碱性酚醛树脂砂铸造槽帮的工艺探讨

李灿辉

（三明市金圣特种钢有限公司，福建 三明 365000）

铸铁车间在技术改造的过程中，需要选择型砂工艺，保证型砂工艺的水平达到先进的要求。我国目前铸铁型砂工艺主要以黏土砂工艺、水玻璃砂工艺、呋喃树脂砂工艺为主。这些型砂工艺都存在若干个问题，不利于铸铁工艺的发展。碱性树脂砂是最好型的工艺，能够用于单件小批量铸件的生产，不仅铸件精度高，浇筑后砂型溃散性良好、混合型砂流动性佳、容易清理、铸件无龟裂等特点，碱性酚醛树脂在砂铸造工艺中应用具有非常显著优势。

1 球墨铸铁的主要性能

由于工业领域对强度、韧性、可塑性和耐磨性的要求很高，球墨铸铁成为工业领域使用最广泛的铸铁。有多种等级的球墨铸铁，可以大大提高机械和物理特性。球墨铸铁的等级由“球墨铸铁”QT的两个首字母组成，两组数字分别表示最小拉伸强度和延伸率。向球墨铸铁中添加稀土可以提高球墨铸铁的整体性能。中国的铁质量相对较差，硫含量高，铁窃听温度低，添加其他稀土元素可以提高石墨具象化的整体效果。例如，在构思话题中添加镁，石墨构思化可以克服硫化及杂质的影响，提高整体构思化水平。稀土元素的使用还可以防止干扰元素破坏球化效果。干扰元素的PB、BI、SB、TE、TI等含量超过0.05%wt，稀土元素增加0.01%wt，可实现干扰合成，有效抑制石墨变性。我国大部分铁含有钛元素，钛含量高到0.2%wt～0.3%wt左右。稀土镁可以将铁的稀土剩余量减少到约0.02%wt～0.03%wt，从而保证石墨球化学的整体效果将0.02%wt～03%wt BI添加到设想铸铁中，可以完全破坏设想石墨的形状。如果在结节性铸铁中添加稀土，石墨结节往往会变得不那么白。含有稀土的接种剂可以大大改善结节性铸铁的整体效果，提高防腐性能。添加稀土后，结节石墨的数量可能会大幅增加。在制造球墨铸铁的过程中，要严格管理化学成分。原来铁的碳化硅含量高于灰铸铁，因此，可以适当减少锰、磷、硫和其他元素的含量。

2 碱性酚醛树脂的特性

所谓碱性酚醛树脂主要就是利用苯酚和甲醛作为原料，利用碱性化合物作为催化剂，由于使用了大量的碱，可以促使碱性酚醛树脂砂的分清机形成酚氧负离子。目前，在碱性酚醛树脂砂工艺应用的过程中，所选用的碱性酚醛树脂材料不含磷、氮、硫等有害物质，避免对铸件金属造成各种缺陷，非常适用于球墨铸铁件和合金铸铁件。碱性酚醛树脂自硬砂的固化剂是有机质，而不是有机酸，具有应化不完全的特性，在浇铸中会呈现出短暂的热缩性特点。二次硬化后会直接变成刚性，溃散可以显著避免逐渐热烈的整体倾向，同时也可以减少在铸件浇注过程中产生的冲砂缺陷，确保铸件的尺寸精度和制造质量大幅提高。碱性酚醛树脂自硬砂属于典型的建筑用砂，必须经过较长时间才能够提高强度，通常达到24小时后强度最高。碱性酚醛树脂具有良好的碱性特点、水溶性强，大部分的固化剂主要以多元醇有机质为主，而树脂的硬化反应需要从简与之反应形成碱金属碳酸盐，发生交联反应，使得型砂强度显著提高，而有机酯固化剂能够直接参与到树脂硬化反应中，不同于固化剂所起到的催化效果，不会参与其他树脂自硬砂，无法改变固化剂的加入量来调节自用砂的硬化速度和起模时间有机质加入量不足则无法硬化，有机质加入量过高也会造成损伤，造成铸件界面发生显著的变化，而最终影响正面的品质。

圆形振动筛是一种新型的筛分设备，其工作原理是通过振动电动机顶部和底部的偏心重量形成一定的角度，使主体驱动表面产生水平、垂直和倾斜的三维运动。在这个动作中，小物质移动到物质层的底部，逐渐通过屏幕，获得筛选和筛选效果。圆形振动筛的优点和特点如下：新型网格结构设计，同时屏幕寿命长，容易更改屏幕(更改屏幕只需要3～5分钟)。灰尘不飞，完全密封，不容易泄漏。挡网不容易。与材料接触的部分由具有耐磨、耐蚀、长寿命特性的不锈钢制成，设备体积小，不占空间，移动方便。放电可以调节到360°，材料会自动排出。可以连续工作。可以与单层和多层屏幕一起使用。零件没有盲点，容易清洗。筛选精度高，效率高，适用范围广，如粒子、粉末和桨材料。

3 酚醛树脂砂铸造工艺中的具体应用

3.1 严格控制再生砂的灼减量

再生砂如果没有控制好主检料会直接影响型砂的整体强度。如果只用型砂则型砂的强度非常高，树脂加入量只有1.2%左右。通过多次循环型砂强度下降，树脂的加入量不断提高，最后数值达到2%的型砂的强度依然无法满足硬度要求，经过多次实验论证，能够发现在碱性酚醛树脂砂浇注完成后，表面会生成大量的玻璃状碱性金属复合硅酸盐，在表面覆盖一层薄膜，会对金属氧化物和砂砾起作用。由于砂粒附着强度高，再生产砂石无法去除。造成心砂混合树枝也无法在型砂表面附着，导致砂型强度下降，需要通过再升级维修和改造或者增加型砂量，将整个再生砂的灼减量控制在1.5%左右，既可以达到型砂的强度标准，又可以减少树脂的掺入量。

3.2 砂处理设备要定期保养与维护

砂处理设备对整个再生砂的质量具有决定性的作用，其中再生机和除尘器会影响再生砂的品质，浇筑完成的砂如果无法及时地脱模和去除粉尘，就会显著降低型砂的灼减量。而最终导致浇注的硬度下降，为此要及时利用妥善的防护措施，加强对砂处理设备的维修与养护，可以采用呋喃树脂自硬砂工艺对设备进行处理，而就在声砂的灼减量在2%以上，会远高于碱性酚醛树脂自硬砂工艺的1.5以下，需要加入大量的型砂，降低造型用砂的转料。但这样的都处理方式会导致心砂和旧砂的淘汰率显著提高，不利于成本控制，为此应该在原再生增加摩擦拭再升级，通过多次循环使得再生砂的灼减量控制在1.5%以下，从而提高型砂的整体强度。

3.3 混砂机的改造

因为碱性酚醛树脂的黏度过高，通常树脂砂混砂机的处理效果不理想，为此要提高树脂加入量才能达到最终的生产需要，为了确保混砂机均匀混砂，还应该将原有的混砂机树脂和固化剂入口，使得树脂与固化剂能够在到达混砂机之前立即融合，最终提高砂型的整体强度。

3.4 温度控制

在温度控制时，要充分考虑生产车间内部的环境温度，同时还应该对莎翁和模具温度进行全面分析。目前，大部分的车间现场无法实现环境温度条件，要高度重视对原砂河再生砂温度的控制，砂纹会直接影响树脂硬化反应的速度和质量，同时也会影响砂粒表面的树脂分布特点，为此应该控制好圆砂以及再生砂的温度，最佳的温度需要保持在25～30℃，可以显著降低固化剂的使用。同时也可以提高发行的流动性、塑形和性质都非常容易充实，树脂砂的紧实度显著提高，避免铸型裂开掉砂等问题，提高铸件整体的质量。对于球墨铸铁件，铸型的紧实度要求非常高，可以使得石墨化膨胀发生明显的变化，提高铸件表面的整体质量，还能够去掉铸件内部的孔洞，起到缩松铸型的紧实和排气效果。

4 结语

碱性酚醛树脂砂具有良好的高温后退性和硬质渗透性，不含N、P、S等有害元素，非常适合生产石油铸钢件。该材料可以有效改善劳动环境，满足国家节能减排要求，扩大生产能力，提高生产效率，降低员工劳动强度。与原来的水玻璃砂工艺相比，在碱性酚醛树脂砂中成型砂的吸湿性和优异的崩解性使工艺更加稳定可靠，从而获得铸钢铸件的附加值，质量明显提高，值得应用和推广。