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      鑄造造型粘土砂   工藝的應用研究

      發布時間:2018-01-16

      裝備制造業是我國的支柱產業,而鑄造又是裝備制造業的基礎產業。鑄造生產中使用的鑄型主要有砂型、陶瓷型、金屬型、石膏型等,其中采用砂型鑄造生產的鑄件占到鑄件總產量的80%以上。砂型鑄造按所使用的粘接劑不同可分為粘土型砂、化學粘接劑型(芯)砂等。粘土砂生產工藝由于具有原材料易得,易于處理,復用性強,適應造型方式的,儲存運輸方便等優點,成為造型機砂型鑄造方法中   常用的鑄造生產工藝。
        粘土型砂主要分為干型砂和濕型砂兩類,   常用的是粘土濕型砂,用其生產的鑄件大約占到用砂型生產鑄件總量的70%~80%。粘土濕型砂具有許多其它粘結劑砂的優點:良好的經濟性、優異的強度性能、適用不同的造型方式、適應各種原砂、適應生產各種鑄造合金、利于環保。同時也有砂型強度不高、鑄件尺寸精度較差等問題。粘土濕型砂既造型線造型也可手工造型,砂型無需烘干便可直接澆注金屬液,一般可用于生產中小型鑄鐵件和鑄造有色合金鑄件,也可以應用于大批量機械化造型生產汽車、拖拉機、柴油機、輕紡機械等鑄件。
        粘土舊砂   研究的意義
        用粘土砂鑄造工藝生產鑄件已有悠久的歷史,可以追溯到幾千年以前,在世界各地都了廣泛的應用。我國是世界鑄件生產   大國,2010年我國鑄件產量達到3960多萬噸。據估計,我國的鑄件生產約有60%采用粘土砂工藝,也就是說我國每年采用粘土砂工藝生產的鑄件達到了2000多萬噸。
        在鑄造生產中,型砂中靠近型腔表面的部分粘土由于澆注時高溫金屬液的熱作用,受到高溫烘烤失去結晶水從而喪失粘結能力,成為死粘土。這些粘土一部分以粉狀物混于型砂之中,另一部分以類似陶瓷薄膜狀的形式牢固地包裹在砂粒表面,嚴重地影響到型砂的性能,使其透氣性、可塑性降低,脆性增加;其次在鑄造生產過程中,由于受到高溫金屬的重復熱作用,少部分砂子被破碎,其破碎后的小砂粒也混于舊砂之中,成為舊砂中粉塵的一部分,從而影響到型砂的性能;另外,在現代鑄造生產中大量應用及無機粘結劑芯砂,這些芯砂及化學粘結劑的分解產物也部分混入型砂中;煤粉及其代用品高溫分解產物的混入,進一步降低粘土型砂的活性,使型砂的性能惡化。各生產企業為了生產出合格的鑄件,通過定期或不定期排放部分舊砂,同時加入新砂的方式來穩定型砂的性能。
        性能惡化的粘土舊砂如果不經   而直接用于鑄造生產,將使型砂的發氣量增加,鑄件容易產生氣孔或嗆火等鑄造缺陷;殘存在舊砂表面的不完整粘土膜在進行再次混砂時會在砂粒和新形成的粘結劑膜之間形成中介層,嚴重削弱砂型的強度。據統計,約有30%~40%的鑄件廢品都直接或間接的與型砂質量有關。因此,性能惡化的粘土舊砂   經過   處理才能滿足鑄造工藝的要求,繼續投入到鑄造生產中。
        粘土舊砂   的意義主要有以下幾點:
        (1)自然環境及資源保護方面
        采用粘土砂鑄造工藝時,鑄造造型機型砂的需用量很大,一般砂鐵比為5~10:1。我國每生產1t合格鑄件,大約要排放廢氣1000~2000m3、廢渣300kg、粉塵50kg、廢砂1.3~1.5t,而發達   每生產1t合格鑄件的三廢排放量不到我國的之一。大量粘土舊砂的任意排放,舊砂中的粘土、煤粉等粉塵,水玻璃等堿性物,樹脂等物,對大氣、土地、地下水均會造成的污染,危害人類的生產和生活。舊砂   可以減少廢砂排放量,節約有限的硅砂資源,降低對自然環境的危害,對于實現綠色鑄造具有重要意義。
        鑄造企業產生的粘土廢砂需要大面積場所存放,長時間的堆積囤放不僅易造成揚塵對空氣造成污染,而且粘土砂中由芯砂帶入的和無機化學粘結劑等物質,經雨水浸泡沖刷隨雨水一起滲入地下或流入江河湖泊,對水源造成了污染。隨著社會的發展以及人們環保意識的不斷增強,在經濟發展的同時,留住青山綠水成為我國經濟建設的基本國策,因此,逐漸提高鑄造企業生產和排污的環保要求,“綠色鑄造”不僅會成為鑄造企業   為成為整個機械行業可持續發展必然要求。鑄造粘土廢砂作為鑄造企業固體廢棄物的重要組成部分,在新出臺的鑄造行業準入標準里也作了明確規定。因此,提高鑄造生產過程中產生的粘土舊砂   循環利用率,通過化學改性或機械改性對   砂進行改性處理,使其制備樹脂砂的鑄造工藝性能提高,粘土舊砂   技術在鑄造企業的應用和推廣,使鑄造生產過程中產生的廢砂   大化利用,這不利于節約硅砂資源和保護自然環境,也有利于實現鑄造企業的“綠色鑄造”生產經營。
        (2)經濟效益方面
        原砂的費用直接影響鑄件的生產成本。舊砂的   費用低于新砂的購置費用,舊砂回用后減少了舊砂的排放,可以節省新砂的購置費用和廢砂的處理費用,取得良好的經濟效益。
        2014年和2015年,我國各類鑄件總產量分別為4620和4560萬噸,每年都產生3000萬噸以上的鑄造廢砂。如果不對這些鑄造廢砂進行   回用,鑄造企業不僅要承擔排放鑄造廢砂的額外費用,而且要花費大量資本購置新砂,增加了企業的生產成本。與此同時,我國是硅砂欠缺且分布不均的   ,高SiO2含量的鑄造用   硅砂主要產于福建等東南沿海地區,而一般SiO2含量的鑄造用   硅砂主要產于河北、遼寧、內蒙、河南等地區,如果不對鑄造舊砂進行   回用,而僅靠購置硅砂,高昂的長途運輸費用同樣增加了鑄造企業的經濟負擔。相反,通過粘土舊砂的   和改性使砂子重新回到砂循環系統,每噸砂的   及改性處理的成本大約在100~120元,遠低于購置新砂和排放廢砂的綜合費用,因此,開展粘土   砂改性及相關設備的研究,有利于鑄造企業粘土舊砂   技術的推廣和應用,具有顯著的經濟效益。
        (3)技術方面
        舊砂在反復使用過程中都要經受高溫金屬液的熱作用,此外在回收、   過程中經過機械作用、除塵等環節,使得   砂具有新砂無法比擬的優點:顆粒圓整,急熱膨脹性小,化學及熱穩定性好,粒度分布   趨均勻,且粉塵含量減少,有利于減少鑄造缺陷的產生,降低廢品率。
        鑄造用石英砂是不可   資源,我國   石英砂儲量有限,過度和使用石英砂資源使可用石英砂資源越來越少,是不符合可持續發展原則的行為;同時過度和使用石英砂是對資源的浪費,   不符合現行鑄造行業“綠色鑄造”的理念。與同種新砂相比,含樹脂芯砂粘土砂的   砂每經過一個鑄造循環和   循環,砂子都要經受一次澆注時金屬液的熱作用和高溫脆化時的熱作用,使得   后的砂子物化特性熱穩定性好、急熱膨脹性小,同時粘土舊砂在經歷落砂、破碎、篩分等工藝過程和粘土   在經歷機械   、風選等工藝過程時,砂粒與砂粒之間,砂粒與設備之間產生激烈的機械沖擊、彼此之間產生搓擦作用,使砂粒尖角逐漸變鈍,角形系數逐漸趨向于1,砂粒的粒形   趨于圓整。與同種原砂相比,含樹脂芯砂粘土砂的   砂在砂粒的物化性能方面擁有   多的優點。因此,通過粘土舊砂   技術和含樹脂砂芯砂粘土砂的   砂改性技術對含樹脂芯砂的粘土舊砂進行一系列的處理,使粘土舊砂重新回到砂循環系統是保護硅砂資源的重要手段和途徑。 

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