舊砂再生綜述（2010年度）

李 珊 ，郭思福 ，張 方 ，郭景純

(1.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093；2.昆明市技術(shù)交流站，云南 昆明 650000）

1 再生機(jī)理及計(jì)算機(jī)應(yīng)用

陳秋林、張?？?、張方、符龍“舊砂磨輪再生機(jī)理研究”一文[1]，從力學(xué)角度探討了磨輪式舊砂再生法的脫膜機(jī)理，通過模擬再生實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)處理時(shí)間一定時(shí)，要取得較好再生效果就要滿足兩個(gè)條件：①轉(zhuǎn)動(dòng)砂粒有更高轉(zhuǎn)速；②搓磨部件對(duì)砂層施加適合壓力。通過再生中砂粒進(jìn)行受力分析，可找到滿足此二條件的理論依據(jù)，從而一反用能量理論的方法。根據(jù)處于空間的砂粒受力分析從微觀層面得出磨輪再生法脫膜條件，對(duì)再生機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)（輪筒間距、砂輪轉(zhuǎn)速等）影響再生效果的因素，給出了牛頓力學(xué)理論解釋，對(duì)磨輪式舊砂再生機(jī)設(shè)計(jì)與提高效果有一定指導(dǎo)意義。

在葉片式磨輪舊砂再生機(jī)再生研究中的應(yīng)用”一文[2]，介紹了 PFC（Particle Flow Code in 3 Dimensions）的基本原理，它是利用顯示差分算法和離散元理論開發(fā)的微/細(xì)觀力學(xué)程序，可以對(duì)砂粒進(jìn)行追蹤，從而清晰了解砂粒在運(yùn)動(dòng)機(jī)械中的情況，具有在顆粒流仿真領(lǐng)域的一些功能。本文結(jié)合葉片式磨輪舊砂再生機(jī)給出PFC3D數(shù)值模擬的一些 過程，包括模型構(gòu)建、運(yùn)動(dòng)的加載以及運(yùn)行過程中追蹤記錄，進(jìn)而說明葉片式磨輪再生機(jī)的工作原理與工作方式。隨機(jī)選取一個(gè)砂粒，測量y軸分向速度變化追蹤圖，可以看到砂粒在葉片的提升下，提升到一段距離后，在砂輪的搓磨下下落，如此反復(fù)，從而達(dá)到持續(xù)搓磨的情況。

孫耀天、吳劍“舊砂再生中激振力對(duì)舊砂搓磨力度的理論分析”一文[3]，介紹了樹脂砂生產(chǎn)工藝中，振動(dòng)設(shè)備對(duì)舊砂再生回用的再生機(jī)理-振動(dòng)去除隋性膜的力學(xué)分析。采用建立數(shù)學(xué)微分方程的形式進(jìn)行線性、非線性振動(dòng)關(guān)系和對(duì)搓磨力度的定性分析研究，分析了激振力對(duì)舊砂（粒）表面的受力搓磨（磨擦力），形成脫膜產(chǎn)生的效果。穩(wěn)定振動(dòng)的頻率與激振力頻率相同。響應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)，激振合力最大，動(dòng)摩擦力最大，實(shí)現(xiàn)搓磨效果最好。

2 黏土砂再生

許榮福、孫清州、張普慶等“舊黏土砂的再生砂用于冷芯盒芯砂的實(shí)驗(yàn)研究”一文[4]，用磨輪式再生機(jī)對(duì)三種舊砂：純黏土砂、含煤粉與不含煤粉的冷芯盒黏土砂進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，再生4次，結(jié)果是再生砂酸耗值高（圍場砂為 10.67～11.17；大林砂為8.78～9.76）。粒度分布變化小，角形系數(shù)有改善。在合理選再生工藝與參數(shù)下，含泥量低于新砂（新砂：圍場砂為0.283%，大林砂為0.381%；再生后圍場砂可達(dá)0.20%～0.259%，大林砂為0.113%～0.160%）。再生砂混制冷芯盒砂雖即時(shí)抗拉強(qiáng)度和1 h抗拉強(qiáng)度均低于新砂混制的冷芯盒抗拉強(qiáng)度，但可滿足鑄造生產(chǎn)的要求。

3 樹脂砂再生

陳國新“酯硬化堿性酚醛樹脂砂再生方法對(duì)比及設(shè)備選擇”一文[5]，首先分析了酯硬化堿性酚醛樹脂的工藝特點(diǎn)和不足。不含硫、磷及游離醛和酚等有高溫退讓性，高溫尺寸穩(wěn)定性好，鑄件尺寸精度高，用于鑄鋼件不產(chǎn)生裂紋及缺陷少，釋放有毒氣體少，工作環(huán)境、勞動(dòng)條件好。不足是對(duì)砂要求高：需用縮水洗砂來配砂。由于較呋喃樹脂用量多，成本高，但鑄鋼件多選用。

文章對(duì)其再生方法分析了干法機(jī)械離心式、氣流沖擊式、熱法、濕法以及選用日本生產(chǎn)的輪碾式強(qiáng)力摩擦機(jī)械再生，2008年安裝使用，告別了原來采用背面砂分開的工藝，取得較好效果，生產(chǎn)的低合金鋼、碳鋼鑄件達(dá)到較高質(zhì)量，滿足外商對(duì)鑄件各種技術(shù)要求。介紹了再生系統(tǒng)及再生機(jī)工作原理，該機(jī)具有定量下砂斗、輪碾再生、沸騰床冷卻及沉降分離粉塵室。再生效果LOI值＜1.0%，脫膜率達(dá)50.28%～58.5%，細(xì)度（AFS）及微粉含量較新砂變化不大，變細(xì)率為5.7%～10.9%，破碎率在6%～12%之間，這與原砂SiO2含量及抗破碎性有關(guān)。結(jié)論以為較適用，具有系統(tǒng)簡單、投資規(guī)模小、能耗低、運(yùn)行成本低、二次污染少，經(jīng)濟(jì)效益核算再生砂成本約60元/t～70元/t，但1 t鑄件節(jié)約1 t新砂，單一砂可長期循環(huán)使用。

李?yuàn)蕵?、李鋒軍、蔡安克等“黏土砂再生技術(shù)應(yīng)用的可行性研究”一文[6]，通過對(duì)我廠舊砂和廢砂各25 t黏土砂，再生經(jīng)離心機(jī)械-加熱800℃，焙燒-離心機(jī)械加研磨-風(fēng)選的工藝試驗(yàn)和分析，耗酸值分別由49和38降至5.73和5.67與新砂耗酸值7.4相近。含泥量由10.80%和4.03%降0.23%和0.20%，新砂為0.31%。粒度分布70/140由原50目偏向70目有些細(xì)化。灼減量由9.25和3.38降至0.7和0.13較新砂0.48低。以再生砂進(jìn)行冷芯盒樹脂砂試驗(yàn)，混砂效果不理想，對(duì)再生砂進(jìn)行了時(shí)效處理，制出型芯即時(shí)強(qiáng)度0.9 MPa，發(fā)氣量12.9 mL/g，24 h強(qiáng)度為1.88 MPa，樹脂加入量為0.9%不比用新砂的強(qiáng)度低，滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。澆注后鑄件表面質(zhì)量良好，離心機(jī)械再生為6次。試驗(yàn)采用鄭庵新砂和內(nèi)蒙圍場新砂，后者較好些。文章對(duì)再生砂成本作了詳細(xì)分析計(jì)算。認(rèn)為需年處理4.8萬t或6.8 t/h再生量，才能達(dá)到盈虧平衡點(diǎn)。故結(jié)論認(rèn)為要達(dá)到上述規(guī)模，才能使成本不高于新砂和排放費(fèi)用總和，并提出推廣應(yīng)用的關(guān)鍵需研發(fā)出熱效率高、產(chǎn)能大及使用廉價(jià)能源的熱再生設(shè)備。

張江“強(qiáng)力摩擦砂處理再生機(jī)的綜合利用”一文[7]，闡述了日本新東公司USR-II強(qiáng)力摩擦再生機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，砂處理量6 t/h、轉(zhuǎn)速970r/min、功率37kW、引風(fēng)機(jī)5.5 kW、排風(fēng)量40m3/min可調(diào)，再生可選1級(jí)或2級(jí)全部工作。舊砂經(jīng)振動(dòng)、破碎、磁分、篩選和震動(dòng)輸送進(jìn)再生機(jī)。該機(jī)由液壓油缸自動(dòng)調(diào)節(jié)耐磨陶瓷滾輪內(nèi)壁間距達(dá)較佳摩擦脫膜效果。有砂溫報(bào)警（＞100℃）或砂量不夠，設(shè)備自動(dòng)停止。脫膜率達(dá)50%，1級(jí)再生砂LOI為0.7%、變細(xì)率7.6%、微粉＜0.3%，二級(jí)LOI在0.6%左右、脫膜率55%、變細(xì)率10%。再生砂加入樹脂量為1.45%～1.62%，有機(jī)酯為樹脂的20%。型砂強(qiáng)度24 h為0.35mPa～0.60MPa，可滿足生產(chǎn)要求，性能穩(wěn)定，在鑄鋼件用酯硬化堿性酚醛樹脂砂上應(yīng)用效果好。

張江“酯硬化堿性酚醛樹脂砂模擬再生試驗(yàn)”一文[8]，通過試驗(yàn)采用模擬再生工藝，回用率可達(dá)95%左右。再生砂中加入10%～20%的新砂，可提高再生砂黏結(jié)強(qiáng)度。用于堿性酯硬化酚醛樹脂生產(chǎn)高強(qiáng)度鑄鋼件。PH值再生前為7.32～8.13、再生后為7.32～9.48；LOI值再生前 0.39%～1.44%、再生后0.31%～0.77%；酸耗值 ml再生前 6.99～9.49、再生后14.41～18.34；脫膜率再生后 20.5%～46.52%；回收率再生后91.6%～96.8%；發(fā)氣量再生前0.84ml/g～10.9ml/g、再生后 0.59 ml/g～4.97 ml/g）。

鄭州中遠(yuǎn)熱能技術(shù)有限公司“樹脂砂熱法回收新工藝”一文[9]，提出酯硬化堿性酚醛樹脂舊砂粒表面樹脂膜，常溫下具有一定韌性，尤其含水量＞1.0%時(shí)難于再生。高溫加熱可有效去除（800℃～900℃）舊砂表面樹脂膜、殘留酯和鉀。經(jīng)濟(jì)分析日產(chǎn)50t計(jì)，投入成本約2500元/d，新砂價(jià)格200元/t～300元/t計(jì)，每噸回收成本51元，管理費(fèi)按55元計(jì)，每噸回收砂可節(jié)約150元，投資兩個(gè)月即可收回，而且再生砂顆粒近于圓整，性能改善。

馬曉鋒“酯硬化堿性酚醛自硬樹脂在再生砂上的應(yīng)用”一文[10]，介紹了蘇州興業(yè)鑄造材料公司，用生產(chǎn)的專用樹脂，通過采用聯(lián)合再生方式，低溫加熱（＜350℃）+干法再生可達(dá)到灼減量1.12%、酸耗值18.75ml、堿金屬含量3500×10-6。處理的酯硬化堿性酚醛自硬樹脂砂24 h，強(qiáng)度可達(dá)2.0MPa，比普通的樹脂1.0MPa要高，接近新砂的2.5mPa～3mPa。

再生砂專用堿性酚醛自硬樹脂質(zhì)量指標(biāo)，外觀綠紅色液體，PH 值 12～13、黏度 /MPa/s（25℃）30～70、游離甲醛≤0.1%、游離酚≤0.1%。

周祚超“酯硬化新型水玻璃砂無加熱干法再生的實(shí)踐”一文[11]，介紹了無加熱離心再生，Na2O殘留量維持在一定水平（0.7%-1.1%），實(shí)現(xiàn)有足夠強(qiáng)度和可使時(shí)間。主要可采用面砂和合理的涂料，冬季加一定新砂，采用滿足工藝的可使時(shí)間的有機(jī)酯型號(hào)及多級(jí)風(fēng)選達(dá)到。

［1］陳秋林，張希俊，張方，等.舊砂磨輪再生機(jī)理研究［J］.鑄造技術(shù)，2010（12）：1650-1653.

［2］胡剛，李珊，張方.PFC3D在葉片式磨輪舊砂再生機(jī)再生研究中的應(yīng)用［J］.中國鑄造裝備與技術(shù)，2010（6）：35-36.

［3］孫耀天，吳劍.舊砂再生中激振力對(duì)舊砂搓磨力度的理論分析［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2010（3）：9-11.

［4］許榮福，孫清州，張普慶，等.舊黏土砂的再生砂用于冷芯盒芯砂的實(shí)驗(yàn)研究［J］.鑄造技術(shù)，2010（4）：385-387.

［5］陳國新.酯硬化堿性酚醛樹脂砂再生方法對(duì)比及設(shè)備選擇［J］.中國鑄造裝備與技術(shù)，2010（2）：9-13.

［6］李?yuàn)蕵?，李鋒軍，蔡安克，等.粘土砂再生技術(shù)應(yīng)用的可行性研究［J］.鑄造技術(shù)，2010（4）：401-403.

［7］張江.強(qiáng)力摩擦砂處理再生機(jī)的綜合利用［J］.鑄造工程，2010（6）：7-9.

［8］張江.酯硬化堿性酚醛樹脂砂模擬再生試驗(yàn)［J］.鑄造工程，2010（5）：4-5.

［9］鄭州中遠(yuǎn)熱能技術(shù)有限公司.樹脂砂熱法回收新工藝［J］.鑄造技術(shù)，2010（12）：1653.

［10］馬曉鋒.酯硬化堿性酚醛自硬樹脂在再生砂上的應(yīng)用［J］.鑄造技術(shù)，2010（12）：1566-1568.

［11］周祚超.酯硬化新型水玻璃砂無加熱干法再生的實(shí)踐［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2010（3）：48.