再生砂的新工藝開發及推廣應用

中國重汽（香港）有限公司濟南鑄鍛中心（山東濟南 250200）郭文申 王樹寶 郭 毅 趙懷明

一、舊砂來源

我廠目前有4條潮模砂靜壓造型線，舊砂主要來自三個方面：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脂的芯砂混入型砂中，為了改善由于芯砂混入給型砂帶來的危害，必須補充適量的新砂而淘汰部分舊砂；二是含有大量芯砂的振動落砂產生的舊砂及制芯中產生的廢芯和廢芯砂；三是在舊砂運轉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垃圾被倒掉了，不但污染了環境，浪費了資源，而且每天也要消耗150t新砂，增加了生產成本。

二、舊砂的再生

為了響應國家提倡的“創建綠色環保型、資源節約型企業”的口號，我們決定對舊砂進行再生使用，推動鑄造行業的可持續發展。為了能使不同成分的舊砂全部再生并保證再生砂的質量，經過充分調研后，我們決定與重慶長江造型材料集團合作，采用高溫焙燒+機械摩擦的聯合舊砂再生工藝進行舊砂再生，由長江公司在我們廠區內建設舊砂再生基地，并負責舊砂的再生。這樣減少了砂的物流運輸，降低了生產成本，也有利于我們監控再生砂的質量。將舊砂再生后，通過顯微鏡觀察了目前我廠所用各種原砂的狀態（見附圖），性能指標見表1。

從檢驗數據我們發現，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分布，而且其他指標也優于擦洗砂。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

表1 我廠現有的各種砂指標

三、再生砂的應用

1.再生砂在冷芯盒制芯中的應用

（1）再生砂生產冷芯試驗室數據對比 雖然我們已經了解了再生砂的性能指標，但我們還是決定首先進行試驗，得出適用于實際生產的混砂工藝，于是我們使用擦洗砂2和現用的甲、乙、丙三種樹脂進行了系列試驗，對比再生砂與擦洗砂的使用性能。具體方案及檢測結果見表2。

表2 樹脂性能試驗室檢測情況

觀察表2中的試驗結果我們發現：

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

第二，當使用同一種樹脂且樹脂加入量相同時，再生砂的加入比例越高，砂芯的發氣量越低，對降低由于氣體產生的鑄件缺陷有一定的幫助。

第三，當使用同一種樹脂且樹脂加入量相同時，使用質量比為：再生砂/擦洗砂=7/3和100%擦洗砂的兩種配方獲得砂芯強度接近。

（2）再生砂在冷芯盒制芯生產中的批量應用 由于廢砂的供應量有限，再生砂的生產量無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。根據試驗結果并結合生產實際我們調整了工藝，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，又在不增加樹脂加入量的前提下保證了砂芯的強度。

我廠冷芯盒制芯用砂是由砂庫儲砂斗經圓盤給料器卸到輸送帶上，再經斗提機提升卸到混砂機砂斗內，因為混砂機上方無法增加加料口來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的兩個砂斗中，將圓盤給料器的卸料口閘板高度調成一致，給料時兩個圓盤同時運行卸到輸送帶上進入斗提機混合，再經斗提機提升卸到混砂機儲砂斗內時二次混合，進入混砂機后再一次混合，混砂機混砂時設定15s干混時間，使兩種砂子充分混合均勻。

目前我廠的產品中，缸體鑄造生產工藝復雜，砂芯多，我們認為若是生產缸體砂芯沒有問題，則其他產品產生問題的幾率就會很低，因此我們選取某型六缸缸體主體芯作為試驗件。該六缸缸體主體芯是由FA制芯中心生產，8顆砂芯為一組。試驗計劃為首次5件；第二次20件；第三次50件；第四次200件。每次試驗結束需經技術部、質量部和生產車間評審通過后，才可以進行下次試驗。

經過數次試驗，我們反復對比觀察了砂芯強度、砂芯質量、鑄件質量后沒有發現明顯變化，認為完全可以用于冷芯盒制芯，現在已經批量應用于車間生產的各種產品的冷芯。

2.再生砂在型砂中的應用

（1）試驗方案 根據預想應用車間的情況，我們設計了試驗方案（見表3）。

表3 試驗方案

上述每種方案各混制三碾，每碾制作標準試樣三組，分別測試其濕壓強度、緊實率、透氣性和熱濕拉強度用于型砂性能分析。試驗結果見表4。

對比分析表4中的試驗數據我們發現：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，其濕壓強度、熱濕拉強度都略高于使用現用原砂的試樣。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度略低于使用原砂的試樣，而熱濕拉強度則略高。③將4種方案試樣的濕壓強度和熱濕拉強度做成曲線圖，可以發現方案一、二和方案三、四4條曲線，在最大值、最小值以及波動趨勢基本相同（由于篇幅原因未在文中給出）；同時本試驗中再生砂的加入量為5%，而車間生產則為2%～3%，因此再生砂對型砂性能的影響更低，我們認為可以進行兩個生產車間的批量試驗。

表4 各種試驗砂的檢測數據

（續）

（2）再生砂在型砂中的批量應用 根據試驗結果，我們同時在兩條線上投入再生砂，加入比例為舊砂的2%～3%，經過長期使用檢測發現，型砂性能基本穩定，產品質量未出現明顯波動，舊砂的AFS從49～51增長到51～52，有逐步變細的趨勢，但到目前沒有發現使用再生砂帶來的負面影響。

四、結語

從我們生產的鑄件質量以及砂芯和鑄型質量來看，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，獲得與全擦洗砂強度相近且性能穩定的砂芯，隨著制芯工藝的不斷優化，我們逐漸將比例提高到2:1，雖然砂芯強度有所降低，但可以滿足生產的實際要求。再生砂在型砂中的應用不會影響型砂的性能。但是隨著再生砂長時間的大量應用，有可能使繼續再生的出砂率降低，需要我們長期跟蹤關注，及時調整再生砂的使用工藝。