再生砂的新工藝開(kāi)發(fā)及推廣應(yīng)用

中國(guó)重汽（香港）有限公司濟(jì)南鑄鍛中心（山東濟(jì)南 250200）郭文申 王樹(shù)寶 郭 毅 趙懷明

一、舊砂來(lái)源

我廠目前有4條潮模砂靜壓造型線，舊砂主要來(lái)自三個(gè)方面：一是在靜壓線上配套使用的砂芯，包括冷芯盒、熱芯盒和少量的水玻璃砂芯，砂芯的重量從10kg到280kg都有涵蓋。因此澆注后大量的含有樹(shù)脂的芯砂混入型砂中，為了改善由于芯砂混入給型砂帶來(lái)的危害，必須補(bǔ)充適量的新砂而淘汰部分舊砂；二是含有大量芯砂的振動(dòng)落砂產(chǎn)生的舊砂及制芯中產(chǎn)生的廢芯和廢芯砂；三是在舊砂運(yùn)轉(zhuǎn)處理輸送帶下方及清理車間回收的散落砂。

這些舊砂以前都作為工業(yè)垃圾被倒掉了，不但污染了環(huán)境，浪費(fèi)了資源，而且每天也要消耗150t新砂，增加了生產(chǎn)成本。

二、舊砂的再生

為了響應(yīng)國(guó)家提倡的“創(chuàng)建綠色環(huán)保型、資源節(jié)約型企業(yè)”的口號(hào)，我們決定對(duì)舊砂進(jìn)行再生使用，推動(dòng)鑄造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為了能使不同成分的舊砂全部再生并保證再生砂的質(zhì)量，經(jīng)過(guò)充分調(diào)研后，我們決定與重慶長(zhǎng)江造型材料集團(tuán)合作，采用高溫焙燒+機(jī)械摩擦的聯(lián)合舊砂再生工藝進(jìn)行舊砂再生，由長(zhǎng)江公司在我們廠區(qū)內(nèi)建設(shè)舊砂再生基地，并負(fù)責(zé)舊砂的再生。這樣減少了砂的物流運(yùn)輸，降低了生產(chǎn)成本，也有利于我們監(jiān)控再生砂的質(zhì)量。將舊砂再生后，通過(guò)顯微鏡觀察了目前我廠所用各種原砂的狀態(tài)（見(jiàn)附圖），性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

從檢驗(yàn)數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)，相比原砂及舊砂，再生砂的集中度有所降低，粒度分布更接近正態(tài)分布，而且其他指標(biāo)也優(yōu)于擦洗砂。因此我們決定用再生砂替代擦洗砂用于冷芯盒制芯和造型用新砂。

200倍電鏡下的原砂狀態(tài)

表1 我廠現(xiàn)有的各種砂指標(biāo)

三、再生砂的應(yīng)用

1.再生砂在冷芯盒制芯中的應(yīng)用

（1）再生砂生產(chǎn)冷芯試驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)比 雖然我們已經(jīng)了解了再生砂的性能指標(biāo)，但我們還是決定首先進(jìn)行試驗(yàn)，得出適用于實(shí)際生產(chǎn)的混砂工藝，于是我們使用擦洗砂2和現(xiàn)用的甲、乙、丙三種樹(shù)脂進(jìn)行了系列試驗(yàn)，對(duì)比再生砂與擦洗砂的使用性能。具體方案及檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 樹(shù)脂性能試驗(yàn)室檢測(cè)情況

觀察表2中的試驗(yàn)結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)：

第一，當(dāng)使用同一種樹(shù)脂且樹(shù)脂加入量相同時(shí)，再生砂的加入比例越高，砂芯強(qiáng)度越低，“8”字試塊重量越輕。經(jīng)過(guò)分析后我們認(rèn)為造成這種現(xiàn)象的主要原因是再生砂粒度偏細(xì)，由于是使用我廠淘汰的擦洗砂再生獲得，在再生過(guò)程中由于機(jī)械摩擦使砂粒形狀變得更加圓整且粒度變細(xì)，砂子的堆密度比擦洗砂小，當(dāng)我們按重量比加入相同重量的樹(shù)脂時(shí)，樹(shù)脂需要包裹的砂粒數(shù)量增多，砂芯強(qiáng)度降低。

第二，當(dāng)使用同一種樹(shù)脂且樹(shù)脂加入量相同時(shí)，再生砂的加入比例越高，砂芯的發(fā)氣量越低，對(duì)降低由于氣體產(chǎn)生的鑄件缺陷有一定的幫助。

第三，當(dāng)使用同一種樹(shù)脂且樹(shù)脂加入量相同時(shí)，使用質(zhì)量比為：再生砂/擦洗砂=7/3和100%擦洗砂的兩種配方獲得砂芯強(qiáng)度接近。

（2）再生砂在冷芯盒制芯生產(chǎn)中的批量應(yīng)用 由于廢砂的供應(yīng)量有限，再生砂的生產(chǎn)量無(wú)法滿足全廠冷芯盒制芯全部用砂量，只能部分芯子用再生砂，其余用擦洗砂。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際我們調(diào)整了工藝，使用再生砂與擦洗砂按1∶1比例的混合砂用于制芯，這樣既滿足了冷芯盒制芯的全部用砂量，又在不增加樹(shù)脂加入量的前提下保證了砂芯的強(qiáng)度。

我廠冷芯盒制芯用砂是由砂庫(kù)儲(chǔ)砂斗經(jīng)圓盤給料器卸到輸送帶上，再經(jīng)斗提機(jī)提升卸到混砂機(jī)砂斗內(nèi)，因?yàn)榛焐皺C(jī)上方無(wú)法增加加料口來(lái)分別加入擦洗砂和再生砂，所以我們將再生砂和擦洗砂分別卸入砂庫(kù)的兩個(gè)砂斗中，將圓盤給料器的卸料口閘板高度調(diào)成一致，給料時(shí)兩個(gè)圓盤同時(shí)運(yùn)行卸到輸送帶上進(jìn)入斗提機(jī)混合，再經(jīng)斗提機(jī)提升卸到混砂機(jī)儲(chǔ)砂斗內(nèi)時(shí)二次混合，進(jìn)入混砂機(jī)后再一次混合，混砂機(jī)混砂時(shí)設(shè)定15s干混時(shí)間，使兩種砂子充分混合均勻。

目前我廠的產(chǎn)品中，缸體鑄造生產(chǎn)工藝復(fù)雜，砂芯多，我們認(rèn)為若是生產(chǎn)缸體砂芯沒(méi)有問(wèn)題，則其他產(chǎn)品產(chǎn)生問(wèn)題的幾率就會(huì)很低，因此我們選取某型六缸缸體主體芯作為試驗(yàn)件。該六缸缸體主體芯是由FA制芯中心生產(chǎn)，8顆砂芯為一組。試驗(yàn)計(jì)劃為首次5件；第二次20件；第三次50件；第四次200件。每次試驗(yàn)結(jié)束需經(jīng)技術(shù)部、質(zhì)量部和生產(chǎn)車間評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后，才可以進(jìn)行下次試驗(yàn)。

經(jīng)過(guò)數(shù)次試驗(yàn)，我們反復(fù)對(duì)比觀察了砂芯強(qiáng)度、砂芯質(zhì)量、鑄件質(zhì)量后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯變化，認(rèn)為完全可以用于冷芯盒制芯，現(xiàn)在已經(jīng)批量應(yīng)用于車間生產(chǎn)的各種產(chǎn)品的冷芯。

2.再生砂在型砂中的應(yīng)用

（1）試驗(yàn)方案 根據(jù)預(yù)想應(yīng)用車間的情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了試驗(yàn)方案（見(jiàn)表3）。

表3 試驗(yàn)方案

上述每種方案各混制三碾，每碾制作標(biāo)準(zhǔn)試樣三組，分別測(cè)試其濕壓強(qiáng)度、緊實(shí)率、透氣性和熱濕拉強(qiáng)度用于型砂性能分析。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

對(duì)比分析表4中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)：①方案一、方案二在同樣的混制條件下使用再生砂混制的型砂，其濕壓強(qiáng)度、熱濕拉強(qiáng)度都略高于使用現(xiàn)用原砂的試樣。②方案三、方案四在同樣的混制條件下使用再生砂混制的型砂其濕壓強(qiáng)度略低于使用原砂的試樣，而熱濕拉強(qiáng)度則略高。③將4種方案試樣的濕壓強(qiáng)度和熱濕拉強(qiáng)度做成曲線圖，可以發(fā)現(xiàn)方案一、二和方案三、四4條曲線，在最大值、最小值以及波動(dòng)趨勢(shì)基本相同（由于篇幅原因未在文中給出）；同時(shí)本試驗(yàn)中再生砂的加入量為5%，而車間生產(chǎn)則為2%～3%，因此再生砂對(duì)型砂性能的影響更低，我們認(rèn)為可以進(jìn)行兩個(gè)生產(chǎn)車間的批量試驗(yàn)。

表4 各種試驗(yàn)砂的檢測(cè)數(shù)據(jù)

（續(xù)）

（2）再生砂在型砂中的批量應(yīng)用 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，我們同時(shí)在兩條線上投入再生砂，加入比例為舊砂的2%～3%，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，型砂性能基本穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量未出現(xiàn)明顯波動(dòng)，舊砂的AFS從49～51增長(zhǎng)到51～52，有逐步變細(xì)的趨勢(shì)，但到目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)使用再生砂帶來(lái)的負(fù)面影響。

四、結(jié)語(yǔ)

從我們生產(chǎn)的鑄件質(zhì)量以及砂芯和鑄型質(zhì)量來(lái)看，再生砂是可以批量使用的。使用再生砂和擦洗砂按1∶1比例混合，可以在冷芯盒制芯工藝不變的情況下，獲得與全擦洗砂強(qiáng)度相近且性能穩(wěn)定的砂芯，隨著制芯工藝的不斷優(yōu)化，我們逐漸將比例提高到2:1，雖然砂芯強(qiáng)度有所降低，但可以滿足生產(chǎn)的實(shí)際要求。再生砂在型砂中的應(yīng)用不會(huì)影響型砂的性能。但是隨著再生砂長(zhǎng)時(shí)間的大量應(yīng)用，有可能使繼續(xù)再生的出砂率降低，需要我們長(zhǎng)期跟蹤關(guān)注，及時(shí)調(diào)整再生砂的使用工藝。