堿性酚醛樹脂砂鑄造槽幫的工藝探討

李燦輝

（三明市金圣特種鋼有限公司，福建 三明 365000）

鑄鐵車間在技術(shù)改造的過程中，需要選擇型砂工藝，保證型砂工藝的水平達(dá)到先進(jìn)的要求。我國目前鑄鐵型砂工藝主要以黏土砂工藝、水玻璃砂工藝、呋喃樹脂砂工藝為主。這些型砂工藝都存在若干個問題，不利于鑄鐵工藝的發(fā)展。堿性樹脂砂是最好型的工藝，能夠用于單件小批量鑄件的生產(chǎn)，不僅鑄件精度高，澆筑后砂型潰散性良好、混合型砂流動性佳、容易清理、鑄件無龜裂等特點(diǎn)，堿性酚醛樹脂在砂鑄造工藝中應(yīng)用具有非常顯著優(yōu)勢。

1 球墨鑄鐵的主要性能

由于工業(yè)領(lǐng)域?qū)?qiáng)度、韌性、可塑性和耐磨性的要求很高，球墨鑄鐵成為工業(yè)領(lǐng)域使用最廣泛的鑄鐵。有多種等級的球墨鑄鐵，可以大大提高機(jī)械和物理特性。球墨鑄鐵的等級由“球墨鑄鐵”QT的兩個首字母組成，兩組數(shù)字分別表示最小拉伸強(qiáng)度和延伸率。向球墨鑄鐵中添加稀土可以提高球墨鑄鐵的整體性能。中國的鐵質(zhì)量相對較差，硫含量高，鐵竊聽溫度低，添加其他稀土元素可以提高石墨具象化的整體效果。例如，在構(gòu)思話題中添加鎂，石墨構(gòu)思化可以克服硫化及雜質(zhì)的影響，提高整體構(gòu)思化水平。稀土元素的使用還可以防止干擾元素破壞球化效果。干擾元素的PB、BI、SB、TE、TI等含量超過0.05%wt，稀土元素增加0.01%wt，可實(shí)現(xiàn)干擾合成，有效抑制石墨變性。我國大部分鐵含有鈦元素，鈦含量高到0.2%wt～0.3%wt左右。稀土鎂可以將鐵的稀土剩余量減少到約0.02%wt～0.03%wt，從而保證石墨球化學(xué)的整體效果將0.02%wt～03%wt BI添加到設(shè)想鑄鐵中，可以完全破壞設(shè)想石墨的形狀。如果在結(jié)節(jié)性鑄鐵中添加稀土，石墨結(jié)節(jié)往往會變得不那么白。含有稀土的接種劑可以大大改善結(jié)節(jié)性鑄鐵的整體效果，提高防腐性能。添加稀土后，結(jié)節(jié)石墨的數(shù)量可能會大幅增加。在制造球墨鑄鐵的過程中，要嚴(yán)格管理化學(xué)成分。原來鐵的碳化硅含量高于灰鑄鐵，因此，可以適當(dāng)減少錳、磷、硫和其他元素的含量。

2 堿性酚醛樹脂的特性

所謂堿性酚醛樹脂主要就是利用苯酚和甲醛作為原料，利用堿性化合物作為催化劑，由于使用了大量的堿，可以促使堿性酚醛樹脂砂的分清機(jī)形成酚氧負(fù)離子。目前，在堿性酚醛樹脂砂工藝應(yīng)用的過程中，所選用的堿性酚醛樹脂材料不含磷、氮、硫等有害物質(zhì)，避免對鑄件金屬造成各種缺陷，非常適用于球墨鑄鐵件和合金鑄鐵件。堿性酚醛樹脂自硬砂的固化劑是有機(jī)質(zhì)，而不是有機(jī)酸，具有應(yīng)化不完全的特性，在澆鑄中會呈現(xiàn)出短暫的熱縮性特點(diǎn)。二次硬化后會直接變成剛性，潰散可以顯著避免逐漸熱烈的整體傾向，同時也可以減少在鑄件澆注過程中產(chǎn)生的沖砂缺陷，確保鑄件的尺寸精度和制造質(zhì)量大幅提高。堿性酚醛樹脂自硬砂屬于典型的建筑用砂，必須經(jīng)過較長時間才能夠提高強(qiáng)度，通常達(dá)到24小時后強(qiáng)度最高。堿性酚醛樹脂具有良好的堿性特點(diǎn)、水溶性強(qiáng)，大部分的固化劑主要以多元醇有機(jī)質(zhì)為主，而樹脂的硬化反應(yīng)需要從簡與之反應(yīng)形成堿金屬碳酸鹽，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使得型砂強(qiáng)度顯著提高，而有機(jī)酯固化劑能夠直接參與到樹脂硬化反應(yīng)中，不同于固化劑所起到的催化效果，不會參與其他樹脂自硬砂，無法改變固化劑的加入量來調(diào)節(jié)自用砂的硬化速度和起模時間有機(jī)質(zhì)加入量不足則無法硬化，有機(jī)質(zhì)加入量過高也會造成損傷，造成鑄件界面發(fā)生顯著的變化，而最終影響正面的品質(zhì)。

圓形振動篩是一種新型的篩分設(shè)備，其工作原理是通過振動電動機(jī)頂部和底部的偏心重量形成一定的角度，使主體驅(qū)動表面產(chǎn)生水平、垂直和傾斜的三維運(yùn)動。在這個動作中，小物質(zhì)移動到物質(zhì)層的底部，逐漸通過屏幕，獲得篩選和篩選效果。圓形振動篩的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)如下：新型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時屏幕壽命長，容易更改屏幕(更改屏幕只需要3～5分鐘)?；覊m不飛，完全密封，不容易泄漏。擋網(wǎng)不容易。與材料接觸的部分由具有耐磨、耐蝕、長壽命特性的不銹鋼制成，設(shè)備體積小，不占空間，移動方便。放電可以調(diào)節(jié)到360°，材料會自動排出?？梢赃B續(xù)工作?？梢耘c單層和多層屏幕一起使用。零件沒有盲點(diǎn)，容易清洗。篩選精度高，效率高，適用范圍廣，如粒子、粉末和槳材料。

3 酚醛樹脂砂鑄造工藝中的具體應(yīng)用

3.1 嚴(yán)格控制再生砂的灼減量

再生砂如果沒有控制好主檢料會直接影響型砂的整體強(qiáng)度。如果只用型砂則型砂的強(qiáng)度非常高，樹脂加入量只有1.2%左右。通過多次循環(huán)型砂強(qiáng)度下降，樹脂的加入量不斷提高，最后數(shù)值達(dá)到2%的型砂的強(qiáng)度依然無法滿足硬度要求，經(jīng)過多次實(shí)驗論證，能夠發(fā)現(xiàn)在堿性酚醛樹脂砂澆注完成后，表面會生成大量的玻璃狀堿性金屬復(fù)合硅酸鹽，在表面覆蓋一層薄膜，會對金屬氧化物和砂礫起作用。由于砂粒附著強(qiáng)度高，再生產(chǎn)砂石無法去除。造成心砂混合樹枝也無法在型砂表面附著，導(dǎo)致砂型強(qiáng)度下降，需要通過再升級維修和改造或者增加型砂量，將整個再生砂的灼減量控制在1.5%左右，既可以達(dá)到型砂的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，又可以減少樹脂的摻入量。

3.2 砂處理設(shè)備要定期保養(yǎng)與維護(hù)

砂處理設(shè)備對整個再生砂的質(zhì)量具有決定性的作用，其中再生機(jī)和除塵器會影響再生砂的品質(zhì)，澆筑完成的砂如果無法及時地脫模和去除粉塵，就會顯著降低型砂的灼減量。而最終導(dǎo)致澆注的硬度下降，為此要及時利用妥善的防護(hù)措施，加強(qiáng)對砂處理設(shè)備的維修與養(yǎng)護(hù)，可以采用呋喃樹脂自硬砂工藝對設(shè)備進(jìn)行處理，而就在聲砂的灼減量在2%以上，會遠(yuǎn)高于堿性酚醛樹脂自硬砂工藝的1.5以下，需要加入大量的型砂，降低造型用砂的轉(zhuǎn)料。但這樣的都處理方式會導(dǎo)致心砂和舊砂的淘汰率顯著提高，不利于成本控制，為此應(yīng)該在原再生增加摩擦拭再升級，通過多次循環(huán)使得再生砂的灼減量控制在1.5%以下，從而提高型砂的整體強(qiáng)度。

3.3 混砂機(jī)的改造

因為堿性酚醛樹脂的黏度過高，通常樹脂砂混砂機(jī)的處理效果不理想，為此要提高樹脂加入量才能達(dá)到最終的生產(chǎn)需要，為了確保混砂機(jī)均勻混砂，還應(yīng)該將原有的混砂機(jī)樹脂和固化劑入口，使得樹脂與固化劑能夠在到達(dá)混砂機(jī)之前立即融合，最終提高砂型的整體強(qiáng)度。

3.4 溫度控制

在溫度控制時，要充分考慮生產(chǎn)車間內(nèi)部的環(huán)境溫度，同時還應(yīng)該對莎翁和模具溫度進(jìn)行全面分析。目前，大部分的車間現(xiàn)場無法實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度條件，要高度重視對原砂河再生砂溫度的控制，砂紋會直接影響樹脂硬化反應(yīng)的速度和質(zhì)量，同時也會影響砂粒表面的樹脂分布特點(diǎn)，為此應(yīng)該控制好圓砂以及再生砂的溫度，最佳的溫度需要保持在25～30℃，可以顯著降低固化劑的使用。同時也可以提高發(fā)行的流動性、塑形和性質(zhì)都非常容易充實(shí)，樹脂砂的緊實(shí)度顯著提高，避免鑄型裂開掉砂等問題，提高鑄件整體的質(zhì)量。對于球墨鑄鐵件，鑄型的緊實(shí)度要求非常高，可以使得石墨化膨脹發(fā)生明顯的變化，提高鑄件表面的整體質(zhì)量，還能夠去掉鑄件內(nèi)部的孔洞，起到縮松鑄型的緊實(shí)和排氣效果。

4 結(jié)語

堿性酚醛樹脂砂具有良好的高溫后退性和硬質(zhì)滲透性，不含N、P、S等有害元素，非常適合生產(chǎn)石油鑄鋼件。該材料可以有效改善勞動環(huán)境，滿足國家節(jié)能減排要求，擴(kuò)大生產(chǎn)能力，提高生產(chǎn)效率，降低員工勞動強(qiáng)度。與原來的水玻璃砂工藝相比，在堿性酚醛樹脂砂中成型砂的吸濕性和優(yōu)異的崩解性使工藝更加穩(wěn)定可靠，從而獲得鑄鋼鑄件的附加值，質(zhì)量明顯提高，值得應(yīng)用和推廣。