再生砂在鑄造制芯中的應(yīng)用

王樹奎，宋永亮，耿國芳，丁富才

（濰柴動(dòng)力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261001）

再生砂在鑄造制芯中的應(yīng)用

王樹奎，宋永亮，耿國芳，丁富才

（濰柴動(dòng)力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261001）

通過對再生砂用于鑄造冷芯盒制芯中的工藝進(jìn)行探索，使其成為濰柴安丘廠區(qū)冷芯盒制芯的主要原材料，優(yōu)化了再生砂與擦洗砂的配比工藝，同時(shí)對加砂庫進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)再生砂、擦洗砂比例可調(diào)。

再生砂；冷芯盒制芯；制芯工藝

1 再生砂概述

1.1 國內(nèi)舊砂再生介紹

鑄造工業(yè)是資源和能源消耗大的行業(yè)。業(yè)內(nèi)人士已經(jīng)深深意識到中國雖然已是個(gè)世界鑄造“超級大國”。但是資源利用問題已經(jīng)引起業(yè)內(nèi)人士的嚴(yán)重關(guān)注和不安。眾所周知，在我國每產(chǎn)1 t鑄件，造型和清理排廢砂約1.3～1.5 t[1]。因此舊砂再生循環(huán)處理越來越受到重視。現(xiàn)國內(nèi)舊砂再生的方法主要有濕法再生、熱法再生及濕法干法聯(lián)合再生。濕法再生的原理：稀酸或堿水中，并輔以強(qiáng)力攪拌，然后經(jīng)過濾、淋洗、烘干、冷卻即成，或連續(xù)水洗離心脫水蒸汽烘干污水綜合處理聯(lián)合裝置。熱法再生的原理：磁選后舊砂定量送入預(yù)燒爐中，經(jīng)預(yù)熱的舊砂送入帶沸騰床的臥式爐，焙燒溫度700 ℃左右，表面樹脂膜高溫?zé)M，再進(jìn)入保溫裝置2小時(shí)后經(jīng)搓擦再生、冷卻40 ℃以下儲存。濕法干法聯(lián)合再生的原理：舊砂采用水洗搓擦、攪拌，去除砂粒表面的水玻璃膜，然后砂水分離后，再采用熱法再生[2]。

1.2 安丘廠區(qū)使用的再生砂介紹

現(xiàn)在安丘廠區(qū)使用的再生砂，是安丘廠區(qū)與濰坊諾源鑄造材料有限公司共同開發(fā)生產(chǎn)的。諾源公司使用的原料全部來自我廠的舊砂，包括淘汰的型砂、各種廢芯等。諾源公司承擔(dān)鑄造舊砂的再生處理工作，采用的是濕法干法聯(lián)合再生。其舊砂再生處理工藝流程如圖1。

圖1 濕法干法聯(lián)合再生工藝流程

其中，水擦洗工序采用濕法原理，可有效去除濕型舊砂中的粘土、煤粉及死灰。焙燒工序采用熱法原理，徹底燒掉混合舊砂中殘留樹脂膜。濕法干法聯(lián)合再生結(jié)合了濕法、熱法的優(yōu)點(diǎn)，但成本相應(yīng)得到提高。

1.3 再生砂的質(zhì)量控制

再生砂主要用于冷芯盒制芯，因此對質(zhì)量控制比較嚴(yán)格。再生砂技術(shù)條件如表1。

表1 再生砂檢測技術(shù)條件

安丘廠區(qū)對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行自檢，但灼燒減量指標(biāo)受設(shè)備限制，不能檢測。安丘廠區(qū)使用新上的酸耗值檢測設(shè)備，重點(diǎn)對再生砂的酸耗值等指標(biāo)進(jìn)行了監(jiān)控。酸耗值的實(shí)際檢測中，數(shù)值基本控制在3.8～5 ml之間，與擦洗砂相比，沒有明顯差異，且粒度、含泥量等指標(biāo)還優(yōu)于擦洗砂，滿足生產(chǎn)需要。

2 再生砂在安丘廠區(qū)的使用情況

安丘廠區(qū)冷芯盒制芯所使用的烘干擦洗砂及再生砂都是從砂庫先流入發(fā)送灌，然后利用管道發(fā)送到各制芯設(shè)備對應(yīng)的混砂機(jī)中。為實(shí)現(xiàn)再生砂的加入，對砂庫進(jìn)行改造，砂庫底部與發(fā)送罐之間增加輸送管道，每個(gè)發(fā)送罐可以實(shí)現(xiàn)從不同砂庫取砂，也便于調(diào)整從每個(gè)砂庫取砂的比例，實(shí)現(xiàn)再生砂、擦洗砂的加入比例可以調(diào)整，具體見圖2。再生砂投放方式改為袋裝投放，能直接投入加砂庫用于生產(chǎn)，減少了周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)。

鑄鍛公司安丘廠區(qū)現(xiàn)有兩條HWS生產(chǎn)線，主要負(fù)責(zé)斯太爾WP10系列氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋等鑄件毛坯的生產(chǎn)。目前再生砂主要用于冷芯盒制芯中，分兩種形式：①在中件HWS線冷芯盒制芯全部使用再生砂，主要生產(chǎn)WP10缸蓋的大皮芯及170缸蓋的上蓋芯、底盤芯等；②在大件HWS線再生砂與擦洗砂按配比混合使用，比例可以按照需要進(jìn)行調(diào)整，現(xiàn)使用的比例大約為7∶3，即再生砂占到芯砂用量的70%。

圖2 砂庫

2.1 再生砂用量

通過統(tǒng)計(jì)，安丘廠區(qū)廢砂（包括砂處理廢砂、清理廢砂及廢芯）的排量大約是100 t/天，現(xiàn)在再生砂用量達(dá)到了70～80 t/天。諾源對舊砂再生的再生率在80%左右，因此，安丘廠區(qū)基本達(dá)到了舊砂排廢與舊砂再生利用的平衡。2015年全年再生砂使用量為7 366.42 t。

2.2 再生砂替代擦洗砂使用情況

再生砂替代擦洗砂主要用于中件HWS線冷芯盒制芯及大件HWS線WP10氣缸體主體芯、曲軸箱主體芯等冷芯盒制芯。在安丘廠區(qū)進(jìn)行了不同比例再生砂（10%～100%）用于冷芯盒制芯的可行性試驗(yàn)驗(yàn)證。再生砂和擦洗砂以不同比例混合使用的試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)見圖3。

圖3 再生砂和擦洗砂不同比例混合的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，不同再生砂加入比例都能滿足生產(chǎn)需要。從2011年開始，安丘廠區(qū)逐步開始用于實(shí)際生產(chǎn)中，現(xiàn)在諾源再生砂和新砂混合用于大件HWS線冷芯盒制芯，100%再生砂用于中件HWS線冷芯盒制芯。配合再生砂流動(dòng)性比擦洗砂好的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)化吹胺時(shí)間、射砂壓力等射芯的工藝參數(shù)，使再生砂制芯時(shí)易出模，不用頻繁清理工裝，制芯廢芯率在1%左右，減輕了操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.3 再生砂替代焙燒砂使用情況

大件HWS線的WP10氣缸體挺桿室芯制芯，原使用的是陶瓷砂與焙燒砂按比例混合使用，2012年開始，逐步驗(yàn)證用再生砂代替焙燒砂進(jìn)行驗(yàn)證。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表2中可以看出，再生砂替代焙燒砂后，在相同條件下（樹脂加入量為1.8%，2.0%），滿足試樣瞬時(shí)抗拉強(qiáng)度要求和24 h抗拉強(qiáng)度要求，發(fā)氣量基本無變化。挺桿芯經(jīng)沾灰、烘干后，在組芯過程中未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重變形，影響質(zhì)量的氣缸體挺桿與水套間壁厚尺寸基本無明顯變化，滿足工藝要求。

2.4 再生砂使用成本

不考慮其它制芯因素，再生砂與擦洗砂成本對比見表3。

表3 擦洗砂與再生砂制芯成本

從表3中可以看出，不考慮樹脂加入量的變化，再生砂的使用成本較低，主要是節(jié)約了擦洗砂的烘干成本。按表中計(jì)算，使用再生砂節(jié)約成本49.3元/t砂。

3 質(zhì)量狀況

使用再生砂制芯后，砂芯質(zhì)量比較穩(wěn)定，以WP10系列氣缸體主體芯為例，其2015年的合格率統(tǒng)計(jì)見圖4，基本達(dá)到了98%以上，且質(zhì)量比較穩(wěn)定。從2013年至今，鑄件質(zhì)量也未出現(xiàn)批量問題。

圖4 WP10氣缸體主體芯砂芯合格率統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

鑄造舊砂再生對減少鑄造舊砂排放、保護(hù)環(huán)境和自然資源具有重要的社會意義，且舊砂再生是以后鑄造發(fā)展的趨勢。安丘廠區(qū)對再生砂用于鑄造冷芯盒制芯中的工藝進(jìn)行探索，使其成為安丘廠區(qū)冷芯盒制芯的主要原材料，優(yōu)化了再生砂與擦洗砂的配比工藝，實(shí)現(xiàn)再生砂、擦洗砂比例可調(diào)，使安丘廠區(qū)的鑄造廢砂基本能全部回收利用，達(dá)到了清潔生產(chǎn)的目的。

[1] 朱以松，吳殿杰.鑄造舊砂資源化再生技術(shù)與創(chuàng)新. 鑄造設(shè)備與工藝. 2014,05:1-7.

[2] 龍威，樊自田. 鑄造舊砂再生回用技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展. 中國鑄造裝備與技術(shù). 2012,2:1-5.

Application of reclaimed sand in core-making of casting

WANG ShuKui，SONG YongLiang，GENG GuoFang，DING FuCai
（Weichai Power(Weifang) Casting Co., Ltd., Weifang 261061, Shandong, China）

Based on exploratory research of the application in the casting process of cold box core-making, reclaimed sand has became to the main raw material of cold box core-making in Auqiu Plant of Weichai. The amount of reclaimed sand and scouring sand can be adjusted though optimizing their proportioning process and remould the sand reservoir.

reclaimed sand; core-making by cold box; core-making process

TG221；

A；

1006-9658（2017）01-0039-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.01.012

2016-06-23

稿件編號:1606-1418

王樹奎（1982—），男，工程師，主要從事鑄造生產(chǎn)和造型材料的工藝研究.