為改變目前大型鑄鋼件及耐磨鑄件主流工藝—水玻璃砂生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，我們集成優(yōu)化水玻璃砂、自硬呋喃樹(shù)脂砂、堿性酚醛樹(shù)脂砂等的特性，研制超長(zhǎng)可使用時(shí)間樹(shù)脂、特慢固化劑，發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，遏制其不足。共同組成復(fù)合造型工藝成套技術(shù)，並將其應(yīng)用于核電、水電、火電設(shè)備等領(lǐng)域中的大型鑄鋼件和耐磨鑄件的生產(chǎn)，取得技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多疊效果。

1 復(fù)合造型工藝的研制

大型鑄鋼件大多為重大技術(shù)裝備中的主要承載件和支撐件，鑄件尺寸巨大，形狀復(fù)雜，截面厚薄懸殊。特別是核電、水電、火電設(shè)備等領(lǐng)域中的大型鑄鋼件工作時(shí)處于高溫、高壓狀態(tài)，對(duì)鑄件質(zhì)量要求日趨嚴(yán)苛。因此，其鑄造工藝過(guò)程非常復(fù)雜，對(duì)型砂工藝也提出了諸多功能要求，例如安全環(huán)保、優(yōu)異的鑄造性能、較低的生產(chǎn)成本等，如應(yīng)用單一的型砂工藝，就難以達(dá)到這些功能要求，更難獲得優(yōu)良的鑄件。因此，我們通過(guò)長(zhǎng)期研究與實(shí)踐，將水玻璃砂、自硬呋喃樹(shù)脂砂、堿性酚醛砂、潮模砂按不同鑄鋼件進(jìn)行集成組合成為復(fù)合型砂工藝，使其楊長(zhǎng)避短，受到多重效果。

大型鑄鋼件型砂工藝目前主要有水玻璃砂(CO2 吹氣硬化、有機(jī)酯硬化兩種工藝)、呋喃樹(shù)脂自硬砂、堿性酚醛樹(shù)脂自硬砂（CO2吹氣硬化、有機(jī)酯硬化兩種工藝）三種。

我國(guó)耐磨鑄件砂型鑄造的型砂工藝，耐磨鑄鋼大多采用水玻璃砂、自硬樹(shù)脂砂工藝，部分小件采用粘土砂工藝。耐磨鑄鐵采用粘土砂、自硬樹(shù)脂砂工藝。

分析鑄鋼件及耐磨鑄件目前生產(chǎn)現(xiàn)狀，因水玻璃砂具有生產(chǎn)成本低，環(huán)保性較好的特點(diǎn)，是主力生產(chǎn)工藝，但也有鑄件尺寸精度低，外觀質(zhì)量差，清整工作量大，舊砂回用難的問(wèn)題。自硬呋喃樹(shù)脂砂工藝成熟、適用范圍大，是目前應(yīng)用數(shù)量最多的樹(shù)脂自硬砂。但它比較突出和嚴(yán)重的問(wèn)題是易誘發(fā)鑄鋼件產(chǎn)生裂紋缺陷。尤其是薄壁、薄厚不均的鑄鋼件，為鑄鋼件生產(chǎn)成本和交貨期造成重大的不可預(yù)見(jiàn)因素。堿性酚醛樹(shù)脂砂由于其環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)及獨(dú)特的性能，加上堿性酚醛樹(shù)脂及配套固化劑的生產(chǎn)水平和質(zhì)量穩(wěn)定，許多鑄鋼企業(yè)在技術(shù)改造時(shí)把堿性酚醛樹(shù)脂砂作為選擇造型工藝。該工藝在大型或重型鑄鋼件及不銹鋼、高錳鋼等鑄件的生產(chǎn)中取得了很好的使用效果。

2 復(fù)合造型工藝在大型鑄鋼件的應(yīng)用

根據(jù)鑄造廠對(duì)高端、大型鑄鋼件和耐磨鑄鋼件的質(zhì)量要求，我們根據(jù)鑄造工廠的工況及鑄件的質(zhì)量要求，分別向多家鑄造廠提供了個(gè)性化的復(fù)合型砂工藝?，F(xiàn)以酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂＋酯硬化水玻璃砂；酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂＋CO2 硬化水玻璃砂；CO2 硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂＋CO2 硬化水玻璃砂這三種復(fù)合造型工藝為例，來(lái)敘述其工藝要點(diǎn)及收到的實(shí)際效果。

2.1 酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂+酯硬化水玻璃砂

（1）可使用時(shí)間

酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂和其他自硬樹(shù)脂砂一樣，有一共同特性是，剛混制好的型砂終強(qiáng)度較高，隨著存放時(shí)間的延長(zhǎng)，終強(qiáng)度會(huì)逐漸下降，當(dāng)降到只剩下70%終強(qiáng)度時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間稱為可使用時(shí)間。在可使用時(shí)間內(nèi)，型砂流動(dòng)性好，舂實(shí)時(shí)省力，強(qiáng)度高。所以必須在可使用時(shí)間內(nèi)完成造型或制芯。

可使用時(shí)間應(yīng)根據(jù)砂溫或氣溫的高低，選用相應(yīng)型號(hào)的酯。也可以用快酯或慢酯配合使用，調(diào)整快慢酯的比例來(lái)調(diào)整可使用時(shí)間的長(zhǎng)短，以適應(yīng)中小件造型節(jié)奏。也可使快慢酯自動(dòng)混合，以適應(yīng)大型鑄鋼件生產(chǎn)過(guò)程中不同階段對(duì)可使用時(shí)間的要求。通常單獨(dú)使用特慢酯與常規(guī)堿性酚醛樹(shù)脂（XY201）混合時(shí)，在春秋季可使用時(shí)間可≥l00min，夏季時(shí)可≥60min。

大型鑄鋼件地坑造型和手工砂箱造型都是原地澆注、保溫和打箱。在大型鑄件造型過(guò)程中，應(yīng)盡快擺放好澆注系統(tǒng)和冷鐵，必須在可使用的時(shí)間內(nèi)完成造型或制芯。此外，如果由于場(chǎng)地或工裝、設(shè)備等原因，需在澆注后不久的鑄型旁造型或制芯，要做好隔離控溫工作，盡量做到周邊環(huán)境溫度≤35℃。因環(huán)境溫度過(guò)高會(huì)使硬化速度太快，樹(shù)脂交聯(lián)不完整，會(huì)對(duì)強(qiáng)度造成很大影響。

（2）超長(zhǎng)可使用時(shí)間堿性酚醛樹(shù)脂

根據(jù)大型鑄鋼件生產(chǎn)過(guò)程的工況，我們與福建開(kāi)誠(chéng)機(jī)械有限公司合作開(kāi)發(fā)了超長(zhǎng)可使用時(shí)間的酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂XY201C，在大型鑄鋼件的生產(chǎn)中取得滿意的技術(shù)效果。

樹(shù)脂砂“可使用時(shí)間”通常約為“起模時(shí)間”的三分之一，從表1 可以看出砂溫20℃時(shí)，XY201C 樹(shù)脂“可使用時(shí)間”為125 min，XY201 樹(shù)脂為47 min，延長(zhǎng)166％；而砂溫45℃時(shí)，XY201C 樹(shù)脂“可使用時(shí)間”降為45 min，XY201 樹(shù)脂為26 min，延長(zhǎng)了73％。在此可使用時(shí)間內(nèi)，型砂流動(dòng)性好，舂實(shí)時(shí)省力，可以完成大型鑄鋼件型、芯長(zhǎng)時(shí)間的復(fù)雜操作，制成的型、芯起模后表面穩(wěn)定性良好。

（3）硬化特性及強(qiáng)度

慢酯和超長(zhǎng)可使用時(shí)間堿性酚醛樹(shù)脂固化速度很慢，硬化24h 后強(qiáng)度仍未達(dá)到較高值。硬化48h 后基本達(dá)到較高強(qiáng)度?？墒褂脮r(shí)間越長(zhǎng)，硬化時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)。由于大型鑄鋼件都是單件小批，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，造型、制芯后48h 的強(qiáng)度能滿足起模要求。

（4）硬透性及蠕變

大型鑄鋼件生產(chǎn)中砂芯和鑄型的尺寸及重量都很大，因此必須考慮型砂內(nèi)部與表層硬化程度的差異即硬透性以及由此引起的蠕變現(xiàn)象。實(shí)踐表明，可使用時(shí)間長(zhǎng)，雖然起膜時(shí)間遲一點(diǎn)，但對(duì)后期的全固化作用好，終強(qiáng)度高。超長(zhǎng)可使用時(shí)間酚醛樹(shù)脂砂具有較好的硬透性和防止蠕變的性能。

（5）應(yīng)用實(shí)例

福建開(kāi)誠(chéng)機(jī)械有限公司生產(chǎn)出口歐美顎式破碎機(jī)的動(dòng)顎鑄件，毛重5 550 kg，材質(zhì)GR80-50；汽輪機(jī)缸體上半、下半鑄件，鋼水總量47 000 kg，材質(zhì)ZG15Cr1Mo1V。

動(dòng)顎鑄造工藝如圖1。

造型工藝：采用慢酯固化劑+XY201C 混制的樹(shù)脂砂為面砂，酯硬化水玻璃的舊砂為背砂的復(fù)合造型工藝。

造型操作時(shí)，模具表面放酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂，厚度60~100 mm，其余位置用舊砂混制的酯硬化水玻璃砂，做填充砂。因造型加面、背砂需輪翻進(jìn)行，整個(gè)底箱操作時(shí)間約為100 分鐘左右，早期采用其他公司的最慢固化劑，可操作時(shí)間約在30 分鐘左右，舂出來(lái)的砂型因可操作時(shí)間偏短，砂型表面易出現(xiàn)隔層。而采用XY201C 堿性酚醛樹(shù)脂后，可操作時(shí)間大大延長(zhǎng)，鑄型表面完整、光潔。鑄件質(zhì)量完全滿足出口要求，同比生產(chǎn)成本下降≥10％。

2.2 酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂+ CO2 硬化水玻璃砂

蘇南某鑄造公司生產(chǎn)超臨界汽輪機(jī)主汽閥門鑄鋼件，材質(zhì)：ZG1Cr10MoWVNbN（日本東芝鋼號(hào)GX12CrMoVNbN1011），是高溫馬氏體不銹鋼。鑄件重量：24,500kg。鑄件經(jīng)磁粉、滲透和超聲波一級(jí)探傷，不允許出現(xiàn)縮孔、縮松、裂紋、氣孔、夾渣、偏析等鑄造缺陷。

原采用 CO2 硬化水玻璃砂工藝，鑄件表面質(zhì)量差，清砂困難，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不能滿足主機(jī)廠要求。我們向該公司提供了酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂+ CO2 硬化水玻璃砂的復(fù)合造型工藝技術(shù)，鑄出了完全符合客戶要求的主汽閥門鑄件，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)效果。

酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂，面砂采用鉻鐵礦砂，XY201 堿性酚醛樹(shù)脂加入量1.2%，XYG2 有機(jī)酯25%（占樹(shù)脂量）。型砂強(qiáng)度如表2 所示：

造型時(shí)作為面砂的酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂鉻礦砂厚度40～50 mm，舂砂緊實(shí)均勻。CO2 硬化水玻璃石英砂配比：水玻璃占比6%～6.5%。造型完畢過(guò)4 小時(shí)吹CO2 ，15～20 分鐘起模，次日刷醇基涂料。

2.3 CO2 硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂＋CO2 硬化水玻璃砂

CO2 硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的造型/制芯材料，它給鑄造業(yè)帶來(lái)環(huán)保和技術(shù)兩方面的效益。這是因?yàn)閴A性酚醛樹(shù)脂游離酚和游離甲醛≤ 0.1%，不含氮、硫、磷等鑄造有害成分，無(wú)易燃成分；固化劑CO2 氣體無(wú)色、無(wú)臭、不助燃、不可燃；工藝操作簡(jiǎn)便，可以手工制芯，也可以機(jī)器造型，型/芯具有較高的高溫強(qiáng)度，在高溫時(shí)還顯現(xiàn)出一定的熱塑性，工藝性能十分優(yōu)良，鑄件表面光潔，氣孔少，沒(méi)有冷裂、熱裂和表面增碳現(xiàn)象。

生產(chǎn)實(shí)踐證明：CO2固化堿性酚醛樹(shù)脂工藝對(duì)鑄鋼、鑄鐵及有色鑄造均適用。也可與水玻璃砂或粘土砂配合使用，可取得良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

（1）工藝要點(diǎn)

①樹(shù)脂：2.0%～3.0％（占砂重，取決于原砂質(zhì)量和粒度，通常為2.5%）

②混砂設(shè)備：間歇式或連續(xù)式混砂機(jī)皆可

③混砂工藝：碾輪式混砂機(jī)：原砂+樹(shù)脂，混3 分鐘，出砂；間歇式雙攪拌混砂機(jī)：原砂+樹(shù)脂，混1～2 分鐘，出砂；連續(xù)式混砂機(jī)：根據(jù)設(shè)備要求。

④混和料存放時(shí)間：樹(shù)脂與CO2 發(fā)生反應(yīng)而固化，所以空氣中的CO2 會(huì)與混好的混和料表面反應(yīng)產(chǎn)生一層硬化殼，但是下面的軟砂還可以使用，型砂應(yīng)蓋好，可使用時(shí)間隨著砂溫的升高而減短。20℃可使用時(shí)間3H 左右。

⑤射芯法：射砂壓力0.35～0.50 MPa。

⑥吹氣方法：吹CO2 流量控制在8～30 L/min，吹氣時(shí)間5 秒至幾分鐘。冬季CO2 加熱后使用。

（2）耐磨鑄件應(yīng)用案例

山西某鑄造公司生產(chǎn)出口高錳鋼鑄件，主要產(chǎn)品為圓錐破碎機(jī)的破碎壁和軋臼壁。水玻璃砂工藝因其型砂成本低廉為廠家所采用，但是，該型砂工藝存在著冬季硬化慢，水玻璃砂高溫殘留強(qiáng)度高，潰散性差，壁厚不均、幾何形狀復(fù)雜的鑄件的出砂性差，鑄件清理成為批量生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，鑄件尺寸精度和表面質(zhì)量難以達(dá)到出口鑄件的質(zhì)量要求，不能適應(yīng)出口鑄件的質(zhì)量要求及交貨時(shí)間。

根據(jù)該公司的工況，我們推薦該公司采用CO2硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂＋CO2硬化水玻璃砂的復(fù)合造型工藝，以解決上述缺陷。他們接收了我們的推薦，從2018年上半年開(kāi)始應(yīng)用復(fù)合型砂的造型工藝。澆注后打箱，型砂潰散性良好，生產(chǎn)環(huán)境大為改善，清理費(fèi)用大幅減少。鑄件經(jīng)探傷檢驗(yàn)，均未發(fā)現(xiàn)氣孔裂紋等鑄造缺陷，鑄件整體質(zhì)量顯著提高。鑄件表面質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量和交貨期均得到外商認(rèn)可，贊譽(yù)。

3 結(jié)論

多年來(lái)，我們集成應(yīng)用研發(fā)成功的復(fù)合造型工藝，為眾多鑄造廠提供了多種個(gè)性化復(fù)合工藝技術(shù)解決方案，生產(chǎn)了大型電站超臨界汽輪機(jī)主汽閥門、核電主管道90°彎頭、出口高錳鋼等高端鑄鋼件和石油化工用的閥門、輸出法蘭，油田泥漿泵中空曲軸及工程機(jī)械用的中、大型鑄鋼件，為用戶和社會(huì)創(chuàng)造了實(shí)實(shí)在在的利益。

煙臺(tái)鑫諾科鑄造材料有限公司作為耐火澆注料廠家，主要生產(chǎn)中頻爐爐襯，中性爐爐襯材料，耐火打爐料，澆注料，耐火涂料，耐火澆注料，酸性爐襯材料，堿性爐襯材料，耐火澆注料，耐酸澆注料，鑄造用爐襯材料，澆注料，爐襯材料電話，中性爐襯材料，爐料，如有需要，歡迎您的來(lái)電咨詢。