有机酯水玻璃自硬砂在大型铸钢件造型_芯_车间应用的分析_孙先明

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适量
表 2 四种型 (芯 )砂的技术指标
型 (芯 ) 砂 种 类
技术指标名称
树脂砂
酯 -水玻 璃砂
CO2 -水 玻璃砂
粘土砂
硬化方式 24h 抗压强度 M Pa 24h 抗拉强度 M Pa 流动性
自硬 —
> 1. 0 好
自硬 > 3. 0
— 好
气硬+ 烘干 烘干
烘前 < 2. 0 烘前 < 2. 0
如图所示。 车间内设有大型造型地坑 5个 ,其规格 为: 1号地坑 11. 5m× 8. 6m× 3. 5m; 2号地坑 10m × 6m× 4m; 3号地坑 9. 5m× 5m× 3. 9m; 4号地坑 13m× 11m× 5. 5m; 5号地坑 8m× 5. 8m× 2m。其中
大型工段车间平面布置图 1. S2820移动式 双臂树脂砂混 砂机 2. S2520固 定式双 臂树 脂砂 混砂机 3. S206碗 形树 脂混 砂机 4. S2540 固定式双臂水玻璃砂混砂机
a. 酯硬化水玻璃自硬砂是通过外加有机酯硬 化剂硬化的 ,造好的型 (芯 )在正常的温度下不需要 再加热即可实现对其硬化。
b. 在生产条件限定的硬化时间范围内 ,可以通 过采用 SS-10、 SS-20、 SS-30不同型号 的有机酯 及 2. 5～ 2. 9不同 模数的改性水 玻璃 ,以 达到调整 型 (芯 )砂硬化速度的效果。
四种型 (芯 )砂所用 原材料配比重 量如表 1所 列 ; 型砂的性能及使用技术指标如表 2所列。
四种型 (芯 )砂所需原材料来源皆有保证。 由于 各自对原材料的要求不同 ,相比之下粘土砂和 CO2水玻璃砂对原材料的品位要求较低 ,树脂砂要求最 高 ,有机酯水玻璃砂则居中。 另外 ,各种型 (芯 )砂所 需原材料价格不同 ,使其使用经济性差别很大。
燃料消耗为 1300kg ,热值为 4. 1868× 6500k J/kg; 处 理铸件量 14. 0t ,温度 880℃。 则热效率 Z为:
Z= ( 4. 1868× 140× 14000) / ( 4. 1868× 6500× 1300)× 100% = 23. 2%
单耗指标 K= 86. 1kg煤 / t铸件 达到热处理炉能耗分等 1级指标水平。 运行操作关键在燃煤机 ,其煤层厚度可调 ,推煤 速度有四档可选 ,以满足不同燃烧强度和确保燃料 充分燃烧的要求。调试好后 ,运行操作简单、易掌握 , 劳 动强 度低、 作业 环境 大为 改善 。前后 炉区 分别 测温 并设有超温报警装置 ,炉温控制方便灵活 ,可避免铸 件过烧变形现象发生。
1 有机酯水玻璃自硬砂工艺的特点 在 50年代初 , 水玻璃作为一种型 (芯 )砂粘结
剂 ,而被引入铸造生产。 40多年来 ,水玻璃砂围绕型 (芯 )硬化方法的不断更新而发展 ,历经几个不同的
收稿日期: 1997— 10— 19
发展阶段 ,从气体硬化、加热硬化、真空硬化、固态或 液态促硬剂硬化的演变过程。 致使型砂强度不断提 高、旧砂溃散性得到改善 ,其综合工艺性 能越来越 好 ,作业环境更加优化。至今已发展成酯硬化水玻璃 砂造型 (芯 )工艺 ,应用范围在日益扩大。酯硬化水玻 璃砂工艺的主要特点是:
主题词: 铸造车间技术改造 有机酯水玻璃自硬砂 工艺可行性分析 混砂设备
中国第一重型机械集团公司铸钢分厂 ,经过多 年对有机酯水玻璃自硬砂在大型铸钢件生产中的应 用实践 ,基本掌握了用其造型 (芯 )工艺。它的应用显 著地降低了造型材料成本、铸件废品率和对作业环 境的污染。由于采用专门的机械化生产设备 ,亦明显 地改变了整个车间的铸造生产工艺结构。
应用技术— — 有机酯水玻璃自硬砂在大型铸钢件造型 (芯 )车间应用的 分析 2 /1998 中国铸造装备与技术
方的调整问题。相对而言 ,有机酯水玻璃自硬砂工艺 更易于掌握。 从而保证了生产工艺的顺利承接。 2. 3 发展前景的对比
随 着 工业 生 产 向无 污 染、 低 能 耗和 低 成 本方 向 发展步伐的加快 ,树脂砂的应用和发展在一定程度 上受到了限制。 如 ,前苏联在 1980年用水玻璃砂造 型生产铸件 250万 t ,而树脂砂型生产铸件 10万 t; 1990年用水玻璃砂型生产铸件 375t,树脂砂型铸件 仅在 37万 t 左右。 但从目前情况看 ,树脂砂也正向 无污染方向发展 ,前景看好 ,特别是在国外吹气硬化 树脂砂发展较快 ,国内对其研究亦有进展 ,但预计其 成本也将会有所提高。
2 酯硬化水玻璃自硬砂应用的可行性分析 在 80年代末 ,铸钢分厂引进了树脂砂造型 (芯 )
工艺 , 并以此改造了 大型工部 18m 跨内的 生产场 地。但生产应用表明 ,树脂砂工艺所带来的铸钢件质 量问题、有害气体对环境污染问题 ,短期内都难以解 决 ; 从 1989年起又转向了有机酯硬化水玻璃自硬砂 的研究与应用。 1994年 ,采用有机酯水玻璃自硬砂 型 (芯 )成功地生产出 300MW 汽轮机高中压外缸体 上半体 ,自此使该工艺在大型工部的应用日益走向 成熟和完善。目前 ,该工部采用的是以有机酯水玻璃 自硬砂为主 ,树脂砂、 CO2 -水玻璃砂和粘土砂为辅的 造型 (芯 )生产工艺 ,收到较满意的效果。有机酯水玻 璃自硬砂工艺与其余三种工艺的应用对比结果如下: 2. 1 技术性与经济性的对比
从上述数据大体可以看出 ,用树脂砂工艺取代 CO2-水玻璃砂工艺 , 使铸件生产成本提高 ; 用有机 酯水玻璃自硬砂工艺比用树脂砂工艺 ,生产每吨铸 钢件所用造型材料成本降低 313. 60元。至于旧砂的 再生 ,目前正在做这方面工作。 2. 2 工艺承接性与生产稳定性的对比
考虑到有机酯水玻璃自硬砂造型 (芯 )工艺流程 与树脂砂工艺的相一致性 ,仅只是粘结剂和固化剂 有所不同 ; 两者均受现场环境温度、原材料的水分及 温度特性的影响 ,只要操作者具有一定的技术素质 , 就不难解决转为有机酯水玻璃自硬砂工艺后生产配
组分名称
表 1 四种型 (芯 )砂的组分与配比 树脂砂 酯 -水玻璃砂 CO 2-水玻璃砂 粘土砂
组 分 加 入 量 %
硅砂 树脂 固化剂 硅烷 水玻璃 有机酯 粘土
水
100 1. 5 0. 5 0. 045 — — — —
100 — — — 3. 5
0. 35 — —
100
100
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Sun Xianming, Du Xuemin, Zhu Xibin et al. Analysis of Appl ication of Organic Ester Sodium Silicate Sel f-Hardening-Sand in Large Steel Castings. Wit h hi gh pro ductiv it y and low er contaminatio n and i mprov ement on col la psibi li ty , the o rganic est er sodium si licat e self -ha rdening-sa nd technolog y has becom e o ne o f the fast develo pi ng moldi ng m ethod recent ly, which has been considered the main tendency of technical t ransf orm atio n of larg e steel casti ng s sho ps through compari son w it h several moldi ng t echno logies used i n such sho ps.
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一般
差
百度文库吸湿性
不吸湿 基本不吸湿 吸湿
吸湿
对操作者水平要求 低
低
一般
高
清理与落砂情况
最易
易
最差
一般
生产效率 所用涂料种类
高 醇基
高 醇基、水基
低 醇基
较低 水基
原材料气味
有剌激性 无剌激性 无剌激性 无剌激性
对触摸者皮肤影响 有腐蚀性 无影响 无影响 无影响
比计 ,每吨型 (芯 )砂价格是: 树脂砂 451元 / t; 有机 酯水玻璃自硬砂 255元 /t; CO2-水玻璃砂 405元 / t; 粘土砂 128元 /t。
5 几点结论 该炉建造采用总承包方式 ,设计施工一体化 ,仅
用两个月时间即全部完成 ,并于 1995年 10月投产。 实际运行考核各项技术指标均达到或超 过原定目 标 ,具有良好的使用效果。 通过对该炉的设计与应 用 ,可得出如下几点结论:
a. 往复炉排燃煤机应用于 15t 台车 式铸钢件 退火炉上 ,效果良好。 实践表明 ,机械燃煤炉是手动 作业燃煤炉的更新替代产品。
e. 型 (芯 )砂的吸湿性低 ,水分含量小。 型 (芯 ) 砂的水分含量一般取决于原砂水分及加入水玻璃所 带入的水 ,型 (芯 )放置 24h后水分含量≤ 3% 。 可直 接用于浇注而不用烘干。
f. 组装的铸型有利于获得无粘砂、冲砂、裂纹、 砂眼、变形、气孔和缩松缺陷的铸件。
g. 铸件落砂与清理容易。 h. 工艺对操作者的技术水平要求不高。 i. 采用该工艺的生产各阶段 ,铸型向周围环境 排放出的毒性物质少。 j. 造型材料无刺激性气味 ; 所用的有机酯、改性 水玻璃及硅砂等组分 ,即使直接触摸亦不会对皮肤 造成任何伤害。原材料成本较低 ,并具备长期采用该 种型 (芯 )砂所需原材料的货源基地和生产能力。
当所用型 (芯 )砂重量与生产铸钢件重量之比按 1. 6∶ 1计算 ; 树脂砂、有机酯水玻璃自硬砂及 CO2水玻璃砂不考虑旧砂再生回用 ,粘土砂按 70% 考虑 回收做背砂。 生产每吨铸钢件所用型 (芯 )砂的成本 价格为: 树脂砂铸件 721. 6元 /t; 有机酯水玻璃自硬 砂铸件 408元 / t; CO2-水玻璃砂铸件 648元 /t; 粘土 砂铸件 < 128元 /t。
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c. 型 (芯 )的终强度和表面安定性高。 造好的型 (芯 )放置 24h后 ,其抗压强度值在 3M Pa以上、表面 安定性值达 98% 。
d. 型 (芯 )砂具有较小或无湿强度 ,流动性好。 为满足造型 (芯 )所需的捣实工作量小。
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有机酯水玻璃自硬砂在大型铸钢件造型 (芯 )车间应用的分析
孙先明 杜学民 朱喜斌 杨洪旭 (黑龙江齐齐哈尔市: 161042中国第一重型机械集团公司 )
摘 要: 有机酯水玻璃自硬砂工艺 ,是近些年来发展较快的造型 (芯 )工艺方法之一。 它克服了 普通水玻璃砂旧砂溃散性差的缺点 ,具有生产效率高、污染少、经济效益高等优点。通过对几种造型 (芯 )工艺在大型铸钢件生产应用的对比后认为 ,用有机酯水玻璃砂工艺更新改造原造型 (芯 )工艺 , 是这类铸造车间技术改造的主导方向。
b. 采用新型单侧大燃烧室、束放型中下侧反射 供热结 构 ,铸 件正向 受热、炉温均 匀、保 温温差 ± 25℃ ,铸件退火质量好。加之采用结构合理的保温墙 体 ,热效率可达 23. 2% 。
c. 应用往复炉排燃煤机时 ,燃烧空气过剩系数 T可取小值 ,T= 1. 2即可。
d. 应用机械喷射排烟 ,烟色黑度小于林格曼 1 级 ,粉尘排放浓度满足国家环保规定指标。
有机酯水玻璃自硬砂属于无机粘结剂砂种 ,无 毒性、无刺激性 ,是目前较佳的造型 (芯 )材料。 用其 更新改造粘土砂、 CO2 -水玻璃 砂及树脂砂工艺 ,是 现阶段最佳的工艺方法 ,也是目前大型铸钢件生产 车间近期改造的主导工艺方向。
3 车间的布置及设备的选用 铸钢分厂大型工部经技术改造后车间平面布置
当原材料按如下现行价计算: 硅砂 135元 / t; 树 脂 20000元 /t;固化剂 5000元 /t; 硅烷 150000元 /t; 改性水玻璃 2200元 / t; 有机酯 15000元 / t; CO2 气 60元 /瓶 ; 粘土 60元 /t。按表 1所列四种型 (芯 )砂配
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