我國造型材料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

1、我國造型材料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)黃乃瑜（華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 武漢 430074）摘要：我國的造型材料已經(jīng)完成由計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的過渡，已成為當(dāng)代世界上造型材料商品市場(chǎng)發(fā)展最快的國家，目前造型材料的生產(chǎn)和商品供應(yīng)在數(shù)量上已基本上可以滿足我國鑄造生產(chǎn)迅猛增長的需要，但從質(zhì)量、效益和環(huán)境保護(hù)、資源再生利用方面來看，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家還有較大差距，造型材料如何進(jìn)一步適應(yīng)由“鑄造大國”向“鑄造強(qiáng)國”的轉(zhuǎn)變？未來國內(nèi)外造型、制芯材料、涂料及性能測(cè)試等技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)如何？中國企業(yè)家如何在激烈競(jìng)爭(zhēng)的國際環(huán)境下做大做強(qiáng)？本文將逐一對(duì)這些問題進(jìn)行討論。The status and progress of f

2、oundry materials in ChinaHuang NaiyuHua Zhong University of Science and TechnologyAbstract:During the past 30years, Chinese moulding material market has developed guickly. In the market -oriented economy, moulding material commodity satisfied the demands of qucickly developing faundry production in

3、quantity. Howevres the quality of moulding material commodity still differ from that of the advanced industried country. How to improve the quality of moulding material commodity? What is moulding material technical tendency? How the Chinese enterprises become highly competitive in the international

4、 market? All above questions will be discussed in this paper.一、我國造型材料發(fā)展的進(jìn)程及現(xiàn)狀1、我國造型材料的發(fā)展分三個(gè)階段第一階段，1949-1978年，計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期：自給自足，計(jì)劃調(diào)撥。第二階段：1978-2002年，改革開放，建立市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)時(shí)期：一批國際知名的造型材料廠商（如Foseco，Ashland，HA、南化紅山）落戶中國，帶來了先進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)；引進(jìn)消化，跟縱研究十分活躍；一大批中小型造型材料企業(yè)如雨后春筍應(yīng)運(yùn)而生；造型材料商品琳瑯滿目，市場(chǎng)異?；钴S，在數(shù)量上滿足了高速增長的鑄造生產(chǎn)的需要（硅砂：1000萬噸以上；樹脂粘

5、結(jié)劑：2.53.0萬噸；商品涂料：2.02.5萬噸；總產(chǎn)值：200億以上）。第三階段：20022022年：建成高度發(fā)達(dá)、完善的造型材料市場(chǎng)，以適應(yīng)我國由“鑄造大國”向“鑄造強(qiáng)國”轉(zhuǎn)變的需要。著重提高造型材料的質(zhì)量和效益，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，資源和能源的再生利用；完成產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整實(shí)現(xiàn)“專業(yè)化、規(guī)?；?、規(guī)范化”生產(chǎn)，“小巨人”、“明星企業(yè)”的市場(chǎng)占有率超過50%；主要造型材料的性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平；研究開發(fā)、自主創(chuàng)新的能力大大增強(qiáng)，自主創(chuàng)新的新成果不斷出現(xiàn)；2、對(duì)我國造型材料發(fā)展現(xiàn)狀的評(píng)估A、改革開放以來，我國造型材料商品市場(chǎng)空前發(fā)展，無論數(shù)量、品種、技術(shù)水平都提高很快，是同時(shí)期世界造型材料發(fā)展最快

6、的國家。呋喃樹脂自硬砂 已建成數(shù)百條生產(chǎn)線，技術(shù)水平和鑄件質(zhì)量達(dá)到世界先進(jìn)水平，從北方工業(yè)公司、一汽鑄造有限公司、常州有機(jī)化工廠引進(jìn)Ashland公司呋喃樹脂和三乙胺冷芯盒技術(shù)到Ashland，HA，海沃斯公司在中國市場(chǎng)獨(dú)資或合資設(shè)廠，多種樹脂砂（酸自硬樹脂砂、尿烷自硬樹脂砂、酯固化堿性酚醛樹脂砂）得到了普遍應(yīng)用。數(shù)百家復(fù)膜砂專業(yè)廠相繼建立，高強(qiáng)度、低膨脹、低發(fā)氣、速硬、耐熱、易潰散以及離心鑄造用覆膜砂已經(jīng)出現(xiàn)，優(yōu)質(zhì)酚醛樹脂得到應(yīng)用。熱芯盒繼續(xù)普遍應(yīng)用的同時(shí)，三乙胺冷芯盒應(yīng)用越來越普遍，比重逐漸增長。遼寧南化紅山膨潤土有限公司等引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，提供了各種規(guī)格，質(zhì)量穩(wěn)定的膨潤土粉，為我國

7、高密度型砂的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；我國是世界玻璃砂應(yīng)用最多的國家，近十幾年來對(duì)水玻璃基本組成、老化現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的深化及脂硬化水玻璃砂工藝的開發(fā)，使水玻璃砂的生產(chǎn)應(yīng)用有突破性的進(jìn)展，水玻璃加入量下降到2.53.5%，水玻璃砂潰散性和回用性問題取得了重大進(jìn)展。由于Foseco公司的加盟，以及我國產(chǎn)學(xué)研結(jié)合開發(fā)研究取得的成果，使涂料專業(yè)生產(chǎn)廠迅速增加，涂料的品種，數(shù)量都有顯著增長，質(zhì)量也有所提高，流涂涂料、轉(zhuǎn)移涂料、多功能用途涂料開始得到應(yīng)用。型砂的測(cè)試儀器由老8件發(fā)展到現(xiàn)在近百個(gè)品種，在測(cè)試精度、可靠性和智能化方面都有長足進(jìn)步，而且出現(xiàn)了一些造型材料在線檢測(cè)控制系統(tǒng)。B、目前，我國造型材料的生產(chǎn)和商品供應(yīng)（

8、包括外資企業(yè)）在數(shù)量上基本上能滿足鑄造生產(chǎn)迅速增長的需要，為近年來中國迅速崛起成為世界鑄造大國作出了貢獻(xiàn)。但質(zhì)量和效益以及清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面與世界鑄造先進(jìn)水平還有較大差距。C、引進(jìn)消化、跟蹤研究取得了顯著成果，為中小企業(yè)的成長提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，沖破了無競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的奇貨可居的局面，對(duì)平定市場(chǎng)價(jià)格起到積極作用，但目前總體上看，以企業(yè)為核心的產(chǎn)學(xué)研體系尚不穩(wěn)完善，科研開發(fā)的投入太少，后繼人才缺乏，檢測(cè)技術(shù)還比較薄弱，創(chuàng)新研究鳳毛麟角，企業(yè)普遍缺乏可持續(xù)發(fā)展后勁。D、出現(xiàn)了濟(jì)南圣泉、蘇州興業(yè)等具有相當(dāng)規(guī)模和競(jìng)爭(zhēng)力的造型材料企業(yè)，為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了經(jīng)驗(yàn)，但從總體上看，我國造型材料行業(yè)還是過于分

9、散，低水平重復(fù)多，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。二、造型材料在實(shí)現(xiàn)鑄造強(qiáng)國中的地位和作用1、鑄造強(qiáng)國的具體要求目前水平強(qiáng)國要求生產(chǎn)效益8.4噸/人·年4萬元/人·年6080噸/人·年30萬元/人·年鑄件質(zhì)量廢品率1015%加工余量20%<5%10%鑄件出口占總產(chǎn)量10%（技術(shù)含量低產(chǎn)品）30%（高檔產(chǎn)品）鑄件品種鋁合金 5%球鐵 14%合金鋼 25%>10%>25%>40%煤耗500700kg/噸鑄件400kg/噸鑄件廢棄物回收率<10%>30%以上指標(biāo)可以概括為鑄件生產(chǎn)的“綠色化”和“集約化”兩大方面：“綠色化”符合環(huán)保要求，對(duì)環(huán)境無

10、害，最大限度地利用資源和節(jié)約能源；“集約化”在資源得到充分利用和保護(hù)的同時(shí)，獲得最大的產(chǎn)出效益。2、造型材料在實(shí)現(xiàn)鑄造生產(chǎn)綠色化和集約化的地位和作用。A、造型材料的優(yōu)劣直接影響鑄件的質(zhì)量和效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由造型材料引起的廢品，占總廢品率50%以上，我國目前廢品率1015%要下降到世界先進(jìn)水平5%以下，造型材料承擔(dān)著重要責(zé)任。鑄件成本的70%與造型材料有關(guān)。優(yōu)質(zhì)的造型材料對(duì)提高鑄件質(zhì)量和效益起著決定性的作用。例一：用樹脂自硬砂代替粘土型生產(chǎn)機(jī)床鑄件，尺寸精度提高2級(jí)，達(dá)到CT9-10級(jí)；表面粗糙度提高12級(jí)，達(dá)到Ra=12.550。鑄件廢品率<3%；單位車間面積產(chǎn)量提高3倍。例二：某廠生產(chǎn)鋁

11、合金鑄件，原采用ZnO涂料，鑄件廢品率30%，采用金屬型系列涂料后廢品率下降到5%。熔鋁坩堝 原用ZnO保護(hù)涂料，6小時(shí)增鐵0.044%，使用壽命12個(gè)班次，改用保護(hù)性燒結(jié)屏蔽涂料后18個(gè)小時(shí)增鐵0.0008%，使用壽命68個(gè)班次B、造型材料對(duì)鑄造清潔化生產(chǎn)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)有著決定性的作用。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)1噸鑄件將產(chǎn)生1噸廢砂，2005我國鑄件產(chǎn)量2440萬噸，全年產(chǎn)生廢砂有2440萬之多；造型（芯）時(shí)的有機(jī)粘結(jié)劑散發(fā)出的游離甲醛、游離酚、三乙胺，潮模砂、消失模、樹脂自硬砂澆注后產(chǎn)生的CO、CO2和甲苯、二甲苯等有害氣體也嚴(yán)重污染著環(huán)境；混砂、落砂、清理過程中產(chǎn)生的粉塵污染據(jù)統(tǒng)計(jì)1噸合格鑄件排放的粉塵約

12、50kg，2005年我國生產(chǎn)了2400萬噸合格鑄件，排放的總粉塵高達(dá)120萬噸之多。以上這些廢砂、廢氣和粉塵污染如不能得到有效治理，鑄造清潔化生產(chǎn)豈不是一句空話！與此同時(shí)，造型材料也消耗著大量的能沅。捋用不同的工藝，能沅消耗的差別是非常大的，譬如：冷芯盒與熱法比，不僅可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和鑄件精度，而且其能耗僅為殼型的1/7，熱芯盒的1/5，油芯的1/10。三、造型材料的發(fā)展趨勢(shì)總的說來，要建立與鑄造生產(chǎn)“集約化”（優(yōu)質(zhì)高效，近地余量精確成形），“綠色化”（清潔生產(chǎn)，循環(huán)經(jīng)濟(jì)）相適應(yīng)的造型材料體系，建成高度發(fā)達(dá)，比較完善的造型材料商品市場(chǎng)以滿足“鑄造強(qiáng)國”的需要。具體地說中小型鑄鐵件大批量生產(chǎn)，

13、將廣泛采用射壓，氣沖，高壓和靜壓等高密度濕型砂自動(dòng)線，配合高效連續(xù)混砂機(jī)和人工智能型砂在線控制專家系統(tǒng)。采用高質(zhì)量的活化膨潤土，并進(jìn)一步開發(fā)將煤粉加入到膨潤土中，同時(shí)添加某些有機(jī)物的復(fù)配粉以解決混砂加料時(shí)煤粉的環(huán)保和安全問題。大中型單件小批生產(chǎn)的鑄件，將繼續(xù)擴(kuò)大樹脂自硬砂的應(yīng)用范圍（由10%左右增加到約20%），在進(jìn)一步提高酸自硬呋喃樹脂砂綜合性能指標(biāo)（加入量0.80.9%，鐵砂比1：31：4，廢品率<2%，舊砂回用率>95%）的同時(shí)，發(fā)揮尿烷自硬樹脂砂、酯固化堿性酚醛樹脂砂整體硬化和不含N、P、S等有害元素的特點(diǎn)，形成多種自硬砂競(jìng)相發(fā)展相得益彰的局面，大力開發(fā)少、無污染的樹脂新材

14、料，顯著降低水平，現(xiàn)有樹脂中游離甲醛，游離酚含量，使鑄造過程、揮發(fā)的苯、二甲苯降到盡可能低樹脂品種要更加多樣化、系列化，譬如，適應(yīng)鑄件“輕量化”的要求，開發(fā)易潰散的鎂、鋁鑄件用樹脂。近年來，國外開發(fā)的一種樹脂自硬砂組芯造型、在可控氣氛可控制壓力下精確成形的復(fù)合工藝，值得推廣應(yīng)用。對(duì)于大部分鑄鋼體，傾向于采用酯硬化水玻璃砂，加入量可以降低到2.5-3.5%，潰散性顯著降低，干法落砂成為可能，舊砂回用率大大提高。制芯方面，將由目前的熱法為主向冷法占優(yōu)勢(shì)過渡，冷法以三乙胺法為主，要繼續(xù)改進(jìn)樹脂，改進(jìn)吹氣工藝和尾氣凈化，使三乙胺排放量達(dá)到工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（5×10-4%。長期3×10-

15、4%）譬如，用甲酯代替芳香烴做樹脂和催化劑。大力開發(fā)CO2堿酚醛樹脂砂，甲酸甲酯固化酚醛樹脂砂等低毒、無毒、冷芯盒工藝。熱芯盒要進(jìn)一步提高樹脂的反應(yīng)活性，開發(fā)廉價(jià)的溫芯盒催化劑，逐步向溫芯盒過渡。復(fù)膜砂在汽車鑄件生產(chǎn)中仍會(huì)有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，其發(fā)展趨勢(shì)是搞高樹脂的強(qiáng)韌性，降低游離酚含量，并增加低發(fā)氣、低膨脹、速硬、耐熱及易復(fù)膜砂等優(yōu)質(zhì)品種。鑄造涂料的發(fā)展趨勢(shì)是：適應(yīng)鑄件精確成形和高效生產(chǎn)的需求，研發(fā)高質(zhì)量的流涂涂料，不占位涂料；涂料效能向多功能化發(fā)展（如防脈紋涂料，表面合金化涂料，控制凝固速度涂料，防透碳、滲硫的屏蔽涂料等），適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的要求，研制淺色涂料取代黑色涂料，載液盡量不用苯、二甲苯、灑精

16、、甲醇等有害揮發(fā)性溶劑，盡量擴(kuò)大水基涂料的比重，并采用快干、熱噴涂等高效干燥方法；規(guī)范涂料性指標(biāo)，建立檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)新的測(cè)試儀器（如發(fā)氣性實(shí)時(shí)測(cè)定系統(tǒng)，X光實(shí)時(shí)透視技術(shù)，涂料結(jié)疤傾向及高溫透氣性測(cè)試儀等），使涂料質(zhì)量管理建立在科學(xué)監(jiān)控的基礎(chǔ)上；開發(fā)新的涂料在線自動(dòng)控制裝置，通過密度的精確控制使用性能穩(wěn)定一致。型砂性能測(cè)儀器要進(jìn)一步提高可靠性和穩(wěn)定性，并開發(fā)新的的實(shí)時(shí)控制檢測(cè)儀器。更廣泛地應(yīng)用智能化，網(wǎng)絡(luò)化提高型砂的線檢測(cè)控制系統(tǒng)的可靠性和效率。四、對(duì)中國造型材料企業(yè)家們建言加入世貿(mào)組織以后，一切競(jìng)爭(zhēng)都是在國際大環(huán)境下的競(jìng)爭(zhēng)，中國的造型材料企業(yè)要站穩(wěn)腳跟并向前發(fā)展，就必須敢與Ashland、Fo

17、seco、HA、海沃斯這些國際知名企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，必須要有越來越多的自己的“品牌”。要有中國人自己的“名星企業(yè)”。中國企業(yè)如何在激烈的國際競(jìng)爭(zhēng)中取勝？我認(rèn)為，一靠優(yōu)良的產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)，二靠不斷的產(chǎn)品創(chuàng)新。我想舉德國瑪爾市以膨潤土為主導(dǎo)產(chǎn)品，幾代家族傳承的百年老廠IKO公司為例，這是一個(gè)僅有120名職工的小廠，年銷售額1.5億馬克（折合人民幣，人均年產(chǎn)值563萬元），占有德國同類產(chǎn)品70%的市場(chǎng)份額，他們的主要經(jīng)驗(yàn)：1、符合科技發(fā)展趨勢(shì)的優(yōu)良產(chǎn)品高效膨潤土、煤粉和有機(jī)物復(fù)配粉；精益求精，經(jīng)過幾代人的努力，建立了用戶信得過的知名品牌；2、先進(jìn)的測(cè)試器，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，保證質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性；3、從世界各國采購優(yōu)質(zhì)的原料，并進(jìn)行嚴(yán)格的原料進(jìn)廠監(jiān)控；4、完善周到的售后服務(wù)系統(tǒng)。用戶回訪巡回車，穿梭在各用戶廠，主動(dòng)上門幫助解決用戶使用中出現(xiàn)的問題，并總結(jié)出版了非常實(shí)用的“鑄造廢品手冊(cè)”；5、高素質(zhì)的職工隊(duì)伍。120名職工中有6名博士、50%的職工經(jīng)過專門職業(yè)培訓(xùn)；6、非常重視科技投入。每年拿出利潤的15%投入新產(chǎn)品開發(fā)和引進(jìn)優(yōu)秀人才，使企業(yè)保持旺盛的創(chuàng)新能力，因而在激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)上，常勝不衰。如果中國也有若干個(gè)像IKO、Ashland、Foseco、HA海沃斯這樣的名星企業(yè)，擁有越來越多的優(yōu)良品牌,建成能滿足鑄造強(qiáng)國家要求的造型材料市場(chǎng)體系將