對于濕型鑄鐵件而言，煤粉的抗粘砂效果是不言而喻的。此外，煤粉的優點是價格低廉，供應充分易得，應用靈活方便，可按不同粒度生產，加入量稍多或稍少也對鑄件質量影響不大。但是煤粉還有多種缺點，煤粉骯臟，污染環境和惡化條件；揮發分和光亮碳含量不夠大；澆鑄后產生的灰分和焦炭殘留在型砂中，需要加入更多的水分和膨潤土才能保持合適的造型性能；散裝的煤粉有可能引起自燃，必要時需在煤粉斗中插入CO2管。多年來鑄造工作者就努力研究尋找煤粉的代有用品。從美國通用汽車公司的雪弗蘭鑄造廠應用煤粉的過程即可看出這種傾向。該廠直到40年代末還是使用普通粘土混制型砂，當時型砂中有效煤粉量為8~10%，后來改用膨潤土，有效煤粉量減為6~7%，又后來提高了混砂機的功率，煤粉量繼續減為4~5%。改用高壓造型機以后的有效煤粉量更減為3~4%。 由于多年來該廠自行磨制煤粉，70年代初起，希望找到適用的煤粉代用品，為此而進行了一系列試驗研究工作。歐美等國對煤粉代用品的研究可能自四、五十年代開始的，陸續有些工廠應用，七十年代起，煤粉代用品、復合商品煤粉、混合應用煤粉成為高潮。我國自五十年代末起就有混合應用煤粉的實例，七十年代末期也開始研究煤粉代用品，至今仍不斷出現各種新的煤粉代用品和新型的復合煤粉商品。以下將分門別類簡單介紹國外與國內的情況。 

一、煤粉代用品

    是指可以完全替代煤粉的材料和部分替代煤粉的材料而言，前者的型砂中不需加入煤粉，后者在混砂時與煤粉共同加入，相互配合使用。做為濕型鑄造的煤粉代用品種類繁多，將在以下綜合分類介紹：
    1、油類： 主要是石油煉制過程中的油狀產品或副產品。光亮碳的形成能力大約為40%。常用的渣油在常溫下比較粘稠，天氣寒冷時粘度比較大，為了便于運送、定量、混砂，必須采取措施降低渣油的粘度，例如將○1容器和管路加熱和保溫：當渣油本身粘度不高、天氣較熱和回用砂溫度較高時型砂容易混合均勻。渣油型砂流動性好，破碎指數提高，型砂鑄件表面光潔。型砂的保水性改善，防止砂型表面和棱角變干。加入量約只需煤粉的1/3左右。油能粘結型砂中的粉塵，可使鑄造車間空氣中粉塵的結晶狀SiO2平均含量由3.47%降為1.69%。缺點是澆注時冒煙多，定量和加料需用專門裝置?！?用柴油稀釋：六十年代初期清華大學采用柴油稀釋渣油的辦法解決了濕型鑄造大型鑄鐵件的粘砂和夾砂缺陷。渣油與柴油的配合比例大約為90∶10至60∶40，因天氣溫度而異。渣油液能提高型砂的韌性和起模性。還能同時提高型砂的堅實流動性，砂型表面密實，減小砂粒間孔隙，使鐵水難以鉆入，從而改善鑄件表面的光潔度。但是渣油液中的柴油在澆注后發出大量煙氣，會惡化車間環境，還可能使薄壁鑄件發生冷隔或澆不足等缺陷。所以不能全部替代型砂中的煤粉，而應與煤粉配合使用。稀釋后的渣油液熱解速度比煤粉稍快，與煤粉互相配合可增強煤粉的防粘砂效果，面砂中渣油液的加入量一般為0.5―1.0%,如加入過多會產生較多煙氣。有人利用廢機油代替部分煤粉，面砂中加入煤粉2~3%，廢機油0.6~1%。徹底消除了電機殼鑄件的表面粘砂，起模性好，氣孔缺陷大為下降?！?制成乳化液：渣油液中所含有柴油只起稀釋劑作用，揮發溫度較低，是澆注后產生大量煙氣的根本原因，并不生成光亮碳。因此，采用乳化渣油方法降低渣油的粘度引起了人們的重視。乳化液中含有渣油20~40%，鈉基膨潤土10~20%，少量表面活性劑和助劑，其余的為水。在使用中發現，如果乳化液含水較多，加入型砂中會使緊實率過高，假如乳化液含水較少，型砂的堅實流動性變差?！?含油膨潤土：以上三種油類代用品都是粘稠程度不相同的液體，目前通用的高度機械化自動化混砂機缺乏適宜的定量加入裝置。將油類材料與活化膨潤土加熱至130~140℃，油類材料為膨潤土量的10~20%，混合后加工成粉狀含油膨潤土商品，即可利用混砂機原有的粉料定量給料裝置，如果油類材料的比例較大，堆放時有可能壓實結塊。 
    2、瀝青類： 可用為鑄造工業煤粉代用品的物質有煤焦油瀝青、天然瀝青和石油瀝青等三種。 揮發分大體為40~60%，揮發分的析出溫度較高和較寬，主要揮發分約在400~500℃放出。光亮碳形成能力大約都在26~42%范圍內。過去曾將煤焦油瀝青制成乳化液，或將高軟化點的煤焦油瀝青粉碎后摻入型砂中。也有人將高軟化點的煤焦油瀝青熔化，用蒸汽噴吹制成微細的球狀瀝青粉。據報道1~2%的球狀瀝青可以代替5%以上的煤粉，不影響型砂透氣性，灰分少，鑄件表面光潔，而且還能防止夾砂缺陷。但是，煤焦油是潛在的致癌物質，因為它含有大量的芳烴聚合物，其中尤其是含有苯并吡。至今還沒有明確證據表明煤粉和其它代用品致癌。所以，煤焦油瀝青現已不再作為煤粉的代用品。 天然瀝青的軟化點約為120~150℃，也具有良好的抗粘砂和夾砂效果。但產量很小，不能大量供應鑄造工業應用。石油瀝青是石油化學工業的重要產品之一。較低軟化點的可以制成乳化液，較高軟化點的可制成粉狀。型砂中加入量大約為煤粉的1/3，作為商品供應的更多為高軟化點石油瀝青與膨潤土的粉狀混舍物，混砂加料時一次加入兩種材料，不但可以代替煤粉，又可以當作濕型粘結劑。
    3、植物產品類：可以是粉狀的淀粉（包括普通淀粉、α淀粉以及面粉）、植物樹脂、植物纖維粉等材料。雖然淀粉并不生成光亮碳，但其防止粘砂的效果是早已為人所知的。例如有些人在手工造型的濕型砂中摻入1% 面粉就可以使鑄鐵件表面質量大為改善。我國有幾家靜壓造型的鑄造工廠，按照日本汽車鑄造工廠的技術，灰鑄鐵型砂中不加入煤粉，改為加入α淀粉。由于去掉了煤粉，一家工廠的型砂含泥量下降為8~9%，緊實率為35~40%時型砂含水量為2.7~3.2%,透氣性200~240。另一家型砂含泥量降為7~11%，型砂含水量為2.7~3.2%，透氣性160~200。由于型砂中加入煤粉也會消耗膨潤土，不加煤粉就可以減少型砂的有效膨潤土含量，這也是含水量降低的原因之一。型砂的流動性好，起模容易，對環境污染少。在較大規模鑄造生產中，使用淀粉完全代替煤粉會使鑄件生產成本提高。如有必要，在混合面砂或局部面砂時，按一定比例共同加入淀粉和煤粉則是可行的。清華大學在六十年代初期曾在生產拖拉機鑄件的面砂中加入了煤粉、面粉和渣油液，澆注得鑄件的表面極其光潔。 
    4、合成樹脂及聚合物： 可以是粉末狀的聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚脂等材料。其中以聚苯乙烯在煤粉代用品中為著名。聚苯乙烯的光亮碳形成能力可高達80~85%，揮發分接近100%，平均粒度0.15mm，型砂中加入量僅為煤粉的1/6~1/9。由煤粉更換為聚苯乙烯粉以后，型砂的需水量可降低20%，透氣性提高，氣孔缺陷減少，型砂緊實流動性提高，砂型緊實程度增加，鑄件尺寸精度更精確，車間空氣中CO含量降低，澆注時產生的苯乙烯單體濃度也并未超過允許濃度。用煤粉時車間粉塵中煤粉殘留物約占50%，而聚苯乙烯不存在這種殘留物，對環境和工作地的壞作用小。但是在各種煤粉代用品中聚苯乙烯的價格很貴。還有人認為用聚苯乙烯后，砂型的附著力增大，砂型易裂。我國曾有人將生產聚丙烯的副產品無規聚丙烯制成乳化液作為煤粉的代用品，雖然鑄件表面質量尚好，但澆注時煙氣有怪味，無規聚丙烯的貨源也不能保證，因而未得到推廣應用。 
    5、石墨粉： 1991年宮澤信夫教授在清華大學講學時談到日本有一些工廠應用石墨粉替代煤粉。利用石墨粉受熱形成還原氣氛起防粘砂作用，已生產出一百余千克的鑄件。例如大和制作所的型砂配方為：原砂100%，膨潤土8%，土石墨0.3%，含水量3%。石墨粉的耐火度高，在澆注過程中只有型腔表層的石墨粉受熱氧化分解，而內層的石墨粉不起反應，所以補加量很少。我國的石墨礦藏豐富，價格低廉。雖然石墨粉并不形成光亮碳，但我國很多鑄造工廠喜用石墨粉抖或刷在濕型的型腔表面上，用來防止鑄鐵件表面粘砂。為了得出石墨粉作為抗粘砂材料的使用條件和應用范圍，清華大學進行了系列的研究工作。其結果表明，石墨粉的發氣量極小，不易產生氣孔缺陷。石墨粉有良好的自潤滑作用，使型砂的堅實流動性提高，透氣性下降，試樣頂出阻力減少，改善型砂的起模性能。煤粉和石墨粉分別加入量按6%，配制兩種試驗型砂，澆注階梯試塊結果看出：石墨粉的抗粘砂能力不如優質煤粉，大約為優質煤粉的1/2。煤粉砂鑄件少加清理后即可露出金屬表面，呈銀灰色。石墨粉砂要輕刷后才露出表面，呈暗灰色。落砂后不補加煤粉和石墨粉，反復多次澆注，到第8輪時煤粉砂的鑄件表面已不如石墨粉砂鑄件。到第12輪時，煤粉砂鑄件表面嚴重粘砂，而石墨粉砂在整個澆注循環中鑄件表面基本保持不變。用鋼絲刷輕刷即可清理干凈，說明石墨粉的耐用性比煤粉好的多，石墨粉在我國能否推廣應用，尚有待進一步實踐考驗。
    6、其它： 我國還有多種“抗粘砂添加劑”、“光亮劑”、“濕型覆膜劑”在市場上銷售?？赡苁浅鲇谏虡I考慮，都不曾明確說明它們的有效組分是什么，提不出令人信服的改善鑄件表面質量的機理，而且也不給出與鑄件質量有關的檢驗指標（如光亮碳形成能力、焦碴特征、灰分、揮發分等）。這些商品的價格都較昂貴，可能是煤粉的5~10倍。其中有的使用效果還難以從一兩篇文章得到證實。也有幾種在生產中使用一段時間后型砂性能出現嚴重問題。例如有的型砂流動性越來越差，鑄件表面越來越粗糙。還有些鑄造工廠使用某種煤粉代用品后，型砂的含泥量和含水量越來越高，鑄件廢品率也不斷增高。因此，建議鑄造工廠在選用任何新型煤粉代用品之前，一定先按本文前面介紹的進行一箱四件階梯試塊試驗。必須注意的是需將試驗用砂的透氣性調整一致，控制好型砂的堅實率，使型腔表面的硬度相同，用同樣鐵水一次澆出四只試塊進行比較，才能比較準確地得出一種煤粉代用品的效果好壞如何?？傊?，對煤粉的代用品的選用一定要慎重。不僅要計算一下經濟上是否合算，也要防止鑄件質量遭受到災難性后果。

二、新型煤粉商品

    長期以來，人們一直在努力設法取消濕型鑄鐵件用型砂中的煤粉。但是，直到今天，完全取代煤粉的工作進展仍不夠理想。據國外的資料介紹：其原因首先是任何煤粉的代用品價格都比煤粉貴得多。此外，很多鑄造工廠換用代用品后，發現一系列新的問題。例如有的代用品在澆注和落砂時發出大量煙氣，必須加強通風。有些代用品使膨潤土中毒而不再吸水，破壞了膨潤土的粘結和可塑性能。有的代用品是液體，運輸、貯放、溫度控制、定量都增加困難。有些工廠發現砂子從鑄件上脫落比用煤粉時難，可鍛件更是如此。大多數工廠發現由于去掉了細粉使型砂性能的控制成問題，有的工廠需要加入石英細砂或紅砂代替細粉的作用。美國有一可鍛鑄鐵工廠的高壓造型線在1976年用聚苯乙烯代替煤粉，50循環后舊砂中的煤粉消耗凈，鑄件產生夾砂缺陷和表面光潔度變壞。換用聚丙烯和石油瀝青比單用聚苯乙烯好些，但仍不如用煤粉。試驗完了后又改回使用煤粉，鑄件質量才又變好。德國一生產供搪瓷用薄壁大面積鑄鐵件的鑄造工廠在使用煤粉代用品時，也發現經若干次循環后鑄件表面光潔度有變壞的情況。因此，國外大多認為煤粉代用品的性能如今還不夠穩定，對大鑄件尤其有問題。目前距生產出鑄造工廠普遍接受的代用品為時尚早。60年代和70年代考慮到環境而趨于否定煤粉，80年代起鑄造工廠高壓造型的使用日趨廣泛，人們又回到了煤粉。當前的趨勢是煤粉中摻入其它碳質材料制成“合成煤粉”商品，以及將煤粉、膨潤土及其它材料混合制成“復合附加物”商品，在國外合成煤粉和附加物的包裝和運輸基本上是采用散料罐裝車運輸，送至鑄造車間后，靠氣力輸送到儲料倉中待用，使煤粉材料處于全封閉系統中，工作場地的環境和工人的勞動條件得以保證。只有在用戶特殊要求下才采用紙袋包裝，以下將分別簡單介紹合成煤粉和復合附加物。 
    1、合成煤粉（高亮碳煤粉、高效煤粉）： 從70年代起，歐洲的煤粉供應廠商考慮到天然煤粉的不足，制成“合成煤粉”商品供應鑄造工廠使用。所謂“合成煤粉”實際上是煤粉與瀝青類摻加物的混合物。典型配比是煤粉80~60%，摻加物20~40%。過去曾經用煤焦油瀝青為摻加物，現已改用特殊的石油瀝青。合成煤粉混合有兩種成分，從而可以取長補短，得到有益性能的綜合發揮，與天然煤粉相比，合成煤粉的揮發分和光亮碳形成能力較高，軟化區間加寬，灰分和硫分降低，加入量下降，澆注時煙氣減少。合成煤粉的光亮碳形成能力大多在12~20%之間，我國目前也有兩家企業生產合成煤粉，稱為“高效煤粉”和“高亮碳煤粉”。較理想的合成煤粉應是水洗焦煤和高軟化點特制石油瀝青材料配合制成，型砂中加入量只是天然煤粉的1/2左右?？梢允剐蜕暗乃窒陆?，并可節省相應的運輸和儲存費用，使用后鑄件表面光潔和易清理，氣孔缺陷減少。
    2、復合附加物： 在機械化大量生產的鑄造工廠中，各造型線的產品都已基本固定，而且都有自己的砂處理工部?；焐皶r各種原材料的配比也是相當穩定的。因此，供應廠商有可能將各種附加物（包括煤粉、膨潤土、淀粉和其它材料）按比例預先混合在一起運送銷售。在鑄造工廠中，材料的儲放簡化，又可防止煤粉自燃。用戶在混砂加料時可只加一種加入物，使生產控制更加方便和精確。Novelli介紹歐洲灰鑄鐵生產用標準復合預混物含有鈉基膨潤土65%，煤粉35%。根據用戶的需要，還可以再含有其它材料，例如α淀粉、普通淀粉、糊精、木粉、瀝青粉等。據美國膠體公司介紹說，在美國只有中、小型鑄造廠才單獨購買煤粉、膨潤土、淀粉、木粉等造型材料，混砂時分別逐樣加入混砂機中。一些大型鑄造工廠絕大多數是定購復合的附加物。以美國膠體公司的復合附加物“Additrol”為例，可以含有優質的鈉基膨潤土、鈣基膨潤土、耐火粘土、碳素物、淀粉、硬木粉、胡桃殼粉、褐煤粉等材料。其中木粉、胡桃殼粉和褐煤粉用來提高型砂的流動性。澆注時褐煤粉燃燒能氧化煙煤的分解物，減少膨潤土吸收分解物而粘結力下降，節省膨潤土加入量。褐煤粉還能夠減少澆注時的煙氣，有利于環境保護。美國膠體公司將每種原材料都給出詳細的技術條件供用戶核驗。我國目前暫時尚無類似的復合附加物商品供應。