呋喃树脂砂质量的影响因素及质量控制

1情况介绍

笔者公司当前拥有4条呋喃树脂砂再生处理线，砂处理的再生方式为离心再生、气力再生和搓砂再生，均属于机械再生。虽然呋喃树脂砂在笔者公司已成功应用多年，但由于受再生砂处理系统的影响，再生砂质量时有波动，导致型砂质量有不同程度的波动。

2原砂质量影响因素

2.1灼减量

灼减量的大小直接影响型砂的硬化速度，随着旧砂使用次数的增加，灼减量会有所提高，造成硬化速度加快。硬化速度过快，型砂的可使用时间缩短，摆放冷铁及紧实操作过程中易破坏砂粒间的粘结力，导致砂芯（型）强度降低。当灼减量增大到一定程度会提高型砂的发气量，铸件容易形成气孔缺陷。

对于采用机械再生砂处理系统的生产线，树脂砂脱膜率只能达到30%左右，而且只能对砂子表面的有机物进行处理，对小颗粒砂子的脱膜效果很差，导致再生砂灼减量只能控制在3%左右，且波动大。如果想要继续降低，就需要增加再生级数来实现，且此时砂子损耗也将增加。除此之外，再生砂中经常存在一些有机杂质，如固化剂等，不能通过现有再生方式去除，导致再生砂灼减量上升，影响型砂强度。当前一种热法再生设备可以彻底解决再生砂的灼减量问题，处理后的再生砂灼减量可达到0.2%以下，堪比新砂，但再生成本非常高。

笔者公司在以下试验环境下，对再生砂灼减量和型砂强度的关系进行了研究，在环境温度为18~20℃、相对湿度30%~50%的条件下，取型砂试样，测量24h后的型砂抗压强度，得到如图1所示的再生砂灼减量和型砂强度（抗压强度）之间的关系图，从图1中可以看出随着灼减量的上升，型砂强度不断下降。目前行业内对型砂的抗压强度普遍要求为：24h抗压强度＞0.7~1.0MPa，因此再生砂的灼减量一般要控制在3%以内。

2.2酸耗值

呋喃树脂自硬砂是用酸催化而固化的，酸性固化剂可以与原砂中任何碱性化合物反应而导致酸性减弱。在生产过程中为提升型砂中酸的固化性能必须加大固化剂用量，当固化剂加入过量时导致砂粒表面存在过量的酸，过量的酸与碱性化合物的反应常常导致型砂可操作时间极短，反应剧烈，导致一部分连接链破裂，型砂强度降低，因此需要控制原砂的酸耗值[2]。此外，固化剂加入量高，还会提高树脂砂的w（S）量，影响铸铁铸件表层质量，使表面产生硫化物夹渣，使球铁件表层球化不良。

为实现型砂质量的稳定控制，笔者公司对酸耗值、型砂强度及型砂可使用时间的关系进行了研究。试验条件：环境温度控制在18~20℃，相对湿度在30%~50%，试验结果如图2所示。

由图2可知，型砂可使用时间随着酸耗值的增大而增加。当再生砂酸耗值在-1.76~2.0范围内时，同等液料加入量下，型砂强度比较稳定，而且将会获得最好的型砂强度。当酸耗值大于2.0时，随着酸耗值的增加型砂强度呈下降趋势；当酸耗值小于-2时，型砂可使用时间小于5min，另外，型砂强度也将随着再生砂酸耗值的降低而降低。

通常稳定酸耗值的措施有：（1）采购的原砂酸耗值控制在3%左右；（2）保证砂温和环境温度接近；（3）保证合适的环境温度，一般控制在25~30℃；（4）使用合适酸值的固化剂，加入量保持在30%~40%。

2.3微粉

微粉是指原砂中粒径小于106μm（140目）的细砂，微粉含量较多时，虽然可能增加砂粒镶嵌程度，但这将使树脂砂的透气性下降，并且同体积砂子表面积会增加，导致树脂消耗量的上升。树脂加入量过多，增加了树脂膜厚度，多余的树脂就会流到砂粒之间的空隙中，造成透气性下降，发气量增大，旧砂再生困难，成本提高。解决措施：（1）保证除尘风量满足要求；（2）砂再生过程增加沸腾床设备，保证砂沸腾效果；（3）砂再生过程增加风选设备，保证砂目的均匀和除尘负压合理。

2.4含泥量

原砂中含泥量越少越好，含泥量超过0.01%就会使树脂砂混合物的可使用时间延长，含泥量高，砂粒表面还会沉积一层泥膜，使砂回收困难，并降低树脂砂的强度。

解决措施：（1）选用含泥量低的原砂；（2）保证再生效果。

2.5型砂颗粒度

再生砂中细砂粒比表面积大，比粗砂粒含有更多的树脂和固化剂，细砂的灼减量明显高于粗砂的灼减量，当再次加入树脂时，残留的固化剂继续起催化作用，提高了固化速度。综合考虑强度和硬化速度两方面因素，在使用再生砂时要控制合理的再生砂粒度分布。

笔者公司就4种不同粒度范围内的型砂，在加入相同含量的树脂和固化剂时，研究其和型砂强度之间的关系，得出以下试验结果，见图3。由图3可知，同等树脂固化剂加入量下，粒度越大，型砂强度越高。这是因为粒度越细，比表面积越大，比表面积大，同等树脂加入量下单位面积树脂量少，导致强度降低。

质量控制措施：（1）对于外观面要求较低的大型铸件选用30/50目主筛号砂子，不仅可以用相对较低的液料加入量获得较高的型砂强度，而且可增加型芯的透气性，减少呛火等铸造缺陷的产生；（2）对于小型件或精密铸造可选用相对较细的砂子，如40/70目、50/100目甚至70/140目主筛号砂子，以保证铸件具备极高的表面质量和精度。

2.6砂温

自硬树脂硬化速度对反应温度十分敏感，再生砂砂温每增加10℃，型砂硬化时间减少一半，温度每降低10℃，硬化时间会增加1倍，因此要将砂温控制在合理的范围内。

解决措施：由于提高和降低砂温均是一件很麻烦的事情，需要设备投资和能源消耗，考虑到成本、效率等因素，建议砂温控制最好和铸造现场的环境温度相统一，建议砂温按照环境温度的±5℃来控制，对于呋喃树脂砂，砂温上限应不高于35℃。

3结束语

采用呋喃树脂自硬砂生产铸件的铸造企业，必须建立质量控制标准，明确规定原砂和旧砂回用砂灼减量、酸耗值、微粉含量、含泥量、颗粒度、砂温等影响因素的合理控制范围，并建立快速、高效的检验机制，对由于各影响因素波动导致的质量问题要有明确的解决措施，在对型砂参数进行实时监控时，当某些参数发生异常波动时可及时纠正。除此之外，采用先进的再生装置、砂处理系统，并对其做到定期维护和检修是最根本的解决方案。