长 期 以 来 ， 国 内 铸 钢 件 的 生 产 多 采 用 水 玻 璃 砂 工 艺 ， 但 水 玻 璃 砂 溃 散 性 差 ， 浇 注 后 形 成坚 硬 的 砂 块 难 以 破 碎 ， 对 砂 子 的 再 生 和 回 用 及 铸 件 的 清 理 造 成 很 大 困 难 。 随 着 铸 造 行 业 的 不断 飞 速 发 展 ， 人 们 对 生 产 技 术 、 铸 件 质 量 、 劳 动 环 境 等 要 求 不 断 提 高 ， 在 铸 造 车 间 技 术 改 造中 ， 有 越 来 越 多 的 企 业 首 选 树 脂 砂 工 艺 。为 了 有 效 地 减 少 和 防 止 钢 水 对 砂 型 （ 芯 ） 的 渗 透 引 起 粘 砂 ， 自 2 0 世 纪 8 0 年 代 树 脂 砂 开始 应 用 起 ， 生 产 中 就 在 铸 钢 件 的 壁 厚 和 热 节 处 使 用 铬 铁 矿 砂 作 面 砂 来 防 止 金 属 渗 透 粘 砂 。 而对 于 铬 铁 矿 砂 来 说 ， 其 主 要 成 分 为 Cr2 O3 ， 其 中 三 价 铬 离 子 在 空 气 、 水 中 很 容 易 被 氧 化 成 六价 铬 离 子 ， 人 呼 吸 着 被 六 价 铬 离 子 污 染 的 空 气 容 易 致 癌 。因 此 从 环 境 保 护 、 资 源 节 约 、 人 文 关 怀 等 方 面 ， 亟 需 要 一 种 新 型 铸 造 用 砂 来 替 代 以 上 常见 砂 子 ， 弥 补 各 方 面 的 不 足 和 缺 陷 ， 一 种 新 型 人 造 砂 — — 宝 珠 砂 应 运 而 生 。 本 文 主 要 介 绍 宝珠 砂 与 邦 尼 树 脂 一 起 应 用 于 铸 钢 件 的 情 况 。1 宝 珠 砂宝 珠 砂 又 名 电 熔 陶 粒 。 在 电 弧 炉 中 加 入 含 Al2 O3 4 5 ~9 0 %铝 矾 土 矿 石 原 材 料 ， 利 用 电 弧 放电 产 生 的 高 温 ， 将 铝 矾 土 原 料 熔 化 成 液 体 ， 在 液 体 流 出 炉 子 时 ， 对 其 施 以 7 0 ~8 5 m/s 的 空 气压 ， 利 用 强 风 将 液 体 原 料 破 碎 、 冷 却 后 ， 得 到 形 状 为 球 状 或 接 近 球 状 、 表 现 光 滑 的 砂 粒 。其 中 图 1 为 宝 珠 砂 显 微 写 真 图 ， 表 1 为 宝 珠 砂 的 物 理 及 化 学 性 能 。图 1 宝 珠 砂 显 微 写 真表 1 宝 珠 砂 的 物 理 及 化 学 性 能粒 形 球 形 角 形 系 数 ≤ 1.1颜 色 黑 棕 色 Al2O3 65-75%耐 火 温 度 ≥ 1800℃ Fe2O3 ≤ 5%堆 积 比 重 1.95-2.05g/cm3 SiO2 12~25%真 密 度 3.4g/cm3 TiO2 3~4.5%热 导 率 (1200 ℃ )5.27W/M· K PH 值 7~8膨 胀 系 数 (20~1000℃ )6× 10-6/℃ 粒 度 6~320目 (φ 0.053~3.36mm)从 宝 珠 砂 的 物 理 及 化 学 性 能 及 显 微 写 真 图 表 可 以 看 出 ， 宝 珠 砂 具 有 以 下 特 点 ：（ 1 ） 宝 珠 砂 热 膨 胀 系 数 小 ， 砂 型 稳 定 性 好 ， 不 龟 裂 ， 减 少 产 生 砂 子 膨 胀 造 成 的 脉 纹 等铸 造 缺 陷 。（ 2 ） 宝 珠 砂 粒 度 接 近 球 形 ， 表 面 光 滑 ， 结 构 致 密 ， 使 得 粘 结 剂 能 均 匀 覆 盖 ， 流 动 性 好 ，易 舂 实 。（ 3 ） 宝 珠 砂 硬 度 高 ， 不 易 破 碎 ， 几 乎 不 产 生 灰 分 ， 树 脂 加 入 量 可 以 降 低 3 0 %以 上 ， 可以 减 少 型 /芯 砂 发 气 量 ， 降 低 形 成 气 孔 的 风 险 。（ 4 ） 宝 珠 砂 的 莫 来 石 相 远 高 于 烧 结 产 品 ， 耐 火 度 高 ， 超 过 钢 水 浇 注 温 度 ， 适 用 于 大 型铸 钢 件 、 合 金 钢 造 型 ， 可 完 全 替 代 铬 矿 砂 ， 造 型 方 便 不 粘 砂 。（ 5 ） 回 用 再 生 性 能 好 ， 耐 用 性 和 再 生 回 收 率 高 ， 再 生 率 高 达 9 8 %。 与 铬 铁 矿 砂 、 锆 英砂 相 比 ， 其 价 格 只 有 锆 英 砂 2 5 ~5 0 %。 同 时 ， 因 砂 粒 为 球 形 ， 其 表 面 积 小 ， 故 树 脂 的 加 入 量可 减 少 3 0 %~5 0 %， 水 玻 璃 的 加 入 量 ≤ 4 %； 并 减 少 了 粘 结 剂 所 产 生 的 铸 造 缺 陷 ， 提 高 了 铸 件的 成 品 率 。结 合 铸 钢 件 生 产 厂 家 的 实 际 情 况 ， 选 取 宝 珠 砂 的 粒 度 组 成 如 表 2 所 示 。表 2 宝 珠 砂 的 粒 度 组 成规 格 筛 号 及 筛 上 余 留 量 （ 质 量 分 数 ， %）20 目 30 目 40 目 50 目 70 目 100 目 140 目 200 目 - 底 盘40/70 3.96 29.50 35.11 25.54 4.98 0.912 邦 尼 树 脂 表 3 邦 尼 树 脂 的 理 化 性 能邦 尼 树 脂 与 水 玻 璃 砂 相 比 ： 强 度 高 、 加 入 量 低 、 抗 潮 性 好 、 落 砂 性 能 好 、 再 生 性 能 优 良 、无 热 法 再 生 、 对 型 砂 表 面 污 染 程 度 低 、 铸 型 表 面 安 定 好 、 铸 件 表 面 光 洁 度 好 。 因 此 我 们 在 铸造 企 业 中 推 广 了 宝 珠 砂 ＋ 邦 尼 树 脂 工 艺 ， 表 3 为 邦 尼 树 脂 的 理 化 性 能 。原 采 用 福 建 海 砂 时 ， 邦 尼 树 脂 加 入 量 为 0 .9 %-1 .0 %； 采 用 宝 珠 砂 时 ， 邦 尼 树 脂 加 入 量 为0 .6 %-0 .9 %。 图 2 为 采 用 硅 砂 的 邦 尼 树 脂 砂 硬 化 曲 线 ， 图 3 为 采 用 宝 珠 砂 的 邦 尼 树 脂 砂 硬 化曲 线 ,强 度 对 比 如 表 4 所 示 。图 2 为 采 用 硅 砂 的 邦 尼 树 脂 砂 硬 化 曲 线 图 3 为 采 用 宝 珠 砂 的 邦 尼 树 脂 砂 硬 化 曲 线表 4 宝 珠 砂 与 硅 砂 2 4 小 时 抗 拉 强 度 对 比 表树 脂 加 入 量 0 .5 0 % 0 .6 0 % 0 .7 0 % 0 .8 0 % 0 .9 0 % 1 .0 0 % 1 .1 0 % 1 .2 0 %硅 砂 2 4 h 强 度 /Mpa / / / 0 .4 7 0 .6 6 0 .7 4 0 .7 8 0 .9 7宝 珠 砂 2 4 h 强 度 /Mpa 0 .5 2 0 .8 8 1 .1 1 .2 1 .2 5 1 .4 1 1 .4 8 1 .5 5从 表 4 中 看 出 相 同 邦 尼 树 脂 加 入 量 ， 宝 珠 砂 的 强 度 是 高 于 硅 砂 的 。 在 实 际 生 产 中 宝 珠 砂邦 尼 树 脂 推 荐 最 小 加 入 量 0 .6 ~0 .7 %。3 再 生 设 备因 邦 尼 树 脂 与 呋 喃 树 脂 一 样 都 为 脆 性 膜 ， 与 碱 酚 醛 树 脂 砂 及 水 玻 璃 砂 相 比 ， 再 生 装 置 仅用 机 械 干 法 再 生 即 可 ， 取 消 了 热 法 再 生 ， 可 较 大 的 节 省 再 生 能 耗 。常 用 的 机 械 干 法 再 生 装 置 主 要 有 气 流 冲 击 式 、 离 心 摩 擦 式 （ 如 图 4 所 示 ） 以 及 轮 碾 摩 擦式 。 气 流 冲 击 式 再 生 靠 高 压 高 速 气 流 带 动 砂 粒 做 高 速 运 动 ， 形 成 砂 粒 之 间 的 相 互 冲 击 和 摩 擦 ，来 实 现 树 脂 膜 的 剥 离 ， 因 噪 声 大 ， 功 率 消 耗 大 和 砂 粒 破 碎 率 高 而 应 用 较 少 。 离 心 摩 擦 式 再 生主 要 是 靠 砂 粒 之 间 的 相 对 高 速 运 动 ， 产 生 一 定 的 冲 击 和 摩 擦 力 ， 从 而 实 现 砂 粒 表 面 树 脂 膜 的破 坏 和 剥 离 ， 达 到 再 生 的 目 的 。 轮 碾 式 摩 擦 再 生 机 的 核 心 技 术 就 是 采 用 了 加 压 滚 轮 强 力 碾 搓 ，足 以 应 对 韧 性 很 高 的 树 脂 膜 以 及 剥 离 和 去 除 一 半 以 上 的 惰 性 膜 和 杂 质 。不 管 是 气 流 冲 击 ， 还 是 离 心 摩 擦 式 ， 应 用 于 邦 尼 树 脂 这 样 的 脆 性 膜 ， 都 能 达 到 预 期 的 效果 ， 获 得 好 用 的 再 生 砂 。 结 合 铸 造 厂 的 生 产 实 际 及 环 保 要 求 ， 选 用 一 级 离 心 摩 擦 式 再 生 机 和二 级 轮 碾 搓 擦 再 生 机 。图 4 离 心 再 生 原 理4 树 脂 砂 的 生 产树 脂 和 固 化 剂 的 加 入 量 对 树 脂 砂 性 能 的 影 响 很 大 ， 其 适 宜 的 配 比 范 围 和 组 合 ， 一 般 应 根据 所 用 材 料 、 季 节 和 型 芯 性 能 要 求 等 情 况 ， 通 过 型 试 手 段 ， 用 正 交 试 验 法 得 出 。 树 脂 的 加 入量 应 在 满 足 型 芯 性 能 （ 如 强 度 等 ） 要 求 的 前 提 下 尽 量 少 加 ， 由 表 4 可 知 ， 根 据 生 产 现 场 等 情况 ， 邦 尼 树 脂 加 入 量 确 定 为 0 .6 %， 其 固 化 剂 的 加 入 量 与 树 脂 成 一 定 的 比 例 ， 一 般 加 入 量 为3 0 %（ 占 树 脂 重 量 ） 。根 据 已 确 定 的 树 脂 混 砂 工 艺 采 用 连 续 混 砂 机 混 砂 造 型 ， 其 车 间 设 备 布 置 简 图 如 图 5 所示 ， 经 浇 注 落 砂 、 清 理 后 ， 铸 件 的 表 面 质 量 得 到 了 极 大 改 善 且 车 间 无 粉 尘 。图 5 铸 造 车 间 设 备 布 置 预 览（ a） （ b） （ c） （ d）图 6 宝 珠 砂 生 产 现 场 及 铸 件a 制 芯 、 b 型 芯 刷 涂 料 、 c 造 型 、 d 阀 体 铸 件5 效 益 分 析过 去 ， 曾 有 一 段 时 间 ， 人 们 强 调 脱 膜 率 ， 试 图 应 用 脱 膜 率 来 评 价 再 生 装 置 的 优 劣 ， 同 时用 来 评 价 再 生 砂 的 性 能 。 但 是 ， 对 于 单 个 的 砂 粒 来 讲 ， 要 定 量 地 计 算 它 的 表 面 积 以 及 残 留 树脂 膜 以 及 去 除 量 ， 是 一 件 不 太 容 易 的 事 情 。 后 来 人 们 选 择 了 更 为 容 易 检 测 的 LOI 值 。 事 实 上 ，在 树 脂 砂 领 域 里 ， 用 灼 烧 减 量 (LoI)反 应 脱 膜 率 应 该 是 准 确 和 直 观 的 ， 其 也 直 接 反 映 了 再 生 设备 的 水 平 。经 铸 造 厂 家 使 用 三 个 月 后 检 测 ， 旧 砂 的 灼 烧 减 量 (LoI)在 0 .5 -1 .0 %， 满 足 了 旧 砂 做 面 层 砂使 用 的 要 求 ， 为 铸 造 厂 家 节 省 了 使 用 铬 铁 矿 砂 的 费 用 。 经 设 备 厂 家 核 算 ， 吨 铸 件 耗 砂 量 为2 0 -5 0 公 斤 /吨 。宝 珠 砂 的 致 密 性 好 、 强 度 高 ， 即 使 重 复 再 生 使 用 也 很 少 破 碎 ， 减 少 铸 造 生 产 过 程 中 的 粉尘 对 生 产 环 境 的 污 染 ； 宝 珠 砂 再 生 性 好 ， 减 少 产 业 废 物 排 放 ， 利 于 环 境 保 护 。6 结 论（ 1 ） 宝 珠 砂 由 于 其 生 产 工 艺 决 定 了 其 具 有 强 度 高 、 耐 火 度 高 、 透 气 性 好 等 优 于 普 通 硅 砂 的基 本 性 能 ， 其 在 邦 尼 树 脂 加 入 量 0 .6 %情 况 下 仍 然 可 以 获 得 高 于 普 通 硅 砂 的 抗 压 强 度 ， 并 且其 抗 磨 损 性 优 于 普 通 硅 砂 。（ 2 ） 随 着 环 保 压 力 日 益 增 大 ， 铸 钢 件 质 量 标 准 不 断 提 高 ， 人 工 成 本 日 益 增 长 的 环 境 下 ， 宝珠 砂 的 优 势 将 更 加 明 显 ， 宝 珠 砂 替 代 硅 砂 是 实 现 铸 造 可 持 续 发 展 的 大 势 所 趋 。作 者 简 介 ： 陈 兆 杰 ， 男 ， 1 9 8 5 年 出 生 ， 河 南 长 垣 县 人 ， 本 科 ， 铸 造 工 程 师 ， 主 要 从 事 铸 造工 艺 及 铸 造 材 料 方 面 的 研 究 。 电 话 ： 1 5 8 3 8 8 2 0 1 5 7 ， E-mail： czhaojie@yeah.net
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