呋喃樹脂砂質(zhì)量的影響因素及質(zhì)量控制

1情況介紹

筆者公司當(dāng)前擁有4條呋喃樹脂砂再生處理線，砂處理的再生方式為離心再生、氣力再生和搓砂再生，均屬于機械再生。雖然呋喃樹脂砂在筆者公司已成功應(yīng)用多年，但由于受再生砂處理系統(tǒng)的影響，再生砂質(zhì)量時有波動，導(dǎo)致型砂質(zhì)量有不同程度的波動。

2原砂質(zhì)量影響因素

2.1灼減量

灼減量的大小直接影響型砂的硬化速度，隨著舊砂使用次數(shù)的增加，灼減量會有所提高，造成硬化速度加快。硬化速度過快，型砂的可使用時間縮短，擺放冷鐵及緊實操作過程中易破壞砂粒間的粘結(jié)力，導(dǎo)致砂芯（型）強度降低。當(dāng)灼減量增大到一定程度會提高型砂的發(fā)氣量，鑄件容易形成氣孔缺陷。

對于采用機械再生砂處理系統(tǒng)的生產(chǎn)線，樹脂砂脫膜率只能達到30%左右，而且只能對砂子表面的有機物進行處理，對小顆粒砂子的脫膜效果很差，導(dǎo)致再生砂灼減量只能控制在3%左右，且波動大。如果想要繼續(xù)降低，就需要增加再生級數(shù)來實現(xiàn)，且此時砂子損耗也將增加。除此之外，再生砂中經(jīng)常存在一些有機雜質(zhì)，如固化劑等，不能通過現(xiàn)有再生方式去除，導(dǎo)致再生砂灼減量上升，影響型砂強度。當(dāng)前一種熱法再生設(shè)備可以徹底解決再生砂的灼減量問題，處理后的再生砂灼減量可達到0.2%以下，堪比新砂，但再生成本非常高。

筆者公司在以下試驗環(huán)境下，對再生砂灼減量和型砂強度的關(guān)系進行了研究，在環(huán)境溫度為18~20℃、相對濕度30%~50%的條件下，取型砂試樣，測量24h后的型砂抗壓強度，得到如圖1所示的再生砂灼減量和型砂強度（抗壓強度）之間的關(guān)系圖，從圖1中可以看出隨著灼減量的上升，型砂強度不斷下降。目前行業(yè)內(nèi)對型砂的抗壓強度普遍要求為：24h抗壓強度＞0.7~1.0MPa，因此再生砂的灼減量一般要控制在3%以內(nèi)。

2.2酸耗值

呋喃樹脂自硬砂是用酸催化而固化的，酸性固化劑可以與原砂中任何堿性化合物反應(yīng)而導(dǎo)致酸性減弱。在生產(chǎn)過程中為提升型砂中酸的固化性能必須加大固化劑用量，當(dāng)固化劑加入過量時導(dǎo)致砂粒表面存在過量的酸，過量的酸與堿性化合物的反應(yīng)常常導(dǎo)致型砂可操作時間極短，反應(yīng)劇烈，導(dǎo)致一部分連接鏈破裂，型砂強度降低，因此需要控制原砂的酸耗值[2]。此外，固化劑加入量高，還會提高樹脂砂的w（S）量，影響鑄鐵鑄件表層質(zhì)量，使表面產(chǎn)生硫化物夾渣，使球鐵件表層球化不良。

為實現(xiàn)型砂質(zhì)量的穩(wěn)定控制，筆者公司對酸耗值、型砂強度及型砂可使用時間的關(guān)系進行了研究。試驗條件：環(huán)境溫度控制在18~20℃，相對濕度在30%~50%，試驗結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，型砂可使用時間隨著酸耗值的增大而增加。當(dāng)再生砂酸耗值在-1.76~2.0范圍內(nèi)時，同等液料加入量下，型砂強度比較穩(wěn)定，而且將會獲得最好的型砂強度。當(dāng)酸耗值大于2.0時，隨著酸耗值的增加型砂強度呈下降趨勢；當(dāng)酸耗值小于-2時，型砂可使用時間小于5min，另外，型砂強度也將隨著再生砂酸耗值的降低而降低。

通常穩(wěn)定酸耗值的措施有：（1）采購的原砂酸耗值控制在3%左右；（2）保證砂溫和環(huán)境溫度接近；（3）保證合適的環(huán)境溫度，一般控制在25~30℃；（4）使用合適酸值的固化劑，加入量保持在30%~40%。

2.3微粉

微粉是指原砂中粒徑小于106μm（140目）的細砂，微粉含量較多時，雖然可能增加砂粒鑲嵌程度，但這將使樹脂砂的透氣性下降，并且同體積砂子表面積會增加，導(dǎo)致樹脂消耗量的上升。樹脂加入量過多，增加了樹脂膜厚度，多余的樹脂就會流到砂粒之間的空隙中，造成透氣性下降，發(fā)氣量增大，舊砂再生困難，成本提高。解決措施：（1）保證除塵風(fēng)量滿足要求；（2）砂再生過程增加沸騰床設(shè)備，保證砂沸騰效果；（3）砂再生過程增加風(fēng)選設(shè)備，保證砂目的均勻和除塵負壓合理。

2.4含泥量

原砂中含泥量越少越好，含泥量超過0.01%就會使樹脂砂混合物的可使用時間延長，含泥量高，砂粒表面還會沉積一層泥膜，使砂回收困難，并降低樹脂砂的強度。

解決措施：（1）選用含泥量低的原砂；（2）保證再生效果。

2.5型砂顆粒度

再生砂中細砂粒比表面積大，比粗砂粒含有更多的樹脂和固化劑，細砂的灼減量明顯高于粗砂的灼減量，當(dāng)再次加入樹脂時，殘留的固化劑繼續(xù)起催化作用，提高了固化速度。綜合考慮強度和硬化速度兩方面因素，在使用再生砂時要控制合理的再生砂粒度分布。

筆者公司就4種不同粒度范圍內(nèi)的型砂，在加入相同含量的樹脂和固化劑時，研究其和型砂強度之間的關(guān)系，得出以下試驗結(jié)果，見圖3。由圖3可知，同等樹脂固化劑加入量下，粒度越大，型砂強度越高。這是因為粒度越細，比表面積越大，比表面積大，同等樹脂加入量下單位面積樹脂量少，導(dǎo)致強度降低。

質(zhì)量控制措施：（1）對于外觀面要求較低的大型鑄件選用30/50目主篩號砂子，不僅可以用相對較低的液料加入量獲得較高的型砂強度，而且可增加型芯的透氣性，減少嗆火等鑄造缺陷的產(chǎn)生；（2）對于小型件或精密鑄造可選用相對較細的砂子，如40/70目、50/100目甚至70/140目主篩號砂子，以保證鑄件具備極高的表面質(zhì)量和精度。

2.6砂溫

自硬樹脂硬化速度對反應(yīng)溫度十分敏感，再生砂砂溫每增加10℃，型砂硬化時間減少一半，溫度每降低10℃，硬化時間會增加1倍，因此要將砂溫控制在合理的范圍內(nèi)。

解決措施：由于提高和降低砂溫均是一件很麻煩的事情，需要設(shè)備投資和能源消耗，考慮到成本、效率等因素，建議砂溫控制最好和鑄造現(xiàn)場的環(huán)境溫度相統(tǒng)一，建議砂溫按照環(huán)境溫度的±5℃來控制，對于呋喃樹脂砂，砂溫上限應(yīng)不高于35℃。

3結(jié)束語

采用呋喃樹脂自硬砂生產(chǎn)鑄件的鑄造企業(yè)，必須建立質(zhì)量控制標準，明確規(guī)定原砂和舊砂回用砂灼減量、酸耗值、微粉含量、含泥量、顆粒度、砂溫等影響因素的合理控制范圍，并建立快速、高效的檢驗機制，對由于各影響因素波動導(dǎo)致的質(zhì)量問題要有明確的解決措施，在對型砂參數(shù)進行實時監(jiān)控時，當(dāng)某些參數(shù)發(fā)生異常波動時可及時糾正。除此之外，采用先進的再生裝置、砂處理系統(tǒng)，并對其做到定期維護和檢修是最根本的解決方案。