碱酚醛混合树脂砂再生工艺探索.pdf

2017年第3期 铸造设备与工艺兰Q!!生鱼旦 !Q旦塑旦垦!曼Q堕!里丛垦塑!垒堕望堡垦旦盟Q垦Q!翌 !竺望：竺Q!!些兰·铸造工艺· doi：10．166666．cnki．issnl004-6178．2017．03．006碱酚醛混合树脂砂再生工艺探索董志鹏，卢彬彬，刘阳，綦宗超(潍柴重机股份有限公司滨海铸造厂，山东潍坊261001)摘要：铸造用树脂砂有很多种再生方法，而通常用脱膜率即灼烧减量的变化来评价再生效果。本文介绍了不同条件下热法对碱酚醛混合树脂砂进行再生的效果对比，以及旧砂在实际生产中的应用情况。通过系列试验，重点对灼烧减量及酸耗值进行了对比分析，充分焙烧再生后的旧砂完全满足生产要求，为企业降低生产成本及污染物排放提供了有力保障。关键词：碱酚醛树脂砂；灼烧减量；酸耗值；再生中图分类号：TG23 文献标识码：A 文章编号：1674—6694(2017)03—0016-03Study on Regeneration Process of Alkaline Phenolic Resin SandDONG Zhi-peng，LU Bing-bing，uU Y触g，舛Zong-chao(WeichaiHeavyMachinery CO．，LTD．，WeifangShandong 261001，China)Abstract：There are many kinds of regeneration methods to casting resin sand．The regeneration effect is usually evaluated by thefilm removing rate，namely change of loss on ignition．ne thermal processes under different conditions were introduced and comparedin this paper for the regeneration of the alkaline phenolic resin sand and the application of the sand in the actual production situationintroduced also．Through a series of experiments，the loss on ignition and acid consumption value were compared and analyzed．neresults showed the regenerated sand after sufficient burning at 700℃-750℃completely met the production requirement。whichprovided a powerful guarantee for enterprises to reduce the production cost and pollutant emission．Key Words：alkaline phenolic resin sand，loss on ignition，acid consumption value，regeneration随着环境污染问题的日益突出，铸造企业的污染问题成为焦点，而铸造旧砂的排放占比巨大，故铸造旧砂的再利用问题极为迫切。对于铸造用树脂砂，回用的途径即为再生。铸造用旧砂再生方法一般分为湿法再生、干法再生、热法再生、化学再生等。对于碱性酚醛树脂砂来说，由于湿法再生存在二次污染，并且一次性投资大，成本高；而干法再生与化学再生又无法有效剥离并去除旧砂表面残存的树脂膜或残留脂【l】。本文对酯硬化碱酚醛树脂砂、冷芯盒砂和热芯盒砂的混合砂(简称为碱酚醛混合树脂砂)的热法再生工艺进行了探索试验。1旧砂再生工艺1．1热法再生研究采用FATA再生设备如图1所示，首先将旧砂破碎后进行700 oC和650 oC焙烧热法再生，对比两种方案的再生效果，如表1所示。收稿日期：2017-03—09作者简介：董志鹏(1983一)，男，工程师，主要从事铸铁铸造工艺和质量管理工作。·16·图l FA‘FA再生设备简图表1不同焙烧温度的再生效果对比砂类型 灼烧减量，％ 酸耗值(PH=7)旧砂 2．0l 9．O700℃焙烧后 0．10 8．3650 oC焙烧后 0．08 7．8从检测数据可以得出，树脂膜得到了充分焙烧去除，但是再生前后砂的酸耗值降低不明显，说明此温度下的热法再生不能有效去除旧砂中的残留碱。1．2热法+机械再生万方数据2017年第3期 董志鹏，卢彬彬，刘阳．綦宗超：碱酚醛混合树脂砂再生工艺探索——壁堡童垦垒鱼墨箜对以上焙烧后的旧砂进一步进行机械再生处理，考察再生效果。对热法+机械法再生后的砂样，进行酸耗值和冷芯盒8字试样的检测，数据如表2所示。表2热法+机械法再生砂的性能参数砂类型 l酸耗值(PH)l冷芯瞬时强度舭PaI冷芯24 h热法+机械再生l 7．8 1．5，1．5，1．7 2．8，2．8，2．7备注：冷芯树脂加入量单组份各0．8％由表2可知机械再生对碱酚醛混合树脂砂中碱性物质去除几乎不起作用，且在检测过程中发现，虽然冷芯强度很高，但是树脂砂混制后很短时间后就出现发粘和结硬壳的现象，说明此温度下的热法再生砂的可使用时间明显缩短。1-3充分焙烧的热法再生为了改善试验效果，故对焙烧炉的炉体结构进行了优化，但再生效率减半(O．5 t／11的炉子，按照200 kg／ll投料控制)，同时将焙烧温度提升至700 oC～750 oC，以使碱酚醛混合树脂旧砂能够更充分地焙烧。按照此方法对旧砂进行处理。再生后的性能参数见表3、表4．表3高温再生砂的粒度集中性对比筛号40／70 粒度集，目20 30 40 50 70 100 140 200 底盘 中性再生前，％ O．2 4．O 28．1 42．6 18．8 5．1 1．1 O．1 0 89．5再生后，％ O 2．8 28．5 48．2 17．4 3．O 0．1 0 0 94．1表4两种热法再生后的性能参数对比热法 充分焙烧热法砂类型 新砂(650℃～700℃) (700℃～750℃)酸耗值(PH) 4～5 8．1 4．8冷芯瞬时强度，MPa1．5、1．7 1．6、1．7 2．0、2．2冷芯24h强度，MPa2．6、2．8 2．2、2．7 >3．O可见，热法再生是树脂砂再生的有效手段，经热法再生后，其灼烧减量、粒度等方面均能达到甚至超过新砂水平，但在去除树脂砂中的碱性物质方面，只有高温充分焙烧才能够在一定程度上起到作用。2 FATA再生砂用于酯硬化碱酚醛树脂砂的工艺性在型砂化验室用FATA再生砂混制碱酚醛树脂砂，制8字样，在一定条件下固化后，测试8字样抗拉强度，并在同条件下与新砂对比。500 g砂加入2．7 mL固化剂混砂1 min后再加入8 mL碱酚醛树脂混砂2 min，用木模人工压实制8字样6个，起模后其中3个8字样置人烘干箱140 oC固化30 min后取出冷却至室温测试抗拉强度，另外3个8字样置人干燥器中自然固化24 h后检测抗拉强度。鉴于目前我厂存在两种碱酚醛树脂砂的使用工艺，即制芯使用100％新砂，造型使用20％新砂+80％1H砂，本次测试也同样测试了不同混砂工艺下的对比数据，具体结果见表5及图2．表5不同混砂工艺下参数对比抗拉强度舢Pa 抗拉强度／MPa(140℃烘30min) (干燥器固化24h)树脂砂构成原始数据 平均值 原始数据 平均值新砂 1．1。0．9，1．2 1．07 1．3，1．1，1．1 1．17再生砂1 1．6，1．6，1．8 1．67 1．2，1．2，1．0 1．13再生砂2 2．2，2．1，1．9 2．∞ 1．5，1．5，1．4 1．4720％新砂+ 1．2，1．0， 1．1，0．7，1．23 0．8880％11：1砂 1．4．1_3 0．8，0．920嚷49再生砂1．4，1．5，1．2 l_37 1．1，0．8，0．8 o．91+80％1日砂20％再生砂1．6。1．3，l-4 1．43 1．1。0．9，0．7 O．92+80％1日砂备注：再生砂l为650℃～700℃热法再生砂，再生砂2为700℃～750 qC热法再生砂。_ _■ _ __ ___ _ _ _万方数据Jun．2017№3 铸造设备与工艺 2017年第3期由表4可知在酸耗值方面，700 oC～750 oC充分焙烧后砂的酸耗值相对650℃～700 oC普通焙烧的砂有一定降低，但仍旧没能达到新砂的水平。冷芯盒强度方面，650 oC一700 oC热法再生的砂与新砂相当，700 oC～750℃充分焙烧再生的砂强度更高。此外，为了测定较具体的冷芯砂的可使用时间，通过混砂后，间隔一定时间再打8字试样并测试其强度来具体对比测定冷芯砂的可使用时间，数据见表6．树脂加人质量分数按照单组份各0．8％，测试室温为26℃．表6不同再生砂用于冷芯盒制芯试验数据对比650℃～700℃ 700℃一750℃项目 新砂 再生砂 充分焙烧再生砂瞬时强度／MPa 1．2．1．4 1．3，1．5 2．1，2．2放置0．5 h瞬时强度／MPa 1．3．1．3 0．7。0．6 1．7，1．4放置1 h瞬时 0．2(流动性很差、 1．2，1．0(流动性强度／MPa 1．O．1．0 明显变差、勉强完不能完整成型) 整成型)发气量 10．4，9．4，10．4 9．3，9．6，8．5 9．2，8．7，8．5由以上试验结果并结合前人的研究呵以看出，碱酚醛混合树脂再生砂用于冷芯盒工艺时，碱性物质的残留显著缩短芯砂的可使用时间，且碱性残留越多(酸耗值越高)，可使用时间越短。另外，从发气量检测结果可以得出，再生砂的发气量较新砂有进一步降低，可见热法再生可有效去除砂中的发气物质。3．2小批量产品验证对650℃～700℃以及700℃。750℃充分焙烧两种再生砂分别进行混砂制芯工艺试验，冷芯盒混砂采用$20200树脂砂碗型混砂机，在制芯试验中，故意放慢节拍(即制完一模后间隔一定时间，再制下一模)制芯，采用MLA20A型射芯机制作某型机体的水道芯。3．2．1 700℃一750℃充分焙烧再生砂700 oC～750 oC充分焙烧再生砂混砂树脂加入质量分数为1．5％(混砂200 kg，树脂单组份各1 500 m1)，自混砂完毕起45 min内，共制14模砂芯，砂芯均完整紧实，如图3．在午休时间人为留有一定量砂，至下午上班再制芯(混砂完毕2．5 h)，制出的一模砂芯局部不致密，砂芯有酥脆的现象，但仍然可用，如图4．在混砂完毕、混砂后45 min、混砂后2．5 h分别检测芯砂强度，结果见表7．·18·图3 700 oC。750 oC充分焙烧再生砂混砂完毕45 min内某型机体水道芯图4 700℃～750℃充分焙烧再生砂混砂完毕2．5 h某型机体水道芯表7再生砂用于冷芯盒制芯可使用时间相关数据芯砂瞬时强度 芯砂24h终强度时间，MP8 ／MPa混砂完毕(10：15AM) 2．0，2．1，2．1，2．3 2．6，2．5，2．5，2．9混砂45min(11：00AM) 1．6，I．4，1．2，1．4 2．3，2．5，2．5，2．5混砂2．5 h(12：45PM) 0．7，0．8结合制芯情况以及芯砂强度的检测结果看，700 oC～750 oC充分焙烧再生砂基本能够满足正常生产节拍下制芯要求。3．2．2 650 oC～700 oC热法再生砂650 oC～700 oC热法再生砂混砂采用1．6％树脂加入量，混砂完毕后至30 min内，制芯9模状况良好，如图5所示。但在35 min之后打的砂芯已经酥脆到不能使用。因此650 oC～700 oC热法再生砂用于冷芯盒制芯生产时，芯砂可使用时间约为30 min，而实际制芯生产中要求芯砂的可使用时间至少为1．5 h，所以在芯砂可使用时间方面，650℃～700℃热法再生砂不能满足生产需求。3．2．3铸件内腔质量检测试验制出的砂芯(15+9组)存放8天之后陆续用于组芯浇注，在清理工序观察砂芯对应的铸件内腔质量，所检验铸件的内腔均未出现异常缺陷。(下转第40页)万方数据Jun．2017№3 铸造设备与工艺 2017年第3期醇的极性仍不足以从水中夺取脲醛组分，在低温下体系稳定。2．4甲醇对树脂发气量的影响甲醇具有强的挥发性，加入到呋喃树脂中后，在存放、使用中均有挥发。树脂砂型浇注过程中，树脂发气量的大小不仅对现场环境有影响，也对铸件表面质量有较大影响。图3为甲醇对脲醛呋喃树脂砂发气图3 甲醇对脲醛呋喃树脂砂发气量的影响可以看出，甲醇加入量对脲醛呋喃树脂发气量的影响不大。推测原因：铁水浇注之前，树脂经过存放、树脂砂流砂造型、砂箱放置，其中的甲醇大部分已挥发，并不能对树脂砂发气量产生较大的影响。3结论在脲醛呋喃树脂中加入甲醇在降低呋喃树脂成本的同时，会对树脂本身性能产生或多或少的影响：在一定范围内(<10％)，甲醇的加入对树脂的24 h终强度、发气量影响不大；但对树脂的硬化速度有很大的影响，加入量越高，硬化越慢；而且，甲醇的加入会导致低水分含量的脲醛呋喃树脂在低温下沉淀析出。尽管在文中对成因进行了一些合理性推测，但仍待进一步通过仪器检测进行科学的分析。实际生产时，通过加入甲醇来降低成本的方法只适用于高水分含量的脲醛呋喃树脂，并且产品只适用于砂型较大、流转速度慢、不追求快速起模的砂型生产线。而寻找到更易获得、更便宜、黏度更低、活性更好、强度更高的糠醇替代材料将是呋喃树脂行业一项长期的工作。参考文献：[I] 林生军．基于正交设计的脲醛呋哺树脂的合成[J]．铸造，201l。60(2)：184—187．[2]任玉艳．糠醇替代材料对呋哺树脂自硬强度的影响[J]．铸造，2008。57(11)：1 199—1201．[3]全国铸造标准化技术委员会．JB／T7526--2008铸造用自硬呋哺树脂性能测定方法[s]．北京：机械工业出版社，2008．[4]高红梅洎硬呋喃树脂外观与性能影响因素及新型固化剂的研究ED]．青岛：山东科技大学，2011．[5]马文．水分含量对脲醛呋喃树脂性能的影响分析[J]．中国铸造装备与技术，2014，294(6)：47_49．(上接第18页)图5 650℃～700 oC热法混砂完毕30 rain内再生砂某型机体水道芯4结论通过利用FATA设备进行的一系列碱酚醛混合树脂砂的再生试验，表明将FATA再生砂用于实际生产具有可行性，并得出以下结论：·40·1)热法再生是碱酚醛树脂砂再生的有效手段，焙烧温度和时间直接影响再生后碱性物质的残留量，高温下的充分焙烧可获得较优质的再生砂。2)碱酚醛再生砂用于冷芯盒工艺时，碱性物质的残留显著缩短芯砂的可使用时间，碱性残留越多(酸耗值越高)，可使用时间越短。3)FATA 700 oC～750 oC充分焙烧再生砂用于冷芯盒树脂工艺时，能够满足正常生产节拍下的冷芯盒制芯要求。参考文献：[1]李汉锟，张鑫，刘加军，等．酯硬化碱性酚醛树脂砂旧砂再生工艺的试验研究EG]1／2009中国铸造活动周论文集．山东：2009．[2]陈代海，王涛．冷芯盒树脂可使用时间和抗湿性的研究[J]．铸造工程，2001(2)：14—15．万方数据