鑄造材料在鑄鋼生產(chǎn)上的應用大有可為

由于鑄鋼的特點，對鑄造材料的質(zhì)量要求更高，加之回收、環(huán)保的需求，新型綠色鑄造材料應用引起業(yè)界的極大關(guān)注，脂硬化水玻璃砂、樹脂砂得到廣泛應用，鑄造材料在鑄鋼生產(chǎn)上的應用大有可為。

2013年10月在銀川召開的鑄鋼和鑄造材料聯(lián)合年會上，鑄鋼生產(chǎn)企業(yè)和鑄造材料供應商代表共同探討行業(yè)發(fā)展，有許多翔實的應用案例。

本期應用論壇為讀者帶來鑄造材料制造企業(yè)服務(wù)于鑄鋼行業(yè)的解決方案。

蘇州興業(yè)材料科技股份有限公司副總經(jīng)理 馬西林

馬總對鑄鋼補縮技術(shù)、冒口設(shè)計，以及冒口類型和選擇應用進行了詳細闡述，實用價值非常高。

鑄造過程是一個復雜的系統(tǒng)工程，涉及到的影響因素很多，鑄造工藝設(shè)計的實質(zhì)就是根據(jù)鑄件質(zhì)量的要求，分析主要影響因素，尋找控制途徑，制定工藝措施的過程。

計算機輔助鑄造工藝設(shè)計的開發(fā)和應用，成為鑄造工藝設(shè)計優(yōu)化和鑄件形成過程質(zhì)量控制的一種有效手段。

目前國內(nèi)外鑄造行業(yè)的研究機構(gòu)和生產(chǎn)廠家競相研制并推出各種鑄件凝固模擬軟件，使凝固技術(shù)定量化、智能化、程序化。內(nèi)容包括工藝方案選擇，澆注系統(tǒng)尺寸計算，冒口類型，位置與尺寸的確定，使缺陷預測和工藝優(yōu)化更具科學性、合理性。

（1）普通冒口 由于普通冒口與鑄型采用同一種造型材料，金屬液充滿冒口后，其熱量就通過側(cè)面和頂面散發(fā)，冒口由表層向中心開始凝固。冒口中的金屬液除用于補縮冒口自身外，只有占6%～10%的金屬液用于補縮鑄件。為使冒口在整個凝固期間有充足的金屬液補償鑄件的體收縮，獲得致密的鑄件，冒口就需設(shè)計得較大、較高。盡管冒口可以回爐，但仍耗費大量的人力、物力和能源，使鑄件成本上升。

（2）保溫冒口套 保溫冒口套由絕熱材料、耐火骨料和粘結(jié)劑組成，常用的有纖維復合型、煙道灰（漂珠）珍珠巖復合型、陶粒復合型等。用這些材料做的冒口套重量輕，耐火度高，熱損失小，保溫性能好，工藝出品率能提高10%～20%，具有較好的技術(shù)效果和經(jīng)濟效益。

纖維復合型保溫冒口套是用有機纖維、無機纖維、耐火骨料作原料，以樹脂為粘結(jié)劑，采用特殊的真空成形工藝制成，冒口形成多孔狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并以層狀均勻地堆積。這樣在保溫材料內(nèi)部造成了大量的彌散性細孔，另外，冒口套材料中的有機纖維經(jīng)過高溫金屬液的作用燒灼碳化，進一步增加了內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的微孔數(shù)量，顯氣孔率高達65%～70%，阻止了高溫狀態(tài)下的熱傳導和熱輻射，因此，它具有良好的保溫性能，更有利于鑄件的補縮。

煙道灰（漂珠）復合型保溫冒口套中的漂珠是一種中空的球形細顆粒，用它制成的冒口絕熱保溫性能更勝于纖維復合型保溫冒口套。

（3）發(fā)熱保溫冒口套 發(fā)熱套冒口和發(fā)熱劑冒口統(tǒng)稱發(fā)熱冒口。用發(fā)熱材料制做冒口套，澆注時冒口中的金屬液與發(fā)熱材料發(fā)生熱化學反應，放出的熱量和持續(xù)的時間，在鑄件凝固過程中能維持冒口中的金屬液長時間為液態(tài)。

發(fā)熱劑冒口是在普通冒口的頂面撒入發(fā)熱劑的冒口，它同樣起到加熱金屬液的作用。發(fā)熱冒口補縮效率比普通冒口補縮效率高很多，冒口尺寸設(shè)計也可比普通冒口小，鑄件的工藝出品率較高。

發(fā)熱保溫冒口套是用絕熱材料、發(fā)熱材料制做的冒口套，它集合了保溫冒口和發(fā)熱冒口的優(yōu)點，補縮效率是普通冒口的3倍，是目前鑄造行業(yè)最先進的工藝技術(shù)之一。

另外，明冒口加覆蓋劑能發(fā)揮最佳效果。覆蓋劑的種類主要有：草木灰、碳化稻殼、焦炭粉、煙道灰、鋁熱劑、石墨渣及復合型發(fā)熱保溫覆蓋劑等。大量試驗和生產(chǎn)實踐表明，明冒口不加覆蓋劑，補縮效率很差，即使采用了保溫冒口或發(fā)熱保溫冒口，也不能獲得預期的效果。在延緩冒口凝固的過程中，覆蓋劑的作用占30%～50%，保溫套的作用占50%～70%。覆蓋劑與保溫冒口或發(fā)熱保溫冒口聯(lián)合使用，就更能顯示出其保溫效果，使冒口凝固時間成倍增加。覆蓋劑強化冒口的作用不差于保溫冒口本身，必須引起足夠的重視。覆蓋劑種類不同，作用和效果也不同，企業(yè)需根據(jù)鑄件材質(zhì)及技術(shù)工藝要求合理選擇。

濟南圣泉集團股份有限公司副總經(jīng)理 張科峰

張總?cè)娣治隽藟A性酚醛樹脂特點、需注意的問題，以及生產(chǎn)中的關(guān)鍵控制措施，給出了相關(guān)應用案例，為充分發(fā)揮堿性酚醛樹脂的優(yōu)點提供了切實的方案。

21世紀初，堿性酚醛樹脂在國內(nèi)合資、獨資鑄造廠開始應用，新建鑄鋼廠或水玻璃砂工藝改造大部分選用該工藝，主要應用于鑄鋼、鑄鐵和有色合金，近幾年發(fā)展迅速。

堿酚樹脂工藝具有如下特點：

（1）樹脂不含氮，固化劑不含S、P，避免鑄件表面產(chǎn)生增S引起的組織惡化、熱裂及氮氣孔等缺陷。

（2）該硬化體系在高溫下有熱塑性和二次硬化過程，因此，可大大減少鑄鋼件和球墨鑄鐵件的熱裂紋和毛刺缺陷。

（3）該工藝在混砂、造型、制芯、澆注過程中，不產(chǎn)生有害和有刺激性氣體，明顯改善了勞動條件。

（4）潰散性好，減少清砂工時，提高勞動效率。

（5）可用多種原砂，對原砂適應性好。

（6）加入量偏大。

（7）砂再生性能較呋喃樹脂差。

針對堿酚樹脂工藝的特點，實際生產(chǎn)中有一些需關(guān)注的問題：一是要充分認識到造型和制芯時振動、緊實的重要性。緊實度高些，不但能提高型芯強度、表面質(zhì)量，還能減少粘砂、氣孔缺陷，降低樹脂用量和涂料消耗。二是要充分認識到型芯砂分類管理的重要性，一方面可物盡其用，減少浪費；另一方面可減少再生壓力，實現(xiàn)良性循環(huán)。三是砂再生。堿酚醛樹脂膜韌性好，砂再生效果比呋喃樹脂差，因此需采取保證原砂質(zhì)量，選用優(yōu)級再生設(shè)備，減少樹脂加入量，降低砂鐵比，以及加強再生設(shè)備維護等綜合措施。

另外，企業(yè)應加強物料消耗管理，以降低成本，減少浪費。同時，需有合適的設(shè)備和方法，如選用固化速度自動調(diào)節(jié)儀，根據(jù)樹脂加入量自動調(diào)整固化劑的加入量，并可以遠程監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)。

堿酚醛樹脂自硬砂工藝，以其獨特的優(yōu)點正迅速擴大應用范圍。但我們必須對使用中的某些問題加以關(guān)注，如砂再生、型芯砂分級、物料消耗管理等，并采取相應措施，才能充分發(fā)揮該工藝的優(yōu)勢。

邦尼化工（天津）有限公司技術(shù)服務(wù)工程師 唐盛來

唐工對國內(nèi)鑄鋼行業(yè)幾種主流型砂粘結(jié)劑的使用現(xiàn)狀和性能做了分析和對比，并結(jié)合目前鑄鋼行業(yè)的發(fā)展及各樹脂砂的綜合特性，提出了中小型鑄鋼廠樹脂砂技改方案建議，并展示了實施案例。

近年來，作為我國國民經(jīng)濟基礎(chǔ)行業(yè)之一的鑄鋼行業(yè)遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，或許可以說是行業(yè)洗牌，諸多的外力使得國內(nèi)的鑄造廠都把提高鑄件質(zhì)量和可靠性，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)近凈成形鑄件；加強環(huán)保，實現(xiàn)清潔可持續(xù)性生產(chǎn)；降低生產(chǎn)成本；縮短交貨期四項目標作為自己的主要任務(wù)。

在支撐鑄造廠上述四大目標的因素中，造型材料的質(zhì)量和應用占據(jù)著十分重要的地位。進入21世紀以來，對各種新型鑄造粘結(jié)劑材料的研究和應用進展迅猛。目前，國內(nèi)各大、中、小型鑄鋼企業(yè)逐漸采用自硬砂工藝，確切地說在造型方面?zhèn)鹘y(tǒng)的石灰石砂、吹CO2水玻璃砂已逐漸被淘汰，取而代之的是目前廣泛應用的幾種主流自硬砂粘結(jié)劑工藝：即水玻璃自硬砂、呋喃樹脂砂、堿酚醛樹脂砂工藝，以及新型的改性甲階酚醛樹脂——邦尼樹脂砂工藝。

從行業(yè)來看，大型鑄鋼件在國內(nèi)幾大重機廠使用堿酚醛樹脂較多（以二重、太重為代表），同時也有使用酯硬化水玻璃砂工藝（以鞍機總、中信重工為代表）；鐵路系統(tǒng)車架鑄鋼件均以脂硬化水玻璃砂機械化造型線為主；其他諸如不銹鋼鑄件等基本是以各類樹脂砂工藝為主。

從地域性質(zhì)來看，偏南方地區(qū)的鑄鋼廠使用的樹脂砂居多，偏北方（含河南區(qū)域）的鑄鋼廠使用水玻璃砂居多。

也有一些鑄鋼廠使用呋喃樹脂砂制造大型鑄鋼件，如共享鑄鋼。

國內(nèi)中小鑄鋼廠，由于對樹脂砂缺乏了解，以及自身產(chǎn)品等級不高，同時也由于這些廠缺乏專業(yè)的鑄造人才，使得這些廠大多數(shù)停留在以水玻璃砂（多數(shù)是吹CO2水玻璃砂工藝）為主。近幾年，國內(nèi)江浙地區(qū)不少鑄鋼廠通過設(shè)備與技術(shù)改造，率先成功使用了新型環(huán)保粘結(jié)劑，并取得了較大的成效，走在了國內(nèi)同行前面。

邦尼樹脂是近年來邦尼公司研制并推向市場的一款新型環(huán)保鑄鋼專用粘結(jié)劑，就其分子結(jié)構(gòu)而言，是屬于“改性甲階酚醛樹脂”，具體講是一種新型的完全不含甲醛與苯酚并兼具目前常規(guī)樹脂中各項優(yōu)越綜合性能的環(huán)保專業(yè)鑄鋼樹脂。該樹脂既具有酚醛樹脂的二次硬化等一系列特性，又保持了呋喃樹脂的強度、潰散性、使用適應性及高再生性。目前該樹脂已經(jīng)在30多家鑄鋼企業(yè)使用及試用，產(chǎn)品涉及到各類材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及無損檢測等級的鑄鋼件，單件重量從幾十公斤到160余噸，取得了顯著的成效。

隨著鑄造市場的不斷發(fā)展，以及國際、國內(nèi)相關(guān)政策的影響，做為鑄造原輔材料也要不斷突破發(fā)展，以適應外界的進步，留住自身的價值。從目前來看，幾大主流粘結(jié)劑材料是競相發(fā)展，其他粘結(jié)劑也是百花齊放，但對于鑄造廠來說不管選定何種粘結(jié)劑工藝方法，都需要工廠的有關(guān)技術(shù)、作業(yè)人員對所選工藝及材料性能具有較深入的理解與把握。從可持續(xù)性發(fā)展的角度來看，粘結(jié)劑鑄造材料的發(fā)展必然要走向環(huán)保、高效、節(jié)能，這樣的材料才更具生命力。

（20131020）