四种自硬砂地选择

四种自硬砂的选择随着我国机械工业产品质量的升级及出口铸件市场的不断扩大，在铸造车间技术改造中，有越来越多的企业首选自硬砂工艺替代原有粘土砂干型铸造工艺。

在本企业技改中如何根据自身的产品特点选择合适的自硬砂工艺及相应设备是技改中普遍关心的核心问题。

笔者结合近几年的实践就这一问题提出一点个人观点与同仁们共同探讨。

1．自硬砂工艺的选择自硬砂工艺是指在常温下，型砂能自行硬化并获得浇注要求强度的造型工艺的统称。

近几年得以较快发展的自硬砂主要有：呋喃树脂自硬砂、碱酚醛脂硬化自硬砂、脲脘树脂自硬砂（Pep—set自硬砂）、脂硬化改性水玻璃自硬砂。

这些自硬砂各有优缺点，应根据各企业不同的生产及产品特点择优选用。

1．1呋喃树脂自硬砂：这是应用最多、最广、工艺最成熟的自硬砂，而且相对铸件成本较低、旧砂利用率高、旧砂再生简单，是技术改造的首选自硬砂工艺。

呋喃树脂砂在灰铁、球铁、铸钢、有色等铸造中都得到极其广泛地应用。

但是由于呋喃树脂砂高温退让性差，树脂中含有较高的N，固化剂中含有S，因此一些壁厚不匀的铸钢件容易造成热裂，厚大铸钢件易造成N气孔，一些高牌号球铁件易造成球化衰退，一些低碳铸钢件还易造成增碳，在选用工艺及选用树脂种类时应引起足够重视。

这种工艺一般用于单件小批量生产性质的铸铁生产中。

1．2碱酚醛脂硬化树脂自硬砂：其是为克服呋喃树脂自硬砂的一些缺点发展起来的，国外称α—set 工艺。

由于其完全不含N，固化剂不含S，用于铸钢、合金钢铸件不会产生N气孔、针孔缺陷。

由于碱酚醛树脂砂常温下只有部分树脂发生交联反应，在浇注金属受热时还有一个再硬化的过程，因此这种树脂砂的高温尺寸稳定性好，铸件尺寸精度高，因此在铸钢特别是合金钢件、大型铸钢件的生产上应用愈来愈广。

但碱酚醛树脂砂常温强度较低，树脂加入量较大，铸件成本较高。

碱酚醛树脂砂的硬化剂是有机脂，调节硬化时间只能用脂的品种而不能用加入量调节。

另外酚醛树脂粘度较大，可存放期短，使用中需要注意。

1．3酚脲烷树脂自硬砂（Pep—set工艺）：Pep—set工艺在近两年发展较快，其综合了呋喃树脂与碱酚醛树脂和特点，进一步提高了工艺适应性，其具有优越的硬化特性的同时也具有较好的高温退让性。

硬化时间可以在0.5~15分钟内调整，生产效率高，有利用造型线批量生产。

通过三种粘结剂组元比例的调整，可以保证足够长的可使用时间，一旦开始固化又能迅速达到浇注强度，具有较好的浇注性能及工作时间/起模时间比特性。

由于高温退让性好，可以生产薄壁复杂件而不必担心铸件裂纹，既适应铸件、铸钢，也广泛用于有色合金铸件的生产，克服了呋喃树脂砂的性能缺陷，工艺适应性较强。

同时对涂料要求较低，一般铸铁件不刷涂料而通过一些添加剂也能生产出表面光洁的铸件。

对再生设备的要求及回收率与前两种工艺基本相同，而混砂设备需要增加一套液料系统且流量控制要求精确度较高。

Pep—set工艺一般用于薄壁复杂铸件（铸铁、铸钢、铸铝）的生产，也适宜于自动化造型线作业。

对多材质、小批量生产性质也有一定适应性。

1．4脂硬化改性水玻璃砂工艺：这是为克服CO2水玻璃砂的两大难题（溃散性差、旧砂再生难）而开发的新一代水玻璃自硬砂。

其基本原理是通过加入一定量的改性剂以提高水玻璃的粘结强度、降低型砂中水玻璃加入量，采用这种工艺能使水玻璃加入量降低到2.5~3.0%，溃散性接近树脂砂。

该自硬砂继承了CO2水玻璃砂高温退让性好的优点，而且环保效果较好，因而在铸钢生产上得到应用。

铁路提速而取消水爆清砂后，在铁路系统广泛用于摇枕、侧架铸件（薄壁复杂件）的生产。

该种工艺的粘结剂价格较之碱酚醛及Pep—set相对低一点，但一般机械再生的砂回收率只能达到80%左右，再生成本也相对较高，据一些用户反映其工艺稳定性相对差一点，可使用时间及强度随循环次数变化较大，再生砂做面砂使用时必须加入大量新砂。

因此，该种工艺一般用于有特殊要求的铸钢件生产上，规模生产时应慎重选择。

2．关于自硬砂再生设备自硬砂再生设备选择是能否用自硬砂工艺在适应生产规模及成本控制条件下生产出高质量铸件的关键。

自硬砂再生系统一般由破碎、再生、风选、调温以及与之配套的输送及除尘系统组成，根据不同的生产及工艺要求做一些相应的增减。

2．1再生设备选择注意事项近20年来，我国的自硬砂再生设备有了较大的发展，从最初的仿制日本技术，到后来的引进欧洲技术、展开技术合作并通过生产实践得以不断改进，基本上满足生产要求。

目前国内市场上流行的设备，如果硬按技术类别分的话，基本上可分为日本太阳技术、日本新东技术、德国FAT技术、德国克莱茵技术、意大利IMF技术等几个类别，或根据工艺要求及生产厂家的不同而采用几种技术的组合。

对此，大家均有一定的了解，现根据近几年的实践经验就再生设备的选择谈一点看法。

2．1．1 自硬砂再生费用是影响铸件成本的主要因素，在选择设备时，应考虑使用成本。

自硬砂再生费用主要由能源消耗、维修费用、砂回收率等组成。

一般用户往往忽略前两项指标对经济效益的影响，而单纯追求设备价格及砂回收率、LOI值等指标。

当然在满足同等技术要求（能生产出合格铸件）情况下，出于成本及环保的要求，砂回收率越高越好，这是勿容置疑的。

同样选择适当的设备，在满足工艺要求的LOI值及微粉含量的情况下，尽量降低能源消耗、保证设备可靠性、减少维修费用，无疑具有长远的意义。

首先，再生砂的技术指标应围绕工艺要求进行选择。

比如LOI值是衡量脱膜率的重要指标，一般灰铁件采用呋喃树脂砂生产，实验证明LOI值在3%左右完全可以满足工艺要求，而有的用户一提就是2.5%以下，碱酚醛生产一般铸钢件，实践证明LOI值在2.5%左右可以满足工艺要求，而有的用户要求在2.0%，这无疑会增加设备投资及再生成本。

欧洲人主张把设备和工艺结合起来考虑，一般情况下多在工艺上采取措施，比如减少树脂加入量（确定合理的浇注强度）及铁砂比、改善浇注系统及浇注工艺等，以降低生产费用，无疑是聪明的办法。

其次，设备的可靠性及维护费用应引起足够的重视。

自硬砂设备的可靠性一般可以通过加工手段、配置水平及运动部件的多少来判定，当然，用户的介绍更能说明问题。

大家都知道，同样的原理甚至同样的图纸，加工手段不一样、管理水平跟不上，结果会完全不同。

大连某机床厂及烟台某铸造厂原来使用的破碎再生机，均类似于某德国公司技术，分别由国内两家公司生产，一台不到两个月即开焊，一台不到三个月即换一次振动电机，而同样的生产条件，济南二机床生产的设备连续使用两年没有任何问题，其中的效益问题不言自明。

还比如有的再生机，再生原理决定其有大量的耐磨易损件，其更换频繁且价格较高，无疑会增加生产成本。

同样，再生设备中采用大量的运动部件及振动设备等，由于作业环境及操作人员素质等原因，设备易出现故障，而影响设备的可靠性，从而降低生产效率，增加生产成本。

第三，铸造生产本身是能耗大户，在满足工艺要求前提下，尽量减少装机容量，利用固有资源，对长远经济效益具有重要的意义。

2．1．2 在充分进行工艺论证的基础上合理选择再生设备。

随着我国自硬砂工艺技术的推广，广大铸造工作者在生产实践中积累了大量的经验。

自硬砂工艺技术也越来越成熟、可靠、实用，新上自硬砂工艺技术项目应吸取先行者的经验教训，在充分进行工艺论证的基础上合理选择再生设备。

如前所述，呋喃树脂砂工艺应用比较成熟，非常适用于一般铸件的单件小批量生产，如机床铸件、工程机械铸件、矿山机械类铸件、造纸机械铸件、风机泵体类铸件等等。

大量的生产实践证明，只要工艺及管理得当，脱膜率的多少反而不是关键因素，潍坊某铸造车间LOI值甚至在4%以上，铸件质量指标一样较好。

为保证铸件质量，这类铸件的生产厂家越来越意识到砂温及微粉含量指标的重要性，实践证明其对粘砂、气孔等缺陷起着重要的作用。

有的厂家甚至“提出脱膜率无所谓、关键是砂温及微粉含量”这一观点，无疑是生产实践的总结。

我公司按德国技术提供的再生线，用砂块破碎加撞击再生组合，对于这一类铸件的生产非常实用，且投资少、成本低。

当然，如果用呋喃树脂砂工艺还要生产一些薄壁复杂铸件、球铁件甚至铸钢件，则须对脱膜率进行适当的控制，除上述两级再生外，再增加一级强力磨擦再生，以控制LOI值，保证满足工艺要求。

Pep—set树脂工艺与呋喃树脂砂的设备配置基本相同。

碱酚醛树脂砂工艺主要用于铸钢件生产，由于铸钢浇注温度高，对发气量比较敏感，因此对脱膜以及风选有较高的要求，LOI值一般控制在2.5%左右，微粉含量越低越好，以降低发气量，提高型砂透气性。

在设备选择上与呋喃树脂砂的第二种情况基本相同。

酚醛树脂与呋喃树脂相比粘性稍大，早期使用的用户在再生之前进行加热处理，以提高脱膜效果。

从近几年的使用实践来看，没有必要，新上项目均取消了这一工序，通过科学的系统设计完全可以解决。

此外，再生后的风选应引起高度重视，以除尽再生过程中产生的微粉。

新型脂硬化水玻璃砂近两年在国内得以推广，其再生设备的研究及生产也以各种方式展开。

根据铸件特点及生产特性要求，有采用干法再生，也有采用湿法再生，有采用简单的一般自硬砂的再生方法，也有采用高温焙烧的干法再生方法或干湿法相结合的再生方法，工艺要求不同，生产规模不同，使用情况差别较大。

尽管形成规模生产的相对较少，但认识逐步趋于统一。

一般认为水玻璃砂旧砂有以下特性：（1）砂粒上残留粘结剂膜在高温浇注后不能燃烧分解，而形成一种低熔点的硅酸钠胶牢固地粘附在砂粒表面；（2）砂块破碎后，砂粒表面的残留硅酸钠胶、盐等具有很强的吸湿性，而增加砂粒表面粘度；（3）再生砂粒表面上残留的高模数水玻璃、残留脂、盐等对再生砂的强度、可使用时间等有较大影响；（4）干法再生前对旧砂进行加热预处理可提高再生的脱膜效果。

这些特点决定脂硬化水玻璃砂的再生较一般自硬砂再生困难，有的厂家没有采用加热，再生后砂粒表面残留物较多，再生砂得不到单一砂（或面砂）使用要求，只能作为背砂使用，作面砂时则需加入大量新砂（如50%）。

实验表明，水玻璃旧砂经破碎后，进行加热处理，再进行干法再生，所得再生砂的性能与其加热温度有很大关系，粘结强度随加热温度增加而增加，当加热温度达到320℃以上时，干法再生砂的强度及可使用时间可以满足单一砂的使用要求。

可见水玻璃砂再生前，加热很关键，保证好的再生效果，加热温度须达到320℃以上。

致于破碎和再生可选择与一般自硬砂同样的设备，考虑其固有特性，与一般自硬砂相比，设备的额定生产率须相应加大。

除此之外，还有一个问题值得注意，那就是再生后的风选调温，由于其吸湿性极强，简单的除尘难以风选彻底，调温过程中由于温度降低而增加“吸湿”倾向而造成砂粒表面发粘，在处理过程中须采取相应措施，选用设备时应引起足够重视。

2．1．3主要再生设备除砂块破碎机外，再生机及风选调温器是再生系统的主要设备。