黏土砂砂處理過程中微粉的回收再利用

吳 毅

（天津一汽夏利汽車股份有限公司內燃機制造分公司，天津 300380）

黏土砂造型生產方式是鑄造生產中最基本、使用率最高、經濟性相對較好的生產方式，黏土濕型砂處理系統(tǒng)是采用濕型砂造型，批量生產鑄件的首道重要工序，決定了能否使混制的型砂穩(wěn)定達到相關技術指標的要求。該工序混制出的型砂質量與生產效率的發(fā)揮及鑄件的質量關系很大。在黏土砂型鑄造生產中，造型材料品質欠佳或使用不當，是造成鑄件缺陷的主要因素，占鑄件廢品總量的50%以上[1]。型砂性能的保證，除在處理及混制過程中必須對回收時的篩分、冷卻、加水、加輔料等過程控制管理外，微粉的合理利用也是不可忽略的。微粉的回收及添加得當，不僅能夠減少膨潤土、煤粉等輔料的使用量，節(jié)約成本，而且能提高型砂的保水性、退讓性和鑄件的表面光潔度。

1 微粉及其組分

微粉是指在黏土砂鑄造生產方式所用的造型砂中，粒度小于0.026 mm的顆粒物組分[2]，其重量較輕，在型砂的輸送和處理過程中容易浮起，當遇到負壓狀態(tài)下時會被集塵器吸走。

1.1 微粉組分

微粉主要由反復使用磨損及與高溫鐵水接觸破碎的硅砂、具備活性能繼續(xù)發(fā)揮粘結作用有效的和與高溫鐵水接觸失去活性作用無效的膨潤土、未接觸高溫鐵水有效的和接觸高溫鐵水燃燒后殘余失去作用的煤粉或淀粉及其他細小的雜質顆粒物所組成，這些組分各自所占的比例如表1所示。

表1 微粉中組分所占的比例（質量分數(shù)，%）

1.2 微粉的來源

回用砂在回收過程中，在很多位置會大量浮起并被集塵裝置收集，不同位置的微粉，其回收再利用的情況不同，一般情況下可分為以下四類：

第一類為落砂機位置產生的；

第二類為干砂在輸送過程中產生的；

第三類為篩分及冷卻過程中產生的[3]；

第四類為在混砂機添加粉料時產生的，這部分微粉含有大量的有效組分，回收再利用的經濟價值很高。

2 微粉的的作用

2.1 保證型砂的綜合性能指標達到合適的目標

含泥量對型砂性能保證及其穩(wěn)定性的影響十分重要。型砂中的含泥量包括有效膨潤土、有效煤粉、添加劑及微粉在內的總和，型砂中的水分是依據(jù)型砂中的總含泥量和緊實率的目標來控制的，其中的微粉是重要的吸水物質，緊實率是反映型砂性能是否適于造型的一個綜合性指標，型砂性能的優(yōu)劣對鑄件質量影響很大。型砂含泥量的多少與型砂透氣性、含水量、強度及其韌性有密切的關系。含泥量過多會使型砂的含水量增加，濕壓強度、透氣性以及型砂的流動性下降，造成鑄型硬度變差大，而在濕壓強度維持不變的情況下，型砂韌性、熱濕拉強度降低，澆注后鑄件易出現(xiàn)氣孔、脹砂、粘砂等缺陷；而含泥量太低，造成型砂的含水量和保水能力下降，一旦加水量出現(xiàn)偏差，就會引起型砂中各種性能產生波動，同時鑄型的退讓性下降，造成鑄型不易脫模、損壞或松弛，澆注時產生沖砂，造成鑄件砂眼缺陷。

2.2 保證型腔表面的平整度和提高鑄件的光潔度

造型后的型腔表面在肉眼的宏觀觀測下是相對平整的，但在放大后的微觀觀測下，由若干圓形及橢圓形砂粒堆積的表面是不平整的（如圖1所示），這些縫隙在澆注過程中會使鐵水鉆入，鑄件的表面會很粗糙，在拋丸處理后表面光潔度較差，影響外觀的檢查通過；如果在型砂中存在一部分細小的顆粒物和微粉就能夠將這些縫隙有效的填充，這樣型腔表面就能有效抵御鐵水的鉆入，因此會提高鑄件表面的光潔度。

圖1 砂型表面的狀況

2.3 提高型腔表面的抗風干能力

一定量的微粉對型砂性能有“微調與穩(wěn)定”的作用，水分高時微粉先吸水，可以使膨潤土所吸的水分比較穩(wěn)定一致，同時混好的型砂在輸送過程中水分蒸發(fā)時，微粉的水分先蒸發(fā)，能保持活性膨潤土的水分不損失[4]，這種作用與國外一些企業(yè)在混砂時加入淀粉的作用是一致的，尤其是生產大平面鑄件或者造型后不能立即合箱的鑄件時比較明顯，在干燥的季節(jié)更為明顯。

3 微粉回收再利用方法

3.1 回收方式

微粉的回收主要依靠集塵設備的工作來實現(xiàn)，在回用砂的開箱處、輸送轉運點、篩分設備、冷卻設備及混砂投放處這些位置設置集塵罩，將浮起的微粉聚集并通過管路與集塵器連接，集塵器的過濾方式一般都是布袋式，在布袋的底部有收納箱，微粉集中到收納箱后再根據(jù)不同的需要及加入點加到型砂中再利用。

3.2 搬送方式

微粉在集塵器收納箱回收后需要搬送到加入點加入，微粉的搬送方式一般有以下兩種方式：

一是簡單的方式，可在收納箱中放置大的袋子，將布袋抖落下來的微粉接入，然后通過起重運輸工具送至加入點。這種方式適合于所有企業(yè)，尤其是砂處理系統(tǒng)機械化、自動化程度不高的企業(yè)。缺點是作業(yè)人員的工作量增加，同時在搬送過程中的沿途會產生二次揚塵的問題。

另外一種方式是將集塵設備的收納箱、氣力輸送裝置及粉塵的加料裝置連接起來，在集塵器收納箱下設置能兩個方向送料的螺旋給料器，將需要回用的微粉通過氣力輸送裝置送至投入點（如圖2所示）。

3.3 加入方式

微粉的加入位置不同企業(yè)因條件不同有不同的選擇，一般情況下分為兩類：

一類是砂處理系統(tǒng)機械化、自動化程度較高的企業(yè)通過混砂機（或預混機）上部的微粉斗、螺旋給料機及稱重裝置稱量后加入到混砂機（或預混機）中，這種方式加入的量因與回用砂和其他組分的加入量相匹配，所以準確度較高，能夠充分體現(xiàn)微粉回收再利用的優(yōu)勢和作用。

另一類方式是將微粉在回用砂輸送過程中加入（如圖3所示），這種方式比較簡便易行，適合于大多數(shù)企業(yè)，缺點是隨意性較強，無法與回用砂的量匹配，準確度差，對型砂的穩(wěn)定性有一定的影響，采用時需積累經驗，最大程度減少不利的影響。

4 微粉回收再利用時的注意事項

微粉的組分因各生產企業(yè)生產方式、產品種類、集塵設備不同而有一定的差異，回收再利用前必須經過分析了解其組成及各組分所占得比例。

微粉的加入量應保證型砂中黏土總質量分數(shù)（含泥量）在11%～13%之間，有效黏土質量分數(shù)在7%～9%，同時考慮酌減量和透氣性的指標不能超出，防止氣孔缺陷的發(fā)生幾率增加。

微粉回收再利用時需考慮二次揚塵產生的對策，防止再次的污染現(xiàn)象發(fā)生。

微粉回收再利用輸送過程中靜電的排除必須做好，防止粉塵的燃爆災害發(fā)生。

5 結束語

圖2 采用氣力輸送方式輸送微粉的示意圖

圖3 在回用砂輸送過程中加入微粉的示意圖

環(huán)境保護、綠色循環(huán)經濟、可持續(xù)發(fā)展是當前及今后經濟運行的主題，無論是環(huán)境保護還是節(jié)約資源都是企業(yè)工作的重點，鑄造行業(yè)是污染及消耗資源比較嚴重的行業(yè)，從業(yè)人員必須要對本企業(yè)的各生產環(huán)節(jié)認真研究，不放過每一個問題點，走節(jié)能減排，循環(huán)發(fā)展之路。

［1］李傳栻.黏土濕型砂的控制要點［DB/OL］.［2017-10-22］.https：//wenku.baidu.com/view/9e7757630b1c59eef8c7b45e.html.

［2］ 胡彭生.型砂［M］.第二版.北京：機械工業(yè)出版社.

［3］ 魯 民.造型線粉塵回收工藝探討［G］//2010中國鑄造活動周論文集.沈陽：中國機械工程學會鑄造分會，2010.

［4］ 王艷輝.型砂中微粉含量的調整與探索［G］//2011中國鑄造活動周論文集.沈陽：中國機械工程學會鑄造分會，2011.