舊砂再生工藝探索與應用

齊亞平，李克強，劉 婧，王 超，李兆健

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261001）

舊砂再生工藝探索與應用

齊亞平，李克強，劉 婧，王 超，李兆健

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261001）

通過對再生砂生產工藝實驗和歸納總結，同時分析不同的廢砂對再生砂質量的影響。對舊砂再生工藝進行探索、研究與應用，保證再生砂質量符合生產需求。通過生產驗證，再生砂生產成本較低，質量滿足要求。

粘土砂鑄造；舊砂再生；應用

我國鑄造企業中排放的固體廢棄物主要是廢舊砂，出產鑄件和廢砂的比例大約為1∶1[1]，每年約產生3 000多萬噸廢砂，而且我國廢舊砂的再生回用率極低，大部分被排放傾倒，既侵占土地又造成了環境污染、資源浪費。解決我國廢舊砂污染的治本之策是廢舊砂循環再生，最大限度的利用砂資源、大幅度減少和杜絕廢棄物排放，最大限度創造社會財富，最低限度消耗自然資源。

目前國內的有識之士已經意識到廢砂排放的社會后果，不少企業紛紛開始引進或研制再生砂技術和設備、積極投入到舊砂再生的實踐應用中。

在廣泛應用粘土砂造型的鑄造業，再生砂不僅可以用于替代濕砂造型補加新砂，也可以用于替代制芯用新砂。

國內舊砂再生技術中較為成熟的是樹脂砂再生工藝，一般采用冷法或熱法工藝，就可以去除掉舊砂表面的樹脂膜。而我國廢砂大部分是粘土舊砂，粘土舊砂再生要比樹脂砂再生困難的多，其再生難點關鍵在于去除掉粘土舊砂表面的惰性死粘土膜。

1 舊砂再生原理

目前舊砂再生技術包括干法再生、濕法再生等方式。干法再生又分為冷法再生和熱法再生（加熱焙燒）兩種；熱法再生是指廢砂、廢芯經過焙燒爐焙燒后再由機械研磨或氣力摩擦后分選而成。就國內所見，濕法再生有水擦洗加烘干分選和水擦洗加活化處理加烘干分選兩種方式。

不同的方式又有各自的特點。就濕法再生而言，占地多、耗水大，但再生砂產品性能較其它方法要優越、穩定性好；而熱法再生相對而言耗能較大、再生砂產品性能較濕法再生差一些。

1.1 冷法再生

冷法再生是通過砂粒及砂粒和設備間的相互沖擊和擦磨去除一些砂粒表面的死粘土膜、灰分等雜質，生產的再生砂質量較差。冷法再生方式包括機械振動、機械離心、機械研磨和氣力再生等。冷法再生工藝流程如圖1所示。

圖1 冷法再生工藝流程圖

1.2 熱法再生

熱法再生是將舊砂在焙燒爐中焙燒，使舊砂中的樹脂膜和煤粉等可燃材料在高溫下氣化和燃燒，在爐內完全去除。但是粘土中的蒙脫石在600～730 ℃失去結構水，燒成堅硬難溶于水的陶瓷狀硬塊，具有較高強度，在水中長時間浸泡也難以分散開。舊砂經反復使用后，砂粒上包覆著這種失去濕態粘結作用的粘土膜，這層死粘土層不能被水洗掉，只能擦磨掉。

粘土舊砂焙燒溫度高于700 ℃時，由于砂粒表面粘土燒結，冷法再生就非常困難。所以焙燒溫度要設定在既能使魚卵石粘土膜與硅砂的結合力松散開裂，又要避免溫度太高使粘土膜燒結成陶瓷塊。舊砂焙燒以后附著在硅砂表面的少量非活性粘土可通過后續的機械磨擦或研磨再生工藝清除[2]。

熱法再生按照焙燒溫度不同可以分成兩種，即高溫焙燒再生和低溫焙燒再生。它們的優劣勢比較見表1。

表1 熱法再生不同焙燒溫度對比[3]

從比較高溫焙燒再生和低溫焙燒再生的結果很容易得出如下結論：低溫焙燒熱法再生是鑄造廢砂再生的最好選擇，我廠使用670~690 ℃的焙燒溫度進行舊砂再生，生產的再生砂質量令人滿意。熱法再生工藝流程如圖2所示。

圖2 熱法再生工藝流程圖

1.3 濕法再生

濕法再生工藝最重要的工序為水擦洗，通過水擦洗去除濕型砂中的膨潤土、煤粉等雜質，水擦洗加活化處理的工藝能夠保證再生砂化學性能良好，有利于再生砂的循環應用。濕法再生砂可以替代部分新砂使用，只是相比新砂，其粒度偏細，加入型砂會導致型砂粒度變細。

濕法再生工藝流程如圖3所示。

圖3 濕法再生砂工藝流程圖

2 舊砂再生技術在本公司的應用

本公司處于北方，水資源較為匱乏，所以選用干法舊砂再生工藝，目前本公司有兩條再生砂生產線，分別為冷法再生生產線、熱法冷法再生生產線，兩條再生線舊砂來源不同。

2.1 冷法再生線

冷法再生線使用的舊砂是經過澆注和時效處理的芯砂，沒有樹脂、煤粉、膨潤土等成分，需要去除的部分為粘附在砂粒表面的粉塵等雜質，所以只需要進行研磨即可。

冷法再生線的生產工藝流程、設備和產品如圖4~6所示。

圖4 冷法再生線生產工藝流程

圖5 冷法再生線設備照片

圖6 冷法再生砂芯和冷法再生砂顯微照片

2.2 冷法再生砂生產使用情況

冷法再生砂使用的廢砂主要為退火砂，其中含有鉻礦砂，生產的再生砂顏色偏黑，使用再生砂制芯時按照再生砂與新砂比例1∶1制芯，用此配方制芯時廢芯率為0.5%，鑄件廢品率與使用100%新砂生產的鑄件廢品率基本一致，廢品缺陷種類以及比例一致,未曾發現由于使用再生砂制芯造成的缺陷。

2.3 熱法再生線

熱法再生線使用的舊砂來自造型線排出的舊砂，舊砂中含有大量的樹脂、砂芯、煤粉、膨潤土等，難以去除，需要將舊砂中的砂芯和砂團破碎后，對舊砂進行焙燒以便去除其中的煤粉、樹脂等燒掉，但是膨潤土在焙燒后會附著在砂粒表面形成硬殼，所以需要對焙燒后的砂粒進行研磨。

熱法再生線的生產工藝流程、設備和產品如圖7~9所示。

圖7 熱法再生線生產工藝流程

圖8 熱法再生線設備照片

圖9 熱法再生砂芯和熱法再生砂顯微照片

2.4 熱法再生砂生產使用情況

熱法再生砂使用的廢砂主要為造型線排廢，由于經過焙燒，生產的再生砂顏色偏紅，使用再生砂制芯時按照再生砂與新砂比例1∶1~7∶3不等，制芯時廢芯率為2.0%和1.8%，鑄件廢品率與使用100%新砂生產的鑄件廢品率基本一致，廢品缺陷種類以及比例一致。澆注得到的鑄件的廢品率相當，未曾發現由于使用再生砂制芯造成的缺陷。

3 再生砂和新砂質量對比

3.1 芯砂性能對比

表2 再生砂與新砂粒度對比

由表2可以看出熱法再生砂相對冷法再生砂粒度偏細，判斷原因為冷法舊砂的粒度小于熱法舊砂，而且熱法再生線再生砂收得率相對較低，回收的舊砂粒度相對較大，兩條再生線生產的再生砂粒度相對新砂都偏細，應用中需要注意。

表3 再生砂與新砂性能對比

由表3可知再生砂酸耗值、灼減量優于新砂，熱法再生砂含泥量最少，冷法再生砂與新砂含泥量相差不大，總體性能再生砂優于新砂。

3.2 芯砂制芯性能對比

表4 再生砂與新砂冷芯砂性能

表4的結果表明再生砂瞬時強度和24 h強度明顯優于新砂。同時相同樹脂加入量的情況下再生砂發氣量小于新砂，總體性能再生砂優于新砂。

4 生產驗證與成本核算

本公司從2013年6月起開始舊砂再生生產驗證，舊砂經再生處理后，各項性能指標滿足工藝要求，含泥量、灼減量、發氣量及酸耗值等指標優于新砂。目前僅將再生砂用于制芯，共生產再生砂超過20 000 t，再生砂制芯過程中沒有發現異常，且生產的鑄件沒有發現使用再生砂造成的廢品。

根據目前的生產情況估算冷法再生線生產再生砂成本為68元/噸，熱法再生砂成本144元/噸，新砂的價格約為270元/噸，廢砂排廢的價格為15元/噸，再生砂價格滿足使用要求。

5 總結

本公司合理利用社會資源，有效結合熱法再生、冷法再生兩種工藝的特點，成功開發出適合本公司需求的干法舊砂再生工藝。

使用干法再生工藝生產的再生砂性能優于新砂，成功應用于本公司冷芯盒制芯生產，有效解決了舊砂排放問題，還可降低綜合生產成本，對本公司開展舊砂批量再生業務，建設環境友好型企業具有非常重要的意義。

[1] 郭景純，張方.鑄造舊砂再生設備及循環使用的開發與研究[J].鑄造設備與工藝，2009，（5）:45-50.

[2] 霍卯田. 鑄造潮模舊砂再生應用[J].鑄造工程師,2008,(8):10.

[3] 熊鷹，孫偉民. 鑄造砂再生技術及應用[J].中國鑄造活動周論文集,2008:25.

[4] 龍威，樊自田.鑄造舊砂再生回用技術現狀及進展[J].中國鑄造裝備與技術,2012(2).

Exploration and application process sand reclamation

QI YaPing,LI KeQiang,LIU Jing,WANG Chao,LI ZhaoJian
(Weichai Power (weifang) Casting & Forging Co.,Ltd.,weifang 261001,Shandong,China)

Through experiments and summarized on the reclaimed sand production process, and the impact of different waste sand on reclaimed sand quality. On sand reclamation technology exploration, research and application, to ensure the quality of reclaimed sand meets production needs. By production-proven, sand reclamation process have a lower cost, quality to meet the requirements.

clay sand casting; sand reclamation; applications

TG231.5；

A；

1006-9658（2017）02-0073-04

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.02.025

2016-09-20

稿件編號:1609-1529

齊亞平（1969—），女， 高級工程師 . 主要從事鑄造工藝工作.