新型酯硬化水玻璃砂在槽幫生產(chǎn)中的應(yīng)用

胡貴敏

（中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司鑄造分公司，河北張家口 075000）

中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司是專業(yè)從事井工煤礦成套設(shè)備制造的企業(yè)，采煤刮板輸送機(jī)是其主導(dǎo)產(chǎn)品。鑄造槽幫是刮板輸送機(jī)的主要組成部分，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著刮板輸送機(jī)的使用壽命。鑄造分公司擔(dān)負(fù)著刮板輸送機(jī)用槽幫主要生產(chǎn)任務(wù)，車間配置一條年生產(chǎn)能力8000tVRH 造型線和一條年生產(chǎn)能力8000t 堿酚醛樹脂砂造型線。隨著公司大運(yùn)量高可靠性重型綜采刮板輸送機(jī)研發(fā)，部分槽幫單件質(zhì)量達(dá)到1.8t，樹脂砂工藝在推移耳、凹凸端等熱節(jié)處產(chǎn)生氣孔、裂紋缺陷，雖然采用冷鐵、鉻鐵礦砂、割筋、優(yōu)化澆注系統(tǒng)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(duì)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(jīng)過多年生產(chǎn)實(shí)踐證明，新型酯硬化水玻璃砂工藝性能、鑄件質(zhì)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(duì)環(huán)境無污染，舊砂干法再生后經(jīng)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(chǎn)8950t 刮板輸送機(jī)用槽幫鑄件各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了客戶的質(zhì)量要求。

1 酯硬化水玻璃砂生產(chǎn)的產(chǎn)品與造型生產(chǎn)線配置

刮板輸送機(jī)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(chǎn)線配置：固定雙臂連續(xù)混砂機(jī)（40t/h）、混制鉻鐵礦砂用全自動(dòng)碗型混砂機(jī)、震實(shí)臺(tái)、翻轉(zhuǎn)起模機(jī)、線上流涂機(jī)、自動(dòng)合箱機(jī)、預(yù)表干終表干爐各1 臺(tái)。造型生產(chǎn)線由造型準(zhǔn)備、填砂震實(shí)、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(shí)現(xiàn)單班6h 15 箱鑄造槽幫的生產(chǎn)能力。該造型生產(chǎn)線自動(dòng)化程度高，設(shè)置了智能流量檢測(cè)反饋?zhàn)詣?dòng)補(bǔ)償技術(shù)、液料恒溫供給系統(tǒng)、智能環(huán)保除塵系統(tǒng)。槽幫鑄件一箱兩件，不同長(zhǎng)度和重量鏟板與擋板均可上線生產(chǎn)。制芯配置15t/h 固定雙臂連續(xù)混砂機(jī)1 臺(tái)、混制鉻鐵礦砂用全自動(dòng)碗型混砂機(jī)1 臺(tái)，用于手工制芯。

2 酯硬化水玻璃砂用原材料技術(shù)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(yōu)質(zhì)的硅砂有利于以較少的水玻璃和酯的加入量獲得較高強(qiáng)度和潰散性好的型芯砂。硅砂中細(xì)粉含量、含泥量、含水量對(duì)強(qiáng)度影響最大，為了降低水玻璃加入量和生產(chǎn)成本，經(jīng)過多年的試驗(yàn)總結(jié)，將舊砂再生后進(jìn)行水洗當(dāng)新砂使用能滿足我公司生產(chǎn)需要。舊砂再生和水洗過程要嚴(yán)格控制粒度、含水量、含泥量、角形系數(shù)、SiO2含量、殘留Na2O 含量、細(xì)粉含量等指標(biāo)，如表1 所示。

表1 型砂技術(shù)要求

2.2 新型高潰散抗潮改性水玻璃

有機(jī)酯水玻璃自硬砂工藝不但與材料、溫度有關(guān)，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(qiáng)度高、粘度低特性，在生產(chǎn)過程中根據(jù)溫度水玻璃模數(shù)、型砂狀況以及造型工藝對(duì)型砂可使用時(shí)間的要求和各影響因素的變化情況，將快速、中速、慢速有機(jī)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(jié)生產(chǎn)要求。新型高潰散抗潮改性水玻璃和有機(jī)酯固化劑技術(shù)要求見表2 和表3。

表2 新型高潰散抗潮改性水玻璃技術(shù)要求

表3 有機(jī)酯固化劑技術(shù)要求

3 酯硬化水玻璃砂工藝配比與性能指標(biāo)

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(yīng)不充分，型砂強(qiáng)度低，固化劑加入量過多，會(huì)使反應(yīng)過度，型砂強(qiáng)度下降，多余的固化劑增加發(fā)氣量，因此酯硬化水玻璃砂最佳配比是保證鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵所在，需要結(jié)合自身實(shí)際不斷摸索與總結(jié)最佳的工藝配比與要求。槽幫三字槽、啞鈴窩關(guān)鍵使用位置，推移耳、鏟面等熱節(jié)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(biāo)

對(duì)于酯硬化水玻璃砂工藝而言，型砂的終強(qiáng)度、硬化速度、可使用時(shí)間、存放性、潰散性等參數(shù)是衡量其性能好壞的主要指標(biāo)。足夠的終強(qiáng)度是合格鑄件的基本保障，生產(chǎn)過程中根據(jù)鑄件重量與壁厚選擇合適的砂型強(qiáng)度，可通過控制型砂各項(xiàng)指標(biāo)與舊砂再生、除塵和水洗各環(huán)節(jié)綜合調(diào)節(jié)終強(qiáng)度，切不可為了提高強(qiáng)度不斷增加水玻璃加入量使砂系統(tǒng)進(jìn)入惡性循環(huán)。我公司生產(chǎn)槽幫單件重550kg～1800kg 之間，面砂24h 抗拉強(qiáng)度控制在0.3MPa～0.5MPa、背砂0.2MPa～0.3MPa、制芯0.4MPa～0.6MPa，能滿足質(zhì)量要求。

表4 性能指標(biāo)

4 新型酯硬化水玻璃砂在槽幫生產(chǎn)中的質(zhì)量控制

4.1 原材料入廠檢驗(yàn)與生產(chǎn)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)檢測(cè)

嚴(yán)格原材料的入廠檢驗(yàn)，不合格材料不得進(jìn)入車間，認(rèn)真執(zhí)行酯硬化水玻璃砂工藝規(guī)程，砂流量、水玻璃流量、固化劑流量準(zhǔn)確稱量，面砂、背砂、芯砂強(qiáng)度每班次取樣檢測(cè)，嚴(yán)控水洗再生砂、干法再生砂各項(xiàng)指標(biāo)從而實(shí)現(xiàn)在強(qiáng)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(jù)不同季節(jié)對(duì)砂溫、液料溫度適時(shí)調(diào)整水玻璃模數(shù)與不同速度有機(jī)酯固化劑比例。

4.2 型砂緊實(shí)度與排氣

砂型表面緊實(shí)、光滑、強(qiáng)度高是獲得高質(zhì)量鑄件的前提。砂型緊實(shí)度太高或太低對(duì)鑄件質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生不利影響。酯硬化水玻璃砂生產(chǎn)線適度的緊實(shí)效果主要靠震實(shí)臺(tái)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(dòng)搗實(shí)，放砂結(jié)束后在可操作性時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)震實(shí)臺(tái)對(duì)砂型及時(shí)震實(shí)。酯硬化水玻璃砂工藝比傳統(tǒng)CO2水玻璃砂工藝發(fā)氣量大，容易憋氣產(chǎn)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(shí)型腔排氣通暢。

4.3 模型保養(yǎng)以及設(shè)備、工裝維護(hù)

模型及芯盒質(zhì)量直接決定了鑄件質(zhì)量，模型及芯盒使用時(shí)注意保護(hù)，要定期檢查芯頭配合間隙，活塊定位是否準(zhǔn)確，模型表面脫落、變形、缺肉、拉毛等問題及時(shí)修復(fù)，提高模型表面粗糙度。模型使用后及時(shí)保養(yǎng)，吹掃干凈浮砂，澆口、冒口、活塊歸位噴涂脫模劑待用。混砂機(jī)葉片、液料噴嘴及時(shí)清理，再生機(jī)、翻轉(zhuǎn)起模機(jī)、加熱裝置、除塵等設(shè)備定期維護(hù)。認(rèn)真檢查相關(guān)工裝，箱帶凸起、箱把短缺、砂箱變形等情況不得使用，砂箱內(nèi)壁增加防滑脫結(jié)構(gòu)，確保砂型在翻轉(zhuǎn)、吊運(yùn)、存放過程中不會(huì)沉箱蠕變、塌砂、變形。

4.4 施涂過程控制

優(yōu)質(zhì)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(duì)水分比較敏感，涂料中的水分會(huì)降低砂型強(qiáng)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(zhì)量高，節(jié)省涂料，對(duì)環(huán)境污染小，并嚴(yán)格控制涂料波美度、粘度、懸浮率及發(fā)氣量。

5 結(jié)束語

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

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(dāng)面砂使用，節(jié)約資源，利于環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)綠色清潔鑄造生產(chǎn)。

通過嚴(yán)格控制原材料以及加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)工藝執(zhí)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(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。