宝珠砂在碱性酚醛树脂自硬砂中的应用情况

1、宝珠砂在碱性酚醛树脂自硬砂中的应用实例

在洛阳凯林铸材有限公司与相关铸造厂商的共同努力和有效配合下，近十年来，国内十余家大中型的铸钢厂成功使用宝珠砂碱酚醛树脂自硬砂稳定生产出高品质的铸钢件，其中有新建的铸钢厂，也有通过技术改造实施宝珠砂碱酚醛自硬砂工艺的工厂。比较有代表性的铸造厂有：韩国三荣(SAMYOUNG M-TEK)、大连DSD(大连三荣斗山金属制品有限公司)、无锡工装阀门铸造有限公司、安徽海螺川崎装备制造有限公司、小松(山东)工程机械有限公司、山推铸钢郓城分公司等等。

a)韩国三荣(SAMYOUNG M-TEK)，一次性装备宝珠砂1200吨，年铸钢件产量30000吨。主要以船用和桥梁用铸钢件为主，最大铸件约30吨，材质为高合金铸钢和碳钢。使用宝珠砂的粒度为AFS65。

b)大连三荣斗山金属制品有限公司(DSD)成立于2005年7月，系韩国三荣m-tek株式会社和韩国斗山发动机株式会社共同出资成立的外资企业。主要生产产品为船舶柴油发动机部件、其他船舶专用配件、矿山机械铸钢件及桥梁、建筑等铸钢件，最大单件重量为20吨。造型工艺按韩国三荣公司规划，一次性装备900吨宝珠砂，年产量约为12000吨，铁砂比约4:1，采用日本新东再生设备，每月宝珠砂补充量为线上总砂量的3%左右。该厂的全线砂子全部更新一遍的周期大约是3年左右。根据其年产量和用砂量计算，每吨铸件的耗砂量约为32kg左右。

c)无锡工装阀门铸造有限公司，主要生产低碳钢和不锈钢的阀件，最大铸件重量2吨。产品主要出口日本。所用宝珠砂粒度为AFS40。图3为无锡工装阀门铸造有限公司使用宝珠砂造型制芯的照片。

图3 无锡工装阀门铸造有限公司使用宝珠碱酚醛树脂砂造型制芯

d)安徽海螺川崎装备制造有限公司以生产耐磨件为主，主要材质有不锈钢、锰钢、高铬铸铁等等。使用宝珠砂的粒度为AFS50。

e)小松(山东)工程机械有限公司，主要生产工程机械及其配件，铸件材质有碳钢、锰钢及合金铸钢，使用宝珠砂粒度为AFS65。

f)山推铸钢有限公司郓城分公司，生产工艺为碱性酚醛树脂自硬砂工艺，主要生产5吨以下的碳钢件、合金铸钢件。整条生产线全部使用凯林公司宝珠砂，宝珠砂粒度30/50目，一次性装备宝珠砂1000吨，主要设备采用济南二机床设备，砂再生采用日本新东强力再生机。设计生产能力800吨/月，投产数月后已经达到500吨/月的实际能力，生产运行平稳。

2019山东省铸造年会，与会代表们参观了山推铸钢宝珠砂碱性酚醛树脂自硬砂工艺：运行成本大幅下降，铸件质量大幅上升，环保亮丽。

图4 山推铸钢有限公司郓城分公司生产现场

2、宝珠砂在碱性酚醛树脂自硬砂中应用的有关技术问题

a)关于宝珠砂的化学成分

宝珠砂的主要化学成为Al2O3和SiO2，同时还含有TiO2、Fe2O3、Na2O、K2O等，其中Fe2O3、Na2O、K2O等成分显著降低宝珠砂的耐火度和强度、耐用性，是需要限制的组分。Al2O3作为宝珠砂的最主要成分，其含量越高，宝珠砂的综合性能越好，同时随着Al2O3含量的提高，以上有害成分也相应减少。根据几年来各铸造厂的使用实践，用于碱性酚醛树脂自硬砂的宝珠砂Al2O3最好在73%以上。

b)关于宝珠砂的粒度

国内使用硅砂碱酚醛树脂自硬砂时，一般采用40/70目(AFS30~40)的高硅石英砂。由于石英砂粒形为多角形，有相互镶嵌的作用，同时普遍采用面背砂工艺，不论是抗压强度还是表面质量尚可以满足要求。但对于宝珠砂来说，由于粒形太圆，表面光滑，如采用与硅砂相近的粒度，会造成湿强度低甚至砂型蠕变的问题。实践证明需要粒度分布更广泛的粒度配级。值得注意的是，日韩等国的用户往往采用粒度低至AFS30~70的宝珠砂。总之，在采用宝珠砂碱酚醛树脂自硬砂工艺时，应当采用粒度分布较宽的原砂。当然，要根据具体零件的要求试验后选用不同粒度分布。

c)关于宝珠砂碱酚醛树脂自硬砂的再生

除了宝珠砂的优异性能使得碱性酚醛树脂自硬砂在铸钢件生产中取得快速发展外，旧砂再生技术的进步是该工艺迅速发展的又一关键因素。由于碱性酚醛树脂膜是韧性树脂膜，相对于呋喃自硬砂来说，旧砂再生十分困难，再生效率较低。多年来，旧砂再生方法从宏观上可以大体上归纳为湿法、热法和干法(机械法)。除机械再生之外，往往都是两种以上的联合再生法。人们在大量研究和实际应用中发现，酯硬化碱酚醛树脂砂是一种相对难以有效再生的自硬砂，其再生难度仅次于水玻璃砂，远难于呋喃树脂砂和Pep—set砂，其最明显的特点是再生砂砂型强度越来越低，以至于造成断型、塌型、难以起模，或造成铸件的冲砂粘砂、气孔等缺陷。经过长期的生产实践，机械再生逐渐成为碱酚醛树脂自硬砂再生的主流工艺。尤其是日本新东公司的加压摩擦再生效果明显，得到越来越多的应用。前文列举的应用厂家大部分选用了新东的再生设备。国内也有采用上海红雀设备成功的范例。其再生效果可达到每次再生可使旧砂灼烧减量(L.O.I.)降低35%左右。有厂家表示采用宝珠砂碱酚醛树脂自硬砂经新东再生设备再生后，再生砂灼烧减量(L.O.I.)可低至0.6%。这使其再生回用率大大提高，使用硅砂时可达到90%，使用宝珠砂可达96%以上，一般为98%左右。

图5 日本新东强力机械再生设备流程图

图6 山东某厂宝珠砂碱酚醛自硬砂砂再生工部