CN102921935A - 一种铸件表面残留铸砂的清除方法 - Google Patents

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Abstract

一种铸件表面残留铸砂的清除方法，其包括以下步骤：步骤1：把无机强碱溶液放入耐碱金属材料制作的锅式反应器中，将带有残留铸砂的铸件通过吊篮放入锅式反应器中后浸泡在上述无机强碱溶液中；步骤2：，密闭加温进行除砂；步骤3：停止加温，将铸件取出，用清水冲洗铸件表面。本发明铸件表面残留铸砂的清除方法，操作方便、安全性高、低毒、低污染、高利用率、不损伤铸件、低能耗、适用范围广。

Description

一种铸件表面残留铸砂的清除方法
技术领域
本发明主要用于熔模铸造行业，用来清除熔模铸造的铸件表面的残留铸砂，该工艺具有操作方便、安全性高、低毒、低污染、高效率、不损伤铸件、无有毒气体逸出的优点。
背景技术
传统的松砂方法是将有残留铸砂的铸件浸泡在高浓度的氢氟酸（大于40%）里1-2小时；或浸泡在熔化状态的NaOH或KOH里，温度达到700℃以上，时间0.5-1小时，使其表面残留铸砂部分化解或松动，然后经清水冲洗，再用小钢丸在高压气流的带动下高速冲击铸件表面，而将残砂从铸件表面脱落下来。
氢氟酸的危害主要包括：
1、氢氟酸中的氢离子对人体组织有脱水和腐蚀作用，而氟是最活泼的非金属元素之一，与氢离子结合较牢（电离常数K=3.5*10-4）。皮肤与氢氟酸接触后，非离子状态的HF不断解离而渗透到深层组织，溶解细胞膜，造成表皮、真皮、皮下组织乃至肌层液化坏死。氟离子与组织中的钙和镁离子结合形成难溶性盐。钙离子的减少使细胞对钾离子的通透性增加，钾离子从细胞外导致神经细胞的去极化而引起剧痛；
2、估计人体摄入1.5g氢氟酸可导致立即死亡；
3、吸入高浓度的氢氟酸雾，引起支气管炎和出血性肺水肿；
4、氢氟酸也可经皮肤吸收而引起严重中毒。
由于氢氟酸具有很大危害，这种清除方法还有下列缺点和不足：时间长、毒性大、极易污染环境、破坏地质结构、易损伤铸件，对工人身体健康构成极大危害。
据不完全统计，全国熔模铸造行业每年用来清除铸件表面各种残留砂的氢氟酸（50%）高于1万吨，而这些氢氟酸都以气体或以其它氟化物形式排入大气或河流或土壤中，对环境、对土壤、对人们身体健康构成了极大的威胁和隐患。
因氢氟酸造成的环境污染及人员伤害的事故时有发生,并不时见诸各种媒体。
高温熔融的NaOH、KOH的危害主要包括：
1、有强烈的刺激性和腐蚀性，并产生有毒气体、粉尘和烟雾。它们会刺激人的眼睛和呼吸道，腐蚀鼻中隔、皮肤、眼膜，与其接触会引起灼伤，造成消化道、呼吸道、粘膜糜烂，出血和休克，甚至致死。
2、铸造松砂的碱爆工艺所需温度高达700℃以上，不易保温和恒温，故其耗能非常大，工作液更换快、耗损大，其废液的含碱量也很高，故而这种工艺对周围环境造成了很大的破坏，易使周围土壤盐碱化。
3、它具有下列缺陷：时间长、能耗高、毒性大、极易污染环境和大气，使铸件精密度下降，对工人身体健康构成了极大的危害。
据不完全统计，全国熔模铸造行业每年用来清除铸件表面各种残留砂的NaOH或KOH高达3万吨，而直接以NaOH、KOH这种高腐蚀性的无机碱排放到大气和河流或土壤中高达1万吨，对环境、土壤、对人们身体健康构成了极大的威胁和隐患。因碱爆灼伤人员，因高温高浓碱液污染环境的事故，已屡见不鲜，已列为铸造业的一害。
因此寻找一种低毒、低污染、低能耗、高安全性、高效益、高利用率的铸件残砂松动方法具有极大的社会意义和经济价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：克服传统工艺中使用高浓度氢氟酸、高温熔融无机强碱来松动铸件表面的铸砂所带来的高污染、高毒性、高能耗、易损伤铸件、危害工人健康、适用范围窄的缺陷，提供一种操作方便、安全性高、低毒、低污染、高利用率、不损伤铸件、低能耗、适用范围广的铸件表面残留铸砂的清除方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种铸件表面残留铸砂的清除方法，其包括以下步骤：
步骤1：把无机强碱溶液放入耐碱金属材料制作的锅式反应器中，将带有残留铸砂的铸件通过吊篮放入锅式反应器中后浸泡在上述无机强碱溶液中；
步骤2：，密闭加温进行除砂；
步骤3：停止加温，将铸件取出，用清水冲洗铸件表面。
上述技术方案的进一步限定在于，步骤1中的锅式反应器可以是低压锅式反应器、常压锅式反应器或者中压锅式反应器。
上述技术方案的进一步限定在于，步骤1中的所述无机强碱溶液是NaOH水溶液、KOH水溶液中的一种或者一种以上的混合液。
上述技术方案的进一步限定在于，所述无机强碱溶液中可以加入0-5%的耐碱性非离子表面活性剂。
上述技术方案的进一步限定在于，步骤2中，工作压力保持在1.6Mpa以下，工作温度保持在90-250℃，工作时间大于30分钟。
上述技术方案的进一步限定在于，在碳钢材料制作的低压锅式反应器中加入100重量份自来水、35重量份NaOH、1重量份OP-10非离子表面活性剂，搅拌均匀，该OP-10非离子表面活性剂的浓度为0.74%；将带有残留SiO2铸砂的铸铁件通过吊篮放入锅式反应器中后浸入上述溶液中，密闭加温，使其工作压力达到0.1Mpa，工作温度保持在100-150℃之间，工作时间3小时；然后停止加温，静止30分钟，将铸铁件取出，用清水冲洗表面。
上述技术方案的进一步限定在于，在不锈钢材料制作的常压锅式反应器中，加入100重量份自来水、30重量份KOH、2重量份TX-10非离子表面活性剂，搅拌均匀，该TX-10非离子表面活性剂的浓度为1.52%；将带有残留SiO2、Al2O3铸砂的铸铜件通过吊篮放入锅式反应器中后浸入上述溶液中，密闭加温，使其工作压力达到0.06Mpa，工作温度保持在90-140℃之间，工作时间3.5小时；然后停止加温，静止30分钟，将铸铜件取出，用清水冲洗表面。
上述技术方案的进一步限定在于，在低合金钢材料制作的中压锅式反应器中，加入100重量份自来水、15重量份NaOH、20重量份KOH，搅拌均匀；将带有残留Al2O3、ZrSiO4铸砂的不锈钢铸件通过吊篮放入锅式反应器中后浸入上述溶液中，密闭加温，使其工作压力达到1Mpa，工作温度保持在150-200℃之间，工作时间1小时；停止加温，静止30分钟，将不锈钢铸件取出，用清水冲洗表面。
上述技术方案的进一步限定在于，在中合金钢材料制作的低压锅式反应器中，加入100重量份自来水，30重量份RbOH,5重量份Ca(OH)2，5重量份NP-9非离子表面活性剂，搅拌均匀，该NP-9非离子表面活性剂的浓度为3.57%；将有残留的SiO2、Al2O3、ZrSiO4铸砂的钛合金铸件通过吊篮放入锅式反应器中后浸入上液中，密闭加温，使其工作压力达到0.05Mpa以下，工作温度保持在90-130℃，工作时间3.5小时；停止加温，静止30分钟，将钛合金铸件取出，用清水冲洗表面。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：缩短清砂时间；降低了毒性，提高安全性；没有有毒气体逸出；减轻了对环境的危害；对铸件没有腐蚀性；不使用氢氟酸和大量工业碱；节约能源。
具体实施方式
本发明提出一种铸件表面残留铸砂的清除方法，其包括以下步骤：
步骤1：把无机强碱溶液放入耐碱金属材料制作的锅式反应器中，将带有残留铸砂（SiO2、Al2O3、ZrO、ZrSiO4等）的铸件通过吊篮放入锅式反应器中后浸泡在上述无机强碱溶液中；
步骤2：，密闭加温进行除砂；
步骤3：停止加温，将铸件取出，用清水冲洗铸件表面。
步骤1中的锅式反应器可以是低压锅式反应器、常压锅式反应器或者中压锅式反应器。
步骤1中的所述无机强碱溶液是NaOH水溶液、KOH水溶液中的一种或者一种以上的混合液。
所述无机强碱溶液中可以加入0-5%的耐碱性非离子表面活性剂。
步骤2中，工作压力（表压）保持在1.6Mpa以下，工作温度保持在90-250℃，工作时间大于30分钟。
 实施例一
在碳钢材料制作的低压锅式反应器中加入100重量份自来水、35重量份NaOH、1重量份OP-10非离子表面活性剂，搅拌均匀，该OP-10非离子表面活性剂的浓度为0.74%。
将带有残留SiO2铸砂的铸铁件通过吊篮放入锅式反应器中后浸入上述溶液中，密闭加温，使其工作压力（表压）达到0.1Mpa，工作温度保持在100-150℃之间，工作时间3小时。
然后停止加温，静止30分钟，将铸铁件取出，用清水冲洗表面。
 实施例二
在不锈钢材料制作的常压锅式反应器中，加入100重量份自来水、30重量份KOH、2重量份TX-10非离子表面活性剂，搅拌均匀，该TX-10非离子表面活性剂的浓度为1.52%。
将带有残留SiO2、Al2O3铸砂的铸铜件通过吊篮放入锅式反应器中后浸入上述溶液中，密闭加温，使其工作压力（表压）达到0.06Mpa，工作温度保持在90-140℃之间，工作时间3.5小时。
然后停止加温，静止30分钟，将铸铜件取出，用清水冲洗表面。
 实施例三
在低合金钢材料制作的中压锅式反应器中，加入100重量份自来水、15重量份NaOH、20重量份KOH，搅拌均匀。
将带有残留Al2O3、ZrSiO4铸砂的不锈钢铸件通过吊篮放入锅式反应器中后浸入上述溶液中，密闭加温，使其工作压力（表压）达到1Mpa，工作温度保持在150-200℃之间，工作时间1小时。
停止加温，静止30分钟，将不锈钢铸件取出，用清水冲洗表面。
 实施例四
在中合金钢材料制作的低压锅式反应器中，加入100重量份自来水，30重量份RbOH,5重量份Ca(OH)2，5重量份NP-9非离子表面活性剂，搅拌均匀，该NP-9非离子表面活性剂的浓度为3.57%。
将有残留的SiO2、Al2O3、ZrSiO4铸砂的钛合金铸件通过吊篮放入锅式反应器中后浸入上液中，密闭加温，使其工作压力（表压）达到0.05Mpa以下，工作温度保持在90-130℃，工作时间3.5小时。
停止加温，静止30分钟，将钛合金铸件取出，用清水冲洗表面。
 下表是本发明方法与氢氟酸、碱爆工艺松动铸砂的性能对比表
  氢氟酸（45%）工艺 碱爆工艺         本发明方法
化工用品 氢氟酸 熔融NaOH、KOH NaOH、KOH的水溶液
挥发性 0.45g/dm2.100g.101Kpa.25℃ 0.50g/dm2.100g.101Kpa.700℃ 0.01g/dm2.100g.101Kpa.25℃
工作温度 常温 700℃以上 90--250℃
工作压力 常压 常压 小于1.6Mpa
工作时间 40-480mins 60-360mins 30-240mins
设备 耐酸PP材质塑料槽 碱爆炉 锅式反应器
气味 强刺激性 强刺激性 无刺激性
危害性 易患出血性水肿、器官衰弱 易灼伤人的皮肤、腐蚀呼吸道、粘膜糜烂 对皮肤有弱刺激
破坏性 对金属基体、设备、建筑、地质破坏性大 对金属基体、设备、建筑、地质破坏性大 无副作用
工作环境 安全性不易控制、充满剧毒气体 安全性不易控制、充满有毒气体 无有毒所体产生、安全易控制
化学毒性 剧毒 高毒 低毒
操作难度 困难 困难 方便
安全性能 不燃、不爆、不稳定 不燃、易爆、不稳定 不燃、不易爆、稳定
能耗 低 高 较低
废液处理 不易处理，成本高 不易处理，成本高 易处理，成本低
适用范围 不通用 通用 通用
化工品用量 清除1KG铸砂需0.7-1.5KG 清除1KG铸砂需3-8KG 清除1KG铸砂需0.5-1KG
除砂时间 40-480mins 60-360mins 30-240mins
金属腐蚀率g/m2.h 3.57-4.57 0.5-1.5 无
估计成本 较高 高 较低
本发明方法相比传统工艺具有以下效果：缩短清砂时间；降低了毒性，提高安全性；没有有毒气体逸出；减轻了对环境的危害；对铸件没有腐蚀性；不使用氢氟酸和大量工业碱；节约能源。

Claims (9)

1.一种铸件表面残留铸砂的清除方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1：把无机强碱溶液放入耐碱金属材料制作的锅式反应器中，将带有残留铸砂的铸件通过吊篮放入锅式反应器中后浸泡在上述无机强碱溶液中；
步骤2：，密闭加温进行除砂；
步骤3：停止加温，将铸件取出，用清水冲洗铸件表面。
2.根据权利要求1所述的一种铸件表面残留铸砂的清除方法，其特征在于，步骤1中的锅式反应器可以是低压锅式反应器、常压锅式反应器或者中压锅式反应器。
3.根据权利要求1所述的一种铸件表面残留铸砂的清除方法，其特征在于，步骤1中的所述无机强碱溶液是NaOH水溶液、KOH水溶液中的一种或者一种以上的混合液。
4.根据权利要求1或3所述的一种铸件表面残留铸砂的清除方法，其特征在于，所述无机强碱溶液中可以加入0-5%的耐碱性非离子表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的一种铸件表面残留铸砂的清除方法，其特征在于，步骤2中，工作压力保持在1.6Mpa以下，工作温度保持在90-250℃，工作时间大于30分钟。
6.根据权利要求1所述的一种铸件表面残留铸砂的清除方法，其特征在于，在碳钢材料制作的低压锅式反应器中加入100重量份自来水、35重量份NaOH、1重量份OP-10非离子表面活性剂，搅拌均匀，该OP-10非离子表面活性剂的浓度为0.74%；将带有残留SiO2铸砂的铸铁件通过吊篮放入锅式反应器中后浸入上述溶液中，密闭加温，使其工作压力达到0.1Mpa，工作温度保持在100-150℃之间，工作时间3小时；然后停止加温，静止30分钟，将铸铁件取出，用清水冲洗表面。
7.根据权利要求1所述的一种铸件表面残留铸砂的清除方法，其特征在于，在不锈钢材料制作的常压锅式反应器中，加入100重量份自来水、30重量份KOH、2重量份TX-10非离子表面活性剂，搅拌均匀，该TX-10非离子表面活性剂的浓度为1.52%；将带有残留SiO2、Al2O3铸砂的铸铜件通过吊篮放入锅式反应器中后浸入上述溶液中，密闭加温，使其工作压力达到0.06Mpa，工作温度保持在90-140℃之间，工作时间3.5小时；然后停止加温，静止30分钟，将铸铜件取出，用清水冲洗表面。
8.根据权利要求1所述的一种铸件表面残留铸砂的清除方法，其特征在于，在低合金钢材料制作的中压锅式反应器中，加入100重量份自来水、15重量份NaOH、20重量份KOH，搅拌均匀；将带有残留Al2O3、ZrSiO4铸砂的不锈钢铸件通过吊篮放入锅式反应器中后浸入上述溶液中，密闭加温，使其工作压力达到1Mpa，工作温度保持在150-200℃之间，工作时间1小时；停止加温，静止30分钟，将不锈钢铸件取出，用清水冲洗表面。
9.根据权利要求1所述的一种铸件表面残留铸砂的清除方法，其特征在于，在中合金钢材料制作的低压锅式反应器中，加入100重量份自来水，30重量份RbOH,5重量份Ca(OH)2，5重量份NP-9非离子表面活性剂，搅拌均匀，该NP-9非离子表面活性剂的浓度为3.57%；将有残留的SiO2、Al2O3、ZrSiO4铸砂的钛合金铸件通过吊篮放入锅式反应器中后浸入上液中，密闭加温，使其工作压力达到0.05Mpa以下，工作温度保持在90-130℃，工作时间3.5小时；停止加温，静止30分钟，将钛合金铸件取出，用清水冲洗表面。
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