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铸造循环经济与废覆膜砂的再生利用

2019-11-18 13:12:41 青岛中铸自动化科技有限公司 阅读

铸造循环经济与废覆膜砂的再生利用

1、废覆膜砂再生利用是铸造循环经济发展的重要一环是一种清洁化生产。(略)

2、废覆膜砂的再生

(1)再生原理:

    酚醛树脂砂再生依据原理就是废砂在高温下再生,能使硅砂中晶体形硅的氧化物——石英由α晶形向同一结构变体β晶体转变,降低硅砂热膨胀率。再生砂使用时,能减少铸件的变形、毛刺等缺陷。废砂再生时,还使硅砂表面树脂膜燃烧及硅土金属氧化物等杂质剥离,提高硅砂中硅氧键活性。可使再生砂代替原砂生产覆膜砂时提高包覆性,增加砂强度,防止铸件粘砂和气孔。

表l:    石英变体的性质特点:

结晶变性

相变温度/

线膨胀(%)

体积膨胀(%)

α石英一β石英

573

0.45

0.82

α石英一α鳞石英

870

5.10

16.10

β石英一α鳞石英

870

5.55

16.82

(2)再生砂的生产过程

沸腾风机  沸腾式冷却  除尘系统  石英微粉  斗式提升机  烟气排放  废砂输送  沸腾式焙烧 振动破碎  废砂预热  斗式提升机  螺旋给料  再生砂储斗  磁选  中间砂斗  覆膜砂生产线  铁渣

    本公司使用的生产线由预处理系统、热法再生装置,除尘系统和电控系统组成。

    整个生产线自动化程度高,一般情况下只需1人操作,每小时再生废覆膜砂1.5~2 t。耗柴油15~20/t。生产环境清洁,没有黑烟和粉尘。生产线的预热器和焙烧炉很有特点。预热器采用立式逆流结构,内部设有缓冲板,砂粒从入口进入,靠自重落下,热烟气在内自下上升,使砂粒得到预热,螺旋给料机使旧砂均匀进入预热器。焙烧炉采用沸腾床床上加热方式。本炉由炉体、燃烧系统和鼓风系统等组成。炉体的4个侧面和顶面用耐火材料砌成,低面为沸腾床。燃烧系统随燃料种类不同而异,当采用柴油时,由油泵、控制阀、烧嘴助燃风机等组成。当采用热煤气时,由煤气发生炉、烧嘴和助燃风机等组成。砂粒从预热器均匀进入炉内,烧嘴发出的火焰与沸腾的旧砂直接接触,把砂粒加热到设定温度,使表面的树脂膜烧去或烧焦失去粘结力。经焙烧后的砂粒从一端进入冷却床。

    将再生砂储斗与覆膜砂生产线的原砂提升机相接一边生产再生砂一边生产覆膜砂,带有余热再生砂的使用,不但提高了覆膜砂生产效率,还节约了生产覆膜砂所需燃料。从除尘系统下来的石英微粉配成粘结剂和砂芯修补膏自用。整个再生过程无二次固体物排放。

    (3)再生砂分级

    为节约能源,避免过度再生,我们根据再生砂用途不同,将再生砂分为三个层级,分别在级600℃~650℃。,第二级700℃~750℃,第三级850℃以上三个温度控制区域进行废砂再生。

    将再生砂分级使再生过程更加有目标性的控制。便于生产和减少成本。这一理念是我们次提出,并在废砂再生生产中有长达一年的生产实践。

3、再生砂在覆膜砂生产中的使用

表2:再生砂与原砂性能对比表

品名

热膨胀率%

发气量mlg

作成树脂砂强度比

碳酸盐及碱土

金属氧化物

原砂

1.31.5

4.3

l

<1.1

再生砂

0.5

0.5

1.12

<0.2

    再生砂与原砂都是用于树脂砂加工或铸造造型,通过性能指标对比表可以看出。再生砂的使用性能比原砂有显著提高。

    (1)热膨胀降低

    废壳型(芯)砂经过浇铸后,有一部分接触铁水的原砂已发生相变,经再生后,此时的砂已基本完成,膨胀率从1.3%~1.5%降至0.5%。硅砂高温膨胀率的降低,可以消除或减少铸件某些缺陷,这也是当代铸造生产的热门课题。砂型铸造中,在型砂中加入煤粉,在壳型(芯)中加氧化铁粉其主要作用是减缓砂粒膨胀,高温下煤粉燃烧,为砂粒留出一定的膨胀空间,高温下易熔的氧化铁粉熔化,可流向砂粒不变阻的空间。因此这些材料起到减缓砂粒膨胀的作用,减少了铸件产生的砂眼、变形等缺陷。所以使用低膨胀率的再生砂用于精密铸件生产,在提高铸件品质的同时,还因减少附加材料而降低了生产成本。

(2)发气性降低

    经过再生的砂碱土金属氧化物及有机物减少,发气量降低至O.5ml/g,仅是原砂的八分之一,发气量是形成铸件气孔的主要原因,因此也是铸造材料的必测项目。树脂砂生产中一直在研究如何降低发气量,国内一般采取降低树脂加入量及其有机附料的方法。在保证用户强度要求前提下,目前发气量从过去的30ml/g以上降低到现在的16—18ml/g。在此基础上树脂加入量不再降低。再生砂由于发气杂质的基本去除可使树脂砂发气降至12ml/g以下。使用再生砂的树脂砂性能得到改善,减少铸件气孔的发生。

(3)提高粘结强度,减少酚醛树脂用量。

    再生砂其二氧化硅硅氧键活性增强,使酚醛树脂的包覆性能提高,从而提高砂与树脂之间的粘接强度,有助于防止铸件粘砂。用再生砂生产出的覆膜砂比原砂在技术指标相同情况下,可降低树脂用量的10%~15。同样相同树脂加入量再生砂与原砂的强度比为1.12:1以上。铸造生产中,树脂量的减少改善了生产环境,树脂砂强度提高可以减少砂芯断裂、型面裂纹等现象。

   (4)流动性增加

    废砂在再生炉内进行沸腾焙烧过程的相对摩擦、挤压和撞击提高了砂表面圆整度,生产出的覆膜砂流动性也相应提高,使用时砂芯或砂型填充度显著改善。

表3:加入2.0%酚醛树脂配成覆膜砂测试数据

项目

抗拉强度

Mpa

抗弯强度

Mpa

安息角度

耐热时间(1000

S

发气量mg

熔点

再生砂

4.2

7.0

<26

180

11.2

100±2

原砂

2.8

5.5

<30

165

17.5

100±2

4、结论

    (1)铸造业者应充分认识到废覆膜砂对环境的严重危害,铸造发展应与我国可持续发展战略相适应,要自觉遵守国家颁布的法律和条例。使铸造业成为我国循环经济一环。

(2)用再生砂生产的覆膜砂比普通覆膜砂具有良好的使用性能。

(3)使用覆膜砂的铸造厂可以改善制芯或造型质量,提高铸件水平,降低废品率。