濕法再生砂在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用

梁加芳，鄭翠華，李甜，蔣衛(wèi)東，劉軍

（1.一拖（洛陽）鑄造有限公司，河南洛陽 47 100 4；2.圣泉蘭科資源再生利用有限公司，河南洛陽 47 100 4）

濕法再生砂在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用

梁加芳1，鄭翠華1，李甜1，蔣衛(wèi)東1，劉軍2

（1.一拖（洛陽）鑄造有限公司，河南洛陽 47 100 4；2.圣泉蘭科資源再生利用有限公司，河南洛陽 47 100 4）

為解決鑄造生產(chǎn)過程中的廢砂排放，建設(shè)了濕法再生砂生產(chǎn)線。簡(jiǎn)要介紹了濕法再生處理工藝流程和再生砂的檢測(cè)指標(biāo)，在試驗(yàn)室對(duì)再生砂進(jìn)行了檢測(cè)和冷芯工藝試驗(yàn)，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用積累了數(shù)據(jù)。通過實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，表明濕法再生砂可以在三乙胺法冷芯工藝中應(yīng)用，且能滿足生產(chǎn)工藝要求。

濕法再生；再生砂；冷芯工藝

D O I：10.39 69/j.i s s n.100 6-96 58.2017.05.00 6

0 概述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)進(jìn)步及人民環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，““綠色鑄造”的概念在行業(yè)中已經(jīng)提出，并應(yīng)用與實(shí)踐。中國(guó)鑄造行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃提出，要重點(diǎn)開展先進(jìn)鑄造技術(shù)和工藝裝備的研發(fā)與推廣，其中鑄造舊砂再生技術(shù)便是其中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。近些年來，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)或科研單位針對(duì)粘土砂廢砂的再生處理技術(shù)及再生砂的應(yīng)用開展了許多創(chuàng)造性的工作，并在實(shí)際的鑄造生產(chǎn)中獲得成功案例。

一拖鑄造公司現(xiàn)有3條粘土砂（潮模砂）造型生產(chǎn)線，最大生產(chǎn)能力為雙班制12萬t/年鑄鐵件，目前維持在6萬t/年左右的產(chǎn)量。采用粘土砂造型工藝生產(chǎn)，由于過程中新砂（主要為芯砂）不斷補(bǔ)充到型砂系統(tǒng)中，致使大量的廢砂不斷地從砂系統(tǒng)排出，而這部分廢砂的重復(fù)利用率不高，大部分以丟棄和垃圾填埋為主。以2015年為例，一拖鑄造共用新砂5.9萬t，外排廢砂數(shù)量約為6萬t。當(dāng)年鑄件產(chǎn)量6.2萬t，與新砂使用比例為0.95：1，也就是每生產(chǎn)1t鑄件需0.95t的新砂。為解決廢砂的排放問題，一拖鑄造公司與圣泉蘭科公司合作建設(shè)了一條年產(chǎn)15萬t的廢砂濕法再生處理線，經(jīng)過近一年的建設(shè)，該生產(chǎn)線已于2016年3月開始運(yùn)行，再生砂已逐步在生產(chǎn)中應(yīng)用。

1 濕法再生工藝簡(jiǎn)介

1.1 廢砂的主要成份

一拖鑄造公司的3條粘土砂造型生產(chǎn)線所用型砂由舊砂、新砂、煤粉、膨潤(rùn)土及適量的水混合而成的，型砂性能指標(biāo)如表1。

表1 造型線型砂主要性能指標(biāo)

排放的廢砂主要為混合型廢砂，來于造型落砂、鑄件清理、除芯等工序，混合型廢砂以粘土廢砂、廢砂芯為主，主要成份如表2。

表2 混合型廢砂主要成份一覽表

一拖鑄造的新砂主要用于制芯，且90%以上是三乙胺法冷芯工藝。使用的新砂有兩種：鄭庵砂和圍場(chǎng)砂，此外還有占總用砂量5%左右的覆膜砂，新砂的使用構(gòu)成比例以及混合型廢砂中的鄭庵砂和圍場(chǎng)砂的大致構(gòu)成比例如表3。

表3 新砂構(gòu)成一覽表

1.2 濕法再生工藝流程[1]

鑄造混合型廢砂的濕法再生就是以水為介質(zhì)，對(duì)廢砂進(jìn)行多級(jí)柔性擦洗，在有效去除砂粒表面雜質(zhì)的同時(shí)不磨損或極少程度的磨損砂子，并使其恢復(fù)到原砂形貌，經(jīng)烘干后可代替新砂單獨(dú)用于樹脂砂制芯，從而達(dá)到多次循環(huán)使用的要求。其生產(chǎn)工藝流程圖如圖1。

圖1 濕法再生工藝流程簡(jiǎn)圖

工藝流程簡(jiǎn)要說明：

（1）前處理：廢砂在密閉室內(nèi)進(jìn)行破碎、篩分、磁選、風(fēng)選得到預(yù)處理廢砂，浮塵通過脈沖除塵器收集；見圖 2.a。

（2）濕法再生：預(yù)處理廢砂經(jīng)過多缸串聯(lián)柔性機(jī)械擦洗去除表面雜質(zhì)，然后進(jìn)行砂液分離脫水；脫出水和擦洗用水進(jìn)入回用水處理系統(tǒng)處理后循環(huán)使用；見圖2.b。

（3）濕砂干燥：濕法再生工序的砂子經(jīng)過機(jī)械振動(dòng)、重力堆積進(jìn)行初步脫水，然后進(jìn)入三回程烘干滾筒進(jìn)行干燥；見圖2.c。

（4）冷卻、貯存：經(jīng)三回程烘干的再生砂進(jìn)入冷卻系統(tǒng)冷卻，經(jīng)冷卻的合格再生砂輸送至成品罐貯存、回用。

（5）回用水處理：濕法再生處理系統(tǒng)脫出水和擦洗用水經(jīng)絮凝、沉降、分離污泥后過濾循環(huán)使用；見圖2.d。

（6）煤泥及除塵粉：污泥經(jīng)絮凝沉降后收集并輸送至烘干爐進(jìn)行干化處理后得到復(fù)合粉，可用于粘土砂、煤球、水泥等材料的外摻料使用。

圖2 濕法再生設(shè)備

2 再生砂性能指標(biāo)的檢測(cè)[2]

2.1 再生砂性能指標(biāo)的確定

經(jīng)濕法再生處理后得到的再生砂將主要用于三乙胺法冷芯盒制芯工藝，因此，再生砂的含泥量、水份、粒度及樹脂加入量將是衡量其綜合性能的重要指標(biāo)，其主要檢測(cè)指標(biāo)要求如表4、表5所示。

表4 再生砂檢測(cè)指標(biāo)

表5 再生砂用于冷芯盒制芯工藝的檢測(cè)指標(biāo)

2.2 再生砂在實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)

無論是鄭庵砂還是圍場(chǎng)砂，都已在一拖鑄造使用多年，其性能已在實(shí)際生產(chǎn)中得到充分驗(yàn)證，尤其是鄭庵砂，在一拖已有50多年的使用歷史。濕法再生工藝是以水為介質(zhì)，通過柔性搓洗的方式去除砂粒表面的雜質(zhì)，這相當(dāng)于一個(gè)物理過程，理論上分析，濕法再生是不會(huì)改變?cè)盎拘阅艿?，如二氧化硅含量、角形系?shù)等，需要重點(diǎn)關(guān)注的是其粒度、水分、含泥量等指標(biāo)的變化，而這些指標(biāo)又直接影響冷芯砂的使用性能。

粒度分布的檢測(cè)儀器有φ220 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩一套、電動(dòng)震篩機(jī)和感量為1/1000 g的天平。檢測(cè)方法是；稱取50 g±1g再生砂，倒入標(biāo)準(zhǔn)篩最上面的篩中,固定好篩子，開動(dòng)震篩機(jī)篩動(dòng)15 min后,依次將各個(gè)篩子及底盤上所余留的砂子倒在光滑干凈的紙上進(jìn)行稱量、計(jì)算。

含泥量檢測(cè)儀器有調(diào)溫電阻爐、電干燥箱、天平等。檢測(cè)方法是；稱取再生砂50 g± 0.01g放入容量為1000 ml的搪瓷杯中，加入清水和焦磷酸鈉溶液。將搪瓷杯放在電阻爐上煮沸5～6 min，然后冷卻至室溫。加水、攪拌、靜置后，吸去杯中25 mm以上的水。重復(fù)本操作，直至搪瓷杯中的水達(dá)到透明為止。最后一次將搪瓷杯中水吸去后，將搪瓷杯放入干燥箱中烘干至質(zhì)量恒定，冷卻至室溫后稱量。

水分的檢測(cè)儀器有紅外線烘干器及天平。檢測(cè)方法是：稱取10 g樣品放入盛砂盤中均勻鋪平，將盛砂盤置于紅外線烘干器內(nèi)烘烤5～6 min，冷卻后在天平中稱量。再生砂的檢測(cè)結(jié)果如表6、7所示。

表6 再生砂檢測(cè)結(jié)果

表7 再生砂冷芯工藝檢測(cè)結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)室條件下，進(jìn)行的不同樹脂加入量的冷芯砂檢測(cè)結(jié)果。

2.3 檢測(cè)結(jié)果分析

再生砂的水分和含泥量?jī)?yōu)于新砂，這與濕法再生處理工藝有關(guān)。砂粒通過反復(fù)搓洗后，其表面粘附的煤粉、膨潤(rùn)土及灰份等脫離砂粒進(jìn)入水中，再經(jīng)除塵、烘干后可得到水分和含泥量較低的再生砂。

表8 再生砂冷芯工藝檢測(cè)結(jié)果

再生砂的粒度分布維持不變，與新砂檢測(cè)結(jié)果相同。其三篩集中度存在一定的波動(dòng)，原因主要是設(shè)備尚在調(diào)試期間，部分工序設(shè)備未達(dá)到最佳狀態(tài)；用砂結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，根據(jù)產(chǎn)品所需，使用了不同粒度的新砂或覆膜砂。

再生砂的砂源主要為鄭庵砂和圍場(chǎng)砂，經(jīng)檢測(cè)，其二氧化硅含量為82.2%，介于鄭庵砂（78%）和圍場(chǎng)砂（89%）之間，處于正常范圍之內(nèi)，可以滿足工藝要求。

再生砂酸耗值超出工藝要求，其主要原因仍是再生砂中含有一定比例的鄭庵砂。鄭庵砂的酸耗值實(shí)測(cè)為9.4 ml，圍場(chǎng)砂酸耗值實(shí)測(cè)為4.8 ml。酸耗值對(duì)冷芯砂的即時(shí)強(qiáng)度有一定的影響，其值越高，在相同樹脂加入量的情況下，即時(shí)強(qiáng)度越低，不利于砂芯的脫模、轉(zhuǎn)運(yùn)等工序。

關(guān)于樹脂加入量，當(dāng)組分1、組分2之和達(dá)到1.4%時(shí)，其初始強(qiáng)度、24小時(shí)強(qiáng)度及發(fā)氣量已滿足工藝要求，但考慮到試驗(yàn)室條件與實(shí)際生產(chǎn)中的差異，最終將1.4%的加入量作為指導(dǎo)生產(chǎn)的數(shù)值，并根據(jù)砂芯質(zhì)量情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3 再生砂的應(yīng)用

為了確保再生砂在生產(chǎn)中的正常應(yīng)用，我們制定了詳細(xì)的試驗(yàn)方案，即在不影響產(chǎn)品質(zhì)量和效率的前提下，對(duì)產(chǎn)品的選擇、樹脂的加入量以及試驗(yàn)的數(shù)量等進(jìn)行了明確的規(guī)定，方案遵循“從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從單品種到多品種”的原則進(jìn)行，即先選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的產(chǎn)品進(jìn)行小批量試用，再逐步擴(kuò)大使用的品種和數(shù)量。同時(shí)，為降低生產(chǎn)成本，優(yōu)先選擇前期使用圍場(chǎng)砂生產(chǎn)砂芯的品種。

3.1 砂芯生產(chǎn)設(shè)備

蘇州明志LFB130冷芯盒制芯機(jī)和ROLAMENDI制芯中心。

3.2 產(chǎn)品種類

再生砂已成功應(yīng)用于缸蓋底蓋板芯、干式缸體主體芯等，如圖3。

圖3 再生砂的應(yīng)用

3.3 試驗(yàn)數(shù)量

從30件逐步擴(kuò)大至100件、200件，直至正常應(yīng)用。2016年4～6月份共使用再生砂750 t，約占全部新砂用量的6%。

3.4 樹脂加入量

組分1和組分2的加入量為再生砂質(zhì)量的1.4%～1.45%。

生產(chǎn)過程中的冷芯砂檢測(cè)數(shù)據(jù)，如圖4.a、b。

圖4 再生砂檢測(cè)數(shù)據(jù)

工藝要求：即時(shí)強(qiáng)度不低于0.7 MPa，24 h終強(qiáng)度不低于1.6 MPa，發(fā)氣量12～17 ml/g，從實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)看，再生砂可以滿足工藝要求。

3.5 應(yīng)用效果及問題

(1)應(yīng)用效果

再生砂在使用過程中總體情況良好，由于含水量和含泥量較低，砂芯表面致密、無明顯疏松且廢芯率有所下降，鑄件質(zhì)量正常，未出現(xiàn)因使用再生砂而產(chǎn)生的批量性廢品。

從經(jīng)濟(jì)效益方面計(jì)算，再生砂噸成本較圍場(chǎng)砂低85元，在樹脂加入量相同的情況下，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)存在的問題

①使用再生砂制芯后，砂芯因黑色，造成砂芯上披縫、毛刺難于辨認(rèn)，不利于砂芯的修芯工作；②再生砂酸耗值較高，對(duì)樹脂加入量較為敏感。在使用過程中，我們?cè)鴩L試將樹脂加入量降至1.3%～1.35%之間，但很快就出現(xiàn)斷芯率高、鑄件出現(xiàn)砂孔等質(zhì)量問題，而不得不提高加入量；③由于再生砂的用量還小，對(duì)型砂性能的影響還未體現(xiàn)，需在生產(chǎn)中不斷驗(yàn)證。

4 結(jié)語

試驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果及在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用表明，再生砂可以滿足鑄造生產(chǎn)需要，可以在三乙胺法冷芯工藝中推廣應(yīng)用。在再生砂的切換過程中，應(yīng)遵循“從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從單品種到多品種”的原則進(jìn)行，準(zhǔn)備工作一定做充分。再生砂性能的優(yōu)劣最終還是取決于新砂砂源，建議使用圍場(chǎng)砂或大林砂。

[1] 戴偉平.鑄造混合型廢砂的濕法再生及再生砂性能分析[J].金屬加工（熱加工）.2014（9）：33-38.

[2] 張維義.粘土舊砂再生及再生砂鑄造工藝性能的研究[D].山東.山東建筑大學(xué).200 9.

Application of wet reclaimed sand in foundry production

LIANG JiaFang1,ZHENG CuiHua1,LI Tian1,JIANG WeiDong1,LIU Jun2
（1.Yituo (Luoyang) Casting Co., Ltd.,Luoyang 471004,Henan,China;2.ShengquanlankeRegeneration and Utilization Co., Ltd.,Luoyang 471004,Henan,China)

To solve the casting production process of waste sand, the construction of the wet reclaimed sand production line. It brief l y introduces the wet reclamation processing process and reclaimed sand detection index,in the test room of reclaimed sand for the detection and cold core process test, accumulated data for the practical application of the scene. Through the practical application in the production site, indicating that wet reclaimed sand can be applied in triethylamine method cold core technology and can meet the requirements of the production process.

wet regeneration; reclaimed sand; cold core technology

T G 221；

A；

100 6-96 58（2017）05-00 018-04

2017-03-21

稿件編號(hào):170 3-1715

梁加芳（197 3—），工程師，主要從事鑄造工藝、質(zhì)量管理方面的研究工作.