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大型風電球鐵件用樹脂砂生產控制

文章出處:未知 人氣:發表時間:2018-03-19 10:47
摘 要:造型樹脂砂的生產控制是獲得質量優異的風電用球墨鑄鐵件的關鍵。 從樹脂砂構成:原砂、再生砂、樹脂、固化劑及混砂機混砂質量各方面,進行樹脂砂性能試驗研究。 結果表明,合理控制原砂粒度、再生砂微粉含量、灼燒減量和殘留硫含量、樹脂的糠醇含量及含氮量、組合型固化劑酸度以及混砂機混砂質量,能夠保證樹脂砂的性能,從而獲得良好的風電球墨鑄鐵件。
Abstract: The production control of mould resin sand was the key to obtain excellent quality ductile iron castings for windpower. The resin sand performance test is carried out from resin sand composition, raw sand, reclaimed sand, resin, curingagent and sand mixing quality. The results show that the reasonable control of the original grain size, reclaimed sandpowder content, burning and reducing residual sulfur content, the content of furfuryl alcohol and nitrogen content of resin,combination and sand mixer sand quality, to ensure the performance of the resin sand, and the wind power nodular castiron castings with good performance can be obtained.
  公司采用呋喃樹脂自硬砂工藝生產風電球墨鑄鐵件,如輪轂、底座、軸等,鑄件單重從幾百公斤到幾十噸。 根據過往生產經驗可知,要獲得質量優異的風電鑄件,造型樹脂砂是鑄件質量得以保證的關鍵。 樹脂砂對鑄件的縮孔、縮松、夾渣等缺陷,以及鑄件表面質量有很大影響,因此對樹脂砂性能的研究很有必要。 樹脂砂的性能表征一般指樹脂砂經過 24 h 硬化后的終強度,這是最基本最重要的性能指標之一。 良好的強度可以保證鑄型(芯)在搬運、組芯、合型、澆注時不被損壞,對于球墨鑄鐵件,還可以抵抗鑄件在糊狀凝固時所產生的石墨化膨脹力,降低鑄件縮孔和縮松傾向。
  樹脂砂強度的表示方法有多種:抗壓強度、抗彎強度和抗拉強度等[1],本公司采用抗彎強度來表示 。大型鑄件的砂鐵比達到 5 以上,是構成鑄件成本的關鍵因素之一,出于成本和經濟效益考慮[2],也 需要合理控制樹脂砂的使用。 經過多年生產實踐,總結出要滿足大型風電球鐵件的生產,樹脂砂抗彎強度應控制在 2.0~2.8 MPa。 對大型風電球墨鑄鐵件,除常溫強度外,樹脂砂的高溫強度、發氣量、殘留硫含量等也不可忽視。

1、原材料的控制:
1.1、原砂:

  原砂選用福建砂,Si O2含量≥96%, 含泥量≤0.3%,原 砂粒度選擇了適合大型風電球鐵件的粒度分布。原砂粒度的選擇基于兩個方面考慮:①砂型的透氣性; ②砂型的強度。 為提高型砂強度,并滿足透氣性要求, 采用 30~50 目硅砂, 并且要求 30 目、40目、50 目 3 篩殘留量≥85%,70 目篩殘留量≥5%。

1.2、再生砂:
1.2.1、微粉含量:
  微粉對強度的影響機理主要是相對于正常砂粒而言,微粉的比表面積很大,在樹脂砂中吸收了很多樹脂,使砂粒表面覆的樹脂減少,從而降低了樹脂砂的強度。 在灼燒減量相近,其它參數都一樣的條件下,檢測微粉含量對樹脂砂強度的影響如圖 1。
  由圖 1 可知:微粉含量越低,型砂強度越高且穩定,當微粉含量≥2%時,強度降低已不能滿足工藝要求。 若為了滿足型砂強度要求,只能提高樹脂加入量,但這會進一步提高發氣量,進而影響鑄件的質量。 微粉含量應該控制在≤1.6%。
圖 1 微粉含量對樹脂砂強度的影響

圖 1 微粉含量對樹脂砂強度的影響

1.2.2、灼燒減量:
  灼燒減量偏高時, 砂粒表面老化的樹脂膜多,新加入的樹脂覆在老化樹脂膜上,而老化樹脂膜與砂粒間的粘結力低,造成樹脂砂強度下降。 根據公司再生砂處理現狀, 經過試驗將灼燒減量控制在3.5%以下。 在微粉含量相近,其它參數都一樣的條件下,檢測再生砂灼燒減量對樹脂砂強度的影響如圖 2。
圖 2 再生砂灼燒減量對樹脂砂強度的影響
圖 2 再生砂灼燒減量對樹脂砂強度的影響

1.2.3、殘留硫含量:
  舊砂中殘留硫含量對大型風電球鐵件表層石墨形態有重要的影響,要嚴格控制,本公司控制殘留硫含量≤0.2%。

1.3、 樹脂:
  呋喃樹脂以糠醇為基礎,與尿素、甲醛或苯酚等縮合而成,其主要組分是糠醇、脲醛、酚醛。
  大型風電球鐵件用呋喃樹脂,其高溫性能是重要指標之一, 主要通過糠醇含量及含氮量來控制。隨著糠醇含量的提高, 呋喃樹脂高溫強度提高,但常溫強度會有所下降,本公司糠醇含量控制≥86%;呋喃樹脂中的氮含量全部由尿素帶入,存在于脲醛組分中,糠醇和酚醛都不含氮。 當含氮量在某一范圍時,隨著含氮量的提高,呋喃樹脂高溫強度下降,但常溫強度有所提高,本公司含氮量控制≤3%。

1.4、固化劑:
  呋喃樹脂自硬砂生產中常用的固化劑有單一型和組合型。 對于大型風電球鐵件,由于拋模時間長,需要型砂有一定的固化反應時間, 讓操作人員進行必要的微震緊實[3],故采用組合型固化劑。 組合型固化劑優點:①適應性強,只要調整其酸度值和濃度,一年四季都可以使用;②固化反應時間可以調節。缺點:與單一固化劑相比,強度有所下降。
  組合型固化劑中 A、B 固化劑的比例及加入量,是由混砂機中電腦程序根據檢測到的型砂溫度進行調節控制。 A、B 固化劑的技術要求,如表 1 所示。
表1 組合型固化劑技術要求

表1 組合型固化劑技術要求
  在相同的樹脂、 固化劑加入量的條件下, 調整A、B 固 化劑的比例 ,改變其酸度值 ,可以調節型砂的固化時間,酸度值越低,固化時間越長。 酸度值在10.8% 以 上調節時 , 型砂強度影響不大 , 當固化劑A∶B≤1∶8,酸 度值小于 10.8%時 ,強 度下降明顯 ,但對應的反應時間并不明顯延長, 所以實際生產中固化劑酸度值應控制在 10.8%以上。 固化劑酸度對樹脂砂強度和固化時間的影響,如圖 3。
圖 3 固化劑酸度對樹脂砂強度及固化時間影響
圖 3 固化劑酸度對樹脂砂強度及固化時間影響

2、混砂質量:
  大型風電球鐵件用砂量大, 大部分產品需要超過 50 t/h 的出砂能力, 才能滿足固化反應時間的工藝要求,本公司最大混砂機為 100 t/h。 生產中發現,使用不同噸位的混砂機生產的同一種鑄件, 鑄件質量存在差異。 對混砂機攪拌樹脂砂的均勻性進行了研究,在砂質量相近,樹脂和固化劑加入量及其它條件一致的條件下, 研究混砂機在不同的出砂量與實驗室混砂的型砂強度進行對比。
  對比發現 60 t 混砂機在出砂量 61 t 的情況下,型砂的抗彎強度和實驗室小混砂機的相當。 說明60 t 混砂機能達到設計要求。 出砂量調小至 53 t 和45 t,型 砂抗彎強度有小幅的升高但不明顯 ,比較穩定。 60 t 混砂機與實驗室混砂機對比數據,如表 2。
表2 60 t混砂機與實驗室混砂機對比數據
表2 60 t混砂機與實驗室混砂機對比數據
  100 t 混砂機隨著出砂量的不同,型砂抗彎強度變化比較大, 與實驗室混砂機對比有較大偏差,滿負荷混砂時型砂強度下降較多,可以看出生產中用的 100 t 混砂機的混砂質量并不理想。 100 t 混砂機與實驗室混砂機對比,如表 3 所示。

表3 100 t混砂機與實驗室混砂機對比數據
表3 100 t混砂機與實驗室混砂機對比數據

3、樹脂砂質量對鑄件質量影響案例:
  以某 2 MW 輪轂為例, 在 A 車間生產的鑄件,普遍存在表面夾渣的問題,個別位置夾渣深度達到5~15 mm,缺陷嚴重,打磨工作量大。 采用相同的造型和熔煉工藝,移至 B 車間生產,表面夾雜的問題明顯減少,個別出現夾渣的位置,深度僅為 2~5 mm,打磨工作量明顯減少。對比 A 車間和 B 車間生產的一個小批量鑄件的型砂數據, 發現型砂抗彎強度、灼燒減量及微粉含量有明顯不同,B 車間均優于 A車間,說明樹脂砂質量對大型風電球鐵件的表面夾渣問題,有非常直接和關鍵的影響。 兩個車間的型砂數據對比,如表 4。
表4 兩個車間型砂數據對比
表4 兩個車間型砂數據對比

4、結語:
  在大型風電球墨鑄鐵件的生產中, 良好的樹脂砂是鑄件質量可靠的保障,生產中按照所述對原砂、再生砂、樹脂和固化劑及混砂機混砂質量進行控制,能夠滿足大型風電球墨鑄鐵件對型砂質量的要求;保證樹脂砂的質量及其穩定性, 從而保證鑄件的質量和穩定性。

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