酯硬化新型水玻璃砂無加熱干法再生的實踐

周祚超

（秦皇島秦冶重工有限公司，河北 秦皇島 066004）

上個世紀末，在鑄造業酯硬化新型水玻璃自硬砂工藝，因其對鑄鋼件裂紋傾向小、鑄件清砂容易、舊砂具有較好的再生效果等多方面的優點，被越來越多的鑄造企業所采用。隨著鐵道列車提速，對列車鑄件的探傷要求越來越高，機車車輛配件的生產首先采用了這一工藝。閥門行業因其鑄件內腔收縮容易產生裂紋、清砂量大，也先后進入這一工藝行列。節能減排的呼聲，使更多企業的高管看到了這一工藝的優勢所在。然而，關于舊砂加熱再生的問題，一直是鑄造機械廠和鑄造生產廠十分關注的問題。關注的焦點在于——再生砂加熱的必要性和加熱后冷卻帶來的一系列問題的討論。同時，對于采用何種水玻璃更易于再生，何種再生機效果更好，Na2O殘留量上限到底應該控制在多少等問題引起更多的討論。對于一個設想采用酯硬化新型水玻璃砂干法再生工藝的新建設鑄造廠決策者來說，不是一個簡單的抉擇。第一步，確定舊砂再生是否采用加熱手段？第二步選擇什么樣的再生機？大量的考察結果表明：大部分大、中型企業鑄造廠，選擇了天然氣爐加熱再生的工藝方案，為了滿足加熱后的冷卻，有的鑄造廠還配備了冷凍機組。與此不同，自2001年，本人開始從事酯硬化新型水玻璃砂工藝以來，建設了無加熱再生砂處理線2條，并進行了高Na2O殘留量再生砂的生產實踐探討。

1 新型水玻璃、有機酯的特點與選用

1.1 新型水玻璃、有機酯的特點

1.1.1 加入量少，型砂強度高

目前市場銷售的改性新型水玻璃，加入量2%～3.5%可滿足任何鑄件造型的要求。可在連續混砂機程序上設置不同比例檔位，小芯子、小砂箱造型可用較低的水玻璃加入量；大芯子、大砂箱以及箱帶不全，容易塌箱的砂箱可適當提高水玻璃的加入量，可以提高型砂強度。

1.1.2 品種多，可以根據需要任意勾兌

水玻璃和有機酯各有4種型號供選擇，對不同的氣溫易于調整可使用時間。這是新型水玻璃、有機酯的最大優點。

1.1.3 對高Na2O舊砂可容易地控制可使用時間

一般地，對低Na2O舊砂的混砂操作并不感到困難。但是，對高Na2O舊砂如何容易地控制可使用時間是很重要的。只是需要認真的人精心操作罷了。應該說是技術問題，也是管理問題。

1.2 新型水玻璃、有機酯的選用

市場上新型水玻璃、有機酯選用，應該認真考察使用單位的條件，并結合本單位的舊砂再生設備現狀選擇材料的供方。由于水玻璃在制作時，一般有4種型號：CS-10；CS-20；CS-30；CS-40。 有機酯型號：1#；2#；3#；4#。各型號的硬化速度不同。水玻璃和有機酯型號數字越大，可使用時間越長。感到不滿意還可以任意比例混合。比如：單純用CS-20的水玻璃感到可使用時間短一些；而單純用CS-30的水玻璃感到可使用時間長一些；那么，兩者可按合適的比例混合。就可獲得滿意的可使用時間。有機酯亦然。

選用混砂機時，要求供方設計雙液料系統，如果現有的連續混砂機不是選擇雙液料系統，建議增加一套液料系統。生產過程中，雙液料筒內液料型號不同，固化快慢不同，可十分方便地切換供料系統，得到滿意的組合配料。以此應對由于晝夜溫差大帶來的可使用時間的變化。應該指出：不同的地域、不同的季節、白晝黑夜調整水玻璃型號是非常關鍵的。取得經驗是很重要的。因為任何別的單位的條件很難和本單位的條件完全相同。如舊砂的Na2O殘留量就是很重要的參數。

2 再生舊砂的特性與監控

2.1 要正確認識舊砂中Na2O殘留量

舊砂再生后Na2O殘留量幾乎成為評價再生效果的唯一依據，一般認為舊砂再生后Na2O殘留量應低于0.5%，否則，利用舊砂混制的酯硬化水玻璃砂的性能將無法滿足工藝要求，為此，加熱再生成為行業議論的核心。10年來的實踐，讓人感到這一認識的不妥。本人的親身經歷實例1工藝：舊砂經破碎機——振動輸送——斗提機——砂斗——斗提機——磁選——兩級離心再生——3級風選——斗提機——砂溫調節——砂斗——混砂機。再生效果不是很好，Na2O殘留量不斷升高，歷經90d不加新砂，Na2O殘留量高達1.1%，生產正常進行。本人親身經歷實例2工藝：舊砂經落砂機——輸送——斗提機——砂斗——破碎機——磁選——斗提機——兩級離心再生——13級風選——氣力輸送——砂斗——氣力輸送——空中加砂站——混砂機。由于再生效果較好，歷經190d不加新砂，燒結不能破碎砂除外，舊砂完全再生回用。Na2O殘留量穩定在0.71%以下，生產正常進行。直到撰稿之日，這種工藝還在繼續。又是一個難以置信。事實證明：殘留Na2O不是人們想象的那樣壞，也沒必要非弄到0.5%以下，而在于如何控制水玻璃、有機酯的型號，保證型砂的強度和可使用時間。Na2O殘留量高對鑄件表面質量有影響，這是不能否認的，完全可以通過選擇好的涂料和正確的涂刷工藝來彌補。有人問，如此高的Na2O殘留量能夠滿足可使用時間的要求嗎？答：當然。上面的實例并不是推薦全部采用舊砂。以上兩例是在沒有新砂的條件下的特例。事實上，新砂是要正常補充的。

2.2 舊砂再生效果監控和水玻璃、有機酯適時調整

舊砂再生的效果很重要，但最關鍵的是對效果進行監控，還要對氣溫變化做到心中有數。進而選擇能夠滿足工藝可使用時間的水玻璃、有機酯型號。

3 再生機的選擇

舊砂再生的效果與所選擇的再生機類型及工藝過程關系很大。某單位選擇了舊砂加熱爐，配備了搓擦再生機，但再生前后Na2O殘留量減少值很少，而且再生后的砂子存有多個砂粒粘接在一起的小塊，沒能達到預期的目的。無論如何，搓擦再生機對舊砂再生效果的不均勻性是比較嚴重的。這是其結構原理所決定的。新型的離心再生機應是首選。砂層厚度可控，13級風選。其再生效果好于其他類型的再生機。另外，維修工作量小，一般半年更換一次耐磨件。

4 原砂的選擇

上述的原砂均來自福建東山、平潭一帶。30/50目水洗砂。

5 結 論

1）對酯硬化新型水玻璃舊砂再生，在無加熱2級新型離心再生機，13級風選條件下，華北、東北地區Na2O殘留量可穩定在0.71%左右的水平。除了燒結的廢砂以外，可破碎舊砂實現了完全再生回用。

2）使用較高Na2O殘留量的再生砂，采用新型水玻璃和適宜型號的有機酯調整，完全可滿足型砂強度和可使用時間的雙重要求。

3）對于夏季潮濕的地區，在夏季到來之前，最大限度地壓縮舊砂庫存量，等到夏季到來時，可采用加一定比例的新砂的辦法，適當增加再生砂的庫存量。夏季過后，減掉新砂，采用全舊砂工藝。

4）高Na2O殘留量再生砂，對鑄件表面質量有一定影響，但絕不是無法解決。實踐證明：采用面砂或合理的涂料涂刷工藝完全可以解決。

［1］朱純煦，盧晨，季敦生.水玻璃砂基礎理論［M］.上海：上海交通大學出版社.