呋喃樹(shù)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(shù)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(jī)械再生。雖然呋喃樹(shù)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(shí)有波動(dòng)，導(dǎo)致型砂質(zhì)量有不同程度的波動(dòng)。

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(huì)有所提高，造成硬化速度加快。硬化速度過(guò)快，型砂的可使用時(shí)間縮短，擺放冷鐵及緊實(shí)操作過(guò)程中易破壞砂粒間的粘結(jié)力，導(dǎo)致砂芯（型）強(qiáng)度降低。當(dāng)灼減量增大到一定程度會(huì)提高型砂的發(fā)氣量，鑄件容易形成氣孔缺陷。

對(duì)于采用機(jī)械再生砂處理系統(tǒng)的生產(chǎn)線，樹(shù)脂砂脫膜率只能達(dá)到30%左右，而且只能對(duì)砂子表面的有機(jī)物進(jìn)行處理，對(duì)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(dòng)大。如果想要繼續(xù)降低，就需要增加再生級(jí)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，且此時(shí)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(jī)雜質(zhì)，如固化劑等，不能通過(guò)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(qiáng)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(wèn)題，處理后的再生砂灼減量可達(dá)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(yàn)環(huán)境下，對(duì)再生砂灼減量和型砂強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行了研究，在環(huán)境溫度為18~20℃、相對(duì)濕度30%~50%的條件下，取型砂試樣，測(cè)量24h后的型砂抗壓強(qiáng)度，得到如圖1所示的再生砂灼減量和型砂強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)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(qiáng)度不斷下降。目前行業(yè)內(nèi)對(duì)型砂的抗壓強(qiáng)度普遍要求為：24h抗壓強(qiáng)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(shù)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(guò)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(guò)量時(shí)導(dǎo)致砂粒表面存在過(guò)量的酸，過(guò)量的酸與堿性化合物的反應(yīng)常常導(dǎo)致型砂可操作時(shí)間極短，反應(yīng)劇烈，導(dǎo)致一部分連接鏈破裂，型砂強(qiáng)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(huì)提高樹(shù)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(shí)現(xiàn)型砂質(zhì)量的穩(wěn)定控制，筆者公司對(duì)酸耗值、型砂強(qiáng)度及型砂可使用時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行了研究。試驗(yàn)條件：環(huán)境溫度控制在18~20℃，相對(duì)濕度在30%~50%，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，型砂可使用時(shí)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(shí)，同等液料加入量下，型砂強(qiáng)度比較穩(wěn)定，而且將會(huì)獲得最好的型砂強(qiáng)度。當(dāng)酸耗值大于2.0時(shí)，隨著酸耗值的增加型砂強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)；當(dāng)酸耗值小于-2時(shí)，型砂可使用時(shí)間小于5min，另外，型砂強(qiáng)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(gòu)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(xì)砂，微粉含量較多時(shí)，雖然可能增加砂粒鑲嵌程度，但這將使樹(shù)脂砂的透氣性下降，并且同體積砂子表面積會(huì)增加，導(dǎo)致樹(shù)脂消耗量的上升。樹(shù)脂加入量過(guò)多，增加了樹(shù)脂膜厚度，多余的樹(shù)脂就會(huì)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(guò)程增加沸騰床設(shè)備，保證砂沸騰效果；（3）砂再生過(guò)程增加風(fēng)選設(shè)備，保證砂目的均勻和除塵負(fù)壓合理。

2.4含泥量

原砂中含泥量越少越好，含泥量超過(guò)0.01%就會(huì)使樹(shù)脂砂混合物的可使用時(shí)間延長(zhǎng)，含泥量高，砂粒表面還會(huì)沉積一層泥膜，使砂回收困難，并降低樹(shù)脂砂的強(qiáng)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(xì)砂粒比表面積大，比粗砂粒含有更多的樹(shù)脂和固化劑，細(xì)砂的灼減量明顯高于粗砂的灼減量，當(dāng)再次加入樹(shù)脂時(shí)，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(qiáng)度和硬化速度兩方面因素，在使用再生砂時(shí)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(shù)脂和固化劑時(shí)，研究其和型砂強(qiáng)度之間的關(guān)系，得出以下試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)圖3。由圖3可知，同等樹(shù)脂固化劑加入量下，粒度越大，型砂強(qiáng)度越高。這是因?yàn)榱６仍郊?xì)，比表面積越大，比表面積大，同等樹(shù)脂加入量下單位面積樹(shù)脂量少，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

質(zhì)量控制措施：（1）對(duì)于外觀面要求較低的大型鑄件選用30/50目主篩號(hào)砂子，不僅可以用相對(duì)較低的液料加入量獲得較高的型砂強(qiáng)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(duì)于小型件或精密鑄造可選用相對(duì)較細(xì)的砂子，如40/70目、50/100目甚至70/140目主篩號(hào)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(shù)脂硬化速度對(duì)反應(yīng)溫度十分敏感，再生砂砂溫每增加10℃，型砂硬化時(shí)間減少一半，溫度每降低10℃，硬化時(shí)間會(huì)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(chǎng)的環(huán)境溫度相統(tǒng)一，建議砂溫按照環(huán)境溫度的±5℃來(lái)控制，對(duì)于呋喃樹(shù)脂砂，砂溫上限應(yīng)不高于35℃。

3結(jié)束語(yǔ)

采用呋喃樹(shù)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(biāo)準(zhǔn)，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(yàn)機(jī)制，對(duì)由于各影響因素波動(dòng)導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題要有明確的解決措施，在對(duì)型砂參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)，當(dāng)某些參數(shù)發(fā)生異常波動(dòng)時(shí)可及時(shí)糾正。除此之外，采用先進(jìn)的再生裝置、砂處理系統(tǒng)，并對(duì)其做到定期維護(hù)和檢修是最根本的解決方案。