樹(shù)脂砂混砂機(jī)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——樹(shù)脂砂混砂機(jī)樹(shù)脂砂鑄造車間煙氣產(chǎn)活力理及治理措施樹(shù)脂砂鑄造車間煙氣產(chǎn)活力理及治理措施郝占喜郝占喜（1988-），男，工程師，主要從事鑄造技術(shù)、接洽工作。

引言樹(shù)脂粘結(jié)砂，簡(jiǎn)稱樹(shù)脂砂。自從20世紀(jì)40年頭中期人工合成樹(shù)脂用于鑄造生產(chǎn)以來(lái)，作為型砂粘結(jié)劑的樹(shù)脂，品種不斷增多，品質(zhì)也不斷改善。目前，使用樹(shù)脂砂的工藝方法，經(jīng)不斷進(jìn)展之后，也日漸臻于完善，為大量生產(chǎn)薄壁、光亮、加工余量小的繁雜鑄件創(chuàng)造了條件。樹(shù)脂砂已成為大量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件的根本條件之一、甚至作為首選工藝方法。

我公司為擴(kuò)大規(guī)模、生產(chǎn)高端細(xì)致鑄件，特引入呋喃樹(shù)脂、堿酚醛樹(shù)脂砂生產(chǎn)線各一條。該工藝生產(chǎn)過(guò)程中使用含樹(shù)脂的型芯粘合劑在固化、澆注時(shí)會(huì)產(chǎn)生某些有害的熱分解產(chǎn)物。本文目的在于針對(duì)呋喃樹(shù)脂、堿酚醛樹(shù)脂粘合劑在混砂、固化、澆注、冷卻等工段時(shí)產(chǎn)生有害物質(zhì)種類、數(shù)量及其熱分解產(chǎn)物對(duì)工人健康的危害的分析，為評(píng)價(jià)作業(yè)環(huán)境和制定防護(hù)對(duì)策供給依據(jù)。

研究顯示樹(shù)脂砂鑄造車間在造型、澆注中主要有害氣體成分是：甲醛、苯酚、二氧化硫、氨、一氧化碳、硫化氫、苯、甲苯、二甲苯、粉塵、糠醛、糠醇、氮氧化物及氰化物。

第一章樹(shù)脂成分及硬化機(jī)理1.1呋喃樹(shù)脂自硬呋喃樹(shù)脂砂的命名來(lái)源于英語(yǔ)的FuranNo-Bakeprocess，它表示以呋喃樹(shù)脂為粘結(jié)劑，并參與催化劑混制出型砂，不需烘烤或通硬化氣體，即可在常溫下使砂型自行固化的造型方法。通常被簡(jiǎn)稱為“冷硬樹(shù)脂砂”，甚至“樹(shù)脂砂”。

1.1.1呋喃樹(shù)脂的構(gòu)成由碳原子和其它元素原子(如O、S、N等)共同組成的環(huán)叫做雜環(huán)、組成雜環(huán)的非碳原子叫雜原子。含有雜環(huán)的有機(jī)化合物叫做雜環(huán)化合物。所謂“呋喃”，是含有一個(gè)氧原子的五員雜環(huán)有機(jī)化合物，它是表示一族化合物的根本布局總稱。

在呋喃系中不帶取代基的雜環(huán)作為母體，叫做“呋喃”，它的衍生物那么根據(jù)母體來(lái)命名。呋喃本身在互業(yè)上并無(wú)什么用途，但它的衍生物——糠醛和糠醇，卻是互業(yè)上的重要原料，它們是最重要的呋喃衍生物，糠醛學(xué)名叫α——呋喃甲醛，糠醇學(xué)名叫呋喃甲醇。它們的分子布局如下：

含有糠醇的樹(shù)脂稱為呋喃樹(shù)脂。作為鑄造粘結(jié)劑用的呋喃樹(shù)脂一般是用糠醇（FA）與尿素、甲醛或苯酚等縮合而成的，如尿醛呋喃樹(shù)脂（UF/FA）、酚醛呋喃樹(shù)脂（PF/FA）、酚脲醛呋喃樹(shù)脂（UPF－FA）等。

1.1.2呋喃樹(shù)脂的硬化機(jī)理呋喃樹(shù)脂在合成階段只是得到具有確定聚合程度的樹(shù)脂預(yù)聚物，而在樹(shù)脂應(yīng)用中的固化階段，實(shí)際上是低分子交聯(lián)成體形網(wǎng)狀高分子的過(guò)程。

試驗(yàn)結(jié)果和分析說(shuō)明，呋喃樹(shù)脂在固化劑作用下的硬化是一個(gè)純催化自硬過(guò)程，固化劑不產(chǎn)生化學(xué)消耗，而是機(jī)械地包含在聚合物的布局中。即在酸作用下，主要發(fā)生兩種類型的回響：羥基與羥基或活性氫原子之間的失水縮聚，以及呋喃環(huán)破碎然后進(jìn)一步加成聚合的回響。

1）呋喃樹(shù)脂首先發(fā)生縮聚回響（回響A和B實(shí)質(zhì)上都是分子間的擴(kuò)鏈回響）：

2）呋喃環(huán)開(kāi)環(huán)以非氧化破碎：

根據(jù)呋喃樹(shù)脂的組成不同，分別可以通過(guò)加熱、通入硬化氣體或添加酸催化劑等方法使其固化。酸催化（即“自硬”）的呋喃樹(shù)脂一般糠醇含量都超過(guò)50%。其硬化機(jī)構(gòu)很繁雜，現(xiàn)在還未完全弄領(lǐng)會(huì)，但根本的樹(shù)脂化回響包括了糠醇的第一醇基和呋喃環(huán)的第五位氫之間的脫水縮合，此外呋喃環(huán)的斷裂生成乙酰丙酸，第一醇基間脫水生成醚和醛等等的回響。

1.2堿酚醛樹(shù)脂酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂從20世紀(jì)80年頭被研發(fā)到現(xiàn)在已有20多年的歷史，目前在國(guó)內(nèi)外獲得了廣泛的應(yīng)用。更加是最近十年，由于其環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)及獨(dú)特的性能，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的鑄鋼廠采用了這一新工藝。目前該工藝在高錳鋼、大型或重型鑄鋼及不銹鋼等鑄件的生產(chǎn)中已被廣泛采用并取得了很好的使用效果。

1.2.1堿酚醛樹(shù)脂的合成酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂砂用樹(shù)脂是以苯酚和甲醛味主要原料，在堿性條件下（NaOH、KOH、LiOH作為催化劑）縮聚而成的甲階水溶性酚醛樹(shù)脂。

有關(guān)回響如下：

通式為：

其布局中具有大量羥甲基，且片面苯環(huán)以甲醚橋相連，其樹(shù)脂砂具有較高的即時(shí)強(qiáng)度和終強(qiáng)度。酚醛樹(shù)脂的相對(duì)分子質(zhì)量一般在800~2000之間。

1.1.2堿酚醛樹(shù)脂的硬化機(jī)理堿酚醛樹(shù)脂的鏈狀線型布局分子酚核羥基對(duì)位上，存在著羥甲基，它仍可以與另一個(gè)線型分子上活潑的氫原子回響，使樹(shù)脂形成體形布局而固化。其回響式如下：

在樹(shù)脂的硬化回響中，首先是樹(shù)脂中的堿與酯回響，形成堿金屬的碳酸鹽，釋放醇。樹(shù)脂中的堿形成碳酸鹽后，即處于回響狀態(tài)，可在常溫下發(fā)生交聯(lián)回響，將砂粒粘結(jié)，使型砂具有必要的強(qiáng)度。

有機(jī)酯硬化的酚醛樹(shù)脂砂，在有機(jī)酯的作用下，樹(shù)脂在常溫下只發(fā)生片面交聯(lián)回響，起模時(shí)型砂依舊保持確定的塑性，澆注初期還有一短暫的、因受熱而再次發(fā)生交聯(lián)回響的過(guò)程，也就是通常所說(shuō)的二次硬化。

其次章鑄造生產(chǎn)過(guò)程中煙氣的產(chǎn)生2.1呋喃樹(shù)脂砂生產(chǎn)過(guò)程煙氣產(chǎn)活力理目前國(guó)內(nèi)鑄造廠家使用的呋喃樹(shù)脂，從化學(xué)布局上講，可分為無(wú)氮與有氮兩大類。

呋喃樹(shù)脂砂工藝的化學(xué)污染物，分為3個(gè)時(shí)期以下面不同方式來(lái)析出。

1）呋喃樹(shù)脂、固化劑在制造過(guò)程中回響不完全，沒(méi)回響的構(gòu)成物以原狀態(tài)存在于溶液中，應(yīng)用時(shí)析出，此過(guò)程析出的有害物質(zhì)有甲醛、糠醇等；

2）樹(shù)脂和固化劑在型砂硬化過(guò)程中發(fā)生聚合回響，污染物的析出，包括揮發(fā)出游離糠醇、甲醛、酚和其他衍生物等；

3）鑄件澆注時(shí)，樹(shù)脂高溫?zé)岱纸狻⒒仨懠霸阼T型不同厚度時(shí)氧氣供給處境不同，發(fā)生干餾、燃燒、焦化等回響析出CO、SO2、H2S、氨、氰化物、苯、甲苯、二甲苯和各種多環(huán)芳烴等。

2.2堿酚醛樹(shù)脂砂生產(chǎn)過(guò)程煙氣產(chǎn)活力理酯硬化堿性酚醛樹(shù)脂自硬砂的熱分解鑄型澆注后，堿性酚醛樹(shù)脂的熱分解大致可分為三個(gè)階段。

1）300℃以下在300℃以下，樹(shù)脂本身根本上不發(fā)生分解，這一階段產(chǎn)生的氣體主要是水分，還有少量樹(shù)脂硬化時(shí)束縛于樹(shù)脂中未能釋放的甲醛。

2）300~600℃之間300℃以上，砂粒外觀的樹(shù)脂膜開(kāi)頭熱分解，而且分解的速率很快，產(chǎn)生的氣體有水蒸汽、甲烷、乙烷、苯酚、烷基酚、烷基苯等。

在300~600~C之間，樹(shù)脂粘結(jié)橋依舊保持其骨架，內(nèi)部因熱分解而呈多孔狀，透氣性好。

3）600℃以上熱分解產(chǎn)生的氣體的成分與300~600℃之間大致一致，但在此階段樹(shù)脂粘結(jié)膜發(fā)生強(qiáng)烈的體積收縮，致密度提高，因而砂型的透氣性大幅度降低。這就導(dǎo)致酯硬化的堿性酚醛樹(shù)脂砂在高溫下保溫性能好，是鑄件冷卻速率減緩、熱節(jié)處易于產(chǎn)生收縮缺陷的主要理由。

因此堿酚醛樹(shù)指砂在鑄造過(guò)程中（混砂造型制芯、起模、澆注、開(kāi)箱）產(chǎn)生的氣味主要來(lái)自以下幾個(gè)方面：

①樹(shù)脂中的游離甲醛，即樹(shù)脂本身合成過(guò)程中未完全參與回響的甲醛；

②混砂、造型、制芯時(shí)，樹(shù)脂和固化劑回響釋放出的甲醛；

③澆注和開(kāi)箱過(guò)程中，樹(shù)脂分解產(chǎn)生的游離甲醛和游離苯酚。（樹(shù)脂在≥300℃，才會(huì)分解出游離的苯酚）；

④固化劑中具有刺激性氣味的是有機(jī)酸或醇等雜質(zhì)，一般而言，固化劑的純度越高，氣味就越??；

⑤CO氣體，有機(jī)物在不完全回響或燃燒的處境下可能產(chǎn)生大量的CO。

第三章有害氣體對(duì)人體的危害人需要呼吸空氣以維持生命。一個(gè)成年人每天呼吸大約2萬(wàn)屢屢，吸入空氣達(dá)15～20立方米。因此，樹(shù)脂砂車間生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的有害窒息性氣體、刺激性氣體及有機(jī)溶劑的揮發(fā)物，人體吸入后，對(duì)健康有嚴(yán)重危害。危害程度見(jiàn)表3-1。

表3-1有害氣體對(duì)人體的危害氣體名稱危害程度一氧化碳使人體血色素的輸氧才能降低，造成組織缺氧，伴發(fā)頭痛、眩暈、惡心、嘔吐、昏迷。含量11700mg/m3接觸5min即可使人死亡。

二氧化碳降低工作才能，使呼吸困難，惡心，流失意識(shí)。體積分?jǐn)?shù)15%~20%接觸一小時(shí)以上有生命危害二氧化硫?qū)夤?、咽喉刺激，流淚，引起咳嗽、胸痛等呼吸道系統(tǒng)疾病二氧化氮急性中毒引起水腫，可能死亡。慢性中毒引起肺氣腫、慢性上呼吸道或支氣管炎癥氨通過(guò)皮膚、呼吸道及消化道引起中毒。低濃度長(zhǎng)期接觸、引起喉炎、聲音嘶啞。高濃度大量吸入，引起支氣管炎、肺炎、窒息、昏迷、休克，含量0.7mg/m3危機(jī)生命苯對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有損害，表現(xiàn)為頭痛、乏力、疲乏，含量24000mg/m3接觸2h，有生命危害丙烯醛低含量時(shí)有灼熱感，刺激口腔及鼻粘膜引起咳嗽。高含量引起眩暈、昏迷，引起致死性肺炎甲醛低含量刺激眼粘膜、皮膚。稍高含量刺激上呼吸道，引起咳嗽、胸痛，是黏膜潰爛氯通過(guò)呼吸道和皮膚黏膜中毒，對(duì)眼、鼻和咽喉有刺激感。含量（15~20）×10-6接觸0.5~1h有生命危害氟化氫氟含量超過(guò)8×10-6時(shí)對(duì)人體造成危害，表現(xiàn)為鼻粘膜潰瘍出血，肺部有增殖性病變、肝大等，還能使骨質(zhì)變松發(fā)生骨折硫化氫刺激黏膜，引起眼和呼吸道炎癥，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致肺水腫。高含量能使中樞神經(jīng)麻痹，以致窒息第四章鑄造生產(chǎn)各工位有害氣體濃度測(cè)定在生產(chǎn)中，使用的樹(shù)脂不同，散發(fā)出的有害物質(zhì)也有所不同，其危害程度有區(qū)別?？茖W(xué)地測(cè)定和分析樹(shù)脂砂在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種有害物質(zhì)的組成及危害性，找出強(qiáng)有力的防止措施，以消釋或盡可能裁減它的危害，已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外特別關(guān)組和亟待解決的重大問(wèn)題。

查詢資料，根據(jù)國(guó)內(nèi)研究者對(duì)上海某機(jī)床廠采用樹(shù)脂砂工藝時(shí)具有代表性的造型、澆注兩個(gè)工段，分別在冬、夏季測(cè)定了某作用環(huán)境毒物含量，結(jié)果見(jiàn)表4-1和表4-2。

表4-1造型工段工人操作呼吸帶毒物含量（單位：mg/m3）毒物名稱冬季樹(shù)脂砂冬季粘土砂夏季樹(shù)脂砂最高允許含量苯酚0.014±0.0370.016±0.0460.016±0.0475氰化物0.001±0.0050.003±0.0070.005±0.0080.3氮氧化物0.041±0.0340.058±0.050.025±0.0195二氧化硫0.168±0.1790.13±0.080.098±0.10515甲醛0.004±0.0070.005±0.0110.022±0.0373氨0.307±0.1160.236±0.0920.92±0.78230一氧化碳5±05±030硫化氫0.013±0.052未檢出10甲醇19.7±7.781未檢出50苯未檢出未檢出40甲苯未檢出未檢出100二甲苯未檢出未檢出100丙酮未檢出未檢出400糠醛未檢出未檢出10表3-2澆注工段工人操作呼吸帶毒物含量（單位：mg/m3）毒物名稱冬季樹(shù)脂砂達(dá)標(biāo)率（%）冬季粘土砂達(dá)標(biāo)率（%）夏季樹(shù)脂砂達(dá)標(biāo)率（%）最高允許含量苯酚0.034±0.0651000.024±0.0671000.029±0.0671005氰化物0.026±0.0491000.001±0.0031000.047±0.0481000.3氮氧化物0.09±0.127