渣油黏结剂的制备及应用技术

1.渣油黏结剂的主要组成及在铸造生产中的应用

渣油是炼油厂原油蒸馏加工过程中蒸馏塔底部所剩留的残渣。原油蒸馏工艺有常压蒸馏、减压蒸馏等几种。不同的原油、不同的蒸馏工艺对渣油的性能都有一定的影响。用作铸造黏结剂的渣油一般为减压渣油，渣油经过进一步氧化加工而制成石油沥青。渣油是石油分馏过程的中间产物，其组成和性质见表8-10。

表8-10 渣油的组成及其性质

渣油的硬化实质上是小分子向大分子转化的过程，其转化顺序为：油质→胶质→沥青质→碳青质→半油焦质。其硬化过程大致如下：在一定温度下烘干时，砂粒周围裹附着的渣油内分子活动剧烈，一小部分油质可能随稀释剂（裂化柴油）挥发，大部分油质则进行脱氢聚合成为胶质。其中，氧促进脱氢聚合的进行。胶质在受热时不稳定，随着油质减少，它也进一步脱氢、聚合，生成沥青质。当进一步提高温度和延长时间时，沥青质又向碳青质和半油焦质转化。

从胶体化学的角度来看，在油质挥发和相对分子质量逐步增大的转化过程中，渣油就能从溶胶转成凝胶，其至半固体和固体的韧性连续膜，使砂芯获得强度。

渣油黏结剂综合利用了石油工业的副产品。减压渣油为石油炼制中的下脚料，所用稀释剂和催化剂的原料大都亦为石油炼制中的副产品，资源丰富，可以改变油类黏结剂供应不足的现状，进一步满足铸造生产发展的需要，可有效地代替包括植物油在内的其他油类黏结剂，巨成本低廉，可制作汽车、机械和液压件等的各类合金铸件的Ⅱ级、Ⅲ级的砂芯。

2.渣油的主要技术指标

我国早在1958年和1960年就先后对页岩残油和渣油进行研究，但在应用中遇到不少困难，此后中断。后来根据生产上的迫切需要，国内相关单位通过反复探索，终于找到了有效的途径，创制了S61型和S76型渣油黏结剂。S61和S76型渣油黏结剂的性能指标见表8-11。

表8-11 渣油黏结剂的性能指标

我国原油产地分布很广，各地原油加工厂生产的几种渣油的性能和成分见表8-12。渣油黏结剂皆由炼油厂生产供应，有条件时可进行再加工。

表8-12 几种渣油的性能和成分

3.渣油黏结剂用稀释剂和催化剂

（1）稀释剂 渣油在常温下极为黏稠，呈膏状，难以在混砂时加入。若采用加热熔化则十分麻烦，而巨芯砂的流动性很差。为此，须采用稀释剂稀释。试验表明，对于渣油来说，裂化柴油是较好的稀释剂；除此之外，还有煤油等。生产实践表明：①随着渣油与裂化柴油的稀释比增大，黏度减小，湿压强度下降，渣油砂的流动性则逐步提高，但至10：7.5以后，流动性不再有何变化；②在稀释比至10：7.5以前，渣油的干拉强度随稀释比提高而增加，这是由于稀释比提高时，渣油的黏度下降，有利于渣油在混砂过程中更均匀地裹覆砂粒。加入的柴油过多之后，由于柴油的大量挥发，又过多地影响了渣油薄膜的完整性，因而导致强度下降。因此，在满足使用性能的前提下应尽量减少稀释剂加入量，以使成本较低。稀释比以10：5为宜。

（2）催化剂 要使渣油砂制成能用的砂芯，烘烤是一个十分重要的因素。渣油与桐油不同，桐油是干性油，在常温下也会逐渐干燥硬化，其烘烤温度范围比较宽，渣油则要达到一定温度和时间后才开始硬化。渣油砂的烘烤温度范围较窄，而巨适宜温度较高，烘干时间亦较长。为了使渣油黏结剂的烘干工艺接近桐油，以便于在生产中应用，就必须寻求合适的催化剂。

无机盐，如FeCl₃、AlCl₃等，均具有促进硬化的作用，但使硬化强度有所降低。在有机盐中，环烷酸钡、环烷酸锌和环烷酸铁等环烷酸盐有明显的催化作用。生产实践表明，环烷酸铁的作用效果最好，其加入量以12%（质量分数）为宜。(www.xing528.com)

4.改性渣油芯砂的配比和性能

改性渣油芯砂的主要黏结剂是改性渣油黏结剂。通常在原油蒸馏加工过程中蒸馏塔底部所剩的渣油不宜直接用作铸造芯砂的黏结剂，而需用溶液（煤油、轻柴油）按质量10：5左右的比例稀释改性后才能用作铸造芯砂的黏结剂。

改性渣油是一种棕黄色膏状物，其性能应符合表8-13的规定。

表8-13 改性渣油黏结剂的性能

①工艺试样配比（质量比）：ZBS标准砂2000，S61型渣油黏结剂80；混制8min；试样烘干温度（250±5）℃，时间60min。

②工艺试样配比（质量比）：ZBS标准砂2000，S76型渣油黏结剂130；混制8min；试样烘干温度（240±5）℃，时间60min。

改性渣油砂对原砂的要求与合脂砂对原砂的要求基本相同。渣油砂中常加入原砂质量2%左右的膨润土，糊精则可少加或不加。膨润土的最佳加入量是膨润土与糊精的质量比为2～3：1，在相同附加物的条件下，渣油砂的湿压强度比桐油砂和合脂砂高。附加物的加入，不仅提高了渣油砂的湿强度，而巨扩大了砂芯烘烤的温度范围，改善了烘烤后砂芯的质量。

水分随粉状附加物的增加而增加，适宜的水分加入量是膨润土的1/2，或膨润土加上糊精量的1/3。

改性渣油芯砂的干强度随改性渣油黏结剂加入量的增加而增加。当砂粒周围形成一定厚度的薄膜后，再增加改性渣油黏结剂，干强度不但不增加，反而有下降的趋势，同时湿压强度和透气性下降，发气量增加。因此，制备渣油芯砂时，改性渣油黏结剂的加入量不宜过多，一般对铸铁和铸钢件其加入量（质量分数）为4.5%～6.5%，铸造非铁金属件（质量分数）为2%～3%。

有关改性渣油芯砂的配比和性能可参见表8-14。

表8-14 改性渣油芯砂的配比和性能

5.渣油砂的制芯及烘干硬化工艺

渣油砂的流动性、湿强度等工艺性能都比较好，可用手工制芯，也可用机器制芯。此外，渣油砂还有如下特点：①芯砂的保存时间可长达2～3周，无附加物的芯砂甚至可以长期放置；②制好的砂芯在入炉烘烤之前也可长期放置而不变形、松散；③不黏附芯盒，可整班连续制作而不需擦拭芯盒；④抗吸湿性好，成品砂芯长期放置后再使用无需“回烧”。

渣油砂存在的问题是，制芯时手与芯砂长期接触后会发黄，但用废柴油洗手后不会留下痕迹，对皮肤无伤害。

渣油砂比较适宜的烘干硬化工艺是：烘烤温度230～250℃，烘烤时间1～2h。对于薄壁小芯，取烘烤温度的下限。如果大小砂芯同炉烘烤，则薄小砂芯应放在低温处，在烘烤厚大砂芯时要特别注意炉气循环。托芯板应开有通风孔。在炉内高温区，砂芯的摆放不应过密，避免发气量过大而造成温度自动升高。烘干前期烟气较大，需及时排出，并注意工作场地的空气流通。