自硬砂

砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。為了提高鑄件的表面質(zhì)量，常在砂型和型芯表面刷一層涂料。涂料的主要成分是耐火度高、高溫化學穩(wěn)定性好的粉狀材料和粘結(jié)劑，另外還加有便于施涂的載體（水或其他溶劑）和各種附加物。砂型制造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結(jié)劑。最常用的鑄造砂是硅質(zhì)砂。硅砂的高溫性能不能滿足使用要求時則使用鋯英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂。為使制成的砂型和型芯具有一定的強度，在搬運、合型及澆注液態(tài)金屬時不致變形或損壞，一般要在鑄造中加入型砂粘結(jié)劑，將松散的砂粒粘結(jié)起來成為型砂。應用最廣的型砂粘結(jié)劑是粘土，也可采用各種干性油或半干性油、水溶性硅酸鹽或磷酸鹽和各種合成樹脂作型砂粘結(jié)劑。砂型鑄造中所用的外砂型按型砂所用的粘結(jié)劑及其建立強度的方式不同分為粘土濕砂型、粘土干砂型和化學硬化砂型3種。20世紀初鑄造業(yè)開始采用輾輪式混砂機混砂，使粘土濕型砂的質(zhì)量大為改善。新型大功率混砂機可使混砂工作達到高效率、高質(zhì)量。以震實為主的震擊壓實式造型機的出現(xiàn)，又顯著提高了鑄型的緊實度和均勻性。隨著對鑄件尺寸精度和表面質(zhì)量要求的提高，又出現(xiàn)了以壓實為主的高壓造型機。用高壓造型機制造粘土濕砂型，不但可使鑄件尺寸精度提高，表面質(zhì)量改善，而且使緊實鑄型的動作簡化、周期縮短，使造型、合型全工序?qū)崿F(xiàn)高速化和自動化。氣體沖擊加壓的新型造型機，利用粘土漿的觸變性,可由瞬時施以0.5兆帕的壓力而得到非常緊密的鑄型。這些進展是粘土濕砂型鑄造能適應現(xiàn)代工業(yè)要求的重要條件。因而這種傳統(tǒng)的工藝方法一直被用來生產(chǎn)大量優(yōu)質(zhì)鑄件。

磷酸鹽膠凝材料品種繁多, 由于其粘結(jié)性能好, 所以在耐火材料及其制品和許多高溫工程中早已廣泛應用, 國外采用磷酸鹽作為鑄造粘結(jié)劑, 特別是應用在自硬砂方面已進行了許多研究。國內(nèi)近年來也獲得了一些成果。從這些成果來看, 磷酸鹽自硬砂具有較高的耐火度, 一定的高溫強度, 良好的潰散性, 制備方便、無毒、無味、無公害, 與水玻璃砂和樹脂砂相比, 具有其獨特的優(yōu)點。因此, 對磷酸鹽自硬砂的開發(fā)研究具有積極的意義。

(1)以磷酸鋁膠為粘結(jié)劑, 煅燒冶金鎂砂為硬化劑并加入礬土水泥為防潮劑配制的磷酸鹽自硬砂, 具有合適的硬化強度、高溫強度及良好的潰散性。

(2)磷酸鹽自硬砂無毒害、無污染、生產(chǎn)操作簡單, 采用該自硬砂進行生產(chǎn), 有較好的經(jīng)濟效益, 對其開發(fā)應用予以充分地重視 。2100433B

鋼、鐵和大多數(shù)有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。由于砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，對鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應，長期以來，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。

1 自硬砂舊砂再生處理的工藝特點

自硬砂鑄造生產(chǎn)中，舊砂再生工藝的應用已是很普遍了。不同的舊砂再生工藝，就有不同的砂處理生產(chǎn)單元。其目的就是實現(xiàn)舊砂再生回用、降低成本、促進環(huán)保、提高資源再利用。

舊砂再生主要是利用振動機械的振動機理來實現(xiàn)的。舊砂再生過程中的主要設備包括振動落砂機、振動破碎機、振動沸騰冷卻機、振動輸送機和振動篩分機，以及風選機、砂溫調(diào)節(jié)器、磁分離機等，配套相關的設備構(gòu)成一個特定的砂處理生產(chǎn)單元。自硬砂舊砂再生回用，就是利用專用再生設備來對舊砂進行破碎、去膜、篩分和冷卻的工藝應用過程。也有利用高溫焙燒的工藝方法對舊砂進行處理。

舊砂再生處理的過程，就是對樹脂砂、水玻璃砂（統(tǒng)稱自硬砂）的失效脆性狀、潰散狀的惰性膜進行脫膜、去膜、圓整的過程。對半粘結(jié)狀和粘結(jié)狀的未失效的舊砂進行團塊破碎、分解、松散再利用。舊砂再生設備中，對舊砂產(chǎn)生搓磨作用的有二種形式的振動設備：線性振動設備和非線性振動設備。線性振動設備如FAT 系列振動破碎機；它以線性激振力為主體，形成對舊砂進行線性方向的運動搓磨作用機理。

非線性振動設備，它以非線性的陀旋振動激振為主體，形成對舊砂進行在圓周范圍被激掁的運動搓磨作用機理。

2 運動搓磨機理的受力分析

舊砂受線性振動的搓磨力，是由激振力產(chǎn)生的作用力和反作用力，構(gòu)成平面匯交力系。形成對砂的搓磨運動過程。

舊砂受非線性振動的搓磨力，除受激振力作用產(chǎn)生的作用力和反作用力之外，還有受離心慣性力產(chǎn)生的作用力、反作用力；構(gòu)成空間匯交力系，形成對砂陀旋搓磨運動過程。

搓磨力，就是由激振力產(chǎn)生的作用力對舊砂作用所需要的脫膜能力。不同的搓磨方式會產(chǎn)生不同的脫膜效果。

舊砂在被激振的運動過程中，雖然會出現(xiàn)多方位的力點，如擠壓力、碰撞力、沖擊力、離心方向的拋射力等。但都會形成一個匯交合力；由于匯交合力的形成，對砂團塊產(chǎn)生力偶；（兩個大小相等，方向相反，作用線不重合的平行力，稱力偶。）力偶對物體轉(zhuǎn)動效應的大小，用力偶矩來度量。力偶矩是一個自由矢量，可以在作用面內(nèi)作任意移動，而不影響對物體的轉(zhuǎn)動效應。

所以舊砂團塊及顆粒狀舊砂在線性和非線性振動激勵下，所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)動、翻滾運動狀態(tài)，達到了有切向搓磨的作用。

3 搓磨對象有機脂膜的形成

自硬砂工藝中，砂子利用有機脂和固化劑的作用產(chǎn)生相互的粘附，形成表面有機脂膜；粘附的結(jié)合力（粘附強度），其性質(zhì)取決于砂子和粘附劑相互作用的結(jié)合鍵粘合劑的分子鍵，不同性質(zhì)的結(jié)合鍵，產(chǎn)生不同的結(jié)合能（一種聚合內(nèi)力）。由于存在有機脂膜的結(jié)合能，使砂粒間粘合，不易潰散。這種內(nèi)力隨粘附強度的變化而改變。因此，不同工藝配方的有機脂、固化劑會形成不同固化時間和固化硬度。有機脂膜受一定溫度影響后，形成隋性膜（一種脆化的有機脂膜），其內(nèi)部的分子鍵，會發(fā)生質(zhì)的變化。經(jīng)完全燒灼的有機脂膜，分子鍵完全斷裂而灰粉化；不完全燒灼的有機脂膜，分子鍵脆化，有機脂膜失效，在外力作用下易發(fā)生脫離；未燒灼的有機脂膜，因有受溫度影響，分子鍵處于臨界脆化狀態(tài)，在適當外力作用下，會發(fā)生脫落；而沒有受溫度影響的，仍保持著完好的粘附結(jié)構(gòu)－固化的有機脂膜。這種砂粒經(jīng)分解松散后可以再利用。有機脂膜包裹的砂子，不影響砂回用性能。

舊砂脫膜能力的大小，一般用灼燒減量來衡量。有機脂膜失效后的性狀，一般為灰粉狀，脆化狀和潰散狀。

高溫熱法再生工藝對樹脂砂再生不適用。其一，沒有必要利用高溫法去除剩余未失效樹脂膜，這對以后回用樹脂的加入量有利；其二，直接燒灼舊砂對部分砂粒不利，易破碎粉化。

高溫熱法再生工藝對水玻璃砂舊砂再生可以適用，因為舊砂中的殘余水玻璃會影響型砂成分的酸堿度。實際生產(chǎn)應用比較多 。

一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑及其制備方法專利目的

《一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑及其制備方法》要解決的技術問題是提供一種降低生產(chǎn)成本、環(huán)保、固化速度好、固透性好并且適用于低溫高濕環(huán)境的鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑。

一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑及其制備方法技術方案

《一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑及其制備方法》涉及一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑，按重量份計，所述一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑由以下組分組成：苯酚200~300，硫酸250~940，甲醇150~200，順酐25~50，水300~500。

優(yōu)選地，按重量份計，所述一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑由以下組分組成：苯酚200，硫酸250，甲醇150，順酐50，水300。

優(yōu)選地，按重量份計，所述一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑由以下組分組成：苯酚250，硫酸425，甲醇175，順酐35，水400。

優(yōu)選地，按重量份計，所述一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑由以下組分組成：苯酚300，硫酸940，甲醇200，順酐25，水500。

另外，《一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑及其制備方法》所述一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑的制備方法所采用的技術方案是：該制備方法包括以下步驟：

（1）將已溶化的苯酚加入反應釜中，在攪拌的狀態(tài)下緩慢加入硫酸，使苯酚與硫酸的摩爾比在1.0:1.2~1.0:3.0范圍內(nèi)，使反應釜內(nèi)的物料發(fā)生磺化反應；

（2）所述磺化反應一定時間后，將反應釜內(nèi)的物料溫度下降至75攝氏度以下，緩慢加入甲醇，使反應釜內(nèi)的物料發(fā)生酯化反應；

（3）所述酯化反應一定時間后，將反應釜內(nèi)的物料溫度下降至60攝氏度以下，往反應釜中加入順酐和水，在小于60攝氏度下進行熱混攪拌稀釋；

（4）熱混攪拌一定時間后，將反應釜內(nèi)的物料溫度下降至40攝氏度以下，過濾出料、包裝。

優(yōu)選地，在步驟（1）中，所述磺化反應的溫度為95~100攝氏度，所述磺化反應的時間為1.5~3小時。

優(yōu)選地，在步驟（2）中，所述酯化反應的溫度為70~90攝氏度，所述酯化反應的時間為1~2小時。

優(yōu)選地，在步驟（3）中，順酐和水在物料溫度為55~60攝氏度時加入，熱混攪拌時間為0.2~1小時。

一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑及其制備方法有益效果

《一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑及其制備方法》通過采用苯酚與硫酸磺化反應后，再經(jīng)過甲醇與未參與反應的硫酸進行酯化反應，再添加少部分順酐和水稀釋制得的產(chǎn)品，主要有益效果體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）苯酚與硫酸在一定溫度條件下進行的磺化反應。在溫度為65~75攝氏度反應時，得到的產(chǎn)物以鄰位酚羥基磺酸為主；在溫度為100攝氏度反應時，得到的產(chǎn)物以對位酚羥基磺酸為主；

（2）《一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑及其制備方法》制得的固化劑產(chǎn)品是由酚羥基二磺酸與硫酸酯、有機酸復合成的產(chǎn)品，產(chǎn)品的綜合性能較好；

（3）《一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑及其制備方法》制得的固化劑產(chǎn)品體系中不含苯、甲苯、二甲苯等毒性較大物質(zhì)，而含游離酚在0.09%以下，且含有酚羥基活性物質(zhì)，有利于樹脂砂強度的提高，有利于環(huán)保；

（4）《一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑及其制備方法》制得的固化劑產(chǎn)品固透性好，脫模時間調(diào)節(jié)范圍寬，可針對不同大小的砂型（芯）進行不同的脫模時間的控制。并且初始強度及終強度高，可減少樹脂及固化劑加入量，進一步降低原材料消耗成本；

（5）《一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑及其制備方法》制得的固化劑產(chǎn)品適用于低溫度、高濕度的工作環(huán)境，它克服了在低溫高濕環(huán)境下樹脂砂固化不良的弊端，具有固化速度快，固透性好，脫模時間控制范圍寬，并且初強度及終強度高等特點。

《一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑及其制備方法》涉及砂型（芯）鑄造領域，特別是涉及一種鑄造用呋喃樹脂自硬砂用固化劑及其制備方法。