石油鑄鋼件生產(chǎn)中堿性酚醛樹脂砂的應(yīng)用分析

文廷聰

【摘 要】近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，也相應(yīng)刺激了石油業(yè)及鑄造業(yè)的穩(wěn)步提升，在石油鑄鋼件生產(chǎn)中，堿性酚醛樹脂砂其良好的環(huán)保性、潰散性的優(yōu)勢(shì)使其廣泛應(yīng)用于鑄鋼件生產(chǎn)中。本文則主要以石油鑄鋼件生產(chǎn)堿性酚醛樹脂砂技術(shù)改造目標(biāo)及可行性為切入點(diǎn)，詳細(xì)分析堿性酚醛樹脂砂在石油鑄鋼件生產(chǎn)中的應(yīng)用及相關(guān)質(zhì)量控制。

【關(guān)鍵詞】石油鑄鋼件；堿性酚醛樹脂砂；應(yīng)用；質(zhì)量控制

上世紀(jì)80年代，堿性酚醛樹脂砂由于其獨(dú)特的性能和良好的環(huán)保性，進(jìn)而廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外，它適合用于大型鑄鋼件生產(chǎn)且應(yīng)用效果好。近年來，隨著不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)和新的生產(chǎn)要求的涌出，傳統(tǒng)鑄造工藝顯然已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)代鑄鋼件生產(chǎn)中，尤其鑄造業(yè)需解決的排放問題不得不要求鑄鋼件在生產(chǎn)方面做出改變，為盡快提高生產(chǎn)效率和鑄鋼件產(chǎn)品質(zhì)量，許多工廠開始改造堿性酚醛樹脂砂工藝，并取得良好的效果。

1.石油鑄鋼件生產(chǎn)堿性酚醛樹脂砂技術(shù)改造目標(biāo)

1.1 改善生產(chǎn)環(huán)境，提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率

為達(dá)到技術(shù)改造目標(biāo)，某生產(chǎn)單位采取了以下措施，如盡可能的提高舊砂的再生回用率，減少?gòu)U舊砂排放量的同時(shí)提高資源利用率，通過應(yīng)用堿性酚醛樹脂自硬砂的供以后，回用率大幅度上升。此外，可以不用烘干砂型，節(jié)省煤的使用量和S02的等污染氣體排放量。應(yīng)用堿性酚醛樹脂砂可確保鑄件尺寸的精確度，減少鋼鑄件機(jī)械加工的余量，從而節(jié)約金屬加工費(fèi)。同時(shí)鑄件表面的粗糙度還可程度提高，承接一些附加值高的鑄鋼件，對(duì)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益起著重要的促進(jìn)作用。

1.2 生產(chǎn)工藝適應(yīng)性及經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

我國(guó)鑄件生產(chǎn)方式大多以單件或多品種為主，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝如粘土砂等不僅生產(chǎn)條件較為惡劣，生產(chǎn)工藝的效率和質(zhì)量都不如堿性酚醛樹脂砂，尤其無法回收利用舊砂，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染現(xiàn)象。而堿性酚醛樹脂砂能有效滿足各種生產(chǎn)工藝和性能要求，且具有較強(qiáng)的環(huán)保型性。如果從型砂的成本消耗分析，傳統(tǒng)的呋喃樹脂要低于堿性酚醛樹脂砂，較適用于鐵砂及技術(shù)附加值較高的鑄鋼件生產(chǎn)，不管從環(huán)保、生產(chǎn)效率及質(zhì)量或工藝性方面對(duì)比分析，堿性酚醛樹脂砂的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的優(yōu)勢(shì)都較為明顯。

2.主要質(zhì)量控制

2.1 工藝控制

鑄造工藝的控制主要針對(duì)澆注系統(tǒng)，采用陶瓷管等方式控制直澆、橫澆或內(nèi)澆管道。

2.2 模樣質(zhì)量控制

采用金屬模樣控制有批量、鑄造毛面多的鑄件，保證交付使用前必須有合格證，其表面平整光滑。

2.3 原材料的要求及選擇

2.3.1 原砂

1）硅砂：鑄鋼件生產(chǎn)中最常用的就是鑄造原砂，因價(jià)格普遍較低，大多數(shù)地方都會(huì)生產(chǎn)此砂，故而受到廣泛應(yīng)用。一般石油鑄鋼件生產(chǎn)中所使用的硅砂具有以下特點(diǎn)：①粒型圓整，高強(qiáng)度且粒型好的原砂可降低樹脂加入量。②舊砂再生或在循環(huán)加熱冷卻過程中有很低的破碎率。原砂破碎傾向會(huì)影響舊砂回用后的質(zhì)量穩(wěn)定性，待破碎再生后會(huì)大大增加細(xì)砂及微粉含量，降低砂型的強(qiáng)度、耐火度及透氣性。③含泥量及細(xì)粉含量會(huì)影響型砂的強(qiáng)度。

樹脂砂工藝生產(chǎn)過程中為確保足夠的耐火度及含泥量小于0.5%，特要求所采用的硅砂中Si02的含量高于97%。選擇粒型較為圓整的原砂可降低樹脂的加入量，從而達(dá)到降低成本的目的。此外，人工破碎的硅砂有較高的細(xì)粉含量和Si02含量，但在再生過程中因?qū)儆谌斯げ僮?，自然而然有很高的破碎度，不利于樹脂砂的生產(chǎn)，天然硅砂是目前大多數(shù)鑄鋼廠會(huì)廣泛使用的，其Si02含量高，粒形較好，所生產(chǎn)出的效果由于人工破碎的硅砂。

2.3.2 堿性酚醛樹脂及固化劑

堿性酚醛樹脂自身有強(qiáng)烈的堿性，當(dāng)它與有機(jī)酯混合后會(huì)產(chǎn)生交聯(lián)固化反應(yīng)，這種交聯(lián)固化反應(yīng)在常溫下會(huì)在受熱時(shí)繼續(xù)固化，表現(xiàn)出特有的二次硬化現(xiàn)象。某生產(chǎn)廠家將堿性酚醛樹脂與固化劑配合至一起，在幾分鐘內(nèi)通過調(diào)整快慢酯的比例，可任意調(diào)節(jié)堿性酚醛樹脂的使用時(shí)間。造型制芯操作往往在大型石油鑄鋼件生產(chǎn)中屬于較為復(fù)雜的環(huán)節(jié)，工人要忍受混好型砂中樹脂砂的氣味，為此，針對(duì)樹脂及固化劑的氣味，大型鑄鋼件生產(chǎn)部門提出了更為嚴(yán)格的要求。造型制芯中堿性酚醛樹脂砂的氣味主要來自三個(gè)方面，分別具有刺激性氣味的有機(jī)酸等雜質(zhì)成分固化劑、樹脂中游離甲醛、固化劑和樹脂在混砂時(shí)其相互碰撞的反應(yīng)所釋放出的二次甲醛。通常來說，有機(jī)酯的純度和固化劑的氣味息息相關(guān)，固化劑純度越高，氣味就越小。關(guān)于樹脂及固化劑的選擇，應(yīng)充分考慮各方面因素，如質(zhì)量是否穩(wěn)定，樹脂砂的強(qiáng)度是否符合生產(chǎn)要求，散發(fā)出的氣味是否會(huì)對(duì)施工工人產(chǎn)生危害等。

2.3.3 型砂工藝參數(shù)的控制

將型砂表面開始固化的時(shí)間在生產(chǎn)過程中可作為型砂的可使用時(shí)間，因此此時(shí)的強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到0.07MPa，一般型砂的使用時(shí)間在6～10min，而生產(chǎn)石油鑄鋼件等可延長(zhǎng)至15min，以此來保證在充足的使用時(shí)間內(nèi)可以充滿鑄，控制型砂的可使用時(shí)間可通過調(diào)整固化劑快慢型號(hào)的加入比例。此外，型砂中周圍環(huán)境的強(qiáng)度、適度、沙箱溫度、強(qiáng)度及溫度等都會(huì)影響起模時(shí)間，因此可根據(jù)季節(jié)和氣溫的變化控制起模時(shí)間，此外，在實(shí)際生產(chǎn)過程中運(yùn)用好鐵釘沿著箱壁不停往下扎，直到下扎深度小于20mm，則表示可以順利起模，為保證型砂在下心、搬運(yùn)或澆筑過程中的強(qiáng)度能夠符合生產(chǎn)要求，可將型砂強(qiáng)度控制在0.4～0.7MPa型砂強(qiáng)度實(shí)際控制在0.4～0.7MPa，避免遭到損毀。如果追求過高的終強(qiáng)度，不僅會(huì)給舊砂再處理帶來麻煩，樹脂的加入量也會(huì)有所增加，進(jìn)而增加生產(chǎn)成本。

2.3.4 再生砂的質(zhì)量控制

堿性酚醛樹脂砂工藝中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是再生砂的質(zhì)量控制，控制其質(zhì)量需借用多級(jí)再生設(shè)備，因沙粒中可燃燒有機(jī)物燒灼后質(zhì)量會(huì)普遍下降，同時(shí)也可在鑄型中降低砂鐵的比例或填充廢紗塊等方式降低灼燒減少質(zhì)量分?jǐn)?shù)。微粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高則說明型砂的強(qiáng)度越低，透氣性越差，為此，要對(duì)微粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)給予很好地控制，如定期清理反吹布袋，清理灰塵，保持除塵系統(tǒng)處于良好的工作狀態(tài)，可每周檢測(cè)1次再生砂微粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)。通常理想的型砂溫度在15～30℃，如果溫度超過這個(gè)范圍或網(wǎng)上增加，會(huì)進(jìn)一步加快固化速度，降低型砂強(qiáng)度，如若夏季溫度過高，可采用循環(huán)降溫，砂溫在冬季正常生產(chǎn)情況會(huì)能夠滿足要求。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，堿性酚醛樹脂砂有較好的高溫退讓性和硬透性，不含N、P、S等有害元素，非常適用于石油鑄鋼件生產(chǎn)中。該材料能有效改善勞動(dòng)環(huán)境，符合國(guó)家節(jié)能減排要求，還能擴(kuò)大生產(chǎn)能力，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，與原水玻璃砂工藝相比，堿性酚醛樹脂砂中的型砂其抗吸濕性和優(yōu)異的潰散性都讓其工藝變得更加穩(wěn)定可靠，從而在鑄鋼件的生產(chǎn)中鑄件附加值有所增加，質(zhì)量大幅度提升，值得應(yīng)用和推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]李世成，李漢錕，康曉明等.大型鑄鋼件用酯硬化堿性酚醛樹脂粘結(jié)劑系統(tǒng)的開發(fā)研究[J].鑄造，2011，60（8）：735-738.

[2]姜宗營(yíng).鑄鋼堿性酚醛樹脂砂工藝性能研究及其工部設(shè)計(jì)[D].鄭州大學(xué)，2010

[3]宋會(huì)宗.堿性酚醛樹脂砂在大型鑄鋼件上的應(yīng)用及質(zhì)量控制[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)，2009，（1）：24-27.

[4]張?chǎng)?，譚銳，劉加軍等.酯硬化堿性酚醛樹脂在大型鑄鋼件上的研究與應(yīng)用[C].//2009年中國(guó)鑄造活動(dòng)周論文集.2009：1-4.