铸造型砂绿色化的实现与方法

铸造型砂中的湿型砂和树脂砂在铸造生产中产生了的大量的废气，废气中含有二英和呋喃两种持久性污染物，不仅严重损害人类的健康，而且造成了环境污染，尤其是二英，它是一级致癌物，毒性巨大，会引起人类各种疾病与畸形。所以实现铸造型砂绿色化是实现绿色铸造必然环节。铸造型砂绿色化就要使用对环境无污染的环保型砂或开发低毒性、低污染的新型型砂，主要通过粘结剂绿色化、添加材料绿色化和辅助材料绿色化实现。

型砂用到的粘结剂可分为无机粘结剂和有机粘结剂两大类，主要包括黏土、水玻璃、树脂等。采用传统黏土作为型砂粘结剂生产的铸件尺寸精度低，表面质量较差，容易产生粘砂、夹砂和结疤等表面缺陷，所以需要加入一定量的煤粉。而作为黑色粉状物，煤粉的加入，容易造成粉尘飞扬，污染环境，同时浇注过程中，产生大量含有一氧化碳和致癌物苯并芘的烟气，危害工人健康。目前，已有研究人员开发出黄壤土天然黏土作为粘结剂而不需要添加煤粉，能有效预防粘砂的缺陷，得到表面光洁的铸件，而且对环境污染小。

作为无机化学型粘结剂，钠水玻璃是铸造生产中应用最广泛的。水玻璃作为粘结剂在浇注过程中不燃烧并且无烟，不产生有害气体，是最有可能实现绿色铸造的型砂粘结剂。且水玻璃砂流动性好、易紧实、硬化速度快、硬化强度高，所以可保证砂型芯的尺寸精度，生产的铸件缺陷少、成品率高，生产效率也高。但是水玻璃CO₂硬化砂存放过程中表面易粉化、溃散性差且不易回收利用。研究人员通过对水玻璃砂改性以达到提高粘结强度，增加抗吸湿性和改善溃散性的目的。水玻璃改性方法包括：加入阻缓老化的改性剂，减缓老化速度，例如聚丙烯酞胺阻缓水玻璃老化的有效期对低模数水玻璃约2个月，对高模数水玻璃约1个月；提高强度的化学改性，可以提高单位水玻璃的强度，改善水玻璃砂溃散性，用硼酸盐、磷酸盐、铝酸盐等改性的水玻璃，其强度得到了提高；在抗湿性改性方面，使用钠锂复合水玻璃或往混合料中添加质量分数为1%的LiOH的溶液，有助于改善水玻璃砂的吸湿性。

添加材料指在铸造中为了改善型砂的某些性能而在型砂中添加的一些特殊材料，如煤粉、淀粉、溃散剂、促硬剂等，添加材料绿色化就是在铸造过程中使用环保型添加材料。煤粉在高温浇注中会产生大量的烟尘，内含挥发性有机化合物成分主要为苯、酚以及它们的多种烃基替代衍生物，其中的多种化合物毒性和致癌性较大。目前环保型煤粉替代品有FS粉、MD粉、α—淀粉等。其中FS粉由多种有机纤维质和无机组分组成，无毒无味、无腐蚀性、无粉尘污染，是理想的煤粉绿色替代品。此外，FS粉用量仅为煤粉的1/3左右，铸造工艺性能优异。FS粉型砂既有良好的韧性，又具有较好的流动性，很好地解决了铸型凹坑、拐角等处砂型充型问题，而且改善了起模性能。FS粉砂型水分敏感性小，性能稳定，可提高型砂的热湿拉强度，防止产生夹砂结疤缺陷。北京华德液压工业集团铸造分公司使用FS粉全部代替煤粉后，型砂的综合性能及浇注的铸件表面质量均达到很好的效果。(www.xing528.com)

桂林1号粉是天然胶质植物经醚化处理而成的水溶性天然植物类的潮型砂强化剂，是无毒无害的碳水化合物。该强化剂能大幅度提高型砂的热湿拉强度、退让性、溃散性及表层风干耐粉化性，同时发气量低，可有效地消除浸入气孔和析出气孔。华中科技大学机械厂使用了桂林1号潮型砂进行生产，配方为“新砂15%+旧砂85%+桂林1号粉1.5%+膨润土0%～2%+水6.5%～7%”，结果表明型砂的溃散性和退让性好，生产的铸件质量好，大幅度减少了夹砂、粘砂、气孔、砂眼等缺陷。

铸造用辅助材料包括涂料、脱模剂等。目前国产脱模剂多为油类，易产生油雾，污染空气，影响操作工人身体健康。而水溶性脱模剂无油雾对环境污染小，且操作安全，已逐步发展成油基脱模剂的代替品。通过改变硅油、表面活性剂等的配比，环保型水溶性脱模剂可以改善其稳定性、不分层，且脱模效果可以进一步提高。由于水溶性脱模剂流动性好，也适用于自动喷涂使用。

为了人类健康和环境保护更加符合未来的环境保护法规，无机粘结剂采用热空气硬化，浇注过程不产生有害气体，是一种环保型粘结剂。目前无机粘结剂在宝马、大众等汽车铝合金铸件上得到应用，占制芯总量10%左右，未来几年每年以5%速度递增，伴随日益严格的环保要求，无机树脂将逐渐取代有机树脂。并可以实现复杂几何形状砂芯的铸造，减少砂芯发气引起的铸造缺陷。