論鑄造舊砂再生問題

謝圣賀

（大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備公司中央機(jī)廠 下料車間，山西 大同 037007）

0 引言

舊砂再生就是一種對(duì)舊砂進(jìn)行物理、化學(xué)或熱處理等方式方法除去砂粒表面的黏結(jié)劑等殘留物和惰性薄膜以及有害微粒、粉塵，是使舊砂工藝性能得到恢復(fù)的工藝。在降低鑄造成本、保證鑄件質(zhì)量的前提下，兼顧對(duì)環(huán)境的保護(hù)。

1 舊砂再用的意義

鑄件的用途極其廣泛。目前已運(yùn)用到汽車、建筑、五金及整個(gè)機(jī)械電子行業(yè)等行業(yè)當(dāng)中，而且其用途正在逐年增加。而我國(guó)是鑄件生產(chǎn)大國(guó)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的鑄件總產(chǎn)量已連續(xù)9年蟬聯(lián)世界第一位。目前我國(guó)各類鑄件的年產(chǎn)量大約5000萬t左右，且多數(shù)是比較落后的砂型鑄造。因舊砂再生技術(shù)水平比較落后，大部分鑄造舊砂不是被經(jīng)過簡(jiǎn)單處理就投入使用或者就是直接作為廢砂排放。如果只是對(duì)鑄造舊砂進(jìn)行簡(jiǎn)單處理就投入使用會(huì)對(duì)鑄件質(zhì)量造成極大影響，造成更大浪費(fèi)；如果直接作為廢砂排放將對(duì)環(huán)境造成極大的破壞。我國(guó)目前主要的砂型鑄造工藝有：黏土砂、水玻璃砂、樹脂砂等。本文將從樹脂砂的再生方面對(duì)鑄造舊砂的回用進(jìn)行討論。

2 樹脂砂的再生回收再利用

樹脂砂的種類很多，其中有熱硬樹脂砂、冷硬樹脂砂、酚醛自硬樹脂砂、呋喃自硬樹脂砂等，可用于生產(chǎn)高質(zhì)量的鑄鐵件、鑄鋼件、鑄鋁件等各類零件。本文將主要從呋喃自硬樹脂的再生方面進(jìn)行分析。

2.1 呋喃樹脂自硬砂舊砂的再生工藝流程

流程為：落砂→磁選→破碎→篩分→再生→風(fēng)選→砂庫備用→混砂。

首先制作好鑄型（芯），然后澆注，再冷卻，待到符合開箱落砂工藝規(guī)程條件時(shí)，就可以開箱。接下來用振動(dòng)落砂機(jī)進(jìn)行落砂，讓砂和鑄件分離。使用磁選機(jī)清除落砂后混入舊砂中的鐵刺、鐵塊、砂豆等金屬雜物，舊砂經(jīng)過落砂、磁選2個(gè)環(huán)節(jié)以后，即進(jìn)入振動(dòng)再生機(jī)。

振動(dòng)再生機(jī)的作用是通過互相摩擦，使砂塊變成砂粒和一小部分微小砂塊。大砂塊破碎后，在舊砂中會(huì)存在一部分小砂塊，可以通過篩選去除。經(jīng)過上述工藝后的舊砂，基本上以會(huì)砂粒形式存在，這時(shí)候就可以投入轉(zhuǎn)子再生機(jī)。舊砂進(jìn)入轉(zhuǎn)子再生機(jī)后，由于快速旋轉(zhuǎn)的葉片，形成巨大的離心力，使砂流被高速甩向耐磨筒壁，舊砂在再生機(jī)里會(huì)互相摩擦和撞擊，從而去除附在砂粒表面的殘存黏結(jié)劑膜。經(jīng)過再生機(jī)再生處理的舊砂，含有大量的微粒和粉塵，這些物質(zhì)的存在，會(huì)嚴(yán)重影響樹脂的使用性能，必須經(jīng)風(fēng)選機(jī)進(jìn)行風(fēng)選去除。通過上述工藝后再生砂就可以運(yùn)到存儲(chǔ)庫備用。

2.2 再生砂的質(zhì)量要求

再生砂的質(zhì)量非常關(guān)鍵，因?yàn)橹苯佑绊懙借T件的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本，所以必須嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)。對(duì)再生砂質(zhì)量主要控制以下指標(biāo)。

1）酌減量：酌減量是指舊砂經(jīng)過再生后，砂中殘存的可燃性物質(zhì)總量的百分?jǐn)?shù)。澆注落砂后的舊砂，砂粒表面覆蓋著一層黏結(jié)劑膜，除靠近鑄件表面的由于高溫?zé)猓蟛糠忠蜻h(yuǎn)離鑄件仍保持完整，這些仍保持完整黏結(jié)劑膜的舊砂，必須通過再生處理，才能達(dá)到工藝要求。否則會(huì)使型砂發(fā)氣量增加，從而引起鑄件生氣孔等缺陷。

2）微粉含量：微粉是指直徑為0.106mm以下的顆粒，其表面積較大，再生時(shí)脫膜率低。如果微粉含量過高，不但降低樹脂砂的強(qiáng)度、表面穩(wěn)定性，而且會(huì)增加樹脂加入量，從而會(huì)使酌減量大大增加，引起鑄件產(chǎn)生氣孔等缺陷。微粉含量的控制，一般以通過140目篩子來進(jìn)行控制。根據(jù)我們從實(shí)際生產(chǎn)中得出的經(jīng)驗(yàn)，用以通過100目篩子比140目篩子的控制，更趨合理，且再生樹脂砂質(zhì)量更易保證和穩(wěn)定。

3）粒度分布：舊砂在再生過程中，由于砂粒間及耐磨筒壁之間的沖撞，使砂子顆粒不同程度破碎，砂子的總體粒度分布會(huì)朝細(xì)化方向發(fā)展，這時(shí)應(yīng)采用補(bǔ)充新砂來解決這個(gè)問題。新砂通常是按占舊砂5%～10%的比例來混入。

4）砂溫：樹脂砂對(duì)砂溫的要求非常嚴(yán)格，據(jù)有關(guān)資料介紹，在相同樹脂及固化劑加入量的情況下，砂溫每增加10℃，硬化速度大約增加一倍。所以對(duì)再生砂溫必須嚴(yán)格控制。

2.3 實(shí)驗(yàn)方案

1）灼燒減量。樹脂再生砂的灼減量是衡量樹脂砂性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，樹脂舊砂再生的主要目的是獲得一個(gè)穩(wěn)定的灼燒減量，即LOL值。

2）灼燒減量檢測(cè)裝備：高溫箱式電阻爐、瓷坩堝、分析天平（精度為0.0001g)。

3）灼燒量的測(cè)定。

a.試樣制備。采用“四分法”，選取試樣10g左右，同時(shí)在105～110℃下烘干至恒重。

b.灼燒減量的測(cè)定：稱取（2±0.0001）g試樣，置于已恒重的坩堝中；將試樣與坩堝放入干鍋爐中，從低溫逐漸升溫至950～1000℃，保溫1h；取出坩堝稍冷，立即放入干燥器中，冷卻至室溫，稱重；重復(fù)灼燒（每次15min)，直至恒重。

c.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：灼燒量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)X2計(jì)，數(shù)值以%表示，計(jì)算公式為

式中：G3為灼燒前試樣和坩堝的總重，g；G4為灼燒后試樣和坩堝的總重，g；G5為灼燒前試樣的質(zhì)量，g。

表1 灼燒減量分析結(jié)果

d.允許差。實(shí)驗(yàn)中灼燒減量分析結(jié)果的差值應(yīng)符合表1的規(guī)定。

3 結(jié)語

目前我國(guó)在舊砂再生工藝及再生設(shè)備方面的技術(shù)都比較落后，比較先進(jìn)的設(shè)備多依賴進(jìn)口，但很多國(guó)內(nèi)的設(shè)備商在再生砂設(shè)備方面也有了比較大的進(jìn)步，例如保定的維爾鑄機(jī)，已經(jīng)開始替代進(jìn)口設(shè)備。鑄造舊砂再生對(duì)提高鑄造行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面都具有非常重要的意義。