脂硬化酚醛樹脂砂再生方法對比

1、脂硬化酚醛樹脂砂再生方法對比及設(shè)備選擇當(dāng)今，現(xiàn)代鑄造新工藝的采用和發(fā)展，應(yīng)歸功于鑄件設(shè)計(jì)要求的提高和檢驗(yàn)手段的現(xiàn)代化、精確化和多樣化，應(yīng)歸功于市場競爭的推動(dòng)。近年來國內(nèi)鑄造業(yè)可以用一句話來形容：自硬砂大行其道。 自硬砂工藝已成為業(yè)界的主導(dǎo)工藝，占據(jù)了絕剝優(yōu)勢的地位(濕型砂工藝除外)，傳統(tǒng)的干型砂工藝已到了罕見的程度。l酯硬化堿酚醛樹脂砂的工藝特點(diǎn) (1)由于其樹脂是在強(qiáng)堿性催化條件下由苯酚和甲醛縮合而成的甲階酚醛樹脂水溶液，完全不含N，固化劑為有機(jī)酯，如甘油醋酸酯、環(huán)內(nèi)酯或混合物，因此不含s，用于鑄鋼、合金鋼鑄件不會(huì)產(chǎn)生N氣孔、針孔缺陷。 (2由于堿酚醛樹脂砂常溫下常常只有大部分樹脂發(fā)生交聯(lián)反

2、應(yīng)，在澆注受熱后，未交聯(lián)的樹脂才進(jìn)一步完成交聯(lián)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)再硬化的過程，通常稱為“二次硬化”。這種先表現(xiàn)出塑性，再進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)閯傂?，顯現(xiàn)出了-種非常町貴的優(yōu)點(diǎn)高溫退讓性好，鑄件裂紋少；高溫尺寸穩(wěn)定性好，鑄件尺寸精度高。這就是此種工藝能在鑄鋼特別是合金鋼件、大型鑄鋼件的生產(chǎn)上應(yīng)用愈來愈廣的直接原因。(3)因堿酚醛樹脂水溶液中不含硫、磷和氯等元素，而且其中游離醛，游離酚等含量低，在混砂、造型、制芯、澆注和落砂清理中釋放出來的有毒氣體少，對環(huán)境污染較輕，工人勞動(dòng)環(huán)境好，這也是工業(yè)發(fā)達(dá)國家和國際上著名企業(yè)極力推薦和紛紛選用此種工藝的主要原因。2酯硬化堿酚醛樹脂砂舊砂再生的必要性事物都是一分為二的。酯硬

3、化堿酚醛樹脂砂工藝本身的缺點(diǎn)也是明顯的： (1)堿酚醛樹脂砂常溫強(qiáng)度較低，樹脂加入量較人，通常都在1.62.2之間，有的廠家更高，直接導(dǎo)致鑄件成本升高。據(jù)初步測算，每噸型砂因粘結(jié)劑的原因比呋喃樹脂砂要商100150元人民幣，砂鐵比若按4：1估算，每噸鑄件成奉將會(huì)上升40O一600元人民幣。堿酚醛樹脂砂的硬化劑是有機(jī)酯，同化劑加入量達(dá)到一定比例后，調(diào)節(jié)硬化時(shí)間只能用酯的品種而不能用加入量調(diào)節(jié)。(3)劉原砂要求較高，如對粒度，粒形、SiO2含量、微粉含量、堿金屬鹽及粘土含量等都有較嚴(yán)格要求，需要使用經(jīng)過水洗或擦沈過的袋裝成品砂。這就促使一轉(zhuǎn)采用面背砂工藝的企業(yè)，每噸鑄件成本再次提升數(shù)百元。 因此，

4、對堿酚醛樹酯砂舊砂進(jìn)行高效率的再生，使其達(dá)到或接近新砂的性能，滿足各種工藝要求，能夠反復(fù)長期地循環(huán)使用，而不再添加新砂或使用面砂，是節(jié)約資源，降低成本，減少廢棄物排放，提高鑄件產(chǎn)品在國際市場上的競爭力的最直接的方法。3酯硬化堿酚醛樹脂砂再生方法綜述 所謂的砂再生，就是采取合適的工藝方法和手段，人為地去除包覆在舊砂顆粒表面的沒有被鋼液燒損捧，殘留的樹脂粘結(jié)膜以及些有機(jī)和無機(jī)物雜質(zhì)，使砂粒在一定程度上恢復(fù)原來的形貌和性能，可以替代新砂來使用。為了此日的，鑄造工作者和工程師們進(jìn)行了持續(xù)不斷的努力和探索，不斷研究出新的裝置和方法，取得了長足的進(jìn)步和提高，逐漸向人們的終極目標(biāo)靠近。概括來講，歐美國家比較

5、喜歡熱法再生，典型的系統(tǒng)如圖1所示。而日本則比較流行干法(機(jī)械法)，如圖2、圖3所示。而在我國，由于酯硬化堿酚醛樹脂砂，工藝應(yīng)用較晚，應(yīng)用的范圍還局限在一些結(jié)構(gòu)特殊、裂紋傾向嚴(yán)重或是特厚大型的鑄件，以及一些使用要求特殊，對鑄件質(zhì)量要求非?？量痰蔫T鋼件、合金鋼件上，目前還處在一種初級(jí)階段，還未形成完整的工藝體系，還未找到行之有效的舊砂再生方法和裝置。雖然目前已有數(shù)百家工廠(車問)擁有此工藝和設(shè)備，但基本上是靠而背砂工藝或靠添加一定量的新砂，或靠比較高的樹脂固化劑加入量來進(jìn)行生產(chǎn)的。這種狀況在很大程度上降低了鑄造廠家的盈利能力，削弱了我國鑄件在國際市場上的競爭力。反過來，這一現(xiàn)狀又限制了酯硬化堿酚

6、醛自硬砂工藝的推廣和普及，形成一個(gè)瓶頸，這也是本文要探討的出發(fā)點(diǎn)和日的。 3.1砂再生工藝方法的分類及特點(diǎn)目前國內(nèi)外應(yīng)用到酯硬化堿酚醛樹脂砂方面的舊砂再生方法和設(shè)備，幾乎包括了所有類型自硬砂的再生工藝和方法。因?yàn)轷ビ不瘔A酚醛樹脂砂是后來發(fā)展起來的工藝，所以，以前的老的成熟的舊砂再生工藝和方法都得到了移植和擴(kuò)展，畢竟技術(shù)上的借鑒和嫁接，往往是最可行最簡潔的道路和方法。從宏觀上可以人體上歸納為濕法、熱法和干法(機(jī)械法。事實(shí)上并非如此簡單，除機(jī)械再生之外，往往都是兩種以上的聯(lián)合再生法。這是因?yàn)槿藗冊诖罅垦芯亢蛯?shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，酯硬化堿酚醛樹脂砂是一種比較難以有效再生的自硬砂，其再生難度僅次于水玻璃砂，

7、遠(yuǎn)難于呋喃樹脂砂和pep-set砂，其最明顯的特點(diǎn)是再生砂的砂型強(qiáng)度越來越低，以至于造成斷型、塌型、難以起模，或造成鑄件的沖砂粘砂、氣孔等缺陷。如同現(xiàn)代化戰(zhàn)爭多兵種協(xié)同作戰(zhàn)一樣，鑄造工程師們更多使用了聯(lián)合再生法，以期得到滿意的可長期重復(fù)使用的再生砂，減少、節(jié)約和保護(hù)寶貴的新砂資源。31l濕法人們沒有忘記堿酚醛樹脂是在強(qiáng)堿性催化條件下由苯酚和甲醛縮合而成的甲階酚醛樹脂水溶液，其水溶性是比較好的，因此采用水洗的方法來去除砂粒表而的殘留樹脂膜和雜質(zhì)是一種合理的選擇，不過不是單純的用水來洗滌，而是水洗和搓擦相結(jié)合。試驗(yàn)和研究都證叫這是一種有效的方法，可以獲的幾乎和新砂性能一樣的再生砂，具有非常理想的L

8、OI值和鑄型強(qiáng)度。但是，濕法再生并未得到推廣和應(yīng)用，其原因主要是兩點(diǎn)：污水及沉淀物污泥處理的麻煩和高費(fèi)用：水洗后的砂予的烘干和冷卻所帶來的費(fèi)用的升高。312熱法 既然堿酚醛是一種有機(jī)樹脂其高分子結(jié)構(gòu)肯定是可以燃燒的，通過足夠高的溫度，來燒掉舊砂砂粒表面的樹脂膜及雜質(zhì)，不失為一種可行的方法。典型的熱法再生系統(tǒng)如圖l所示。 燃燒溫度以及砂子在焙燒爐中的停留時(shí)問是關(guān)鍵所在，直接決定若再生砂的質(zhì)量和性能。試驗(yàn)和研究證明：燃燒溫度過低1000，又容易引起砂粒表面的鮞化或砂粒燒結(jié)成團(tuán)，這是由酯硬化酚醛樹脂砂中有堿性殘余物的存在引起的。已有的研究表明合適的燃燒溫度應(yīng)該在600900之間。毫無疑問，熱法再生同

9、樣可以得到理想的再生砂，達(dá)到非常滿意的指標(biāo)和性能，可以與新砂媲美，l劃而在國外，尤其是在歐美得到應(yīng)用。但是，熱法再生的缺點(diǎn)和它的優(yōu)點(diǎn)一樣明顯：(1)系統(tǒng)龐大。僅焙燒爐的投資就是機(jī)械再生全套設(shè)備價(jià)格的23倍。據(jù)介紹一臺(tái)進(jìn)口焙燒爐就需要250300萬人民幣。(2)高溫?zé)煔獾奶幚硇枰透邷爻龎m器和足夠大的野風(fēng)的摻入，或是采用水冷式換熱器。過高的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用是不可低估的。(3)過多的能源消耗以及高成本。據(jù)有關(guān)資料介紹，每噸再生砂需要1520L柴油，或者100k原煤，僅燃料費(fèi)就足可以超過機(jī)械再生的全部費(fèi)用。(4)高溫砂子的冷卻，同樣要耗去很高的能源和費(fèi)用。因此，熱法再生并非可行，只能是一種在沒有理

10、想的再生方法的情況下的無耐之選；一旦有了理想的方法，熱法再生就會(huì)逐漸淡出。1）、濕法再生濕法再生主要利用存在于樹脂膜中的有機(jī)酯和氫氧化鉀具有可溶于水的特點(diǎn)，將其通過水洗使之去除的一種再生方法。濕法再生工藝對粘附于舊砂表面上的殘留酯和鉀都可通過水處理而被除去?？梢娫摲ň哂休^好的再生效果，再生砂的質(zhì)量接近新砂水平。但這種方法存在能源消耗大、占地面積大、污水處理費(fèi)用大和設(shè)備一次性投資大等缺點(diǎn)，故此法應(yīng)用較少。2）干法再生干法再生不依靠熱或水的作用，是一種利用機(jī)械力脫去舊砂砂粒表面上樹脂膜的再生方法。該法可分為沖擊式和擦磨式兩類，其中，沖擊式再生法又有離心式、氣流式、振動(dòng)式和逆流式等。沖擊式再生原理是

11、利用機(jī)械力或壓縮空氣氣流將舊砂砂粒加速至一定速度，依靠砂粒與金屬構(gòu)件間產(chǎn)生的多次沖撞作用，使舊砂粒得到再生，這種方法對除去砂粒表面脆性樹脂膜十分有效，但酯硬化堿性酚醛樹脂舊砂具有一定韌性，特別是未經(jīng)低溫加熱脫水的樹脂舊砂，當(dāng)其含水量大于1.0%時(shí)，在沖擊式再生過程中會(huì)反彈，舊砂樹脂膜不易剝離，故常用的沖擊式機(jī)械再生工藝不適于酯硬化堿性酚醛樹脂舊砂的再生。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對酯硬化堿性酚醛樹脂舊砂的再生，宜采用高速擦磨式機(jī)械再生裝置。多級(jí)（一般三級(jí)或四級(jí)）摩擦再生能夠很好的去除殘留樹脂膜以及有機(jī)酯、鉀和鈉，使再生砂的性能與新砂接近，但是，多次的高速摩擦（特別是多次反復(fù)再生）會(huì)使砂子不斷變細(xì)，使其型芯砂

12、強(qiáng)度、透氣性以及砂子耐火度不斷下降，最終無法使用。2.3 熱法再生熱法再生是通過焙燒爐將舊砂加熱到一定高溫，以分解或燒掉舊砂砂粒表面的有機(jī)物。根據(jù)要去除的有機(jī)物種類，可分高溫?zé)岱ㄔ偕?00900）和低溫?zé)岱ㄔ偕?20350）。生產(chǎn)中常用高溫?zé)岱ㄔ偕?，高溫加熱可有效去除酯硬化堿性酚醛樹脂舊砂砂粒表面的樹脂膜、殘留酯等有機(jī)成分，明顯改善再生砂粘結(jié)性能，但對于無機(jī)成分鉀、鈉，不但無法去除，還易使鉀、鈉與砂粒表面結(jié)合的更為牢固，原因在于：在高溫下，鉀、鈉會(huì)與硅砂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對硅砂表面產(chǎn)生侵蝕，從而與砂粒表面結(jié)合得更加牢固。因此，單一的熱法再生也不適合酯硬化堿性酚醛樹脂舊砂的再生。2.4 化學(xué)再生

13、這種方法是向堿性酚醛樹脂舊砂中加入某種能與其中的殘留鉀進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成不溶于水的物質(zhì)，從而去除殘留鉀的一種方法。在國外采用這種化學(xué)再生法已取得較好效果。美國Ashland Chemical Ltd.采用加入某種附加物法對酯硬化堿性酚醛樹脂舊砂進(jìn)行化學(xué)再生，試驗(yàn)結(jié)果見表2。從表2 可看出，添加附加物的化學(xué)再生工藝，基本上可消除酯硬化堿性酚醛樹脂舊砂中殘留鉀對再生砂性能的影響。從表中數(shù)據(jù)還可看出，加入附加物并不能除去樹脂膜中的殘留酯，故經(jīng)過化學(xué)再生的再生砂強(qiáng)度仍低于新砂。同時(shí)，在采用化學(xué)再生法時(shí)，不可采用強(qiáng)酸性附加物，因它能嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，并對人體健康造成危害。這種方法需要與熱法或干法再生相結(jié)合，

14、才能對酯硬化堿性酚醛樹脂舊砂進(jìn)行再生。近年來，我們針對有機(jī)酯硬化堿性酚醛樹脂舊砂的再生工藝開展了大量的試驗(yàn)研究工作，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用單一的再生方法，無法同時(shí)去除殘留酯和鉀（或鈉），再生后的樹脂砂灼燒減量與酸耗值偏高，采用這種再生砂造型制芯，其可使用時(shí)間短，強(qiáng)度低，無法滿足生產(chǎn)的需要，因此這種舊砂的再生需要采用組合法再生。酯硬化堿性酚醛樹脂舊砂的再生，關(guān)鍵是去除型芯砂中的有機(jī)酯以及鉀（或鈉），其中有機(jī)酯需要采用熱法再生，而鉀（或鈉）等無機(jī)成分的去除需要采用摩擦再生的方法。表4 中列出了熱法再生溫度對再生砂性能的影響。從表4 中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)熱法再生溫度達(dá)到400時(shí)，舊砂中殘留有機(jī)酯已經(jīng)受熱分

15、解，此時(shí)增加加熱溫度，對去除殘留酯作用較小。而無機(jī)的鉀（或鈉）的去除無法采用加熱的方法，相反，熱法再生的溫度過高，反而會(huì)促使鉀（或鈉）對硅砂產(chǎn)生侵蝕而與硅砂表面產(chǎn)生更加牢固的結(jié)合，這會(huì)大幅增加去除鉀（或鈉）的難度。因此，在進(jìn)行了低溫?zé)岱ㄔ偕?009 中國鑄造活動(dòng)周論文集- 5 -之后，酯硬化堿性酚醛樹脂舊砂還需要進(jìn)行摩擦式干法再生，才能去除鉀（或鈉），從而達(dá)到理想的再生效果。表5 列出了摩擦再生次數(shù)對再生砂性能的影響。1、落砂系統(tǒng) 澆注冷卻后的鑄型，由行車吊運(yùn)至落砂機(jī)進(jìn)行落砂，砂鐵分離后鑄件運(yùn)到清理工部，舊砂進(jìn)入振動(dòng)輸送機(jī)，在振動(dòng)輸送機(jī)上方設(shè)置懸掛磁選機(jī)去除含鐵物質(zhì)，而后進(jìn)入環(huán)鏈?zhǔn)蕉诽釞C(jī)，經(jīng)提

16、升后進(jìn)入中間砂庫。 落砂時(shí)由吹吸式除塵罩隔離，頂部吊車進(jìn)出口處配置隔離風(fēng)幕。磁選物落入碎鐵小車由電動(dòng)葫蘆從地坑內(nèi)吊出。 2、破碎再生系統(tǒng) 1#砂斗中的舊砂塊由振動(dòng)給料機(jī)給破碎機(jī)均勻加料，舊砂在破碎機(jī)中完成破碎、初再生及篩分，篩分后小于3mm的舊砂通過斗提機(jī)進(jìn)入貫通式磁選機(jī)進(jìn)行二級(jí)磁選，而后進(jìn)入再生機(jī)與反擊圈的搓擦、撞擊后去除表面的惰性物，保證脫膜率和舊砂的回用率，再進(jìn)入風(fēng)選機(jī)去除舊砂中的雜物（包括碳化的涂料層、濾網(wǎng)等）和微粉。 3、砂溫調(diào)節(jié)系統(tǒng) 2#砂斗中的舊砂通過砂溫調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)砂溫，使砂溫35滿足使用要求，經(jīng)斗提機(jī)送入3#砂斗。 4、新、舊砂輸送、混砂系統(tǒng) 干新砂用汽車運(yùn)輸，通過人工加入地柵

17、格，斗提機(jī)提升后進(jìn)入新砂庫儲(chǔ)存。 新、舊砂由氣控定量抽板閥定量后由氣力輸送裝置送至混砂機(jī)上方的混砂日耗斗定量進(jìn)入混砂機(jī)，加樹脂、固化劑混制成所需要的型砂放入砂箱中。 5、除塵系統(tǒng) 為了滿足工藝要求和防止環(huán)境污染，本方案除配置合理的除塵系統(tǒng)外，對磁選物、破碎篩分后的廢料采用了專用的收集小車，地坑內(nèi)的碎鐵小車通過電動(dòng)葫蘆吊運(yùn)至地面后運(yùn)出，有效解決了廢料的跑冒滴漏現(xiàn)象，保證了環(huán)境的清潔。LOI是指樹脂砂粒表面存在的樹脂膜含量。因?yàn)闃渲笆褂煤?，?jīng)過打箱，鑄件清理，殘余的舊砂要回用，靠近鑄件表面的砂子，樹脂膜被燒掉，其LOI含量幾乎為0，而大量的砂子的樹脂膜卻留在沙粒表面，一般砂處理設(shè)備會(huì)把沙粒表面的

18、膜去除，但是去除的是否干凈，就要有一個(gè)指標(biāo)來衡量，否則，隨著舊砂不斷回用，殘余樹脂量會(huì)越來越高，影響鑄件質(zhì)量。LOI，文字叫灼燒減量，就是把舊砂稱50或者100克，放到馬弗爐里，經(jīng)過800-1000度保溫，將殘留的樹脂膜都燒掉，冷卻以后，再稱它的重量，算出減少量，和原來重量相除得到的百分?jǐn)?shù)，就是灼燒減量的值，也叫LOI的值。鑄鐵一般控制在3.0%以下，嚴(yán)格的在2.5%以下，鑄鋼控制在2.5%以下，嚴(yán)格的在2.0%以下。冷芯盒制芯，要求LOI幾乎是0%，所以舊砂再生設(shè)備的除膜率非常重要?，F(xiàn)在舊砂再生，呋喃樹脂比較好辦，因?yàn)檫秽珮渲び不?，比較脆，脫膜比較容易，而酚醛樹脂和PEPSET樹脂，其膜硬化后有韌性，脫膜困難，有用機(jī)械方法的，這樣砂子破碎率較高，為達(dá)到規(guī)定的LOI，大概最好的設(shè)備也要