樹(shù)脂砂造型過(guò)程中硅砂強(qiáng)度不均勻的成因及對(duì)策

常永慧，李文輝

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 75002l）

樹(shù)脂砂造型過(guò)程中硅砂強(qiáng)度不均勻的成因及對(duì)策

常永慧，李文輝

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 75002l）

本文針對(duì)樹(shù)脂砂造型作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的硅砂強(qiáng)度不均勻且低于標(biāo)準(zhǔn)值的情況，進(jìn)行了分類測(cè)量試驗(yàn)，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、分析，得出了造成硅砂強(qiáng)度不均勻的原因，最后通過(guò)對(duì)加砂系統(tǒng)進(jìn)行混砂技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)硅砂強(qiáng)度均勻，提高砂型質(zhì)量，降低廢品率的目的。

硅砂；強(qiáng)度；混砂

目前我公司主要從事大型鑄鋼件生產(chǎn)，造型方式為樹(shù)脂砂造型。砂處理工序的工作流程如圖l所示，首先將澆注冷卻后的砂箱進(jìn)行打箱工序，待砂子冷卻后，通過(guò)落砂機(jī)將砂塊粉碎并初步分離，然后利用氣力發(fā)送裝置將分離后的砂子發(fā)送至機(jī)械再生塔中，進(jìn)行冷卻及二次分離，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后通過(guò)氣力發(fā)送裝置將砂子發(fā)送至鉻鐵礦砂分離設(shè)備中，進(jìn)行硅砂與鉻礦砂的精細(xì)分離及除塵，最后存儲(chǔ)在儲(chǔ)砂大罐中（再生硅砂罐與再生鉻礦砂罐），現(xiàn)場(chǎng)需要用砂時(shí)，利用氣力發(fā)送裝置將砂子發(fā)送至混砂機(jī)中流砂作業(yè)。

圖l 砂處理工序流程圖

由于砂子在系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程中不斷磨損，導(dǎo)致砂子中粉塵上升，粒度下降，為了保證現(xiàn)場(chǎng)用砂粒度、強(qiáng)度和砂量等方面的參數(shù)達(dá)標(biāo)，就需要不斷的補(bǔ)充新砂進(jìn)入砂處理循環(huán)系統(tǒng)中。

l 硅砂循環(huán)流程

硅砂在砂處理系統(tǒng)中的循環(huán)流程是在落砂機(jī)前砂堆上定期加入新硅砂，然后新硅砂和打箱后的混合砂一起進(jìn)入砂處理系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)械再生及鉻鐵礦砂分離設(shè)備分離完成后的硅砂進(jìn)入再生硅砂罐中，然后發(fā)送至混砂機(jī)中待用。

2 硅砂強(qiáng)度測(cè)量

常規(guī)混砂方法在前期使用過(guò)程中未出現(xiàn)異常，但隨著砂系統(tǒng)不斷循環(huán)，系統(tǒng)內(nèi)砂子不斷損耗，粒度下降，灰粉增加，砂型強(qiáng)度出現(xiàn)異常，部分區(qū)域強(qiáng)度超標(biāo)，部分區(qū)域強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)，具體見(jiàn)表1.

通過(guò)表l發(fā)現(xiàn)，硅砂強(qiáng)度波動(dòng)非常大，最高達(dá)到2.3l MPa，最低只有1.36 MPa.在此強(qiáng)度的情況下，砂型強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致砂型表面松軟，一部分砂型在制芯作業(yè)時(shí)砂塊掉落，增加砂型修補(bǔ)量；一部分砂型在合箱作業(yè)時(shí)，砂塊掉到型腔內(nèi)部，無(wú)法及時(shí)取出；一部分砂型鋼水澆注時(shí)造成大量沖刷，鑄件表面粘砂嚴(yán)重，鑄件夾渣增加，為后續(xù)生產(chǎn)造成大量的工作量和成本。

表l 再生硅砂強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果（單位:Mpa）

3 硅砂強(qiáng)度差異測(cè)量

為進(jìn)一步確定硅砂強(qiáng)度不合格的原因，針對(duì)新硅砂、再生硅砂，按比例均勻混合硅砂，新硅砂即新采購(gòu)的硅砂，再生硅砂即是使用后再經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分離的硅砂，混合砂即是新硅砂和再生硅砂按比例混合在一起的硅砂。按照同比例樹(shù)脂固化劑進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 不同類型硅砂強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果（單位:Mpa）

如表2所示，測(cè)量結(jié)果顯示，新硅砂在同比例樹(shù)脂固化劑下，固化24 h后，強(qiáng)度達(dá)到3 MPa以上，按比例均勻混合的混合硅砂，強(qiáng)度達(dá)到2.2 MPa以上，為正常趨勢(shì)，未添加新砂的再生硅砂強(qiáng)度遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)值2.根據(jù)表2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，再生硅砂不加入新硅砂的情況下，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)造成強(qiáng)度下降，無(wú)法滿足需求，新硅砂強(qiáng)度和均勻混合硅砂強(qiáng)度能達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，但全部使用新砂不僅成本較高，且會(huì)產(chǎn)生大量固體排廢，導(dǎo)致環(huán)保不達(dá)標(biāo)。因此為滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求，選用混合硅砂是成本低、排廢少的最好方法。

現(xiàn)有新砂也是按照同樣比例加入，但仍出現(xiàn)了型砂強(qiáng)度忽高忽低，有時(shí)符合要求，有時(shí)又不符合要求的情況。分析日常硅砂使用流程發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有硅砂是直接大批量加在混合砂堆上，沒(méi)有均勻混合新硅砂和再生硅砂。以此判斷，目前的硅砂混合不均勻是造成混合砂強(qiáng)度不合格的主要原因，新硅砂含量高于標(biāo)準(zhǔn)則強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)，新硅砂含量低于標(biāo)準(zhǔn)則強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)。因此需要采取措施，將新硅砂和再生硅砂按照比例均勻混合，以達(dá)到硅砂強(qiáng)度提升，滿足生產(chǎn)需求和質(zhì)量需求的目的，提高鑄件質(zhì)量，降低廢品率。

4 等比加砂混砂系統(tǒng)在硅砂系統(tǒng)中的應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)新硅砂和再生硅砂均勻混合，設(shè)計(jì)研發(fā)新增一套新硅砂與再生硅砂按比例混合系統(tǒng)，通過(guò)提升裝置將新砂提升至新砂大罐中，當(dāng)混砂機(jī)加砂信號(hào)反饋至PLC系統(tǒng)中時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)控制新硅砂罐與再生硅砂罐砂管的氣動(dòng)閥及比例閥，實(shí)現(xiàn)新硅砂與再生硅砂按比例均勻混合。

該系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)包括提升機(jī)構(gòu)、混砂機(jī)構(gòu)和PLC系統(tǒng)。提升機(jī)構(gòu)包括過(guò)渡斗、斗式提升機(jī)、出砂管，如圖2所示。

圖2 提升機(jī)構(gòu)

其主要工作原理及目的是通過(guò)斗式提升機(jī)的方式，將采購(gòu)到的合格新硅砂發(fā)送至新硅砂大罐內(nèi)。其中新硅砂大罐是將原有4個(gè)再生硅砂大罐中的其中l(wèi)個(gè)改為新硅砂大罐，去除原有發(fā)送加砂管道，僅留出砂管道。

混砂配比裝置包括再生硅砂罐、新硅砂罐、輸砂管、氣動(dòng)蝶閥、比例閥、發(fā)送罐，如圖3所示。

其主要工作原理及目的是通過(guò)電磁比例閥控制的加砂管道，設(shè)定好混砂比例后，根據(jù)設(shè)定比例開(kāi)啟比例閥，然后同時(shí)打開(kāi)單向閥，新硅砂和再生硅砂同時(shí)下砂，以達(dá)到均勻混砂的目的。

通過(guò)實(shí)施新硅砂等比加砂混砂系統(tǒng)后，混砂質(zhì)量明顯提升，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，實(shí)測(cè)強(qiáng)度見(jiàn)表3，全部達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié) 論

通過(guò)研究樹(shù)脂砂造型過(guò)程中硅砂強(qiáng)度不均勻的原因，設(shè)計(jì)了這種新型的、高效的新硅砂與再生硅砂按比例混合系統(tǒng)。公司目前需要通過(guò)砂處理系統(tǒng)循環(huán)后再進(jìn)行流砂作業(yè)的新硅砂每月約250 t，利用提升機(jī)構(gòu)、混砂機(jī)構(gòu)和PLC系統(tǒng)控制后，相當(dāng)于砂處理系統(tǒng)的處理能力可提升250 t/月。且此種方法可實(shí)現(xiàn)新硅砂與再生硅砂的均勻混合，保證了鑄造用硅砂與一定比例樹(shù)脂、固化劑混合后強(qiáng)度的均勻性，同時(shí)降低前期為保證型砂強(qiáng)度而提高的樹(shù)脂、固化劑比例，減少樹(shù)脂、固化劑的使用量。

圖3 混砂配比機(jī)構(gòu)

通過(guò)此種混合系統(tǒng)，提高了砂處理的生產(chǎn)效率和混合硅砂的質(zhì)量，節(jié)約了鑄造成本，從而提高生產(chǎn)效率和鑄件質(zhì)量。

表2 核心流程實(shí)施層次圖

表3 混合硅砂強(qiáng)度測(cè)量（單位:MPa）

［l］李傳栻.原砂性狀對(duì)自硬樹(shù)脂砂性能的影響［J］.現(xiàn)代鑄鐵，20l2（5）：63-68.

［2］劉衛(wèi)東，曹文.型砂級(jí)配對(duì)樹(shù)脂砂抗拉強(qiáng)度的影響［J］.鑄造，20l2（4）：422-424.

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［4］杜震，藺向陽(yáng)，夏宇，況方舟.提高呋喃樹(shù)脂砂強(qiáng)度的研究進(jìn)展［J］.材料導(dǎo)報(bào)，20l4（S2）：307-3l0.

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［6］盧景德.斗式提升機(jī)傳動(dòng)方式的選擇［J］.新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)，2008（5）：48-49.

Cause and Countermeasure on Nonuniform Strength of Silica Sand in Resin Sand Molding

CHANG Yong-hui，LI Wen-hui
（KOCEL Steel Foundry CO.，LTD.，Yinchuan Ningxia 75002l，China）

The strength of silica sand was uniform and under standard value in molding.The experiments were conducted and the results were analyzed to find the cause.The sand charging system was reformed to obtain the uniform sand strength，improve the quality of sand mold and reduce the rate of rejection.

silica sand，strength，sand mixing

TG22l

A

l674-6694（20l7）05-0057-02

20l7-07-l9

常永慧（l99l-），男，寧夏銀川人，助理工程師，現(xiàn)主要從事大型鑄鋼件生產(chǎn)設(shè)備技改及管理工作。。

l0.l6666/j.cnki.issnl004-6l78.20l7.05.0l5