长期以来，国内铸钢件的生产多采用水玻璃砂工艺，但水玻璃砂溃散性差，浇注后形成坚硬的砂块难以破碎，对砂子的再生和回用及铸件的清理造成很大困难。随着铸造行业的不断飞速发展，人们对生产技术、铸件质量、劳动环境等要求不断提高，在铸造车间技术改造中，有越来越多的企业首选树脂砂工艺。
　　为了有效地减少和防止钢水对砂型（芯）的渗透引起粘砂，自20世纪80年代树脂砂开始应用起，生产中就在铸钢件的壁厚和热节处使用铬铁矿砂作面砂来防止金属渗透粘砂。而对于铬铁矿砂来说，其主要成分为Cr2O3，其中三价铬离子在空气、水中很容易被氧化成六价铬离子，人呼吸着被六价铬离子污染的空气容易致癌。
　　因此从环境保护、资源节约、人文关怀等方面，亟需要一种新型铸造用砂来替代以上常见砂子，弥补各方面的不足和缺陷，一种新型人造砂——宝珠砂应运而生。本文主要介绍宝珠砂与邦尼树脂一起应用于铸钢件的情况。
　　1 宝珠砂
　　宝珠砂又名电熔陶粒。在电弧炉中加入含Al2O345~90%铝矾土矿石原材料，利用电弧放电产生的高温，将铝矾土原料熔化成液体，在液体流出炉子时，对其施以70~85m/s的空气压，利用强风将液体原料破碎、冷却后，得到形状为球状或接近球状、表现光滑的砂粒。
　　其中图1为宝珠砂显微写真图，表1为宝珠砂的物理及化学性能。

　　图1 宝珠砂显微写真
　　表1  宝珠砂的物理及化学性能

　　从宝珠砂的物理及化学性能及显微写真图表可以看出，宝珠砂具有以下特点：
　?。?）宝珠砂热膨胀系数小，砂型稳定性好，不龟裂，减少产生砂子膨胀造成的脉纹等铸造缺陷。
　?。?）宝珠砂粒度接近球形，表面光滑，结构致密，使得粘结剂能均匀覆盖，流动性好，易舂实。
　?。?）宝珠砂硬度高，不易破碎，几乎不产生灰分，树脂加入量可以降低30%以上，可以减少型/芯砂发气量，降低形成气孔的风险。
　　（4）宝珠砂的莫来石相远高于烧结产品，耐火度高，超过钢水浇注温度，适用于大型铸钢件、合金钢造型，可完全替代铬矿砂，造型方便不粘砂。
　?。?）回用再生性能好，耐用性和再生回收率高，再生率高达98%。与铬铁矿砂、锆英砂相比，其价格只有锆英砂25~50%。同时，因砂粒为球形，其表面积小，故树脂的加入量可减少30%~50%，并减少了粘结剂所产生的铸造缺陷，提高了铸件的成品率。
　　结合铸钢件生产厂家的实际情况，选取宝珠砂的粒度组成如表2所示。

　　表2 宝珠砂的粒度组成

　　2 邦尼树脂

　　　　　表3 邦尼树脂的理化性能

　　邦尼树脂与水玻璃砂相比：强度高、加入量低、抗潮性好、落砂性能好、再生性能优良、无热法再生、对型砂表面污染程度低、铸型表面安定好、铸件表面光洁度好。因此我们在铸造企业中推广了宝珠砂＋邦尼树脂工艺，表3为邦尼树脂的理化性能。
　　原采用福建海砂时，邦尼树脂加入量为0.9%-1.0%；采用宝珠砂时，邦尼树脂加入量为0.6%-0.9%。图2为采用硅砂的邦尼树脂砂硬化曲线，图3为采用宝珠砂的邦尼树脂砂硬化曲线,强度对比如表4所示。

　　图2 为采用硅砂的邦尼树脂砂硬化曲线              图3 为采用宝珠砂的邦尼树脂砂硬化曲线
　　表4 宝珠砂与硅砂24小时抗拉强度对比表

　　从表4中看出相同邦尼树脂加入量，宝珠砂的强度是高于硅砂的。在实际生产中宝珠砂邦尼树脂推荐最小加入量0.6~0.7%。
　　3 再生设备
　　因邦尼树脂与呋喃树脂一样都为脆性膜，与碱酚醛树脂砂及水玻璃砂相比，再生装置仅用机械干法再生即可，取消了热法再生，可较大的节省再生能耗。
　　常用的机械干法再生装置主要有气流冲击式、离心摩擦式（如图4所示）以及轮碾摩擦式。气流冲击式再生靠高压高速气流带动砂粒做高速运动，形成砂粒之间的相互冲击和摩擦，来实现树脂膜的剥离，因噪声大，功率消耗大和砂粒破碎率高而应用较少。离心摩擦式再生主要是靠砂粒之间的相对高速运动，产生一定的冲击和摩擦力，从而实现砂粒表面树脂膜的破坏和剥离，达到再生的目的。轮碾式摩擦再生机的核心技术就是采用了加压滚轮强力碾搓，足以应对韧性很高的树脂膜以及剥离和去除一半以上的惰性膜和杂质。
　　不管是气流冲击，还是离心摩擦式，应用于邦尼树脂这样的脆性膜，都能达到预期的效果，获得好用的再生砂。结合铸造厂的生产实际及环保要求，选用一级离心摩擦式再生机和二级轮碾搓擦再生机。

　　图4 离心再生原理

　　4 树脂砂的生产
　　树脂和固化剂的加入量对树脂砂性能的影响很大，其适宜的配比范围和组合，一般应根据所用材料、季节和型芯性能要求等情况，通过型试手段，用正交试验法得出。树脂的加入量应在满足型芯性能（如强度等）要求的前提下尽量少加，由表4可知，根据生产现场等情况，邦尼树脂加入量确定为0.6%，其固化剂的加入量与树脂成一定的比例，一般加入量为30%（占树脂重量）。
　　根据已确定的树脂混砂工艺采用连续混砂机混砂造型，其车间设备布置简图如图5 所示，经浇注落砂、清理后，铸件的表面质量（如图6所示）得到了极大改善且车间无粉尘。

　　图5 铸造车间设备布置预览

　　图6 宝珠砂生产现场及铸件
　　a制芯、b型芯刷涂料、c造型、d阀体铸件

　　5 效益分析
　　过去，曾有一段时间，人们强调脱膜率，试图应用脱膜率来评价再生装置的优劣，同时用来评价再生砂的性能。但是，对于单个的砂粒来讲，要定量地计算它的表面积以及残留树脂膜以及去除量，是一件不太容易的事情。后来人们选择了更为容易检测的LOI值。事实上，在树脂砂领域里，用灼烧减量(LoI)反应脱膜率应该是准确和直观的，其也直接反映了再生设备的水平。
　　经铸造厂家使用三个月后检测，旧砂的灼烧减量(LoI)在0.5-1.0%，满足了旧砂做面层砂使用的要求，为铸造厂家节省了使用铬铁矿砂的费用。经设备厂家核算，吨铸件耗砂量为20-50公斤/吨。
　　宝珠砂的致密性好、强度高，即使重复再生使用也很少破碎，减少铸造生产过程中的粉尘对生产环境的污染；宝珠砂再生性好，减少产业废物排放，利于环境?；?。
　　6 结论
　?。?）宝珠砂由于其生产工艺决定了其具有强度高、耐火度高、透气性好等优于普通硅砂的基本性能，其在邦尼树脂加入量0.6%情况下仍然可以获得高于普通硅砂的抗压强度，并且其抗磨损性优于普通硅砂。
　?。?）随着环保压力日益增大，铸钢件质量标准不断提高，人工成本日益增长的环境下，宝珠砂的优势将更加明显，宝珠砂替代硅砂是实现铸造可持续发展的大势所趋。