1、华中科技大学硕士学位论文IIAbstractTri-ethylamine Cold Box Core-making Process, with the features of more efficiency,energy saving, good casting surface quality, accurate dimension, good core collapsibility,has been widely used in automobiles, internal combustion engines, tractor, engineeringmachinery, rolling s
2、tock, brake pump. However, the high usage amount of resin, lowperformance and bad storage of sand core lead to the high scrap rate in production processof some Foundry Enterprise. Therefore, further studies on these problems can providetechnical support for optimization of Tri-ethylamine Cold Box Co
3、re-making Process,enhancing sand core performance and reducing production cost, which have importantrealistic significance.In this paper, combining the production practice of No.1 Foundry Plant, Dongfengmotor Co., Ltd (hereinafter called: No.1 Foundry Plant), reasons for the high usageamount of resi
4、n and low efficiency of core-making were analyzed. Furthermore, effects ofprocess conditions for sand core performance of Tri-ethylamine Cold Box based on actualproduction were studied. Finally, several improvement measures of ISOCURE of No.1Foundry Plant were proposed, and the results achieved are
5、as follows.Through analyzing quality of raw materials and production process of Tri-ethylamineCold Box Core-making of No.1 Foundry Plant, high water content of the raw sand and thecompressed air is identified as the main reason for high usage amount of resin.The effect of the amount of added resin o
6、n sand core performance was studied. Theresults showed that the initial strength and the 24h final strength of sand core increasedwith the increase of amount of addition of resin, the gas evolution indicate the samevariation tendency. When the amount of added resin is 1.8%, he 24h final strength rea
7、chthe maximum at the ratio of two components is 50:50, and the initial strength reaches itsmaximum at the ratio of 55:45. It is also can be seen that the tensile strength of sand corehas good stability when the ratio is between 50:50 and 55:45.And then, research of water-based paint, environmental h
8、umidity and temperature onstrength and fracture of sand core were also explored. The results showed that thewater-based paint made the 24h final strength decrease significantly, but the decline rate华中科技大学硕士学位论文IIIdecreased with the increase amount of added resin; the strength of core painted durings
9、torage time 1-6h was lower than that of immediate painted core and painted after storage24h. In the environment of room temperature and high humidity, the core strengthdecreased significantly due to high humidity with the extension of storage time. In theenvironment of 40 and RH100%, the sand core r
10、eaches its maximum strength within 5h,and then the strength declined rapidly with the extension of storage time. The resinbinding bridge showed cohesive-fracture-dominated compound fracture in theenvironment of room temperature and low humidity, While, the resin binding bridgeshowed the adhesive fra
11、cture because of moisture-induced cracks in high humidityenvironment.Based on these, several improvements for the raw water content, sand mulling,compressed air dryer, dip coating and heating, process and tooling parameters and sandcore storage have been proposed to reduce the usage amount of resin
12、and increaseefficiency of core-making.Key words: Tri-ethylamine; Cold box; Process parameters; Water-based coating;Environment humidity; Core strength; Core fracture独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结
13、果由本人承担。学位论文作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密 ，在 _年解密后适用本授权书。本论文属于不保密 。(请在以上方框内打 “”)学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日华中科技大学硕士学位论文11 绪论1.1 三乙胺法冷芯盒制芯工艺概述1.1.1 引言三乙胺法冷芯盒制
14、芯工艺是美国亚什兰油脂化学公司 1968 年发明的一种新型制芯工艺技术，它是继 20 世纪 40 年代的壳型工艺， 50 年代的 CO2 自硬工艺， 60 年代的热芯盒工艺之后的在铸造技术上的又一次历史性突破和飞跃1。在此之后，国外陆续开发了其它冷芯盒法： SO2 法， 包括呋喃 /SO2 法、 环氧树脂 /SO2 法、 酚醛树脂 /SO2法、自由基法（ FRC） ；低毒气体硬化法，主要指酚醛树脂 /酯法；无毒气体硬化法，包括钠水玻璃 /CO2 法、聚丙烯酸纳 /CO2 法、酚醛树脂 /CO2 法、呋喃树脂 /压缩空气法2。尽管有这么多冷芯盒法制芯工艺，但三乙胺法仍在国内外铸造行业中占主导地位
15、3。三乙胺法冷芯盒制芯工艺在美国又称为 ASHLAND 工艺或 ISOCURE 工艺，它具有高效、节能、铸件表面质量好、铸件尺寸精度高、砂芯溃散性好等优点，适用于较精密铸件的生产47。因此，一经问世就在国际上引起强烈反响并得到了迅猛发展和应用，深受铸造厂家的重视和欢迎，特别是大批量生产的汽车、拖拉机、内燃机等行业812。1.1.2 原理及工艺流程三乙胺法冷芯盒制芯工艺的粘结剂由两部分组成：组份是液态酚醛树脂，组份是液态聚异氰酸脂，催化剂为叔胺，可用三乙胺、二甲基乙胺、异丙基乙胺和三甲胺，以三乙胺应用最广。硬化原理为：酚醛树脂（组份） +聚异氰酸脂（组份） 催化剂 尿 烷华中科技大学硕士学位论文
16、2化学反应式如式（ 1-1）所示13：（ 1-1）三乙胺法冷芯盒制芯工艺流程14,15是利用粘结剂（组份液态酚醛树脂和组份液态聚异氰酸脂）与砂子混合后吹射并舂实于芯盒，然后以干燥的压缩空气或氮气为载体，导入雾化的催化剂三乙胺，使型芯在芯盒中快速硬化，达到满足工艺要求的砂芯16，最后用干燥的压缩空气或氮气对三乙胺进行清洗，而三乙胺尾气通过尾气净化洗涤装置处理后排入大气，工艺流程图如图 1-1 所示。图 1-1 三乙胺法制芯工艺流程图1.2 国内外研究现状1.2.1 国外的研究现状三乙胺法冷芯盒制芯工艺具有众多优点，特别是其无需加热，硬化速度快，铸件表面质量好，尺寸精度高，不仅满足了用户对铸件质量
17、日益提高的严格要求，同时又满足了铸件生产厂商生产的低成本、高效率的目标。三乙胺法冷芯盒制芯工艺自 70 年代以来，在美国和西欧等工业发达国家的汽车、拖拉机等行业中逐步得到广华中科技大学硕士学位论文3泛的应用17-24。 1971 年有 15 个国家， 165 家工厂采用该工艺， 其中美国有 20 家， 20世纪 70 年代末，美国已经发展到 380 家公司， 20 世纪 80 年代，该工艺在美国铸造厂已占有绝对的主导地位，仅树脂消耗每月达 2000-3000 吨之多14；英国用三乙胺法冷芯盒工艺制芯占所有气硬冷芯盒工艺中使用比例的 85%，而德国在 1997/1998年度，用于三乙胺冷芯盒的芯
18、砂用量已达到总芯砂用量的 57%25。随着应用的不断扩大，三乙胺法冷芯盒制芯工艺得到不断的发展与完善，美国、德国、意大利、西班牙、日本等工业发达国家对三乙胺法冷芯盒工艺配套设备，如射芯机、气体发生器、芯砂混砂机、空气干燥器、砂加热冷却器、废弃净化装置等进行了深入的研究，为三乙胺法冷芯盒制芯技术在世界范围内的广泛应用提供了有利的前提条件和保障。其中，德国成功试验了一种加温冷芯盒法，通过在芯盒内部通入温水使芯盒温度保持在 4080， 这种方法使冷芯盒砂芯在恒温的状态下均匀固化，大幅度改善了普通冷芯盒砂芯的反强度梯度22-23；美国亚什兰公司开发的ISOMAX 树脂技术，使冷芯盒砂芯的性能得到了很大
19、提高26-28；日本的 Sintokogio公司创立的 Q-ATSU 法，依靠真空吸入砂子，使硬化气体不会逸入空气中，极大地改善了工作环境。据文选资料介绍，采用三乙胺法冷芯盒制芯工艺技术生产的砂芯，其产量占所有工艺生产砂芯总量的 90%， 说明它占住着当今制芯技术的主流地位29。1.2.2 国内的研究现状20 世纪 70 年代末，我国铸造工作者开始对该工艺进行开发与应用，尤其是以河南洛阳拖拉机厂材料研究所与安阳塑料厂两家单位合作对三乙胺法冷芯盒树脂技术进行了大量的试验研究，原农机部也将三乙胺法冷芯盒技术列入重要攻关项目30。但是，由于当时历史条件的限制，既无冷芯盒专用设备又无原材料供应，在国内
20、一直都未形成应用的气候。进入 80 年代，随着改革开放国门打开，我国铸造工作者在对外交流过程中，逐渐对三乙胺法冷芯盒制芯技术进行了深入的了解和掌握。 1985年，长春第一汽车制造厂和常州有机化工厂分别从美国亚什兰公司引进三乙胺法冷芯盒相关技术，合作生产冷芯盒树脂，为三乙胺法冷芯盒制芯工艺在我国的推广与应用迈出了非常重要的第一步。 随后 1987 年， 洛阳拖拉机厂与长春第一汽车制造厂、华中科技大学硕士学位论文4相继从德国毫廷格公司和美国 B.P 公司引进了部分或全套三乙胺法冷芯盒制芯技术的专用工装设备，从此三乙胺法冷芯盒制芯工艺在国内正式进入生产使用阶段31。在我国，三乙胺法冷芯盒制芯工艺是冷
21、芯盒工艺中应用最广泛的一种，约占市场的 90%。我国的长春第一汽车制造厂、东风第二汽车制造厂、上柴铸热分公司、杭州发动机有限公司、合肥江淮铸造有限公司、潍坊柴油机厂、全柴股份有限公司等，都从国外引进了先进的三乙胺法冷芯盒制芯设备，并在制芯技术工艺上逐步成熟和完善32-37。例如，潍坊柴油机厂现有冷芯盒制芯机 40 多台，分别来自美国 B.P公司、德国兰佩公司和豪廷格公司等，并且在此基础上自行改造的冷芯盒制芯机，射制的砂芯从 1kg 到 120kg，有上百个品种。上海柴油机股份有限公司制芯工部现有8 台冷芯盒制芯机，分别来自美国 B.P 公司、德国 Laempe 公司、意大利 F.A 公司，射制
22、的砂芯从 0.3kg 到 60kg，壁厚从 3mm 到 20mm，引进至今批量生产十多年，已累计生产了 30 多万套机体、缸盖砂芯，生产近十万吨铸件3。90 年代初期， 三乙胺法冷芯盒配套材料供货商及专用设备厂商如 Ashland、 H.A、F.A、 Laempe、 Hottinger、 Loramendi、 Boton、 Hiross 等纷纷在中国设立办事处争夺中国用户。我国三乙胺胺法冷芯盒用户至今已超过 50 家，遍及国内的汽车、拖拉机、内燃机、机车车辆、制泵等行业，据统计树脂消耗量超过 2000 吨 /年、树脂砂消耗量11 万吨 /年38。但是，三乙胺法冷芯盒制芯技术在我国发展较慢，还存
23、在很多有待进一步解决的问题，主要体现在以下几个方面39。(1) 专用工艺装备国产化率太低三乙胺法冷芯盒制芯工艺装备分为设备和工装模具两大类，在专用设备中，通过对国内主要用户如长春第一汽车制造厂、洛阳拖拉机厂、潍坊柴油机厂等企业的调查40，发现除了洛阳拖拉机厂有自制的制芯机及其气体发生器的产品以外，其它用户的专用设备几乎全部从国外引进，其中的树脂混砂机及树脂定量器也几乎全部从国外引进，只有与之配套的压缩空气干燥设备、三乙胺尾气净化装置在少数的厂家使用，专用工装国产化率在 30%左右。对企业来说引进如此多的专用设备不仅在成本上支出巨大而且在零配件的补给上也存在诸多困难。因此，无论是国有大中型华中科
24、技大学硕士学位论文5企业还是中小企业用户都是一个巨大的挑战，这严重影响了三乙胺法冷芯盒制芯技术在我国的广泛的使用。(2) 冷芯盒材料质量的严重滞后1996 年以前，我国冷芯盒树脂技术是垄断经营、品种单一、质量较差、价格昂贵， 1996 年以后，国内冷芯盒树脂生产厂家发展到五家，但质量与国外树脂相比仍然存在明显的差距41。国内树脂的常规强度比国外树脂低 20%-40%，抗湿性能低50%-100%； 国内树脂的高温分解特性差， 国产树脂高温强度比国外树脂低 10%-20%；国内树脂的脱模性能低，对温度过度敏感；国内树脂的毒性大，目前国产树脂的溶剂全部采用的是芳香族类有机化合物，在浇注过程中产生苯、
25、苯酚等有害气体有损于工人的身体健康，而国外树脂采用改性的植物油 -甲基酯作为树脂溶剂，在浇注过程中无有毒有害刺激性气体产生，极大地改善了工作环境，也简化了树脂运输及仓储的难度42。原砂无法像树脂一样从国外进口，必须在我国选取。我国可以用作三乙胺法冷芯盒原砂的主要是风砂和海砂。风砂主要指内蒙砂矿，以承德砂厂和大林砂场为代表；海砂主要指福建海砂，以平潭标准砂厂和平潭县砂厂为代表。由于运输的原因，北方地区的三乙胺法冷芯盒用户大都以内蒙风砂为主，南方则以福建海砂为主。但是，原砂质量的稳定性较差，如承德砂 SiO2 含量适中，粒形及粒度分布较好，但杂质含量较高；平潭砂 SiO2 含量较高，粒度分布较好，
26、但粒形较差且耗酸值偏高。(3) 冷芯盒过程控制尚未程序化三乙胺法冷芯盒制芯工艺在企业生产过程中应建立起一套从原材料入厂到铸件出厂的全过程的质量保证体系，但国内不少用户都没有严格的工艺控制43，主要表现在：原材料质量控制不严、工装模具设计不当、工艺流程设置不合理、现场过程控制不规范。这样易造成型芯固化不良、紧实率差、易吸湿、反强度梯度分布，产生铸件粘砂、冲砂、表面质量差等缺陷，使三乙胺冷芯盒制芯技术的优点未能充分发挥，从而降低了人们对三乙胺冷芯盒制芯工艺应用的积极性。华中科技大学硕士学位论文61.3 本课题的研究目的与意义东风汽车有限公司商用车铸造一厂在 80 年代中期，从西班牙的 Lorame
27、ndi 公司引进了 6 台冷芯盒制芯机（见图 1-2） ，用于生产桑塔纳轿车、神龙富康轿车及康明斯柴油发动机的缸体、缸盖的型芯，如缸体曲轴箱芯和圆棒芯以及缸盖气道芯和水道芯等（见图 1-3） 。 但是，在生产的过程中存在一些问题，如树脂加入量偏高、砂芯强度偏低、存放性差（该厂所处地区空气湿度常年为 55%-85%） 、制芯效率低等现象，致使铸件废品率偏高，达不到制芯机的生产设计能力，其中制芯效率低和树脂用量高的问题较突出。为此，我们与铸造一厂合作，开展提高三乙胺法冷芯盒制芯生产效率及降低树脂用量的技术攻关，共同解决长期困扰工厂的难题。因此，本文通过查阅资料并收集国内外三乙胺法冷芯盒制芯技术的发
28、展状况，对工厂三乙胺法冷芯盒制芯技术生产现状进行试验分析，弄清三乙胺法冷芯盒制芯效率低和树脂用量高等问题的原因，从而提出切实有效的解决方案，拟降低树脂用量、提高砂芯强度并提高制芯效率。从而降低铸造一厂三乙胺法冷芯盒制芯的生产成本，最大化的发挥制芯设备的设计能力及综合使用效率。图 1-2 LOROMANDI 冷芯盒制芯机华中科技大学硕士学位论文7图 1-3 冷芯盒砂芯照片（ a）六缸发动机缸套型芯 (b)冷却水道型芯1.4 本文的研究内容及技术路线1.4.1 主要研究内容（ 1）分析铸造一厂三乙胺法冷芯盒原材料（原砂、树脂、三乙胺）的质量参数；（ 2）研究原材料（原砂、树脂）对砂芯的强度的影响，
29、优选胺法冷芯盒原材料；（ 3）研究工艺参数（树脂加入量及配比、涂料工艺及加热温度等）对砂芯固化时间及砂芯强度的影响，优化工艺参数，降低树脂用量，缩短固化时间，提高生产效率；（ 4）研究环境条件对制芯工艺及砂芯强度的影响；（ 5）探明不同环境条件下砂芯存放过程中性能的变化；（ 6）研究加热与环境湿度条件下，砂芯的断裂的方式及断口微观形貌；（ 7）基于上述研究，提出制芯工艺工装改进建议。1.4.2 技术路线本文所采用的技术路线如图 1-4 所示。(a) (b)华中科技大学硕士学位论文8图 1-4 本文的技术路线华中科技大学硕士学位论文92 工厂三乙胺法冷芯盒制芯工艺的现状分析原材料质量和工艺流程对
30、三乙胺法冷芯盒树脂用量、砂芯性能、制芯效率及铸件质量等具有重要影响。为此，本章就工厂目前使用的原材料以及冷芯盒制芯工艺流程进行检测和分析，探讨树脂用量高和生产效率低的原因，为实现提高冷芯盒制芯生产效率及降低树脂用量做好前期准备。从三乙胺法冷芯盒制芯工艺流程可以看出，该工艺包含的主要原材料是原砂、树脂 (组分、组分 )以及固化剂，这三方面材料的质量都是影响砂芯性能的直接因素。为此，对这三方面的材料进行了质量分析，同时对工厂三乙胺法冷芯盒制芯工艺流程进行了调研与分析。2.1 原材料质量分析2.1.1 原砂(1) 原砂粒度用电子天平称取烘干原砂 50 克，将砂样放在全套的铸造用试验筛最上面的筛子上，
31、将筛子固定好在 GZS-A 震摆式筛分机上进行筛分，筛砂时间 12 分钟。依次将每个筛子及底盘上残留的砂子分别倒入光滑干净的纸上，并用软毛刷仔细地从筛网的反面刷下夹在筛孔中的砂粒，称量每个筛子上砂子的重量并计算出占试样总量的百分比 (P)，即得砂样的粒度分布。其中 AFS 平均细度（ ）根据式（ 2-1）计算。PXP =（ 2-1）式中， X 的对应的值如表 2-1 所示。表 2-1 筛孔尺寸对应的成数（ X）的关系表筛孔尺寸（目） 40 50 70 100 140 140X304057 25华中科技大学硕士学位论文10生产现场使用的主要是三种砂：河北承德砂（ 21Q） 、河南郑庵砂（ 21Q
32、） 、江西都昌砂，分别取三组砂样进行检测，检测结果见表 2-2、 2-3、 2-4。表 2-2 河北承德砂粒度分布表 40 目 50 目 70 目 100 目 140 目140目AFS 平均细度第 1 组 7.2 31.2 31.0 21.8 5.6 2.2 59.3第 2 组 7.8 24.0 38.6 21.8 5.2 2.0 59.1第 3 组 8.8 26.0 36.6 20.4 5.8 2.0 59.0表 2-3 河南郑庵砂粒度分布表 40 目 50 目 70 目 100 目 140 目140目AFS 平均细度第 1 组 5.0 27.2 38.6 23.0 5.2 0.6 56.8
33、第 2 组 5.4 28.2 39.2 21.2 4.4 1.0 56.3第 3 组 4.8 26.2 40.0 22.0 5.2 1.2 28.0表 2-4 江西都昌砂粒度分布表 40 目 50 目 70 目 100 目 140 目140目AFS 平均细度第 1 组 6.8 32.0 35.2 21.0 4.0 1.0 55.2第 2 组 7.0 30.0 35.2 21.2 5.2 0.4 55.4第 3 组 6.2 35.2 32.2 20.4 4.0 1.2 55.4由表 2-2表 2-4 可知：生产用的三种原砂都属于 50/100 目的三筛砂，相邻三筛砂的集中率分别为 83.8%、
34、88.5%、 88.5%（三个数的平均值为 86.9%） ， AFS 平均细度分别为 59.1、 57.0、 55.3（三个数的平均值为 57.1） 。根据原砂的粒度对树脂砂强度的影响规律及原砂粒度对芯砂流动性、透气性的影响规律44,45，这三种原砂的粒度分布适宜，流动性和透气性较好，符合工厂生产冷芯盒砂芯的原砂粒度的要求；但选取原砂粒度要考虑多重因素，据资料46介绍 75 目砂的分布比例在树脂终强度中起的作用最大，单纯从提高树脂砂的质量、减少树脂的用量考虑，应该使原砂中 75目砂的比例适当多些。筛号百分比（%）组别筛号百分比（%）组别筛号百分比（%）组别华中科技大学硕士学位论文11由于河北承
35、德擦洗砂是铸造一厂三乙胺法冷芯盒制芯工艺生产用的最多的原砂，接下来本文在没有特别注明的情况下，原砂质量检测的试验砂选用的都是河北承德砂。(2) 原砂形貌使用带照相机的双目立体显微镜（ SMZ-BT2 体式显微镜 重庆光电仪器有限公司）观察砂粒形貌。从洗净、筛分后原砂的主要部分中取出少许试样，均匀混合后放在显微镜的工作台上。选取适当的放大倍率进行观察和拍照，并将观察到的情况记录下来。从现场生产使用的原砂中抽取一组砂样，在双目立体显微镜上分别放大 40 倍和80 倍进行观察原砂的表面形貌，如图 2-1 所示。图 2-1 原砂的形貌 (a) 40X ； (b) 80X由图 2-1 可知：原砂的外形较
36、为圆整，多为圆球状，表面平整光滑，孔洞和裂纹少。这样的砂表面积小，角形系数较小。根据砂芯强度随着原砂角形系数增大呈指数下降的规律47,48，说明这种砂粒表面均匀覆盖一层树脂膜所需的树脂量少，不但可以减少树脂加入量，降低成本，而且圆形的砂粒流动性好，便于紧实，提高树脂砂的强度。(3) 原砂含水量用感量为 0.001 克的电子天平称取 20 克原砂，在 SGH 双盘红外线烘干器里（见图 2-2）烘烤 6 分钟，烘烤后后的砂样放入干燥皿里冷却后称量重量，以重量减少作(a) (b)华中科技大学硕士学位论文12为原砂水分含量，计算占砂样总重的百分比，即得原砂含水量。图 2-2 SGH 双盘红外线烘干器选
37、取车间里的原砂作为试验样砂，按着生产流程把原砂分为三类砂： 1#砂（进厂的湿砂） 、 2#砂（湿砂的第一次烘干） 、 3#砂（ 2#砂的再烘干） 。先后选取在晴天和雨天里对三类砂的含水量进行两组检测，结果如表 2-5表 2-10 所示：表 2-5 晴天进厂湿砂含水量1#砂 1234平均值样品重量（ g） 20.047 20.011 20.001 20.003干燥后重量 (g) 19.559 19.495 19.542 19.577含水量 (%) 2.434 2.579 2.295 2.130 2.360表 2-6 晴天进厂湿砂一次烘干砂含水量2#砂 1234平均值样品重量（ g） 20.000
38、 20.000 20.000 20.000干燥后重量 (g) 19.974 19.971 19.974 19.969含水量 (%) 0.130 0.145 0.130 0.155 0.140表 2-7 晴天进厂湿砂二次烘干砂含水量3#砂 1234平均值样品重量（ g） 20.000 20.000 20.000 20.000干燥后重量 (g) 19.978 19.975 19.975 19.976含水量 (%) 0.110 0.125 0.125 0.120 0.120华中科技大学硕士学位论文13表 2-8 雨天进厂湿砂1#砂 1234平均值样品重量（ g） 20.003 20.000 20.0
39、01 20.001干燥后重量 (g) 19.388 19.407 19.416 19.376含水量 (%) 3.074 2.965 2.925 3.125 3.022表 2-9 雨天进厂湿砂一次烘干砂2#砂 1234平均值样品重量（ g） 20.000 20.000 20.000 20.000干燥后重量 (g) 19.968 19.965 19.966 19.963含水量 (%) 0.160 0.175 0.170 0.185 0.173表 2-10 雨天进厂湿砂二次烘干砂3#砂 1234平均值样品重量（ g） 20.001 20.000 20.000 20.000干燥后重量 (g) 19.9
40、75 19.970 19.969 19.972含水量 (%) 0.130 0.150 0.155 0.140 0.144对上述两种不同天气下的原砂进行含水量进行对比，如图 2-3 所示：0.00.51.01.52.02.53.0含水量(%)图2-3 两种不同天气下原砂含水量进厂湿砂湿砂一次烘烤湿砂二次烘烤晴天 雨天由表 2-5表 2-10 可知：进厂湿砂（ 1#）含水量较高，分别为 2.36%、 3.022%；湿砂经过一次烘干后，含水量大幅度下降，最大幅度达到 94.3%；湿砂经过第二次烘干后，含水量又有一定幅度的下降，最大幅度达到 16.8%；相同的烘干条件下，雨天华中科技大学硕士学位论文1
41、4的原砂比晴天的原砂吸水性更强，说明环境湿度对原砂的吸水性影响较大。经过烘干处理后的原砂，含水量 0.2%，基本满足冷芯盒对砂芯的要求，严格要求原砂含水量 0.1%49。(4) 原砂含泥量称取烘干原砂试样 50 克，放入容量为 600ml 的专用洗砂杯中，再加入 390ml 的水和 10ml 的质量分数为 5%的磷酸钠溶液。 煮沸 3-5min 后， 将洗砂杯置于洗砂机 （见图 2-4）上搅拌 15min。取下洗砂杯，加清水至标准高度 125mm 处，用玻璃棒搅拌30s 后，静置 10min，用虹吸管排除浑水。第二次再加入清水至标准高度 125mm 处，重复上述操作。第三次以后的操作与上述相同
42、，但每次静置时间为 5min。这样反复多次，直至洗砂杯中的水透明无泥为止。最后依次将洗砂杯中的清水排除后，把试样和余水置于 100mm 玻璃漏斗的定性滤纸上进行过滤，待余水滤净后将试样连同滤纸移入玻璃皿中，在 140160下烘烤至恒重。则原砂的含泥量的质量分数根据式（ 2-2）计算。12100%1mmm=（ 2-2）式中，原砂中泥的质量分数（ %） ； m1水洗前试样的重量（ g） ； m2水洗后试样的重量。图 2-4 旋转式洗砂机对现场使用的河北承德砂的含泥量进行了检测，检测结果如表 2-11 所示：华中科技大学硕士学位论文15表 2-11 原砂含泥量次数 第一次 第二次 第三次 第四次 第
43、五次 平均值含泥量 (%) 0.11 0.19 0.21 0.13 0.15 0.158由表 2-11 可知：原砂的平均含泥量为 0.158%。由于砂芯抗拉强度随含泥量增加而降低且是一种近乎直线下降关系49，因此，原砂含泥量控制至关重要。严格要求控制在 0.2%以下，此砂的含泥量满足要求。(5) 原砂耗酸值主要仪器与试剂：磁力搅拌器及涂有聚四氟乙烯的搅拌棒， 500ml 烧杯、 250ml锥形瓶、 50ml 移液管、 100ml 滴定管， 0.1N HCl 标准溶液； 0.1N NaOH 标准溶液、溴麝香草酚蓝指示剂、蒸馏水。试验方法：称取砂样 50 0.01g，置于烧杯中，然后加入 50ml
44、 的蒸馏水，再用移液管将 50ml 的 0.1N 的 HCl 标准溶液加入烧杯中。接着用表面皿将烧杯盖上，用磁力搅拌器上搅拌 5min 后再静置 1h。最后用中速滤纸将此溶液滤入锥形瓶中，并用蒸馏水将烧杯中残留溶液洗涤 5 次，每次用水 10ml，洗涤后的溶液全部倒入锥形瓶中。将 3-4 滴溴麝香草酚蓝指示剂加入锥形瓶滤液中，用 0.1N 的 NaOH 标准溶液滴定滤液直至蓝色，当此颜色保持 30s 不再变色即为滴定的终点。其中，原砂的耗酸值根据式（ 2-3）计算。耗酸值 =A1-A2 (2-3)式中， A1加入的 0.1N HCl 标准溶液的 ml 数； A2滴定消耗的 0.1N NaOH
45、标准的 ml 数。如果所配置的标准容易的浓度不为 0.1N 时，耗酸值可根据式（ 2-4）计算。耗酸值 =(A3N3-A4N4) 10 （ 2-4）式中， A3-加入的 HCl 标准溶液的 ml 数； N3-加入的 HCl 标准溶液的当量浓度； A4-消耗的 NaOH 标准溶液的 ml 数； N4-消耗的 NaOH 标准溶液的当量浓度。华中科技大学硕士学位论文16选取现场原砂，用式（ 2-4）对其耗酸值的进行了检测，结果如表 2-12 所示。表 2-12 原砂的耗酸值A3 N3 A4 N4 结果（ ml） 平均值 （ ml）第一组50 0.1079 44.6 0.1057 6.80788.71
46、0450 0.1079 42.0 0.1057 9.55650 0.1079 41.8 0.1057 9.7674第二组50 0.1079 44.0 0.1057 7.4427.487850 0.1079 43.8 0.1057 7.653450 0.1079 44.07 0.1057 7.368第三组50 0.1079 43.85 0.1057 7.60067.424450 0.1079 44.0 0.1057 7.44250 0.1079 44.2 0.1057 7.2306由表 2-12 可知：原砂的平均耗酸值为 7.8742ml。据资料介绍，一般要求耗酸值控制在 5-10ml 之间，越
47、低越好，基本满足要求49。(6) 原砂灼减量主要仪器： SX2-2AS 试验室电炉，武汉电炉试验炉厂制造；天平（感量 0.01g）试验方法：在已焙烧过至恒重的坩埚中称取 2g（准确到 0.01g）待测的试样， 然后一起放入已加热至 1000的高温电炉中灼烧 15min，取出坩埚，冷却到室温后再称重。将失重乘以 50，即为该试样的灼减量（ %） 。选取现场原砂进行灼减量的检测，结果如表 2-13 所示：表 2-13 原砂灼减量原砂种类 灼减量（ %） 平均值（ %）1#砂 2.5 3.0 3.0 2.872#砂 2.0 1.5 1.5 1.673#砂 1.5 1.5 1.5 1.50由表 2-1
48、3 可知：三种原砂的灼减量分别为 2.87%， 1.67%， 1.50%。原砂的灼减量是指原砂中的结晶水及混入或粘结着的有机物质，它们不仅产生气体而且增加铸件的气孔等缺陷，而且影响芯砂的强度及耐火度，一般铸铁件控制在 3.0%以下50，要求灼减量尽量小。所以，该原砂的灼减量基本满足冷芯盒砂芯要求。华中科技大学硕士学位论文172.1.2 粘结剂由冷芯盒工艺反应原理可知，如果聚异氰酸根（ -NCO）含量过低，则聚异氰酸脂的消耗则大，因而树脂用量则大。车间使用的是苏州兴业化工有限公司生产的树脂，组分酚醛树脂的型号是： XIL-318M，组分聚异氰酸脂的型号是： XII-618。根据国标 HG/T24
49、09-92 的方法检测聚异氰酸酯中氰酸根（ -NCO）含量。粘结剂组份聚异氰酸脂中的聚异氰酸根（ -NCO）的含量分析检测结果如表2-14 所示。表 2-14 组份聚异氰酸根（ -NCO）含量V1 V2 M C 结果（ %）第一组 137.25 10.61 1.3943 0.0544 20.752第二组 137.25 37.01 1.0227 0.0544 22.395第三组 137.25 33.68 1.0734 0.0544 22.046由表 2-14 可知：组份中氰酸根平均质量分数约为 22%，国内外三乙胺法冷芯盒树脂的技术指标一般要求异氰酸根质量分数在 22%-26%13，基本满足要求。2.1.3 催化剂采用高分子多孔小球（ GDX-101）为固定相，对催化剂三乙胺中微量的水分进行气象色谱分析，分析仪器为 SC-2000 型气象色谱仪，热导池 TCD 检测器。柱温 150，程序升温速率 20 /min， TCD250，气化温度 200，过温保护 320。在武汉大学分析测试中心用分析型气象色谱法，
