新型酯硬化水玻璃砂在槽幫生產中的應用

胡貴敏

（中煤張家口煤礦機械有限責任公司鑄造分公司，河北張家口 075000）

中煤張家口煤礦機械有限責任公司是專業從事井工煤礦成套設備制造的企業，采煤刮板輸送機是其主導產品。鑄造槽幫是刮板輸送機的主要組成部分，其質量的優劣直接影響著刮板輸送機的使用壽命。鑄造分公司擔負著刮板輸送機用槽幫主要生產任務，車間配置一條年生產能力8000tVRH 造型線和一條年生產能力8000t 堿酚醛樹脂砂造型線。隨著公司大運量高可靠性重型綜采刮板輸送機研發，部分槽幫單件質量達到1.8t，樹脂砂工藝在推移耳、凹凸端等熱節處產生氣孔、裂紋缺陷，雖然采用冷鐵、鉻鐵礦砂、割筋、優化澆注系統等多種措施，均沒有徹底消除氣孔和裂紋缺陷。2016 年鑄造分公司對原有堿酚醛樹脂砂工藝改為新型酯硬化水玻璃自硬砂工藝。經過多年生產實踐證明，新型酯硬化水玻璃砂工藝性能、鑄件質量和尺寸精度接近于樹脂砂，且裂紋、氣孔傾向小，無有毒有害氣體，對環境無污染，舊砂干法再生后經過水洗可直接替代新砂使用。2021 年用新型酯硬化水玻璃砂生產8950t 刮板輸送機用槽幫鑄件各項指標均達到了客戶的質量要求。

1 酯硬化水玻璃砂生產的產品與造型生產線配置

刮板輸送機用鏟板槽幫和擋板槽幫見圖1、圖2 所示。

圖1 鏟板槽幫

圖2 擋板槽幫

造型生產線配置：固定雙臂連續混砂機（40t/h）、混制鉻鐵礦砂用全自動碗型混砂機、震實臺、翻轉起模機、線上流涂機、自動合箱機、預表干終表干爐各1 臺。造型生產線由造型準備、填砂震實、硬化、起模、表干、流涂、下芯、合箱、澆注冷卻等工位與傳送輥道組成，可實現單班6h 15 箱鑄造槽幫的生產能力。該造型生產線自動化程度高，設置了智能流量檢測反饋自動補償技術、液料恒溫供給系統、智能環保除塵系統。槽幫鑄件一箱兩件，不同長度和重量鏟板與擋板均可上線生產。制芯配置15t/h 固定雙臂連續混砂機1 臺、混制鉻鐵礦砂用全自動碗型混砂機1 臺，用于手工制芯。

2 酯硬化水玻璃砂用原材料技術要求

2.1 硅砂

鑄造用硅砂是以石英為主要礦物成分，粒徑為0.020mm～3.350mm 的耐火顆粒物。優質的硅砂有利于以較少的水玻璃和酯的加入量獲得較高強度和潰散性好的型芯砂。硅砂中細粉含量、含泥量、含水量對強度影響最大，為了降低水玻璃加入量和生產成本，經過多年的試驗總結，將舊砂再生后進行水洗當新砂使用能滿足我公司生產需要。舊砂再生和水洗過程要嚴格控制粒度、含水量、含泥量、角形系數、SiO2含量、殘留Na2O 含量、細粉含量等指標，如表1 所示。

表1 型砂技術要求

2.2 新型高潰散抗潮改性水玻璃

有機酯水玻璃自硬砂工藝不但與材料、溫度有關，而且這些因素相互影響。河北天琦新型高潰散抗潮改性水玻璃具有硬透性好、強度高、粘度低特性，在生產過程中根據溫度水玻璃模數、型砂狀況以及造型工藝對型砂可使用時間的要求和各影響因素的變化情況，將快速、中速、慢速有機酯按不同比例搭配使用，一般冬季使用L-01，夏季使用L-07，春秋季使用L-04。我公司選用TGX-903-GK 水玻璃搭配L-01、L-04、L-07 不同比例的固化劑可滿足不同季節生產要求。新型高潰散抗潮改性水玻璃和有機酯固化劑技術要求見表2 和表3。

表2 新型高潰散抗潮改性水玻璃技術要求

表3 有機酯固化劑技術要求

3 酯硬化水玻璃砂工藝配比與性能指標

3.1 新型高潰散抗潮改性水玻璃砂工藝配比

固化劑加入量不足，硬化反應不充分，型砂強度低，固化劑加入量過多，會使反應過度，型砂強度下降，多余的固化劑增加發氣量，因此酯硬化水玻璃砂最佳配比是保證鑄件質量的關鍵所在，需要結合自身實際不斷摸索與總結最佳的工藝配比與要求。槽幫三字槽、啞鈴窩關鍵使用位置，推移耳、鏟面等熱節部位放置鉻鐵礦砂，其水玻璃加入量為1.8%～2.0%，固化劑加入量占水玻璃含量的10%～13%。造型工藝采用面砂和背砂兩種配方，面砂為混合砂，其中水洗再生砂占40%，干法再生砂占60%，面砂水玻璃加入量2.2%～2.5%，面砂固化劑加入量占水玻璃10%～13%。背砂為單一干法再生砂占100%，背砂水玻璃加入量2.4%～2.8%，背砂固化劑加入量占水玻璃的13%～15%。制芯為單一水洗再生砂占100%，水玻璃加入量2.5%～2.8%，固化劑加入量占水玻璃的13%～15%。

3.2 性能指標

對于酯硬化水玻璃砂工藝而言，型砂的終強度、硬化速度、可使用時間、存放性、潰散性等參數是衡量其性能好壞的主要指標。足夠的終強度是合格鑄件的基本保障，生產過程中根據鑄件重量與壁厚選擇合適的砂型強度，可通過控制型砂各項指標與舊砂再生、除塵和水洗各環節綜合調節終強度，切不可為了提高強度不斷增加水玻璃加入量使砂系統進入惡性循環。我公司生產槽幫單件重550kg～1800kg 之間，面砂24h 抗拉強度控制在0.3MPa～0.5MPa、背砂0.2MPa～0.3MPa、制芯0.4MPa～0.6MPa，能滿足質量要求。

表4 性能指標

4 新型酯硬化水玻璃砂在槽幫生產中的質量控制

4.1 原材料入廠檢驗與生產過程質量數據檢測

嚴格原材料的入廠檢驗，不合格材料不得進入車間，認真執行酯硬化水玻璃砂工藝規程，砂流量、水玻璃流量、固化劑流量準確稱量，面砂、背砂、芯砂強度每班次取樣檢測，嚴控水洗再生砂、干法再生砂各項指標從而實現在強度夠用的情況下降低水玻璃及固化劑加入量提高潰散性。根據不同季節對砂溫、液料溫度適時調整水玻璃模數與不同速度有機酯固化劑比例。

4.2 型砂緊實度與排氣

砂型表面緊實、光滑、強度高是獲得高質量鑄件的前提。砂型緊實度太高或太低對鑄件質量都會產生不利影響。酯硬化水玻璃砂生產線適度的緊實效果主要靠震實臺來完成，但是冒口根部、活塊死角位置、凹凸端鏟角等位置需要手動搗實，放砂結束后在可操作性時間內啟動震實臺對砂型及時震實。酯硬化水玻璃砂工藝比傳統CO2水玻璃砂工藝發氣量大，容易憋氣產生氣孔，工藝上要求模型與芯頭、分型面等位置上做好排氣措施，造型后砂型表面扎出氣孔，確保澆注時型腔排氣通暢。

4.3 模型保養以及設備、工裝維護

模型及芯盒質量直接決定了鑄件質量，模型及芯盒使用時注意保護，要定期檢查芯頭配合間隙，活塊定位是否準確，模型表面脫落、變形、缺肉、拉毛等問題及時修復，提高模型表面粗糙度。模型使用后及時保養，吹掃干凈浮砂，澆口、冒口、活塊歸位噴涂脫模劑待用。混砂機葉片、液料噴嘴及時清理，再生機、翻轉起模機、加熱裝置、除塵等設備定期維護。認真檢查相關工裝，箱帶凸起、箱把短缺、砂箱變形等情況不得使用，砂箱內壁增加防滑脫結構，確保砂型在翻轉、吊運、存放過程中不會沉箱蠕變、塌砂、變形。

4.4 施涂過程控制

優質的涂料及施涂工藝是提高鑄件表面的有效措施之一，由于酯硬化水玻璃砂對水分比較敏感，涂料中的水分會降低砂型強度，因此要采用流平性較好的醇基快干涂料流涂工藝，涂層厚度均勻，表面光潔，鑄件棱角清晰，表面質量高，節省涂料，對環境污染小，并嚴格控制涂料波美度、粘度、懸浮率及發氣量。

5 結束語

采用新型酯硬化水玻璃砂工藝生產鑄造槽幫表面質量好，尺寸精度高，還可以克服樹脂砂易產生裂紋的缺點。

新型酯硬化水玻璃適用性廣，石英砂、鉻鐵礦砂、寶珠砂均可使用，再生砂水洗后可代替新砂當面砂使用，節約資源，利于環境保護，實現綠色清潔鑄造生產。

通過嚴格控制原材料以及加強現場工藝執行，水玻璃加入量可大幅降低，使型砂潰散性大為改善，縮短清理時間，降低勞動強度。