鑄造材料在鑄鋼生產上的應用大有可為

由于鑄鋼的特點，對鑄造材料的質量要求更高，加之回收、環保的需求，新型綠色鑄造材料應用引起業界的極大關注，脂硬化水玻璃砂、樹脂砂得到廣泛應用，鑄造材料在鑄鋼生產上的應用大有可為。

2013年10月在銀川召開的鑄鋼和鑄造材料聯合年會上，鑄鋼生產企業和鑄造材料供應商代表共同探討行業發展，有許多翔實的應用案例。

本期應用論壇為讀者帶來鑄造材料制造企業服務于鑄鋼行業的解決方案。

蘇州興業材料科技股份有限公司副總經理 馬西林

馬總對鑄鋼補縮技術、冒口設計，以及冒口類型和選擇應用進行了詳細闡述，實用價值非常高。

鑄造過程是一個復雜的系統工程，涉及到的影響因素很多，鑄造工藝設計的實質就是根據鑄件質量的要求，分析主要影響因素，尋找控制途徑，制定工藝措施的過程。

計算機輔助鑄造工藝設計的開發和應用，成為鑄造工藝設計優化和鑄件形成過程質量控制的一種有效手段。

目前國內外鑄造行業的研究機構和生產廠家競相研制并推出各種鑄件凝固模擬軟件，使凝固技術定量化、智能化、程序化。內容包括工藝方案選擇，澆注系統尺寸計算，冒口類型，位置與尺寸的確定，使缺陷預測和工藝優化更具科學性、合理性。

（1）普通冒口 由于普通冒口與鑄型采用同一種造型材料，金屬液充滿冒口后，其熱量就通過側面和頂面散發，冒口由表層向中心開始凝固。冒口中的金屬液除用于補縮冒口自身外，只有占6%～10%的金屬液用于補縮鑄件。為使冒口在整個凝固期間有充足的金屬液補償鑄件的體收縮，獲得致密的鑄件，冒口就需設計得較大、較高。盡管冒口可以回爐，但仍耗費大量的人力、物力和能源，使鑄件成本上升。

（2）保溫冒口套 保溫冒口套由絕熱材料、耐火骨料和粘結劑組成，常用的有纖維復合型、煙道灰（漂珠）珍珠巖復合型、陶粒復合型等。用這些材料做的冒口套重量輕，耐火度高，熱損失小，保溫性能好，工藝出品率能提高10%～20%，具有較好的技術效果和經濟效益。

纖維復合型保溫冒口套是用有機纖維、無機纖維、耐火骨料作原料，以樹脂為粘結劑，采用特殊的真空成形工藝制成，冒口形成多孔狀的網絡結構，并以層狀均勻地堆積。這樣在保溫材料內部造成了大量的彌散性細孔，另外，冒口套材料中的有機纖維經過高溫金屬液的作用燒灼碳化，進一步增加了內部結構中的微孔數量，顯氣孔率高達65%～70%，阻止了高溫狀態下的熱傳導和熱輻射，因此，它具有良好的保溫性能，更有利于鑄件的補縮。

煙道灰（漂珠）復合型保溫冒口套中的漂珠是一種中空的球形細顆粒，用它制成的冒口絕熱保溫性能更勝于纖維復合型保溫冒口套。

（3）發熱保溫冒口套 發熱套冒口和發熱劑冒口統稱發熱冒口。用發熱材料制做冒口套，澆注時冒口中的金屬液與發熱材料發生熱化學反應，放出的熱量和持續的時間，在鑄件凝固過程中能維持冒口中的金屬液長時間為液態。

發熱劑冒口是在普通冒口的頂面撒入發熱劑的冒口，它同樣起到加熱金屬液的作用。發熱冒口補縮效率比普通冒口補縮效率高很多，冒口尺寸設計也可比普通冒口小，鑄件的工藝出品率較高。

發熱保溫冒口套是用絕熱材料、發熱材料制做的冒口套，它集合了保溫冒口和發熱冒口的優點，補縮效率是普通冒口的3倍，是目前鑄造行業最先進的工藝技術之一。

另外，明冒口加覆蓋劑能發揮最佳效果。覆蓋劑的種類主要有：草木灰、碳化稻殼、焦炭粉、煙道灰、鋁熱劑、石墨渣及復合型發熱保溫覆蓋劑等。大量試驗和生產實踐表明，明冒口不加覆蓋劑，補縮效率很差，即使采用了保溫冒口或發熱保溫冒口，也不能獲得預期的效果。在延緩冒口凝固的過程中，覆蓋劑的作用占30%～50%，保溫套的作用占50%～70%。覆蓋劑與保溫冒口或發熱保溫冒口聯合使用，就更能顯示出其保溫效果，使冒口凝固時間成倍增加。覆蓋劑強化冒口的作用不差于保溫冒口本身，必須引起足夠的重視。覆蓋劑種類不同，作用和效果也不同，企業需根據鑄件材質及技術工藝要求合理選擇。

濟南圣泉集團股份有限公司副總經理 張科峰

張總全面分析了堿性酚醛樹脂特點、需注意的問題，以及生產中的關鍵控制措施，給出了相關應用案例，為充分發揮堿性酚醛樹脂的優點提供了切實的方案。

21世紀初，堿性酚醛樹脂在國內合資、獨資鑄造廠開始應用，新建鑄鋼廠或水玻璃砂工藝改造大部分選用該工藝，主要應用于鑄鋼、鑄鐵和有色合金，近幾年發展迅速。

堿酚樹脂工藝具有如下特點：

（1）樹脂不含氮，固化劑不含S、P，避免鑄件表面產生增S引起的組織惡化、熱裂及氮氣孔等缺陷。

（2）該硬化體系在高溫下有熱塑性和二次硬化過程，因此，可大大減少鑄鋼件和球墨鑄鐵件的熱裂紋和毛刺缺陷。

（3）該工藝在混砂、造型、制芯、澆注過程中，不產生有害和有刺激性氣體，明顯改善了勞動條件。

（4）潰散性好，減少清砂工時，提高勞動效率。

（5）可用多種原砂，對原砂適應性好。

（6）加入量偏大。

（7）砂再生性能較呋喃樹脂差。

針對堿酚樹脂工藝的特點，實際生產中有一些需關注的問題：一是要充分認識到造型和制芯時振動、緊實的重要性。緊實度高些，不但能提高型芯強度、表面質量，還能減少粘砂、氣孔缺陷，降低樹脂用量和涂料消耗。二是要充分認識到型芯砂分類管理的重要性，一方面可物盡其用，減少浪費；另一方面可減少再生壓力，實現良性循環。三是砂再生。堿酚醛樹脂膜韌性好，砂再生效果比呋喃樹脂差，因此需采取保證原砂質量，選用優級再生設備，減少樹脂加入量，降低砂鐵比，以及加強再生設備維護等綜合措施。

另外，企業應加強物料消耗管理，以降低成本，減少浪費。同時，需有合適的設備和方法，如選用固化速度自動調節儀，根據樹脂加入量自動調整固化劑的加入量，并可以遠程監控設備的運行狀態。

堿酚醛樹脂自硬砂工藝，以其獨特的優點正迅速擴大應用范圍。但我們必須對使用中的某些問題加以關注，如砂再生、型芯砂分級、物料消耗管理等，并采取相應措施，才能充分發揮該工藝的優勢。

邦尼化工（天津）有限公司技術服務工程師 唐盛來

唐工對國內鑄鋼行業幾種主流型砂粘結劑的使用現狀和性能做了分析和對比，并結合目前鑄鋼行業的發展及各樹脂砂的綜合特性，提出了中小型鑄鋼廠樹脂砂技改方案建議，并展示了實施案例。

近年來，作為我國國民經濟基礎行業之一的鑄鋼行業遇到了前所未有的挑戰，或許可以說是行業洗牌，諸多的外力使得國內的鑄造廠都把提高鑄件質量和可靠性，生產優質近凈成形鑄件；加強環保，實現清潔可持續性生產；降低生產成本；縮短交貨期四項目標作為自己的主要任務。

在支撐鑄造廠上述四大目標的因素中，造型材料的質量和應用占據著十分重要的地位。進入21世紀以來，對各種新型鑄造粘結劑材料的研究和應用進展迅猛。目前，國內各大、中、小型鑄鋼企業逐漸采用自硬砂工藝，確切地說在造型方面傳統的石灰石砂、吹CO2水玻璃砂已逐漸被淘汰，取而代之的是目前廣泛應用的幾種主流自硬砂粘結劑工藝：即水玻璃自硬砂、呋喃樹脂砂、堿酚醛樹脂砂工藝，以及新型的改性甲階酚醛樹脂——邦尼樹脂砂工藝。

從行業來看，大型鑄鋼件在國內幾大重機廠使用堿酚醛樹脂較多（以二重、太重為代表），同時也有使用酯硬化水玻璃砂工藝（以鞍機總、中信重工為代表）；鐵路系統車架鑄鋼件均以脂硬化水玻璃砂機械化造型線為主；其他諸如不銹鋼鑄件等基本是以各類樹脂砂工藝為主。

從地域性質來看，偏南方地區的鑄鋼廠使用的樹脂砂居多，偏北方（含河南區域）的鑄鋼廠使用水玻璃砂居多。

也有一些鑄鋼廠使用呋喃樹脂砂制造大型鑄鋼件，如共享鑄鋼。

國內中小鑄鋼廠，由于對樹脂砂缺乏了解，以及自身產品等級不高，同時也由于這些廠缺乏專業的鑄造人才，使得這些廠大多數停留在以水玻璃砂（多數是吹CO2水玻璃砂工藝）為主。近幾年，國內江浙地區不少鑄鋼廠通過設備與技術改造，率先成功使用了新型環保粘結劑，并取得了較大的成效，走在了國內同行前面。

邦尼樹脂是近年來邦尼公司研制并推向市場的一款新型環保鑄鋼專用粘結劑，就其分子結構而言，是屬于“改性甲階酚醛樹脂”，具體講是一種新型的完全不含甲醛與苯酚并兼具目前常規樹脂中各項優越綜合性能的環保專業鑄鋼樹脂。該樹脂既具有酚醛樹脂的二次硬化等一系列特性，又保持了呋喃樹脂的強度、潰散性、使用適應性及高再生性。目前該樹脂已經在30多家鑄鋼企業使用及試用，產品涉及到各類材質、結構及無損檢測等級的鑄鋼件，單件重量從幾十公斤到160余噸，取得了顯著的成效。

隨著鑄造市場的不斷發展，以及國際、國內相關政策的影響，做為鑄造原輔材料也要不斷突破發展，以適應外界的進步，留住自身的價值。從目前來看，幾大主流粘結劑材料是競相發展，其他粘結劑也是百花齊放，但對于鑄造廠來說不管選定何種粘結劑工藝方法，都需要工廠的有關技術、作業人員對所選工藝及材料性能具有較深入的理解與把握。從可持續性發展的角度來看，粘結劑鑄造材料的發展必然要走向環保、高效、節能，這樣的材料才更具生命力。

（20131020）