當今社會的不斷發展需要更加環保的制造工業技術來保證，特別是對于傳統鑄造工業而言顯得更為急切，以解決鑄造全過程的環境排放問題。自上世紀 40 年代德國工程師開發出酚醛樹脂為粘結劑的熱芯盒型芯砂技術以前，傳統的鑄造型砂主要是用無機類材料為粘結劑的技術，如采用以粘土、硅酸鹽類、鋁硅酸鹽類、磷酸鹽類等等為粘結劑做成的型砂材料技術方法。盡管傳統的無機粘結劑型砂在制型、澆注過程中比熱芯盒酚醛樹脂砂對環境的影響要小，環保型要好，但出于現代工業發展的效率性需求，.終人們還是選擇了污染物排放更大的有機類粘結劑型砂。經過近百年的現代化發展，在世界范圍內人類付出了極大的環境污染代價之后終于明白了，我們必須走可持續發展之路，特別是西方發達國家先于我們工業化經歷的經驗教訓，使得人們重新認識我們已經走過的發展之路是否需要繼續下去?

　　值得慶幸的是，在認清楚有機粘結劑應用對環境污染、工人健康的危害之后，工程師們又重新評估曾經使用過的無機材料作為型芯砂粘結劑存在的問題，并開始尋找切實可行的技術方法，以解決其在工程應用過程中的性能不足、效率不足、可靠性不足的諸多方面問題。

　　長期以來大量應用水玻璃作為粘結劑制備的型砂用于鑄鋼，在上世紀九十年代，出現了用有機酯改性的水玻璃作為粘結劑制備型砂的技術，解決了以前僅能用于手工制型的效率問題，實現了可采用射芯機成型的小鑄件批量化制芯的問題;也有研究人員，從無機材料種類方面入手，開發出以硅酸鹽為基礎，加入磷酸鹽、硫酸鹽等無機材料進行復配改性的無機粘結劑技術，并成功地應用到型砂中解決單硅酸鹽作為粘結劑的即時強度不足的問題;據資料報道，國外近年來也在以硅酸鹽為基礎材料進行改性，將開發出的這種新型無機粘結劑應用在型砂中，取得了較好型芯質量，包括良好的即時和常溫強度、良好的型芯表面質量和較好的抗吸濕性，但是據稱要求整個應用工程過程必須在嚴格的環境(溫度、濕度適中)的中進行，工程應用投資巨大。

　　從現有資料中和實際市場化應用中研究，我們發現何種無機粘結劑技術應用于工程化的型(芯)砂產品，制備出的覆膜砂均屬不具備較長適用期的產品，需要現場混制后即刻使用，這樣造成其一，是設備改造量大，投資額大，鑄造企業從原有的型砂技術升級成本高;其二，造成生產組織難度大，原材料現場管理占用場地資源多，對于小批量多批次需要頻繁更換覆膜砂混砂工藝，混砂質量難于控制等諸多問題。從而長期以來被熱芯盒有機酚醛樹脂覆膜砂產品占據著市場主體，盡管熱芯盒有機酚醛樹脂覆膜砂成本較高、環境污染大，但因其確實能滿足廣大中小鑄造企業的市場需求，給環保性更加的無機型砂技術的推廣和應用客觀上帶來較大的障礙。因此，若要使我國的鑄造行業真正走向環保綠色，市場需要新型的無機覆膜砂技術，從型芯應用工程技術方面解決必須在制芯現場混制后立即制芯應用的問題，實現如通常樹脂覆膜砂在覆膜砂廠制成品銷往各個鑄造廠家制芯的問題，并且不需要過于苛刻的應用環境(在恒溫恒濕環境)中使用，既給鑄造企業在改用環保性優異的無機覆膜砂技術工程應用中減少和降低改造設備造成的資產投入巨大，又解決了多品種、小批量、射芯機高效制芯、型芯耐儲存、抗濕性等各方面的問題。本文主要介紹了自主開發的一種新型無機濕態覆膜砂技術產品在鑄鋁方面的規模化應用，取得了良好可靠的工程應用效果。

　　1、新型無機粘結劑在鑄鋁型覆膜砂工程中的應用

　　型砂材料技術離不開粘結劑技術的發展，基于粘結劑技術的基本理論和技術方法，我們對大量的可凝膠的無機材料進行了篩選、分析、測試和評價，從上千種無機材料中確定了多種可凝膠無機酸鹽體系進行復配，并采用現代材料改性技術和工藝方法，制備了穩定耐存放期較長、保管環境要求不高的新型水基型無機粘結劑，相應的技術質量檢驗和控制標準如下表：

　　從制備的無機粘結劑的相關技術指標看，這種無機粘結劑常溫條件下屬于熱固水溶性液態流體，因此用于覆膜砂制備時，就不能簡單地使用原有的酚醛樹脂覆膜砂混砂設備，其一是酚醛樹脂常溫下是玻璃態固體，覆膜時需要提高砂溫超過其玻璃化溫度以上，其二是混砂完成后需要將較高溫度的樹脂覆膜砂降溫到常溫后以便干燥顆粒狀的樹脂覆膜砂包裝儲運，而無機粘結劑制備的無機覆膜砂因具有熱固化性而需要保持濕態和較低溫度，屬于濕態覆膜砂。所以需要設計和改造混砂設備，以保證產品的特性。

　　根據我們大量的正交試驗，優化工藝參數，對混砂設備的加料及控制系統、混制及控制系統、放料及控制系統、包裝及控制系統進行設計、優化改造，制備出每小時可產 3～5噸的無機濕態覆膜砂生產線，通過多批次大量的試生產，并制定和備案了無機濕態覆膜砂產品質量企業標準，所制備的無機濕態覆膜砂成品采用復合包裝，成品砂儲存環境溫度在不超過 30℃陰涼條件下，.長儲存期達到 4～10天，按樹脂覆膜砂國家標準( GB/T2684-2008)檢測其發氣量小于 8毫升/克(扣除原砂本身的發氣量 5毫升左右，無機粘結劑的發氣量遠遠低于樹脂覆膜砂的發氣量)，按濕型砂流動性檢測國家標準檢測其流動性≥2.5克。在粘結劑加入量占砂重的 1～3%時按樹脂覆膜砂射芯機之條型樣的抗彎強度檢測方法(JB/T 2848-2006)檢測其抗彎強度(固化溫度160℃/固化時間 120秒)的即時強度為1.5～3.0Mpa，常溫抗彎強度為4.5～8Mpa，完全能滿足制芯工程應用的需要。經高溫 920℃居里點裂解儀初步測試無機濕態砂的氣相污染物排放情況表明比呋喃樹脂濕態砂低，減少近 92%以上，與傳統呋喃樹脂砂相比，表明采用無機濕態覆膜砂能夠明顯改善鑄造廠的工作環境。

　　2、無機濕態覆膜砂在鑄鋁件制芯工程中的應用

　　無機濕態覆膜砂的制芯應用因其屬于流動性相對較差的濕態砂，該產品的工程應用是一個系統工程，除了覆膜砂混制砂工程外，對于鑄造企業的所有應用技術工程，包括無機濕態砂的倉儲環節、制芯工藝與機構環節、型(芯)盒模具系統環節、型芯存放與流轉環節、組芯與澆注環節、廢砂歸集與再生環節均需要系統性地進行調整或改造，其一，是對入庫的濕態砂需要調整存儲條件(將復合包裝的濕態砂放入環境溫度不超過 30℃的陰涼貨倉內保管);其次是打開復合包裝后應即時裝入密閉的料倉內，且需要在當天使用制芯完了;其三，如企業原有制芯工藝裝備是熱芯盒覆膜砂制芯機，需要對制芯機構進行適當改造，若本身是溫芯盒呋喃樹脂砂或冷芯盒射芯機則不需要改造設備。

　　熱芯盒樹脂覆膜砂制芯機經過合理的改造后，完全可以滿足無機濕態覆膜砂的制芯，但前提條件是芯盒系統需要同時進行優化調整，將模具進排氣通道與射嘴進行調整加大和適當優化，用于無機濕態覆膜砂的制芯基本上可以在這些方面進行調整，如模具溫度應控制在 150～170℃之間，固化時間根據砂芯的大小和形狀，一般比熱芯盒覆膜砂固化時間縮短20～40%，射砂壓力控制在 0.35～0.6Mpa，射砂時間范圍是 2～5秒。

　　冷芯盒樹脂覆膜砂制芯機系統不需要改造，直接可以利用在無機濕態覆膜砂的制芯上，但冷芯盒系統需要對模具進行適當改造，增加加熱裝置，以便使模具溫度保持在 100～120℃，將冷芯盒制芯機的吹氣系統接入熱風機構作為向芯盒提供熱風的機構，熱風溫度保持在 160～180℃，即可達到與冷芯盒制芯的相當效率。

　　呋喃樹脂濕態覆膜砂制芯機系統也不需改造，直接可以利用在無機濕態覆膜砂的制芯上，將模具溫度保持在 150～170℃，一般型芯件的固化效率與呋喃樹脂制芯的相同效率，但對于厚大型芯的固化效率無機濕態砂略慢。

　　我們將無機濕態覆膜砂在兩個汽車、摩托車鑄鋁件鑄造企業進行了具體規模化應用，這兩家鑄鋁企業原有型芯工藝均是熱芯盒樹脂覆膜砂工藝體系，其中一家還有三乙胺冷芯盒樹脂覆膜砂工藝，在將這兩家企業的熱芯盒樹脂覆膜砂制芯機和芯盒系統進行改造后，同時也對其中一家的冷芯盒系統進行了增加芯盒加熱系統和熱風機構改造，所有的芯盒既有水平分型也有垂直分型模具，經過鑄鋁發動機缸蓋的油道、本體冒口、隔板、進氣排氣、凸輪室等鑄鋁砂芯規模化應用，整個制芯過程中除在模具排氣塞、射砂口、模具分型面處能觀察到一定量的水汽排出外，從開包加砂、射砂、保壓、排氣、直至開模取芯的整個制芯過程中無刺激性煙氣排放、無有味氣體排放、無粉塵飛揚，表現出該種無機粘結劑濕態砂在整個制芯中的環保優異性能，檢驗砂芯表面緊實無浮砂，砂芯質量穩定略重于樹脂砂芯，芯件尺寸穩定，批量芯件整體質量良好。

　　3、無機濕態覆膜砂在鑄鋁件的澆注應用

　　制得的砂芯，按照規定流程進行修芯后存放在周轉托盤架上，根據正常生產流程分送組批澆注工序，通常的芯件在常溫條件下存放2～3天(.長的批次存放時間 30天)，放置時間長的芯件在組批澆注前需要適當烘芯，烘芯溫度控制在150～180℃，烘芯時間控制在15～20分鐘即可，烘制的砂芯在當天內進行組芯澆注。經批量性的生產澆注，在整個澆注過程中鑄型中僅排放白色清潔煙氣，無刺激性煙氣排放、無有味氣體排放、無暗色煙塵排放，清砂過程表明其潰散性明顯好于樹脂覆膜砂，其清砂時間僅為樹脂覆膜砂的三分之一。檢驗鑄件其尺寸穩定、便面光潔度良好、無任何氣廢現象。

　　無機濕態覆膜砂因使用的是水溶性粘結劑，砂芯在應用于澆注時難免因為存在著熱解現象，需要使用涂料來解決問題。我們在實際應用過程中發現水基涂料的應用時因涂料中所含大量水分會快速大量滲透進入砂芯，使得砂芯強度降低很多，所以已使用醇基涂料。但是，醇基涂料使用安全性要求高，大規模市場以使用水基涂料為好，為此，我們通過開發出一種專用于無機濕態覆膜砂芯浸涂的水基涂料技術產品，解決了無機濕態覆膜砂的水基涂料施工技術問題。所以，無機濕態覆膜砂完全可以使用水基涂料。

　　4、 無機濕態覆膜砂在鑄鋁中應用的基本評價和結論

　　通過我們在重慶三家有色鑄造廠家的推廣應用，對其射芯設備的加砂系統和射砂機構、模具進排氣系統進行了改造，并進行鑄鋁發動機的缸蓋組芯的等 18 個芯件規模化制芯、澆注生產應用驗證，可以得出新型無機粘結劑濕態砂應用在鑄鋁中的以下結論：

　　1， 無機粘結劑的環保性能優越，是一種可以實現綠色鑄造的新材料技術;

　　2， 無機濕態砂完全可以用于鑄鋁件制芯、澆注規模化生產;

　　3， 無機濕態覆膜砂應用于鑄鋁件澆注后清砂非常容易，與樹脂覆膜砂相比其清砂時間僅為樹脂覆膜砂的三分之一左右，潰散性很好;

　　4， 無機濕態覆膜砂因其澆注過程中粘結劑不會在高溫下燃燒發熱，是一個吸熱過程具有激冷效用，因此，根據不同的砂鋁比在不同程度上可以改善鑄件的金相結構，提高鑄件的強度;

　　5， 無機濕態覆膜砂發氣量較樹脂覆膜砂低很多(相同粘結劑量比至少低 60%以上)，因此，可大大改善鑄件質量，避免氣廢，降低生產成本;

　　6， 鑄鋁中應用無機濕態砂僅需要適當調整工藝過程，部分改造射芯設備，適當添置或改造必要的烘(儲)芯裝備，通過控制和建立無機濕態砂相應的準時制供貨制度，覆膜砂制造企業完全可以采取傳統覆膜砂的供應體系進行運行，不需要鑄造企業再像采用冷芯盒工藝、呋喃工藝那樣自己混砂而增大企業投資負擔和環保處理負擔，是一種能適應中國現有企業特色極具推廣意義的綠色鑄造新技術、新產品。