黏土濕型砂的基本組成成分是硅砂、膨潤土和水。為了改善型砂的性能，一些附加材料的作用也是非常重要的。隨著工藝技術的進步，和對環境保護和鑄件質量的要求不斷提高，今后還應該不斷開發新的品種。
　　1、煤粉
　　鑄造用煤粉則是由煙煤中的肥煤或焦煤制成的。
　　（1） 煙煤加熱時發生的各種變化
　　煙煤受熱時，首先是脫除水分，然后發生分解、析出揮發分，其分解大體上可分為4個階段。
　　第一階段  200℃以下，脫除水分并釋放少量CO2，此階段的反應速率低。
　　第二階段  200～350℃，除繼續釋放水蒸汽和CO2外，開始釋放CO，并有微量焦油析出，可認為是熱解開始階段。
　　第三階段  350～550℃，分解反應的速率增高，分解產物主要是低分子量烴類和其他有機化合物，焦油基本上都在這一階段析出。煙煤還要經歷一個軟化-熔融-固化的過程，和體積收縮-膨脹-再收縮的過程。
　　大約在350～390℃之間，煙煤逐漸軟化，并伴隨著體積收縮。此后開始熔融，液相逐漸增多，形成固、液、氣三相混合的膠質體。初期，由于析出的氣體不斷增多，膠質體體積迅速膨脹，氣體析出到一定程度后，析出量銳減，膠質體的體積也隨之收縮。最后，膠質體固化成為多孔性固體，稱為半焦。總體上，煙煤在這一階段中的體積變化見圖１。

　　圖１  煙煤加熱過程中的體積變化
　　圖中，C——初期的體積收縮；S——隨后發生的體積膨脹；D——總的體積膨脹。
　　第四階段  550℃以上，繼續析出各種氣體，包括水蒸汽、CO2、CO、H2、甲烷、乙炔和氨，并由半焦轉變為焦炭。
　　第三、四兩階段產生的氣體可能在灼熱的固體表面上凝聚，形成含碳量高的石墨狀薄膜，通常稱之為光亮碳。各種烴類物質中，芳香烴最易于熱解而生成光亮碳。
　　（2） 粘土濕型砂中煤粉的作用
　　粘土濕型砂中加入煤粉，其在鑄件成形過程中的作用主要有4個方面：
　　l 鐵液注入砂型后，使型砂中的煤粉受熱分解，所釋放的還原性氣體在型腔中能防止鐵液氧化，防止鑄件表面形成FeO，這對于防止黏砂缺陷有非常重要的作用；
　　l 鐵液注滿型腔后，型內氣氛為還原性氣氛，在這種條件下，煤粉析出的烴類氣體，會凝聚于鑄型表面，形成光亮碳膜，能防止黏砂并使鑄件輪廓清晰；
　　l 靠近金屬-鑄型界面處，型砂中的煤粉受熱而發生焦化反應時，先軟化并發生體積收縮，然后再膨脹。煤粉的軟化溫度與石英的相變膨脹溫度大致相同，可以容讓砂粒的膨脹。因而可防止鑄件上出現夾砂、鼠尾之類的膨脹缺陷，并改善鑄件尺寸的穩定性；
　　l 煤粉焦化時發生體積膨脹，能填塞鑄型表面層砂粒間的空隙，使鐵液及產生的易熔硅酸鹽難以滲入，從而改善鑄件的表面質量。同時，離開鑄型表面一定距離處仍然能保持應有的透氣性。
　　（3）關于煤粉的粒度要求
　　多　　年來，我國鑄造行業習慣于用細煤粉，有關標準對鑄造用煤粉的粒度要求是：“應有95％以上的顆粒通過0.106mm的篩孔（即140目篩）”。這樣的煤粉大體上相當于外國的超細煤粉。在今天廣泛采用高壓造型設備的條件下，不作具體分析地普遍采用超細煤粉實在很不合適，這方面是亟待改進的。
　　煤　　粉的粒度應根據鑄件的尺寸和重量選用，同時也要考慮造型設備的情況。一般說來，黏土濕型砂中所用的煤粉，粒度應細于原砂的粒度，但也不宜過細。如生產小型鑄件，對表面質量的要求又較高，可采用較細的砂粒，配用細煤粉或超細煤粉，但這并不是常規的情況。隨著鑄件尺寸的增大，就以采用較粗的粒狀煤粉為好。
　　煤粉太細，可能帶來很多問題，如：
　　1） 揮發分易于釋放，從而影響使用效果；
　　2） 儲、運過程中易于氧化，還可能發生自燃；
　　3） 加料過程中容易被排塵系統吸走，影響型砂質量的穩定性；
　　4） 每次澆注后，因受熱界面大而燒蝕的量較大，導致煤粉的用量大，且使型砂中的含泥量增多。
　　近30年來，高壓造型設備的應用日益廣泛。對于高壓造型設備，無論水平分型或垂直分型，型砂中都應采用粗粒的煤粉。這樣，一方面可以適當提高鑄型的透氣能力，減少鑄件產生的氣孔缺陷；另一方面，采用粗煤粉，澆注時揮發分的釋放減緩，型砂中的灰分減少、復用性能改善，對于保持型砂性能的穩定有很好的作用。
　　如果進入系統砂的芯砂數量較多，導致型砂的總體粒度偏粗，為避免鑄型的透氣能力過高，在這種情況下，可考慮采用略細一些的煤粉。
　　總之，不論鑄件特點和生產條件如何，一律采用95％以上通過140目篩的煤粉是不妥的，希望能通過試驗、研究，盡快地改變這種狀況。
　　當然，煤粉的粒度也不能太粗。英國是最早在黏土濕型砂中配用煤粉的國家，他們根據多年使用的經驗，認為不能用粒度為1mm或以上的煤粉，否則鑄件容易出現氣孔缺陷。同時，英國也很少采用太細的煤粉。
　　英國主要的煤粉供應廠商James  Durrans父子公司供應的5種鑄造用煤粉的粒度分布情形見表１。

　　美國American Colloid公司在其為鑄造廠提供的膨潤土-煤粉預混料中所用煤粉的粒度分布見表２。

　　我國鑄造用煤粉粒度規格的制定，還需要根據不同生產條件下的實際試驗數據進行優選，需要煤粉生產企業與鑄造企業共同努力。一般說來，鑄造用煤粉顆粒的尺寸應在40目到200目之間，以不同的粒度級配制定若干牌號，以適應不同鑄造企業的需求。
　　煤粉生產企業為生產粒狀煤粉，在設備方面可能要作較大的調整，如裝設旋流式粒度分級設備和粒度級配裝置等。
　　（4） 對煤粉的其它質量要求
　　對煤粉的質量要求有揮發分、灰分、硫含量、水分、焦渣特征、光亮碳析出量等項目。
　　我國專業標準JB/T 9222－2008《濕型鑄造用煤粉》中都有規定，雖然某些指標仍有進一步的探討的必要，由于篇幅所限，這次就不具體討論了。
　　這里要提到的是氯化物含量。前面已經談到，電解質會影響膨潤土的黏結性能。如果煤粉中含有較多的氯化物，就可能影響膨潤土在型砂系統中的效能，使型砂的濕抗拉強度顯著降低。國外規定優質煤粉中氯化物含量不超過0.15%。我們的標準在這方面沒有規定，今后是不是也有必要進行一些探索和研究？
　　2、淀粉
　　鑄鐵件生產方面，少數情況下，為提高鑄型中水分凝聚層的強度、改善鑄件表面質量，可在黏土濕型砂中加入1%左右的淀粉。鑄鋼用的黏土濕型砂中不能加入煤粉，加入少量淀粉往往是常規的措施。
　　黏土濕型砂中的淀粉，以能溶于水中起粘結作用的淀粉最好。
　　按制淀粉的原料區分，可分為地上淀粉和地下淀粉。前者如玉米粉，面粉；后者如馬鈴薯粉、甘薯粉。地上淀粉比較穩定，鑄造行業宜采用地上淀粉。
　　按淀粉的水溶性和加工過程區分，有α淀粉和β淀粉。    ．
　　β淀粉是未經處理的生淀粉，不溶于水或略溶于水，用于粘土濕型砂中作用不大。
　　α淀粉是將生淀粉和水調成懸浮液，然后加熱糊化，并使之快速冷卻、磨細而制成的。α淀粉溶于水中即成糊狀，適合作濕型砂中的附加劑。
　　用β淀粉制α淀粉時，適宜的糊化溫度為86～87℃，α淀粉的制造方法見圖２。

　　3、聚苯乙烯珠粒
　　上世紀70年代，美國、當時的聯邦德國都有鑄造廠在黏土濕型砂中配加聚苯乙烯珠粒，以代替煤粉。聚苯乙烯的光亮碳析出量是煤粉的9～11倍，型砂中加入1％，就有很好的防黏砂能力。
　　煤粉受到金屬液的高溫作用后，在型砂中殘留焦炭粒和灰分。這些都是吸水能力很強的物質，加入循環使用的系統砂中的水分，先被這類多孔性物質吸收，然后才潤濕膨潤土，因而不得不使型砂中保有較高的水分。聚苯乙烯受高溫作用后幾乎全部氣化，沒有殘留物，用以代替煤粉，可相應降低型砂中所需的水分，也有利于改善型砂流動性。
　　聚苯乙烯珠粒是光滑的球體，加入型砂后可以改善型砂的流動性，使其易于舂緊。德國有一家生產風冷發動機鑄鐵件的鑄造廠，用高壓造型線造型，系統砂是加煤粉的黏土濕型砂。生產缸體鑄件時，模樣上有一不大的凹陷，取模時吊砂不易脫出。為解決此問題，專配一種只含聚苯乙烯珠粒、不含煤粉的型砂，在模板進入造型機之前，由人工將其填入凹陷。結果，不僅取模方便，而且鑄件凹陷部位的表面光潔。
　　黏土濕型砂中代替煤粉的的聚苯乙烯珠粒，粒度為0.15 mm左右，加入量一般為1％。
　　用聚苯乙烯珠粒的缺點是生產成本有所增高，而且鑄件澆注后釋放有害氣體。但是，如果只是局部敷用，這兩方面的問題都不大
　　4、石墨粉
　　早期，手工造型用的粘土濕型砂是不加煤粉的，為改善鑄件的表面質量，工人都在鑄型表面涂石墨粉。石墨粉受高溫作用后雖然不產生光亮碳，但可形成還原性氣氛，有利于防止粘砂缺陷。再則，石墨不易被鐵液潤濕，能有效地防止鐵液滲入砂粒之間的間隙。
　　此外，石墨粉的耐用性遠優于煤粉，用石墨粉代替煤粉，型砂的水分也可適當降低。
　　目前，美國、日本都有鑄造廠在黏土濕型砂中用石墨粉代替煤粉，用法有兩種：一是在混砂時加入，所用的石墨粉是微晶石墨（以前稱為土狀石墨），加入量一般為0.3～0.5％；二是作為脫模劑，噴涂在模樣表面上，造型后，脫模時轉移到砂型表面。
　　5、短纖維類物質
　　粘土濕型砂中加入木屑的經驗早已有之，其所以能防止黏砂缺陷，主要是兩種作用：一是在貼近鑄件的表層，木屑熱解、燃燒，有利于形成還原性氣氛，而且木屑燃燒后留有硅砂膨脹的空間；二是用于背層的型砂中，木屑纖維有增強型砂的作用。
　　粘土濕型砂中用木屑代替煤粉，多用于生產小型鑄鋼件。因為以前不太注意煤粉釋放有害氣體的問題，在生產鑄鐵件方面未能推廣應用。
　　近年來，由于對有害氣體排放的限制日益嚴格，美國鑄造行業對此非常重視，又轉而注意木屑的應用。目前，所用的材料主要是經粉碎的玉米芯粉、秸稈粉和木粉。由于這類材料都是可再生資源，尤其因價格低廉而受到青睞。
　　據報道，美國西北部一些生產汽車用灰鑄鐵件和球墨鑄鐵件的鑄造廠，已成功地用以部分代替煤粉（40％左右），可以有效地防止鑄件產生膨脹缺陷。在其中的一個鑄造廠所作的測定表明：煤粉全部由木粉代替后，澆注后有害氣體的濃度降低74％；以木粉取代40％的煤粉后，有害氣體的濃度降低42％。
　　木粉熱解、燃燒產生的有害氣體很少，完全用以代替煤粉后，之所以仍有26％的有害氣體，是因為鑄造廠采用冷芯盒工藝制芯，落砂時有部分芯砂進入循環使用的舊砂中，澆注后芯子和型砂中含有的芯砂會析出有害氣體。
　　6、用再生植物油代替煤粉
　　日本某公司，從上世紀70年代起，就著手研究再生回用的植物油在粘土濕型砂中的應用。在試驗研究的基礎上，確認其效果良好后，經試制階段逐漸擴大其使用范圍。從1978年開始，在生產中全面用再生植物油代替粘土濕型砂中的煤粉。到2006年，用新工藝生產的鑄鐵件累計已有136.4萬噸，據報道，在環境保護、改善型砂性能和提高鑄件質量方面，都取得了良好的效果，其經驗值得我國鑄造行業借鑒。
　　植物油的價格雖然高于煤粉，但所用的是廢棄植物油經再生處理后的產品，價格低廉。
　　用再生植物油代替煤粉的效果簡單地概況如下：
　　1）環境保護方面  CO2排放量大幅度減少；SO2排放量減少；進入型砂和大氣中的粉塵都明顯減少。
　　2）改善型砂性能方面  再生植物油加入量在0.8％以下，型砂的強度略有提高；型砂的流動性改善，鑄型易于舂實；制得的鑄型表面穩定性好。
　　3）產品鑄件的質量方面  鑄件的尺寸精度提高；鑄件的表面質量改善。