一种铸造混合废旧砂的再生回用方法
技术领域
本发明属于金属砂型铸造领域,具体涉及一种铸造混合废旧砂的再生回用方法。
背景技术
在金属铸造中,砂型铸造(包括:粘土砂型铸造、树脂砂型铸造和水玻璃砂型铸造三大类)占总铸造产量的约80%,其中的粘土砂铸造又占绝大多数,它广泛用于汽车发动机、柴油机等各类铸铁件的铸造生产。在大量粘土砂型铸造中,通常用粘土砂制作铸型(外模)、树脂砂做砂芯(内腔),因此铸造废旧砂通常是粘土旧砂与树脂旧砂的混合旧砂。在大量粘土砂型铸造的工厂,一般生产1吨铸件要排放1吨废旧砂,如玉林柴油机集团公司、中国一拖集团公司、东风汽车集团公司等单位年排放旧砂都达10万吨。如能再生回用如此大量的粘土-树脂混合旧砂,不仅可以大量降低石英砂资源消耗、减少废旧砂排放给环境的污染,还可以减少原材料购买和运输,带来很好经济效益。寻求低成本地再生回用大量的粘土与树脂混合旧砂也是多年来铸造学术界和企业界的企盼。
各种铸造旧砂由于其特征不同,通常应采用不同的再生方法才能获得符合使用要求的高质量的再生砂。粘土旧砂和水玻璃旧砂通常可采用干法再生和湿法再生回用;而作砂芯的树脂旧砂通常为冷芯盒树脂和热芯盒树脂,只能采用热法再生回用。
干法再生是利用空气或机械的方法将旧砂粒加速至一定的速度,靠旧砂粒与金属构件间或砂粒相互之间的碰撞、摩擦作用再生旧砂。目前应用较多的干法再生方法包括机械式、气力式和振动式等方法,其优点是再生设备简单,成本较低,旧砂含泥量再生下降率较高。但干法再生设备动力消耗大、生产效率偏低、再生砂粒破碎率高、粒度偏细也是干法再生方法的缺点。
湿法再生是利用水的溶解、擦洗作用及机械搅拌作用,去除旧砂粒上的残留粘结剂(包括膨润土、煤粉、树脂粘结剂、水玻璃粘结剂等)。湿法再生主要应用于粘土砂和水玻璃砂的再生回用,湿法再生砂的质量相对较好,去泥率高,但湿法再生存在着水耗大,湿砂烘干的能耗高、再生设备和后续的污水处理系统占用场地大、污水污泥难处理等缺陷。
热法再生是将旧砂经加热、高温焙烧,去除掉旧砂中的残留粘结剂,热法再生方法多用于树脂砂旧砂再生回用,处理后的再生砂质量较好,残留粘结剂去除率高。但热法再生存在着高温能耗大、残留粘结剂燃烧产生的挥发物污染严重、成本高、经济性差等缺点。
不同种类旧砂因性能特征不同,通常要采用不同的再生方法才更有效率、再生砂质量才更好。
粘土型砂是由原砂、粘土、煤粉和水通过一定混制工艺混碾而成的,因此,浇注过后的粘土砂废旧砂中含有大量的死粘土、煤粉等细粉,导致粘土废旧砂中的含泥量很高。由于粘土旧砂的特性,实际生产中,粘土废旧砂在干燥去湿后通常采用干法再生和湿法再生。
粘土废旧砂的干法再生方法是通过机械碰撞摩擦作用,使再生机内的旧砂粒相互之间发生摩擦碰撞,脱除砂粒表面的残留粘土。脱落后的粘土粉和煤粉等,在抽风除尘的作用下被除尘器抽去。干法再生粘土砂可以直接用于生产线循环使用;但干法再生粘土砂表面仍残留部分细粉,与新砂的质量比较尚有差距,不能代替新砂做芯砂。
粘土废旧砂的湿法再生,主要是利用水的溶解、擦洗作用及机械搅拌作用,除去砂粒表面的残留膨润土、煤粉和其它粉尘杂质,经湿法处理后的再生砂的含泥量低,再生效果好,多次擦洗再生后的湿法再生砂的质量性能接近新砂,可以代替新砂做芯砂。湿法再生的污水需要处理回用、湿砂的脱水烘干能耗较大,所以湿法再生的成本通常较高。
水玻璃废旧砂的湿法再生和粘土废旧砂的湿法再生方法一样,也是利用水的溶解、擦洗作用及机械搅拌作用,除去砂粒表面的残留水玻璃粘结剂和其它粉尘杂质,经湿法处理后的再生砂的含泥量低,再生效果好,多次擦洗再生后的湿法再生砂的质量性能接近新砂,可以代替新砂做芯砂。水玻璃砂湿法再生的污水属于强碱性,需要处理回用、湿砂的脱水烘干能耗较大,所以湿法再生的成本通常较高。
砂芯用树脂废旧砂,残留树脂粘结剂与原砂的结合力强、且不溶于水,通常只能采用热法再生,采用干法和湿法再生都达不到废旧砂再生的目的。实际生产中,砂芯用树脂旧砂的热法再生通常采用700℃以上的温度进行焙烧。通过高温加热焙烧,废旧砂中的有机脂粘结剂受热分解,具有很好再生效果。热法再生后的树脂砂既可以做为热芯盒砂使用,也可以做冷芯盒砂使用。树脂砂的热法再生效果好,再生砂性能质量与新砂相当。但热法再生的能源消耗大、热再生砂又需要冷却至室温,所以其成本较高。
近年来,随着铸件产量的增加,各种铸造混合废旧砂数量逐年增长,而现有的干法、湿法和热法再生方法多只针对单一砂型进行再生,对于混合废旧砂的再生处理,尚没有很好的处理方法。
发明内容
本发明提出了一种混合废旧砂的再生回用方法,对废旧砂中的一部分废砂进行湿法再生,对另一部分废砂进行热法再生,利用热法再生砂加热烘干湿法再生砂,实现了混合废旧砂的低成本、高质量复合再生回用。
本发明提供的铸造混合废旧砂的再生回用方法,包括下述步骤:
(1)将铸造混合废旧砂分类、筛分,得到适用于湿法再生的第一废旧砂和适用于热法再生的第二废旧砂;
(2)将第一废旧砂和第二废旧砂分别进行干燥去湿和干法再生,得到第一干法再生砂和第二干法再生砂;
(3)将第一干法再生砂进行湿法再生和脱水处理,得到第一湿法再生砂;将第二干法再生砂进行热法再生,得到第二热法再生砂;
(4)将第一湿法再生砂和第二热法再生砂混合,利用第二热法再生砂的热量加热烘干第一湿法再生砂,得到混合砂;
(5)将混合砂调湿、调温,得到再生回用砂。
进一步的,所述的混合废旧砂为粘土-树脂混合废旧砂。
进一步的,所述的混合废旧砂为水玻璃-树脂混合废旧砂。
进一步的,步骤(4)中所述的第一湿法再生砂和第二热法再生砂按质量比1∶0.3~1∶3混合。
进一步的,步骤(5)中所述的再生回用砂的含水量小于0.5%、温度小于40℃。
进一步的,步骤(3)中所述的湿法再生为1~3级水擦洗湿法再生,每级砂水质量比均为1∶0.5~1∶3。
进一步的,步骤(3)中所述的脱水处理可以采用自然脱水或外力脱水,脱水处理后得到的第一湿法再生砂含水量小于15%。
进一步的,步骤(3)中所述的湿法再生过程中产生的污水进行处理后循环使用,步骤(3)中所述的热法再生采用温度大于700℃的热法再生,热法再生中产生的热气流用于废旧砂的干燥去湿。
进一步的,在干法再生过程中同时进行抽风除尘和粉尘采集,将采集的粘土废砂粉尘中的废煤粉做为燃料,用于废旧砂的干燥去湿。
进一步的,步骤(2)中得到的第一干法再生砂用于粘土砂生产线循环使用。
本发明针对铸造工厂大量的混合废旧砂,比如粘土旧砂和树脂旧砂混合的废旧砂,或者水玻璃旧砂和树脂旧砂混合的废旧砂,提出一种先将旧砂分类再生(湿法和热法),然后将湿法再生砂和热法再生砂按比例混合,利用热法再生砂的散发热量烘干湿法再生砂的方法。该方法有机结合了湿法再生工艺和热法再生工艺的优点,对混合废旧砂进行同步再生,一方面避免了单一的湿法再生工艺的再生砂后期烘干的大能源消耗和单一的热法再生工艺的再生砂冷却时的热量浪费,另一方面合理的利用了热法再生砂的热量去加热烘干湿法再生砂,不仅获得了高质量的再生回用砂,而且也降低了能源消耗和旧砂再生成本,同时粘土砂再生时产生的废煤粉的再利用,可用于型砂的干燥、调湿,提高了资源的利用率。采用本发明所述的新方法再生处理后的废旧砂回用率在90%以上,是一种适用于大量铸造混合废旧砂的低成本、高质量的再生回用方法。
附图说明
图1为粘土-树脂混合废旧砂的再生回用方法流程图。
具体实施方式
铸造过程中产生大量的混合废旧砂,其中一部分旧砂的再生方法只能采用湿法再生,另一部分旧砂的再生方法只能采用热法再生,该种类型的混合废旧砂才适用于本发明所述的混合废旧砂的再生回用方法,比如粘土-树脂混合废旧砂或者水玻璃-树脂混合废旧砂等。
下面仅以粘土-树脂混合废旧砂为例,具体说明本发明提供的一种铸造混合废旧砂的再生回用方法,如图1所示,该方法包括以下步骤:
(1)将废旧砂分类、筛分,得到以粘土旧砂为主的粘土废旧砂和以树脂旧砂为主的树脂废旧砂。其中粘土废旧砂中含有约90%的粘土废旧砂,树脂废旧砂中含有约90%的树脂废旧砂。
(2)将粘土废旧砂和树脂废旧砂分别进行干燥去湿和干法再生,得到粘土干法再生砂、树脂干法再生砂。
干法再生过程中,对粘土废旧砂和树脂砂进行抽风除尘和采集粉尘,以减少环境污染。由于采集的粘土废砂混合细粉中含有废煤粉,可将采集的混合细粉进行粉尘与废煤粉分离,分离出来的废煤粉做为燃料用于后续粘土废旧砂和树脂废旧砂的干燥去湿,采集的粉尘可用作其他用途。
粘土干法再生砂可以直接用于粘土砂生产线循环使用,也可参与混合砂的再生回用。
(3)将粘土干法再生砂进行湿法再生和脱水处理,得到粘土湿法再生砂,将树脂干法再生砂进行热法再生,得到树脂热法再生砂。
湿法再生,本发明采用1~3级水擦洗湿法再生,每级砂水质量比均为1∶0.5~1∶3。脱水处理可以采用自然脱水或外力脱水,脱水处理后得到的粘土湿法再生砂含水量小于15%。
湿法再生过程中产生的污水进行处理后循环使用。
热法再生一般采用高温(大于700℃)的热法再生,热法再生中产生的热烟气可用于废旧砂的干燥去湿。
(4)将湿法再生粘土砂和热法再生树脂砂按质量比1∶0.3~1∶3混合,利用热法再生砂的热量加热烘干湿法再生砂,得到混合砂。
(5)将混合砂调湿、调温,得到再生回用砂。再生回用砂的含水量小于0.5%、温度小于40℃。
下面详细介绍采用本发明所述方法进行粘土-树脂混合废旧砂的再生回用的具体实施例。
实施例1:
将废旧砂分类、筛分,得到以粘土旧砂为主的粘土废旧砂和以树脂旧砂为主的树脂废旧砂,粘土废旧砂和树脂废旧砂分别进行干燥去湿和干法再生,得到粘土干法再生砂、树脂干法再生砂。将粘土干法再生砂进行水擦洗湿法再生(含泥量小于5%的采用1级湿法擦洗再生,含泥量为5~10%的采用2级湿法擦洗再生,含泥量大于10%的采用3级湿法擦洗再生),砂水比为1∶0.5,湿法再生完后进行外力脱水,脱水后含水量为5%;将树脂干法再生砂进行高温(850℃)热法再生;湿法再生砂与高温热法再生砂按照1∶0.3混合,搅拌均匀,冷却后测试混合砂含水量为0.9%,砂温30℃,进一步烘干调湿、冷却调温,混合砂含水量为0.4%,砂温25℃。
实施例2:
将废旧砂分类、筛分,得到以粘土旧砂为主的粘土废旧砂和以树脂旧砂为主的树脂废旧砂,粘土废旧砂和树脂废旧砂分别进行干燥去湿和干法再生,得到粘土干法再生砂、树脂干法再生砂。将粘土干法再生砂进行水擦洗湿法再生(含泥量小于5%的采用1级湿法擦洗再生,含泥量为5~10%的采用2级湿法擦洗再生,含泥量大于10%的采用3级湿法擦洗再生),砂水比为1∶3,湿法再生完后进行外力脱水,脱水后含水量为14%;将树脂干法再生砂进行高温(850℃)热法再生;湿法再生砂与高温热法再生砂按照1∶0.3混合,搅拌均匀,冷却后测试混合砂含水量为1.1%,砂温28℃,进一步烘干调湿、冷却调温,混合砂含水量为0.4%,砂温35℃。
实施例3:
将废旧砂分类、筛分,得到以粘土旧砂为主的粘土废旧砂和以树脂旧砂为主的树脂废旧砂,粘土废旧砂和树脂废旧砂分别进行干燥去湿和干法再生,得到粘土干法再生砂、树脂干法再生砂。将粘土干法再生砂进行水擦洗湿法再生(含泥量小于5%的采用1级湿法擦洗再生,含泥量为5~10%的采用2级湿法擦洗再生,含泥量大于10%的采用3级湿法擦洗再生),砂水比为1∶0.5,湿法再生完后进行外力脱水,脱水后含水量为5%;将树脂干法再生砂进行高温(850℃)热法再生;湿法再生砂与高温热法再生砂按照1∶3混合,搅拌均匀,冷却后测试混合砂含水量为0.3%,砂温35℃,进一步烘干调湿、冷却调温,混合砂含水量为0.2%,砂温30℃。
实施例4:
将废旧砂分类、筛分,得到以粘土旧砂为主的粘土废旧砂和以树脂旧砂为主的树脂废旧砂,粘土废旧砂和树脂废旧砂分别进行干燥去湿和干法再生,得到粘土干法再生砂、树脂干法再生砂。将粘土干法再生砂进行水擦洗湿法再生(含泥量小于5%的采用1级湿法擦洗再生,含泥量为5~10%的采用2级湿法擦洗再生,含泥量大于10%的采用3级湿法擦洗再生),砂水比为1∶3,湿法再生完后进行外力脱水,脱水后含水量为14%;将树脂干法再生砂进行高温(850℃)热法再生;湿法再生砂与高温热法再生砂按照1∶3混合,搅拌均匀,冷却后测试混合砂含水量为0.6%,砂温35℃,进一步烘干调湿、冷却调温,混合砂含水量为0.4%,砂温30℃。
实施例5:
将废旧砂分类、筛分,得到以粘土旧砂为主的粘土废旧砂和以树脂旧砂为主的树脂废旧砂,粘土废旧砂和树脂废旧砂分别进行干燥去湿和干法再生,得到粘土干法再生砂、树脂干法再生砂。将粘土干法再生砂进行水擦洗湿法再生(含泥量小于5%的采用1级湿法擦洗再生,含泥量为5~10%的采用2级湿法擦洗再生,含泥量大于10%的采用3级湿法擦洗再生),砂水比为1∶1,湿法再生完后进行外力脱水,脱水后含水量为9%;将树脂干法再生砂进行高温(850℃)热法再生;湿法再生砂与高温热法再生砂按照1∶1混合,搅拌均匀,冷却后测试混合砂含水量为0.7%,砂温35℃,进一步烘干调湿、冷却调温,混合砂含水量为0.4%,砂温30℃。
实施例6:
将废旧砂分类、筛分,得到水玻璃旧砂和树脂旧砂,水玻璃旧砂和树脂旧砂分别进行干燥去湿和干法再生,得到水玻璃干法再生砂、树脂干法再生砂。将水玻璃干法再生砂进行水擦洗湿法再生(含泥量小于5%的采用1级湿法擦洗再生,含泥量为5~10%的采用2级湿法擦洗再生,含泥量大于10%的采用3级湿法擦洗再生),砂水比为1∶1,湿法再生完后进行外力脱水,脱水后含水量为9%;将树脂干法再生砂进行高温(850℃)热法再生;湿法再生砂与高温热法再生砂按照1∶1混合,搅拌均匀,冷却后测试混合砂含水量为0.7%,砂温35℃,进一步烘干调湿、冷却调温,混合砂含水量为0.4%,砂温30℃。
本发明不仅局限于上述具体实施方式,本领域一般技术人员根据本发明公开的内容,可以采用其它多种具体实施方式实施本发明,因此,凡是采用本发明的设计结构和思路,做一些简单的变化或更改的设计,都落入本发明保护的范围。