呋喃树脂砂（共4篇）
呋喃树脂砂 篇1
摘要：由于对呋喃树脂砂生产经验的不足, 在应用过程中还存在很多问题, 文章从铸造工艺、过程控制和现场管理的角度介绍了呋喃树脂砂在铸造生产中的应用和质量控制要点, 只有在生产过程中保证操作质量, 才能保证产品的最终质量。
关键词：呋喃树脂砂,过程控制,铸钢件
随着对铸件质量要求的不断提高, 呋喃树脂砂工艺自20世纪80年代在我国开始应用, 由于其良好的溃散性、自硬特性、提高劳动生产效率、节省作业面积、明显提高铸件的尺寸精度和表面质量等优点, 并大幅度减轻了工人的劳动强度, 明显改善了铸造车间的工作环境, 而得到了广泛的推广和应用。
然而由于对呋喃树脂砂的工艺特性的认识不足和缺乏生产经验, 在实际呋喃树脂砂生产中, 并没有完全达到减少生产成本和提高铸件质量的目的。同时呋喃树脂砂生产的铸钢件易产生气孔和裂纹等缺陷。但通过采用合理的工艺、加强过程控制和现场管理, 可以提高产品质量、降低生产成本和提高生产效率。
1 工艺方面
由于呋喃树脂砂的保温性好, 铸钢件在呋喃树脂砂中的凝固速度明显比在粘土砂中的凝固速度缓慢。特别是在铸件的热节处或转角部位由于凝固缓慢, 极易在这些部位产生裂纹等缺陷。另外由于呋喃树脂砂高温退让性差, 铸件产生热裂纹的倾向性明显增大。根据呋喃树脂砂的这些特点, 并结合铸件的结构特点在铸件易产生裂纹的部位应设置拉筋, 在散热较差的圆角部位适当增大铸造圆角。对于合金钢铸件, 与粘土砂和水玻璃砂相比需要延长打箱时间, 减小热应力来降低铸件产生裂纹的倾向性。
浇注系统对呋喃树脂砂生产的铸钢件质量影响较大, 如果浇注系统设置不合理, 极易导致铸件产生裂纹、气孔或夹砂等缺陷。铸钢件浇注系统一般都采用开放式, 与粘土砂或水玻璃砂型相比, 呋喃树脂砂中钢水上升速度要采用快速、平稳和分散的原则, 浇注系的截面积要比粘土砂和水玻璃砂的大一些。针对呋喃树脂砂发气量大和高温易溃散的特点, 在铸件结构和生产条件允许的条件下, 尽量采用底注方式。
对于大型铸钢件, 为了避免产生气孔等缺陷。在浇注前需要采用热风炉对型腔进行烘干, 以免受潮。
2 砂型质量方面
砂型的质量对铸钢件的表面质量和内部质量都有直接的影响, 砂型和砂芯的强度是衡量砂型质量的一个重要参数。当砂型或砂芯的强度过高时, 会在铸件收缩时产生较大的机械应力, 增大铸钢件产生热裂纹的倾向性;如果砂型或砂芯强度过低, 往往会造成粘砂、夹砂等铸造缺陷。因此需要根据生产现场的环境情况如温度湿度等, 调整树脂和固化剂的加入比例, 以满足铸钢件质量要求的砂型强度。一般情况下对于大型铸钢件砂强度控制在以下强度即可:砂型1.0MPa以上大型复杂的砂芯可以取1.2MPa以上。当采用呋喃树脂砂生产铸钢件时, 要根据铸件的结构特点和材质适当选择合适的砂型强度, 只有这样才能确保生产出高质量的铸件。
3 涂料方面
涂料涂刷质量的好坏直接影响着铸件的表面质量, 对于呋喃树脂砂而言, 涂料对铸件质量起着至关重要的作用。由于树脂砂在高温时会发生分解, 如果涂料质量不好或涂刷质量不好, 在采用呋喃树脂砂生产铸钢件时产生粘砂或夹砂的可能性增大。因此树脂砂使用的涂料附着力要好, 同时要保证涂料涂刷的厚度特别是浇注系统附近的型腔涂刷质量。
4 树脂和固化剂
树脂和固化剂是影响砂型质量的一个重要因素, 在生产过程中需要严格控制树脂和固化剂的技术指标。对于大型铸钢件应选用高呋喃 (糠醇含量≥90%) 且低水分的无氮呋喃树脂为好, 在生产过程中需要根据不同的产品结构和型芯的大小, 选择合适的砂型强度。因此需要根据不同的季节、温度及湿度, 对固化剂进行调整以达到较好的硬化速度和硬透性。固化剂的加入量对呋喃树脂砂的强度有一个最佳值, 加入量过多或过少都会降低型芯强度。
5 型砂质量的控制
影响砂型质量的因素, 其中型砂中微粉含量对树脂和固化剂的使用量影响很大, 而且直接影响铸件质量。对于新砂应妥善保管, 防止外来杂质污染, 同时要特别防止碳酸盐等碱性物质混入。对于再生砂需要严格控制微粉含量, 微粉是指再生砂中140目以下的物质。众所周知型砂中微粉含量越高, 型砂的透气性越差, 同时消耗的树脂和固化剂也越高。因此需要严密监控除尘设备的工作状态, 及时清理灰尘。同时要对型砂进行定期检查和监控, 否则将对产品质量和生产造成极大的不利影响。
6 砂温的控制
再生砂砂温对呋喃树脂砂的生产和质量影响都非常大, 再生砂砂温在15~30℃为宜, 如果砂温过高将造成硬化时间过短, 砂型强度降低, 无法保证砂型质量, 同时也使生产无法正常进行。特别是在夏季这种情况更为突出。因此需要采取冷却系统对砂温进行降温处理以保证正常生产的进行。而在冬季由于环境温度偏低, 造成呋喃树脂砂固化速度过慢或不固化, 同样也满足不了产品质量和生产的要求。在此情况下需要保证厂房的温度以使生产能够顺利进行。
高效优质是呋喃树脂砂所具有的明显优势, 也是未来铸钢件生产的一个主要方向。但呋喃树脂砂也存在裂纹倾向性大及高温退让性差等缺点, 经过生产实际验证, 合理的工艺方案结合严格有效的现场管理和控制, 完全可以保证产品质量。但在呋喃树脂砂生产过程中, 还有很多问题需要进一步的探究。
参考文献
[1]王耀科, 李远才, 王文清.国内外树脂砂的现状及展望[J].铸造, 1998 (8) .
[2]姚青, 陈文斌, 李俊峰.呋喃树脂砂在铸造生产中的应用及质量控制[J].铸造, 2007 (56) .
[3]冯晋芬, 王胜.铸造过程质量的控制研究[J].机电产品开发与创新, 2008 (4) .
呋喃树脂砂 篇2
一、树脂砂使用过程中常见铸造缺陷及防止措施
1. 气孔类缺陷的产生和应错策略
气泡在金属凝固后, 就会进入到的金属液中, 然后出现空洞的气泡, 最后成为气孔。防止气孔的具体对策有以下几个方面:
(1) 树脂种类的选取要适当, 并适量减少树脂的混入数值
加入过量的树脂或固化剂, 都会导致树脂的含氮量上升, 从而致使发气量逐渐增多。在整个过程中要想提高效率和质量, 就需要将固化剂和树脂的量降低, 采用无氮树脂或者是低氮树脂, 避免出现过多的气孔。
(2) 将微粉的量降低, 以确保再生砂的性能和质量
如果旧砂的质量很差, 导致微粉的含量超标, 就会导致型砂发气量的提升和透气性的下降, 如若发现这种情况一定要等比例增加新砂的数量, 并坚持对再生设备进行改进, 促使其达到标准。
(3) 提高烘干技术水平, 严格控制涂刷时间
要想减少砂芯中的残留水含量, 降低发气量, 需要对砂芯和砂型进行严格的控制和约束, 同时要保证涂料的性能, 干燥工作要做好。
(4) 创新铸造工艺和铸造技术对砂型 (芯) 中的排气通道进行合理设置
想要保证砂芯排气的通畅, 就一定要对铸造技术进行改进, 在进行排气孔设置时必须要注意的是将砂型的气眼跟砂芯的出气道要一致, 对齐, 否则会出现漏气现象, 且要尽量提升压头。避免砂质堵住出气道或者芯头出气道在浇注的时候流入液体;在此基础上, 还要把握好浇注的频率, 不能使速度过低。
(5) 对原砂的粒度进行调节
当铸件的表面质量能够保证的前提下, 要适当控制原砂的粒度, 相对粗一些的砂粒能够使砂型的透气性得到提升。
(6) 对浇注的温度范围进行合理控制, 保证不会出现气孔, 铸件就不会粘砂。
2. 机械粘砂的现象和应对策略
由于很多化学和物理学反应等引起了粘砂问题, 主要是在铸型材料和金属液、气体之间产生的一系列反应过程, 该反应主要发生在界面上。而机械粘砂是由于压力的作用下, 渗入到铸型壁隙中, 然后在壁隙中产生的粘结和掺合作用, 主要涉及到的就是砂粒和金属液之间的作用现象。
如何处理粘砂问题, 提高运作效率, 需要注意一下几项:
(1) 原砂的合理选择
利用多砂筛来对原砂的粒径大小和粒度进行控制, 提高砂粒之间的密实度, 增强金属液的渗透阻力。
(2) 合理的选择涂料, 优化涂刷工艺
涂料层一定要具有良好的渗透性, 其渗入深度要合理, 从而才能发挥涂料的隔离作用。对此, 对于受热严重的部位应尽量选择双层涂料进行运用, 并保证其厚度;逐步改进涂料的配置, 实现性能的提升, 铸件的大小和铸型工艺也要根据合金类型予以选用。
(3) 在铸钢件生产的时候利用起再生砂的优势
经过反复使用再生砂热稳定性好, 砂粒形也较好。
(4) 使模样的表面质量和型 (芯) 砂的紧实度得以提升
模样表面质量决定了铸型 (芯) 的表面质量, 使型 (芯) 砂的紧实度得以提高, 会把模样表面变得更加完整, 而型 (芯) 砂的紧实度也会予以提升, 从而更好的防止粘砂情况的出现。所以, 在对其进行造型的时候, 要保证铸型 (芯) 砂的金属镀得到提升, 特别是模样凸台地下部、凹角转交处以及下部活块的密实度。
(5) 控制浇注过程中的温度
浇注的温度主要受壁厚、尺寸和形状等条件的限制, 确保浇注温度的合理, 一般情况下, 降低浇注温度需要保证在没有出现冷隔缺陷和气孔现象的情况下进行。
3. 导致粘膜的原因和应对策略
铸件表面的质量和美观度受模样的影响较大, 但模样难以起出, 降低了铸件表面的质量, 严重的会变成废品。所以需要控制粘膜的因素。一方面, 芯盒的表面质量和模样质量达不到规定的要求;另一方面, 使用脱模剂不合理;第三, 过早的进行起膜。综上所述, 预防粘模可采取的有效对策有以下几点。
(1) 保证模样及芯盒的表面质量得到提升。
(2) 按照环境温度的差异, 确定最佳的脱模点, 选择合适的脱模剂。
4. 固化时间
生产过程中时常会遇到固化太快和砂型脆性增强等, 如果出现固化太慢, 就会影响生产效率, 且砂芯和砂型的质量也会出现很大差异。
解决固化过快的步骤
大多数的夏季都会出现固化过快的情形, 所以要采取行之有效的对策给予处理。
(1) 夏季的高温对固化过程影响较大, 通常将砂温控制在35度以下为宜。
(2) 添加新的固化剂类型, 或者将原有的固化剂的量减少。
(3) 如果采用增加固化剂的做法来提高固化速度, 就会造成产品的质量降低, 影响生产效益, 不利于企业的发展。
解决固化太慢的步骤
冬天大多是使固化过慢的时节, 会导致原砂中的含水量过多或者含泥量过多, 想要有效进行预防要从以下对策入手。
第一, 保证砂温超过10度;第二, 冬季可以在每班开始前预热一下模具, 从而提升车间的内部温度;第三, 冬天较为特殊, 温度较低, 需要增加固化剂含量, 或者增加浓度;第四, 保证原砂的指标达到规定标准, 选取优质的原料。
二、树脂和固化剂的准确选用
要按照铸件的类型, 也称为合金的类型来选用树脂的成分和壁的厚度, 根据具体情况来合理的选择适合的固化剂种类, 但要保证选择的固化剂特点跟环境、温度等条件等相匹配。
1. 树脂的概念
无氮树脂 (圣泉FL105或XY90-0) , 适用于合金钢、碳素钢铸件
2. 树脂与固化剂的匹配
根据季节、产品类型的变化以及质量要求的变化适当的进行调整。
三、降低粘结剂的消耗
1. 对树脂砂的强度进行合理选用
树脂的缴入量的增加会使树脂砂的强度提升, 不过加入的数量如果超出限度, 那么反而会导致其强度上升的不突出。另外, 设置树脂砂的强度需要根据合金类型进行确定, 切记强度过大。根据不同的工艺条件来确定铸件的尺寸等。一般采用树脂砂铸型抗拉强度控制在0.8-1.0MPa, 复杂砂芯的抗拉强度为1.6-2.0MPa。
2. 采用高质量的原砂
院士的质量要求:粒度控制戴大件为:30/50或40/70目, 中件为40-70目, 小件为50/100或100/140目, 角形系数小于1.35, 微粉含量小于0.8%, 含泥量小于0.2%, 含水量小于0.2%, 灼减量小于0.5%。
3. 再生砂利用
原砂跟多次使用的再生砂会具有明显的特点:
热稳定性较好, 原砂的主要成分为二氧化硅, 在高温高压下使石英编程了鳞片状, 这时体积不断变大, 若将其冷却, 体积变化不大, 相变后处于稳定性较好的状态。
经过反复使用过的砂将会消耗较少量的酸值, 因为原砂在反复的摩擦和运作中会消掉很多碱性的氧化物, 另外还会在固化过程中中和一些碱性成分。
再生砂的质量比原砂好, 但在操作过程中必须要按照规范进行控制和约束, 否则质量会大大降低。通常来说, 微份 (质量分数) 在0.8%以下, 灼烧减量, 铸钢件一般小于等于1.5%
4. 提高混砂质量
定量精度和混砂技术的设备等因素决定了粘接剂的加入量, 目前双臂连续式混砂机的使用情况相对较多, 而混砂技术多为单砂两次混制工艺, 也就是说要先将固化剂加入, 然后加入混砂进行处理。
5. 砂温
砂芯和砂型的强度和硬化度等均会受到砂温的影响。采用树脂生产技术的时候, 其理想砂温是在20度到30度之间, 所以在需要根据具体的环境和条件来合理的控制砂温的情况, 考虑设备的多少和产量多少, 同时要注重冬季和夏季等特殊季节的影响。
6. 砂铁比和用铁量控制
经过研究表明, 将砂铁比降低, 不仅能有效的降低固化剂的添加量, 还会降低生产过程中的资金投入, 提高生产效率, 保证了铸件的质量等。
(1) 吃砂量较大的区域可以采用填充料的方式来解决, 主要采用的材料的有石块、砖块和木块等。
(2) 成型的沙箱树脂具有很大的强度, 通常将吃砂量控制在50mm, 如果存在造型就可以适当调整。
参考文献
[1]谢明师呋喃树脂自硬砂使用技术北京:机械工业出版社.1995.
呋喃树脂砂 篇3
1 铸造工艺对呋喃树脂砂铸造的影响及注意事项
1.1 铸造的工艺
呋喃树脂砂在铸造生产过程中有瞬间发气量大, 容易产生气孔, 高温的溃散性好等特点, 也易出现夹杂和冲砂现象。而在设计浇注系统的过程中, 要按照以下原则:快速平稳、封闭底注、保证压头、严格挡渣。因此, 在铸造工艺设计中, 浇注系统的截面积要比粘土砂工艺大, 内浇道要分散放置[1]。为了提高浇注系统挡渣的能力, 可以在横浇道加入陶瓷过滤网。为了避免在浇注过程中出现冲砂现象, 也可用陶瓷管做直浇道和底注的内浇道。因为呋喃树脂砂的强度高, 所以在铁水凝固过程中不容易在产生缩孔, 同时为了避免产生气孔或夹渣, 所以在浇注时铁水温度一般也不低于1320℃。
1.2 模型质量
对于中小批量生产的复杂铸件一般选用放置较久的干木料作为模型制作材料。为保证模板的刚性和平整度, 型板的面板可选用较厚的多层板材料。对于中大型板, 可以加装焊接的“米”字型槽钢框架进行加固, 避免出现模型放砂箱后型板变形现象。如对模型的精度和寿命有更高要求, 在已有成熟铸造工艺并可接受增加的模型成本, 可以选择铝型或树脂型, 但缺点是不易改型。工程技术人员也要在投产前对模型尺寸是否符合图纸和缩率的要求、是否符合设计工艺、是否适宜车间操作使用等问题进行确认。
2 铸造材料对呋喃树脂砂铸造的影响及注意事项
原砂和树脂固化剂是呋喃树脂砂铸造中重要的铸造材料, 它们的质量好坏直接影响铸件质量好坏。
2.1 原砂的选择
原砂一般选用粒度在40-70目烘干后的擦洗砂。需要指出的一点是, 破碎砂虽然有二氧化硅含量高、耐火度高、高温膨胀应力小等优点但不适用于呋喃树脂砂, 因为破碎砂经过铁水高温烘烤和在砂再生设备中高速摩擦脱模再生后易粉碎, 不利于反复再生使用。并且破碎砂角型多为尖角不利于提高树脂砂混合料的紧实度、流动性, 也降低树脂砂固化强度[2]。
2.2 树脂固化剂的选择
适合铸造生产的树脂有很多种, 但对于中小批量生产的灰铸铁来说中氮呋喃树脂是比较合适的。树脂中主要含有糠醇、酚醛和尿醛三种组分, 需要综合考虑成本、产品类型和产品质量等因素确定三种组分的比例。中氮树脂含氮量一般为2%-5%, 含水量不大于5%。
3 树脂砂混合料的工艺参数对呋喃树脂砂铸造的影响及注意事项
3.1 固化强度
树脂砂混合料的固化强度可以划分为初强度和终强度, 初强度是树脂砂混合料的固化1小时的抗拉性强度, 可以被控制在0.1-0.4MPa。而树脂砂混合料的固化24小时的抗拉强度, 就是终强度, 他可以被控制在0.6-0.9MPa。不可一味追求过高终强度, 否则就会使呋喃树脂加入过量, 增加企业成本, 再生砂灼烧减量过高再生困难, 铸件易出现气孔。
3.2 可使用时间
树脂砂混合料的可使用时间一般是指刚混制好混合料制作砂试样时间与在24小时终强度只剩下刚混制好砂试样24小时终强度70%的情况下的间隔制作时间。一般在生产的过程中, 可以将树脂砂混合料开始混合到混合料发粘的时间认为是型砂使用的时间, 其可控制在3-10分钟。而对于铸造的大型树脂砂而言, 控制时间在15分钟左右。
3.3 固化时间
在混合好树脂砂后, 一般都会经过24小时, 让树脂砂自行硬化, 从而使之达到最高的强度。但是, 由于生产呋喃树脂砂的企业不同, 生产的环境和规模也不相同, 所以, 在浇注和造型之间的时间间隔一般都被控制在24小时之内。
3.4 树脂固化剂加入量
树脂加入量一般为砂重的0.8%-1.2%, 固化剂加入量一般为树脂的30%-60% (质量分数) 。过低的树脂加入量容易导致起模塌箱、浇注冲砂等问题;过高的树脂加入量易导致增加企业生产成本、增加再生砂灼烧减量、铸件表面气孔缺陷等问题。所以树脂具体的加入量要根据实际造型的的砂箱大小、模型复杂程度、树脂砂终强度等要求进行调整。过低的固化剂加入量不易使固化剂和树脂充分混合均匀, 过高的固化剂加入量会造成浪费。
3.5 吃砂量
呋喃树脂砂的强度高, 其吃砂量要比粘土砂要小。过高的砂铁比, 浪费树脂固化剂, 产生大块的废砂块, 加重再生机和落砂机负担, 使LOI值不断升高, 最终会增加铸件的气孔缺陷;而过低的砂铁比, 就会在铸件浇注的过程中发生跑火现象。可通过制作专用砂箱和向砂型内填充旧砂块的方式降低砂铁比。
4 铸造设备对呋喃树脂砂铸造影响及注意事项
4.1 混砂设备
混砂机是重要的铸造机械之一, 它的运行稳定也直接影响着混砂质量。根据呋喃树脂砂工艺特点其适合选用连续式单臂或双臂混砂机。
4.1.1 树脂加入控制方式
树脂加入可采用多档旋转开关+plc (带触摸液晶屏) +变频器+交流电机+齿轮泵的控制方式, 通过4档旋转开关分别设定树脂0.8%-1.2%的加入量。混砂机操作工可根据实际生产情况快速调整混砂机树脂加入量。
4.1.2 固化剂加入控制方式
为稳定起模时间减少对起模时间估计错误导致砂型报废的风险, 固化剂加入可采用通过砂温变化自动调整固化剂加入量的方式。但这种方式也有一定缺点, 有可能出现砂温突然过高固化剂加入过少的现象, 最终导致砂型硬化不完全报废。为解决这一问题, 可以将固化剂加入由单种固化剂单泵的方式改进成AB双固化剂双泵的方式。AB固化剂分别采用高低量两种酸度值的固化剂。可以实现固化剂加入量恒定但酸度值变化的功能, 来代替单一固化剂[3]。AB固化剂加入可采用砂温探头+多档旋转开关+plc (带触摸液晶屏) +变频器+交流电机+电动双头隔膜泵的控制方式, 这种方式兼顾自动和手动。混砂机在保持恒定的固化剂加入量情况下, 通过砂温在一定范围内变化自动调整AB固化剂配比来调整固化剂酸度值, 从而使树脂砂硬化速度保持基本恒定。
4.1.3 混砂机日常保养和校准
由于天气的变化, 树脂和固化剂的粘度发生变化, 使得固化剂容易出现结晶现象, 所以, 在相同的电动齿轮泵电压下, 树脂和固化剂加入量会发生波动, 轻则影响砂型砂芯质量重则堵塞加料管道和阀门及损坏加料泵。所以, 混砂机操作工每天生产前后应对液料管道、过滤器和搅笼搅刀进行清理, 技术员应定期对混砂机砂流量、树脂加入量和固化剂加入量进行测量校准, 从而保证混砂质量。
4.1.4 采用正确的加料顺序
单臂连续混砂机搅笼正确的加料顺序先是砂, 然后固化剂, 最后树脂。否则会减少树脂砂混合料可使用时间, 降低砂强度, 最终影响造型质量。
4.2 砂再生设备
砂再生设备主要作用是脱树脂膜和除尘。LOI值 (灼烧减量) 是衡量再生砂脱膜率的重要指标, LOI值一般控制在小于3.5%。型砂粉尘含量高会增加树脂的消耗量, 造成砂型透气性差, 出现废品率高的现象, 所以尽可能降低型砂中的粉尘含量。
4.3 砂调温
树脂砂生产时理想砂温是25-30℃, 砂温高低对树脂固化速度有很大影响, 在砂温超出一定范围后通过固化剂调整树脂硬化速度非常困难, 效果也不理想。所以在不同季节要使用砂调温设备对型砂进行升温或降温处理[4]。
5 结束语
总之, 呋喃树脂砂的铸造生产中, 合理的铸造工艺、合格的铸造材料、可靠的铸造机械设备和熟练的技术工人为铸造企业生产优秀铸件必不可少的基本条件。以上是作者在企业生产实践中发现并需注意的一些问题及影响因素, 通过分析解决这些问题可以帮助铸造企业提高产品质量, 降低生产成本, 增加效益和稳定发展。
摘要：用呋喃树脂砂所生产的铸件有诸多优点, 所以国内有越来越多的企业选择呋喃树脂砂进行铸造, 但在生产的过程中, 仍然存在着诸多需要注意的问题, 文章就呋喃树脂砂铸造过程中的问题和影响因素进行分析和解决。
关键词：呋喃树脂砂,铸造,问题,影响
参考文献
[1]章舟.呋喃树脂砂铸造生产及应用实例[M].北京:化学工业出版社, 2007, 10.
[2]李远才.铸造造型材料实用手册[M].北京:机械工业出版社, 2009, 3.
[3]刘海彬, 闫桂祥, 张保军.树脂砂自动控制仪的研制与应用[J].铸造, 2011, 1.
呋喃树脂砂 篇4
1对象与方法
1. 1对象研究对象为长沙市2家呋喃树脂砂铸造企业的职业暴露人群。根据其是否接触呋喃树脂砂设暴露组和非暴露组 ( 不接触树脂砂的厂内职工) , 暴露工龄≥1 a列为队列成员。观察年限为1988年1月— 2012年12月30日, 资料完整可靠并有代表性。
1. 2方法采用队列研究方法, 根据观察期内现场监测结果以及职业人群健康监护资料, 统计分析有害物质职业暴露水平, 比较暴露组和非暴露组之间健康损害观察指标的差异, 探讨接触与损伤可能存在的因果关联。
1.2.1现场调查应用职业流行病学调查方法, 设计调查表格, 统一调查方法。重点调查树脂砂铸造生产工艺、技术路线、原辅材料等, 识别与分析职业病危害因素的种类及分布、危害接触人数及职业接触方式等。
1.2.2现场检测根据现场调查结果, 确定检测内容, 按照国家职业卫生标准方法和采样规范进行粉尘及化学物质浓度检测[9], 按年份输入统计总粉尘浓度、粉尘游离二氧化硅含量以及有害化学物质浓度检测结果, 并依据国家现行职业卫生标准和职业接触限值[10]进行接触水平评估。
1. 2. 3健康监护职业健康监护内容主要包括个人基本资料 ( 职业史、既往史、现病史和个人生活史) 、个人主要症状、体征、实验室及功能检查 ( 血常规、尿常规、心电图) 、肝胆脾B超检查、后前位高千伏胸片、肺通气功能测定等。
1. 3统计学处理录入现场监测结果及健康监护资料, 用SPSS 17. 0统计软件进行统计。粉尘和有害物质浓度计算几何均值, 计数资料采用 χ2检验, P值取双侧概率, 检验水准 α = 0. 05。
2结果
2. 1累计观察量从1988年1月—2012年12月, 接触树脂砂作业工龄≥1 a的职工共有882人, 其中46人失访, 失访率5. 22% 。研究队列中暴露组共有836人, 其中男性763人 ( 91. 27% ) , 平均年龄 ( 45. 14 ± 7. 26) 岁, 平均工龄 ( 16. 16 ± 3. 24) a, 累积观察量13 416. 80人年。非暴露组598人, 其中男性371人 ( 88. 12% ) , 平均年龄 ( 44. 62 ± 7. 26) 岁, 平均工龄 ( 16. 10 ± 2. 72) a, 累积观察量8 865. 82人年。2组工龄分布在10年以上组别分别为85. 89 % 和79. 44 % 。 各工龄组人员分布、构成比以及累积观察量见表1。
2. 2现场调查结果
2. 2. 1工艺流程2个企业均为长沙市呋喃树脂砂铸造的大型企业, 均于1987年通过技术改造引进和使用呋喃树脂砂铸造工艺, 1988年1月正式投产。主要工艺流程为: 型砂制备 ( 原砂、呋喃树脂、粘接剂、固化剂、 配砂、碾砂、混砂) → 铸件造型 ( 落砂、制芯、下芯、造型、合箱、打箱) → 熔炼 ( 生铁、废钢、合金铁配比、熔炼) →浇铸 ( 浇铸、冷却) →清铲打磨 ( 振动落砂、手工清砂、打磨、喷丸、缺陷修补) →铸件表面喷涂→铸件产品。
2. 2. 2原辅材料造型原材料为原砂、呋喃树脂粘结剂、固化剂、硅烷偶联添加剂等。辅料主要为水玻璃、 耐火砖、耐火粘土、长石和云母。原砂的矿物成分是石英, 呋喃树脂主要成分为糠醇、尿素、游离甲醛, 固化剂的主要成分为尿素、氯化铵等, 树脂砂铸造工艺的主要热分解产物为甲醛、苯酚、氨和甲醇[2]。原辅料用量大, 化学成分复杂。
2. 2. 3职业病危害因素生产性粉尘主要为矽尘、呋喃树脂尘、砂轮尘和其他粉尘, 化学类职业危害因素主要为糠醇、糠醛、甲醛、氨、酚、苯酚、甲醇、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯、臭氧等。
2. 3检测结果
2. 3. 1总粉尘浓度及游离Si O2含量1988—2012年共检测总粉尘样本1 007个, 浓度范围0. 3 ~ 215. 4 mg / m3, 浓度均值22. 04 mg /m3, 其中690个样本超标, 超标率为68. 52% , 以清铲和型砂制备岗位粉尘浓度最高。沉降尘游离Si O2含量共检测277个样本, 范围在4. 71% ~ 59. 92% 之间, 平均含量22. 67% 。粉尘浓度相对较高, 暴露者处于较高的接触水平。检测结果见表2。
2. 3. 2化学物质浓度检测819个样本, 结果显示, 甲醛、酚、硫化氢、臭氧、糠醛、糠醇、甲醇、氨、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、苯、丙酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯等检测浓度均低于国家职业接触限值; 甲苯、二甲苯有少量样本超标, 超标率分别为9. 68% 和19. 35% 。工作场所化学物质浓度检测结果见表3。
注: PC-TWA—时间加权平均容许浓度; PC-STEL—短时间接触容许浓度, a为最高容许浓度 ( MAC) 。
2. 4职业健康监护结果
2. 4. 1症状根据健康监护资料统计, 暴露组主要自述症状: 1神经衰弱综合征: 表现为间歇性或持续性的头昏、失眠、多梦、记忆力减退等。2呼吸系统症状: 暴露者常常感到车间内气味难闻, 主要表现为胸闷、咳嗽、咳痰等呼吸道刺激症状持续性加重。与非暴露组比较, 这2组症状差异有统计学意义 ( P < 0. 01) 。见表4。
2. 4. 2主要体征暴露者患慢性鼻黏膜炎、慢性结膜炎、皮肤疾患 ( 接触性皮炎、皮肤皲裂等) 检出率明显高于对照组, 差异有统计学意义 ( P < 0. 01) 。而内科体检、血压、慢性咽炎、晶状体混浊、实验室检查 ( 白细胞、血小板、红细胞、血红蛋白偏低等) 、心电图 ( 心率、 T波改变等) 、肝胆B超 ( 脂肪肝、脂肪沉积、肝大, 肝囊肿、肝结石、胆囊息肉) 等检查虽有异常发现, 但与非暴露组比较, 差异均无统计学意义 ( P > 0. 05) 。见表5。
2. 4. 3胸片检查观察25 a, 未诊断新发铸工尘肺病例。暴露者高千伏胸片异常表现主要是肺纹理改变, 表现为两肺中下肺野纹理和网织阴影增多、增粗, 肺门增大、胸膜增厚钙化等异常改变, 部分出现肺气肿X线表现。肺野以不规则s影改变为主, 部分出现p影, 结节细小, 数量少, 密度低。高千伏胸片异常检出率均高于对照组, 差异有统计学意义 ( χ2= 117. 123, P < 0. 01) 。观察期内2组队列人员高千伏胸片异常检出率的比较见表6。
2. 4. 4肺通气功能选择肺活量 ( VC) 、用力肺活量 ( FVC) 、第1秒时间肺活量 ( FEV1) 、第1秒时间肺活量率 ( FEV1% ) 、最大呼气流速 ( PEFR) 、肺活量时呼气流速 ( V50、V25) 等项作为观察指标, 按国家标准[11]判定肺功能损伤程度。为减弱年龄、身高等生理因素的影响, 上述指标除FEV1% 以实测值表示外, 其余均为实测值占预计值的百分比值。结果显示, 暴露组肺通气功能损伤明显高于对照组, 差异有统计学意义 ( P < 0. 01) 。见表7。
注: 2组通气功率比较, χ2= 162. 696, P < 0. 01。
3讨论
3. 1职业危害特征及接触水平文献报道呋喃树脂铸造与粘土砂铸造工艺比较, 相对具有产品质量高、废砂易清理、粉尘污染轻、劳动强度低等优点, 因此得到广泛应用[1-2]。呋喃树脂铸造生产过程中使用的原辅材料复杂, 存在的职业病危害种类多, 作业点分散。工作场所中除了矽尘和呋喃树脂粉尘以外, 还有糠醇、糠醛、甲醛、酚、苯酚、甲醇、氨、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、硫化氢、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯、臭氧等化学物质及高温裂解产物。检测结果表明, 工作场所中粉尘浓度相对较高, 暴露者处于较高的接触水平, 而化学物浓度相对较低, 但种类多, 长期接触低剂量的多种化合物, 提示研究铸工尘肺的发生发展规律时, 还应考虑到多种有害因素的联合作用[3，5]。
3.2呋喃树脂粉尘能否引起铸工尘肺的问题粉尘是铸造行业重点职业病危害因素之一, 传统粘土砂铸造粉尘致铸工尘肺已有定论[4,8]。张建中等[8]报道粘土砂铸造, 其粉尘浓度均值为90.78 mg/m3, 游离Si O2含量59.18%, 铸工尘肺平均发病工龄为26.18 a[8]。树脂砂以天然石英砂 (Si O2) 和长石 (铝硅酸盐) 作为型砂骨料, 树脂砂粉尘浓度范围0.3~215.4 mg/m3, 均值为22.04 mg/m3, 游离Si O2含量4.71%~59.92%之间, 平均含量为22.04%。在这种条件下, 从1988—2012年, 队列研究836例粉尘暴露工人, 累积观察量13 416.80人年, 平均工龄 (16.16±3.24) a, 观察期间未见尘肺病发生。但职业健康监护统计结果表明, 树脂粉尘暴露者, 其呼吸系统症状、胸部X线片异常检出率以及肺功能损伤程度均明显高于对照组。暴露者出现咳嗽、咳痰、胸闷、气短等呼吸系统症状阳性率 (22.73%) 明显高于对照组 (7.53%) 。胸部X线片异常检出率 (37.56%) 明显高于对照组 (11.87%) , 其中有20.10%的胸部X线片还可出现肺纹理与网织阴影、肺纹理增多增粗等异常改变, 且工龄长的还可出现不规则阴影和少量低密度细小的圆形阴影, 散在分布于中下肺野。暴露组有8.49%的接触者出现肺气肿的X线表现。这些改变与尘肺病的早期表现相似。动物实验证实, 涂抹树脂前后的矽尘致肺纤维化作用无明显差异[3], 提示呋喃树脂工艺降低了粉尘浓度, 减少了个体粉尘接触剂量, 延缓了尘肺发病的潜伏期。但随着工龄越长, 吸入肺内的粉尘蓄积量的增加, 患尘肺病的可能性也就越大。因而, 研究结果不能否定呋喃树脂粉尘致肺组织纤维化损伤的作用, 尚需延长观察期限来进一步探讨树脂粉尘与尘肺发病的关系。
3. 3低浓度长期暴露以及多种化学物质的联合作用对健康的影响观察期间虽然未发现慢性职业中毒患者, 但研究结果提示, 职业暴露对呼吸系统、神经系统等早期轻微损害不容忽视[2-7]。呋喃树脂是用糠醇与尿素、甲醛或苯酚等缩合而成的, 工艺过程所产生的糠醇、糠醛、甲醛、酚、苯酚、甲醇、氨等化合物, 大多属刺激性气体, 这些有害因素具有联合毒作用。糠醛、糠醇、氨、甲醛等, 在低浓度接触时仍可对神经系统、呼吸系统引起呼吸道刺激症状及皮肤损害。甲醇在低浓度慢性中毒表现以神经衰弱和植物神经功能失调为主, 也有黏膜刺激症状和视力减退等。上述化学物质浓度检测结果虽然低于国家职业接触限值, 但长期暴露在低浓度环境中, 劳动者常常出现眼刺痛、流泪、咽痛、胸闷、咳嗽等眼及上呼吸道刺激症状, 同时出现头痛、头晕、失眠、记忆力下降等神经衰弱症状, 鼻黏膜炎、结膜炎以及接触性皮炎等患病率增加, 与对照组比较, 有显著差异, 这些阳性结果与刺激性化学物质的毒作用效应基本吻合。
3. 4树脂砂暴露对肺功能的影响长期接触呋喃树脂粉尘以及刺激性化学物可造成肺功能损伤[5-7]。本研究结果表明, 暴露组FVC、FEV1、FEV1% 、PEFR等较敏感的客观效应指标测定结果均明显低于对照组 ( P < 0. 01) ; 影响肺通气功能的早期病变是小气道的改变, 损害类型以轻度阻塞性和混合性通气功能障碍为主, 损伤率明显高于对照组, ( P < 0. 01) ; 反映小气道比较敏感的指标V50、V25比对照组明显降低, 这说明伴有较明显的小气道损伤, 可能与暴露人群长期接触刺激性气体和铸造粉尘有关, 也有人认为糠醇与粉尘对肺通气功能影响方面有协同作用[6]。肺通气功能测定可作为树脂铸造粉尘暴露者气道损伤的早期指标, 是早期发现暴露人群呼吸系统损伤的重要手段。
3. 5危害控制呋喃树脂砂铸造工艺主要职业病危害是生产性粉尘和化学有害物质, 防尘防毒应尽量考虑机械化和自动化, 结合生产工艺采取密闭和通风措施。熔炼工序的冲天炉、中频感应电炉所产生的烟 ( 粉) 尘、SO2和CO等, 可采用脱硫除尘湿法除尘器、 脉冲布袋除尘器净化; 浇铸过程中塑料膜受热分解产物可采用管道真空泵抽吸, 经布袋除尘器处理; 造型工序的落砂机、移动混砂机、造型机、皮带运输机等, 可采用脉冲布袋除尘器; 铸件处理车间的打磨清理、抛丸机、抛丸滚筒、振动落砂机、砂轮等可采用旋风除尘器密闭除尘; 砂处理工序通过密封式集尘罩、抽风管、布袋除尘器处理。通过有效的通风除尘和排毒设施, 降低工作场所中粉尘和有害物质浓度。
摘要：目的 探讨长沙市2家铸造企业呋喃树脂砂职业危害特征、接触水平及其对暴露人群健康的影响。方法 采用队列研究方法, 分析观察期内现场流行病学调查资料、危害检测资料和健康效应资料, 比较暴露与非暴露2组之间观察指标变化的差异。结果 工作场所中沉降尘游离SiO2含量均值为22.67%, 总粉尘浓度均值为21.34 mg/m3, 样本超标率为69.73%;空气中主要化学物质浓度符合国家职业接触限值。健康检查结果显示, 神经衰弱症状、呼吸道刺激症状、接触性皮炎、胸片X线片显示两肺不规则阴影增多等, 暴露组均高于对照组, 差异有统计学意义 (P<0.01) ;肺通气功能损伤暴露组明显高于对照组, 差异有统计学意义 (P<0.01) 。结论 连续系统观察25年未发现尘肺病和职业中毒。树脂砂粉尘能否引起尘肺病以及长期接触低浓度剂量、多种化学物质的联合作用对人体健康效应有待进一步研究。
关键词：树脂砂,职业接触,健康损害,队列研究
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