尚永兵，夏 川，陸紅偉，張 亮

（河北宣工機(jī)械發(fā)展有限責(zé)任公司，河北張家口 075000）

1 現(xiàn)狀

在鑄造企業(yè)技改調(diào)研時(shí)，鑄造設(shè)備企業(yè)都認(rèn)為再生回收設(shè)備的舊砂回收率在90%以上，但投產(chǎn)后卻發(fā)現(xiàn)堿酚醛樹(shù)脂硅砂實(shí)際再生砂回收率并非如此，常見(jiàn)的情況是：按照鑄造標(biāo)準(zhǔn)灼減值檢測(cè)硅質(zhì)再生砂質(zhì)量也符合要求（灼減值1.6%），但是如果全部用再生后的砂造型生產(chǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)型砂強(qiáng)度降低、耐火度降低等不能保證砂型的質(zhì)量，所以必須采用面、背型砂工藝，需要補(bǔ)充大量新硅砂才能滿足砂型的質(zhì)量要求。對(duì)堿酚醛樹(shù)脂寶珠砂灼減值通常在0.6%～0.8%，依然也要補(bǔ)充為數(shù)不少的新寶珠砂來(lái)滿足堿酚醛樹(shù)脂寶珠再生砂系統(tǒng)的質(zhì)量要求。

常用的鑄造自硬砂目前有三類(lèi)：呋喃樹(shù)脂、邦尼樹(shù)脂、堿酚醛樹(shù)脂。前二種樹(shù)脂的樹(shù)脂殘膜是脆性膜易再生。堿酚醛樹(shù)脂殘膜是韌性膜，再生較困難，目前仍未發(fā)現(xiàn)有更好的再生方法。

堿酚醛樹(shù)脂砂難于再生主要是與堿酚醛樹(shù)脂合成方式有關(guān)。堿酚醛樹(shù)脂主要是由酚類(lèi)、醛類(lèi)和堿類(lèi)物質(zhì)組成，合成時(shí)加入甲醛總量約0.8 倍的氫氧化鈉合成的，這里面對(duì)堿酚醛樹(shù)脂砂再生影響最大的元素是堿金屬性氧化物，所形成鹽是低熔點(diǎn)物質(zhì)，此鹽存在于堿酚醛樹(shù)脂殘膜中呈韌性狀態(tài)膜，較難再生。

2 灼燒減值在生產(chǎn)中的應(yīng)用與討論

有機(jī)樹(shù)脂再生砂質(zhì)量好壞，目前主要采用灼燒減值法來(lái)衡量。即在高溫（1 000 ℃）下灼燒，高溫下樹(shù)脂膜中的揮發(fā)物被去除，用灼燒前后重量變化的百分?jǐn)?shù)來(lái)衡量樹(shù)脂再生砂的質(zhì)量指標(biāo)，灼燒減值量越低，說(shuō)明再生砂質(zhì)量越好。用灼燒減值法檢測(cè)呋喃樹(shù)脂、邦尼樹(shù)脂等有機(jī)類(lèi)樹(shù)脂是有效的，但用灼燒減值法衡量堿酚醛樹(shù)脂再生砂質(zhì)量時(shí)有局限性。堿酚醛樹(shù)脂合成時(shí)是由兩部分組成的，一部分是有機(jī)類(lèi)物質(zhì)，另一部分是堿金屬氧化物形成無(wú)機(jī)鹽類(lèi)組成低熔點(diǎn)物質(zhì)，有機(jī)類(lèi)物質(zhì)是可以用灼燒減值法檢測(cè)出來(lái)，而無(wú)機(jī)鹽類(lèi)等低熔點(diǎn)物質(zhì)是無(wú)法用灼燒減值法檢測(cè)出來(lái)的，因此堿酚醛樹(shù)脂再生砂質(zhì)量必須要控制二項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)即灼燒減值和無(wú)機(jī)鹽含量。

圖1 所示為一塊堿酚醛樹(shù)脂寶珠砂牢固燒結(jié)在一起的砂板層斷面照（燒結(jié)層斷面寬10 mm），表明堿醛樹(shù)脂殘膜在寶珠砂表面積累隨循次增加而增厚，當(dāng)超過(guò)某臨界值時(shí)再生砂的性能急劇下降。從表1 中大致可以了解到堿酚醛樹(shù)脂使用初期和中期等不同階段，寶珠砂表面堿酚醛樹(shù)脂殘膜實(shí)際狀況，寶珠型砂使用時(shí)間愈長(zhǎng)，在寶珠砂表面積累的堿酚醛樹(shù)脂殘膜愈厚，寶珠砂表成形成的低熔點(diǎn)物質(zhì)積累就愈多，當(dāng)達(dá)到一定厚度時(shí)型砂燒結(jié)成板塊。

表1 初期使用的寶珠砂與多次循環(huán)使用后的寶珠砂性能對(duì)比

圖1 多次循環(huán)使用后的寶珠砂表面（1 500倍普通顯微鏡）

有文獻(xiàn)指出堿金屬鹽類(lèi)對(duì)寶珠砂鋁硅質(zhì)表面可能有弱熔蝕作用。

從灼燒減值定義中可以了解到，灼燒減值對(duì)樹(shù)脂中揮發(fā)物的檢測(cè)是有效的，由于呋喃樹(shù)脂和邦尼樹(shù)脂的樹(shù)脂殘膜主要是殘?zhí)嫉瓤蓳]發(fā)性物質(zhì)，所以用灼燒減值衡量其再生砂質(zhì)量高低是有效的和準(zhǔn)確的，同時(shí)也是唯一的。

從堿酚醛樹(shù)脂合成方法可知道樹(shù)脂殘膜中有兩個(gè)部分組成，一部是有機(jī)可揮發(fā)物質(zhì)，一部是堿金屬或堿土金屬鹽類(lèi)物質(zhì)。

圖2 初期使用的寶珠砂表面（電子電鏡高清照片）

圖3 是邦尼樹(shù)脂殘膜在寶珠砂表面的狀態(tài)照片，由于邦尼樹(shù)脂是脆性膜易再生，寶珠再生砂表面的殘膜很少且薄。圖4 是堿酚醛樹(shù)脂殘膜在寶珠砂表面的狀態(tài)照片，由于堿酚醛樹(shù)脂是韌性膜難再生，寶珠砂表面殘膜量多且厚，故再生砂質(zhì)量相對(duì)弱一些。表2 為兩種樹(shù)脂寶珠型砂在鑄件表面燒結(jié)層的物理狀態(tài)對(duì)比。

表2 兩種樹(shù)脂寶珠型砂在鑄件表面燒結(jié)層的物理狀態(tài)對(duì)比

圖3 使用邦尼樹(shù)脂的寶珠砂表面

圖4 使用堿酚醛樹(shù)脂的寶珠砂表面

樹(shù)脂膜中可揮發(fā)物質(zhì)用灼燒減值檢測(cè)是正確的，但是堿金屬或堿土金屬鹽類(lèi)物質(zhì)用灼燒減值法檢測(cè)不出來(lái)。堿酚醛樹(shù)脂難以再生的根本原因就是堿金屬鹽類(lèi)物質(zhì)存在。所以講用灼燒減值檢測(cè)堿酚醛樹(shù)脂再生砂，僅只是檢測(cè)了該樹(shù)脂中可揮發(fā)物質(zhì)的那一部，灼燒減值法不能反映堿酚醛樹(shù)脂再生砂質(zhì)量的全貌，該方法有局限性。

在試驗(yàn)室做燒結(jié)試驗(yàn)，將堿酚醛樹(shù)脂寶珠砂樣和邦尼樹(shù)脂寶珠砂樣分裝入小坩堝內(nèi)，加熱到1 200 ℃，保溫15 min、30 min、60 min 后冷卻到室溫，可以發(fā)現(xiàn)堿酚醛樹(shù)脂寶珠砂樣已燒結(jié)成隨坩堝型小塊，并且具有一定的強(qiáng)度，而邦尼樹(shù)脂寶珠砂樣無(wú)強(qiáng)度仍然是松散的。試驗(yàn)過(guò)程表明加熱時(shí)間愈長(zhǎng)，加熱溫度愈高，堿酚醛寶珠砂樣燒結(jié)層愈厚、燒結(jié)層強(qiáng)度愈高。

鑄造工作者在生產(chǎn)實(shí)踐中，逐步認(rèn)識(shí)到只用灼燒減值衡量堿酚醛再生砂質(zhì)量是不正確的，也無(wú)法解釋為什么灼減值很低，再生砂質(zhì)量指標(biāo)也很好看，但實(shí)際使用中堿酚醛寶珠再生砂質(zhì)量仍存在不好用的現(xiàn)象。

據(jù)了解，韓國(guó)、日本評(píng)價(jià)堿酚醛寶珠再生砂已從過(guò)去單一在線只檢測(cè)灼燒減值，改為在線同時(shí)檢測(cè)再生砂樹(shù)脂殘膜中可揮發(fā)物質(zhì)與堿金屬或堿土金屬鹽類(lèi)的含量了（殘鈉值小于0.15%），用這兩個(gè)指標(biāo)綜合衡量再生砂質(zhì)量。

3 結(jié)論

1）只用灼燒減值衡量堿酚醛再生砂質(zhì)量水平高低是不全面的，因?yàn)橛绊懺偕百|(zhì)量因素還有堿金屬鹽類(lèi)殘留物。

2）灼燒減值只能反映樹(shù)脂殘膜中的可揮發(fā)物質(zhì)含量，不能反映出樹(shù)脂殘膜中所含的堿金屬或堿土金屬鹽等低熔點(diǎn)物質(zhì)的數(shù)量。

3）硅砂或?qū)氈樯氨砻嫔蠚埓娴膲A酚樹(shù)脂膜，因低熔點(diǎn)物質(zhì)使原砂表面層燒結(jié)溫度點(diǎn)降低了，造成硅砂或?qū)毶氨砻姘l(fā)生燒結(jié)粘砂。

4 結(jié)束語(yǔ)

衡量堿酚醛樹(shù)脂再生砂質(zhì)量需要同時(shí)考慮灼燒減值水平與堿金屬鹽類(lèi)殘留物含量。關(guān)于如何在線建立檢測(cè)堿酚醛樹(shù)脂再生砂中殘留金屬鹽，目前我國(guó)還沒(méi)有更好的、更方便的方法，希望國(guó)內(nèi)鑄造工作者加強(qiáng)在線檢測(cè)設(shè)備研究與開(kāi)發(fā)。