生产铸钢件用造型材料概述

生产铸钢件用造型材料概述 中国铸造协会 李传栻近年来，我国在铸钢件生产方面的发展和进步是举世瞩目的。2008年，我国生产各类铸钢件460万吨，多于俄、美、印、日、德、加、法、英等8国产量的总和，约占世界各国铸钢件总产量的44%（参见表1）。表1 2008年主要铸钢件生产国家的产量（按产量排序）国 别中国俄国美国印度日本德国加拿大法国英国铸钢件产量（万吨）460130117.291.629.822.011.211.07.2在大型铸钢件的生产方面，我国铸钢业界早就刷新了世界纪录：l 2004年，我国第二重型机器厂制造了重470吨的轧钢机架铸件，当时是世界上最大的铸钢件，迄今为止，尚未见其他国家生产比这更大的铸钢件；l 2006年，我国第一重型机器厂制造了重480吨的铸钢件（5 m轧机机架），刷新了二重所创立的记录；l 2008年，洛阳中信重工又制造了重520吨的大型液压机横梁，再一次刷新了世界上最大铸钢件的记录。生产大型铸件，早就不是问题了，但是，几年前，在高、精、尖方面我们与工业发达国家的差距还相当大，一些高端铸钢件的生产技术我们还没有掌握好，生产中有不少难点，有些铸件还不得不依赖进口。最近几年，在高端铸钢件的生产方面，我们也有了许多可喜的进展。1、超超临界汽轮机用铸钢件的生产工艺日臻完善我们为1000MW超超临界汽轮机生产的铸钢件，产品质量可以认为是上乘的，而且有资质生产这类产品的厂家已经不少。2、大型水电机组所用的铸钢件自己可以生产大型水电机组的上冠、下环、叶片等重要不锈钢铸件，过去主要依靠进口，现在，鞍钢重工、二重、一重、共享铸钢、福鞍等铸造厂都已开始生产这类铸件。3、定向凝固叶片和单晶叶片的研制航空用燃气轮机的定向凝固叶片和单晶叶片的研制已初见成效，虽然工艺仍有待逐步优化，但已有产品推出。4、已经开始为节能、减排的汽车发动机生产耐热钢排气管为适应节能、减排的要求，汽车用汽油发动机的排气温度不断提高。执行欧4标准以后，排气温度达1050，排气管不得不用高镍奥氏体耐热钢铸造。虽然我还不知道我国哪种汽车的发动机已采用耐热钢排气管，但是，就我所知，我国目前至少已有三家铸造企业开始生产耐热钢排气管。即使这类产品主要是供出口的，也应该为我国铸造行业顺应时势之快而感到欣慰。我国熔模精密铸件的产量较高，但是，在铸钢件的总量中所占的比重仍然不到10%，绝大部分铸钢件都是砂型铸造的。因此，进一步优化砂型的制造工艺，对于提高铸件质量、节约资源、节能、减排都是至关重要的。在这里，想简略地评述各种砂型在铸钢件生产方面的应用，供铸钢业界的同仁参考，希望我抛起的这块小砖，能引出纷至沓来的“美玉”。一、不要简单地摒弃粘土湿型砂粘土湿型砂是历史最悠久的造型材料，具有生产成本低、造型周期短、可循环使用、对环境的污染少等许多优点，这是众所周知的，就不必细说了。采用粘土湿型砂，最大的制约是砂型的强度不高，只适用于生产小型、乃至中型偏小的铸件，而且当前主要还是用于生产铸铁件。尽管如此，在目前各种粘结剂竞相发展的条件下，世界各国铸造行业中，粘土湿型砂仍然是应用面最广、用量最大的造型材料，但主要是用于生产铸铁件。铸钢件的需求量本来就远低于铸铁件，我国铸钢件的产量是非常可观的，但也还不到各类铸铁件产量的20%。而且，对铸钢件的需求，以中、大型铸件居多，要求批量生产的、小型和中型偏小的铸件相对又比较少。因此，从世界各国的情况看来，用粘土湿型砂生产的铸钢件不是很多，用自动造型生产线生产的更少。这种客观条件，很容易给人以“铸钢件不宜采用粘土湿型砂”的印象，从而，又进一步制约了粘土湿型砂的应用。实际上，小型铸钢件采用粘土湿型砂造型是非常合适的，不仅可以保证铸件质量、降低生产成本，而且在环保方面的好处尤其值得注意。1、比用粘土湿型砂生产铸铁件更符合环保要求粘土湿型砂中不含有害物质，在砂处理、造型、合箱等工位都不散发有害气体，与用其他化学粘结剂的型砂相比，真可以说是“绿色型砂（green sand）。英文中的green有多种含义：既可以是绿色的、新鲜的；也可以是不经烘干的、不经处理的。早年，英国人因为用粘土湿型砂制成的砂型不必烘干、直接浇注，因而称之为green sand。现在却可以因其符合环保要求而称之为green sand，这确实是他们始料未及的。用于铸铁件的粘土湿型砂，其中需要加入相当数量的煤粉，浇注后就会因煤粉热解而释放CO2、CO、H2、甲烷、乙炔、和氨等气体，是有害的，这是粘土湿型砂美中不足之处，当前已成为各国铸铁行业普遍关注的重要问题，各工业国家都设立有寻求煤粉替代材料的研究课题，但是，迄今为止，尚未得到令人满意的解决方案。国外有人无可奈何地说：“唉，煤粉是铸造行业甩不掉的冤家！”生产铸钢件用的粘土湿型砂，其中不必加入煤粉，只需配加少量淀粉或其他辅料，基本上不存在上述棘手的问题，整个铸造生产的各工序中，只要注意通风和防尘，容易达到环保要求。2、铸钢件的凝固方式比铸铁件更适于采用粘土湿型砂粘土湿砂型浇注后，由于 砂型/金属 界面处的热作用而发生水分迁移，在离界面不远处形成强度很低的水分凝聚层，这是粘土湿砂型的一项“软肋”。铸铁（尤其是球墨铸铁）件是以“糊状凝固方式”凝固的，发生共晶转变时又有一石墨化膨胀过程，容易导致型壁运动而影响铸件的尺寸精度。铸型表层胀大后，还会使内部的缩孔、缩松等缺陷扩大。既影响尺寸精度，又影响内在质量。砂型中的低强度水分迁移层，再加以铸铁件的糊状凝固方式，还易于在铸件表面形成夹砂、鼠尾纹之类的膨胀缺陷。铸钢件是以“硬皮形成方式”凝固的，浇注以后，砂型/金属 界面处的金属很快就形成坚固的硬壳，此后铸件内又没有石墨化膨胀的问题，这样就排除了水分凝聚层这一软肋对铸件质量的影响。3、粘土湿型砂在生产铸钢件方面的应用一些工业国家中，100以下的铸钢件，特别是批量较大、持续供货的产品，大部分都采用粘土湿砂型铸造。日本有资料称：每型浇注钢液量在1吨以下的，都可考虑采用粘土湿砂型铸造。由于需求量所限，小型铸钢件采用自动造型生产线的很少，大都用单台造型机造型，并配装有简便的砂箱、铸型转运设施。为了保证产品质量，砂处理系统可以很小巧，但必须有效而完整。有些铸钢件生产厂，在装备有多条树脂自硬砂生产线的同时，还设有小型的粘土湿型砂造型工部。据我所知，上世纪50年代，我国就有些工厂采用粘土湿型砂，批量生产小型铸钢件，有的工厂还装备有造型生产线。但是，在当前各种自硬砂迅速推广应用的形势下，对于这一传统工艺，好象早就不在考虑之列了。不仅没有不断优化、改进和发展，反而使之日渐没落。希望铸钢业界的同仁，不要将此工艺置之于不顾，要恰如其分地发挥其作用。二、有关水玻璃粘结砂的几个问题我国铸钢行业采用水玻璃粘结砂（以下简称水玻璃砂）已有将近50年的历史。水玻璃的制取工艺比较简单，原材料无匮乏之虞，价格也相当低廉。水玻璃砂的应用，好像门槛也很低，初步入门比较方便，这是其应用得以迅速推广的重要原因。实际上，要用好水玻璃砂并不容易，还有很多课题需要深入的研究和探讨。虽然水玻璃砂有不少重要的优点，但也的确存在一些问题，如落砂困难、铸件表面质量较差、旧砂不便回用和再生、以及铸型和芯子存放过程中强度下降等问题。由于在这方面研究工作的力度不够，在树脂自硬砂迅速推广应用的条件下，水玻璃砂的应用早已不复存在上世纪50年代那种红火的形势。近年来，出于环境保护和清洁生产的考虑，使各国的铸造行业再次将注意力转向各种无机粘结剂方面，其中当然包括水玻璃。应该说，水玻璃砂的应用又有了新的起点，这方面的研究工作还只是刚刚起步。2003年GIFA展览会上，德国H.A.公司展出的新一代粘结剂Cordis 4820，就是以改性硅酸钠为基础的。水玻璃砂在我国铸钢行业中的应用，目前还是相当广泛的，前面提到的洛阳中信重工制造的重520吨的大型液压机横梁，就是采用水玻璃砂造型制成的。但是，采用水玻璃砂的铸钢企业中，多数厂生产工艺还相当粗放，不符合当前形势的要求。我国铸钢行业中，采用水玻璃砂造型的工艺方法主要有吹CO2硬化法、真空置换硬化法（以下简称VRH工艺）和有机酯自硬工艺。早期广泛应用的快干工艺已基本上淘汰了，微波硬化工艺的应用还很少。考虑到有机酯自硬工艺的应用比较稳定，问题不多，这里，只打算简单地说说吹CO2硬化法、VRH工艺和有关旧砂再生的问题。 1、吹CO2硬化工艺吹CO2硬化的水玻璃砂，强度要比脱水硬化的低得多。其所以仍被广泛采用，主要是因为用此法时砂型硬化快，可在硬化后脱模，现场使用非常方便。从上世纪40年代末开始使用水玻璃砂以来，吹CO2硬化的工艺方法，一直是使用最广的方法。但是，据我的一管之见，大多数工厂对吹CO2工艺都没有作过认真的分析和试验、研究。我们采用吹CO2硬化工艺已经几十年了，还未见有人控制CO2的体积流量（以下简称流率）。实际生产中，大多数铸造厂，CO2的利用率不到30%。有的厂甚至不到20%，80%以上都白白地流失了。既浪费物资，又向大气中排放了大量温室气体，这当然是很不合适的。 CO2的流率究竟低到什么程度为好，需要根据自己的情况去试验、研究，对数据进行分析后确定，因为现场的条件千差万别，很难推荐具体的数据。这里，只能对基本原理作一点示性的讨论。提到吹CO2硬化，很容易理解为用化学方式使水玻璃胶凝。CO2不就是与水解硅酸钠中的氢氧化钠起作用，从而得到硅酸凝胶吗? 这样的看法是对的，但并不全面。实际上，吹CO2过程中，既有化学作用，也有物理的脱水作用。究竟何种作用占优势? 要根据不同情况作具体分析，不能一概而论。CO2气体的露点很低，大约是30。所以，CO2气体是非常干燥的，其中含有的水分很少。因此，吹CO2时，除了化学作用以外，必然还有使粘结膜脱水干燥的作用。吹CO2的初期，CO2通过砂粒之间的空隙，与砂粒表面的粘结膜的外表面接触。此时的情形如图1中的a)，CO2与整个粘结膜的表面作用，粘结膜容易吸收CO2，而其中的水分则较不易逸出。很快，粘结膜的外表面因CO2的作用而形成一层硅酸凝胶的网状结构，如图1中的b)。在这种条件下，CO2分子进入粘结膜和粘结膜中的水分子逸出的通道都大为减少。此时，何者占主导地位? 就得看气流流经砂粒表面的流速了。图1 水玻璃砂吹CO2的作用示意图 a) 开始作用；b) 网状结构形成后（1）吹CO2时的流率对CO2吸收率的影响当CO2气流流速较低时（即单位时间内吹过的CO2量少时），根据伯努利定律，CO2作用在硅酸凝胶网状结构上的压力较高。在此情况下，CO2分子通过网的空隙进入粘结膜的机会就较多，粘结摸中的水分子通过网的空隙进入气流中的机会就较少。因而，硅酸凝胶的发展以化学方式为主，同时也有脱水作用，但所占比例较小。当CO2气流的流速较高时，CO2作用在网状结构上的压力较低。此时，粘结膜中的水分子通过空隙跑到气流中的机会增多，就像喷枪中的气流将罐中的液体吸出来一样，CO2分子进入粘结膜的机会反而减少了。在这种情况下，尽管吹了大量CO2，粘结膜的胶凝反而是以物理方式（脱水）为主，化学作用成了第二位的。实际情况是不是这样？有人通过一组实验予以验证。配制型砂用粒度相当于40/70目的原砂，加入水玻璃（硅碱比为2，密度1.56）4 %，用叶片混砂机混制4min。在舂样机上将型砂制成直径28.5mm，高50mm的试样。以不同的流率吹CO2，然后测定试样的CO2吸收量和水分蒸发量。用不同的CO2流率，各吹100s和1000s，测得其对试样吸收CO2量的影响，见图2。 图2 CO2吸收量与CO2 图3 水分蒸发量与CO2 流率的关系 流率的关系由图2可见，如吹气持续的时间不变，随着CO2流率的增高，CO2的吸收量不但不增加，反而会减少。在CO2流率很高的情况下，吹气1000s时型砂吸收的CO2与吹100s时几乎没有什么差别。低流率、长时间吹气时，吸收量最多。CO2流率对水分蒸发量的影响 如图3所示。由图3可见，不管吹气时间如何，随着CO2流率的增大，脱水量都明显增大。在吹气1000s的情况下，流率大于8 L/min以后，因脱水程度已经较高，随着流率的增大，脱水量的增加不太明显。所以，吹CO2时的流率是一个极重要的参数，而且，一个重要原则是要用低流速。这是既合理又经济的办法。（2）吹CO2时的工艺参数对水玻璃砂强度的影响型砂中水玻璃加入量4%，制成直径28.5mm，高50mm的试样，在制样筒中以低流率（0.5 L/min） 使之硬化。1）用低硅碱比水玻璃（硅碱比为2.0，水分为53.1%）时，吹气后的即时强度和存放不同时间后的强度如图4所示。 图4 用低硅碱比水玻璃时型砂的强度吹气30s 的试样，吹气后即时强度比较低，但在此后的存放过程中强度不断增长。这说明吹气过程中由化学方式形成的硅酸凝胶比较少，在存放过程中粘结膜失去水分而得到脱水硅酸凝胶。存放两天以后，和环境大气条件平衡，强度趋于稳定。吹气60s的试样，以化学方式形成的硅酸凝胶较多，表现在即时强度较高。存放过程中，这种凝胶会因失水而降低强度。同时，未起化学作用的水玻璃则因脱水而得到高强度的脱水硅酸凝胶。两者相抵之后，总的强度仍不断有所提高，在两天之后趋于稳定。吹气150s的试样，以化学方式形成的凝胶更多一些，即时强度比60s的还要高一点。存放过程中两种作用大致相抵，表现得强度基本不变。吹气300s的试样，以化学方式形成的凝胶占忧势，在存放过程中，因脱水而失去的强度，多于以物理方式硬化而增加的强度，总的强度是随脱水程度而逐渐降低。也在两天之后趋于稳定。图中虚线部分，试样表面松脆，这样的铸型或芯子是不能使用的。2）水玻璃的硅碱比为2.5，水分为53.4%时，试样的强度变化情形如图5所示。图5 用中等硅碱比水玻璃时型砂的强度吹CO2的作用可以认为是提高水玻璃的硅碱比，所用水玻璃的硅碱比提高以后，型砂需要的CO2量就相应地减少。将图4和图5对比之后，可以清楚地看到这一点。吹气150秒的试样，在贮存过程中强度即有下降的趋势。其他情况，可通过对比图5和图4进行分析。3）水玻璃的硅碱比为3.2，水分为63.8%时，试样强度变化的情形如图6所示。 图6 用高硅碱比水玻璃时型砂的强度吹气7s后的试样，在存放过程中强度略有提高，但强度的最高值比用低硅碱比水玻璃时低得多，而且，存放时间较长时，强度趋于下降。吹气时间增到14s后，即可见存放期间强度明显下降。吹气后保存24h以上，强度即降低到不能使用的程度。吹气21s以上，即时强度仍保持一般水平，这反映了由化学方式得到的硅酸凝胶的强度。但在存放过程中强度急剧下降，这是由硅胶脱水造成的，说明以物理方式形成的硅酸凝胶很少。由上述情况可见，用高硅碱比水玻璃时极易出现吹气后强度很低的情况，应特别注意吹气时间的控制。（3）对吹CO2硬化工艺的综合看法在分析了上述三种情况之后，我们可以归纳成以下几点看法：1）水玻璃的硅碱比越低，达到同样硬化程度所需的二氧化碳越多。2）水玻璃的硅碱比越高，型砂硬化越快，但所能达到的强度也越低。3）不管水玻璃的硅碱比如何，吹气后的即时强度都比较接近。4）采用低硅碱比的水玻璃，并采取正确的吹气作业，型砂的强度可以是用高硅碱比水玻璃时的10倍以上。5）水玻璃硅碱比不变吹气作业合理时，型砂强度可以比吹气不当的型砂高几十陪。由此可见控制吹气参数的重要。6）高硅碱比水玻璃不宜采用吹二氧化碳硬化工艺。如果由于种种原因必须这样做的话，即使吹气控制得很好，铸型或芯子的存放期也要尽量缩短。7）所谓“过吹”，实际上是以化学方式形成的凝胶占优势，吹气以后由于这种凝腔脱水而使型砂的强度下降。8）即使采用吹二氧化碳硬化法，也不能以化学方式为主，吹气到型砂有脱摸和搬运所需的强度后，就不能再吹。然后让铸型或芯子自然干燥或烘干，得到脱水硅酸凝胶。这就是正确应用吹气硬化工艺的基点。 （4）改进吹CO2硬化工艺的途径目前，改进主要体现在三个方面，即：吹气量减少、吹气作业的严格控制和力求提高吹气硬化的效率。1）化学方式和物理方式联合运用 现在，已经很少有人采用纯化学方式的吹气硬化法了。吹二氧化碳不过是得到脱模强度的辅助手段，主要靠物理方式得到脱水硅酸凝胶。用化学方式得到的硅酸凝胶，一般不希望超过15，这种凝胶所占的比例是可以用化学方法测定的。吹气后的即时强度，一般说来，以抗压强度为200 kPa左右为宜，不能太高。美国一家铸造铁道车辆零件的铸钢厂，1978年建成了一个全部采用水玻璃砂的制芯工部。所有的芯子都由自动定时的吹气装置吹二氧化碳，脱模后经过一个直通式的炉子进行脱水处理。恒温为200，通过时间为几分钟，并可视芯子大小予以调整。由于水玻璃加入量只有4%，而且其中有1/4的水玻璃中加有高分子聚合物，芯子落砂没有什么困难。该厂年产铸钢件约25000 t。最初，采用吹二氧化碳法是为了代替烘干，现在又回到烘干。但是，这并不是倒退，而是螺旋式地前进了，事物发展的规律往往如此。2）严格控制吹气时间和气流速率 由于影响吹气条件的因素太多，关于吹气时间，吹气时CO2的流率和压力，不可能给出具体的建议。这些参数要根据各自的条件通过试验确定。但是，一经确定之后，就应由相应的测试仪器来严格控制，以求在生产上得到稳定的结果。3）采用适当的吹CO2器具 除上述两方面以外，对于生产现场来讲，采用合理的器具也是十分重要的。目前，不少铸造厂采用吹气罩吹CO2，如车间设置有固定的吹气站，密封及尾气排放都有妥善的考虑，当然会有很好的效果。但是，这种方法缺点很多，首先是加罩以后接合处不可能密封得很好，二氧化碳损失很多，其次是气流分布不匀，铸型或芯子的硬化也就不均匀，当模具上未装通气塞或通气塞装设不适当时尤为明显。使用吹气罩时，要特别注意解决这些问题。插通气管吹CO2是使用最广的方法，可以用直通管，也可用封头的多孔管，如图7所示。在设计及安置吹CO2器具时，为使CO2分布均匀，应考虑两个特点： CO2比空气重，通常都有向下运动的倾向；气流会自动走向阻力最小的途径。插吸气管时，管外壁与砂型之间会有间隙，对于CO2来讲，这是阻力最小的途径，很容易由此处外逸，所以应该在管子上端装挡板，插管时，让其与铸型(芯)外表面紧密接触，见图7。图7 插管吹气装置示意图a) 直通管；b) 封头多孔管用直通管吹气时，如CO2流率高，则其流向如图421a)中的，流率低则如。直通管还有一个缺点，即管中容易堵砂。用封头多孔管吹气，气流的分布比较均匀，如装设得当，可比直通管省CO2 30%。钻吹气小孔时，宜使小孔的总面积小于管子的截面积。2、VRH工艺真空置换硬化工艺的要点是：铸型制成后，先将其置真空室中抽真空以排除砂粒之间的空气，然后导入CO2 ，使其弥散于砂粒之间，置换原来由空气占据的位置。水玻璃粘结砂，只要脱除水玻璃中的自由水，就可以使其具有很高的强度。以不同方式进行的大量试验工作，如自然干燥、加热烘干和真空脱水等，都证明了这一点。在对真空脱水硬化工艺进行进一步的研究时，逐步认识到：真空脱水虽然能使水玻璃粘结砂具有很高的强度，但也随之产生了不少新的问题，这些问题得不到解决，真空脱水硬化工艺就不可能在生产中应用。可以说：真空置换硬化工艺是为了解决真空脱水硬化工艺的问题而提出的。（1）真空脱水硬化工艺的优点和问题以真空脱水的方式使水玻璃粘结砂硬化，可以在减少水玻璃加入量的条件下得到相当高的强度。从以下的一组试验，可以得到比较具体的印象。用97的40/70目硅砂，加3的水玻璃（硅碱比2.1）配成型砂，制成5050的标准试样。将试样置真空箱内，于0.66kPa的真空度下保持不同的时间，以得到不同的脱水程度。经设定的保持时间后，向真空箱内导入干燥空气，恢复常压后取出试样，立即测定其抗压强度。测定结果见表2。表2 试样经不同程度脱水后的即时强度在真空箱内保持的时间（min）3510152030抗压强度（MPa）0.501.122.583.984.725.00由表2中的数据可见，随着脱水程度的增加，试样的强度大幅度提高。粗看起来，真空脱水硬化作业很方便，而且硬化后的铸型强度很高，但是，实际上却存在一些难以解决的问题，如：1）在脱水过程中，砂型因水分蒸发而急剧降温，处理完毕后铸型的温度很低，往真空箱内导入空气恢复常压时，必须用经脱水的干燥空气，否则，空气中的水蒸汽会在低温的砂型中凝聚，导致强度大幅度下降；2）处理的初期，水玻璃中的水分较易于脱除，以后，随着铸型温度的降低，水玻璃的粘度增高，脱水也就越来越困难，靠真空使其完全脱水是不可能的；3）真空处理后，即时测定的强度很高，其中包含着水玻璃粘结膜因温度降低而粘度增高所造成的假象。放置过程中，温度逐渐恢复，强度就会有所降低。因此，单纯的真空脱水硬化工艺难以在生产条件下应用。（2）用CO2置换空气的考虑向水玻璃粘结砂中吹CO2，能使其很快硬化。但是，用常规吹CO2工艺硬化时，由于砂粒之间的空隙充满了空气，CO2难以在砂型中充分弥散，CO2的利用效率很低，浪费很大。而且，型砂中水玻璃加入量很高，导致落砂性能恶化，旧砂再生非常困难。采用真空脱水硬化工艺，能使型砂中水玻璃用量大幅度降低，也不需要CO2，但却带来了上述问题。如果先抽真空使型砂部分脱水，然后在较高的真空度下导入CO2，这样，就同时兼有两种硬化作用。而且，CO2气体中水分极少，导入CO2时砂型不会有水蒸汽凝聚的问题。VRH工艺的硬化过程是：将制成的砂型置真空室内，启动真空泵，室内达到规定的真空度后，保持几秒钟，或不保持。随即以CO2代替空气导入真空室，使室内压强提高到另一规定值，保持40s左右，使CO2在砂型中弥散。然后，导入大气中的空气，使室内恢复常压，处理过程即告终了。处理过程的特点如下：1）因为要以CO2置换砂粒之间的空气，所以处理所用的真空度较高，以便更多地排除空气；2）不要求以真空脱水的方式脱除太多的水，所以达到规定的真空度后只需保持很短的时间，或不保持。而实际上也还有部分脱水硬化的作用；3）在较高的真空度下送入CO2，很容易在砂型中弥散，其与水玻璃的接触界面大为增加，有很好的硬化效果；4）由于在真空下保持的时间短，脱水较少，砂型的温度不会太低，导入CO2处理终了后，可用大气中的空气使室内恢复常压。硬化后的砂型，在作业地点放置期间也不致因吸收水分而明显降低强度。（3）强度的比较同样配比的水玻璃砂，采用VRH工艺与用真空脱水硬化工艺相比，处理后的即时强度前者略高于后者，随着处理后放置时间的延长，两者强度的差别就更为明显。这说明：用VRH工艺，已使真空脱水硬化工艺存在的问题得到了解决。仍用97的40/70目硅砂、3的水玻璃（硅碱比2.1）配成型砂，制成5050的标准试样。采用不同硬化工艺得到的即时强度和放置不同时间后的强度见表3。两种工艺的硬化条件见表4。 表3 试样硬化后经不同放置时间后的强度（MPa）硬化工艺试样硬化处理后放置的时间 （h）即时123524真空脱水1.121.001.051.151.532.30VRH1.371.551.741.422.064.78 表4 试样所用两种硬化工艺的条件硬化工艺真空度（kPa）真空保持时间CO2送入后保持时间（s）室温（）湿度（）真空脱水0.665 min1920.55451VRH1.325 s 3019225245（3）VRH工艺的主要过程采用VRH工艺时，型砂以水玻璃作粘结剂，对混砂作业的要求，与吹CO2硬化的水玻璃砂和酯硬化水玻璃自硬砂基本上相同，间歇式批量混砂机和连续混砂机都可以应用。但是，采用间歇式混砂机时，不宜用碾轮式，因为型砂中不含粘土，不需要碾轮的搓揉作用，而且碾轮还可能使砂粒破碎，影响型砂的性能。采用间歇式混砂方式时，最好采用转速较高的刮板式混砂机。铸型的舂实与用其他自硬砂时相同。中、小铸型，应配置震动台；大铸型则必须安排人工辅助舂实。铸型的紧实度和紧实是否均匀对铸件的质量影响很大，无论怎样强调舂实的重要性都不会过分。以下是采用VRH工艺的几项主要工艺条件。1）对水玻璃的要求为保证硬化后的铸型有较高的强度，应采用硅碱比（即其中所含SiO2与Na2O的质量分数的比）较低的水玻璃，一般宜为2.12.3。因为有真空脱水硬化和CO2硬化的综合作用，水玻璃的硅碱比低不致导致硬化缓慢。型砂中水玻璃的加入量一般都在2.53.5之间，视铸型强度的要求而定。采用硬化后脱箱的工艺，或用无箱带的砂箱时，型砂硬化后的抗压强度应在1.0MPa以上，水玻璃的加入量就以偏高一些为好。2）真空处理VRH工艺要求先经真空处理的主要作用是排除铸型中砂粒之间的空气，然后以CO2将其置换，使CO2能与砂粒表面的水玻璃膜充分作用，从而使铸型的强度提高。同时，水分在真空下蒸发也是提高铸型强度的因素。从这一点考虑，当然以真空度高一些为好。但是，真空度太高，水分蒸发所吸收潜热多，导致铸型的温度下降过多，强度也会随之降低。实际上，对真空度的控制，大体上可作如下考虑： 夏季1.92.0kPa；冬季进入真空室的铸型温度较低，真空度应该略高一些，一般控制在1.61.9 kPa。由于此种工艺不以真空脱水为主要硬化方式，铸型不必在真空下保持很久。通常可不保持，或保持35s，随即向真空室内送入CO2。真空室的尺寸是非常重要的参数，应根据铸型的尺寸选定。太小不能满足生产要求，太大则既增大真空泵的负荷，又要多耗用CO2。日本一家铸造厂，最大砂箱尺寸900800、高400，真空室内腔尺寸为11001000、高500，可供设计时参考。铸型进入真空室后，从启动真空泵起，达到设定真空度所需的时间与铸型条件、真空室尺寸和真空泵的功率有关，一般为6080s。真空室的结构形式很多，可根据生产流程的安排选择。应用较广的是真空室固定方式。铸型可以从水平方向进、出真空室，也可以将真空室装设在铸型运转线路的上方，在铸型运行到真空室下方时将其提升，使之进入真空室，处理后再放下。也可以采用真空室上、下移动的方式。将真空室装设在铸型转运线路某一点的上方，铸型运行到真空室下方时，使真空室落下，将铸型罩住进行处理，处理完毕后再升起。单件、小批量生产条件下，还可以采用连接真空泵的吸盘，将其置于铸型的上方或下方，然后用塑料膜将铸型封严，进行真空处理。3）向真空室内导入CO2置换原先的空气真空室内的真空度达到设定值后，即向其中送入CO2，真空室内的压强随之提高。此时，CO2压强的控制，夏季宜为3247kPa；冬季应略高一些，以4763kPa为好。在CO2气氛下保持的时间一般为4060s，应根据具体条件通过试验优选。用VRH工艺，CO2耗用量比一般的吹CO2硬化工艺少得多。在CO2气氛下保持后，即可导入空气使真空室内恢复常压，然后取出铸型。4）硬化处理的作业循环采用VRH工艺时，铸型的硬化过程包括抽真空、送入CO2，在CO2气氛下保持和最后导入空气。在成套造型设备正常的条件下，整个硬化作业循环所需的时间，夏季约2.5 min，冬季约3 min ，图8是作业循环的一例。图8 VRH工艺的硬化作业循环3、水玻璃砂的旧砂再生问题各种树脂砂的旧砂再生问题，除碱酚醛树脂砂略有些困难以外，都已经解决得很好了。树脂砂易于再生的原因是：硬化以后的树脂膜相当脆，容易碎裂，而且树脂是有机物质，硅砂是无机物质，两者之间的附着力不很强，因而在机械摩擦的作用下砂粒表面的树脂膜容易剥落。此外，即使再生砂表面上残留了少量树脂，在重新加粘结剂混砂时，也不与加入的树脂或硬化剂作用，或作用很小，对型砂的再粘结影响不大。水玻璃砂的旧砂再生，一直是一个难题，主要有以下几点：l 浇注金属液后，靠近铸件的型砂，砂粒表面的水玻璃完全脱水了，水玻璃粘结膜脱水后的强度很高，不象树脂膜那样易于碎裂；l 水玻璃膜对砂粒表面的附着很强，不易剥落。受到高温作用的砂粒，水玻璃还可能与砂粒表面熔合；l 再生砂重新加粘结剂混砂时，残留在砂粒表面上的水玻璃对型砂强度的影响很大。降低型砂中水玻璃加入量低，旧砂的再生就比较容易，但是，即使水玻璃加入量降低到3%，效果也不能尽如人意。旧砂再生仍然是有待继续努力的课题。水玻璃砂的再生效果，以再生砂中残留的Na2O量（质量分数）评定。如果经再生处理后Na2O残留量能保持在0.5以下，就可以循环使用。如Na2O残留量太高，则再生砂回用时型砂的强度不够高，往往只能作为背砂使用，需另用新砂配制面砂。Na2O残留量对型砂强度的影响见图9。图9 型砂的抗压强度与其中Na2O含量的关系目前，生产中采用的旧砂再生设备大致有以下几种。（1）离心撞击式再生装置日本早期的VRH生产线大都配用日本太洋铸机公司制造的离心撞击式再生装置，如图10所示。我国自日本引进的VRH生产设备，也都采用这种再生装置。所示。我国自日本引进的VRH生产设备，也都采用这种再生装置。图10 离心撞击式再生装置1旧砂入口；2抽尘；3耐磨挡板；4带叶片的转子；5再生砂出口；6传动皮带旧砂进入后，由高速旋转的叶轮（2000 r/min）将其抛向耐磨挡板，产生多次冲撞。同时，砂粒在加速的过程中也有相互摩擦的作用。此种装置可自上而下多级串连使用，以增强再生效果。对于VRH工艺所用的水玻璃砂，再生装置需要3级或4级串连，2级串连的设备很难将Na2O残留量降低到0.7以下。（2）加热再生美国American Colloid公司的J. Gotheridge，在对水玻璃粘结砂进行研究时发现：砂粒表面的粘结膜在较低的温度加热时，会逐步失去牢固结合水和部分结晶水，同时发生体积膨胀，导致强度降低，在350400间有一强度最低点。这种强度的降低与水玻璃的硅碱比相关，硅碱比低，则出现强度最低点的温度较低。利用水玻璃粘结膜这种热强度低的特性，将经过磁选和破碎的旧砂加热到350左右，再用撞击式再生装置或他种再生设备予以再生处理，理论上可以得到较好的再生效果。但是，由于再生系统中增加了加热、冷却两个环节，不仅使设备复杂、监控点增多，而且设备维修、保养相当困难，实际生产中使用效果往往不太稳定。（3）湿法再生湿法再生设备比较复杂，但对水玻璃砂有较好的再生效果，再生砂循环使用时只需按正常的损耗补充新砂，与一般的树脂自硬砂相同。从循环使用、减少排放的方面看来，是应该是值得注意的方法。图11是一种使用效果较好的湿法再生系统，可供参考。图11 水玻璃砂的湿法再生系统落砂后的旧砂，先经磁选，再用破碎机将团块破碎，得到的砂粒由风送装置送到储砂斗。储砂斗中的砂由螺旋给料器送入擦洗室，同时由2号泵供循环水，并用两个带叶片的搅拌器使砂粒受到擦洗。经擦洗的砂浆流到1号水槽，并由1号泵送往旋流分离器。分离得到的砂粒流入振动分水器，污水返回1号水槽。在振动分水器中，用4号泵送来的清洁水和补充的自来水（必要时）清洗砂粒，污水也返回1号水槽。振动分水器分离所得的砂浆进入离心脱水机，使水分降低到5左右，分离的水也返回1号水槽。得到的砂粒再经流态床干燥冷却器，脱除水分并冷却。最后，将再生砂送入砂库备用。循环水的流程是：污水由1号水槽溢流到2号水槽；2号水槽中的污水一部分由2号泵送往擦洗室，一部分流到3号水槽；3号水槽中的水，由3号泵送往中和、絮凝和沉淀等净化处理装置；经处理的清洁水送往4号水槽。含碱的水用烟道废气中的CO2或其他弱酸中和。使水中悬浮细粒凝聚的絮凝剂通常为明矾、硫酸铝、硫酸亚铁等。粉尘由流态床上的罩盖抽取，用4号泵送来的清洁水湿法除尘。最近，一些铸造厂采用简易的湿再生方式，效果也不错。落砂后，将旧砂置水池中浸泡一昼夜后用抓斗捞出，再置清水池中漂洗。经漂洗的砂在滤水槽中初步脱水后，送入转筒式烘炉内烘干。共设置34个水池，轮番使用。用过的水，需加入弱酸性材料中和。如果控制得当，再生砂中Na2O含量也可在0.5以下。看来，湿法再生方面还有待进一步的研究，有可能通过实践找到简便而有效的方法。三、树脂自硬砂的应用目前，我国铸钢行业中树脂自硬砂工艺的应用很广，为了进一步提高铸件质量，并保持产品质量的稳定一致，有必要对树脂自硬砂生产工艺的各环节有更多的了解。1、关于原砂的选用（1）适用于生产铸钢件的硅砂我国品位较高的沉积砂主要是福建沿海一带的硅砂，SiO2含量一般都在95左右，大部分都适用于制造铸钢件。按照当地的习惯，将其分为“海砂”和“沉积砂”两种，实际上海砂也是一种沉积砂。当地所谓的 “海砂”是取自海边潮间带附近的沉积砂，杂质较多，SiO2含量一般在9297之间，但砂粒基本上为圆形。“海砂”开采方便，而且在某一矿点开采后，可在海潮的作用下得到自然的补充。“沉积砂”大都沉积在海岸附近，矿点表面的覆盖土层大致厚1m左右，砂层一般在48 m之间，这种“沉积砂”中SiO2含量大都在97左右，但砂粒主要为多角形。晋江地区沿海近百公里的海岸线一带都有硅砂矿源，目前主要生产供应“海砂”，年供砂量约20万吨。晋江中部砂区海砂的品位较高，SiO2含量9497，适合制造铸钢件用。晋江地区“沉积砂”的品位更高一些，目前基本上尚未开发利用。福建东山岛是优质硅砂的主要产地。东山“海砂”的含泥量低，SiO2含量9597。东山的“沉积砂”品位更高，主要产地是梧龙和山只，粒形是多角形。福建平潭出产的硅砂主要是“海砂”和风积砂，SiO2含量为95左右，颗粒形状也较好。福建长乐沿岸也有大量的硅砂可供开采，但其品位较晋江、东山和平潭的硅砂略低，SiO2含量为9095。除福建沿海以外，广东新会、台山一带，海南东方、儋州一带，也都出产可供生产铸钢件的硅砂。内蒙伊盟的硅砂品位也很高，SiO2含量在96%以上，砂粒的形状为多角形。（2）对原砂的粒度分布状况的考虑我国铸造行业长期以来都习惯于使用三筛砂，一般要求筛分时集中于相邻三筛上的砂量不少于75%。虽然1998年修订的铸造用硅砂标准，规定可用四筛砂，而且标准所列的牌号示例就是四筛砂，但是，迄今为止，原砂大都还是按三筛砂的规格供应，如40/70、50/100和70/140等。三筛砂的主要特点是：紧密排列的粗砂的空隙中不能容纳细粒砂进入。如果进入了细砂，就会破坏粗砂的紧密排列。“三筛砂” 的观念是在长期使用粘土湿型砂的过程中形成的，是从无数经验和教训中总结出来的，是为湿型砂选用原砂时必须遵循的原则。粘土湿型砂中，膨润土、泥分、含碳粉料和水所占的体积分数约为20%，其对型砂透气性的影响是不容忽视的。虽然通过强化砂处理过程，力求将这些物料调制成均匀的膏体，并使之涂覆于砂粒表面，型砂的透气性仍然是相当低的。在这种条件下，紧密排列的粗砂的空隙中如能容纳细砂，当然是非常有害的。均匀率高的三筛砂，正好可以保证细砂不能进入紧密排列的粗砂的空隙。树脂自硬砂的状况完全不同于粘土湿型砂，其中树脂和硬化剂加入量的总和不到2%，而且，两者都是液体，易于涂覆在砂粒的表面，不会填塞砂粒间的空隙，透气性根本不成问题。可是，细砂进入紧密排列的粗砂之间却可以增加很多粘结桥，提高型砂的强度。因此，也就不应该再墨守“三筛砂”的成规。笔者在80年代曾用江西都昌砂作过一组试验，目的是考核原砂的粒度分布对树脂自硬砂强度的影响。试验中，用粒度不同的原砂，各加入1.5%的呋喃树脂，硬化剂用量为树脂的30%，试验的结果见表5。表5 原砂的粒度分布对树脂自硬砂抗压强度的影响原砂状况24h后的抗压强度 （MPa）50/100 三筛砂3.04.040/70三筛砂4.75.650/100 三筛砂，40/70三筛砂 各50%5.67.4由表5可见，用四筛砂时，树脂砂的强度较任何一种三筛砂都有较大的增长。一些工业国家的经验也都证明，由均匀率高的三筛砂改用四筛分布或五筛分布的原砂，树脂自硬砂的强度大为提高，有时甚至有可能提高一倍以上。在原砂的粒度分布适当时，就有可能降低树脂的用量。我国国家标准的修订，也反映了这种观念的改变。天然硅砂的产地很多，各地的矿产条件不同，粒度分布的状况差别很大。同样是50/100规格的原砂，有的集中于50号筛上的多，有的集中于70号筛上的多，有的则集中于100号筛上的多。目前，只能笼统地说：将不同规格的原砂配合使用，效果较好。不可能推荐适于各种条件的最佳粒度级配。即使是同一产地的原砂，由于采矿点不同或洗选条件改变，不同时间供应的原砂，粒度分布状况也可能有所不同。为了得到最好的效果，铸造厂应该根据自己的具体条件，通过认真而仔细的试验，求得最佳的粒度级配。同时，要加强与原砂供应厂商的联系，及早获得有关的信息，并对每批进厂的产品进行严格的检测。位于美国伊利诺州的Wedron砂矿，原砂经水洗、烘干后，先筛分为单筛砂，然后根据用户的要求进行级配后供应。（3）铬铁矿砂 铬铁矿砂的热导率数倍于硅砂，耐火度和高温稳定性也高于硅砂，铸钢件造型时，常用以配制热节、厚截面部位的面砂，铬铁矿砂是将铬铁矿破碎而得到的砂粒。纯铬铁矿的分子式为FeCr2O4，是铬铁尖晶石，含Cr2O3 67.9%。实际上，铬铁矿的组成非常复杂，其化学通式可写成ROR2O3。R是二价的，可以是Mg+2或 Fe+2，也可以两者以任意的比例并存；R是三价的，可以是Cr+3，也可能同时兼有Fe+3或Al+3。比较准确的说，铬铁矿是含多种尖晶石的复杂的固溶体。铬铁矿矿石中，除铬铁矿以外，还含有脉石。脉石主要是蛇纹石，橄榄石，绿泥石及碳酸盐等矿物。用作铸造原砂的铬铁矿，Cr2O3含量通常只为40%左右，杂质的含量是相当多的。所含杂质的品种及其数量，均影响铬铁矿砂的性能及使用效果。铸造所用的铬铁矿砂，密度约为44.8 g/cm3，莫氏硬度5.5左右。我国机械行业标准铸造用铬铁矿砂中，按主要物理、化学参数将铬铁矿砂分为二级，见表6。表6 铬铁矿砂的等级和技术要求等级Cr2O3 (%)SiO2 (%)CaO (%)灼烧减量 (%) 含水量（）耐火度 （）145310.50.51800235521.00.51700铬铁矿主要产地是南非、俄罗斯、南罗德西亚，阿尔巴尼亚、土耳其和菲律宾。美国也有出产。世界铬铁矿产量中约60%用于冶金，20%作耐火材料，12%用于化学工业，铸造业用作造型材料者只占8%左右。铸钢行业用铬铁矿砂作造型材料，大约自上世纪60年代初开始，当时，主要是因为锆砂短缺，价格昂贵，而铬铁矿砂又具有锆砂的一些主要优点，故用以作为锆砂的代用品。铬铁矿砂中的Si02主要来自脉石，如其含量过高，则将使铬铁矿的耐火性能恶化，出现“釉化”现象，故一般都要求Si02低于3%。如铬铁矿砂中含有的碳酸盐，与高温金属液接触后将分解而析出CO2，易于导致铸件产生针孔或气孔缺陷。因此，含碳酸盐的铬铁矿应经900950焙烧处理。铸钢件造型用的铬铁矿砂， 1000灼烧减量不可高于1.5%。测定铬铁矿砂的灼烧减量时，应在还原性气氛下加热。在氧化性气氛中，FeO会进一步氧化成为Fe2O3，使试样增重，测得的灼烧减量将低于实际值。此外，如铬铁矿中含水化物杂质，也会导致铸件产生气孔缺陷，从这点看来，也应严格控制其灼烧减量。铬铁矿砂具有半金属光泽，呈黑色，薄片呈半透明的棕红色。铬铁矿砂略具磁性，用以配制面砂时，落砂时可用磁选方法将其与分离、回收再利用。2、树脂的选用用于生产铸钢件的树脂自硬砂，所用的树脂粘结剂可以是甲阶酚醛树脂、呋喃树脂、碱性酚醛树脂或尿烷树脂。（1）酚醛树脂酚醛树脂是最早出现的人工合成树脂，1872年，A.Baeyer就发表了研制酚醛树脂的成果。其后，许多人进行了大量工作。20世纪初，酚醛树脂开始在工业上采用。作为铸造粘结剂用的酚醛树脂，基本上可分为两大类：甲阶酚醛树脂：甲醛对苯酚的摩尔比大于1，一般在碱性催化剂作用下缩合而成。诺沃腊克型酚醛树脂：甲醛对苯酚的摩尔比小于1，一般在酸性催化剂作用下缩合而成。酚醛树脂在铸钢行业中的应用不少，对其品种和合成、硬化的过程有所了解是有益的，这里简单地表示于图12，供参考。 图12 酚醛树脂的品种及其合成、硬化过程示意图铸造生产中用合成树脂作型砂粘结剂，最早的是J.Croning的壳型工艺，所用的树脂是诺沃腊克型酚醛树脂。一些工业国家，也采用壳型工艺生产小型铸钢件，铸件的尺寸精度和表面质量都相当好。如果用铁砂填埋后浇注，则铸件的致密度高、晶粒细，内在质量优于熔模精密铸件。目前，我国采用者还不多。甲阶酚醛树脂，最初在工业方面主要用于制造胶合板、玻璃纤维夹层板和防护性涂料，并用作橡胶增粘剂和纸张浸渍剂。从上世纪60年代中期开始，铸造生产中用甲阶酚醛树脂。当时，其价格比呋喃树脂低3040%，工业国家中，热芯盒工艺用甲阶酚醛树脂者也相当普遍；作为造型用自硬砂的粘结剂，主要用于生产铸钢件。7080年代，欧洲的铸钢企业，大都采用酸硬化的甲阶酚醛树脂自硬砂。甲阶酚醛树脂自硬砂的优点是：造型过程中硬化反应不完全，浇注时受热后还有一二次硬化的过程，因而脱模方便，而且，二次硬化后砂型的热稳定性好，适于制造厚截面铸件；旧砂的可再生性好，与呋喃树脂自硬砂大致相当。酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂的缺点是：硬化过程缓慢，低温下尤难硬化。我国的铸钢厂，生产现场大都无控制温度的条件，更不宜采用这种自硬砂。80年代以后，由于石油价格的拉动，苯酚的价格大幅度上涨，进一步制约了这种自硬砂的应用。80年代又出现了酯硬化的酚醛树脂，也称为碱性酚醛树脂。可用自硬方式和吹酯蒸汽硬化的方式硬化。所用的树脂，与酸硬化树脂的区别，只不过是合成时所用的催化剂很强，树脂缩合的程度不同而已，是甲阶酚醛树脂的发展。最近，北京邦尼公司研制了一种改性酚醛树脂，采用酸性硬化剂，也属于甲阶酚醛树脂，但分子中含有高分子结构，有二次硬化过程。旧砂的可再生性大致与用呋喃树脂的相同。混砂、造型过程中有其特有的气味，而浇注时产生的烟气比呋喃树脂砂、碱酚醛树脂砂小得多。现已有铸钢厂正式用于生产，据报道说效果很好。关于酸硬化的甲阶酚醛树脂自硬砂，暂时不说。碱性酚醛树脂自硬砂，我国铸钢行业应用较多，后面要专门谈到。（2）呋喃树脂呋喃树脂是以糠醇为基础的，并因其结构上特有的呋喃环而得名。糠醇是以农业副产品为主要原料的。先自玉米芯、棉子壳、稻壳或甘蔗渣中提取糠醛，然后再在一定温度和压力条件下加氢制成糠醇。我国制取糠醇的原料极为丰富，据报道，日本生产的呋喃树脂，其原料40以上自我国进口。呋喃树脂，就其基本构成而言，有糠醇树脂、脲醛呋喃树脂，酚醛呋喃树脂，甲醛呋喃树脂等。单纯的糠醇树脂，不仅成本高，性能也不是很好，实际上，由于综合考虑成本、性能等因素，常采用多组分的共聚树脂。因此，呋喃树脂的品种繁多，而主要的组分是糠醇树脂、脲醛呋喃树脂和酚醛呋喃树脂。选取上述三组分的配比时，应考虑的因素见表7。表7 选定共聚呋喃树脂中三种主要组分时应综合考虑的因素因素成本树脂中含氮树脂砂的硬化性能树脂砂的强度树脂砂的脆性糠醇最高不含氮中等高脆性中等脲醛最低含氮量很高最佳高脆性最低酚醛适中不含氮最弱低脆通常，按呋喃树脂中的糠醇含量和氮含量，将其区分为三类，见表8。表8 呋喃树脂的分类树脂类别糠醇含量（）氮含量（）水分（）高糠醇801000224中糠醇60802447低糠醇406010151215铸钢件用的呋喃树脂，为了使其具有较好的综合性能，不必追求完全无氮。一般说来，要求氮含量2%就可以，不会有什么负面影响。特殊条件下，也可以要求氮含量0.5%。（3）尿烷树脂尿烷树脂自硬砂是美国Ashland公司开发的pep-set工艺。树脂由两组分构成，用于钢、铁铸件的，第一组分为聚苄醚酚醛树脂，第二组分为聚异氰酸酯。硬化剂为叔胺或吡啶，通常由树脂供应商加入树脂的第一组分中。这种树脂的第一组分不含氮，第二组分中含氮6.07.6%。当两组分等量加入时，相当于树脂体系中的含氮量为3.0%3.8%，与含氮低的中氮呋喃树脂相当，用于铸钢及铸铁都不会有问题。如希望树脂体系小的含氮量再低一些，可适当增加第一组分的量，使第一组分与第二组分之比为5545或6040。树脂的总加入量(两组分之和)为砂量的12。国外，有用尿烷树脂自硬砂生产小型铸钢件的，我国尚未见用于生产铸钢件的报道。3、酯硬化的甲阶酚醛树脂自硬砂用有机酯作硬化剂的甲阶酚醛树脂自硬砂工艺，是由英国Bordon公司开发的，也称为-set(alphaset)工艺，于1981年获得专利。1985年前后，欧洲就有一些铸造厂采用，是一种颇有特色的工艺方法。-set工艺所用的树脂是甲阶酚醛树脂的一种，是在酸硬化的甲阶酚醛树脂的基础上发展起来的。但其所用的硬化剂是有机酯，而不是有机磺酸。制造树脂时，用KOH、NaOH等强碱性催化剂，故通常称之为碱性酚醛树脂。树脂中所含的水和的游离的K、Na 离子，对于树脂与有机酯发生的作用、以及树脂的交联反应都至关重要。这一工艺主要特点是混砂、造型、浇注时散发的烟气少，有利于改善环境。多种低级酯都可作为硬化剂，应用较广的是碳酸丙烯酯，这也是作用较强的硬化剂。还可用几种有机酯混合配成作用强弱不同的牌号，以适用于不同的生产条件。本工艺方法最先是用于生产铸钢件，现在也用于制造非铁合金、铸铁及高镍铬合金铸件。我国主要用于铸钢件。（1）树脂的特点 碱性酚醛树脂仍为甲阶酚醛树脂，但其碱性较强，据报道pH值为1113.5。树脂的保存期短，在20以下为6个月，在30下为23月；在40下26个星期。（2）树脂的硬化机制在树脂的硬化反应中，首先是树脂中的碱与酯反应，形成碱金属的碳酸盐，释放醇。树脂中的碱被中和、形成碳酸盐后，即可发生交联反应，将砂粒粘结，使型砂具有必要的强度。有机酯与水作用，使树脂中的水分降低，也是促进硬化反应的因素。由于作为硬化剂有机酯是参与树脂硬化反应的组分，不同于硬化剂只