鑄鋼件的生產,普遍采用水玻璃自硬砂、呋喃樹脂自硬砂以及堿酚醛樹脂自硬砂造型制芯。自上世紀九十年代起,以上各種造型制芯工藝在各自適應的條件下試驗、生產了30余年,隨著寶珠砂的發現和推廣應用以及舊砂再生技術的改進成熟,堿酚醛樹脂自硬砂逐漸顯示出在批量生產的高品質鑄鋼件的優勢,越來越成為新建改建鑄鋼廠造型工藝的選擇。
一、酯硬化堿性酚醛樹脂自硬砂概述
酯硬化堿性酚醛樹脂自硬砂(簡稱ɑ-硬化法)是20世紀80年代英國波頓公司發明的。它是由苯酚與過量的甲醛在堿性介質中反應生成的甲階酚醛樹脂,所用的硬化劑以有機酯為主。
堿酚醛樹脂自硬砂具有一般樹脂自硬砂所具有的潰散性好、硬化速度快、可使用時間能在較大范圍內調整外,還有以下特點:
1、堿性酚醛樹脂粘結劑由苯酚和甲醛合成,不含糠醇,固化劑一般采用甘油醋酸酯的混合物,在澆注及冷卻過程中,不產生氮、磷、硫等能夠進入鋼液影響其質量的元素,所以基本沒有呋喃樹脂生產鑄鋼件表層中滲硫和針狀氣孔的缺陷。
2、 堿性酚醛樹脂中的游離酚和游離醛都比較低,固化劑為甘油醋酸酯的混合物,在混砂、造型、制芯和澆注、清砂過程中很少釋放有毒、刺激性氣味的氣體,對作業環境基本沒有影響。
3、堿性酚醛樹脂呈強堿性,對原砂的酸耗值要求不高,完全可以采用堿性原砂,如在大型鑄鋼件中大量使用鉻鐵礦砂等。
雖然酯硬化堿性酚醛樹脂自硬砂有以上優勢特點,這種工藝也存一些問題,使得這種工藝在我國的應用并不如在西方用途廣泛。主要問題有:
1、堿性酚醛樹脂的強度相對較低,型砂中樹脂的加入量較多,導致生產成本較高。
2、舊砂再生性能差。呋喃樹脂舊砂再生率普遍能達到90%以上,而堿性酚醛樹脂舊砂再生率只能達到70~80%左右,增大了新砂的加入量,增多了舊砂的排放,增加了成本,污染了環境。
3、堿酚醛樹脂的保質期比較短,一般都在6個月以內。
為了充分地發揮堿性酚醛樹脂自硬砂工藝的優勢,克服其不足之處,多年來鑄造工作者在樹脂/固化劑系統的改性、采用特種砂(如寶珠砂)、改進舊砂再生工藝及設備等方面取得了顯著的成果,使得這種工藝能夠在顯著降低生產成本的同時,高效、環保地生產出高品質的鑄鋼件。