堿酚醛混合樹(shù)脂砂再生工藝探索

董志鵬，盧彬彬，劉陽(yáng)，綦宗超（濰柴重機(jī)股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊261001）

堿酚醛混合樹(shù)脂砂再生工藝探索

董志鵬，盧彬彬，劉陽(yáng)，綦宗超
（濰柴重機(jī)股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊261001）

鑄造用樹(shù)脂砂有很多種再生方法，而通常用脫膜率即灼燒減量的變化來(lái)評(píng)價(jià)再生效果。本文介紹了不同條件下熱法對(duì)堿酚醛混合樹(shù)脂砂進(jìn)行再生的效果對(duì)比，以及舊砂在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用情況。通過(guò)系列試驗(yàn)，重點(diǎn)對(duì)灼燒減量及酸耗值進(jìn)行了對(duì)比分析，充分焙燒再生后的舊砂完全滿足生產(chǎn)要求，為企業(yè)降低生產(chǎn)成本及污染物排放提供了有力保障。

堿酚醛樹(shù)脂砂；灼燒減量；酸耗值；再生

隨著環(huán)境污染問(wèn)題的日益突出，鑄造企業(yè)的污染問(wèn)題成為焦點(diǎn)，而鑄造舊砂的排放占比巨大，故鑄造舊砂的再利用問(wèn)題極為迫切。對(duì)于鑄造用樹(shù)脂砂，回用的途徑即為再生。鑄造用舊砂再生方法一般分為濕法再生、干法再生、熱法再生、化學(xué)再生等。對(duì)于堿性酚醛樹(shù)脂砂來(lái)說(shuō)，由于濕法再生存在二次污染，并且一次性投資大，成本高；而干法再生與化學(xué)再生又無(wú)法有效剝離并去除舊砂表面殘存的樹(shù)脂膜或殘留脂[1]。本文對(duì)酯硬化堿酚醛樹(shù)脂砂、冷芯盒砂和熱芯盒砂的混合砂（簡(jiǎn)稱為堿酚醛混合樹(shù)脂砂）的熱法再生工藝進(jìn)行了探索試驗(yàn)。

1 舊砂再生工藝

1.1 熱法再生

研究采用F A T A再生設(shè)備如圖1所示，首先將舊砂破碎后進(jìn)行700℃和650℃焙燒熱法再生，對(duì)比兩種方案的再生效果，如表1所示。

圖1 FATA再生設(shè)備簡(jiǎn)圖

表1 不同焙燒溫度的再生效果對(duì)比

從檢測(cè)數(shù)據(jù)可以得出，樹(shù)脂膜得到了充分焙燒去除，但是再生前后砂的酸耗值降低不明顯，說(shuō)明此溫度下的熱法再生不能有效去除舊砂中的殘留堿。

1.2 熱法+機(jī)械再生

對(duì)以上焙燒后的舊砂進(jìn)一步進(jìn)行機(jī)械再生處理，考察再生效果。對(duì)熱法+機(jī)械法再生后的砂樣，進(jìn)行酸耗值和冷芯盒8字試樣的檢測(cè)，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 熱法+機(jī)械法再生砂的性能參數(shù)

由表2可知機(jī)械再生對(duì)堿酚醛混合樹(shù)脂砂中堿性物質(zhì)去除幾乎不起作用，且在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，雖然冷芯強(qiáng)度很高，但是樹(shù)脂砂混制后很短時(shí)間后就出現(xiàn)發(fā)粘和結(jié)硬殼的現(xiàn)象，說(shuō)明此溫度下的熱法再生砂的可使用時(shí)間明顯縮短。

1.3 充分焙燒的熱法再生

為了改善試驗(yàn)效果，故對(duì)焙燒爐的爐體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，但再生效率減半（0.5 t/h的爐子，按照200 kg/h投料控制），同時(shí)將焙燒溫度提升至700℃～750℃，以使堿酚醛混合樹(shù)脂舊砂能夠更充分地焙燒。按照此方法對(duì)舊砂進(jìn)行處理。再生后的性能參數(shù)見(jiàn)表3、表4.

表3 高溫再生砂的粒度集中性對(duì)比

表4 兩種熱法再生后的性能參數(shù)對(duì)比

可見(jiàn)，熱法再生是樹(shù)脂砂再生的有效手段，經(jīng)熱法再生后，其灼燒減量、粒度等方面均能達(dá)到甚至超過(guò)新砂水平，但在去除樹(shù)脂砂中的堿性物質(zhì)方面，只有高溫充分焙燒才能夠在一定程度上起到作用。

2 FATA再生砂用于酯硬化堿酚醛樹(shù)脂砂的工藝性

在型砂化驗(yàn)室用F A T A再生砂混制堿酚醛樹(shù)脂砂，制8字樣，在一定條件下固化后，測(cè)試8字樣抗拉強(qiáng)度，并在同條件下與新砂對(duì)比。

500 g砂加入2.7m L固化劑混砂1m in后再加入8m L堿酚醛樹(shù)脂混砂2m in，用木模人工壓實(shí)制8字樣6個(gè)，起模后其中3個(gè)8字樣置入烘干箱140℃固化30m in后取出冷卻至室溫測(cè)試抗拉強(qiáng)度，另外3個(gè)8字樣置入干燥器中自然固化24 h后檢測(cè)抗拉強(qiáng)度。

鑒于目前我廠存在兩種堿酚醛樹(shù)脂砂的使用工藝，即制芯使用100%新砂，造型使用20%新砂+80%舊砂，本次測(cè)試也同樣測(cè)試了不同混砂工藝下的對(duì)比數(shù)據(jù)，具體結(jié)果見(jiàn)表5及圖2.

表5 不同混砂工藝下參數(shù)對(duì)比

圖2 不同混砂工藝下參數(shù)對(duì)比

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，就固化方式來(lái)講，經(jīng)140℃烘干30m in的抗拉強(qiáng)度普遍比自然固化24 h的高。在140℃烘干30m in條件下，100%以及20%新砂/再生砂兩組對(duì)比數(shù)據(jù)均顯示F A T A再生砂強(qiáng)度明顯高于新砂，且700℃～750℃F A T A再生砂比650℃～700℃F A T A再生砂更優(yōu)。就自然固化24 h條件下，檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比趨勢(shì)不如140℃烘干30m in條件下的明顯，但依然顯示出F A T A再生砂強(qiáng)度大于新砂強(qiáng)度的規(guī)律。

3 FATA再生砂冷芯盒制芯工藝性

3.1 試樣測(cè)試

由表4可知在酸耗值方面，700℃～750℃充分焙燒后砂的酸耗值相對(duì)650℃～700℃普通焙燒的砂有一定降低，但仍舊沒(méi)能達(dá)到新砂的水平。冷芯盒強(qiáng)度方面，650℃～700℃熱法再生的砂與新砂相當(dāng)，700℃～750℃充分焙燒再生的砂強(qiáng)度更高。此外，為了測(cè)定較具體的冷芯砂的可使用時(shí)間，通過(guò)混砂后，間隔一定時(shí)間再打8字試樣并測(cè)試其強(qiáng)度來(lái)具體對(duì)比測(cè)定冷芯砂的可使用時(shí)間，數(shù)據(jù)見(jiàn)表6.樹(shù)脂加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照單組份各0.8%，測(cè)試室溫為26℃.

表6 不同再生砂用于冷芯盒制芯試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

由以上試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合前人的研究[2]可以看出，堿酚醛混合樹(shù)脂再生砂用于冷芯盒工藝時(shí)，堿性物質(zhì)的殘留顯著縮短芯砂的可使用時(shí)間，且堿性殘留越多（酸耗值越高），可使用時(shí)間越短。另外，從發(fā)氣量檢測(cè)結(jié)果可以得出，再生砂的發(fā)氣量較新砂有進(jìn)一步降低，可見(jiàn)熱法再生可有效去除砂中的發(fā)氣物質(zhì)。

3.2 小批量產(chǎn)品驗(yàn)證

對(duì)650℃～700℃以及700℃～750℃充分焙燒兩種再生砂分別進(jìn)行混砂制芯工藝試驗(yàn)，冷芯盒混砂采用S20200樹(shù)脂砂碗型混砂機(jī)，在制芯試驗(yàn)中，故意放慢節(jié)拍（即制完一模后間隔一定時(shí)間，再制下一模）制芯，采用M LA20A型射芯機(jī)制作某型機(jī)體的水道芯。

3.2.1 700℃～750℃充分焙燒再生砂

700℃～750℃充分焙燒再生砂混砂樹(shù)脂加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%（混砂200kg，樹(shù)脂單組份各1500m l），自混砂完畢起45m in內(nèi)，共制14模砂芯，砂芯均完整緊實(shí)，如圖3.

在午休時(shí)間人為留有一定量砂，至下午上班再制芯（混砂完畢2.5 h），制出的一模砂芯局部不致密，砂芯有酥脆的現(xiàn)象，但仍然可用，如圖4.

在混砂完畢、混砂后45m in、混砂后2.5 h分別檢測(cè)芯砂強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表7.

圖3 700℃~750℃充分焙燒再生砂混砂完畢45min內(nèi)某型機(jī)體水道芯

圖4 700℃~750℃充分焙燒再生砂混砂完畢2.5 h某型機(jī)體水道芯

表7 再生砂用于冷芯盒制芯可使用時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)

結(jié)合制芯情況以及芯砂強(qiáng)度的檢測(cè)結(jié)果看，700℃～750℃充分焙燒再生砂基本能夠滿足正常生產(chǎn)節(jié)拍下制芯要求。

3.2.2 650℃～700℃熱法再生砂

650℃～700℃熱法再生砂混砂采用1.6%樹(shù)脂加入量，混砂完畢后至30m in內(nèi)，制芯9模狀況良好，如圖5所示。但在35m in之后打的砂芯已經(jīng)酥脆到不能使用。

因此650℃～700℃熱法再生砂用于冷芯盒制芯生產(chǎn)時(shí)，芯砂可使用時(shí)間約為30m in，而實(shí)際制芯生產(chǎn)中要求芯砂的可使用時(shí)間至少為1.5 h，所以在芯砂可使用時(shí)間方面，650℃～700℃熱法再生砂不能滿足生產(chǎn)需求。

3.2.3 鑄件內(nèi)腔質(zhì)量檢測(cè)

試驗(yàn)制出的砂芯（15+9組）存放8天之后陸續(xù)用于組芯澆注，在清理工序觀察砂芯對(duì)應(yīng)的鑄件內(nèi)腔質(zhì)量，所檢驗(yàn)鑄件的內(nèi)腔均未出現(xiàn)異常缺陷。

圖5 650℃~700℃熱法混砂完畢30min內(nèi)再生砂某型機(jī)體水道芯

4 結(jié)論

通過(guò)利用F A T A設(shè)備進(jìn)行的一系列堿酚醛混合樹(shù)脂砂的再生試驗(yàn)，表明將F A T A再生砂用于實(shí)際生產(chǎn)具有可行性，并得出以下結(jié)論：

1）熱法再生是堿酚醛樹(shù)脂砂再生的有效手段，焙燒溫度和時(shí)間直接影響再生后堿性物質(zhì)的殘留量，高溫下的充分焙燒可獲得較優(yōu)質(zhì)的再生砂。

2）堿酚醛再生砂用于冷芯盒工藝時(shí)，堿性物質(zhì)的殘留顯著縮短芯砂的可使用時(shí)間，堿性殘留越多（酸耗值越高），可使用時(shí)間越短。

3）F A T A 700℃～750℃充分焙燒再生砂用于冷芯盒樹(shù)脂工藝時(shí)，能夠滿足正常生產(chǎn)節(jié)拍下的冷芯盒制芯要求。

［1］李漢錕，張?chǎng)危瑒⒓榆?，?酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂舊砂再生工藝的試驗(yàn)研究［G］//2009中國(guó)鑄造活動(dòng)周論文集.山東：2009.

［2］陳代海，王濤.冷芯盒樹(shù)脂可使用時(shí)間和抗?jié)裥缘难芯浚跩］.鑄造工程，2001（2）：14-15.

Study on Regeneration Process of Alkaline Phenolic Resin Sand

DONG Zhi-peng，LU Bing-bing，LIU Yang，QIZong-chao
（Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.，Weifang Shandong 261001，China）

There aremany kinds of regenerationmethods to casting resin sand.The regeneration effect is usually evaluated by the film removing rate，namely change of loss on ignition.The thermal processes under different conditionswere introduced and compared in this paper for the regeneration of the alkaline phenolic resin sand and the application of the sand in the actual production situation introduced also.Through a series of experiments，the loss on ignition and acid consumption value were compared and analyzed.The results showed the regenerated sand after sufficient burning at 700℃~750℃completely met the production requirement，which provided a powerful guarantee for enterprises to reduce the production costand pollutantemission.

alkaline phenolic resin sand，loss on ignition，acid consumption value，regeneration

TG23

A

1674-6694（2017）03-0016-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.03.006

2017-03-09

董志鵬（1983-），男，工程師，主要從事鑄鐵鑄造工藝和質(zhì)量管理工作。