CN105728641A - 铸造湿型混合旧砂再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸造湿型混合旧砂的再生方法，包括将铸造湿型混合旧砂预处理；水擦洗；烘干预热，焙烧；后处理。本发明用水擦洗方法有效去除湿型旧砂中的膨润土、煤粉及死灰等成分，用焙烧法彻底分解混合旧砂中残留树脂膜，再生成本低、再生效果好。通过实际生产及验证，再生后的再生砂性能指标达到或超过新砂，成功应用于冷芯盒制芯生产，有显著的经济效益和社会效益。

Description

铸造湿型混合旧砂再生方法

技术领域

本发明涉及一种铸造湿型混合旧砂再生方法，属于湿型砂铸造技术领域。

背景技术

铸造旧砂再生是铸造业面临的一项重要问题。根据铸造旧砂不同的成分构成及特点，应有不同的再生工艺。目前国内外对树脂旧砂的再生工艺相对成熟，而铸造湿型混合旧砂的再生存在技术难点。铸造湿型混合旧砂主要由两部分构成，一部分是湿型造型旧砂，另一部分是混入的废旧砂芯的树脂旧砂。铸造湿型混合旧砂再生的关键在于彻底去除型砂中膨润土、煤粉等粉状物以及树脂砂中的树脂膜；其中的树脂膜和煤粉等可燃材料在高温下都可气化和燃烧，但是，其中膨润土中的蒙脱石在600～730℃失去结构水，烧成坚硬的陶瓷状硬块(又被称作鲕化层)，一旦陶瓷层形成后，用水洗及机械摩擦的方式都很难去除，这也是湿型混合旧砂再生技术难点之处。

近几年国内外开展的湿型混合旧砂再生技术研究中，最具代表性的是热法—机械法再生工艺(如附图1所示)。但热法—机械法再生工艺中焙烧温度控制范围窄，再生砂的酸耗值高，设备价格昂贵、再生成本高。中国专利申请号201110056006.7公开了一种铸造混合废旧砂的再生回用方法，该方法先将废旧砂分类、筛分、干燥去湿和干法再生，其次将适于湿法再生的再生砂进行湿法再生和脱水处理，将适于热法再生的再生砂进行热法再生，再次将两部分再生砂按照一定比例混合，最后经调湿、调温，得到再生回用砂。该方法需要对铸造混合旧砂分类分别处理，再生工艺复杂。中国专利申请号201110204399.1公开了一种铸造废砂再生为冷芯盒用砂的方法，该方法包括筛分—除尘—脱膜—除尘—水洗—擦洗—水洗—烘干—磁选—储罐—分装。该方法使用干法—湿法再生方法，没有经过高温焙烧，再生砂的酸耗值、发气量、灼烧减量等性能差，再生效果较差。

发明内容

本发明目的在于提供一种铸造湿型混合旧砂再生方法，铸造湿型混合旧砂经该方法再生后能够应用于冷芯盒制芯生产，实现铸造废砂的循环利用，彻底解决铸造废砂排放问题。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种铸造湿型混合旧砂的再生方法，包括以下步骤：

1)将铸造湿型混合旧砂预处理；

2)水擦洗处理，控制水擦洗后砂子含泥量＜0.5％；

3)于300℃-500℃烘干预热，于温度700℃以上进行焙烧；

4)焙烧后进行后处理。

上述铸造湿型混合旧砂的再生方法，其中：

步骤1)所述预处理包括磁选、筛分、破碎处理等现有技术常规技术方法；例如磁选后用筛选机筛选出铸造湿型混合旧砂中的大块废旧砂块，再用破碎机将砂块破碎。优选地，所述破碎的粒径为小于12目。

步骤2)所述水擦洗即将步骤1)预处理后的铸造湿型混合旧砂进行水擦洗处理；所述水擦洗可去除湿型旧砂中的膨润土、煤粉及死灰等成分，避免后续热法再生工艺中膨润土焙烧后陶瓷化现象的产生。

所述水擦洗可用现有技术常规技术方法实现；为进一步提高水擦洗效果，本发明优选的水擦洗方法包括：先进行初步清洗和脱泥(可采用螺旋洗砂机)，再进行水擦洗(如经过桶式擦洗机或2-6桶串联擦洗机)；优选地，水擦洗过程中控制砂、水质量比为1:1-1:5；水擦洗后的砂子可置于硬化地面上控水。

步骤2)水擦洗处理，优选控制水擦洗后砂子含泥量＜0.3％。

步骤3)所述烘干预热即将步骤2)水擦洗后的旧砂进行烘干预热处理以便进行焙烧。所述焙烧又称为热法再生，即将步骤3)烘干预热处理后的旧砂输送至焙烧炉内于温度700℃以上进行焙烧，以分解去除混合旧砂中残留的树脂膜，若要进一步提升再生砂的附加值，将再生砂作为焙烧砂使用，焙烧温度为870-900℃；，焙烧温度高于硅砂870℃相变温度，能够使硅砂相变，降低硅砂膨胀系数。

该步骤用到的主要设备是煤气发生炉和焙烧炉。一般地，在焙烧后将砂子冷却，再进行后续处理。步骤4)所述后处理包括除尘(含除细粉)除杂等步骤，一般采用常规技术方法对砂子中残留的细粉尘进行去除，优选用风选或水擦洗除尘(含除细粉)，例如采用风机除尘装置；磁选除杂，可使用接触式高磁磁选机(例如用5000-8000GS接触式磁选机)进行除杂。水擦洗方法可采用桶式擦洗机。若使用水擦洗再生方法，要对水洗后的湿砂烘干处理。此步骤烘干处理干可利用步骤3)焙烧后砂子的余热，即砂冷却设备做成双层滚筒，内层走步骤3)热砂、外层走步骤4)水擦洗方法再生的湿砂，在热砂冷却的同时烘干湿砂，热能得到充分利用；

优选地，水擦洗再生过程中控制砂、水质量比为1:1-1:5；水擦洗后的砂子可置于硬化地面上控水，再进行烘干处理。

步骤4)之后还进一步进行筛分处理，即用筛分机将砂子进行筛分，筛除砂中的大颗粒，并可以根据实际要求筛分为指定粒度筛号的再生砂。

具体地，上述铸造湿型混合旧砂的再生方法，包括以下步骤：

1)将铸造湿型混合旧砂磁选、筛分、破碎；即将铸造湿型混合旧经过磁选选出磁性杂质后，筛出大于5目的砂块进行破碎，破碎后通过12目砂网过滤，大于12目的砂块重新破碎；

2)将步骤1)破碎后的铸造湿型混合旧砂先进行初步清洗和脱泥(如采用螺旋洗砂机)，再进行水擦洗(如采用桶式擦洗机或2-6桶串联擦洗机)；控制擦洗后砂子含泥量＜0.5％，优选含泥量＜0.3％；水擦洗中控制砂、水质量比为1:1-1:5，

3)将步骤2)水擦洗后的旧砂于300℃-500℃烘干预热；再进行焙烧，焙烧温度为700℃以上；若要将再生砂作为焙烧砂使用，优选焙烧温度为870-900℃；

4)将步骤3)焙烧后的砂子降温；用风选或水擦洗方法进行除尘(含除细粉)，磁选除杂(例如用5000-8000GS接触式磁选机进行除杂)；；所述水擦洗再生过程中控制砂、水质量比为1:1-1:5。

研究发现，本发明方法特别适合于含0-2％死灰尘、3-8％膨润土、2-6％煤粉、0-20％树脂芯砂的铸造湿型混合旧砂的再生(均指重量百分比)。

如无特殊指明，本发明所述术语和定义适用于本领域通用术语。具体地，相关技术术语解释如下：

新砂：又称原砂，指没有混入旧砂、再生砂、回用砂和粘结剂，首次使用的铸造用砂。

湿型砂：以膨润土作粘结剂，所造的砂型不经烘干就可浇注金属液的型砂。

树脂芯砂：以铸造用树脂为粘结剂的芯砂。

铸造湿型混合旧砂：又称湿型混合旧砂，包括混入了废旧树脂砂芯的湿型造型旧砂。

再生砂：旧砂经再生处理，去除或部分去除砂粒表面包覆的残留粘结剂等杂质，恢复到接近新砂性能的砂。

含泥量：铸造用砂中粒径小于0.02mm颗粒的质量占砂样总质量的百分比。

酸耗值：反映原砂中碱性物质含量的指标。用中和50g原砂中的碱性物质达到一定酸度值(pH值)时所消耗的0.1N盐酸的体积表示。

灼烧减量：经105～110℃烘干，排除游离水的砂样在950～1000℃烧灼至恒重时的失重占烘干砂样总重量的百分率。

本发明可采用本领域常用设备，包括：磁选装置、筛分机、破碎机、水擦洗设备、烘干器、焙烧炉、煤气发生炉、冷却设备、机械再生设备、除尘器、筛分机及储备装置等。

本发明再生方法对湿型混合旧砂有着很好的再生效果，通过生产实践表明，湿型混合旧砂经本发明方法再生后的性能指标超过新砂，主要体现在：

①粒形比新砂更为圆整；

②膨胀系数、灼烧减量、发气量、酸耗值比新砂降低；

③再生砂可用于冷芯盒制芯。

本发明的优点：

(1)本发明方法先采用水擦洗方法去除湿型混合旧砂中的膨润土及煤粉，再进行焙烧处理，解决了热法再生时膨润土陶瓷化的行业难题。

(2)本发明用高温焙烧方法烧掉湿型混合旧砂中树脂砂的残留树脂膜，并使硅砂相变，改善硅砂膨胀性能，降低砂发气量及灼烧减量。

(3)本发明方法再生后的再生砂粒形更为圆整，灼烧减量、酸耗值及发气量等指标超过新砂，成功应用于冷芯盒制芯生产。

(4)本发明方法再生成本低于本公司新砂采购+运输成本，能够为企业带来经济效益。

本发明的关键点在于先采用水擦洗方法去除湿型混合旧砂中的膨润土及煤粉，解决传统热法再生时膨润土陶瓷化的行业难题，再用高温焙烧方法分解去除旧砂中的残留树脂膜，是一种适用于铸造湿型混合旧砂的再生工艺，再生成本低、再生效果好。通过实际生产及验证，再生后的再生砂性能指标达到或超过新砂，成功应用于冷芯盒制芯生产，有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为现有技术“热法—机械法”湿型混合旧砂再生方法工艺流程图。

图2为本发明铸造湿型混合旧砂的再生方法工艺流程图。

图3为实施例1再生砂的宏观及显微形貌图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

以下实施例所用铸造湿型混合旧砂来自潍柴动力股份有限公司铸造厂排废铸造湿型混合砂；所述新砂来自通辽大林型砂有限公司生产的擦洗砂。

实施例1

一种铸造湿型混合旧砂的再生方法，包括以下步骤：

1)将铸造湿型混合旧砂磁选、筛分、破碎：旧砂经过磁选选出磁性杂质后，通过筛选机筛出大于5目的砂块，使用破碎机对砂块进行破碎，破碎后通过12目砂网过滤，大于12目的砂块重返破碎机；

2)将步骤1)预处理后的旧砂先利用螺旋洗砂机进行初步清洗和脱泥，再进入6桶串联擦洗机进行水擦洗，擦洗中砂、水质量比为1:5，擦洗后的砂子置于硬化地面上控水，擦洗后砂子含泥量＜0.3％；

3)采用烘干滚筒对水擦洗控水后不结团的砂子进行烘干预热，烘干温度400℃-500℃；将所得砂子进行高温焙烧，焙烧温度设定值870℃；

4)采用冷却设备将焙烧后的砂子冷却；使用2桶串联擦洗机进行擦洗，擦洗中砂水质量比为1:5，并对湿砂进行烘干处理，此步骤的湿砂烘干利用焙烧后砂子的余热，即将砂冷却设备做成双层滚筒，内层走热砂、外层走湿砂，在热砂冷却的同时烘干湿砂，热能得到充分利用；用8000GS接触式磁选机进行磁选；用筛分机将砂子进行筛分，筛除砂中的大颗粒，另可以根据实际要求筛分为指定粒度筛号的再生砂。

本实施例所用铸造湿型混合旧砂含0.5％死灰尘、5.0％膨润土、3.2％煤粉、约15％树脂芯砂。

实施例2

一种铸造湿型混合旧砂的再生方法，包括以下步骤：

1)将铸造湿型混合旧砂磁选、筛分、破碎：旧砂经过磁选选出磁性杂质后通过筛选机筛出大于5目的砂块，使用破碎机对砂块进行破碎，破碎后通过12目砂网过滤，大于12目的砂块重返破碎机；

2)将步骤1)预处理后的旧砂先利用螺旋洗砂机进行初步清洗和脱泥，再进入6桶串联擦洗机进行水擦洗，擦洗中砂、水质量比为1:3，擦洗后的砂子置于硬化地面上控水，擦洗后砂子含泥量＜0.5％；

3)采用烘干滚筒对水擦洗控水后不结团的砂子进行烘干预热，烘干温度300℃-400℃；然后将所得砂子进行高温焙烧，焙烧温度设定值750℃；

4)采用冷却设备将焙烧后的砂子冷却；使用2桶串联擦洗机进行擦洗，擦洗中砂水质量比为1:5，并对湿砂进行烘干处理，此步骤的湿砂烘干利用焙烧后砂子的余热，即将砂冷却设备做成双层滚筒，内层走热砂、外层走湿砂，在热砂冷却的同时烘干湿砂，热能得到充分利用；用6000GS接触式磁选机进行磁选；用筛分机将砂子进行筛分，筛除砂中的大颗粒。另可以根据实际要求筛分为指定粒度筛号的再生砂。

本实施例所用铸造湿型混合旧砂含0.9％死灰尘、6.4％膨润土、4.2％煤粉、约10％树脂芯砂。

实施例3

一种铸造湿型混合旧砂的再生方法，包括以下步骤：

1)将铸造湿型混合旧砂磁选、筛分、破碎：旧砂经过磁选选出磁性杂质后通过筛选机筛出大于5目的砂块，使用破碎机对砂块进行破碎，破碎后通过12目砂网过滤，大于12目的砂块重返破碎机；

2)将步骤1)预处理后的旧砂先利用螺旋洗砂机进行初步清洗和脱泥，再进入3桶串联擦洗机进行水擦洗，擦洗中砂、水质量比为1:1，擦洗后的砂子置于硬化地面上控水，擦洗后砂子含泥量＜0.5％；

3)采用烘干滚筒对水擦洗控水后不结团的砂子进行烘干预热，烘干温度300℃-400℃，；用焙烧炉对经烘干预热的砂子进行高温焙烧，焙烧温度设定值700℃；

4)采用冷却设备将焙烧后的砂子冷却；使用2桶串联擦洗机进行擦洗，擦洗中砂水质量比为1:5，并对湿砂进行烘干处理，此步骤的湿砂烘干利用焙烧后砂子的余热，即将砂冷却设备做成双层滚筒，内层走热砂、外层走湿砂，在热砂冷却的同时烘干湿砂，热能得到充分利用；用5000GS接触式磁选机进行磁选；用筛分机将砂子进行筛分，筛除砂中的大颗粒。另可以根据实际要求筛分为指定粒度筛号的再生砂。。

本实施例所用铸造湿型混合旧砂含1.2％死灰尘、7.0％膨润土、4.8％煤粉、约5％树脂芯砂。

对比例1

一种铸造湿型混合旧砂的再生方法，与实施例1的区别仅在于不包括步骤2)水擦洗和步骤3)中的烘干预热处理。

对比例2

一种铸造湿型混合旧砂的再生方法，与实施例2的区别仅在于不包括步骤4)水擦洗处理。

对比例3

一种铸造湿型混合旧砂的再生方法，与实施例3的区别仅在于不包括步骤3)焙烧处理。

实验例

分别对实施例1-3及对比例1-3制得的再生砂进行性能测试，具体如下。如无特殊指明，均采用本领域通用测试方法。再生砂的粒度、含泥量、细粉含量、灼减量、发气量、酸耗值检测结果如表1所示。

表1再生砂性能检测结果

结果表明，实施例1-3再生砂与新砂相比，含泥量和细粉含量达到新砂水平；灼减量和发气量低于新砂，这有利于改善铸件气孔缺陷；酸耗值低于新砂，有助于再生砂冷芯盒制芯砂芯强度的建立。

实施例1制得的再生砂的形貌见图3，其中(a)为宏观形貌图、(b)为体式显微镜25倍下形貌图、(c)为体式显微镜50倍下形貌图；可以看出，实施例1再生砂的表面光洁，粒形圆整，达到新砂标准。

对比例1中未进行水擦洗，再生砂表面残留膨润土鲕化层，得到的再生砂酸耗值高，不利于再生砂冷芯盒制芯强度的建立。

对比例2中焙烧后未进行机械再生或水擦洗处理，得到的再生砂细粉含量及含泥量高，再生砂制芯中树脂需求量大，还易于出现制芯粘模问题。

对比例3中未进行焙烧，得到的再生砂的灼减量和发气量高，说明混合旧砂中树脂砂的树脂膜未彻底去除，这在一定程度上加大铸件气孔缺陷发生概率，树脂膜未去除干净的再生砂会进入型砂系统，会增大砂型脆性，恶化型砂性能。

针对本发明专利，制定出再生砂的技术要求如下表2，也就是再生砂可稳定达到的质量水平。

表2再生砂技术要求

实施例1-3的100％再生砂用于冷芯盒制芯，树脂加入量1.6％时的强度稳定达到以下表3水平。

表3

强度类型	瞬时强度MPa	24h强度MPa
			强度值	≥1.2	≥1.8

再生砂制芯生产应用情况：实施例1-3再生砂应用于冷芯盒制芯生产，由于再生砂粒形圆整，制芯过程中射砂效果更好，脱模性得到了明显改善，砂芯的高温开裂及膨胀性能改善，砂芯发气量降低，这些使得铸件脉纹及粘砂现象得到改善，铸件尺寸精度提高，气孔缺陷降低。

总之，将再生砂应用于冷芯盒制芯生产取得了良好的使用效果，并降低了硅砂的综合使用成本，给企业带来了良好的质量及经济效益。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种铸造湿型混合旧砂的再生方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将铸造湿型混合旧砂预处理；

2)水擦洗处理，控制水擦洗后砂子含泥量＜0.5％；

3)于300℃-500℃烘干预热，于温度700℃以上进行焙烧；

4)焙烧后进行后处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)焙烧温度为870-900℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1)所述预处理包括磁选、筛分、破碎处理。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤2)控制水擦洗后砂子含泥量＜0.3％。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤2)所述水擦洗方法包括：先进行初步清洗和脱泥，再进行水擦洗；水擦洗过程中控制砂、水质量比为1:1-1:5。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤4)所述后处理包括除尘、除杂；优选用风选或水擦洗除尘，磁选除杂。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将铸造湿型混合旧经过磁选选出磁性杂质后，筛出大于5目的砂块进行破碎，破碎后通过12目砂网过滤，大于12目的砂块重新破碎；

2)将步骤1)破碎后的铸造湿型混合旧砂先进行初步清洗和脱泥，再进行水擦洗；控制擦洗后砂子含泥量＜0.5％；水擦洗中控制砂、水质量比为1:1-1:5；

3)将步骤2)水擦洗后的旧砂于300℃-500℃烘干预热，再进行焙烧，焙烧温度为700℃以上；

4)将步骤3)焙烧后的砂子降温；用风选或水擦洗方法进行除尘，磁选除杂；所述水擦洗方法控制砂、水质量比为1:1-1:5。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤3)所述焙烧温度为870-900℃。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述步骤2)控制擦洗后砂子含泥量＜0.3％。

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述铸造湿型混合旧砂含0-2％死灰尘、3-8％膨润土、2-6％煤粉、0-20％树脂芯砂。