堿酚醛混合樹脂砂再生工藝探索

董志鵬，盧彬彬，劉陽，綦宗超（濰柴重機股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊261001）

堿酚醛混合樹脂砂再生工藝探索

董志鵬，盧彬彬，劉陽，綦宗超
（濰柴重機股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊261001）

鑄造用樹脂砂有很多種再生方法，而通常用脫膜率即灼燒減量的變化來評價再生效果。本文介紹了不同條件下熱法對堿酚醛混合樹脂砂進行再生的效果對比，以及舊砂在實際生產中的應用情況。通過系列試驗，重點對灼燒減量及酸耗值進行了對比分析，充分焙燒再生后的舊砂完全滿足生產要求，為企業降低生產成本及污染物排放提供了有力保障。

堿酚醛樹脂砂；灼燒減量；酸耗值；再生

隨著環境污染問題的日益突出，鑄造企業的污染問題成為焦點，而鑄造舊砂的排放占比巨大，故鑄造舊砂的再利用問題極為迫切。對于鑄造用樹脂砂，回用的途徑即為再生。鑄造用舊砂再生方法一般分為濕法再生、干法再生、熱法再生、化學再生等。對于堿性酚醛樹脂砂來說，由于濕法再生存在二次污染，并且一次性投資大，成本高；而干法再生與化學再生又無法有效剝離并去除舊砂表面殘存的樹脂膜或殘留脂[1]。本文對酯硬化堿酚醛樹脂砂、冷芯盒砂和熱芯盒砂的混合砂（簡稱為堿酚醛混合樹脂砂）的熱法再生工藝進行了探索試驗。

1 舊砂再生工藝

1.1 熱法再生

研究采用F A T A再生設備如圖1所示，首先將舊砂破碎后進行700℃和650℃焙燒熱法再生，對比兩種方案的再生效果，如表1所示。

圖1 FATA再生設備簡圖

表1 不同焙燒溫度的再生效果對比

從檢測數據可以得出，樹脂膜得到了充分焙燒去除，但是再生前后砂的酸耗值降低不明顯，說明此溫度下的熱法再生不能有效去除舊砂中的殘留堿。

1.2 熱法+機械再生

對以上焙燒后的舊砂進一步進行機械再生處理，考察再生效果。對熱法+機械法再生后的砂樣，進行酸耗值和冷芯盒8字試樣的檢測，數據如表2所示。

表2 熱法+機械法再生砂的性能參數

由表2可知機械再生對堿酚醛混合樹脂砂中堿性物質去除幾乎不起作用，且在檢測過程中發現，雖然冷芯強度很高，但是樹脂砂混制后很短時間后就出現發粘和結硬殼的現象，說明此溫度下的熱法再生砂的可使用時間明顯縮短。

1.3 充分焙燒的熱法再生

為了改善試驗效果，故對焙燒爐的爐體結構進行了優化，但再生效率減半（0.5 t/h的爐子，按照200 kg/h投料控制），同時將焙燒溫度提升至700℃～750℃，以使堿酚醛混合樹脂舊砂能夠更充分地焙燒。按照此方法對舊砂進行處理。再生后的性能參數見表3、表4.

表3 高溫再生砂的粒度集中性對比

表4 兩種熱法再生后的性能參數對比

可見，熱法再生是樹脂砂再生的有效手段，經熱法再生后，其灼燒減量、粒度等方面均能達到甚至超過新砂水平，但在去除樹脂砂中的堿性物質方面，只有高溫充分焙燒才能夠在一定程度上起到作用。

2 FATA再生砂用于酯硬化堿酚醛樹脂砂的工藝性

在型砂化驗室用F A T A再生砂混制堿酚醛樹脂砂，制8字樣，在一定條件下固化后，測試8字樣抗拉強度，并在同條件下與新砂對比。

500 g砂加入2.7m L固化劑混砂1m in后再加入8m L堿酚醛樹脂混砂2m in，用木模人工壓實制8字樣6個，起模后其中3個8字樣置入烘干箱140℃固化30m in后取出冷卻至室溫測試抗拉強度，另外3個8字樣置入干燥器中自然固化24 h后檢測抗拉強度。

鑒于目前我廠存在兩種堿酚醛樹脂砂的使用工藝，即制芯使用100%新砂，造型使用20%新砂+80%舊砂，本次測試也同樣測試了不同混砂工藝下的對比數據，具體結果見表5及圖2.

表5 不同混砂工藝下參數對比

圖2 不同混砂工藝下參數對比

通過對比發現，就固化方式來講，經140℃烘干30m in的抗拉強度普遍比自然固化24 h的高。在140℃烘干30m in條件下，100%以及20%新砂/再生砂兩組對比數據均顯示F A T A再生砂強度明顯高于新砂，且700℃～750℃F A T A再生砂比650℃～700℃F A T A再生砂更優。就自然固化24 h條件下，檢測數據的對比趨勢不如140℃烘干30m in條件下的明顯，但依然顯示出F A T A再生砂強度大于新砂強度的規律。

3 FATA再生砂冷芯盒制芯工藝性

3.1 試樣測試

由表4可知在酸耗值方面，700℃～750℃充分焙燒后砂的酸耗值相對650℃～700℃普通焙燒的砂有一定降低，但仍舊沒能達到新砂的水平。冷芯盒強度方面，650℃～700℃熱法再生的砂與新砂相當，700℃～750℃充分焙燒再生的砂強度更高。此外，為了測定較具體的冷芯砂的可使用時間，通過混砂后，間隔一定時間再打8字試樣并測試其強度來具體對比測定冷芯砂的可使用時間，數據見表6.樹脂加入質量分數按照單組份各0.8%，測試室溫為26℃.

表6 不同再生砂用于冷芯盒制芯試驗數據對比

由以上試驗結果并結合前人的研究[2]可以看出，堿酚醛混合樹脂再生砂用于冷芯盒工藝時，堿性物質的殘留顯著縮短芯砂的可使用時間，且堿性殘留越多（酸耗值越高），可使用時間越短。另外，從發氣量檢測結果可以得出，再生砂的發氣量較新砂有進一步降低，可見熱法再生可有效去除砂中的發氣物質。

3.2 小批量產品驗證

對650℃～700℃以及700℃～750℃充分焙燒兩種再生砂分別進行混砂制芯工藝試驗，冷芯盒混砂采用S20200樹脂砂碗型混砂機，在制芯試驗中，故意放慢節拍（即制完一模后間隔一定時間，再制下一模）制芯，采用M LA20A型射芯機制作某型機體的水道芯。

3.2.1 700℃～750℃充分焙燒再生砂

700℃～750℃充分焙燒再生砂混砂樹脂加入質量分數為1.5%（混砂200kg，樹脂單組份各1500m l），自混砂完畢起45m in內，共制14模砂芯，砂芯均完整緊實，如圖3.

在午休時間人為留有一定量砂，至下午上班再制芯（混砂完畢2.5 h），制出的一模砂芯局部不致密，砂芯有酥脆的現象，但仍然可用，如圖4.

在混砂完畢、混砂后45m in、混砂后2.5 h分別檢測芯砂強度，結果見表7.

圖3 700℃~750℃充分焙燒再生砂混砂完畢45min內某型機體水道芯

圖4 700℃~750℃充分焙燒再生砂混砂完畢2.5 h某型機體水道芯

表7 再生砂用于冷芯盒制芯可使用時間相關數據

結合制芯情況以及芯砂強度的檢測結果看，700℃～750℃充分焙燒再生砂基本能夠滿足正常生產節拍下制芯要求。

3.2.2 650℃～700℃熱法再生砂

650℃～700℃熱法再生砂混砂采用1.6%樹脂加入量，混砂完畢后至30m in內，制芯9模狀況良好，如圖5所示。但在35m in之后打的砂芯已經酥脆到不能使用。

因此650℃～700℃熱法再生砂用于冷芯盒制芯生產時，芯砂可使用時間約為30m in，而實際制芯生產中要求芯砂的可使用時間至少為1.5 h，所以在芯砂可使用時間方面，650℃～700℃熱法再生砂不能滿足生產需求。

3.2.3 鑄件內腔質量檢測

試驗制出的砂芯（15+9組）存放8天之后陸續用于組芯澆注，在清理工序觀察砂芯對應的鑄件內腔質量，所檢驗鑄件的內腔均未出現異常缺陷。

圖5 650℃~700℃熱法混砂完畢30min內再生砂某型機體水道芯

4 結論

通過利用F A T A設備進行的一系列堿酚醛混合樹脂砂的再生試驗，表明將F A T A再生砂用于實際生產具有可行性，并得出以下結論：

1）熱法再生是堿酚醛樹脂砂再生的有效手段，焙燒溫度和時間直接影響再生后堿性物質的殘留量，高溫下的充分焙燒可獲得較優質的再生砂。

2）堿酚醛再生砂用于冷芯盒工藝時，堿性物質的殘留顯著縮短芯砂的可使用時間，堿性殘留越多（酸耗值越高），可使用時間越短。

3）F A T A 700℃～750℃充分焙燒再生砂用于冷芯盒樹脂工藝時，能夠滿足正常生產節拍下的冷芯盒制芯要求。

［1］李漢錕，張鑫，劉加軍，等.酯硬化堿性酚醛樹脂砂舊砂再生工藝的試驗研究［G］//2009中國鑄造活動周論文集.山東：2009.

［2］陳代海，王濤.冷芯盒樹脂可使用時間和抗濕性的研究［J］.鑄造工程，2001（2）：14-15.

Study on Regeneration Process of Alkaline Phenolic Resin Sand

DONG Zhi-peng，LU Bing-bing，LIU Yang，QIZong-chao
（Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.，Weifang Shandong 261001，China）

There aremany kinds of regenerationmethods to casting resin sand.The regeneration effect is usually evaluated by the film removing rate，namely change of loss on ignition.The thermal processes under different conditionswere introduced and compared in this paper for the regeneration of the alkaline phenolic resin sand and the application of the sand in the actual production situation introduced also.Through a series of experiments，the loss on ignition and acid consumption value were compared and analyzed.The results showed the regenerated sand after sufficient burning at 700℃~750℃completely met the production requirement，which provided a powerful guarantee for enterprises to reduce the production costand pollutantemission.

alkaline phenolic resin sand，loss on ignition，acid consumption value，regeneration

TG23

A

1674-6694（2017）03-0016-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.03.006

2017-03-09

董志鵬（1983-），男，工程師，主要從事鑄鐵鑄造工藝和質量管理工作。