1 自硬砂旧砂再生处理的工艺特点

自硬砂铸造生产中，旧砂再生工艺的应用已是很普遍了。不同的旧砂再生工艺，就有不同的砂处理生产单元。其目的就是实现旧砂再生回用、降低成本、促进环保、提高资源再利用。

旧砂再生主要是利用振动机械的振动机理来实现的。旧砂再生过程中的主要设备包括振动落砂机、振动破碎机、振动沸腾冷却机、振动输送机和振动筛分机，以及风选机、砂温调节器、磁分离机等，配套相关的设备构成一个特定的砂处理生产单元。自硬砂旧砂再生回用，就是利用专用再生设备来对旧砂进行破碎、去膜、筛分和冷却的工艺应用过程。也有利用高温焙烧的工艺方法对旧砂进行处理。

旧砂再生处理的过程，就是对树脂砂、水玻璃砂（统称自硬砂）的失效脆性状、溃散状的惰性膜进行脱膜、去膜、圆整的过程。对半粘结状和粘结状的未失效的旧砂进行团块破碎、分解、松散再利用。旧砂再生设备中，对旧砂产生搓磨作用的有二种形式的振动设备：线性振动设备和非线性振动设备。线性振动设备如FAT 系列振动破碎机；它以线性激振力为主体，形成对旧砂进行线性方向的运动搓磨作用机理。

非线性振动设备，它以非线性的陀旋振动激振为主体，形成对旧砂进行在圆周范围被激掁的运动搓磨作用机理。

2 运动搓磨机理的受力分析

旧砂受线性振动的搓磨力，是由激振力产生的作用力和反作用力，构成平面汇交力系。形成对砂的搓磨运动过程。

旧砂受非线性振动的搓磨力，除受激振力作用产生的作用力和反作用力之外，还有受离心惯性力产生的作用力、反作用力；构成空间汇交力系，形成对砂陀旋搓磨运动过程。

搓磨力，就是由激振力产生的作用力对旧砂作用所需要的脱膜能力。不同的搓磨方式会产生不同的脱膜效果。

旧砂在被激振的运动过程中，虽然会出现多方位的力点，如挤压力、碰撞力、冲击力、离心方向的抛射力等。但都会形成一个汇交合力；由于汇交合力的形成，对砂团块产生力偶；（两个大小相等，方向相反，作用线不重合的平行力，称力偶。）力偶对物体转动效应的大小，用力偶矩来度量。力偶矩是一个自由矢量，可以在作用面内作任意移动，而不影响对物体的转动效应。

所以旧砂团块及颗粒状旧砂在线性和非线性振动激励下，所出现的转动、翻滚运动状态，达到了有切向搓磨的作用。

3 搓磨对象有机脂膜的形成

自硬砂工艺中，砂子利用有机脂和固化剂的作用产生相互的粘附，形成表面有机脂膜；粘附的结合力（粘附强度），其性质取决于砂子和粘附剂相互作用的结合键粘合剂的分子键，不同性质的结合键，产生不同的结合能（一种聚合内力）。由于存在有机脂膜的结合能，使砂粒间粘合，不易溃散。这种内力随粘附强度的变化而改变。因此，不同工艺配方的有机脂、固化剂会形成不同固化时间和固化硬度。有机脂膜受一定温度影响后，形成隋性膜（一种脆化的有机脂膜），其内部的分子键，会发生质的变化。经完全烧灼的有机脂膜，分子键完全断裂而灰粉化；不完全烧灼的有机脂膜，分子键脆化，有机脂膜失效，在外力作用下易发生脱离；未烧灼的有机脂膜，因有受温度影响，分子键处于临界脆化状态，在适当外力作用下，会发生脱落；而没有受温度影响的，仍保持着完好的粘附结构－固化的有机脂膜。这种砂粒经分解松散后可以再利用。有机脂膜包裹的砂子，不影响砂回用性能。

旧砂脱膜能力的大小，一般用灼烧减量来衡量。有机脂膜失效后的性状，一般为灰粉状，脆化状和溃散状。

高温热法再生工艺对树脂砂再生不适用。其一，没有必要利用高温法去除剩余未失效树脂膜，这对以后回用树脂的加入量有利；其二，直接烧灼旧砂对部分砂粒不利，易破碎粉化。

高温热法再生工艺对水玻璃砂旧砂再生可以适用，因为旧砂中的残余水玻璃会影响型砂成分的酸碱度。实际生产应用比较多 。

砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组合而成。为了提高铸件的表面质量，常在砂型和型芯表面刷一层涂料。涂料的主要成分是耐火度高、高温化学稳定性好的粉状材料和粘结剂，另外还加有便于施涂的载体（水或其他溶剂）和各种附加物。砂型制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。最常用的铸造砂是硅质砂。硅砂的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。为使制成的砂型和型芯具有一定的强度，在搬运、合型及浇注液态金属时不致变形或损坏，一般要在铸造中加入型砂粘结剂，将松散的砂粒粘结起来成为型砂。应用最广的型砂粘结剂是粘土，也可采用各种干性油或半干性油、水溶性硅酸盐或磷酸盐和各种合成树脂作型砂粘结剂。砂型铸造中所用的外砂型按型砂所用的粘结剂及其建立强度的方式不同分为粘土湿砂型、粘土干砂型和化学硬化砂型3种。20世纪初铸造业开始采用辗轮式混砂机混砂，使粘土湿型砂的质量大为改善。新型大功率混砂机可使混砂工作达到高效率、高质量。以震实为主的震击压实式造型机的出现，又显著提高了铸型的紧实度和均匀性。随着对铸件尺寸精度和表面质量要求的提高，又出现了以压实为主的高压造型机。用高压造型机制造粘土湿砂型，不但可使铸件尺寸精度提高，表面质量改善，而且使紧实铸型的动作简化、周期缩短，使造型、合型全工序实现高速化和自动化。气体冲击加压的新型造型机，利用粘土浆的触变性,可由瞬时施以0.5兆帕的压力而得到非常紧密的铸型。这些进展是粘土湿砂型铸造能适应现代工业要求的重要条件。因而这种传统的工艺方法一直被用来生产大量优质铸件。

钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。

磷酸盐胶凝材料品种繁多, 由于其粘结性能好, 所以在耐火材料及其制品和许多高温工程中早已广泛应用, 国外采用磷酸盐作为铸造粘结剂, 特别是应用在自硬砂方面已进行了许多研究。国内近年来也获得了一些成果。从这些成果来看, 磷酸盐自硬砂具有较高的耐火度, 一定的高温强度, 良好的溃散性, 制备方便、无毒、无味、无公害, 与水玻璃砂和树脂砂相比, 具有其独特的优点。因此, 对磷酸盐自硬砂的开发研究具有积极的意义。

(1)以磷酸铝胶为粘结剂, 煅烧冶金镁砂为硬化剂并加入矾土水泥为防潮剂配制的磷酸盐自硬砂, 具有合适的硬化强度、高温强度及良好的溃散性。

(2)磷酸盐自硬砂无毒害、无污染、生产操作简单, 采用该自硬砂进行生产, 有较好的经济效益, 对其开发应用予以充分地重视 。2100433B

一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂及其制备方法专利目的

《一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂及其制备方法》要解决的技术问题是提供一种降低生产成本、环保、固化速度好、固透性好并且适用于低温高湿环境的铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂。

一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂及其制备方法技术方案

《一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂及其制备方法》涉及一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂，按重量份计，所述一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂由以下组分组成：苯酚200~300，硫酸250~940，甲醇150~200，顺酐25~50，水300~500。

优选地，按重量份计，所述一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂由以下组分组成：苯酚200，硫酸250，甲醇150，顺酐50，水300。

优选地，按重量份计，所述一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂由以下组分组成：苯酚250，硫酸425，甲醇175，顺酐35，水400。

优选地，按重量份计，所述一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂由以下组分组成：苯酚300，硫酸940，甲醇200，顺酐25，水500。

另外，《一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂及其制备方法》所述一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂的制备方法所采用的技术方案是：该制备方法包括以下步骤：

（1）将已溶化的苯酚加入反应釜中，在搅拌的状态下缓慢加入硫酸，使苯酚与硫酸的摩尔比在1.0:1.2~1.0:3.0范围内，使反应釜内的物料发生磺化反应；

（2）所述磺化反应一定时间后，将反应釜内的物料温度下降至75摄氏度以下，缓慢加入甲醇，使反应釜内的物料发生酯化反应；

（3）所述酯化反应一定时间后，将反应釜内的物料温度下降至60摄氏度以下，往反应釜中加入顺酐和水，在小于60摄氏度下进行热混搅拌稀释；

（4）热混搅拌一定时间后，将反应釜内的物料温度下降至40摄氏度以下，过滤出料、包装。

优选地，在步骤（1）中，所述磺化反应的温度为95~100摄氏度，所述磺化反应的时间为1.5~3小时。

优选地，在步骤（2）中，所述酯化反应的温度为70~90摄氏度，所述酯化反应的时间为1~2小时。

优选地，在步骤（3）中，顺酐和水在物料温度为55~60摄氏度时加入，热混搅拌时间为0.2~1小时。

一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂及其制备方法有益效果

《一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂及其制备方法》通过采用苯酚与硫酸磺化反应后，再经过甲醇与未参与反应的硫酸进行酯化反应，再添加少部分顺酐和水稀释制得的产品，主要有益效果体现在以下几个方面：

（1）苯酚与硫酸在一定温度条件下进行的磺化反应。在温度为65~75摄氏度反应时，得到的产物以邻位酚羟基磺酸为主；在温度为100摄氏度反应时，得到的产物以对位酚羟基磺酸为主；

（2）《一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂及其制备方法》制得的固化剂产品是由酚羟基二磺酸与硫酸酯、有机酸复合成的产品，产品的综合性能较好；

（3）《一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂及其制备方法》制得的固化剂产品体系中不含苯、甲苯、二甲苯等毒性较大物质，而含游离酚在0.09%以下，且含有酚羟基活性物质，有利于树脂砂强度的提高，有利于环保；

（4）《一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂及其制备方法》制得的固化剂产品固透性好，脱模时间调节范围宽，可针对不同大小的砂型（芯）进行不同的脱模时间的控制。并且初始强度及终强度高，可减少树脂及固化剂加入量，进一步降低原材料消耗成本；

（5）《一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂及其制备方法》制得的固化剂产品适用于低温度、高湿度的工作环境，它克服了在低温高湿环境下树脂砂固化不良的弊端，具有固化速度快，固透性好，脱模时间控制范围宽，并且初强度及终强度高等特点。

《一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂及其制备方法》涉及砂型（芯）铸造领域，特别是涉及一种铸造用呋喃树脂自硬砂用固化剂及其制备方法。