铸钢件的生产,普遍采用水玻璃自硬砂、呋喃树脂自硬砂以及碱酚醛树脂自硬砂造型制芯。自上世纪九十年代起,以上各种造型制芯工艺在各自适应的条件下试验、生产了30余年,随着宝珠砂的发现和推广应用以及旧砂再生技术的改进成熟,碱酚醛树脂自硬砂逐渐显示出在批量生产的高品质铸钢件的优势,越来越成为新建改建铸钢厂造型工艺的选择。
一、酯硬化碱性酚醛树脂自硬砂概述
酯硬化碱性酚醛树脂自硬砂(简称ɑ-硬化法)是20世纪80年代英国波顿公司发明的。它是由苯酚与过量的甲醛在碱性介质中反应生成的甲阶酚醛树脂,所用的硬化剂以有机酯为主。
碱酚醛树脂自硬砂具有一般树脂自硬砂所具有的溃散性好、硬化速度快、可使用时间能在较大范围内调整外,还有以下特点:
1、碱性酚醛树脂粘结剂由苯酚和甲醛合成,不含糠醇,固化剂一般采用甘油醋酸酯的混合物,在浇注及冷却过程中,不产生氮、磷、硫等能够进入钢液影响其质量的元素,所以基本没有呋喃树脂生产铸钢件表层中渗硫和针状气孔的缺陷。
2、 碱性酚醛树脂中的游离酚和游离醛都比较低,固化剂为甘油醋酸酯的混合物,在混砂、造型、制芯和浇注、清砂过程中很少释放有毒、刺激性气味的气体,对作业环境基本没有影响。
3、碱性酚醛树脂呈强碱性,对原砂的酸耗值要求不高,完全可以采用碱性原砂,如在大型铸钢件中大量使用铬铁矿砂等。
虽然酯硬化碱性酚醛树脂自硬砂有以上优势特点,这种工艺也存一些问题,使得这种工艺在我国的应用并不如在西方用途广泛。主要问题有:
1、碱性酚醛树脂的强度相对较低,型砂中树脂的加入量较多,导致生产成本较高。
2、旧砂再生性能差。呋喃树脂旧砂再生率普遍能达到90%以上,而碱性酚醛树脂旧砂再生率只能达到70~80%左右,增大了新砂的加入量,增多了旧砂的排放,增加了成本,污染了环境。
3、碱酚醛树脂的保质期比较短,一般都在6个月以内。
为了充分地发挥碱性酚醛树脂自硬砂工艺的优势,克服其不足之处,多年来铸造工作者在树脂/固化剂系统的改性、采用特种砂(如宝珠砂)、改进旧砂再生工艺及设备等方面取得了显著的成果,使得这种工艺能够在显著降低生产成本的同时,高效、环保地生产出高品质的铸钢件。