铸造材料在铸钢生产上的应用大有可为

由于铸钢的特点，对铸造材料的质量要求更高，加之回收、环保的需求，新型绿色铸造材料应用引起业界的极大关注，脂硬化水玻璃砂、树脂砂得到广泛应用，铸造材料在铸钢生产上的应用大有可为。

2013年10月在银川召开的铸钢和铸造材料联合年会上，铸钢生产企业和铸造材料供应商代表共同探讨行业发展，有许多翔实的应用案例。

本期应用论坛为读者带来铸造材料制造企业服务于铸钢行业的解决方案。

苏州兴业材料科技股份有限公司副总经理 马西林

马总对铸钢补缩技术、冒口设计，以及冒口类型和选择应用进行了详细阐述，实用价值非常高。

铸造过程是一个复杂的系统工程，涉及到的影响因素很多，铸造工艺设计的实质就是根据铸件质量的要求，分析主要影响因素，寻找控制途径，制定工艺措施的过程。

计算机辅助铸造工艺设计的开发和应用，成为铸造工艺设计优化和铸件形成过程质量控制的一种有效手段。

目前国内外铸造行业的研究机构和生产厂家竞相研制并推出各种铸件凝固模拟软件，使凝固技术定量化、智能化、程序化。内容包括工艺方案选择，浇注系统尺寸计算，冒口类型，位置与尺寸的确定，使缺陷预测和工艺优化更具科学性、合理性。

（1）普通冒口 由于普通冒口与铸型采用同一种造型材料，金属液充满冒口后，其热量就通过侧面和顶面散发，冒口由表层向中心开始凝固。冒口中的金属液除用于补缩冒口自身外，只有占6%～10%的金属液用于补缩铸件。为使冒口在整个凝固期间有充足的金属液补偿铸件的体收缩，获得致密的铸件，冒口就需设计得较大、较高。尽管冒口可以回炉，但仍耗费大量的人力、物力和能源，使铸件成本上升。

（2）保温冒口套 保温冒口套由绝热材料、耐火骨料和粘结剂组成，常用的有纤维复合型、烟道灰（漂珠）珍珠岩复合型、陶粒复合型等。用这些材料做的冒口套重量轻，耐火度高，热损失小，保温性能好，工艺出品率能提高10%～20%，具有较好的技术效果和经济效益。

纤维复合型保温冒口套是用有机纤维、无机纤维、耐火骨料作原料，以树脂为粘结剂，采用特殊的真空成形工艺制成，冒口形成多孔状的网络结构，并以层状均匀地堆积。这样在保温材料内部造成了大量的弥散性细孔，另外，冒口套材料中的有机纤维经过高温金属液的作用烧灼碳化，进一步增加了内部结构中的微孔数量，显气孔率高达65%～70%，阻止了高温状态下的热传导和热辐射，因此，它具有良好的保温性能，更有利于铸件的补缩。

烟道灰（漂珠）复合型保温冒口套中的漂珠是一种中空的球形细颗粒，用它制成的冒口绝热保温性能更胜于纤维复合型保温冒口套。

（3）发热保温冒口套 发热套冒口和发热剂冒口统称发热冒口。用发热材料制做冒口套，浇注时冒口中的金属液与发热材料发生热化学反应，放出的热量和持续的时间，在铸件凝固过程中能维持冒口中的金属液长时间为液态。

发热剂冒口是在普通冒口的顶面撒入发热剂的冒口，它同样起到加热金属液的作用。发热冒口补缩效率比普通冒口补缩效率高很多，冒口尺寸设计也可比普通冒口小，铸件的工艺出品率较高。

发热保温冒口套是用绝热材料、发热材料制做的冒口套，它集合了保温冒口和发热冒口的优点，补缩效率是普通冒口的3倍，是目前铸造行业最先进的工艺技术之一。

另外，明冒口加覆盖剂能发挥最佳效果。覆盖剂的种类主要有：草木灰、碳化稻壳、焦炭粉、烟道灰、铝热剂、石墨渣及复合型发热保温覆盖剂等。大量试验和生产实践表明，明冒口不加覆盖剂，补缩效率很差，即使采用了保温冒口或发热保温冒口，也不能获得预期的效果。在延缓冒口凝固的过程中，覆盖剂的作用占30%～50%，保温套的作用占50%～70%。覆盖剂与保温冒口或发热保温冒口联合使用，就更能显示出其保温效果，使冒口凝固时间成倍增加。覆盖剂强化冒口的作用不差于保温冒口本身，必须引起足够的重视。覆盖剂种类不同，作用和效果也不同，企业需根据铸件材质及技术工艺要求合理选择。

济南圣泉集团股份有限公司副总经理 张科峰

张总全面分析了碱性酚醛树脂特点、需注意的问题，以及生产中的关键控制措施，给出了相关应用案例，为充分发挥碱性酚醛树脂的优点提供了切实的方案。

21世纪初，碱性酚醛树脂在国内合资、独资铸造厂开始应用，新建铸钢厂或水玻璃砂工艺改造大部分选用该工艺，主要应用于铸钢、铸铁和有色合金，近几年发展迅速。

碱酚树脂工艺具有如下特点：

（1）树脂不含氮，固化剂不含S、P，避免铸件表面产生增S引起的组织恶化、热裂及氮气孔等缺陷。

（2）该硬化体系在高温下有热塑性和二次硬化过程，因此，可大大减少铸钢件和球墨铸铁件的热裂纹和毛刺缺陷。

（3）该工艺在混砂、造型、制芯、浇注过程中，不产生有害和有刺激性气体，明显改善了劳动条件。

（4）溃散性好，减少清砂工时，提高劳动效率。

（5）可用多种原砂，对原砂适应性好。

（6）加入量偏大。

（7）砂再生性能较呋喃树脂差。

针对碱酚树脂工艺的特点，实际生产中有一些需关注的问题：一是要充分认识到造型和制芯时振动、紧实的重要性。紧实度高些，不但能提高型芯强度、表面质量，还能减少粘砂、气孔缺陷，降低树脂用量和涂料消耗。二是要充分认识到型芯砂分类管理的重要性，一方面可物尽其用，减少浪费；另一方面可减少再生压力，实现良性循环。三是砂再生。碱酚醛树脂膜韧性好，砂再生效果比呋喃树脂差，因此需采取保证原砂质量，选用优级再生设备，减少树脂加入量，降低砂铁比，以及加强再生设备维护等综合措施。

另外，企业应加强物料消耗管理，以降低成本，减少浪费。同时，需有合适的设备和方法，如选用固化速度自动调节仪，根据树脂加入量自动调整固化剂的加入量，并可以远程监控设备的运行状态。

碱酚醛树脂自硬砂工艺，以其独特的优点正迅速扩大应用范围。但我们必须对使用中的某些问题加以关注，如砂再生、型芯砂分级、物料消耗管理等，并采取相应措施，才能充分发挥该工艺的优势。

邦尼化工（天津）有限公司技术服务工程师 唐盛来

唐工对国内铸钢行业几种主流型砂粘结剂的使用现状和性能做了分析和对比，并结合目前铸钢行业的发展及各树脂砂的综合特性，提出了中小型铸钢厂树脂砂技改方案建议，并展示了实施案例。

近年来，作为我国国民经济基础行业之一的铸钢行业遇到了前所未有的挑战，或许可以说是行业洗牌，诸多的外力使得国内的铸造厂都把提高铸件质量和可靠性，生产优质近净成形铸件；加强环保，实现清洁可持续性生产；降低生产成本；缩短交货期四项目标作为自己的主要任务。

在支撑铸造厂上述四大目标的因素中，造型材料的质量和应用占据着十分重要的地位。进入21世纪以来，对各种新型铸造粘结剂材料的研究和应用进展迅猛。目前，国内各大、中、小型铸钢企业逐渐采用自硬砂工艺，确切地说在造型方面传统的石灰石砂、吹CO2水玻璃砂已逐渐被淘汰，取而代之的是目前广泛应用的几种主流自硬砂粘结剂工艺：即水玻璃自硬砂、呋喃树脂砂、碱酚醛树脂砂工艺，以及新型的改性甲阶酚醛树脂——邦尼树脂砂工艺。

从行业来看，大型铸钢件在国内几大重机厂使用碱酚醛树脂较多（以二重、太重为代表），同时也有使用酯硬化水玻璃砂工艺（以鞍机总、中信重工为代表）；铁路系统车架铸钢件均以脂硬化水玻璃砂机械化造型线为主；其他诸如不锈钢铸件等基本是以各类树脂砂工艺为主。

从地域性质来看，偏南方地区的铸钢厂使用的树脂砂居多，偏北方（含河南区域）的铸钢厂使用水玻璃砂居多。

也有一些铸钢厂使用呋喃树脂砂制造大型铸钢件，如共享铸钢。

国内中小铸钢厂，由于对树脂砂缺乏了解，以及自身产品等级不高，同时也由于这些厂缺乏专业的铸造人才，使得这些厂大多数停留在以水玻璃砂（多数是吹CO2水玻璃砂工艺）为主。近几年，国内江浙地区不少铸钢厂通过设备与技术改造，率先成功使用了新型环保粘结剂，并取得了较大的成效，走在了国内同行前面。

邦尼树脂是近年来邦尼公司研制并推向市场的一款新型环保铸钢专用粘结剂，就其分子结构而言，是属于“改性甲阶酚醛树脂”，具体讲是一种新型的完全不含甲醛与苯酚并兼具目前常规树脂中各项优越综合性能的环保专业铸钢树脂。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性。目前该树脂已经在30多家铸钢企业使用及试用，产品涉及到各类材质、结构及无损检测等级的铸钢件，单件重量从几十公斤到160余吨，取得了显著的成效。

随着铸造市场的不断发展，以及国际、国内相关政策的影响，做为铸造原辅材料也要不断突破发展，以适应外界的进步，留住自身的价值。从目前来看，几大主流粘结剂材料是竞相发展，其他粘结剂也是百花齐放，但对于铸造厂来说不管选定何种粘结剂工艺方法，都需要工厂的有关技术、作业人员对所选工艺及材料性能具有较深入的理解与把握。从可持续性发展的角度来看，粘结剂铸造材料的发展必然要走向环保、高效、节能，这样的材料才更具生命力。

（20131020）