某鑄造車間呋喃樹脂砂生產線空氣質量檢測研究

呼延革 薛敬波

摘 要：應用化學分析對國內某鑄造車間，生產環境進行分析，并得出車間白天甲醛、甲苯氣體含量高，是由于呋喃樹脂中甲醛、甲苯含量超標，夜間二氧化硫、硫化氫及一氧化碳含量高，主要是由于樹脂砂中固化劑含有硫酸等酸類，遇高溫鐵水產生二氧化硫、硫化氫等有害氣體，及樹脂遇高溫鐵水產生一氧化碳等含碳氣體，建議該車間改造增設除塵通風設備，及采購含游離甲醛低的樹脂固化劑等。

關鍵詞：呋喃樹脂砂；固化劑；甲醛；有害氣體

國內某鑄造車間使用粘土砂生產鑄件，經設備改造現采用呋喃樹脂砂造型生產，車間環境隨之得到改善，粉塵、噪音明顯減少，但帶來一些新的環境問題，尤其是對車間空氣質量的影響。

1 檢查試驗

現場檢測車間大氣中存在游離甲醛、二氧化硫、甲苯等氣體，表1為車間正常生產一天24h內，每隔兩小時測一次各種有害氣體含量隨時間變化情況。

由圖1可看出，游離甲醛和甲苯氣體在9點至17點范圍內濃度較高，此時間段即為白天制芯造型階段，主要是樹脂砂揮發和硬化期；而二氧化硫、硫化氫及一氧化碳在凌晨1點到5點范圍內濃度較高，主要原因是夜間澆注，樹脂砂遇高溫鐵水產生某種化學反應造成的。

2 原因分析

白天在9點至17點之間，甲醛和甲苯氣體含量較高，而此階段主要從事樹脂砂制芯造型，及型芯型腔的涂刷階段，甲醛、甲苯兩種有害氣體來源于呋喃樹脂造型及固化階段或涂料涂刷階段，或兩種共同產生的結果，為此對車間用的樹脂、固化劑、涂料進行了相關分析。

2.1 原材料分析

呋喃樹脂固化分析：該鑄造車間使用樹脂為甲醛改性呋喃

呋喃樹脂硬化機理較復雜，分為初期反應和終期反應兩階段，如圖2所示。

從上述反應式看出，呋喃樹脂硬化過程并無有害物產生，所以呋喃樹脂固化階段可以排除產生甲醛和甲苯氣體。

2.2 呋喃樹脂及固化劑成分分析

對呋喃樹脂進行檢測結果如表2所示。

從表2可看出樹脂中流離甲醛含量較高，車間白天進行制芯舂砂過程中樹脂砂中的甲醛大量揮發，導致白天9點至17點工作期間車間大氣甲醛含量較高。

夜間車間進行澆注，高溫鐵水與樹脂砂接觸后會發生化學反應，經實驗測得，固化劑及固化劑中的游離硫酸經高溫后會分解出二氧化硫和硫化氫等氣體，如下反應式所示：

呋喃樹脂經高溫后也會分解出一氧化碳及水蒸汽。所以凌晨1點到5點范圍內二氧化硫、硫化氫及一氧化碳有害氣體含量較高。

2.3 涂料及其燃燒產物分析

該車間所用涂料為國產某型醇基涂料，涂刷后進行點燃。對其成分進行分析主要含有：鋯砂粉、鋁礬土、石墨、乙醇、甲醇、已丙醇、甲醛、百里酚等，燃燒后主要產生水和二氧化碳。在涂刷和燃燒過程中會揮出：乙醇、甲醇、已丙醇、甲醛、百里酚等氣體，而甲醇及甲醛、百里酚均對人體有害，其中甲醇在現場涂刷區濃度高達300ppm，而甲醛僅0.5ppm。所以涂料是甲醛氣體的來源之一，但不是主要來源。

3 解決措施

經調查發現該車間為了節約成本，舊砂回收利用次數較多，且除塵設備工作效率偏低，回用砂中灰分較多，較多的灰分會使樹脂砂抗拉強度降低，為了達到生產所要求的強度，現場操作時不得不多加入樹脂和固化劑，不但未降低生產成本，反而影響車間內的環境，為此建議該鑄造車間采取以下措施：

（1）更新除塵設備，加大對回用砂中灰分的清除，嚴格控制舊砂回用次數，多用含灰分較少的新砂。（2）對采購的樹脂和固化劑嚴格控制，選擇游離甲醛含量低的樹脂，推薦樹脂中游離甲醛含量≤0.4%。（3）在能達到生產要求時盡可能少有樹脂、固化劑。（4）建議該鑄造車間對車間造型制芯區增設通風換氣設備。

4 結束語

應用化學分析對車間，生產環境的檢查改進有指導性作用，文章通過對國內某鑄造車間正常生產期間進行大氣環境檢查并得出車間白天甲醛、甲苯氣體含量高，夜間二氧化硫、硫化氫及一氧化碳有害氣體含量高等現象，并通過化學分析得出產生這種現象的原因，最終建議該車間改造增設除塵通風設備，及采購含游離甲醛低的樹脂固化劑等措施。

參考文獻

[1]謝明師.呋喃樹脂自硬砂實用技術[M].北京：機械工業出版社，1995.

[2]吳殿杰. 呋喃樹脂砂鑄造生產及應用實例（第2版） [M].北京：化學工業出版社，2012.