沈阳铸钢砂：铸钢型砂的工艺特性与应用

          目前，铸钢件生产的型砂工艺常用的有水玻璃砂CO2 法、水玻璃脂硬化自硬砂、呋喃树脂自硬砂和碱性酚醛树脂自硬砂。不同的型砂工艺方法，有不同的工艺特性。企业要根据自己的产品结构、工艺和质量要求确定自己的工艺方案。接下来由沈阳铸钢砂的小编给大家分享一下铸钢型砂的工艺特性与应用，希望通过小编的分享能对您有所帮助。 

1.型砂工艺的应用

（1）水玻璃砂 CO2 法的应用    

          该方法的生产成本低，设备简单，操作方便，使用灵活，这是很多中小型企业采用这种工艺方法的主要原因。本厂于 1981 年利用原有的混砂设备，很容易实现了水玻璃 CO2 法。在生产实际应用中，也发现了一些问题，水玻璃加入量要求为 5%～6%，但由于混好的砂子不能马上用完，受环境温度和空气中的CO2气的影响，造成强度下降，工人为了强度高点好干活，水玻璃加入量往往为 8%以上，甚至更多。浇注后的铸型残余强度高，是水玻璃砂CO2法应用当中遇到的缺点之一，使部分铸件阻碍收缩，产生热裂裂纹的问题比较突出，同时，残余强度高，溃散性差，导致清砂困难，后清整工作量大。在实际应用中，CO2气过吹的问题也很常见，导致铸型表面稳定性太低 （表面粉化），使铸件表面质量下降。另外，低熔点金属硅酸盐在高温钢液的作用下，会侵蚀和烧结硅砂，导致浇注后的型、芯砂耐火度低，铸件表面质量差。这些问题如果控制不当，都会对铸件的产品质量产生影响。

在我们实际应用中感到该工艺方法存在不足之处：

①裂纹的问题比较突出，修补量大；

②清整困难，清整周期长；

③表面质量差，表面粗糙度仅为Ra 100~Rz 200；

④环保问题突出。当时旧砂露天存放，经人工过筛后，旧砂回用当背砂用。但存放旧砂的场地后边是养鱼池，刮风、下雨对环境影响很大，环保问题突出。    

          由于铸件裂纹倾向大，表面质量差，当客户对产品质量有较高的要求时，该工艺方法已不能满足要求。

（2） 呋喃树脂自硬砂工艺的应用    

          1995年，由于水玻璃砂CO2法的外观质量差和铸件出口的需要，对型砂工艺做出改进的决定。经过综合考察和工艺试验相对比，选择了呋喃树脂自硬砂工艺。

          铸钢车间于1995年上了一条10t/h树脂砂生产线，主要由滚筒破碎筛、永磁分离滚筒、两级再生机、微粉分离、砂调温、除尘器，和20t/h移动式混砂机等设备组成。    

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（3）水玻璃脂硬化自硬砂的应用    

          2001年，由于小松的支架、支座等（材质为SCSiMn1H，单重为74～400kg）内腔裂纹问题无法解决。因客户要求较严，要对铸件进行磁粉探伤（MT）和着色探伤 （PT） 检查，加工后要进行超声波探伤（UT） 检查，当时废品较高，最高达到30%之多。后来我们采用了沈阳汇亚通生产的水玻璃脂硬化砂工艺，当水玻璃加入量少时，表面稳定性差，裂纹问题仍不能消除，加木屑后，砂芯的强度太低，再增加水玻璃的加入量。这样表面稳定性有所提高，型砂的退让性也提高了，同时采取了一些的工艺措施，铸件的裂纹问题也基本解决了。我们在实际使用中，水玻璃加入量5%，固化剂加入量（占水玻璃）30%，锯末加入量1%，新砂加入量较多，生产方式为：①原来用呋喃树脂砂做砂型、用水玻璃脂硬化砂做砂芯；②现在用碱性酚醛树脂砂做砂型，用水玻璃脂硬化砂做砂芯。    

水玻璃脂硬化砂的应用，我们的体会是：

（1）因水玻璃的粘度比呋喃树脂高，所以水玻璃脂硬化自硬砂的舂箱操作要求比呋喃树脂自硬砂要高。

（2）用水玻璃脂硬化自硬砂生产的铸钢件不易产生微裂纹。

（3）正常情况下，水玻璃的加入量为3%～3.5%，因加入锯末导致强度下降，因此，水玻璃的加入量偏高。

（4）采用水玻璃脂硬化工艺制芯，并改进了工艺，裂纹问题得到了很大改善，大幅减少了修补和检验的工作量，废品率降低至2%~3%以下。

（4）碱性酚醛树脂自硬砂工艺的应用    

      由于呋喃树脂砂存在上述问题，2005年经考察调研后，决定上碱性酚醛树脂自硬砂工艺，该工艺在国外铸钢生产中应用很多，近年在国内的推广很迅速，并且国内树脂厂也已研发出这种树脂，如圣泉集团的碱性酚醛树脂JF103在多家铸造企业得到成功应用。    

      我们在原有呋喃树脂砂生产线的基础上，对设备做了部分改进，很快调整成碱性酚醛树脂砂生产线。为了降低树脂的加入量和成本。我们采取的措施是：

①选择好的原砂；

②强化再生，提高再生机的再生能力；

③采用必要的工艺措施。    

          原来呋喃树脂砂生产线的再生机为两级再生，生产能力为10 t/h。改用碱性酚醛树脂后，树脂加入量为1.6%～1.8%，新砂选用福建砂，新砂加入量为25%～30%，酌减量1.5%~1.6%。后来对再生机进行了改造，改造后的再生机为四级再生，生产能力仍为10 t/h。同时采用必要的工艺措施后，新砂加入量12%～15%，树脂加入量1.3%（1.2%～1.4%），固化剂加入量（占树脂）25%，再生砂灼减量1.3%～1.4%，再生砂微粉含量<0.5%。三年多，我们生产了2万多吨铸钢件，有轮船用产品、矿山机械产品、煤矿机械产品、工程机械产品，这些是出口、国内独资企业和国内大中型企业的产品。    

         采用碱性酚醛树脂后，其表面粗糙度和尺寸精度与呋喃树脂砂的产品没多大差别，但铸件的裂纹和微裂纹减少很多，使检验和焊补工作大为减少，缩短了工期，这也是我们当初采用碱性酚醛树脂砂工艺的初衷。由于产品质量稳定可靠，客户很满意。实际使用中，我们的体会是：

（1）由于碱性酚醛树脂的粘度比较大，不易紧实，所以在舂箱时要注意该舂的部位要紧实到位，碱性酚醛树脂砂的舂箱操作比呋喃树脂砂的要求更加严格。

（2）碱性酚醛树脂砂的硬化速度靠调整固化剂的型号来实现（调整快慢脂）。避免呋喃树脂砂的操作习惯带到碱性酚醛树脂砂中来。要改变呋喃树脂砂的多加固化剂硬得快，少加固化剂硬得慢的操作习惯。

（3）碱性酚醛树脂自硬砂具有高温特性，即砂型 （芯） 在高温时有二次硬化特点[2]。在浇注受热后，由于酚醛树脂本身的热硬化，产生了很高的强度，保证了铸件的尺寸精度，减少了浇注引起的夹砂缺陷。因此，即使它的常温强度低于其它自硬砂，也可以经受住高温金属的浇注，获得极好的铸件表面。个人认为碱性酚醛树脂自硬砂不必像呋喃树脂自硬砂那样追求较高的常温强度，强度只要能满足造型、制芯、合箱的需要即可，尽量减少树脂的加入量。要充分利用碱性酚醛树脂自硬砂高温时有二次硬化特点。

（4）碱性酚醛树脂砂的另一个高温特性是热塑性好，使铸件的热裂缺陷大大减少。且树脂、固化剂不含 S，避免了因渗S引起的微裂纹。另外，铸型经历了浇注这一热过程后，接触铸件的表面已发生热分解，同其他有机粘结砂一样具有很好的溃散性，清砂容易。

3.几种型砂工艺特点对比

3.1 呋喃树脂自硬砂

（1）型（芯） 砂工艺性能好， 强度高，树脂加入量低，工人在实际操作中容易控制。

（2）铸型（芯）表面稳定性好。

（3）铸件尺寸精度高，铸件表面质量好。

（4）型（芯）砂溃散性极好，铸件落砂清理容易。

（5）旧砂干法再生性能好，回用率高，可达 90%以上。

（6）成本较碱性酚醛树脂自硬砂低。

（7）砂型刚性好，热膨胀系数大，高温热塑性差，铸钢件易产生裂纹，尤其是薄壁件和复杂件。铸件表面增S易产生微裂纹。

（8）混砂、造型、浇注、落砂、清理时产生有害气体污染环境，工作条件差。

3.2 水玻璃脂硬化自硬砂

（1）型（芯）砂工艺性能好，冬季硬透性稍差。强度比呋喃树脂砂和碱性酚醛树脂砂低一点，因此加入量高一些，一般在3%左右。

（2）表面稳定性比碱性酚醛树脂砂稍差，比呋喃树脂砂差一些。

（3）铸件尺寸精度高，铸件表面质量较好。

（4）型 （芯） 溃散性较好，比呋喃树脂砂和碱性酚醛树脂砂稍差，铸件的落砂和清理较容易。改变了水玻璃 CO2 清砂困难的局面。

（5）旧砂再生性能较好。干法再生率≥65%，干-热联合再生产率≥75%（国产设备）。在水玻璃加入量较低的条件下，再生率可达 85%。

（6）如果水玻璃加入量低于 2.5%，有利于砂再生和降低成本，但砂表面安定度将有所下降。

（7）粘度比呋喃树脂砂高，舂箱的要求比呋喃树脂砂严格。

（8） 不易产生裂纹。

（9） 操作环境好，在混砂、造型、浇注、清整时无刺激气味。

3.3 碱性酚醛树脂自硬砂

（1）型（芯） 硬化性能优良，冬季硬透性好，强度比呋喃树脂砂略低，因此树脂加入量比呋喃树脂砂高一点，一般在1.2%～1.8%范围内。

（2）表面稳定性比呋喃树脂砂稍差。

（3）铸件尺寸精度高，铸件表面质量好。

（4）型 （芯） 砂溃散性极好，铸件落砂、清理容易。

（5）旧砂干法再生性能较好，回用率高达 85%以上。

（6）成本较呋喃树脂自硬砂高。

（7）粘度比呋喃树脂砂高。因此，造型的要求比呋喃树脂砂要严格一些。

（8）操作环境好，在混砂、造型、浇注、落砂等操作过程中，无刺激气味。

4.结论

（1）呋喃树脂自硬砂因成本低 （相对碱性酚醛树脂砂），型砂工艺性能好，仍有优势。因此，国内外仍有一些企业在应用。关键是要选用好的树脂和原砂，这样树脂的加入量会降下来。在国外有些工厂树脂加入量可以控制到 0.6%～0.8%之间，在国内一些好的企业加入量在 0.8%～1.0%之间。这样，热裂和微裂的缺陷就会大幅降下来，同时也要配合一些工艺措施。另外，铸钢用的呋喃树脂要控制好含 N 量。一些对裂纹敏感的特殊铸件不宜采用此工艺。

（2）水玻璃脂硬化自硬砂的实用性在于成本比碱性酚醛树脂自硬砂低，又克服了呋喃树脂自硬砂的裂纹和微裂问题。在水玻璃加入量较低时，其再生性能也较好，但其表面稳定性差一些，铸件表面质量不如呋喃树脂自硬砂和碱性酚醛树脂自硬砂生产的铸件。要想提高水玻璃脂硬化自硬砂的表面稳定性，需增加水玻璃的加入量，但是其再生性能又受到影响。建议如果所生产的铸钢件对裂纹要求很严格，但对铸件表面的要求不是很苛刻或铸件的销售价格不是很高，该种工艺方法很适合，也有的企业为了提高铸件的表面质量，采取了面砂和背砂的工艺方法，效果也很好。

（3）碱性酚醛树脂自硬砂工艺特性好， 不易产生裂纹和微裂纹，铸件表面质量好，再生性能也较好，型砂成本较高，修补费用有所下降，建议生产铸钢件或出口件，采用此工艺方法，因为铸钢件和出口件的销售价也偏高一些。

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