CN103561885B - 用于将砂模和砂芯的砂再生的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于再生从砂模和／或砂芯获得的砂的方法，所述砂模和／或砂芯由砂和作为粘结剂的水玻璃制得并且用于金属铸造，从砂模和／或砂芯获得的砂经受机械再生阶段和热再生阶段，并且在机械再生阶段的过程中或之后与用于水玻璃的固化剂混合。

Description

用于将砂模和砂芯的砂再生的方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于再生从砂模和／或砂芯获得的砂的方法，所述砂模和／或砂芯由砂和无机粘结剂(例如水玻璃)制得并且用于金属铸造。

背景技术

在金属铸造中，例如，使用用水玻璃-粘结剂加固的砂芯而形成空腔。在此，例如，需要大量的砂而批量生产汽车。

在此，特别出于成本原因和环保原因，使用旧砂(即从砂芯获得的砂)代替新砂用于砂芯制备。

在使用用有机粘结剂结合的旧砂的情况下，热再生是足够的。在用无机粘结剂结合的旧砂的情况下，热再生是不够的。在此，再生通常分两阶段在第一机械再生阶段和第二热再生阶段中进行。在机械再生中从砂粒的表面除去大比例的无机粘结剂。然而留下无机粘结剂的化学活性残余物。这种粘结剂的化学活性残余物在热再生的过程中熔融，以薄层包封砂粒，然后再次冷却并因此基本上热失活。经再生的旧砂被引入循环。在旧砂再生之后按百分比加入新砂。

通过再生，从旧砂除去粘结剂残余物。旧砂中存在的粘结剂残余物影响砂芯制备和砂模制备。这样由此模具材料(即砂和水玻璃-粘结剂的混合物)的加工性能可能改变，例如模具材料的流动性和固化速度。此外，通过旧砂中的粘结剂残余物还可能损害砂芯和／或砂模的强度。

然而，通过用机械再生阶段和热再生阶段将砂再生仅不完全地除去砂粒表面上的粘结剂残余物。这种关联在具有多次再生旧砂的封闭的材料循环的情况下的重要性提高，因为在多次再生旧砂的情况下粘 结剂残余物相应地累积。

发明内容

本发明的目的是，改进从用无机粘结剂加固的砂芯或砂模获得的旧砂的再生，满足尽可能完全地除去旧砂中的粘结剂或至少在化学上使残留的粘结剂残余物失活。

根据本发明，所述目的通过权利要求1中用特征限定的方法得以实现。在从属权利要求中描述了本发明的有利的实施方案。

根据本发明，旧砂(即从砂模和/或砂芯获得的砂)在机械再生阶段中，例如通过破碎机进行颗粒分离。然后，可以通过砂粒彼此间的摩擦，例如通过机械-气动处理，除去粘结剂。

在机械再生阶段之后，旧砂中留下粘结剂残余物。这种粘结剂残余物由活性部分和非活性部分构成，所述活性部分在砂芯或砂模制备条件下可脱离，所述非活性部分在砂芯或砂模制备条件下不可脱离。活性部分损害模具材料的加工性能和砂芯或砂模的强度，而非活性部分不影响模具材料的加工性能以及砂芯或砂模的强度。

为了除去粘结剂的活性部分，根据本发明使经颗粒分离的砂在机械再生阶段的过程中或之后与用于水玻璃的固化剂混合，之后其经受热反应阶段。

使用用于将粘结剂活性部分的硅酸根离子交联或聚合的试剂作为固化剂。通过所使用的水玻璃粘结剂体系的交联和由此进行的完全固化应引起失活。亦即，为了砂的再生，通过额外的方法步骤加入用于水玻璃的固化剂，所述固化剂造成砂粒表面上的粘结剂的活性的碱性残余物基本上完全化学失活。这种化学失活通过水玻璃到二氧化硅 的沉淀反应而进行，任何情况下到不溶性聚硅酸盐，或者根据所使用的固化剂而定也到其它反应产物，例如沸石。

固化剂可以为无机酸或有机酸或盐。

无机酸可以为矿物酸，例如盐酸或磷酸，或二氧化碳。作为有机酸可以使用单羧酸、二羧酸或多羧酸，例如柠檬酸或乙酸。

所述盐可以为铝酸盐，例如铝酸钠或铝酸钾，硫酸盐例如硫酸铝，磷酸盐例如磷酸铝，或氟硅酸盐例如六氟硅酸盐。固化剂应该可以无危险地用于自动化方法。此外，在粘结剂的活性部分失活中所产生的反应产物不应该对砂品质或使用经再生的砂时的粘结反应产生不利影响。沉淀产物因此应该优选在热再生阶段中烧尽并且不再包含在所述盐中。

固化剂可以优选以水溶液的形式使用。固化剂的加入不允许造成再生中的干燥砂的结块。优选，用固化剂的溶液精细地湿润砂粒表面。

优选地，用固化剂湿润的砂在固化反应的过程中在流化床中移动。或者，也可以使用混合器。由此可以在限定的反应时间内结束固化反应。通过流化床可以使砂在进行热反应阶段的反应室中进一步移动。代替流化床，砂也可以用机械设备，例如螺旋输送器进行输送。

与固化剂混合的砂也可以在热反应阶段之前进行中间储存。为此将砂输送至中间容器，最后进行热再生阶段。

在热再生阶段中使粘结剂失活，即活性粘结剂固化成非活性粘结剂的过程进行完全。

为此，将砂加热至优选至少200℃，特别是至少500℃的温度。热再生阶段可以用火焰进行，从而使砂粒上的水玻璃残余物失活。然而，热再生阶段也可以在流化床炉中进行，在所述流化床炉中送入与固化剂混合的砂。

根据本发明的有利的实施方案，机械再生阶段包括如下步骤：

a)通过机械破碎机对砂的作用进行颗粒分离，

b)将经颗粒分离的砂送入气动处理室并使砂在气动处理室中在由空气和砂形成的流化床中移动，

c)在气动处理室中使砂加速，使得经分离的砂粒彼此摩擦并至少部分从颗粒表面除去粘结剂。

通过砂粒朝向撞击体的加速，可以实现砂粒的颗粒表面受到特别强烈的应力，特别是砂粒彼此间的特别强烈的摩擦。以此成功地实现机械除去粘附在颗粒表面上的粘结剂残余物的大部分。脱离的粘结剂 可以例如与粉尘级分一起从气动处理室中除去。

适宜地，将固化剂加入用于使砂加速的鼓风中。这使得固化剂与砂的特别迅速和剧烈的充分混合成为可能。但是也有可能将固化剂加入用于制备流化床的空气中。

根据本发明的另一个实施方案，在气动处理室中，在砂的预定的第一处理时间之后才将固化剂加入空气和／或鼓风中。第一处理时间为例如约20至40分钟，优选约25至35分钟，从砂朝向撞击体加速开始起计算。已经表明，在这样的第一处理时间之后，粘附在砂的颗粒表面上的粘结剂中的显著部分被机械除去。即使在更长的处理时间下，可机械除去的粘结剂残余物的比例几乎不再升高。为了保持尽可能低的固化剂消耗，有利地，当只通过机械作用几乎不再能除去颗粒表面的粘结剂残余物时才使用固化剂。

根据一个特别有利的实施方案，使用液体固化剂，特别是含水固化剂。适宜地，将液体固化剂以雾化形式加入鼓风和／或空气中。可以进行雾化，其中液体固化剂通过喷嘴或超声波喷雾器进行喷雾并加入鼓风和／或空气中。

根据本发明的另一个有利的实施方案，在预定的第二处理时间之后在流化床中加入新砂。术语“新的砂”或“新砂”应被理解为是指之前还未与粘结剂混合并用于制备砂芯或砂模的砂。第二处理时间有利地这样选择，使得其大于第一处理时间。例如，可以在砂朝向撞击体加速开始之后20至60分钟，优选45至55分钟加入新砂。新的砂的加入量相当于待再生的砂的量的约5至15％，优选7至13％。适宜地，当固化剂与残留在颗粒表面上的粘结剂残余物接触足够长的反应时间时才加入新砂。适宜地，固化剂和待再生的砂之间的反应时间为10至35分钟，适宜地15至30分钟。

根据另一个有利的实施方案，砂在流化床中加热至40至60℃，优选45至55℃的温度。以此可以特别提高固化剂和残留在颗粒表面上的粘结剂残余物之间的反应速度。

在经过机械再生阶段之后，经机械再生的砂以可自由流动形式存 在。其直接以可自由流动存在的形式(任选在中间储存之后)进行热再生。亦即，经机械再生的砂特别不与水混合，不经受磨碎机研磨、湿法研磨等以及随后的干燥。因此，所提出的方法可以相对迅速和简单地，特别是还连续地进行。

根据另一个有利的实施方案，将经机械再生的并且与固化剂混合的砂送入炉中进行热再生，并且将其在炉中在550℃至700℃范围内的温度下在由气体和经机械再生的砂形成的另一流化床中移动。气体适宜地为可燃气体。亦即经机械再生的砂也可以在火焰中被移动。通过将经机械再生的砂加热至例如600℃至650℃范围内的温度，使得仍粘附在颗粒表面上的并且经固化的粘结剂残余物最终完全失活。此外还除去了固化剂的残渣。

为了节省能量，经机械再生的砂可以在被送入炉中之前进行预热。为此可以使用从炉中排出的热的废气。

下文借助唯一的附图详细解释本发明的实施例。

附图说明

唯一的附图1示意性地显示了气动处理室。

纯化室1通过喷嘴底板2与风室3分开。通过附图标记4表示空气喷嘴，所述空气喷嘴突出入纯化室1中。在空气喷嘴4上以一定距离(处于与其成轴向的状态)连接至管5，所述管5通入撞击钟形体(Prallglocke)6中。空气喷嘴4的口和管5的入口之间的距离用y表示。管5的出口和撞击钟形体6的内壁之间的另一个距离用附图标记x表示。容纳在纯化室1中的砂用附图标记7表示。其通过空气进行流化，所述空气从风室3通过喷嘴底板2引入。

例如用破碎机经颗粒分离的砂或旧砂通过空气喷嘴4借助在压力下引入的鼓风L并且通过管5加速至撞击钟形体6的内壁并从内壁落回纯化室1。通过管5加速的砂的速度适宜地这样选择，使得在撞击 钟形体6中形成倒流并因此形成砂垫层。以此可以实现砂粒彼此间的温和摩擦。通过砂粒的摩擦，形成的由粉尘和粘结剂残余物组成的颗粒通过纯化室1上侧的抽吸口(此处未示出)排出。

适宜地，在例如30分钟的第一处理时间之后，向鼓风L中加入雾化形式的柠檬酸(此处未示出)。其可以例如为50％的柠檬酸。适宜地，每kg砂中的加入量为1至50g，优选3至10g。固化剂和经流化的砂7之间的反应时间为例如10至30分钟。然后在纯化室1中引入10％的新砂。在5至10分钟的另外的处理时间之后，将如此制备的经机械再生的砂从纯化室1中除去并送入热再生阶段。

为此，将经机械再生的砂送入流化床炉中并在流化床炉中在另一流化床中在例如600至650℃的处理温度下在另一流化床中移动。在此使仍残留在颗粒表面上的粘结剂残余物热失活并且除去任选存在的源自化学失活过程的残渣。因此获得经再生的砂，所述经再生的砂几乎具有新砂的性能。

通过根据本发明的方法，通过水玻璃粘结剂的完全失活实现旧砂(即从砂芯和／或砂模获得的砂)的明显改进的并且恒定的品质。这导致砂芯和／或砂模制造的更稳定制造过程并且因此导致较低的故障数和废品数。无需在砂芯制造中复杂且劳动密集的配方适应性调整。

通过用固化剂使粘结剂化学失活还可以减少砂的热再生的工艺时间。还可以降低热再生阶段的工艺温度。以此可以达到旧砂的生产能力，和操作成本的降低。

通过根据本发明使粘结剂的活性残余部分失活还实现新砂比例的降低。砂的最大循环次数和寿命得以升高并且新砂的需要量降低。

在此，根据本发明的使砂在机械再生阶段和热再生阶段之间与用于水玻璃的固化剂混合的措施具有显著的重要性。

在不使用所述措施的情况下，采用相同装置和其它方面相同的条件的每个旧砂循环中加入例如10重量％的新砂时，活性残余粘结剂的比例在例如旧砂的五次循环之后已经升高使得开始出现对模具材料的加工性能的可觉察到的影响，通过使砂与固化剂混合相应地提高了循 环次数或者相应地降低了新砂的需要量。

附图标记列表

1 纯化室

2 喷嘴底板

3 风室

4 空气喷嘴

5 管

6 撞击钟形体

7 经流化的砂

L 鼓风

x 第二距离

y 第一距离

Claims (19)

1.用于再生从砂模和/或砂芯获得的砂的方法，所述砂模和/或砂芯由砂和作为粘结剂的水玻璃制得并且用于金属铸造，其中获得的砂经受机械再生阶段和热再生阶段并被再次送入砂模制备和/或砂芯制备的循环中，其特征在于，砂(i)在机械再生阶段的过程中，或(ii)在机械再生阶段之后，并在热再生阶段之前，与用于水玻璃的固化剂混合。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固化剂以水溶液形式使用。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将与所述固化剂混合的砂在固化反应过程中在流化床中或采用混合器移动。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将与所述固化剂混合的砂在热再生阶段之前进行中间储存。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用无机酸或有机酸或盐作为用于水玻璃的固化剂。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述无机酸为矿物酸。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述有机酸为单羧酸、二羧酸或多羧酸。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述盐为铝酸盐、磷酸盐或氟硅酸盐。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，机械再生阶段包括如下步骤：

a)通过机械破碎机对砂的作用进行颗粒分离，

b)将经颗粒分离的砂送入气动处理室，即纯化室(1)，并使砂在纯化室(1)中在由空气和砂形成的流化床，即经流化的砂(7)中移动，

c)在纯化室中使砂朝向撞击体，即撞击钟形体(6)加速，使得经分离的砂粒彼此摩擦并至少部分从颗粒表面除去粘结剂。

10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述固化剂加入用于使砂加速的鼓风(L)和/或用于制备流化床的空气中。

11.根据权利要求9所述的方法，其中在纯化室中在砂的预定的第一处理时间之后才将所述固化剂加入鼓风(L)和/或空气中。

12.根据权利要求10所述的方法，其中将液体固化剂以雾化形式加入鼓风(L)和/或空气中。

13.根据权利要求9所述的方法，其中在预定的第二处理时间之后在经流化的砂(7)中加入新砂。

14.根据权利要求13所述的方法，其中新砂的加入量相当于待再生的砂的量的5至15％。

15.根据权利要求9所述的方法，其中在经流化的砂(7)中的砂加热至40至60℃的温度。

16.根据权利要求15所述的方法，其中在经流化的砂(7)中的砂加热至45至55℃的温度。

17.根据权利要求1或2所述的方法，其中经机械再生的且与所述固化剂混合的砂直接以可自由流动形式进行热再生。

18.根据权利要求1或2所述的方法，其中将经机械再生的砂送入炉中进行热再生，并且在炉中在550℃至700℃范围内的温度下在由气体和经机械再生的砂形成的另一流化床中移动。

19.根据权利要求18所述的方法，其中经机械再生的砂在被送入炉中之前进行预热。