國(guó)內(nèi)覆膜砂行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1、國(guó)內(nèi)覆膜砂行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)摘要：本文從覆膜砂的發(fā)展歷史，生產(chǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀等方面概述了國(guó)內(nèi)覆膜砂行業(yè)的現(xiàn)狀，并預(yù)測(cè)了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：覆膜砂；行業(yè)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)1發(fā)展歷史覆膜砂是由德國(guó)克洛寧博士于二次大戰(zhàn)期間發(fā)明的，其工藝過(guò)程是將粉狀的熱固性酚醛樹(shù)脂與原砂機(jī)械混合，加熱時(shí)固化。后發(fā)展成用熱塑性酚醛樹(shù)脂加潛伏性固化劑（烏洛托品）和潤(rùn)滑劑通過(guò)一定的覆膜工藝配制成覆膜砂，當(dāng)覆膜砂受熱時(shí)包覆在砂粒表面的樹(shù)脂熔融，在烏洛托品分解出的亞甲基的作用下，熔融的樹(shù)脂由線性結(jié)構(gòu)迅速轉(zhuǎn)變成不熔融的體型結(jié)構(gòu)，從而使覆膜砂固化成型。我國(guó)的覆膜砂技術(shù)始于20世紀(jì)50年代中期，60年代曾經(jīng)一度停用。進(jìn)入80年代，由于

2、汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展和機(jī)械產(chǎn)品出口的需要，對(duì)鑄件的質(zhì)量提出了更高的要求，從而促進(jìn)了覆膜砂生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展1。1986年濟(jì)南鑄造鍛壓技術(shù)研究所首先開(kāi)發(fā)出了新型覆膜砂生產(chǎn)技術(shù)，樹(shù)脂加入量由80年代初的610%下降到34%，接近同期國(guó)際先進(jìn)水平。90年代初期全國(guó)各地的覆膜砂廠迅速發(fā)展起來(lái)，新產(chǎn)品、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，到21世紀(jì)，我國(guó)覆膜砂行業(yè)的年產(chǎn)銷(xiāo)量已經(jīng)達(dá)到90萬(wàn)噸以上，廣泛用于汽車(chē)缸體、缸蓋、進(jìn)氣歧管，各類(lèi)管件、泵體等各種復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)。2生產(chǎn)現(xiàn)狀據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)目前有覆膜砂生產(chǎn)企業(yè)近千家，年生產(chǎn)能力大多在1000噸以下，年生產(chǎn)能力在1萬(wàn)噸以上的不足10家。各廠技術(shù)水平和檢測(cè)手段差別較大，下面我們從

3、覆膜砂的原材料、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝及檢測(cè)等方面論述覆膜砂生產(chǎn)的現(xiàn)狀。2.1原輔材料2.1.1骨料骨料是構(gòu)成覆膜砂的主體，對(duì)骨料的要求是：耐火度高，揮發(fā)物少，顆粒自身強(qiáng)度高，一般選用天然硅砂，這主要是由于其儲(chǔ)量豐富，價(jià)格便宜，能滿(mǎn)足鑄造要求。只有特殊要求的鑄件才采用特種砂（如鋯砂、鉻鐵礦、陶粒砂、磁鐵礦砂等）作為覆膜砂的骨料。對(duì)硅砂的一般要求是：A.SiO2：鑄鐵及有色鑄造用砂要求在90%以上,鑄鋼件要求在98%以上。B.偏酸性砂優(yōu)于偏堿性砂。C.含泥量<0.3%。D.粒度分布:宜采用3篩集中，5篩分散度。E.粒形:盡可能選用圓整性好的硅砂,角形系數(shù)一般應(yīng)小于1.3。通常硅砂通過(guò)二級(jí)擦洗即

4、可滿(mǎn)足要求，但為提高覆膜砂性能,可將硅砂酸洗或進(jìn)行高溫活性處理(900-1200培燒)。2.1.2 粘結(jié)劑目前普遍采用酚醛類(lèi)樹(shù)脂作為粘結(jié)劑, 酚醛類(lèi)樹(shù)脂有固體和液體,熱固體與熱塑性之分,通常采用熱塑性固態(tài)酚醛樹(shù)脂，對(duì)其性能要求是:A.聚合速度(熱板法):25-75SB.軟化點(diǎn)(環(huán)球法):90-105C.流動(dòng)性(斜板法):60-110mmD.游離酚含量(溴化法):4%粘結(jié)劑的性能對(duì)覆膜砂的質(zhì)量有重要影響,人們一直在致力于研究如何提高酚醛樹(shù)脂的性能,國(guó)外已開(kāi)發(fā)出不同性能的專(zhuān)用樹(shù)脂,如高強(qiáng)度低發(fā)氣樹(shù)脂、易潰散樹(shù)脂等，也有采用改性聚酯樹(shù)脂替代酚醛樹(shù)脂的報(bào)道，但未得到全面推廣，至今仍普遍采用改性酚醛樹(shù)脂

5、。我國(guó)近年來(lái)在覆膜砂專(zhuān)用酚醛樹(shù)脂的研究開(kāi)發(fā)方面發(fā)展較快，山東化工廠、青島化工廠、濟(jì)南圣泉股份有限公司等相繼開(kāi)發(fā)出了高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂，快聚速酚醛樹(shù)脂、易潰散酚醛樹(shù)脂等，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，尚有一定差距。2.1.3固化劑、潤(rùn)滑劑、添加劑覆膜砂常規(guī)的固化劑是烏洛托品，其加入量是樹(shù)脂的5%-20%。為滿(mǎn)足一些特殊要求（如防脫殼、快聚速等），一些企業(yè)開(kāi)發(fā)出了特種固化劑。潤(rùn)滑劑的作用是防止結(jié)塊,并提高覆膜砂的流動(dòng)性及脫模性.主要有硬脂酸鈣、硬脂酸銑銨等。潤(rùn)滑劑應(yīng)盡量選用熔點(diǎn)高的產(chǎn)品，以防止覆膜砂在使用過(guò)程中產(chǎn)生脫殼現(xiàn)象。添加劑的主要作用是改善覆膜砂的性能.目前廣泛使用的添加劑主要有耐高溫添加劑、易潰散添加劑、

6、增強(qiáng)增韌添加劑、防粘砂添加劑和濕態(tài)添加劑等。許多覆膜砂廠都有獨(dú)特的添加劑配方，添加劑的性能對(duì)特種覆膜砂的生產(chǎn)具有重要作用，是目前覆膜砂市場(chǎng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。2.2生產(chǎn)工藝及設(shè)備覆膜砂的混制方法經(jīng)歷了干混法、冷覆膜法、溫覆膜法、熱覆膜法4個(gè)階段，目前覆膜砂的生產(chǎn)幾乎都是采用熱覆膜法。熱法覆膜工藝是先將原砂加熱到一定溫度，然后分別與樹(shù)脂、烏洛脫品水溶液和硬脂酸鈣混合攪拌，經(jīng)冷卻破碎和篩分而成。由于配方的差異，混制工藝有所不同。 典型的熱法覆膜工藝如下：目前國(guó)內(nèi)覆膜砂生產(chǎn)線的種類(lèi)很多，手工加料的半自動(dòng)生產(chǎn)線約有20002300條，電腦控制的全自動(dòng)生產(chǎn)線也已經(jīng)有將近50條，有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品穩(wěn)定

7、性。例如北京仁創(chuàng)鑄造有限公司的自動(dòng)化可視生產(chǎn)線，其加料時(shí)間控制精確到0.1秒，加熱溫度控制精確到1/10，并且可以通過(guò)視頻時(shí)時(shí)觀察混砂狀態(tài)，生產(chǎn)效率達(dá)到6噸/小時(shí)。設(shè)備圖片見(jiàn)圖1 圖1 全自動(dòng)可視生產(chǎn)線2.3主要產(chǎn)品類(lèi)型23目前我國(guó)商品化覆膜砂的主要品種如下：（1）普通類(lèi)覆膜砂由石英砂、熱塑性酚醛樹(shù)脂、烏洛托品和硬脂酸鈣組成，不加有關(guān)添加劑。適用于生產(chǎn)一般鑄鐵件。（2）高強(qiáng)度低發(fā)氣類(lèi)覆膜砂是普通覆膜砂的更新?lián)Q代產(chǎn)品，通過(guò)加入有關(guān)添加劑和采用新工藝配制而成，其強(qiáng)度比普通覆膜砂高30%以上，發(fā)氣量也明顯降低，適用于生產(chǎn)復(fù)雜精密鑄鐵件。（3）高溫類(lèi)覆膜砂在高溫下具有強(qiáng)度高、耐熱時(shí)間長(zhǎng)的特性，適用于生

8、產(chǎn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、集裝箱角等復(fù)雜薄壁鑄鐵件。（4）易潰散類(lèi)覆膜砂具有較好的強(qiáng)度，同時(shí)具有優(yōu)異的低溫潰散性能，適用于生產(chǎn)有色金屬鑄件。（5）其它特殊要求覆膜砂為適應(yīng)不同產(chǎn)品的需要，開(kāi)發(fā)出了系列特種覆膜砂如：離心鑄造用覆膜砂、激冷覆膜砂、濕態(tài)覆膜砂、防粘砂、防脈紋、防橘皮覆膜砂等。同時(shí)2004年新近推出的快速固化覆膜砂在具有各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上可以將固化速度提高30-70%，有效提高生產(chǎn)效率，并節(jié)約能源。3.檢測(cè)1992年修訂的覆膜砂行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的覆膜砂必檢指標(biāo)有：常溫抗彎強(qiáng)度、熱態(tài)抗彎強(qiáng)度、灼燒減量、粒度和熔點(diǎn)。可選檢測(cè)指標(biāo)有：常溫抗拉強(qiáng)度、熱態(tài)抗拉強(qiáng)度、發(fā)氣量和流動(dòng)性。近10年覆膜砂的性能

9、有了很大提高，相應(yīng)增加了一些新的檢測(cè)指標(biāo)：（1）高溫抗壓強(qiáng)度模擬鑄造的實(shí)際條件，測(cè)試覆膜砂芯在1000-1500時(shí)的抗壓強(qiáng)度。（2）耐熱時(shí)間測(cè)試覆膜砂芯在高溫下（700-1500）保持強(qiáng)度，不變形、不潰散的時(shí)間。（3）抗脫殼性測(cè)試覆膜砂的抗脫殼能力。目前我國(guó)覆膜砂檢測(cè)方面存在的主要問(wèn)題是（1）大多數(shù)企業(yè)的檢測(cè)手段并不完善。基本停留在檢測(cè)常溫強(qiáng)度、熔點(diǎn)、粒度和發(fā)氣量的初級(jí)階段；（2）國(guó)產(chǎn)覆膜砂檢測(cè)設(shè)備精確度和穩(wěn)定性不高，同一種設(shè)備在不同使用廠家的現(xiàn)場(chǎng)條件下，所檢測(cè)出覆膜砂的性能指標(biāo)有時(shí)差別比較大，例如常溫抗拉強(qiáng)度可以相差10公斤以上，發(fā)氣量相差5毫升以上。目前比較先進(jìn)的覆膜砂檢測(cè)儀器包括高溫性能

10、測(cè)試儀，發(fā)氣儀、熱態(tài)強(qiáng)度測(cè)試儀等，詳見(jiàn)圖2-圖4。 該儀器在制樣機(jī)上直接測(cè)定熱態(tài)強(qiáng)度，數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。4使用覆膜砂普遍存在的問(wèn)題及解決方法目前覆膜砂使用過(guò)程中的常見(jiàn)缺陷、產(chǎn)生原因及解決措施見(jiàn)表1 表1 覆膜砂使用過(guò)程中的常見(jiàn)缺陷、產(chǎn)生原因及解決措施344發(fā)展方向456根據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，由于覆膜砂工藝成熟、生產(chǎn)成本較低，并且對(duì)環(huán)境和型砂系統(tǒng)的影響較小，所以未來(lái)5年覆膜砂的用量會(huì)有一定的增長(zhǎng)，同時(shí)隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷加強(qiáng)，對(duì)覆膜砂的低污染和再生利用將不斷提出更高的要求。在覆膜砂生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)加強(qiáng)以下兩方面工作：（1）發(fā)低污染覆膜砂，主要從以下幾方面入手： 降低樹(shù)脂加入量及固化溫度； 提高覆膜砂的

11、綜合性能，尤其是高溫性能； 加強(qiáng)無(wú)污染的酚醛樹(shù)脂替代品的研究；。（2）提高覆膜砂再生能力覆膜砂再生利用一直是廣大專(zhuān)家關(guān)注的課題，目前的覆膜砂再生設(shè)備價(jià)格昂貴并且再生效率不高，生產(chǎn)效率為5噸/小時(shí)的熱法再生設(shè)備價(jià)格在1200-1600萬(wàn)元，再生覆膜砂的費(fèi)用為65-90元/噸，這樣的高成本還不能為國(guó)內(nèi)鑄造企業(yè)所普遍接受。所以開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的覆膜砂再生設(shè)備具有廣泛的市場(chǎng)前景。參考文獻(xiàn)：1朱世根，我國(guó)殼型（芯）用覆膜砂的發(fā)展，應(yīng)用先進(jìn)鑄造材料及工藝提高鑄件質(zhì)量研討會(huì)論文集，1999，137-1422李平，段漢橋，何光賢，等，耐高溫低發(fā)氣性覆膜砂在柴油機(jī)缸蓋上的試驗(yàn)及應(yīng)用J，造型材料，2004，（2）：9-113譚銀