铸钢常用自硬砂工艺的选用无锡铸钢型砂专题会议论文董鄂 1Word文件下载.docx
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0.8～1.2Mpa。
铸型（芯）表面安定性好（≥85～90%）。
铸件尺寸精度高、表面质量好。
型砂溃散性极好，铸件落砂清理容易。
旧砂树脂膜呈脆性，再生性能是所有铸钢自硬砂中最好的；
旧砂回用率高，可达90～95%。
砂型刚性好，高温热塑性差，铸钢件尤其薄壁、壁厚相差极大的箱体或复杂件易产生裂纹。
此缺点比其它几种型砂都要突出。
发气量、形成气孔的倾向几种铸钢自硬砂中最大，因此，呋喃铸钢，要选择低N或无N呋喃。
铸件表面渗C，N、S，易产生微裂纹。
吨型砂材料的成本低于碱酚醛树脂砂、pepset树脂砂，与其它树脂和水玻璃自硬砂相当。
混砂、造型、浇注、落砂、清理时产生有刺激性气体，污染环境。
主要应用案例：
我国大连、宁夏某重工企业用呋喃树脂砂成功铸造200t～320t的特大型铸钢件；
我国铁路行业早期引进的摇枕侧架铸钢件有箱、无箱生产线采用的也是呋喃树指砂工艺，高中压阀门行业也有一些厂家成功应用。
2.2酯硬化水玻璃砂
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。
其主要技术参数和特点：
水玻璃加入量：
2.2～3.0%有机酯加入量1.5-2.0%（25%水玻璃）
5～30min
10～160min
型砂24小时抗拉强度0.6～0.9MPa
铸型（芯）表面安定性较好。
型砂溃散性不如其它几种树脂砂，尤其在制作芯子时，旧砂溃散性和再生性能不如其它几种铸钢自硬砂，回用率≥80%。
旧砂水玻璃膜呈韧性，型砂退让性和高温塑性最好，铸钢件裂纹倾向最小。
铸件表面不会渗C、N、S，减少表面微裂纹。
发气量，形成气孔的倾向最小。
吨型砂材料的成本低，与呋喃相近，比其它三种树脂砂低。
无刺激性气味，对环境气味污染最小。
应用案例：
我国铁路铸钢摇枕、侧架生产线80%采用酯硬化水玻璃砂工艺；
我国某重型厂用酯硬化水玻璃砂工艺生产出16500t油压机大梁，铸件重453t；
其它铸钢阀门也是应用酯硬化水玻璃砂较多的一个行业。
2.3酯硬化碱性酚醛树脂砂
这种工艺国外称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。
树脂加入量为：
1.5%～2.5%有机脂加入量：
树脂的20-25%
2～35min
5～70min
型砂24小时抗拉强度0.6～0.8MPa。
铸件尺寸精度高，表面质量好。
型（芯）砂表面安定性不如呋喃树脂砂；
但比水玻璃砂稍好。
型砂溃散性好，落砂清理容易；
再生性能与水玻璃砂相近，但不如其它树脂砂，回用率≥75%。
具有良好的高温热塑性和独特的高温二次硬化特性，可有效减少铸钢件的热裂倾向和高温下砂芯过早地溃散而产生的冲砂，夹渣缺陷，同时也大大减少缺陷（尤其裂纹）修补的工作量和费用。
粘结剂中不含S、P、N等有害元素，可有效防止铸钢件的气孔和微裂纹缺陷。
吨型砂材料成本低于Pep-Set树脂砂；
但高于其它铸钢自硬砂。
混砂、造型、浇注、落砂、清理时有一定的刺激性气味，造成环境污染。
德阳某重型机器生产大型发电机单件重量近200t的铸钢件，全部采用碱酚醛树酯砂，其它还有上海宏钢、太原重型、广州重型、山堆铸钢、乐山斯堪那、北方铸业等铸钢企业，还包括一些自动化生产线在内，也全部采用的是碱酚醛树脂砂，虽然这种树脂砂的成本较高，但他们生产的高档铸件或出口铸件的高利润回报完全能够消化掉这点型砂成本的增加。
2.4邦尼树脂砂
这是一种近两年由邦尼科技化工有限公司研制，并开始应用于铸钢件生产的一种新型树脂砂工艺，具有以下特点：
邦尼1.高温综合性能优：
浇注时邦尼树脂砂在高温下具有热塑型和高温二次硬化特征，缓解了砂子受热膨胀的应力，而且型、芯也不易破坏，从而既可以防止铸件产生热裂和脉纹，又可以防止高温冲砂等缺陷，并能保证铸件尺寸精度，已达到碱性酚醛树脂的高温性能。
邦尼2.对原砂适应性强：
对硅砂、铬铁矿砂、镁橄榄石砂等都有良好的适应性。
邦尼3.各类铸造材质适应性强：
除在普通碳钢和合金钢有明显的优势外，在灰球铁上也可以使用，尤其对球铁缩松倾向有一定的改善。
邦尼4.具有良好的硬化性能：
在全年不同温度和湿度下都具有良好的硬透性，在不同硬化速度下，强度都可以满足生产要求。
并且型砂的吸湿倾向小。
5、型砂气孔倾向低于呋喃树脂砂。
6、型砂溃散性极好，铸落砂清理容易，尤其大件芯子，大大减少铸件清理的工作量，提高了生产效率。
7、吨型砂材料成本与呋喃树脂砂相当。
8、刺激性气味小于呋喃树脂砂、碱酚醛树脂砂，对环境污染很小
主要技术参数：
1.0%～1.2%
固化剂加入量：
（占树脂）～30%
5～80min
24小时抗拉强度0.7～1.1MPa
砂型（芯）表面稳定性（～90%），在所有铸钢型砂中最好
无锡某大型专业铸造厂，生产船用、矿山1t～40t铸钢件，壁厚30mm～500mm，原始工艺为酯硬化水玻璃砂，铸件表面质量不理想，而且芯子较难清理，大量铸件长期堆放在清理现场，影响了对外商的供货进度，改用邦尼树脂后，情况明显改观；
综合成本也有一定下降；
表面质量有一定提高，得到了客户的好评。
目前，邦尼树脂砂正在多个厂家推广应用。
2.5Pet-Set树脂砂
该工艺也称酚醛尿烷树脂自硬砂工艺，是由美国Ashland化学公司于1968年开发的，由于该粘结剂采用了一种专利的聚苯醚酚树脂（poly-benzyletherphenol,PEP）而得名，故这种工艺简称Pep-Set法，该法在北美、西欧应用十分广泛，目前国内也有同类树脂供应，使用范围逐渐扩大。
该粘结剂由三部份组成：
组份Ⅰ——苯基醚酚醛树脂
组份Ⅱ——聚异氰酸脂
组份Ⅲ——液体叔胺固化剂
组份Ⅰ中的羟基与组分Ⅱ中的异氰酸根在组分Ⅲ的催化作用下发生加成缩合反应，生成脲烷缩合物，从而使砂型（芯）硬化。
主要技术参数和特点：
组份Ⅰ+组份Ⅱ总加入量：
1.4%～1.5%（组份Ⅰ/组份Ⅱ=50/50、55/45或60/40三种）组份Ⅲ加入量（占组分Ⅰ，%）：
0.4%～8.0%
可使用时间：
1～200min
起模时间为：
1.5～260min
0.8～1.0MPa
可使用时间/起模时间～75%。
远高于常用的呋喃树脂，特别有利硬化前的造型操作。
整体硬化、固化速度快。
不受形状、壁厚影响，有利提高生产效率，需要时，1小时内可合型浇注。
固化过程中受型砂中水分和环境湿度影响较大，环境湿度大，固化速率变慢，常温强度降低很多，抗湿性差。
高温下有一定的退让性，有利于防止裂纹的产生。
混砂及浇注现场存在气味污染。
树脂粘结剂中的N含量较高，组分Ⅱ聚异氰酸酯含氮，铸钢件易产生气孔，但气孔倾向低于呋喃树脂砂。
吨型砂材料成本在以上所有型砂中是除了碱性酚醛树脂砂外是最贵的。
应用实例：
国内、外应用Pet-Set较多的是在铸铁汽缸体、缸盖方面。
在铸钢方面的应用尚不普遍，有报导用于双相不锈钢水泵体、集装箱箱角件等铸件的生产。
三、常用铸钢自硬砂工艺的选用及再生设备配置原则
综上所述，每种自硬砂都有其特点和应用范围；
只有针对本企业所生产的铸钢件，分析选用适合产品特点的自硬砂工艺，才能获得良好的技术经济效益。
铸钢常用自硬砂工艺及配套的再生设备选择时建议把握以下几点原则：
1.对于尺寸精度和外观质量要求较高的高端产品或出口铸件，具有高的附加值高的利润空间足以消化型砂原辅材料成本，建议首选酯硬化碱酚醛树脂砂；
采用碱酚醛树脂砂时，如具备燃气等条件推荐采用热法再生工艺，如果条件不具备应采用多级机械再生工艺。
2.对于薄壁复杂的箱体型铸钢件或在环保方面要求严格，特别强调无有害气体的排放和污染，建议采用酯硬化水玻璃砂工艺，对酯硬化水玻璃砂应采用热法再生工艺。
3.对于一般铸钢件选用呋喃、邦尼树脂或酯硬化水玻璃砂只要铸件没有明显的裂纹气孔倾向，在技术上也是先进、合理的，；
4.在设备选型时热法再生应综合考虑加热温度、再生设备的耐热性能、冷却设备的匹配、除尘设备的防吸潮结露等因素。
5.对各类自硬砂的再生系统，应经常检测再生指标确保再生砂性能的稳定性，并按比例加入新砂，这样才能保证砂型和铸件质量的稳定。
附表一、各种铸钢自硬砂工艺用原材料价格对比表
工艺
原材料
平均加入量
（占砂子总量的重量百分比）
2010年9月年市场平均价
呋喃树脂砂
树脂
1.1%
无N、低N树脂：
17500元/吨
固化剂
40%（占树脂量）
4000元/吨
硅烷
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100元/公斤
碱酚醛树脂砂
1.5-1.8
12000元/吨
固化剂（有机酯）
18000元/吨
Pep-Set树脂砂
Ⅰ组分树脂
0.6%
Ⅱ组分树脂
催化剂
2%（占Ⅰ组分树脂量）
150000元/吨
有机酯水玻璃砂
水玻璃
2.5%
2200元/吨
14%
邦尼树脂砂
1.2%
16000元/吨
30%（占树脂量）
酯硬化水玻璃砂
（热法再生）
树脂砂
碱性酚醛树脂砂
（多级机械再生）
（机械再生）
新砂
单价：
（元/吨）
400
加入量
15%
30%
10%
成本（元）
60
120
40
再生砂
每吨砂耗电:
30千瓦.时,
折合30元
35千瓦.时,
折合35元
折合30元
每吨砂耗液化气
4m3,
折合60元
无
再生费用：
（元/吨）
90
35
30
22.5
加入量
85%
70%
90%
成本：
（元）
76.5
24.5
20.25
粘结剂
单价：
2200
12000
17500
16500
1.8%
1.5%
组分Ⅰ+组分Ⅱ
1.4%
55
216
180
192.5
245
198
（元/吨）
18000
4000
150000
水玻璃量的14%
粘结剂量的25%
粘结剂量的0.40%
组分1的
2%
粘结剂量的30%
63
81
67.5
16
18
14.4
合计
254.5
441.5
384
268.75
323.25
272.66
附表二、铸钢常用自硬砂工艺的型砂成本对照表
四、结束语
自硬砂材料和砂再生设备的技术进步，会不断给铸造业带来新的发展机遇，铸造工作者应密切关注自硬砂材料和设备的技术进步，针对本企业条件综合分析，才能选出适宜的自硬砂工艺系统。
锡南铸机作为铸造机械制造厂家，会和同行们一起努力为自硬砂铸造提供更多性能优良、技术先进的新装备，更好地为铸造业服务。
参考文献：
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铸造设备研究，Feb．2008No1
（2）张本平．大型铸钢车间树脂砂改造主要工艺及设备选型。
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（3）唐贤其，罗通国，李广华．酯硬化碱性酚醛树脂砂在大型铸钢件上的应用．中国铸造装备与技术，2007
（2）
（4）张德风，铸钢生产酯硬化工艺的研究--南京理工大学硕士论文
（5）王德明，董鄂，酯硬化碱酚醛树脂砂旧砂多级再生技术探讨，铸造，OCt．2008
（6）李爱梅，刘晓飞，赵晓敏，Pepset树脂砂工艺研究及应用，大型铸锻件，2003（3）
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