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，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特的性能和良好的環(huán)保性，進(jìn)而廣泛應(yīng)用于國內(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，減少廢舊砂排放量的同時提高資源利用率，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。同時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)量或工藝性方面對比分析，堿性酚醛樹脂砂的經(jīng)濟(jì)和社會效益的優(yōu)勢都較為明顯。

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，因價格普遍較低，大多數(shù)地方都會生產(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：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。原砂破碎傾向會影響舊砂回用后的質(zhì)量穩(wěn)定性，待破碎再生后會大大增加細(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)在常溫下會在受熱時繼續(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)出的氣味是否會對施工工人產(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間在生產(chǎn)過程中可作為型砂的可使用時間，因此此時的強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到0.07MPa，一般型砂的使用時間在6～10min，而生產(chǎn)石油鑄鋼件等可延長至15min，以此來保證在充足的使用時間內(nèi)可以充滿鑄，控制型砂的可使用時間可通過調(diào)整固化劑快慢型號的加入比例。此外，型砂中周圍環(huán)境的強(qiáng)度、適度、沙箱溫度、強(qiáng)度及溫度等都會影響起模時間，因此可根據(jù)季節(jié)和氣溫的變化控制起模時間，此外，在實際生產(chǎn)過程中運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，不僅會給舊砂再處理帶來麻煩，樹脂的加入量也會有所增加，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)量需借用多級再生設(shè)備，因沙粒中可燃燒有機(jī)物燒灼后質(zhì)量會普遍下降，同時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℃，如果溫度超過這個范圍或網(wǎng)上增加，會進(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)情況會能夠滿足要求。

3.結(jié)語

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環(huán)境，符合國家節(jié)能減排要求，還能擴(kuò)大生產(chǎn)能力，提高生產(chǎn)效率的同時減輕員工勞動強(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。

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