舊砂再生簡介

我國是鑄件生產(chǎn)大國，其中砂型鑄造占80%～90%。每生產(chǎn)1 t合格鑄件會消耗1.3～1.5 t新砂，同時產(chǎn)生相同數(shù)量的廢砂，我國優(yōu)質(zhì)礦砂資源匱乏，新砂的過度開采已經(jīng)對自然資源造成了巨大的傷害。而且有的鑄造用砂甚至需要從國外進口，導致原砂價格較高，增加了鑄件的成本。舊砂如果不進行再生，不僅會浪費自然資源、增加鑄件成本，而且由于舊砂中的砂子、粘結(jié)劑等會發(fā)生反應(yīng)，給鑄造廠周邊環(huán)境造成很大的危害。目前，只有少數(shù)大型汽車制造廠對鑄造舊砂處理較徹底，得到的再生砂可以投入生產(chǎn)進行有限的循環(huán)使用，而其他中小型企業(yè)對舊砂設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用較少甚至沒有應(yīng)用，尤其是水玻璃舊砂的再生還有許多技術(shù)問題沒有解決。

不同的舊砂再生方法其工藝流程是相似的。首先將舊砂磁選、篩分、破碎至3 mm以下，然后放入再生裝置中，接著根據(jù)再生工藝的不同對再生砂進行除塵、烘干、冷卻等，最后對再生砂的各項性能進行檢測，質(zhì)量合格后投入生產(chǎn)循環(huán)使用。通常根據(jù)工作原理的不同，將舊砂再生方法分為干法再生、濕法再生、熱法再生等 。

舊砂再生干法再生

根據(jù)設(shè)備工作原理的不同，通常將干法再生工藝分為離心式、氣流式、逆流式和振動式等。各個舊砂再生方法的相同之處是利用砂粒之間、砂粒與設(shè)備之間相互碰撞、摩擦，從而完成再生，不同之處是砂粒的加速方式不同。

干法再生工藝通常用于脆性粘結(jié)劑膜的再生，再生設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，投資少，沒有“二次污染”等問題。但是舊砂的脫膜率越高，所需的沖擊力和摩擦力就越嚴重。

舊砂再生濕法再生

濕法再生是利用粘結(jié)劑的水溶性，在機械的攪拌和水的擦洗作用下，殘留在舊砂顆粒表面的粘結(jié)劑溶解、脫落，適用于水溶性粘結(jié)劑舊砂的再生。

舊砂再生熱法再生

熱法再生是通過焙燒爐將舊砂加熱到一定溫度，以脆化、分解或燒掉舊砂顆粒表面殘留的粘結(jié)劑，熱法再生適用于可燃的有機粘結(jié)劑。根據(jù)再生過程中加熱溫度的不同，可以分為低溫熱法再生（320～450℃）和高溫熱法再生（700～900 ℃）。低溫熱法再生通常和干法再生組合使用，低溫加熱的目的是使粘結(jié)劑膜由韌性變?yōu)榇嘈?，然后對舊砂進行干法再生將脆性膜去除。

高溫熱法再生是將舊砂加熱到粘結(jié)劑膜的燃點，使其完全燃燒。熱法再生工藝對砂子具有改性作用，使再生砂具有比新砂更加優(yōu)良的性能。但是熱法再生會產(chǎn)生廢氣，而且能源消耗大，增加了鑄件的成本。

不同的再生工藝有著其獨特的利弊和適用條件，其主要目的是去除砂粒表面附著的粘結(jié)劑，因此要針對不同粘結(jié)劑的特點選擇合適的再生方法。目前企業(yè)常用的粘結(jié)劑有粘土、樹脂、水玻璃等 。

舊砂再生粘土舊砂的再生

濕型砂鑄造是我國常用的鑄件生產(chǎn)方法，采用濕型砂工藝生產(chǎn)的鑄件占鑄件總量的60%。粘土粘結(jié)劑可溶于水，其在舊砂顆粒表面形成塑性膜。文獻 中提到了一種舊砂再生工藝，首先對舊砂進行700 ℃高溫焙燒10 min，然后進行4次機械再生，最后風選除塵、微粉分離。同原砂相比，得到的再生砂粒形更趨圓整，粒度、含泥量基本不發(fā)生變化，耗酸值增加，將其制成冷芯盒砂抗拉強度增強，如表1、表2所示。

此種舊砂再生工藝同樣適用于含不同種類芯砂的粘土砂，得到的再生砂同原砂相比除耗酸值較高外，其余性能指標均更加優(yōu)異，粒度分布不發(fā)生變化，角形系數(shù)、含泥量降低，粒形更趨圓整，如表3所示。再生砂可以代替新砂用于有機粘結(jié)劑制芯，如水玻璃砂、熱芯盒砂、冷芯盒砂、覆膜砂、酸硬化的樹脂砂等，含自硬樹脂砂的粘土再生砂，由于其耗酸值較高在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用受到了限制，若將pH調(diào)節(jié)至7～8，應(yīng)用將更加廣泛。

舊砂再生呋喃樹脂舊砂的再生

呋喃樹脂包覆在砂粒表面形成一層脆性膜，通常通過干法再生可將其去除。砂擦磨器通過砂粒之間、砂粒與擦磨器葉片以及內(nèi)襯板之間的碰撞、搓擦從而完成再生。舊砂表面完整地覆蓋著黑色的粘結(jié)劑，再生180 s后，如圖1所示，部分砂子露出原色，大部分砂子表面仍殘留粘結(jié)劑，測得再生砂灼減量小于1.0%，可以投入循環(huán)使用。

舊砂再生堿酚醛樹脂舊砂的再生

堿酚醛樹脂是由甲醛和苯酚縮合而成的有機粘結(jié)劑，可燃，溶于水，在砂粒表面形成韌性膜。將舊砂的適宜加熱溫度及保溫時間：600 ℃加熱5 min，500 ℃加熱10 min或15 min。如表4所示，同新砂相比再生砂粒形更趨圓整，粒度分布更加集中，發(fā)氣性明顯降低。

向新砂中加入不同比例的再生砂，制成覆膜砂，測得隨著再生砂加入量的增加，型砂的抗拉強度增加，發(fā)氣性降低，如表5所示，再生砂能夠應(yīng)用于生產(chǎn)中，得到的鑄件性能更加優(yōu)異。

由于殘留在砂粒表面的粘結(jié)劑膜具有韌性，所以使用傳統(tǒng)的干法再生無法獲得質(zhì)量合格的再生砂。輪碾式摩擦再生機核心技術(shù)是采用了加壓滾輪強力碾搓，砂輪與砂筒以相反的速度高速轉(zhuǎn)動，舊砂形成速度方向相反的兩股砂流，砂粒之間，砂粒與砂筒、砂輪之間產(chǎn)生強烈的搓磨、擠壓，足以去除砂粒表面韌性很高的粘結(jié)劑膜層，獲得的再生砂灼減量小于1.0%。如圖2所示，再生砂表面的黑色粘結(jié)劑已基本被去除，露出原色，能夠完全替代新砂長期循環(huán)使用。此種再生方法與濕法再生相比不會產(chǎn)生“二次污染”，與熱法再生相比，能源消耗小，但是再生過程中會使砂粒變細。

通常企業(yè)在造型過程中使用不同的砂子分別作為背砂和面砂，有的公司舊砂中含有寶珠砂、鉻鐵礦砂、硅砂三種砂子。首先運用濕法與擦洗組合式再生工藝對舊砂進行再生，然后將得到的再生砂進行篩分。再生砂顆粒完全露出表面，粘結(jié)劑去除得較徹底，可以投入生產(chǎn)循環(huán)使用。

舊砂再生水玻璃舊砂的再生

當粘結(jié)劑為水玻璃時，在混砂、造型、澆注和落砂過程中不會產(chǎn)生刺激性氣味和有毒氣體，生產(chǎn)環(huán)境對一線工人的身體沒有危害，生產(chǎn)出的鑄件性能好，因此被公認為是最有可能實現(xiàn)綠色鑄造的型砂粘結(jié)劑。但是水玻璃舊砂的再生困難已經(jīng)得到了國內(nèi)外鑄造工作者的一致認同。

“干法回用、濕法再生”的方案已經(jīng)被大多數(shù)學者所接受：“干法回用”是指對舊砂破碎、去磁、篩分后，通過機械手段使砂粒之間、砂粒與設(shè)備之間進行低強度的碰撞、摩擦，除塵、冷卻等處理后，再生砂可作背砂使用；“濕法再生”利用了水玻璃易溶于水的特性，在水的沖洗、機械的攪拌作用下，粘附在砂粒表面的粘結(jié)劑膜會脫落，得到的再生砂物理、化學性能接近新砂，可以完全替代新砂作單一砂或面砂使用。

相比其他再生方法，濕法再生效果最理想，但是產(chǎn)生的污水中含有較多的NaOH、硅酸膠體和粘土膠體，具有強堿性，能長時間穩(wěn)定地以懸浮狀態(tài)存在于水中，難以處理。

具體再生方法如下：

（1） 將破碎后的水玻璃舊砂粒加水調(diào)濕至含水量為重量比的10%；

（2） 利用液態(tài)氮對含水的水玻璃舊砂進行冰凍，冰凍溫度為-40℃；

（3） 采用離心再生工藝，再生轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為1 000 r/min，再生時間為8 min。砂粒之間、砂粒與再生轉(zhuǎn)盤之間相互摩擦，而且在離心力的作用下砂粒被拋出，與筒壁碰撞，其表面的殘留粘結(jié)劑膜會破裂、脫落。

（4） 對水玻璃再生砂實施抽風除塵，排除脫落的粉末。再生砂表面有裂紋、白點和針狀物質(zhì)，對其進行成分分析得知表面殘留氧化鈉和有機酯，對再生砂性能進行檢測并同新砂進行對比，發(fā)現(xiàn)其常溫強度、可使用時間減小，高溫殘留強度增加，如表6所示。

舊砂再生混合型舊砂的再生

通常大多數(shù)鑄造廠舊砂顆粒表面包裹的不只是一種粘結(jié)劑，常見的混合型舊砂有：粘土-樹脂混合舊砂、粘土-水玻璃混合舊砂、水玻璃-樹脂混合舊砂。

首先將混合舊砂分類，得到粘土（水玻璃） 舊砂和樹脂舊砂，然后對二者分別進行再生：樹脂舊砂在800℃高溫焙燒30 min；對粘土（水玻璃） 舊砂采用砂水質(zhì)量比為1∶1.5的濕法再生工藝，并且在攪拌、擦洗過程中加入酸將再生砂pH值調(diào)節(jié)至7.0～8.0。最后將熱法、濕法再生砂以1∶2.5的質(zhì)量比混合到一起。如表7所示，再生砂各項性能均達到鑄造生產(chǎn)使用標準。將再生砂制成樹脂型砂，測量其抗拉強度滿足要求，如表8所示，再生砂可以替代新砂作單一砂或面砂使用。

由于粘土、樹脂均屬于水溶性粘結(jié)劑，所以可以用濕法再生工藝對混合舊砂進行再生。對混合型舊砂采用多缸串聯(lián)連續(xù)柔性擦洗，擦洗停留時間達45～50 min，與新砂相比，再生砂灼減量、抗拉強度等性能更加優(yōu)異，如表9所示，其生產(chǎn)的鑄件內(nèi)腔無脈紋、燒結(jié)及粘砂，易清理，質(zhì)量完全能滿足技術(shù)要求，可以投入生產(chǎn)循環(huán)使用。2100433B

第一篇 鑄造舊砂再生

第一章 國內(nèi)外舊砂再生發(fā)展狀況與趨勢

1．1 鑄造舊砂再生的階值與意義

1．2 國外舊砂再生發(fā)展的回顧

1．3 舊砂再生發(fā)展階段的探討

1．4 我國舊砂再生發(fā)展的情況

……

對鑄造舊砂的再生利用問題，世界上工業(yè)發(fā)達的國家十分重視。我國于20世紀50年代中期開始了對鑄造舊砂再生的研究。作者從事鑄造舊砂再生研究工作30余年，在理論和實踐上都有不少建樹。本書理論與實際緊密聯(lián)系，內(nèi)容豐富，具有重要的使用和參考價值，對落實國家的可發(fā)展總體戰(zhàn)略具有現(xiàn)實和長遠的意義。

內(nèi)容介紹

對鑄造舊砂的再生利用問題，世界上工業(yè)發(fā)達的國家十分重視。我國于20世紀50年代中期開始了對鑄造舊砂再生的研究。作者從事鑄造舊砂再生研究工作30余年，在理論和實踐上都有不少建樹。本書理論與實際緊密聯(lián)系，內(nèi)容豐富，具有重要的使用和參考價值，對落實國家的可發(fā)展總體戰(zhàn)略具有現(xiàn)實和長遠的意義。