发布时间 : 星期三 文章砂处理工艺 - 图文更新完毕开始阅读
可以用来清扫车间中的洒落砂。有的工厂中工人习惯用压缩空气软管吹净浮砂，结果造成车间空气污浊，尘土搬家。
2.7.1.6 除尘器的粉尘
落砂机、带式输送机、筛砂机、沸腾冷却机、斗式提升机、混砂机以及各种输送装置上面的除尘设备所收集到的尘土并非一律做为应当排掉的废料。实际上其成分与旧砂中或型砂中的泥分类似，即含有灰分和有效膨润土及有效煤粉。干法除尘系统的终端是由旋风分离器和袋式除尘器组成。旋风分离器可以将一些被吸物料中的细砂粒（70目及更细砂粒）分离和缷出。有些工厂（尤其是多砂芯铸造工厂）将分离出的细砂粒全部送入旧砂回用系统，能够防止型砂粒度粗化和透气性偏高，并能使铸件表面光洁。袋式除尘器可将细粉从气流中分离。所含细粉中含有的有效物料可能在30～50％之间。有的工厂也将袋式除尘器的粉料部分地回用，可以节省膨润土和煤粉加入量，降低型砂对水的敏感性，同时也减少废砂排出量。工厂应当检验各除尘器分离下的粉料中含有多少有效膨润土和煤粉，根据型砂和旧砂的泥分含量，决定选用哪个除尘器的分离物料和采用多少。 2.7.1.7 清扫垃圾
在有些铸造工厂中，纸屑、木棍、烟头等垃圾任意抛到造型工部的砂堆上，准备与砂子一起清扫掉。曾見到江苏某柴油机厂气冲造型线的下芯工人口叼烟卷干活。地面上有一个小砂堆，可以见到上面有很多烟头等杂物。有的铸造工厂中在夏季为了防暑降温，发给工人盐汽水、冰棍等保健饮料。汽水瓶盖，木棍、包装纸大多顺手扔入地面砂堆，也使这一堆砂不能回用。实际上从地面清铲集中起来的砂堆完全可以回收利用，如将各种垃圾掺入后只好当做废砂扔掉。要教育全体员工爱惜砂子，不准随便糟蹋。应在各班组工作地设有存放垃圾的筒，把没有用的东西丢到垃圾桶中。天津有一台资铸造工厂規定进入工厂门口后一律禁止吸烟。如果发现工厂地上有烟头就要追查工长责仼。还有的工厂在厂房角落处设一间封闭的吸烟室，专供饭后休息时进入吸烟。平时职工都忙于工作也没空闲时间吸烟，不仅防止烟头乱丢混入砂子，也有利于职工身体健康。落到地面的型砂切不可与熔化工部的炉渣掺混，冲天炉的炉渣粒化后可以用做为建筑材料。也不要与浇注工部的地面圾垃掺混，其中有很多铁粒也可回收。否则撒落地面的砂子只能扔掉。 2.7.2 关于湿型旧砂的再生
要想减少铸造工厂的废砂排出量，首先应当按照前段所提到的各种措施减少废砂生成量。但是仍然需要加入原砂冲淡新产生的灰分，也需要用原砂混制砂芯。由于铸造工厂的砂系统容量是有限度的，只要向湿型砂中和砂芯中加入新的原砂，就一定会产生相应数量的废砂。因此考虑到能否将本来需要扔掉的旧砂经过再生处理，将旧砂的泥分含量降低或去除泥分，使其性能接近新的原砂。 2.7.2.1 湿型旧砂再生用于型砂
国外有的工厂对旧砂进行再生处理，目的是代替本来要加入的原砂混制型砂，再生方法包括湿法、热法和机械法。
⑴湿法：是将旧砂置入水中搅拌、擦磨和反复洗涤，能够使黏土旧砂处理得相当干净，但是需要耗费大量水源，洗涤一吨砂大约要十吨水，丢弃废水有时问题比丢弃废砂还大。而且湿砂需要烘干，所用设备庞大，占地多，投资大，耗能多，污泥处理也很不容易。因此，铸造工厂极少采用湿法处理湿型砂旧砂。
⑵热法：对于树脂砂的旧砂采用焙烧方法去掉砂粒表面的树脂膜是有可能的。但是湿型旧砂不可像树脂砂那样用高温焙烧即可自行脱落。包覆砂粒表面的膨润土约在500℃形成硬质膨润土，1000℃以上又会变成坚硬的熟料，更难从砂粒表面去除。热法消耗能源多，设备复杂，占地面积大。为了混制型砂而采用单纯的热法再生旧砂是不合理的。
⑶机械法：有的湿型砂铸造工厂用气流冲击方法剥离砂粒图13 气流冲击再生装置结构简图 表面包覆的黏土膜。图13为美国Simpson公司专门用于湿型
旧砂再生的两单元气流冲击再生装置。旧砂从加料槽进入设备底部，依靠强力鼓风机将砂由加速管高速上升向冲击靶打去，与靶中积存的砂相互撞击和磨擦而使表面的黏土膜部分脱落。从冲击靶掉落的砂子一部分落回原来单元的底部，另一部分顺着导向板流入下一个单元继续经受冲击处理。然后经过除尘和筛分成为再生砂。国外有一铸造厂的多极气流再生装置的去泥率为30％左右，配制型砂时再生
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砂配比为20％，旧砂为80％，新砂只用于配制芯砂。另一种机械再生装置是使用离心法产生机械擦磨，如图14所示。旧砂从中心管落入高速旋转的转子，靠离心力将砂抛向周围的冲击环圈。在其中砂粒相互撞击使粘土膜脱落。此法要求的动力低于气流冲击法。两种机械再生方法都希望旧砂的含水量低，否则剥离效果较差。
但是，再生处理湿型砂又会产生粉状废料，而这些粉状物中含有不少有效材科，扔掉也是相当可惜的。大部分铸造工厂在努力减少型砂损耗量和灰分生成量的前提下，靠良好的除尘设备，加入稳定总砂量的原砂和混入的散粒芯砂，已然足够使型砂泥分限制在允许范围内，无需特意再生湿型旧砂代替原砂用于混制湿
图14 离心机械再生装置结构图 型砂。有些铸造工作者将注意力转向再生砂用于混制芯砂。
2.7.2.2 湿型旧砂再生用于制芯
近年来国外一些多砂芯铸造工厂试图将湿型旧砂再生处理后与补充砂粒损失的原砂混合用于制芯，混制型砂时不加再生砂和原砂。用湿型旧砂制造砂芯的障碍是含有相当多的膨润土以及一些其它粉尘物质。这些物质与大多数砂芯粘结剂不相容，需要采用再生方法除掉。为此，很多国外的铸造工厂和科研单位进行了大量试验研究工作，以便寻找出最有效和经济的再生方法。日本有人用离心式擦磨机（如图11）加工处理湿型旧砂，研究结果表明：旧砂预先经过干燥可使粘土膜较易脱落，能够减少擦磨处理的反复次数。用机械再生砂配制壳芯砂最为理想，因为在覆膜温度下壳芯树脂的粘度高，不易向砂粒上残留粘土层渗透。而且擦磨处理会使砂粒形状变得较为圆整，壳芯砂的强度甚至比用新原砂的还高。配制冷芯盒芯砂要求再生后泥分降低到<1％(最好<0.8％)，270目和底盘停留量之和<0.5％，含水量<0.1％。再生砂80％与原砂20％掺和后芯砂的工作台寿命（可使用时间）和吹气硬化强度与用全新原砂配制的芯砂差不多。也有人提出经过强烈擦磨处理后砂粒变细，应当掺入粗砂来保持芯砂的粒度处于适宜状态。欧美等国有较多人主张采用热––机械复合方法处理湿型旧砂，认为加热焙烧可以去除湿型旧砂中的粘结剂等有机物质，降低其灼减量，还能使包覆在砂粒表面的粘土膜脆化和易于擦磨脱落。粉尘层和硬膨润土层都对大多数树脂粘结剂有害，应当在再生过程中尽量去除。粉尘层须在焙烧以前分离掉，以免使砂粒外的硬膨润土层增厚。焙烧温度大体在700～800℃左右，不可过高，否则擦磨时间必须延长。在焙烧以后的擦磨过程中，除了残留在砂粒裂缝和凹坑中以外的硬膨润土层基本上都被除尽。例如美国Sheppard公司是一家生产灰铸铁和球铁件的中型铸造工厂，自1989年建造了一套湿型砂的热––机械再生系统，多年以来一直使用。生产能力为0.5t/h。每周开动七天，每天24h处理出12吨再生砂。湿型旧砂经过破碎、过筛(筛网孔眼约3mm)、磁选去除铁粒后，先后送入两台滚筒式加热炉中进行焙烧，炉温分别为816℃和677℃，总共焙烧时间40min。每次焙烧后都送入冷却滚筒中将砂温降低到比环境温度高12℃，并且都随后用气力擦磨管和冲击靶板进行机械再生处理。所得再生砂的灼减量<0.1％。完全用再生砂配制的冷芯盒芯砂存放1h后制样和吹气硬化，其即时抗拉强度和24h后抗拉强度大约为用新原砂的80％。如果75％再生砂和25％新原砂掺和在一起使用，芯砂存放1h的各种强度能够得到显著改善。再生砂用于呋喃自硬砂、酚醛/酯自硬砂、酚醛树脂热芯盒砂的结果也与冷芯盒砂的情况相似。美国通用汽车公司Saginaw可锻铸铁工厂自1994年起建造了一套湿型砂热––机械再生试验装置。生产能力5 t/h。主要工序为滚筒破碎、磁力分选、760℃沸腾煅烧、筛分、冷却、机械擦磨去除泥分、分离微粒、砂粒按粗细分级分别储放在三个砂库中、按比例混合成粒度适宜的再生砂。这种再生砂用于配制树脂芯砂可减少75％以上的新原砂消耗量。通用汽车公司将建造更大的再生装置，并推广应用于本公司其它铸造工厂。荷兰De Globe是一家多砂芯铸造厂，超出砂系统容量的溢流砂量大约有2～5％，便用来机械擦磨再生处理，至2002年砂芯中再生砂占90％。荷兰另一家Gemco Engineers BV公司的旧砂用沸腾床烘干，使含水量从约2％降到0.2％左右，去除铁粒和过筛后经机械再生处理，再生砂生产率达60 t/日。将多角筛的砂芯团块也破碎回用。工厂的冷芯盒砂芯中78％为再生砂，12％为破碎砂芯，10％新原砂以补充损失。 2.7.2.3 分别落砂
近来德国有些人提出大批量生产汽车件等产品铸造厂可以采用分别落砂的办法：铸件冷却后敞开上型，取出带有砂芯的铸件单独落砂，所得砂子主要是已被烧枯的溃散砂芯和少量附着的型砂，可以用擦磨方法进行再生处理。然后与不超过20％的新原砂混合用来制芯，不必增加树脂加入量即可得到同样砂芯强度。留在砂箱中的砂子只含少量砂芯，经破碎、过筛后就可用于制备湿型砂，可以减少溃碎砂芯对型砂性能的不利影响。分别落砂的优点是大大地减少新原砂消耗量和废砂丢弃量，但是要求车间的布置和设备安装进行调整。这种改变对于新建工厂是容易的，但已在生产使用中的铸造工厂可
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能则需要克服一些困难。目前采用这种砂芯单独落砂方法的铸造工厂数量较少，对于多砂芯的铸造厂肯定是个发展方向。据了解我国江苏某个生产汽缸体的合资铸造厂也将采用砂芯分别落砂的办法。
2.7.3 废砂的利用
即使采用以上种种措施减少废砂的生成量，仍然不可能消除废砂。目前国外较多采用的办法是将铸造工厂确实难以使用的废砂和粉尘加以利用。虽然美国依利诺州年生成废砂80万吨，而该州建设市场需2400万吨砂子用于建筑和铺路材料，足以容纳铸造工厂的废砂。以下举例说明废砂的利用： ⑴生产水泥：美国纽约州生产可锻铸铁件的Frazer & Jones Co. 与一家水泥生产厂建立关系，将100％废砂生产水泥。水泥要求的SiO2，氧化铁，Al2O3在型砂中都有，所含碳分可以烧掉。要求废砂的SiO2含量大于80％，含碱量在低限，粒度均匀，材料量大。废砂中的氧化铁和铁粉（拋砂形成的）无防碍。但不可有金属块，否则会破坏窑炉和堵塞磨粉机。该厂1994年运送废砂1.5万吨到加拿大安达略省水泥厂，成功地制成低碱性硅酸盐水泥。
⑵混制混凝土：美国纽约州PohlmanFoundry将废砂筛除大砂块、芯头、芯铁后堆放至建设高峯时期，满足混凝土的混合需要。州环保部门化验结果证明掺有废砂的混凝土对人体健康无负作用。
⑶制砖： Cherokee Environmental Group是美国最大的制砖公司，原来主要原料为粘土和页岩。使用废砂制砖时，载重车或船将废砂运送到制砖厂。将废砂过筛，去除金属废料和杂质。也可以掺入页岩粉，在机器中与熔剂和水混合，然后挤出切块。进入连续烘干炉（127℃）和煅烧炉（589℃）。烘干和煅烧共约30h后制成建筑用砖。
⑷修路沥青：通常在修路用的热熔沥青中加入了约50％的天然骨料，可以用废砂代替15～20％的天然骨料。但是要求将废砂烘干，烧掉残留的煤粉和有机物。 ⑸其它：废砂可以制成岩棉，用于管道保温。
在我国，湿型废砂还有一些用途。乡镇小铸造工厂将大铸造工厂丢弃的废砂拉去造型使用。废砂中含有足够的膨润土和煤粉，只需洒水过筛就成为极好的型砂。另外，在南方农村修盖房屋也喜欢从铸造工厂拉去废砂作为建筑材料。有些砖厂也愿意购买铸造工厂废砂，与水泥混合后制成水泥转。
3 混砂
混砂的作用应当达到以下两个基本要求：
⑴使湿型砂各组成成分（原砂、旧砂、膨润土、煤粉和水等）均匀混合。 ⑵使膨润土、煤粉和水等材料均匀地包覆在砂粒表面上，成为一层薄膜。
3.1 几种常用的混砂机类型
国内外湿型铸造工厂常見的混砂机有几种不同类型。但按它们的工作机构的混砂原理来分，大机可分为两类：一类是纯搅拌作用的混砂机。另－类是主要靠碾压，兼有搅拌作用的混砂机。现择要分别介绍其特性和存在问题如下： 3.1.1碾轮式混砂机
间歇式碾轮混砂机是使用历史最为悠久的混砂设备，它的结构简单，易于清理和维修，运行可靠性高。碾轮的碾压和搓研作用压碎砂团，使膨润土等组成成分均匀混合，并将膨润土等有效地来占附在砂粒上，能够混图15 碾轮式混砂机 制出优良品质的湿型砂。它的碾轮的碾压力是依靠碾轮的重量产生的，碾
轮笨重是妨碍主轴转速提高的主要原因。另外，混砂机的装料量不可过多，碾压前后砂层的厚度差不可超过碾轮直径的三分之一，否则影响主轴旋转。因此碾轮混砂机的生产率较低。近年来为了减轻滚轮重量采用了弹簧加压；为了强化对型砂的搅拌作用在轮缘侧面加装松砂棒；为了减少刮板磨损采用镶嵌硬质合金或陶瓷片。并且有的采取了在底盘和围圈铺设石板等等。这些措施使传统的碾轮式混砂机的混砂效率得到一定程度的提高。我国绝大多数铸造工厂都是使用国产S11系列碾轮式混砂机（见图15），最小的S1110混砂机的碾盘直径φ1000mm，加料量110kg，主要用于混制砂芯用砂。通常用于混制湿型砂的S1116、S1118、S1120、S1122和S1125混砂机的盘径分别为φ1600mm、φ1800mm、φ2000、φ2200mm和φ2500mm。主轴转速为40、36、34、31和28r/min，装料量分别为450kg、650kg、900kg、1350kg和1800kg。按照制造工厂给出的技术规格，由生产率和加料量可以计算出混砂周期为2.6~2.7min/批。大多数使用者认为混砂作用不够充分。其原因主要在于混砂工艺的加料顺序（加水先后）和混砂时间不够理想。此外，个别铸造工厂没有对混砂机进行良好的维修保养。
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3.1.1.1 混砂机加料顺序
传统的混砂加料方法是首先向混砂机中加入旧砂、原砂和粉料。干混两分钟后再开始加入水分。上个世纪50年代英国Parks发现在干混过程中膨润土和煤粉偏析聚集到混砂机围圈和底盘的夹角处。当加水后此处的膨润土和煤粉遇水形成许多小黏土团，要花更长的混砂时间才能将黏土团碾开分布到砂粒表面，否则小黏土团存留在型砂中而成“砂豆”。他主张混砂时加入回用砂和原砂后应先加水，混均匀后再加入膨润土和煤粉。最后补充加水达到所要求的型砂湿度。我国有人做过对比试验，结果表明先湿混的方法比先干混的型砂强度高。虽然随混砂时间的延长两者有接近的趋势，为达到所要求的湿态强度，先湿混的混碾时间比先干混缩短1/3到2/5。因此，如今很多混砂机都采用先向干砂中加入所需加水量的60～75%左右的水进行湿混。加水停止后必须混合1 min左右，然后才能加入粉料。稍混后即可边混边补加水至紧实率或含水量达到要求和混砂时间足够为止。 3.1.1.2 碾轮混砂机的混砂时间
我国很多铸造工厂所用碾轮混砂机的混砂时间严重不足。大部分原因是原设计的技术指标是按照过去低密度造型、低强度型砂制定的。过去砂型的压实比压不足300～400kPa，型砂的湿压强度不高于70～90 kPa。膨润土的品质有限，有效膨润土含量不高。如今高密度造型用型砂的湿压强度一般都超过140 kPa，有的甚至达到200 kPa以上，而且砂芯混入量增多也都需长些混砂时间。原有的设计手册上规定的混砂机生产率数据已不适用。混砂机生产厂商提供的产品目录上注明的生产率可能至多按一半考虑。此外，高密度造型每箱需砂量比低密度造型大约多十分之一左右，原来期望的供砂量愈发不能满足生产要求。因此国内很多工厂所能采取的救急措施是缩短混砂周期。由于混砂周期严重不足，以致型砂性能恶化。国外有些铸造工厂使用碾轮混砂机的混砂周期比较充分。例如日本丰田汽车公司上乡工厂的自动控制碾轮混砂机有显示屏表示出每15 s检测出的紧实率，开始混砂后第112 s时紧实率为22%，继续混砂直到289 s时达到紧实率40%，含水量3.9%，砂温30℃，然后开始卸料，估计其总混砂周期是6 min。三菱自动车公司川琦铸造厂的碾轮混砂机周期也是6 min。日本其它铸造工厂的技术人员也表示，碾轮混砂机的周期决不应少于6min。 3.1.2 双碾盘连续碾轮混砂机
受碾轮前砂层高度的限制，要提高碾轮混砂机的产量，就只能增加盘径。但盘径过大将给运输带来困难。为了提高生产率，美国Simpson公司生产出“8”字形连续碾轮混砂机（见图16）。它由两个碾轮混砂机组成，两个底盘的主轴转速相同，转向相反。砂子等材料连续地加到一个底盘上后，受到碾轮的碾压，并随刮板一起转动。在转至两底盘相交处，有一部分砂子被刮板推向另一底盘，这样砂子在双盘上的运动轨迹为8字形。卸料门设在另一底盘的围圈上，卸料门的高度可调，从而控制型砂在混砂机中停留时间和生产率。这种混砂机可
图16 双盘碾轮式连续混砂机 以节省加料和卸料所耗费时间。然而必然有部分型砂循
1、3－外刮板 2－卸料门 4－十字头 5－砂流方向
走捷径，晚进早出，混砂时间远低于平均混砂时间，混 6、8－内刮板 9－弹簧加压装置 10－碾轮 砂均匀程度较差，型砂性能控制不够细致。另外缺点是
机器外形比较庞大，而生产率提高有限。我国以前个别工厂也有使用，现大多改换其它混砂效率更高的混砂机。
3.1.3 摆轮式混砂机
摆轮式混砂机与碾轮式混砂机的结构最大区别是具有两只或三只水平方向摆动的不同高度的碾轮（见图17）。当主轴回转时，带动转盘、刮砂板和摆轮一起回转。碾轮的轮缘包覆着橡胶衬套。随主轴旋转的刮砂板是倾斜的，使铲砂阻力减小，并将型砂抛起到碾轮的碾压轨迹下，对型砂产生强烈的搅拌作用。由于离心力的作用，使摆轮压向摆轮与围图衬板之间的型砂。同时在砂子摩擦力作用下，摆轮围绕自已中心轴旋转。对型砂进行碾压混合。由于摆轮重量较轻，主轴转速可以提高。我国原来仿制的SZ124型摆轮式混砂机，主轴转速为75/min。这种国产摆轮混砂机曾在笫一汽车厂、图17 摆轮式混砂机 第二汽车厂等大型铸造工厂中使用。为了使型砂在混制过程
中能得到除尘、冷却和松散效果，摆轮混砂机设置了通风装置用中压离心式鼓风机经底盘送风进入混
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