精密鑄造專用砂 鑄造砂知識(shí)匯總

1.1 鑄造砂簡(jiǎn)介

鑄造砂是鑄造生產(chǎn)中用來配制型砂和芯砂的一種造型材料。在用粘土作為型砂粘結(jié)劑的情況下，每生產(chǎn)1噸合格鑄件，大約需要補(bǔ)充1噸新砂，因此在砂型鑄造生產(chǎn)中鑄造砂的用量最大。隨著汽車、鐵路交通、航空航天等行業(yè)對(duì)高性能優(yōu)質(zhì)鑄件需求的不斷提高，鑄造產(chǎn)品的市場(chǎng)需求規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，鑄造砂的需求量不斷擴(kuò)大。鑄造砂的健康發(fā)展對(duì)我國(guó)鑄造產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重大的實(shí)際意義。

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鑄造砂按礦物組成不同分為硅砂和非硅質(zhì)砂兩大類：

1、硅砂：主要礦物組成為SiO2。

①天然硅砂：用于有色合金鑄件、鑄鐵件及中小型鑄鋼件的型砂和芯砂。 ②精選天然硅砂：用于以有機(jī)物作為粘結(jié)劑的各種型砂和芯砂。③人工硅砂：用于鑄鋼件的型砂和芯砂。

2、非硅質(zhì)砂 ：種類較多，用途各異：

①石灰石砂：由石灰?guī)r破碎而成,主要礦物組成是CaCO3,用于鑄鋼件的型砂和芯砂。

②鋯砂:主要礦物組成是ZrO2·SiO2，用于大型鑄鋼件及合金鋼件的芯砂或砂型的面砂，或?qū)⑵浞哿嫌米魍苛稀?/p>

③鎂砂：主要礦物組成是MgO,用于高錳鋼鑄件的面砂、芯砂，其粉料可用作涂料。

④鉻鐵礦砂：主要礦物組成是FeO·Cr2O3,用于大型或特殊鑄鋼件的面砂、芯砂，其粉料可用作涂料。

⑤剛玉砂：主要礦物組成是α-Al2O3，用于熔模、陶瓷型鑄造的制殼材料。

⑥橄欖石砂：主要礦物組成是(MgFe)2SiO4，用于鑄鐵件、有色合金鑄件以及高錳鋼鑄件的型砂和芯砂。

鑄造砂的顆粒形狀一般有3種：

①圓形砂:顆粒為圓形或接近于圓形,表面光潔,沒有突出的棱角。

②多角形砂:顆粒成多角形,且多為鈍角。

③尖角形砂：顆粒成尖角形，且多為銳角。鑄造砂的顆粒形狀一般以角形系樹（砂子實(shí)際比表面積／砂子理論比表面積）來表示。

鑄造砂的顆粒組成是用篩號(hào)來表示的，測(cè)定的方法是將經(jīng)水洗去泥分烘干后的干砂倒入標(biāo)準(zhǔn)篩，再放到篩砂機(jī)上篩分，篩分后將各篩子上停留的砂子分別稱重,通常用標(biāo)準(zhǔn)篩篩分后砂粒最集中的3個(gè)相鄰篩子的頭尾篩號(hào)表示顆粒組成。

鑄造砂的顆粒形狀和顆粒組成對(duì)型砂的流動(dòng)性、緊實(shí)性、透氣性、強(qiáng)度和抗液態(tài)金屬的滲透性等性能有影響，是鑄造砂質(zhì)量的重要指標(biāo)。

1.2 鑄造業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展

研究鑄造砂行業(yè)應(yīng)從其下游鑄造業(yè)方面入手。

1、鑄造市場(chǎng)發(fā)展情況

鑄造是現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的位置，其發(fā)展標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)實(shí)力。近年來，由于國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行，在巨大的市場(chǎng)需求和良好的國(guó)家大環(huán)境下，我國(guó)鑄造行業(yè)保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。隨著汽車、鐵路交通、航空航天等重要行業(yè)對(duì)高性能優(yōu)質(zhì)鑄件需求的不斷提高，我國(guó)鑄造產(chǎn)品的市場(chǎng)需求規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)。我國(guó)目前已經(jīng)成為世界鑄造機(jī)械大國(guó)之

一，我國(guó)的鑄件總產(chǎn)量已連續(xù)十八年位居世界第一位。

數(shù)據(jù)顯示，2015年中國(guó)各類鑄件總產(chǎn)量4560萬噸，較2014年下降1.30%。此前，1998年中國(guó)鑄件總產(chǎn)量有所下降，自此之后我國(guó)鑄件總產(chǎn)量一直處于增長(zhǎng)走勢(shì)，2015年受制造業(yè)大環(huán)境影響，我國(guó)鑄件總產(chǎn)量近年來首次出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。

其中，汽車鑄件占比超過1/4，達(dá)27.4%，需要關(guān)注汽車產(chǎn)量及結(jié)構(gòu)的變化對(duì)鑄件需求的影響。

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鑄件海關(guān)出口情況根據(jù)對(duì)海關(guān)進(jìn)出口數(shù)據(jù)中列為鑄制品的商品統(tǒng)計(jì)，2015年中國(guó)各類鑄件出口量為194.43萬噸，與2014年的199.0萬噸基本持平。

2015年中國(guó)鑄件出口總金額為28.86億美元，較2014年的30.6億美元降低5.69%。2015年中國(guó)海關(guān)列為鑄制品的各類鑄件出口均價(jià)為1484美元/噸，較2014年的1539美元/噸降低3.6%。

2015年中國(guó)海關(guān)列為鑄制品的各類鑄件進(jìn)口量?jī)H為1.74萬噸，但鑄件進(jìn)口均價(jià)達(dá)7214美元/噸。

注明：此數(shù)據(jù)僅為中國(guó)海關(guān)列為鑄制品的進(jìn)出口商品統(tǒng)計(jì)，共計(jì)13個(gè)稅則號(hào)；隨同零件、組裝產(chǎn)品進(jìn)出口的鑄件在海關(guān)進(jìn)出口商品中無法分離出來；特別是有色金屬鑄件均是以上述商品隨同進(jìn)出口的，因此實(shí)際出口鑄件量應(yīng)遠(yuǎn)高于此數(shù)據(jù)。

2、 2016WFO 鑄鐵、鑄鋼技術(shù)發(fā)展新動(dòng)向

5月16日，由世界鑄造組織鐵基材料委員會(huì)主辦，中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì)承辦的2016 WFO 鑄鐵、鑄鋼技術(shù)論壇引發(fā)了與會(huì)者的關(guān)注，來自全球不同國(guó)家的13位專家、學(xué)者分享了最前沿的鑄造技術(shù)。

鄭州機(jī)械研究所鑄造工程技術(shù)中心主任李克銳研究員首先就中國(guó)鑄鐵的最新進(jìn)展進(jìn)行主旨發(fā)言。在他看來，未來5年的中國(guó)市場(chǎng)，高碳當(dāng)量高強(qiáng)度低應(yīng)力灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵等溫淬火球鐵將得到應(yīng)用；數(shù)據(jù)庫(kù)管理、無模鑄造、爐前鐵液在線檢測(cè)技術(shù)與設(shè)備將得到巨大的發(fā)展；鑄件的發(fā)展將走向輕量化、尺寸精確化、數(shù)字化、智能化，網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用及綠色鑄造方向的發(fā)展將達(dá)到世界先進(jìn)水平；更多高等級(jí)的鑄鐵件即將得到應(yīng)用。

來自韓國(guó)工業(yè)技術(shù)研究院的Sang-MokLee在人才、環(huán)保、能源、智能化、高價(jià)值供應(yīng)鏈等方面分享了最前沿的思考。他認(rèn)為應(yīng)從青年、中年、老年的角度，充分發(fā)揮人才的積極主動(dòng)性；力爭(zhēng)將環(huán)保轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)價(jià)值；減少對(duì)電的依賴，推動(dòng)鑄造業(yè)使用可再生能源；利用大數(shù)據(jù)、云服務(wù)構(gòu)建智能工廠；從最終用戶、鑄造商店等方面提供高價(jià)值供應(yīng)鏈。

因此，可看出鑄造砂需求量近年來平穩(wěn)增長(zhǎng)，隨經(jīng)濟(jì)形勢(shì)略有起伏，隨著國(guó)家加強(qiáng)對(duì)制造業(yè)的重視，鑄造砂尤其是高端鑄造砂的需求呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

1.3 我國(guó)鑄造業(yè)問題

我國(guó)的鑄造企業(yè)約有24000家，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比企業(yè)多，專業(yè)化程度低，集約化程度低，勞動(dòng)生產(chǎn)率也較低。我國(guó)平均每年每人產(chǎn)出10噸，個(gè)別勞動(dòng)生產(chǎn)率高的為30噸。美國(guó)、德國(guó)則為46噸到60噸，日本為60噸到85噸，差距是明顯的。我國(guó)平均每廠年產(chǎn)鑄件500多噸，而日本則為4700噸，德國(guó)為4300噸，美國(guó)為4280噸。鑄造機(jī)械化水平和模具精度、性能、配套性、可靠性水平比發(fā)達(dá)國(guó)家低得多，許多關(guān)鍵件、模具需要進(jìn)口。在我國(guó)，鑄造行業(yè)處于成長(zhǎng)期，具有較好的發(fā)展前景。外國(guó)大型鑄造企業(yè)紛紛加大了在華投資的力度，通過直接投資和并購(gòu)的方式增加在華投資。一方面提高了我國(guó)鑄造業(yè)的總體水平，另外一方面也增加了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)程度。未來鑄鐵鑄造業(yè)在以下若干方面將得到發(fā)展：

（1）以機(jī)床工業(yè)、能源工業(yè)、石化工業(yè)及海洋工程為主要目標(biāo)，以重、高、大、難為特點(diǎn)，開展重大技術(shù)裝備、鑄造技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究。發(fā)展數(shù)值模擬、物理模擬及專家系統(tǒng)，使鑄鐵技術(shù)由“經(jīng)驗(yàn)”走向“定量”。

（2）以汽車工業(yè)、航空航天及核能工業(yè)為主要目標(biāo)，以強(qiáng)韌化、輕量化、精密化和高效化為特點(diǎn)，開展鑄鐵新材料。新工藝的研究。

（3）為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，增強(qiáng)我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，開展鑄造過程自動(dòng)化、柔性生產(chǎn)單元和系統(tǒng)及集成制造技術(shù)的研究。

（4）激勵(lì)開展有潛在應(yīng)用前景的鑄鐵技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)理論的研究。

（5）大力發(fā)展提供鑄鐵工藝材料及輔料的專業(yè)化、現(xiàn)代化的企業(yè)。

（6）發(fā)展綠色集約化鑄造，加大治理鑄造過程對(duì)環(huán)境污染的力度，加強(qiáng)對(duì)鑄造材料的再生和回用。

1.4 幾種鑄造砂的發(fā)展現(xiàn)狀

1、鑄造市場(chǎng)對(duì)鑄造用覆膜砂的需求

隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展和出口鑄件的增多，鑄造用覆膜砂的需求量不斷擴(kuò)大，2005年市場(chǎng)需求量約100.00萬噸，2010年增長(zhǎng)到約200.00萬噸，五年間翻了一番，至2015年增長(zhǎng)的約265萬噸，五年間又增長(zhǎng)率35%左右。我國(guó)各類鑄件的需求中，汽車占比最大，且汽車對(duì)鑄件的要求也非常高，一般一臺(tái)汽車總重量的20-25%為鑄件，最典型的鑄件有：缸體、缸蓋、變速箱殼、進(jìn)排氣管、曲軸和凸輪軸、活塞等，其中缸體和缸蓋是屬于砂芯最多的鑄件之一 。據(jù)不精確統(tǒng)計(jì)，組裝一臺(tái)經(jīng)濟(jì)型轎車發(fā)動(dòng)機(jī)其鑄件所需覆膜砂在50kg左右 ，根據(jù)我國(guó)各年汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)量可以保守估算出我國(guó)各年汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所需覆膜砂總量。

2、精密鑄造業(yè)用鋯英砂需求分析

鋯英砂及鋯英粉作為精密制造業(yè)的面層材料具有重要地位。盡管人們?cè)噲D使用白剛玉砂（粉）、莫來石、剛玉質(zhì)高鋁釩土砂（粉）、新型鉻鐵礦粉復(fù)合水基和醇基涂料等來替代鋯英砂（粉），但到目前為止還未找到合適替代品，具有較明顯的不可替代性。2013年精密鑄造消費(fèi)鋯英砂為7.5萬t左右

1）影響精密鑄造業(yè)鋯英砂需求因素主要有三方面：①精密鑄造業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，到2015年我國(guó)鑄件總產(chǎn)量年均增長(zhǎng)為6% ；而在2015~2025年時(shí)間，在我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展帶動(dòng)下，精密鑄造業(yè)將快速發(fā)展，年平均增速可能達(dá)到10%或者更高，對(duì)鋯英砂的需求也將會(huì)以相應(yīng)的速度增加；②鑄件廢品率降低精密鑄造專用砂，當(dāng)前我國(guó)鑄件廢品率在10%~15%，發(fā)達(dá)國(guó)家的廢品率在5%以下。

2）預(yù)計(jì)到2020-2025年我國(guó)可達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平，對(duì)鋯英砂需求將減少5%~10%；鑄造舊砂再生利用，目前我國(guó)鑄鋼舊砂再利用率為50%~70%，2015年我國(guó)鑄鋼舊砂再利用率將提升到90%，因此到2015年該行業(yè)對(duì)鋯英砂需求下降 5%~10%左右。綜合分析認(rèn)為，到2015年我國(guó)精密鑄造對(duì)鋯英砂需求保持在7.5萬t左右，而在2015-2025年對(duì)鋯英砂需求量呈上升趨勢(shì)，到2025年鋯英砂需求量在17萬t左右。

3、工業(yè)石英砂市場(chǎng)分析

據(jù)相關(guān)部門預(yù)計(jì)，工業(yè)石英砂的全球需求將每年增長(zhǎng)5.6%，直到2018年，達(dá)到2.89億噸。

1）中國(guó)依然是石英砂的領(lǐng)先消費(fèi)者到2018年，預(yù)計(jì)中國(guó)依然保持在工業(yè)石英砂領(lǐng)先消費(fèi)者的地位，占到全球總需求的三分之一。中國(guó)龐大的玻璃工業(yè)，將繼續(xù)加強(qiáng)門窗，電子顯示屏，光伏板和其他平板玻璃產(chǎn)品對(duì)工業(yè)砂的消耗。中國(guó)玻璃瓶罐行業(yè)（尤其是白酒飲料瓶）生產(chǎn)的上升，將進(jìn)一步推動(dòng)石英砂的銷售。在印度，鑄造活動(dòng)將以健康的步伐繼續(xù)發(fā)展，刺激制造汽車，機(jī)床，風(fēng)力渦輪機(jī)，和其他金屬鑄件對(duì)石英砂模具的需求。由于玻璃產(chǎn)品、金屬鑄造和水力壓裂活動(dòng)產(chǎn)量的迅速增加，預(yù)計(jì)印度到2018年石英砂工業(yè)銷售將出現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng)。

2）北美的油氣開采活動(dòng)推動(dòng)石英砂的增長(zhǎng)趨勢(shì)

北美石英砂需求預(yù)計(jì)將快于其他地區(qū)市場(chǎng)。美國(guó)和加拿大消費(fèi)增長(zhǎng)將支撐區(qū)域的增長(zhǎng)，受到這些國(guó)家擴(kuò)大各自水力壓裂法開采油氣。美國(guó)持續(xù)的油田活動(dòng)將刺激石英砂支撐劑的需求，也會(huì)增加每口井壓裂階段使用石英砂的數(shù)量。西歐石英砂的消費(fèi)量，盡管從2008-2013年的跌勢(shì)有了反彈，但預(yù)計(jì)也將以平穩(wěn)的年收益率增加。這些地區(qū)的建筑施工和制造活動(dòng)，其中包括平板玻璃產(chǎn)量復(fù)蘇，將刺激工業(yè)砂的需求。

3）玻璃行業(yè)將推動(dòng)全球增長(zhǎng)

玻璃市場(chǎng)占據(jù)了工業(yè)石英砂的主要部分，2013年占了全球需求的42%。玻璃瓶罐生產(chǎn)則占了三分之一，平板玻璃和其他玻璃產(chǎn)品占了剩余部分。石英砂供應(yīng)商將從建筑支出和制造業(yè)產(chǎn)出強(qiáng)勁增長(zhǎng)中獲益，這將推動(dòng)建筑，汽車，家具和家用電器領(lǐng)域玻璃產(chǎn)品的生產(chǎn)。

1.5 3D打印的沖擊

“傳統(tǒng)鑄造行業(yè)常有能設(shè)計(jì)但不能制造出模具的情況，或制造耗時(shí)太長(zhǎng)、成本太高，這已成為制約國(guó)內(nèi)高端鑄造行業(yè)的瓶頸；而3D技術(shù)將為傳統(tǒng)鑄造業(yè)帶來希望，據(jù)介紹，中國(guó)雖然是鑄造業(yè)大國(guó)，但每年有一半多高端鑄件要靠進(jìn)口，核心問題是有些模具國(guó)內(nèi)生產(chǎn)不出來。森遠(yuǎn)增材制造科技公司推出四款3D打印機(jī)，PIRP-1500(一代)、PIRP-2000A(二代)以及PIRP-4000等；最大可打印直徑是4米的鑄件，適合大幅面水電、火電等項(xiàng)目。目前國(guó)內(nèi)3D打印設(shè)備用材基本分金屬用材和非金屬用材兩種，森遠(yuǎn)屬于非金屬用材，以礦砂為打印模具材料，已經(jīng)獲得五項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。其技術(shù)來源于公司和大連理工大學(xué)聯(lián)合成立的“增材制造(3D 打印)技術(shù)研發(fā)中心”，技術(shù)方法是激光燒結(jié)法，處于國(guó)際領(lǐng)先位置，目前全球還有另一家德國(guó)公司有此類設(shè)備。郭松森介紹說，全球這兩家非金屬3D打印公司各有特點(diǎn)，雖然都是砂子覆膜方法，但德國(guó)公司是膠粘鑄型、再澆鑄，對(duì)砂子、膠要求高，森遠(yuǎn)是激光切割，成本、效率優(yōu)勢(shì)明顯；可以大大解放設(shè)計(jì)師思想，只要能想出來，就可以設(shè)計(jì)、打印出來。

可看出3D打印的沖擊雖然對(duì)制造業(yè)帶來沖擊，但對(duì)高端鑄造砂帶來了機(jī)遇。

1.6 總結(jié)

隨著中國(guó)“新常態(tài)”模式的開啟，以往依靠大規(guī)模投資拉動(dòng) GDP 快速增長(zhǎng)的“老常態(tài)”發(fā)展模式的時(shí)代將一去不復(fù)返，取而代之的是更加注重整體平衡發(fā)展、從更深更廣的程度提高生產(chǎn)效率、降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度和減少環(huán)境沖擊的細(xì)水長(zhǎng)流的發(fā)展新模式。對(duì)我們鑄造裝備而言，大型投資項(xiàng)目已經(jīng)產(chǎn)能過剩，今后的很多年“高大上”的項(xiàng)目投資將逐步減少精密鑄造專用砂，國(guó)家將會(huì)從策略上更加關(guān)注中小企業(yè)的轉(zhuǎn)型與發(fā)展。

工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司正式委托中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)開展《鑄造行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃建議》編制工作。規(guī)劃將深入分析我國(guó)鑄造行業(yè)客觀發(fā)展現(xiàn)狀變化及存在的問題，結(jié)合世界鑄造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，貫徹落實(shí)當(dāng)前鑄造行業(yè)正在實(shí)施的準(zhǔn)入制度，提出“十三五”期間適應(yīng)我國(guó)裝備制造業(yè)發(fā)展及未來市場(chǎng)需求的鑄造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略思路、發(fā)展目標(biāo)和主要任務(wù)，制定具體應(yīng)對(duì)措施和政策建議，以引導(dǎo)我國(guó)鑄造業(yè)在“十三五”期間健康可持續(xù)發(fā)展。

總體來看，可看出鑄造砂需求量近年來平穩(wěn)增長(zhǎng)，隨經(jīng)濟(jì)形勢(shì)略有起伏，隨著國(guó)家加強(qiáng)對(duì)制造業(yè)的重視，鑄造砂尤其是高端鑄造砂的需求呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。3D打印的沖擊雖然對(duì)制造業(yè)帶來沖擊，但對(duì)高端鑄造砂帶來了機(jī)遇，此外國(guó)家對(duì)鑄造業(yè)的二氧化碳限制也對(duì)高端鑄造砂帶來機(jī)遇。

總體分析鑄造砂溫和增長(zhǎng)，隨經(jīng)濟(jì)略有起伏，高端鑄造砂的需求呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

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