再生砂在鑄造制芯中的應用

王樹奎，宋永亮，耿國芳，丁富才

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261001）

再生砂在鑄造制芯中的應用

王樹奎，宋永亮，耿國芳，丁富才

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261001）

通過對再生砂用于鑄造冷芯盒制芯中的工藝進行探索，使其成為濰柴安丘廠區冷芯盒制芯的主要原材料，優化了再生砂與擦洗砂的配比工藝，同時對加砂庫進行改造，實現再生砂、擦洗砂比例可調。

再生砂；冷芯盒制芯；制芯工藝

1 再生砂概述

1.1 國內舊砂再生介紹

鑄造工業是資源和能源消耗大的行業。業內人士已經深深意識到中國雖然已是個世界鑄造“超級大國”。但是資源利用問題已經引起業內人士的嚴重關注和不安。眾所周知，在我國每產1 t鑄件，造型和清理排廢砂約1.3～1.5 t[1]。因此舊砂再生循環處理越來越受到重視。現國內舊砂再生的方法主要有濕法再生、熱法再生及濕法干法聯合再生。濕法再生的原理：稀酸或堿水中，并輔以強力攪拌，然后經過濾、淋洗、烘干、冷卻即成，或連續水洗離心脫水蒸汽烘干污水綜合處理聯合裝置。熱法再生的原理：磁選后舊砂定量送入預燒爐中，經預熱的舊砂送入帶沸騰床的臥式爐，焙燒溫度700 ℃左右，表面樹脂膜高溫燒盡，再進入保溫裝置2小時后經搓擦再生、冷卻40 ℃以下儲存。濕法干法聯合再生的原理：舊砂采用水洗搓擦、攪拌，去除砂粒表面的水玻璃膜，然后砂水分離后，再采用熱法再生[2]。

1.2 安丘廠區使用的再生砂介紹

現在安丘廠區使用的再生砂，是安丘廠區與濰坊諾源鑄造材料有限公司共同開發生產的。諾源公司使用的原料全部來自我廠的舊砂，包括淘汰的型砂、各種廢芯等。諾源公司承擔鑄造舊砂的再生處理工作，采用的是濕法干法聯合再生。其舊砂再生處理工藝流程如圖1。

圖1 濕法干法聯合再生工藝流程

其中，水擦洗工序采用濕法原理，可有效去除濕型舊砂中的粘土、煤粉及死灰。焙燒工序采用熱法原理，徹底燒掉混合舊砂中殘留樹脂膜。濕法干法聯合再生結合了濕法、熱法的優點，但成本相應得到提高。

1.3 再生砂的質量控制

再生砂主要用于冷芯盒制芯，因此對質量控制比較嚴格。再生砂技術條件如表1。

表1 再生砂檢測技術條件

安丘廠區對各項指標進行自檢，但灼燒減量指標受設備限制，不能檢測。安丘廠區使用新上的酸耗值檢測設備，重點對再生砂的酸耗值等指標進行了監控。酸耗值的實際檢測中，數值基本控制在3.8～5 ml之間，與擦洗砂相比，沒有明顯差異，且粒度、含泥量等指標還優于擦洗砂，滿足生產需要。

2 再生砂在安丘廠區的使用情況

安丘廠區冷芯盒制芯所使用的烘干擦洗砂及再生砂都是從砂庫先流入發送灌，然后利用管道發送到各制芯設備對應的混砂機中。為實現再生砂的加入，對砂庫進行改造，砂庫底部與發送罐之間增加輸送管道，每個發送罐可以實現從不同砂庫取砂，也便于調整從每個砂庫取砂的比例，實現再生砂、擦洗砂的加入比例可以調整，具體見圖2。再生砂投放方式改為袋裝投放，能直接投入加砂庫用于生產，減少了周轉環節。

鑄鍛公司安丘廠區現有兩條HWS生產線，主要負責斯太爾WP10系列氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋等鑄件毛坯的生產。目前再生砂主要用于冷芯盒制芯中，分兩種形式：①在中件HWS線冷芯盒制芯全部使用再生砂，主要生產WP10缸蓋的大皮芯及170缸蓋的上蓋芯、底盤芯等；②在大件HWS線再生砂與擦洗砂按配比混合使用，比例可以按照需要進行調整，現使用的比例大約為7∶3，即再生砂占到芯砂用量的70%。

圖2 砂庫

2.1 再生砂用量

通過統計，安丘廠區廢砂（包括砂處理廢砂、清理廢砂及廢芯）的排量大約是100 t/天，現在再生砂用量達到了70～80 t/天。諾源對舊砂再生的再生率在80%左右，因此，安丘廠區基本達到了舊砂排廢與舊砂再生利用的平衡。2015年全年再生砂使用量為7 366.42 t。

2.2 再生砂替代擦洗砂使用情況

再生砂替代擦洗砂主要用于中件HWS線冷芯盒制芯及大件HWS線WP10氣缸體主體芯、曲軸箱主體芯等冷芯盒制芯。在安丘廠區進行了不同比例再生砂（10%～100%）用于冷芯盒制芯的可行性試驗驗證。再生砂和擦洗砂以不同比例混合使用的試驗檢測數據見圖3。

圖3 再生砂和擦洗砂不同比例混合的試驗數據

通過試驗數據可以看出，不同再生砂加入比例都能滿足生產需要。從2011年開始，安丘廠區逐步開始用于實際生產中，現在諾源再生砂和新砂混合用于大件HWS線冷芯盒制芯，100%再生砂用于中件HWS線冷芯盒制芯。配合再生砂流動性比擦洗砂好的優點，優化吹胺時間、射砂壓力等射芯的工藝參數，使再生砂制芯時易出模，不用頻繁清理工裝，制芯廢芯率在1%左右，減輕了操作者勞動強度。

2.3 再生砂替代焙燒砂使用情況

大件HWS線的WP10氣缸體挺桿室芯制芯，原使用的是陶瓷砂與焙燒砂按比例混合使用，2012年開始，逐步驗證用再生砂代替焙燒砂進行驗證。

表2 實驗結果

從表2中可以看出，再生砂替代焙燒砂后，在相同條件下（樹脂加入量為1.8%，2.0%），滿足試樣瞬時抗拉強度要求和24 h抗拉強度要求，發氣量基本無變化。挺桿芯經沾灰、烘干后，在組芯過程中未發現嚴重變形，影響質量的氣缸體挺桿與水套間壁厚尺寸基本無明顯變化，滿足工藝要求。

2.4 再生砂使用成本

不考慮其它制芯因素，再生砂與擦洗砂成本對比見表3。

表3 擦洗砂與再生砂制芯成本

從表3中可以看出，不考慮樹脂加入量的變化，再生砂的使用成本較低，主要是節約了擦洗砂的烘干成本。按表中計算，使用再生砂節約成本49.3元/t砂。

3 質量狀況

使用再生砂制芯后，砂芯質量比較穩定，以WP10系列氣缸體主體芯為例，其2015年的合格率統計見圖4，基本達到了98%以上，且質量比較穩定。從2013年至今，鑄件質量也未出現批量問題。

圖4 WP10氣缸體主體芯砂芯合格率統計

4 結論

鑄造舊砂再生對減少鑄造舊砂排放、保護環境和自然資源具有重要的社會意義，且舊砂再生是以后鑄造發展的趨勢。安丘廠區對再生砂用于鑄造冷芯盒制芯中的工藝進行探索，使其成為安丘廠區冷芯盒制芯的主要原材料，優化了再生砂與擦洗砂的配比工藝，實現再生砂、擦洗砂比例可調，使安丘廠區的鑄造廢砂基本能全部回收利用，達到了清潔生產的目的。

[1] 朱以松，吳殿杰.鑄造舊砂資源化再生技術與創新. 鑄造設備與工藝. 2014,05:1-7.

[2] 龍威，樊自田. 鑄造舊砂再生回用技術現狀及進展. 中國鑄造裝備與技術. 2012,2:1-5.

Application of reclaimed sand in core-making of casting

WANG ShuKui，SONG YongLiang，GENG GuoFang，DING FuCai
（Weichai Power(Weifang) Casting Co., Ltd., Weifang 261061, Shandong, China）

Based on exploratory research of the application in the casting process of cold box core-making, reclaimed sand has became to the main raw material of cold box core-making in Auqiu Plant of Weichai. The amount of reclaimed sand and scouring sand can be adjusted though optimizing their proportioning process and remould the sand reservoir.

reclaimed sand; core-making by cold box; core-making process

TG221；

A；

1006-9658（2017）01-0039-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.01.012

2016-06-23

稿件編號:1606-1418

王樹奎（1982—），男，工程師，主要從事鑄造生產和造型材料的工藝研究.