有机树脂在铸造生产中产生气味分析

2021-10-17徐振国唐盛来李建强

铸造设备与工艺 2021年4期

关键词：碱性树脂气味

徐振国，陈立，唐盛来，李建强

（邦尼化工（天津）有限公司，天津 100022）

目前，铸造使用的有机树脂砂主要有呋喃树脂砂、碱酚醛树脂砂、Pep-Set 树脂砂、邦尼树脂砂。随着市场竞争的加剧，各公司对铸件的质量、环保、节能、减排和生产成本等方面的要求日益提高，从而对型砂黏结剂也不断提出新的要求：

1）减少有害气体的排放，以适应环保和工业卫生方面的要求；

2）提高旧砂的回用率，使硅砂资源得到充分的利用，并减少废弃砂的排放；

3）降低旧砂再生的处理成本，以常用的干法再生代替热法再生或湿法再生，避免装设过多的辅助设备，并降低生产中的能耗；

4）改进黏结剂的性能，提高铸件的质量；

5）改善黏结剂的综合性能，从低加入量、易落砂、易清理、高效率等方面降低企业的生产成本。

1 树脂砂造型及浇注时释放的有害物质

据有关资料介绍树脂砂铸造车间在造型、浇注中主要有害气体成分为：甲醛、苯酚、二氧化硫、氨、一氧化碳、硫化氢、苯、甲苯、二甲苯、粉尘、糠醛、糠醇、氮氧化物及氰化物。表1 所示为铸造过程可能产生的有害气体汇总表。

表1 树脂砂铸造过程有害气体汇总表

2 目前市场上常用树脂砂在各工序散发气味的特征

2.1 碱性酚醛树脂砂

碱性酚醛树脂砂造型时味道较小，但是浇注后其气味比较浓烈，不易在大气中消散且飘散距离比较远，在下风向时，其飘散距离可达1 km～2 km.另外，碱性酚醛树脂砂燃烧释放的刺激性气体具有很强的附着力，在车间里长时间停留，其气体可残留附着在衣物中，气味会随衣物带走，且衣物经清洗后才能去除。

2.2 呋喃树脂砂

呋喃树脂砂造型和浇注时有刺激性气体释放，释放距离在500 m～800 m.

2.3 Pep-set 树脂砂

Pep-set 树脂砂由于其催化剂中有胺的组分，所以其造型和浇注都有浓烈刺激性气体释放，其飘散距离在300 m～600 m.

2.4 邦尼树脂砂

邦尼树脂砂造型时有一定的气味，但其味道轻于呋喃树脂砂，容易在大气中快速消散，在浇注及浇注后邦尼树脂砂释放的味道有一股淡淡的烤糊果仁味，该味道与人的亲和力比较高，大部分人都能接受，且其飘散距离在30 m～80 m.

3 邦尼树脂的基本情况

邦尼树脂是以满足环保与清洁生产的要求为目标，在甲阶酚醛树脂和碱性酚醛树脂的基础上研制而成的，就其分子结构而言，是一种新型的“改性甲阶酚醛树脂”（Modified Resole Phenolic Resin）.经实际生产考核，已确认用邦尼树脂配制的自硬砂有以下特点：

1）具有甲阶酚醛树脂砂的特点，受热后有二次硬化作用，起模时型砂的强度不太高，但具有一定的韧性；树脂中含有高分子的烯属碳链，砂型表面滑润，因而起模性能优于其他各种自硬砂；

2）砂型/芯的表面柔韧，稳定性好，上涂料时，不容易出现浮砂；

3）由于二次硬化的作用，高温下铸型的刚度较好，制造厚截面球墨铸铁件时，产生收缩缺陷的倾向减轻；

4）浇注后的砂型落砂性能很好，与呋喃树脂自硬砂基本相当；

5）旧砂再生、回用的性能好，旧砂的回用率可达95%左右；

6）由于树脂中不含甲醛和苯酚，在采用专用有机混合酸固化剂的条件下，浇注过程中产生的烟和气味远低于其他各种树脂自硬砂。

图1 为国家建筑材料测试中心对邦尼树脂中各种有机物含量进行检测的结果，游离甲醛、苯、甲苯、二甲苯和游离苯酚等均未被检出。

图1 检测结果

4 邦尼树脂砂对作业环境和环保方面的影响

1）邦尼树脂砂混砂机放砂时的气味，明显小于其他树脂砂。

2）铸型浇注后烟气明显减少，已投产应用的铸造企业一致反映，与碱性酚醛树脂砂、呋喃树脂砂、Pep-Set 树脂砂相比，浇注后由树脂砂散发的刺激气味与烟气大幅度降低，显著地改善了劳动环境。图2 为邦尼树脂砂型和碱性酚醛树脂砂型浇注后情况对比。

图2 邦尼树脂砂型和碱性酚醛树脂砂型浇注后情况的对比

碱性酚醛树脂砂造型、浇注后散发的烟气少于呋喃树脂砂型，邦尼树脂砂造型、浇注后烟气又明显低于碱酚醛树脂砂型。

3）清理工部的SiO2粉尘减少、废弃砂量减少，与呋喃树脂砂、Pep-Set 树脂砂相比，邦尼树脂砂的落砂性能、清理效率显著提高，大幅度地降低了铸件清理时SiO2粉尘对环境的污染及对操作者健康的危害。如表2 所示，邦尼树脂砂优良的溃散性来自于其较低的残留强度，400 ℃时型砂的残留强度极低。其落砂性能不仅远远优于水玻璃砂，比碱酚醛树脂砂、呋喃树脂砂还稍好一些。

由表2 还可看出，在100 ℃加热后的邦尼树脂砂与酯硬化碱酚醛树脂砂皆有二次硬化；800 ℃时，3 种脂砂的残留强度已极低，而酯硬化水玻璃砂在800 ℃时还有较高的残留强度。

表2 邦尼树脂砂的残留强度

由于浇注后旧砂的回用率可达90%～95%，显著减少了废弃物的排放以及其对环境与地下水的污染。

5 邦尼树脂砂应用的部分典型案例

2016 年开始，随着国家环保部门对企业的固体、气体排放的控制措施的落地，环保稽查力度加大，因周边居民关于气味的投诉导致许多铸造企业的环保压力很大。随着邦尼树脂在铸造行业的广泛应用，验证了邦尼树脂砂造型、浇注气味低、在大气中易消散、飘散距离近的特点。

5.1 邦尼树脂砂在台湾桃园市某机床零部件生产企业的应用

台湾桃园市某机床零部件生产企业，处于居民区，该企业一直受呋喃树脂砂气味浓烈的影响，在引进邦尼树脂砂后，造型、浇注低气味的特点顺利帮该企业解决了困扰难题图3 为生产造型现场。

图3 台湾某企业用邦尼树脂砂造型现场

5.2 邦尼树脂砂在浙江生产铸铁阀门产品企业的应用

浙江某企业用邦尼树脂砂生产铸铁阀门产品。厂址原位于山腰上，随着房产开发，居民范围逐步靠近厂区约50 m 的范围，之前使用呋喃树脂砂造型，在半夜浇注时，刺鼻的味道就飘散到附近居民卧室内，严重影响居民睡眠，被众多居民投诉，环保部门责令整改，否则停产。在使用邦尼树脂砂后，顺利解决了浇注气味的困扰，图4 为企业生产浇注现场。

图4 浙江某企业用邦尼树脂砂情况

5.3 邦尼树脂砂在江苏某企业生产大型铸钢件的应用

江苏某企业用邦尼树脂砂生产大型铸钢件，该厂区有员工宿舍，附近有居民区，一直使用邦尼树脂近8 年，从未接到任何投诉。生产现场如图5 所示。

图5 江苏某企业用邦尼树脂砂生产大型铸钢件现场

5.4 邦尼树脂砂在桂林某企业用宝珠砂+邦尼树脂生产矿山用铸钢件的应用

桂林某企业用宝珠砂+邦尼树脂生产矿山用铸钢件，宝珠砂角形系数、粉尘含量、耗酸值等各项性能指标优异；树脂加入质量分数在0.6%～0.8%的情况下，还可以获得高强度的型砂，由于树脂加入量少，造型、浇注后产生的气味更少，所以深受老板和员工的欢迎。从2017 年使用至今，由于邦尼树脂砂高回收率、造型和浇注时气味少，在桂林这个旅游城市，这家企业却没有环保困扰，如图6 所示。

图6 桂林某企业的生产现场

5.5 邦尼树脂砂在郑州某阀门类铸件制造企业的应用

郑州某阀门类铸件制造企业，厂区后面一条马路有晨跑锻炼的人员，屡次向环保部门投诉其碱性酚醛树脂砂浇注后气味太大，环保部门责令该公司进行整改，整改不到位则必须停产，后采用邦尼树脂，试用后效果不错，经环保部门检测后达标，目前已恢复正常生产。

5.6 邦尼树脂砂在辽宁锦州某轨道交通产品制造企业的应用

辽宁锦州某轨道交通产品制造企业，用邦尼树脂砂生产高端高速列车用球铁件、铸钢件，该企业严格控制产品质量，已连续多年为轨道交通行业提供优质的铸件产品。

近些年来，通过包括企业多年的生产实践，验证了邦尼树脂砂在生产过程表现出的低气味、味道易消散、味道飘散距离短、不附着的优良特性；也表明了邦尼树脂砂的气味环保特性是顺应当前环保、绿色发展的大趋势，越来越得到客户的认可。

6 铸造树脂砂有害气体的综合治理

1）从树脂、固化剂原材料着手，选用游离甲醛、游离酚等有害物质含量低的优质树脂和固化剂，例如，选择邦尼树脂；

2）完善车间厂房的通风措施，在气味集中产生的地方加强局部排气和换气，有条件的靠近外墙的作业区，在外墙设置轴流风扇排风；而车间内可设置由轴流风扇群组合的通风带；

3）加大环保设备投入，增设专用设备，例如，喷洒吸收器、除尘捕风除味装置等；

4）对在造型、制芯、起模、浇注等与树脂砂接触的工人操作者，可能出现有害气体对皮肤、眼睛或上呼吸道的刺激现象，因而需加强个人的防护，例如戴防护眼镜、戴手套、涂护肤霜、戴防尘口罩以及勤洗手等等；

5）其他铸造工艺上可作采取的措施包括：采用优质原砂，降低树脂加入量；在保证质量前提下，尽量降低砂铁比，单件小批生产最好选择用专用砂箱或砂箱内设置工艺活块，把砂铁比控制在1：2.5～1：3 之间，减少砂的用量，也就减少了树脂、固化剂的用量。

7 各种型砂工艺切换成邦尼树脂砂方案介绍

各种型砂工艺需要配置不同的原砂、砂处理设备、混砂设备，下面简单介绍呋喃树脂砂、碱性酚醛树脂砂、水玻璃砂、Pep-set 树脂砂切换成邦尼树脂砂的方案。

7.1 呋喃树脂砂切换成邦尼树脂砂的方案

原砂：由于邦尼树脂砂采用的是有机酸催化固化，所以邦尼树脂砂可以兼容呋喃树脂砂的再生砂。

砂再生设备：邦尼树脂砂的树脂膜是脆性膜，所以普通的机械再生设备就能达到良好的再生效果，建议优先采用一级离心再生+一级搓擦再生效果比较好，与呋喃树脂砂的再生方式基本相同，所以从呋喃树脂砂切换成邦尼树脂砂可使用原来的再生设备。

混砂设备：混砂设备整体不变，但呋喃树脂砂的固化剂泵一般采用的是隔膜泵，隔膜泵的流量有一定脉冲，为获得优质型砂，切换成邦尼树脂砂，建议采用耐酸齿轮泵。

从以上方案情况来看，呋喃树脂砂切换成邦尼树脂砂最为简洁，投入最少。

7.2 碱性酚醛树脂砂切换成邦尼树脂砂的方案

原砂：碱性酚醛树脂砂旧砂需全部废掉，需要用优质的耗酸值低的新砂来进行生产。

砂再生设备：碱性酚醛树脂砂一般采用多级离心再生或热法+机械法再生方式，如果换成邦尼树脂砂，根据设备配置情况进行整改，邦尼树脂砂最佳的再生方式为一级离心+一级搓擦再生方式就能满足脱树脂模的要求。另外，在新砂进入再生系统前，需要把再生系统内的旧砂清理干净，然后再用3 t～5 t 新砂对砂处理（新砂需从混砂机出砂口出来）系统进行2 次以上的清洗，排除残留碱性酚醛树脂砂的不良影响。

混砂设备：混砂设备整体不变，但固化剂泵需要换成耐酸齿轮泵。

从以上方案中可以看出，碱性酚醛树脂砂切换成邦尼树脂砂，要更换新砂、清理再生系统，更换固化剂泵，投入不大，但流程复杂。