鑄造粉塵回收技術(shù)探討

（科萊恩化工（中國(guó)）有限公司，上海 200335）

近年來(lái)，受環(huán)保壓力和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的影響，很多原采用樹(shù)脂砂生產(chǎn)的帶砂芯復(fù)雜鑄件已轉(zhuǎn)至濕型砂造型線生產(chǎn)，因環(huán)保要求的提高，很多廠投入巨資改造除塵器，抽出的粉塵量約為鑄件產(chǎn)量的6%左右，給粉塵處理帶來(lái)了巨大的成本壓力；另一方面，因砂芯大量混入型砂造成型砂含泥量波動(dòng)造成型砂性能波動(dòng)，從而對(duì)壞型、砂眼、沖砂、夾砂的廢品造成巨大的影響。通過(guò)回用部分有效粉塵，可以協(xié)助鑄造企業(yè)節(jié)約輔助材料耗量，穩(wěn)定型砂性能從而穩(wěn)定鑄件質(zhì)量，同時(shí)降低鑄件成本，回用粉塵是一個(gè)多贏的工藝。

1 粉塵的性能分析

1.1 粉塵的種類(lèi)及性能

粉塵一般分為四類(lèi)：第一類(lèi)為落砂機(jī)位置產(chǎn)生的揚(yáng)塵經(jīng)除塵器抽出的粉塵；第二類(lèi)為地坑位置經(jīng)除塵器抽出的粉塵，是舊砂在輸送過(guò)程中形成的揚(yáng)塵；第三類(lèi)為雙盤(pán)或沸騰床位置抽出的粉塵，第四類(lèi)粉塵是在型砂混制加料過(guò)程中，加入舊砂、膨潤(rùn)土和煤粉，或混配粉時(shí)產(chǎn)生的揚(yáng)塵被除塵器抽走的粉塵[1]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和多年的檢測(cè)積累，一般優(yōu)先回用混砂機(jī)和冷卻器的揚(yáng)塵點(diǎn)收集的粉塵[1]，此類(lèi)粉塵的有效含量高。有效含量低的粉塵回用后會(huì)對(duì)型砂的性能帶來(lái)不利的影響。

表1 粉塵性能[2]

表1 為檢測(cè)的粉塵性能，可以看出，混砂機(jī)處粉塵的有效成分為68.67%，除塵器的為80.35%，回用時(shí)建議回用有效含量最高的粉塵。

1.2 粉塵的回用原則

型砂含泥量和后三篩停留量之和對(duì)型砂的保水性具有重要的意義。實(shí)踐證明，型砂的含泥量水平線建議控制在9%～11%之間，垂直線控制在10%～12%為宜，型砂后三篩停留量之和控制在2%～5%之間時(shí)，型砂的保水性最佳。當(dāng)型砂的含泥量低于型砂性能要求的下限；型砂后三篩的停留量之和[3]小于水平線2%，垂直線3%；除塵器因環(huán)保要求參數(shù)不能調(diào)整；補(bǔ)加膨潤(rùn)土和煤粉等輔料來(lái)提高含泥量受成本限制；大量粉塵排放和處理受環(huán)保限制和成本控制；粉塵的有效成分之和大于50%等情況下可以考慮回用粉塵。因均一性和砂球等原因，不建議在皮帶上或斗提機(jī)處回用粉塵，推薦在混砂機(jī)處加入粉塵[4]。

2 粉塵對(duì)型砂性能的影響

2.1 舊砂性能

表2 為某鑄造廠的舊砂性能，該客戶(hù)主要生產(chǎn)缸體鑄件，砂芯為冷芯盒砂芯。表中檢測(cè)數(shù)據(jù)由科萊恩膨潤(rùn)土（江蘇）有限公司實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)得到。

表2 舊砂性能

2.2 型砂性能

表3 為型砂性能檢測(cè)結(jié)果?？梢钥闯觯捎谛蜕暗暮嗔亢陀行敛▌?dòng)大，導(dǎo)致型砂性能的波動(dòng)也大，灰色區(qū)域表示該性能小于平均值。

2.3 粉塵加入量對(duì)型砂性能的影響

為了穩(wěn)定型砂性能，根據(jù)客戶(hù)提供的生產(chǎn)用砂配方，在實(shí)驗(yàn)室模擬了粉塵加入量對(duì)型砂性能的影響。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4.

從表4 可以看出，粉塵加入量為舊砂質(zhì)量的1%時(shí)，型砂的各項(xiàng)性能也能滿足要求[9]。

3 含泥量對(duì)鑄件質(zhì)量的影響

含泥量穩(wěn)定是型砂水分穩(wěn)定的保障，能減少鑄件產(chǎn)生砂眼和夾砂的風(fēng)險(xiǎn)[10]。含泥量過(guò)低，型砂的保水物質(zhì)含量低，型砂在輸送過(guò)程中和待澆注前水份損失快，容易產(chǎn)生砂眼缺陷，再者，由于含泥量低，型砂容易產(chǎn)生膨脹類(lèi)缺陷；型砂含泥量過(guò)高，型砂的透氣性低，耐火度低，生產(chǎn)的鑄件容易產(chǎn)生氣孔和粘砂缺陷。

如：GMC 生產(chǎn)雪佛蘭缸體型砂的含泥量為9%[11]～11%[12].Hofmann 調(diào)查歐洲四家鑄造廠氣沖造型用型砂分別為12.7%，13.5%，14.5%和15.5%.德國(guó)Meinheim 的John Deere 工廠的三種型砂含泥量的控制指標(biāo)分別為10.0%～12.5%、11.0%～13.0%和11.0%～13.5%；Luitpold 鑄造廠生產(chǎn)大眾汽缸體型砂為12%～13.5%[13]；日本三菱自動(dòng)車(chē)的SPO 線型砂管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定含泥量為12%～14%等[1]。大多鑄造廠采用高密度造型生產(chǎn)鑄件時(shí)，型砂含泥量控制指標(biāo)要求在9%～13%之間。從圖1 可以看出，含泥量越高，達(dá)到相同緊實(shí)率的水份范圍越廣，說(shuō)明型砂的保水性越好，鑄件產(chǎn)生砂眼的傾向越小。

從圖2 可以看出，型砂的高溫強(qiáng)度，干拉強(qiáng)度，熱濕拉強(qiáng)度，熱抗壓強(qiáng)度，濕壓強(qiáng)度等均與型砂水份有關(guān)。其中，熱濕拉強(qiáng)度和濕壓強(qiáng)度受水份的影響最大，一般隨型砂水份的增高而降低。通過(guò)補(bǔ)加粉塵穩(wěn)定型砂水份是生產(chǎn)高質(zhì)量鑄件的關(guān)鍵控制手段之一。

表3 型砂性能[6]

表4 試驗(yàn)室模擬配方及型砂性能

圖1 含泥量與水分敏感性的關(guān)系[14]

4 成本分析

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每回用2 kg 合格粉塵可以降低1 kg混配粉耗量（或0.6 kg 膨潤(rùn)土和0.4 kg 煤粉），某鑄造廠每碾混6 000 kg 舊砂，每碾粉塵加入量為22 kg，每碾節(jié)約11 kg 混配粉，混配粉單價(jià)為含稅14 元/kg，按每天單班100 碾計(jì)算，月產(chǎn)天數(shù)為22 天，則月節(jié)約混配成本為33 880 元，每年節(jié)約40 余萬(wàn)。

5 結(jié)論

圖2 澆注過(guò)程中型砂受熱示意圖[15]

1）有效成分大于50%，鐵粉含量小于1%，水份低于6%的粉塵定義為合格粉塵；

2）利用合格的粉塵能穩(wěn)定型砂水分[16]，減少鑄件因水分波動(dòng)產(chǎn)生的砂眼和夾砂缺陷；

3）合理利用粉塵能降低鑄件的生產(chǎn)成本[17]，降低固廢處理費(fèi)用，能推進(jìn)鑄件綠色化。