及混合料试验方法》的规定，同批铸造用原砂宜选取平均样品。散装原砂的样品是在火车车厢、船舱、汽车或砂库的砂堆中，从离边缘和表面200~300mm的各个角及中

心部位，用取样器选取样品；袋装原砂的平均样品由同一批量的1%的袋中选取，但不得少于3袋，其总质量不得少于5kg（同时根据检测项目的不同可做适量的增加）。如果根据外观观察，发现对某一部分原砂的质量有疑问时，应单独取样检验，不选择结块（可以明显看出砂粒的聚集）的，并且要除去可见杂质。所选取样品须注明其名称、批号、产地、采取样日期及采样人姓名；对有疑问的样品，检验后，剩余样品保存3个月，以备复查。

检验所需的试料用“四分法”或SBF型分样器从样品中选取。试样量根据检验项目而定，但不得少于1kg。所谓四分法选取试样，即将样品堆积成圆锥体，并拍成圆饼形，然后沿直径方向切成四等分，去掉两个相对部分，将剩下的两部分混合后再按上述方法重复进行，直到获得试验所需量为止（见图34）。

检验所用试样须经105℃~110℃烘干至恒重，并存放在干燥器中，以备检验。

国家标准GB/T9442–1998《铸造用硅砂》规定铸造用硅砂是以石英为主要矿物成分，粒径为0.020～3.35mm的耐火颗粒物。标准中包括铸造用硅砂的牌号、技术要求、试验方法和检验规则等。在本节中仅简单摘要介绍标准中与湿型砂铸造有关部分： (1)二氧化硅含量做为主要验收依据，分级见下表：

分级代号 最小SiO2含量[％] 98 98 96 96 93 93 90 90 85 85 图34 四分法选取试料示意图

(2)含泥量应符合下表的规定，其中：水洗砂含泥量质量分数不大于1.0％，擦洗砂不大于0.3％，精选砂不大于0.2％。供方必须提供每批砂的加工方法（如水洗、擦洗等）。

分级代号 最大含泥量[％]

0.2 0.2 0.3 0.3 18

0.5 0.5 1.0 1.0 2.0 2.0 (3)颗粒形状根据角形因数分级见下表。角形因数S是由实际比表面积SW和理论比表面积ST按下式计算出： S = SW/ST

形状 分级代号 角形因数 圆形 ○ ≤1.15 椭圆形 ○–□ ≤1.30 钝角形 □ ≤1.45 方角形 □–△ ≤1.63 尖角形 △ >1.63 ⑷粒度采用铸造试验筛进行分析，其筛号与筛孔尺寸符合下表。主要粒度组成部分三筛不小于75％，四筛不小于85％。

筛号 筛孔尺寸 [mm] 6 3.35 12 1.70 20 0.850 30 0.600 40 0.425 50 0.300 70 0.212 100 0.150 140 0.106 200 0.075 270 0.053 底盘 –– (5)牌号–––铸造用硅砂的牌号表示如下：供方应将牌号写入质量证明书和包装袋上。

ZGS ??–???/???(???) 平均细度值

主要粒度组成的尾筛筛号 主要粒度组成的首筛筛号

SiO2分级代号

“铸、硅砂”三字的汉语拼音第一个字母

例如“ZGS 93–40/100（53）”表明是铸造用硅砂；最小SiO2含量93％；主要粒度组成为四筛分布，其首筛筛号为40，尾筛筛号为100，平均细度值为53。

(6)其它技术要求–––袋装烘干的铸造用硅砂，含水量不得大于0.3％，须使用内有塑料袋衬的双层包装。若需方要求对本标准未列项目(如：杂质含量、微粉含量、烧结点、灼减量等)有特殊要求，供需双方可在订货协议中规定。

(7)检验规则–––铸造用硅砂各项试验取样方法按GB/T2684–2009第五章的规定进行。每批质量大小根据供货情况确定，每批一般不超过60 t，特殊情况供需双方协商解决。对于每批硅砂都必须提供产品质量合格证。供方所供应的每批铸造用硅砂都应按本标准规定的技术要求进行检验，并将检验结果和牌号写入质量合格证内。需方可根据本标准进行硅砂质量检验，如检验结果中任一项指标不符合标准规定时，应在同批产品中重新加倍抽样进行复检。复检结果仍不符合规定时由供需双方协商解决或委托仲裁单位裁定，仲裁单位由双方协商选定。

(8)包装–––铸造用硅砂是否需采用袋包装由供需双方协商确定。包装的重量分为：25、40、50kg和集装袋四种。包装袋上应标有：a）“ 铸造用硅砂”的字样；b）牌号；c）质量，kg；d)供方全称或商标。

2.2 含水量

按照标准GB/T 2684-2009，含水量测定方法用快速法或仲裁法。与型砂性能检测的“1.2 含水量检测”相同。

2.3 原砂含泥量的测定

与 “1.8 型砂含泥量测定”相同，但须注意

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⑴测定新砂含泥量时，需称量105~110℃烘干的砂样50 ? 0.01g。为了保证取样均匀，防止试料偏析，最好称取未经烘干的新砂，另外测定其含水量和折算出经烘干砂样真实重量。

⑵盛有原砂的洗砂烧杯在加热煮沸时，最易强烈震动和蹦跳。应当在垫有石棉网垫和装有调压器的盘式电热炉上加热，开始沸腾时应当及时降低电压，并且在沸腾时注意用手扶持烧杯，以免烧杯跌落摔碎。

2.4 原砂粒度

与 “1.9 砂粒的粒度”相同，

湿型用原砂的砂粒不应过分集中在一两筛上，通常希望原砂的主要粒度为3~4筛分布。所谓“一筛”是指在该筛上停留量≥10%而言。还希望三筛停留量之和不小于75％，四筛停留量之和不小于85％，单筛上停留量不大于40%。

补充说明：

但简易估计来货粒度是否改变的办法是称取原砂200g，盛入碗中加水6mL，用小勺或其他工具稍加搅拌使基本均匀。称取约160g，用锤击式制样机制成高度50mm的标注试样，安装在透气性仪器上测透气性，即可估计出原砂粒度有无明显变化。

2.5 砂粒形状的测定

我国的国家标准GB/T 9442-1998中提出用角形因数形容原砂的形状，并在附录B中给出角形因数的测定方法。其原理是等体积的各种几何形体中，球形的表面积最小。因而可以用砂粒的实测表面积与同体积假想圆球表面积的比值来表示砂粒偏离圆球的程度。比值为1时，砂粒为圆球形，比值越大于1，形状就越呈尖角形。角形因数(S)是单位重量原砂的实测表面积(即实际比表面积Sw)与单位重量等粒径等体积假想圆球的表面积(即理论比表面积ST)的比值，即 S = Sw/ST 。实际比表面积的测定通常用通气法。用U形管式测定仪器的测定技术和结果计算都比较复杂，仪器的常数也需专门校准测定。因此，一般铸造工厂不适合测定角形因数，而使用光学放大镜更为方便地判断砂粒形状。

2.6 原砂的SiO2含量

硅砂的SiO2含量由化学分析实验室按照GB/T 7143―1986进行，不属于型砂实验室工作范围。

3 膨润土检测技术

3.1 膨润土的行业标准

机械行业标准JB/T 9227–1999《铸造用膨润土和粘土》中，对膨润土的分类、技术要求、试验方法、检验规则等做出了规定。现综合摘要介绍如下。

铸造用膨润土按其主要交换性阳离子分为四类。以膨润土代号“P”及主要交换性阳离子的化学元素符号来表示不同类别的膨润土。如某一交换性阳离子占阳离子交换容量总量的50％或以上时，称其为主要交换性阳离子。如不足50％，就以其中含量相对较多的两种阳离子做为主要交换性阳离子。表示时含量较多的阳离子符号在前面。铸造膨润土的分类如下表所示：

代号 类别 PNa 钠膨润土 PCa 钙膨润土 PNaCa 钠钙膨润土 PCaNa 钙钠膨润土 20

根据测得工艺试样的湿压强度值和热湿拉强度值将膨润土分级如以下两表。

等级代号 工艺试样湿压强度值[kPa] 等级代号 工艺试样热湿拉强度值[kPa] 10 >100 25 >2.5 7 > 70～100 20 >2.0～2.5 5 > 50～70 15 >1.5～2.0 3 ≥30～50 5 0.5～1.5 工艺试样湿压强度和热湿拉强度的型砂配方为标准砂100％、膨润土5％、控制紧实率45?2％。行业标准要求各种牌号的铸造用膨润土应符合以上两表中的湿压强度值和热湿拉强度值的规定。还要求铸造膨润土的吸蓝量至少应为每100g膨润土吸附20g亚甲基蓝。按pH值的不同，膨润土可分为酸性和碱性两类，分别用S和J表示。膨润土的牌号以强度值等级表示。前者为湿压强度值等级，后者为热湿拉强度值等级。例如湿压强度值为30~50 kPa，热湿拉强度值为0.5~1.5 kPa的酸性钙膨润土，其牌号为PCaS–3–5。此外还规定膨润土的含水量应不大于12.0％，冬季允许不大于15.0％。膨润土重量的95％以上应通过200目铸造用试验筛。

按照JB/T 9227-1999《铸造用膨润土和粘土》的规定，每批产品的取样按随机取样法进行。取样数不得低于(n/2)1/2。n为交货产品的袋数。每批取样数不得少于2个样品，从每袋中取出样品不得少于1kg。试验用料从选取的样品中，由四分法获得。其重量可由试验项目决定，但不得少于1kg。供方应按本标准所规定的牌号和技术要求生产供应。除供测定含水量用的试料外，进行其它检验用的试料须在105～110℃烘干2h。烘干时试料厚度不大于15mm。然后将烘干的试料存放于干燥器内，以备进行试验。对于选取的试样须注明其名称、产地及取样日期。试验后所剩样品应保存3个月以备复查。

补充说明：

⑴区分工厂到货的粘土是属于普通粘土、钙基膨润土或钠化（活化）膨润土的简易方法：取10g左右粘土与30ml水放置入杯中调和成粘土浆，然后加入0.5g Na2CO3粉末（工业级即可），再搅拌均匀。如果加Na2CO3前是稀汤状，加后也不变稠，表明土样是普通粘土。如果加水后是稀糊状，加Na2CO3后变成膏状，就肯定是钙基膨润土，因为能够被钠化处理而变稠。如果加水后已经成膏状，加Na2CO3后粘稠程度无明显变化，则表明土样是钠基（钠化、活化）膨润土。

⑵区分活化膨润土与天然钠基膨润土的简易方法：将少许膨润土装入试管中，加入浓盐酸液，天然钠基膨润土含有的碳酸盐（主要是碳酸钙）不足1%，加盐酸后无明显变化。而用3.5～4%碳酸钠活化处理的膨润土会发出大量气泡，因为置换出来的碳酸钙和残留的碳酸钠遇到浓盐酸都会发出CO2气体。

3.2 膨润土含水量

含水量试验方法和计算按照GB/T 2684-2009《铸造用原砂及混合料试验方法》的规定，与型砂性能检测的“1.2 含水量检测”相同，烘干温度为105℃~110℃。

3.3 膨润土粒度

根据标准规定，商品膨润土重量95％以上应通过200目（0.075mm）筛孔。称量烘干后的试料20.0g ，放置于干燥的试验筛中，水平运动筛子，可用木块轻轻敲打筛框，给筛网以振动。充分筛分后称量筛上剩余物，按下式计算。

过筛量=取料量—剩余量?100%

取料量补充说明：

气候潮湿时，膨润土过筛相当困难，可将膨润土和筛子一同在105～110℃电烘箱中加热后趁热过

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筛，冷却后称量。

3.4 膨润土的湿态粘结力

铸造工厂型砂实验室最常用的检测膨润土湿态粘结力方法有两种：型砂试样湿强度法和吸蓝量法，现分述如下：

3.4.1 工艺试样湿强度法

检测湿型砂试样抗压强度是判断膨润土湿态粘结力的最直接方法。根据机械行业标准JB/T 9227?1999的规定：称取标准砂（JB/T 9224）2000g，膨润土100g，放入实验室用碾轮式混砂机中，干混2min，加水40mL，再继续混碾8 min后测定紧实率。当紧实率小于43%时，可加少量水（可按每mL水达到1.5%紧实率计算）。再混碾2 min，检查紧实率。若紧实率大于47%，将试料过筛1~2次，再检查紧实率。紧实率在45?2％范围内即可。将混制好的型砂盛入有盖的容器中或扎紧的塑料袋中，放置10min后冲制标准工艺试样，放置时间不超过1h。

补充说明：

⑴有些铸造工厂在检测膨润土的粘结力时仍然按照1978年旧专业标准，采用固定加水的办法，这会造成明显的误差。因为各种膨润土的吸水能力并不相同，在同样的含水量下，不同膨润土的型砂可能显得干湿状态不同。而且型砂的“加水量”和实际测得的“含水量”不同。环境比较潮湿和混砂机较湿润时，配制出的型砂含水量和加水量可能相差不太多。但天气较干和有风的环境中，含水量会比加水量低的多。最关键的是原来规定的加水量4％使型砂处于极湿状态，几乎比型砂的最适宜湿度下的含水量高一倍。随着含水量的异常升高，钙基膨润土型砂强度剧烈下降。而天然钠基和人工钠化膨润土型砂的强度的降低幅度较小。

⑵应采取了先湿混的混砂工艺。先加入大部分水进行湿态混砂1 min，随即加入膨润土5%，继续混砂8 min，同时补加剩余的水。这样可以防止膨润土在混砂机的边缘处偏析，避免形成粘土团，能够更快地混匀。

⑶为了使紧实率控制在45?2％，可以按照机械行业标准的只混一碾的方法。还有另一办法如下：在混砂时，随时用手捏方法感觉型砂干湿程度。在最后阶段检测紧实率，如果紧

实率超出了范围，但还在45?5％以内，需要再混制一碾型砂，稍微调整加水量，使紧实率在45％的另一侧，测出湿压强度。将两次测得数值用图解法近似求出45％紧实率的湿压强度。如图35所示，假定第一碾和第二碾的紧实率分别为42％和47％，湿压强度分别为80kPa和70kPa，在图上分别为A和B点。 连接AB线与紧实率45％的垂直线交于C点，即可由C点画水平线求出紧实率45％时的湿压强度为74kPa。⑷有些工厂的型砂实验室深感控制小混砂碾中紧实率有困难，希望采用定量加水方法。根据试验结果，标准砂与五十余种膨润土混制出的混合料，在45±1％时的含水量大致在2.0～2.2％之间，折合含水42～46mL。JB/T9227-1999规定首先加40mL水折合加水量1.91％。如果标准砂并非烘干状态，也可能含有少量水，混出的型砂紧实率有可能已然符合要求。美国胶体公司测定膨润土湿态粘接力的配方是用AFS细度62~64（大体相当于50/140）的标准砂，加入膨润土5％和水2.5％，湿混8min。混出混合料的紧实 率可能少许高于50％。虽然未采用紧实率控制湿度，但比固定加水4％更接近实际使用的型砂干湿程度。

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图35 两碾法控制紧实率45％压强度

3.4.2 吸蓝量法

在铸造工厂的型砂实验室中可以采用测定膨润土的吸蓝量的办法测定出其纯度。由此可估计其湿态粘结力。测定膨润土的吸蓝量方法与测定型砂的吸蓝量（1.10.2 吸蓝量法）基本相同，在此处不再重复。但需注意称量试料量不同，结果的计算也有差别。

按照机械行业标准JB/T 9227–1999附录A，称取烘干的膨润土试样0.20g，置于三角烧杯内，加入50mL蒸馏水，使其预先润湿。然后加入浓度为1%的焦磷酸钠（化学纯）溶液20mL，摇晃均匀后，再在电炉上加热煮沸5min，冷却后用滴定管滴入浓度为0.2%的亚甲基蓝（试剂纯）溶液。滴定时，第一次可加入预计亚甲基蓝溶液量的2/3左右，以后每次滴定1~2mL。检验终点的方法是每次滴加亚甲基蓝溶液后，摇晃30s，用玻璃棒沾一滴试液在中速定量滤纸上，观察在中央深蓝色泥点的周围有无出现淡蓝色的晕环（图12），若未出现，继续滴加亚甲基蓝溶液，如此反复操作。当开始出现晕环时，将试液静置2min后，再用玻璃棒沾一滴试液，若又无出现晕环，说明未到终点，应再滴加亚甲基蓝溶液，直到出现明显的晕环为止，即为试验终点。试料的吸蓝量按下式计算：

ab B??100

c式中：B — 吸蓝量[g/100g试料]；

a — 每mL亚甲基蓝溶液中含有的亚甲基蓝量[g]，即0.002g/mL； b — 亚甲基蓝溶液的滴定量[mL]， c — 试料重量[g]，即0.20g。

补充说明：

⑴由于亚甲基蓝溶液浓度：a = 0.20％，即0.002[g/mL]； 假设亚甲基蓝溶液滴定量为 b [mL]；

滴定消耗掉亚甲基兰量: 0.002 [g/mL] × b [mL] = 0.002 × b [g]； 通常被滴定的膨润土量： c = 0.200 [g]；

100g膨润土的滴定量[g]：100/0.200 × 0.002 b = b；

因此，吸蓝量可以表示为：b [mL]，也可以极其方便地表示为：b [g / 100g膨润土]。 即： 吸蓝量 [g/100g膨润土] ＝ 亚甲基蓝溶液滴定量 [mL]

⑵美国石油学会标准RP13B-1（1997）中规定用美国药典级亚甲基蓝配制成的滴定用溶液浓度为0.374%，即1000mL溶液中含0.01mol（摩尔，或克分子量）。每mL亚甲基蓝溶液相当于0.01m mol（毫摩尔）。假定在滴定过程中1毫摩尔的交换性阳离子正好与1毫摩尔的亚甲基蓝交换。利用滴定方法测定亚甲基蓝吸附量（吸蓝量）就可以得知膨润土的交换性阳离子量，从而得出膨润土的蒙脱石含量和纯度。美国一些单位称取的膨润土试料量是0.300g或0.500g。国内与外资有关企业也按照此规定配制浓度为0.374%的亚甲基蓝溶液。如果滴定0.30g膨润土试料，为了折合出使用0.20g膨润土试料和浓度0.20%亚甲基蓝溶液的滴定量（mL），应将滴定量的数值乘以1.247。因数1.247的得出如下： （100 g ÷ 0.30 g）× 0.00374 [g / mL] ＝ 1.247

例如某厂要求膨润土品质应符合30 [mL / 0.30g土]。折算成我国通常的表示方法如下：

30 [mL / 0.30g土] × 1.247 ＝ 37.4 [mL / 0.20g土] = 37.4 [g / 100g土]。

如果亚甲基蓝溶液浓度仍为0.374%，而膨润土试料量是0.50g，应将滴定量的数值乘以0.748。因数的得出如下：

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（100g ÷ 0.50g）× 0.00374 [g / mL] ＝ 0.748

另一公司要求0.50g膨润土吸蓝量为49~62 mL。折算成我国通常的表示方法如下：

（49~62）[mL / 0.50g土] ×

0.748 ＝ (36.65~46.38) [mL / 0.20g土] 即亚甲基蓝溶液浓度0.20%和膨润土试料量0.20g时，滴定量为36.7~46.4mL，或每100g膨润土吸附亚甲基蓝试剂36.7~46.4g。

3.5 膨润土的热湿态粘结力

铸造工厂评价膨润土热湿态粘结力的方法可以有以下两种：

3.5.1 热湿拉强度测定

按照JB/T9227-1999规定，使用SLR型热湿拉强度试验仪（原理图见图5-32）测定型砂的抗夹砂缺陷能力。用标准砂和5％膨润土，控制紧实率45?2％混制型砂。将制备好的混合料在专用的热湿拉强度样筒（图5-33）中制好试样。样筒置于热湿拉强度试验仪的导轨上，并推至导轨终端。使已加热到320±10℃的加热板上升紧贴试样20～30s后，使试样受热面形成约3～4mm厚度干砂层及相邻的水分凝聚区。然后由测力系统加载，向上拔起试样筒环直到试样断裂，即可由测力传感器得出热湿拉强度。

补充说明：由于测定型砂热湿拉強度需使用专门

仪器，很多中小铸造工厂的型砂实验室不易进行此项检验。国外有人采用三倍适宜水常温强度实验来大致估计膨润土的热湿强度（图36）。其原理是使用标准砂和5％的各种膨润土配制型砂时，最适宜含水量大约都在2％左右。型砂的高湿度凝聚层的含水量约为适宜含水量的三倍左右。所以，测定加水6％时型砂工艺试样的湿压强度可以大致估计出膨润土的热湿态粘结力。

图36 三倍适宜水湿压强度与热湿拉强度的关系

3.5.2 膨润土的膨润性能

膨润土在水中均匀分散膨胀成悬浮液，静置一定时间后在容器的底部形成体积多少不等的沉淀物。以此可以估计所含钠、钾离子的量。铸造工厂常用的膨润土膨润性能测试方法有以下四种： ⑴膨润值：先向有塞量筒(容量100mL)中加入蒸馏水50～60mL。再称取105～110℃烘干的膨润土粉料2.00g(优质钠基膨润土和钠化膨润土的试料可减为1.00g)加入量筒中。盖紧塞子后用力摇动直至均匀分散。钙基膨润土可一次加入水中，钠基膨润土和钠化膨润土则需分多批逐次加入。然后加入1 mol NH4Cl溶液(即53.49g化学纯NH4Cl溶于蒸馏水中成1000mL) 5mL，继续加蒸馏水到100mL刻度线，再摇动1 min使成均匀悬浮液。静置24h后读出沉淀的容积，计算出1g膨润土的沉淀容积[mL]，就是“膨润值”。 ⑵胶质价：早年的机械工业部标准(JB438–63)曾沿用前苏联的国家标准中用胶质价测试粘土胶质价做为判断普通粘土质量的办法。测定方法为：称量烘干后的膨润土15.0g，倒入容量为100mL 的有塞量筒中，加入蒸馏水至95mL刻度处。摇晃数分钟使内容物均匀，加入轻质MgO 1.0g，再加蒸馏水至 100mL 刻度处，然后再摇匀，静置24h 使之沉淀。读出沉淀物界面处刻度值，计算出1g膨润土的沉淀容积[mL]，即为此膨润土的胶质价。此法的缺点是试料量过大，不适合检测膨润土。

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⑶膨胀倍数：向有塞量筒(容量100mL)中加入蒸馏水和1g膨润土，电解质使用1 mol HCl 25mL。静置24h后，膨润土的沉淀容积[mL]为膨胀倍数。本法的缺点是对于钙基膨润土1g量太少，沉淀量不足10mL，处于量筒无刻度部分。为了使量筒上部液体澄清，1 mol HCl溶液只要3mL已足够。而且，使用浓盐酸配制1 mol 溶液时仍难免实验室气味污染和腐蚀衣物。

⑷自由膨润量(Free swell)：在美、德、日等国石油钻井和地质行业应用较多。方法是将2.0g烘干的膨润土分成10～30份逐渐投入装满蒸馏水的100mL量筒中。每次投入后俟其自由吸水下沉，再投入另一份。全部加完后置放24h，读出沉淀容积即为自由膨润量。由于未加入电解质，界面清晰程度较差。其优点是不需要用力摇动量筒即可得出结果。但是测定钠化膨润土和天然钠土团块可能需较长时间才能全部润湿透。

补充说明：

⑴四种膨润性能测定方法得出的数值是近似的。有些人误认为可以用胶质价或膨胀倍数评价膨润土的湿态粘结性能和质量。但膨润土的膨润性能与对应的湿压强度毫无关系。实际上膨润土的膨润性能，都只是膨润土钠离子量的表征，只与热湿拉强度有关系，并不说明膨润土的湿态粘结强度。 ⑵对于一般铸造工厂，只要按照前面所述测定膨润土吸蓝量的方法来确定是否为优质膨润土。再测定其膨润性来确定是活化膨润土。即使不测定膨润土的热湿粘结力，也能大体估计出膨润土的抗夹砂能力。

3.6 膨润土的热稳定性

膨润土的热稳定性又称为膨润土的复用性或耐热性，是指经高温金属液加热的膨润土加入水分后，仍然可以吸附水分和具有粘结力，能够反复配制型砂的性能。检验方法可以有以下几种：

3.6.1 工艺试样法

将烘干后的膨润土在200、300、400、500、550、600、650℃几种温度下焙烧后，各称取100g，与2000g标准砂按紧实率45?2％加水混合成型砂，测定工艺试样的湿压强度。与100℃烘干膨润土的型砂强度差值百分比即可显示出热稳定性。

补充说明：

⑴上述试验极为费时和烦瑣，可将焙烧温度简化为600℃或650℃一种温度，与100℃烘干膨润土的工艺试样的湿压强度进行对比得出百分数代表膨润土的热稳定性。

⑵将几百克导热性极差的膨润土粉装入坩埚中加热时，很难使表面和中心部位的温度均匀。加热温度、升温和保温时间、膨润土量和堆积厚度因人而异，以致试验数据难以统一。不同膨润土只是在同一试验条件下得出的试验结果，才可比较热稳定性优劣。

3.6.2 吸蓝量法

将待试的烘干后膨润土约0.5g盛在磁舟内摊平，置入管式炉中先缓慢加热，然后分别在200、300、??800℃保温焙烧20min或30min。冷却后称取0.20g，测定其吸蓝量，并绘出焙烧温度与吸蓝量变化曲线。由吸蓝量的下降趋势即可判断膨润土的热稳定性。也还可采用更为简单的方法，仅测定550℃焙烧的膨润土吸蓝量，求出与烘干膨润土吸蓝量的比值代表热稳定性。

4 煤粉

4.1 煤粉行业标准

以下简要介绍我国机械行业标准JB/T 9222–2008《湿型铸造用煤粉》的主要内容：

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4.1.1 牌号和技术要求

下表中“SMF”为湿型铸造用煤粉的汉语拼音字头。“–”后面的符号为等级。对煤粉的要求应符合下表的规定：

牌号 光亮炭（%） 挥发分（%） 硫含量（%） 焦渣特性 灰分（%） 水分（%） 粒度 SMF-I ≥12 ≥30 ≤0.6 SMF-II ≥10 ≥30 ≤0.8 4级～6级 ≤7 ≤4 100%通过0.150mm筛孔，95%以上通过0.106mm筛孔。 SMF-III ≥7 ≥25 ≤1.0 4.1.2 试验方法

挥发分含量、灰分含量、水分含量及焦渣特性测定按GB/T 212规定执行。硫含量测定按GB/T 214的规定执行。粒度测定按GB/T 2684的规定执行。光亮炭的测定方法按附录A执行。

4.1.3 检验规则

濕型铸造用煤粉每批产品为30t，但最少不低于1t。煤粉取样应从同一批量百分之一个袋中选取，但不得少于三袋，从每袋取样不少于50g。供方每供应一批濕型铸造用煤粉时，必须按本标准规定的内容对煤粉进行检验，并将检验结果填入质量证明书中，需方根据质量证明书进行验收。需方对煤粉的质量按协议规定进行收货检验。如有1项或2项指标不符，可与供方共同复验。复验结果若与本标准的内容仍不符，可在供需双方选定的第三方进行仲裁。

4.1.4 标志、包装、运输和贮存：

煤粉的包装应为2~3层，内层用塑料袋，也可采用由供需双方协商确定的其它包装。每袋煤粉的重量为25kg，也可由供需双方协商确定。包装袋上应有明显的标记，其内容包括：名称、牌号、重量、批号、供方全称等。运输过程应防止雨淋和燃烧。煤粉应贮存在阴凉干燥处，分行叠放保持通风，以防自燃。

补充说明：

有时在仓库中储放的煤粉和石墨粉混淆不清，简易区分方法：取一点撒向盛有铁液的包中，或向

燃烧的火炉撒去。看到立即燃烧和爆发出闪闪星光就是煤粉。如果仅仅燃烧，没有闪光就是石墨粉。

4.2 煤粉的质量检测

JB/T 9222–1999规定水分、灰分、挥发分和焦渣特征的测定按GB/T 212–2001《煤的工业分析方法》执行，在以下各节中提要介绍其内容。但是铸造行业对煤粉质量检验结果的精度要求有限，在文中也附注笔者简化试验方法的建议。关于煤粉的硫分测定是按照GB/T 214–1983 《煤中含硫的测定方法》在化学分析室进行，不在此叙述。本文还将补充介绍几种其它有关检测方法。

4.2.1 含水量

根据GB/T 212-2001《煤的工业分析方法》，将空气干燥煤粉试样1±0.1g（精确称重至0.0002g），平摊在预先烘干并精确称重的称量瓶中。放入预先鼓风并已加热到105~110℃的烘箱中烘干1h。放入干燥器中冷却至室温，进行称重。然后再放入烘干箱中，每30min取出称重一次，直至两次称重之差小于0.001g时为止。煤粉的含水量按下式计算：

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w(水)=m1?m2?100%

m1式中：w (水) — 煤粉中的含水量[％]； m1 — 烘干前试样的质量[g]； m2 — 烘干至恒重时试样的质量[g]。

补充说明：

⑴GB/T 212-2001规定测定空气干燥煤粉水分。但从铸造工厂的实际需要出发，应当测定供货状态煤粉的含水量。

⑵GB/T 212-2001还规定使用0.0001g天平称量进行水分、灰分和挥发粉测定。考虑到铸造工厂测定煤粉含水量时，使用感量为0.001g的天平称量已然满足要求。如果只是大致了解煤粉的含水量，使用感量为0.01g的天平可以更方便和迅速地得出结果。最好使用电子天平称量，能够自动扣除容器重量和用数字显示结果，操作极为方便。

⑶标准要求使用带磨口称量瓶盛放煤粉试料，还需反复烘干和称量。实际上铸造工厂使用经过烘干的称量容器盛放煤粉，在105~110℃鼓风烘干箱中烘干30 min已够。不需要反复烘干，不会显著影响测试精度。将烘干的煤粉试料盛放在玻璃杯和存放在干燥器中即可，不必使用磨口称量瓶。 ⑷不可使用红外线烘干器加热煤粉，因为有的红外线烘干器的加热温度高达160～170℃，一部分低挥发温度的组分可能随水分而跑掉。

4.2.2 煤粉的粒度

测定粒度所用煤粉应先在105～110℃电烘箱中烘干，然后用标准筛进行筛分。

4.2.3 煤粉的灰分

图37 测定灰分用灰皿

GB/T 212-2001规定将空气干燥煤粉试料1±0.1g（精确称重至0.0002g）均匀摊平在预先灼烧至恒重的灰皿（图37）中，送入温度不超过100℃的马福炉恒温区中。炉后壁的上部带有直径25～30mm的烟囱。关上炉门并留15mm左右缝隙。在不少于30min时间内将炉温缓慢升温至约500℃，并在此温度下保温30min。继续升温至815±10℃，并在此温度下灼烧1h。取出灰皿在空气中冷却5min左右，移入干燥器中冷却后称量。然后进行检查性灼烧，每次20min，直到质量变化不超过0.001g为止。灰

分低于15.00%时不必进行检查性灼烧。采用最后一次称得的质量为计算依据。灰分计算如下式：

mw(灰)=1?100%?w(水)

m式中：w (灰) — 试料灰分[％]； m1 — 灼烧残留物重量[g]； m — 试料重量[g]；

w(水) — 煤粉试样含水量[%]。

补充说明：

⑴如果称量预先105~110℃烘干和在干燥器中存放的煤粉试料，则可以略去计算式煤粉中w(水)。 ⑵对铸造工厂的型砂实验室而言，测定煤粉灰分时称量使用感量为0.001g的电子天平已然满足要求，不需使用0.0001g天平。如果只是大致了解煤粉的灰分，使用感量为0.01g的电子天平可以更方便地得出结果。

⑶可以使用无盖瓷坩埚替代专门的灰皿。

⑷与测定型砂的灼烧减量方法相比，测定煤粉的灰分要更严格地从低温开始加热。原因是避免煤粉突

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然受到高温加热而爆发出挥发分和燃烧。500℃以前缓慢升温和500℃的保温是使煤粉中的低温挥发分能够充分挥发掉。

⑸为了在含有氧气的炉气条件下，充分燃烧掉高温挥发分和所含的碳质材料（包括固定碳）而剩余灰分。在试验的整个过程中，炉门都开有15mm左右的缝隙，使含氧空气自由进入。1991年的标准可能被误解为高温灼烧时关闭炉门。有些马福炉的炉门有断电开关，炉门开启状态不能通电。可以用耐火砖或其它物品将开关顶住通电加热。

4.2.4 煤粉的挥发分

GB/T 212-2001规定，在预先于900℃温度下灼烧至恒重的带盖挥发分瓷坩埚中，称取空气干燥煤粉1±0.01g（准确到0.0002g），使其中试样摊平。盖上盖并放在坩埚架上（图38）。将马弗炉预先加热至920℃左右，打开炉门，迅速将放有坩埚的架子送入炉中恒温区，立即

关上炉门。要求炉温在3min内恢复至900±10℃。包括温度恢复时间在内，准确加热7min。取出坩埚，在空气中冷却5min左右，移入干燥器中冷却（约20min）后称量。以所失去重量占试样原重量的百分数，减该试样的水分做为挥发分。测定结果按下式计算： w(挥)=式中：w (挥) — 挥发分[%]；

m — 加热前试料的质量[g]； m1 — 试料加热后的质量[g]； w (水) — 煤粉的的含水量[%]。

图38 挥发分测试用坩埚a) 和坩埚架b)

m?m1?100%?w(水) m补充说明：

⑴如果称量预先经过105~110℃烘干和存放在干燥器中存放的煤粉试料，则可以不计煤粉中水分。则上面计算式中的w (水)项可以略去。

⑵对铸造工厂的型砂实验室而言，测定煤粉灰分时称量使用感量为0.001g的电子天平已然满足要求。如果只是大致了解煤粉的灰分，使用感量为0.01g的电子天平可以更方便地得出结果。

⑶为了操作方便，只要有普通带盖瓷坩埚，就可以使用。也无须使用镍铬丝制成的坩埚架，用坩埚钳将盛有试料的带盖坩埚直接送入马弗炉中即可。

⑷应注意此试验与测定灰分试验有明显区别，坩埚需加上盖，炉门也要完全关闭。为的是只让煤粉试料受热干馏排出挥发分，防止煤粉中固定碳被氧化烧掉。

4.2.5 煤粉的发气量

使用测定湿型砂发气量同样仪器和试验方法，称取干燥煤粉0.10g送入加热炉的炉管中。由仪器的记录仪可直接读出煤粉的发气量[mL]。可以由煤粉的发气量估计出挥发分的高低如何。挥发分(x)与发气量(y)二者的相关关系可用y = 42.52?10.28x表示。相关系数高达0.9922，表明两种测定结果密切相关，可以相互替代。

4.2.6 煤粉的焦渣特性

焦渣特征反映煤在干馏过程中软化、析气、熔融形成胶质体，并固化粘结成焦的特性。

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GB/T 212–2001规定测定挥发分的试验结束后，注意检查坩埚中残留的焦渣。可按照下列序号作为焦渣特征的级别代号：

①粉状--全部粉状，没有互相粘着的颗粒。

②粘着--用手指轻碰即成粉状或基本上是粉状，其中较大团块或团粒轻碰即成粉状。 ③弱粘结--用手指轻压即碎成小块。

④不熔融粘结--手指用力压才裂成小块，焦渣上表面无光泽，下表面有银白色光泽。

⑤不膨胀熔融粘结--焦渣呈扁平饼装，煤粒界限不易分清，表面有明显银白色金属光 泽，下表面银白色更明显。

⑥微膨胀熔融粘结--用手指压不碎，在焦渣上、下表面均有银白色金属光泽。但在焦渣表面上具有较小的膨胀泡(或小气泡)。

⑦膨胀熔融粘结--焦渣上、下表面有银白色金属光泽，明显膨胀但高度不超过15mm。 ⑧强膨胀熔融粘结--焦渣上、下表面有银白色金属光泽，焦渣高度大于15mm。

4.2.7光亮炭析出量

根据JB/T 9222-2008附录A“光亮炭的测定方法”规定，并参照国际铸造技术委员会“铸造型砂碳质加入物控制方法”1.6专题任务组的文件，介绍如下： ⑴测试装置：如图39所示。石英管壁厚1.5mm，重量100g；石英管中均匀装有石英棉6g；石英坩埚重量50g，最大差量±10％。石英管和石英坩埚以磨口形式连接。石英管的使用寿命为100次，石英棉为30次。支架用厚度为2mm的耐热钢板制成。马弗炉的内尺寸(160~175) mm×(95~100) mm×(260~290)mm，功率3 kW，并附有热电偶和高温表。

⑵准备：马弗炉升温至900±20℃。石英管和石英坩埚在此温度和通风条件下加热约30min，置入干燥器中冷却约

30min至室温。称量石英管和石英坩埚重量至精度0.1mg。在石英坩埚中称量试料至精度0.1mg，试料重量需使测定后石英管至少有10~20%的长度未被染色，以下数值供参考：试料的光亮碳含量0~10%─称量0.3~0.5g、10~40%─0.1~0.3g。

⑶试验步骤：先将装有石英棉的石英管置入900℃的马弗炉中，等石英管被热至900℃(约10 min)。迅速将装有试料的石英坩埚与石英管连接，并在第一分钟将坩埚夹持牢固以避免爆燃损失，然后关闭炉门。3min内炉温恢复到上述温度。总共5min后取出坩埚和管，在干燥器中冷却至室温(约30min)后再次称量。

⑷计算：称量石英管重量的增加量除以煤粉试料重量即为光亮炭量。 GK?A?E?100

D式中： GK ––– 光亮炭含量，[％]；

A ––– 试验后石英管及光亮炭重量，[g]； B ––– 试验前石英管重量，[g]； E ––– 试料重量，[g]。

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图39 光亮炭测定装置

补充说明：

测定煤粉等光亮炭含量需用专门试验装置，也需要试验人员具有熟练操作技术。有关的高等学校、科学研究单位、主要造型材料供应公司，以及大型湿砂型铸造工厂适合掌握此项检测方法。一般铸造工厂如有需要，可以委托上述单位进行检测。

5 淀粉

应用于铸造生产中的淀粉类附加物主要有三种：普通淀粉（包括性能近似的面粉），糊精和?–淀粉。国内外机械化铸造工厂湿型砂用淀粉类材料绝大部分为?–淀粉。

5.1 淀粉的性能和质量

5.1.1 含水量

在105～110℃烘干箱内烘干测定含水量。普通淀粉和糊精的水分大约在5～15％之间，?–淀粉含有的水分都不超过8.5％。

5.1.2 灰分

试验方法与煤粉灰分检验相同。普通淀粉、糊精和?–淀粉的灰分大多在0.20～0.50％范围内，个别的?–淀粉制造时未去除原料玉米的皮壳，灰分可能高达1.5～2％左右。如果在?–淀粉商品中掺杂膨润土和矿石粉，则灰分就会大大超过2％。

5.1.3 ?化度和膨润度

?化度反映出从普通淀粉（?–淀粉）转化为?–淀粉的程度。标准法测定?化度的操作步骤较为复杂，较少采用。简易法即膨润度测定法，操作步骤是取?–淀粉5.00g，放入预先加入20～40mL蒸馏水的100mL具塞量筒中，再加蒸馏水约40mL，摇匀之后加水到满刻度，再摇匀后静置4h，试料的膨润物容积（mL数）即为膨润度。?–淀粉商品的膨润度在35～60mL范围内。如果掺杂有不膨润的矿石粉，膨润度将显著降低。

5.1.4 粒度

通常要求最好能够通过60～80目筛孔。膨化法制得的?–淀粉较为轻飘，不易通过细筛，但不影响使用。

5.1.5 堆密度

膨化法制得?–淀粉的堆密度较轻，一般只有0.30～0.45g/cm3，热辊法制得?–淀粉的堆密度也不过0.40～0.60g/cm3左右。而掺杂有膨润土或矿石粉试料的堆密度高达0.60～0.90g/cm3。

5.1.6 亚甲基蓝吸附量

?–淀粉不吸附亚甲基蓝，掺入膨润土会使试料显著吸蓝。

5.1.7 化学分析

?–淀粉为有机物，主要化学成分为C、H和O。如果化验结果含有大量SiO2和Al2O3以及少量CaO、MgO、Na2O、K2O等成分，表明试料中含有多量膨润土、矿石粉等杂质。

5.1.8 不水解物含量

取“淀粉”1g，在高烧杯中与250mL2.5%HCl共同煮沸30min，将沉淀物过滤和烘干后称量，即可得出不水解物所占百分比。真正的?–淀粉中不水解物(包括粮食的皮壳、脂肪和蛋白质)仅有10%左右。如果试料中不水解物含量极高，说明其淀粉含量很少。

补充说明：

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淀粉材料种类的简易鉴别方法：可以比较三种材料的水溶性：取淀粉材料少许放入盛有冷水的玻璃杯或试管中，摇晃或搅动均匀后观察其水溶性。糊精几乎全部溶解成透明液体。普通淀粉不溶于冷水而成浑浊液体，放置后形成沉淀物。?–淀粉也不溶解于水，放置后在水中呈胀溶（膨润）状态。另外也可以做手感试验：取少量淀粉材料放在拇指和食指之间，加少量水使它湿润，手指感觉粘性大如胶水的是糊精，粘性小的是普通淀粉，?–淀粉的粘性介于糊精和普通淀粉之间。

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