铸钢粘结剂(树脂)的最新发展

1、铸钢粘结剂的最新发展铸钢粘结剂的最新发展 目目 录录五、五、结束语结束语一、引言一、引言二、二、国内主流粘结剂在铸钢件生产中的现状国内主流粘结剂在铸钢件生产中的现状三、三、各类型粘结剂技术性分析各类型粘结剂技术性分析四、四、关于邦尼树脂的实践应用范例关于邦尼树脂的实践应用范例国内主流粘结剂在铸钢件生产中的现状国内主流粘结剂在铸钢件生产中的现状各类型粘结剂技术性分析各类型粘结剂技术性分析引引 言言 进入进入21世纪以来，社会对环境的要求日渐提高，环世纪以来，社会对环境的要求日渐提高，环境污染成为社会关注的重点。对于污染严重的铸造行业境污染成为社会关注的重点。对于污染严重的铸造行业来讲，先进设备、

2、优质环保原材料的选用将至关重要。来讲，先进设备、优质环保原材料的选用将至关重要。邦尼树脂是近几年铸造行业中新兴的一种铸造专用树脂，邦尼树脂是近几年铸造行业中新兴的一种铸造专用树脂，其具有铸件优质、节约能源、减少排放、环保无毒、成其具有铸件优质、节约能源、减少排放、环保无毒、成本优势等优点，尤其适用在铸钢件的生产上，这些优点本优势等优点，尤其适用在铸钢件的生产上，这些优点更为突出。文章根据该树脂在煤矿输送机铸造槽帮及石更为突出。文章根据该树脂在煤矿输送机铸造槽帮及石油类铸件上的成功使用具体阐述这些优点。油类铸件上的成功使用具体阐述这些优点。 近半世纪以来，我国铸钢型砂中采用的粘结剂有多近半世纪以

3、来，我国铸钢型砂中采用的粘结剂有多个品种：水玻璃，碱酚醛树脂、呋喃树脂及个品种：水玻璃，碱酚醛树脂、呋喃树脂及Pep-Set树脂树脂等，近年来又出现一种树脂称为邦尼树脂。随着我国铸等，近年来又出现一种树脂称为邦尼树脂。随着我国铸钢事业的发展，对铸钢型砂的粘结剂提出了更多的需求：钢事业的发展，对铸钢型砂的粘结剂提出了更多的需求：1、如何提高旧砂的再生回用率，使不可再生的天然硅砂充分利用；、如何提高旧砂的再生回用率，使不可再生的天然硅砂充分利用；2、如何减少或消除由于粘结剂带来的有害气体的排放。、如何减少或消除由于粘结剂带来的有害气体的排放。3、如何降低旧砂再生处理的费用，简化庞大的再生处理装置；

4、、如何降低旧砂再生处理的费用，简化庞大的再生处理装置；4、如何通过对粘结剂的改进与进步来改善铸件的表面质量，从而、如何通过对粘结剂的改进与进步来改善铸件的表面质量，从而提高落砂与清理的效率，降低生产的综合成本，提高铸件的市场提高落砂与清理的效率，降低生产的综合成本，提高铸件的市场竞争力。竞争力。 以上以上4点内容是当前每一个铸钢企业及铸造工作者最为关注的点内容是当前每一个铸钢企业及铸造工作者最为关注的问题。目前，我国铸钢用型砂粘结剂中以碱酚醛树脂，酯硬化水问题。目前，我国铸钢用型砂粘结剂中以碱酚醛树脂，酯硬化水玻璃为主，在我国铸钢型砂粘结剂中占主要地位，但这两种型砂玻璃为主，在我国铸钢型砂粘结

5、剂中占主要地位，但这两种型砂工艺随着环保与铸件质量要求的日益提高，在环保、节能、再生、工艺随着环保与铸件质量要求的日益提高，在环保、节能、再生、减排方面产生诸多问题。国内外的铸造业及化工业虽作了多方研减排方面产生诸多问题。国内外的铸造业及化工业虽作了多方研究及改进，结果均未达到良好效果。北京邦尼公司生产的邦尼树究及改进，结果均未达到良好效果。北京邦尼公司生产的邦尼树脂在解决这些问题方面具有很好的优势。下面对铸钢常用几种粘脂在解决这些问题方面具有很好的优势。下面对铸钢常用几种粘结剂做简要分析，并就这几种粘结剂在实际生产中应用效果进行结剂做简要分析，并就这几种粘结剂在实际生产中应用效果进行对比，以

6、促进铸钢粘结剂的进一步发展。对比，以促进铸钢粘结剂的进一步发展。国内主流粘结剂在铸钢件生产中的现状国内主流粘结剂在铸钢件生产中的现状1. 吹吹CO2 -普通水玻璃砂工艺普通水玻璃砂工艺 吹CO2 普通水玻璃砂工艺具有设备简单、操作方便、成本低廉、无毒等特点，从上世纪50年代开始广泛地用于国内铸钢件的生产，目前多数铸造厂仍采用此种工艺生产铸钢件。1.1存在的主要问题1.1.1水玻璃加入量高，铸件型、芯溃散性差，铸件清理难度大；1.1.2铸件表面质量差，尺寸精度低，综合质量不高；1.1.3吨铸件消耗的新砂量在大于1.52t左右，旧砂回用率低，排放量大，严重污染地下水源等。1.2相关技术进步 从粘接

7、剂的可持续性发展来看，水玻璃是一种绿色的材料，有待于进一步发展的。为了最大程度改善水玻璃砂工艺存在的问题，这些年来，国内外的铸造工作者们一直不懈努力，研究开发了许多改善水玻璃物化性能或溃散剂的一系列新的材料和工艺，这些材料和工艺方法一定程度上解决了当时的生产需求，但未能从根本上解决水玻璃砂工艺的问题，水玻璃加入量居高不下，溃散差、旧砂再生回用困难，铸件质量较差，该工艺基本属于被淘汰的行列，取而代之的将是新型水玻璃自硬砂及树脂砂工艺。2. 酯硬化水玻璃自硬砂工艺酯硬化水玻璃自硬砂工艺 随着水玻璃砂工艺及材料的发展，这些年来，先后有不少企业选择了酯硬化水玻璃自硬砂工艺为铸钢件的技改工艺，其中在机车

8、车辆工厂、泵阀类铸造厂使用普遍。2.1存在的主要问题2.2.1型（芯）砂溃散性已得到大幅度改善，但不如树脂砂工艺好；2.2.2型（芯）砂、再生砂在空气中有较大的吸潮现象，严重影响铸型强度及铸件质量，在设备及工艺上要采取措施解决；2.2.3脂硬化的水玻璃再生砂质量控制是尤为必要的，要定期检测再生砂微粉含量、Na2O含量及旧砂再生前加热温度。微粉含量高：水玻璃和固化剂在加入相同的情况下，可使用时间缩短，强度降低；Na2O含量高：再生砂工艺性能恶化；旧砂加热温度高：使旧砂表面活性降低，延长可使用时间，冬季要适当控制。3. 呋喃树脂砂工艺呋喃树脂砂工艺3.1存在的主要问题3.1.1型（芯）的高温退让性

9、差，铸件表面易增硫，铸件钢件（尤其是薄壁、壁厚悬殊、结构复杂的铸钢件）易产生裂纹；3.1.2混砂、造型、浇注、保温、落砂过程产生的气体对人体伤害大且污染环境；3.1.3铸件焊补量及回火率高，综合成本较高。4. 碱性酚醛树脂砂碱性酚醛树脂砂 碱性酚醛树脂酯固化自硬砂(简称-Set法)是 20世纪70年代由英国Borden公司发明。主要应用于铸造不锈钢、合金钢和球墨铸铁的生产。酯固化碱酚醛树脂是苯酚和甲醛在强碱催化下缩聚而成的甲阶酚醛树脂，其pH值达到1214,呈强碱性。酯固化碱酚醛树脂固化剂采用有机酯(甘油醋酸酯为主)，国外已经成熟使用多年，目前国内以二重、太重为代表的多数大型铸钢厂采用该类粘接

10、剂生产了各类大型铸钢件。4.1存在的问题4.1.1铸件综合成本高；4.1.2设备配置高，旧砂回收率低；4.1.3必须采用面背砂工艺，且旧砂只能用于背砂，树脂加入量会随着旧砂使用的次数增加而增加，同时铸件质量有所下降；4.1.4碱酚醛树脂砂与水玻璃砂、呋喃树脂砂相比具有一系列优点（铸造同行都是比较清楚的），铸件质量是有较大的提升，但根据多年的生产实践，可以说碱性酚醛树脂砂铸钢件也有类似呋喃、水玻璃砂中的一些缺陷产生，特别有共性的是气孔、粘砂。铸件的气孔缺陷除了与碱酚醛砂自身在浇注后持续性发气有关，也与灼烧减量波动关系甚大。5.邦尼树脂砂邦尼树脂砂 邦尼树脂是近年来邦尼公司研制并推向市场的一款新型

11、环保铸钢专用粘接剂，就其分子结构而言，是属于“改性甲阶酚醛树脂”（Modified Resole Phenolic Resin），具体讲是一种新型的完全不含甲醛与苯酚的并兼具有目前常规树脂中各项优越综合性能的环保型铸钢树脂，该树脂既具有酚醛树脂的二次硬化等一系列特性，又保持了呋喃树脂的强度，溃散性、使用适应性及高再生回用性。5.1工艺优势5.1.1树脂的加入量低（占原砂的0.9%-1.2%），硬化速度调节灵活；5.1.2型砂表面稳定性好。邦尼树脂砂由于其自身组织结构优势，使得型砂表面有一层特殊的油膜，型砂表面稳定性及安定性是所有型砂中最好的，利于起模及铸件表面质量提高；5.1.3卓越的溃散性。

12、邦尼砂浇注后型砂溃散性很好，与呋喃树脂砂基本一样，利于铸件清理及旧砂的回用；5.1.4二次硬化。邦尼砂具有甲阶酚醛树脂砂特点，受热后具有明显的二次硬化性能，起模韧性好，上涂料时不出现浮砂问题。5.1.5旧砂回用率高。旧砂回收率一般都在95%以上，仅用普通机械再生即可，再生设备投资及再生费用均较低。5.1.6邦尼树脂采用单一砂工艺，不需要面背砂工艺方案，操作简单可靠；5.1.7环保无毒，树脂中游离甲醛与苯酚含量为零，浇注后无任何刺激性气味。各类型粘结剂技术性分析各类型粘结剂技术性分析几种铸钢用粘接剂使用的技术性分析见表1、表2几种铸钢用粘接剂使用的技术性分析见表1、表2树脂类型主要技术指标适用范

13、围氮（%）粘度（mPas，%）游离甲醛（%）游离苯酚（%）呋喃自硬树脂5-10500.5-非铁合金2-4300.3-铸铁1-2150.3-一般铸钢0.5150.3-酚醛呋喃树脂0.5-4高于同类呋喃树脂0.20.1同呋喃树脂碱性酚醛树脂无1200.20.5铸钢、球墨铸铁、非铁合金酚尿烷树脂1.5-2.51500.55铸铁、非铁合金、铸钢邦尼树脂25000铸铁、铸钢表1 各种自硬砂树脂的主要技术指示及适用范围基本对比表2 几种型砂粘接剂工艺技术性分析项 目酯硬化水玻璃呋喃树脂碱酚醛树脂邦尼树脂硬化方式自硬自硬自硬自硬硬化性能冬季硬透性一般硬化时间可调，不灵活冬季硬透性好硬化时间可调，灵活冬季硬透

14、性尚可硬化时间可调，灵活，有高温二次硬化特性冬季硬透性尚可硬化时间可调，灵活，有高温二次硬化特性24h抗拉强度0.3-1.0MPa0.4-1.6MPa0.4-1.6MPa0.4-1.6MPa高温热塑性大小中中铸型退让性好差较好较好砂型表面稳定性差一般一般好发气量小大中中铸件表面质量尺寸精度差一般好好气孔倾向低高中中热烈倾向低高低低型芯落砂溃散性一般，清理难易程度与水玻璃加入量有关溃散性极佳，极易清理溃散性较好，易清理溃散性佳，易清理再生砂回用性可干法+热法再生，旧砂指标严重影响旧砂强度性能可干法再生会用，旧砂指标不影响旧砂强度性能可干法再生会用，旧砂指标影响旧砂强度性能干法再生最好，旧砂指标不

15、影响旧砂强度性能再生砂回用率75%95%75%95%劳动条件好一般较好较好环境保护废砂污染废气污染废砂污染污染很小设备要求高低一般低型砂控制要求高低高低关于邦尼树脂的实践应用范例关于邦尼树脂的实践应用范例 河北某大型企业自2013年5月使用邦尼树脂生产煤机类槽帮铸件以来实际数据如下：1、实验室数据、实验室数据1.1 树脂加入量对强度的影响 实验配比分别为加入1%、1.2%、1.4%的邦尼树脂，加入固化剂的量占树脂的35%，分别比较24小时的抗拉、抗压强度。在固化剂加入比例相同的前提下，同一时间随着树脂加入量的增加，强度逐渐升高。1.2 湿度对强度、起模时间的影响 实验过程中，用温度湿度仪测量环

16、境的温度湿度，选取其他条件相同、湿度不同的几组数据进行分析，结果见下图： 通过上图可以看出，其他条件基本相同的条件下，起模时间随着湿度的增大而延长；而强度受湿度的影响不大。1.3 邦尼固化剂加入量对强度的影响 选取树脂加入量相同，固化剂量分别为30%，35%，40%的一组数据进行分析，结果见下图： 由上图可以看出：即时强度、2小时强度、4小时强度、24小时强度在不同固化剂加入量下差别不大。因此，固化剂加入量只会影响树脂砂硬化时间，调节型砂的可使用时间、起模时间的长短，对强度影响不大。1.4 时间对强度的影响 对同一组试样制好后比较随时间推移记录强度，结果见下图： 随着时间的推移，强度在逐渐升高

17、。24小时后强度有少量下降或强度增大速度放缓，说明型砂强度在24小时左右达到最大。 通过以上实验可以看出，邦尼树脂是一种应用在生产中较为灵活的树脂，可以根据环境温度、湿度等不同因素调整树脂及固化剂的量来达到生产的需求。2、生产过程、生产过程2.1 生产中使用40T/H搅笼连续式混砂机（见右图）造型，100%再生砂，树脂加入量0.95%，固化剂加入量32%-35%，起模间30-50分钟；使用15T/H搅笼连续式混砂机制芯，50%新砂+50%再生砂，树脂加入量1.1%，固化剂加入量35%-38%，起模时间30-35分钟。共计铸造了三百多节挡铲版槽帮，生产出来的槽帮铸件表面光滑平整，采取钉放排气槽和

18、加大浇注速度等措施，没有发现气孔缺陷，见下图： 2.2 使用邦尼树脂砂工艺后浇注现场烟气大大减少，而且无任何刺激性气味，改善了车间现场环境，具体见下图浇注后几乎没有任何的烟气及刺激性气味，大大改善了工人的作业环境浇注后几乎没有任何的烟气及刺激性气味，大大改善了工人的作业环境3、质量检验、质量检验3.1 邦尼树脂砂溃散性好，尺寸精度较高，生产出的铸件棱角分明，相比水玻璃砂铸件表面提高2-3个等级。具体见下图邦尼树脂砂铸件邦尼树脂砂铸件水玻璃砂铸件水玻璃砂铸件3.2 铸态剖切检验检测内部质量，对结构厚大部位用锯床进行切割，切割后端面见下图通过检验剖切面，比照通过检验剖切面，比照GBT7233.1铸

19、钢件超声检测第铸钢件超声检测第1部分：一般用途铸钢件部分：一般用途铸钢件（第（第2部分：高承压铸钢件）的规定，铸件完全符合产品内在质量的要求。部分：高承压铸钢件）的规定，铸件完全符合产品内在质量的要求。3.3 铸件着色探伤对生产的全部槽帮产品进行着色探伤检测，结果见下图树脂砂较水玻璃砂产生裂纹的倾向性大，所以对生产中树脂砂较水玻璃砂产生裂纹的倾向性大，所以对生产中300多件铸件全部进行表面着多件铸件全部进行表面着色探伤。结果如下：正火未调质前出现裂纹色探伤。结果如下：正火未调质前出现裂纹28件，长度件，长度3-8mm，深度不超过，深度不超过4mm（见上图见上图），约占总量的），约占总量的8%；

20、这些铸件经过打磨、返修后进行调质处理，再次对全；这些铸件经过打磨、返修后进行调质处理，再次对全部铸件进行着色检测，未发现裂纹，铸件完全符合铸造槽帮验收标准。部铸件进行着色检测，未发现裂纹，铸件完全符合铸造槽帮验收标准。4、几种粘结剂生产槽帮的实际成本对比（见、几种粘结剂生产槽帮的实际成本对比（见下下表）表）项目脂硬化水玻璃工艺 碱性酚醛树脂工艺VRH工艺邦尼树脂工艺粘结剂单价（元/吨）210010000100018500加入量2.50%1.60%4%1.00%成本（元/吨铸件） 2100*2.5%*4=21010000*1.6%*4=6401000*4%*416018500*1.0%*4=74

21、0固化剂单价（元/吨）16000140001.65元/公斤气8500加入量20%(占粘结剂）30%（占粘结剂）37.2公斤/吨铸件 35%（占粘结剂）成本（元/吨铸件）16000*2.5%*20%*4=32014000*1.6%*30%*4=268.81.65*37.261.388500*1.0%*35%*4=119新 砂单价（元/吨）460460460460加入量35%30%35%7%成本（元/吨铸件） 460*30%*4=552460*30%*4=552460*30%*4=552460*7%*4=128.8 铸钢用几种粘结剂成本对比分析表（砂铁比按4:1） 铸钢用几种粘结剂成本对比分析表（

22、砂铁比按4:1）再生砂再生方式机械(按本厂实际核算）机械(按本厂实际核算）机械(按本厂实际核算）机械(按本厂实际核算）再生费用（元/吨砂）50505050再生费用（元/吨） 50*70%*4=14050*70%*4=14050*70%*4=14050*93%*4=186废 砂废砂运费（元/吨）20202020成本（元/吨铸件） 20*30%*4=2420*30%*4=2420*30%*4=2420*7%*4=5.6矿 砂单价（元/吨）4000400040004000成本（元/吨铸件） 9611696116综 合成本（元/吨钢）134213421740.81740.81033.381033.38

23、1295.41295.4续上表项目脂硬化水玻璃工艺碱性酚醛树脂工艺VRH工艺邦尼树脂工艺从上表可以看出：邦尼树脂在型从上表可以看出：邦尼树脂在型砂成本上较其他粘结剂还是很有砂成本上较其他粘结剂还是很有优势的优势的! 河南某大型国有企业自2013年7月使用邦尼树脂生产石油类铸件实际效果如下：1、选择使用邦尼树脂的原因、选择使用邦尼树脂的原因 该厂从2009年完成树脂砂技术改造，选用碱酚醛树脂砂工艺，使用近4年一直有如下问题不能彻底解决。1.1树脂加入量较高，达到1.8-2.0%，成本居高不下；1.2新砂加入量大，达到35%-45%；1.3旧砂排放量大，且受到当地环保部门管制；1.4铸件浇注后刺激

24、性气味很大，影响员工健康； 该厂自2013年7月使用邦尼树脂后经过半年多的实际生产验证很好的解决了以上问题。2、生产过程控制参数、生产过程控制参数2.1造型树脂加入量1.05%，新砂补充5%-7%；2.2铬铁矿砂树脂加入量1.0%；2.3使用纯锆英粉涂料，刷涂两次波美度控制在65-75，涂层厚度0.4mm；2.4砂型强度0.4-0.6MPa；2.5起模时间35-50min；2.6回用砂灼烧减量2.0%；3、生产的铸件、生产的铸件 用邦尼树脂生产的铸件表面质量不比碱酚醛差，且型砂溃散性好，铸件落砂后铸件上残留型砂很少，经抛丸处理后铸件表面光滑、平整（见下图）。铸件表面平整光滑、无气孔夹杂等铸造缺陷铸件表面平整光滑、无气孔夹杂等铸造缺陷4、实际应用效果、实际应用效果4.1 使用邦尼树脂能得到与碱酚醛树脂同等的铸件表面质量；4.2 邦尼树脂加入量低，树脂量在0.9%-1.1%，固化剂在30%-40%，砂型强度完全能满足工艺要求，达到0.5-0.7Mpa；4.3 邦尼树脂具有优良的溃散性，旧砂回用性好,能达到93%以上，杜绝了以前大量扔废旧砂的现象；4.4 旧砂回用设备也较简单，两级干法离心再生完全能够满足灼减量1.5%的要求，节约了能源；4.5 自使用邦尼树脂以来，铸件浇注后大量的烟气及刺激性气味消失了，车间环境也得以改善，对员工的身心健康很是有利。4.6 经半年多的实际测算型砂综合成