長期以來，國內鑄鋼件的生產多采用水玻璃砂工藝，但水玻璃砂潰散性差，澆注后形成堅硬的砂塊難以破碎，對砂子的再生和回用及鑄件的清理造成很大困難。隨著鑄造行業的不斷飛速發展，人們對生產技術、鑄件質量、勞動環境等要求不斷提高，在鑄造車間技術改造中，有越來越多的企業首選樹脂砂工藝。
　　為了有效地減少和防止鋼水對砂型（芯）的滲透引起粘砂，自20世紀80年代樹脂砂開始應用起，生產中就在鑄鋼件的壁厚和熱節處使用鉻鐵礦砂作面砂來防止金屬滲透粘砂。而對于鉻鐵礦砂來說，其主要成分為Cr2O3，其中三價鉻離子在空氣、水中很容易被氧化成六價鉻離子，人呼吸著被六價鉻離子污染的空氣容易致癌。
　　因此從環境保護、資源節約、人文關懷等方面，亟需要一種新型鑄造用砂來替代以上常見砂子，彌補各方面的不足和缺陷，一種新型人造砂——寶珠砂應運而生。本文主要介紹寶珠砂與邦尼樹脂一起應用于鑄鋼件的情況。
　　1 寶珠砂
　　寶珠砂又名電熔陶粒。在電弧爐中加入含Al2O345~90%鋁礬土礦石原材料，利用電弧放電產生的高溫，將鋁礬土原料熔化成液體，在液體流出爐子時，對其施以70~85m/s的空氣壓，利用強風將液體原料破碎、冷卻后，得到形狀為球狀或接近球狀、表現光滑的砂粒。
　　其中圖1為寶珠砂顯微寫真圖，表1為寶珠砂的物理及化學性能。

　　圖1 寶珠砂顯微寫真
　　表1  寶珠砂的物理及化學性能

　　從寶珠砂的物理及化學性能及顯微寫真圖表可以看出，寶珠砂具有以下特點：
　　（1）寶珠砂熱膨脹系數小，砂型穩定性好，不龜裂，減少產生砂子膨脹造成的脈紋等鑄造缺陷。
　　（2）寶珠砂粒度接近球形，表面光滑，結構致密，使得粘結劑能均勻覆蓋，流動性好，易舂實。
　　（3）寶珠砂硬度高，不易破碎，幾乎不產生灰分，樹脂加入量可以降低30%以上，可以減少型/芯砂發氣量，降低形成氣孔的風險。
　　（4）寶珠砂的莫來石相遠高于燒結產品，耐火度高，超過鋼水澆注溫度，適用于大型鑄鋼件、合金鋼造型，可完全替代鉻礦砂，造型方便不粘砂。
　　（5）回用再生性能好，耐用性和再生回收率高，再生率高達98%。與鉻鐵礦砂、鋯英砂相比，其價格只有鋯英砂25~50%。同時，因砂粒為球形，其表面積小，故樹脂的加入量可減少30%~50%，并減少了粘結劑所產生的鑄造缺陷，提高了鑄件的成品率。
　　結合鑄鋼件生產廠家的實際情況，選取寶珠砂的粒度組成如表2所示。

　　表2 寶珠砂的粒度組成

　　2 邦尼樹脂

　　　　　表3 邦尼樹脂的理化性能

　　邦尼樹脂與水玻璃砂相比：強度高、加入量低、抗潮性好、落砂性能好、再生性能優良、無熱法再生、對型砂表面污染程度低、鑄型表面安定好、鑄件表面光潔度好。因此我們在鑄造企業中推廣了寶珠砂＋邦尼樹脂工藝，表3為邦尼樹脂的理化性能。
　　原采用福建海砂時，邦尼樹脂加入量為0.9%-1.0%；采用寶珠砂時，邦尼樹脂加入量為0.6%-0.9%。圖2為采用硅砂的邦尼樹脂砂硬化曲線，圖3為采用寶珠砂的邦尼樹脂砂硬化曲線,強度對比如表4所示。

　　圖2 為采用硅砂的邦尼樹脂砂硬化曲線              圖3 為采用寶珠砂的邦尼樹脂砂硬化曲線
　　表4 寶珠砂與硅砂24小時抗拉強度對比表

　　從表4中看出相同邦尼樹脂加入量，寶珠砂的強度是高于硅砂的。在實際生產中寶珠砂邦尼樹脂推薦最小加入量0.6~0.7%。
　　3 再生設備
　　因邦尼樹脂與呋喃樹脂一樣都為脆性膜，與堿酚醛樹脂砂及水玻璃砂相比，再生裝置僅用機械干法再生即可，取消了熱法再生，可較大的節省再生能耗。
　　常用的機械干法再生裝置主要有氣流沖擊式、離心摩擦式（如圖4所示）以及輪碾摩擦式。氣流沖擊式再生靠高壓高速氣流帶動砂粒做高速運動，形成砂粒之間的相互沖擊和摩擦，來實現樹脂膜的剝離，因噪聲大，功率消耗大和砂粒破碎率高而應用較少。離心摩擦式再生主要是靠砂粒之間的相對高速運動，產生一定的沖擊和摩擦力，從而實現砂粒表面樹脂膜的破壞和剝離，達到再生的目的。輪碾式摩擦再生機的核心技術就是采用了加壓滾輪強力碾搓，足以應對韌性很高的樹脂膜以及剝離和去除一半以上的惰性膜和雜質。
　　不管是氣流沖擊，還是離心摩擦式，應用于邦尼樹脂這樣的脆性膜，都能達到預期的效果，獲得好用的再生砂。結合鑄造廠的生產實際及環保要求，選用一級離心摩擦式再生機和二級輪碾搓擦再生機。

　　圖4 離心再生原理

　　4 樹脂砂的生產
　　樹脂和固化劑的加入量對樹脂砂性能的影響很大，其適宜的配比范圍和組合，一般應根據所用材料、季節和型芯性能要求等情況，通過型試手段，用正交試驗法得出。樹脂的加入量應在滿足型芯性能（如強度等）要求的前提下盡量少加，由表4可知，根據生產現場等情況，邦尼樹脂加入量確定為0.6%，其固化劑的加入量與樹脂成一定的比例，一般加入量為30%（占樹脂重量）。
　　根據已確定的樹脂混砂工藝采用連續混砂機混砂造型，其車間設備布置簡圖如圖5 所示，經澆注落砂、清理后，鑄件的表面質量（如圖6所示）得到了極大改善且車間無粉塵。

　　圖5 鑄造車間設備布置預覽

　　圖6 寶珠砂生產現場及鑄件
　　a制芯、b型芯刷涂料、c造型、d閥體鑄件

　　5 效益分析
　　過去，曾有一段時間，人們強調脫膜率，試圖應用脫膜率來評價再生裝置的優劣，同時用來評價再生砂的性能。但是，對于單個的砂粒來講，要定量地計算它的表面積以及殘留樹脂膜以及去除量，是一件不太容易的事情。后來人們選擇了更為容易檢測的LOI值。事實上，在樹脂砂領域里，用灼燒減量(LoI)反應脫膜率應該是準確和直觀的，其也直接反映了再生設備的水平。
　　經鑄造廠家使用三個月后檢測，舊砂的灼燒減量(LoI)在0.5-1.0%，滿足了舊砂做面層砂使用的要求，為鑄造廠家節省了使用鉻鐵礦砂的費用。經設備廠家核算，噸鑄件耗砂量為20-50公斤/噸。
　　寶珠砂的致密性好、強度高，即使重復再生使用也很少破碎，減少鑄造生產過程中的粉塵對生產環境的污染；寶珠砂再生性好，減少產業廢物排放，利于環境保護。
　　6 結論
　　（1）寶珠砂由于其生產工藝決定了其具有強度高、耐火度高、透氣性好等優于普通硅砂的基本性能，其在邦尼樹脂加入量0.6%情況下仍然可以獲得高于普通硅砂的抗壓強度，并且其抗磨損性優于普通硅砂。
　　（2）隨著環保壓力日益增大，鑄鋼件質量標準不斷提高，人工成本日益增長的環境下，寶珠砂的優勢將更加明顯，寶珠砂替代硅砂是實現鑄造可持續發展的大勢所趨。