實現鑄造原砂循環利用的工藝技術及應用

青島四八零八廠 （山東 266001） 熊星之

我國“十二五”規劃綱要提出：要大力發展循環經濟，從源頭和全過程控制污染物的產生和排放，工業固體廢物綜合利用率要達到72%；要建設節水型社會，大力推進再生水的利用，實現廢水的循環使用；要開發和推廣循環利用零排放技術及典型模式。

我國鑄造業是一個產生大量廢砂類固體廢物的重點行業，按照“十二五”規劃的要求，未來幾年，我國眾多的大小鑄造廠家要面臨嚴峻緊迫的減排形勢，不達標的企業只有一條出路：退出市場。因此，實現鑄造廢砂的再生利用是一個急需解決的問題。

如果采用低于鑄造原砂成本的辦法來實現再生砂循環利用，則不僅能使企業實現減排達標，而且能降低鑄造用砂的使用成本，達到“一舉三得”的效果。筆者通過自己的鑄造實踐，摸索出一條成本低又簡易的鑄造舊砂循環利用的路子，下面將其已成功實施的主要技術、典型應用及效益介紹如下。

一、實現鑄造舊砂循環利用的主要技術

1. 采用水玻璃基型砂為造型材料

水玻璃基型砂由原砂與水玻璃基粘結劑混制而成。水玻璃基粘結劑由改性水玻璃與多功能潰散劑組成，改性水玻璃是將一定規格的普通水玻璃經環保活性劑處理而成。多功能潰散劑是一種多組元表面活性劑溶液。其型砂可經二氧化碳吹入瞬硬，也可通過接收熱能或微波而硬化。由于改性水玻璃中的活性劑會形成高分散度的骨架結構，能限制水玻璃凝膠膠粒長大而細化，又由于多功能潰散劑具有極好的潤濕性，在較短的混砂時間里使每顆砂粒包覆上一層均質的溶液薄膜，其能形成氫鍵結合，產生很強的粘結力，提高型砂的常溫強度。這樣，在二氧化碳硬化的條件下，只需加入占砂重3%～4%的改性水玻璃及占改性水玻璃量1/3的多功能潰散劑，就可使鑄型具有很高的強度和剛度，以抵擋球墨鑄鐵件凝固表層的變形、脹大，從而為實現球墨鑄鐵的無冒口鑄造創造了鑄型條件，并能有效提高鑄件的尺寸精度。在高溫下，由于改性溶液中的有機組分因揮發、燃燒，使水玻璃粘結膜中產生氣泡、縫隙，而當型砂冷卻時，改性溶液中的無機組分會析出對粘結膜產生破壞、割裂作用的晶相，且其熱膨脹系數遠大于硅酸鹽水玻璃，從而產生較大應力，導致粘結膜開裂；又由于在高溫時，多功能潰散劑中各組分會劇烈分解，促使水玻璃粘結膜進一步割裂，而其殘留灰分還能降低熔融水玻璃對砂粒的侵潤性，這樣使型砂又具有良好的潰散性和回收性。由于水玻璃基型砂比傳統水玻璃砂大幅度降低了水玻璃加入量，而其舊砂中的大部分殘留水玻璃又易通過濕法再生溶入水中，能使再生砂內氧化鈉含量達到可作單一砂的范圍，污水又易經處理循環利用，這為鑄造廢砂、廢水零排放創造了條件。

2. 水玻璃基型砂工序控制

（1）混制 按水玻璃基型砂配方，可采用連續混砂機或輾輪混砂機混制。

（2）造型 手工操作，采用頂箱或漏模及可拆砂箱進行造型，上下型用砂塊方式定位。

（3）制芯 ①砂芯采用芯盒手工制作。②生產量大時，采用射芯機制作。

（4）硬化 ①二氧化碳瞬硬。采用壓板充氣，其整型硬化速度快，簡便易行。②電加熱硬化。采用熱芯盒或進烘干爐加熱硬化，可減少水玻璃的加入量。③微波加熱硬化。其加熱均勻，速度快，水玻璃加入量可降低到2%左右。

（5）噴涂 為防鑄鐵件粘砂，提高鑄型、砂芯表面的耐火度，采用噴涂方法，涂上一層醇基快干涂料，其速度快，涂層均勻，成本低。

3. 舊砂濕法再生

其工藝流程為：舊砂經磁選、破碎后進行攪拌水洗，砂水分離后，舊砂經曬干或烘干回用，污水經處理后循環使用。其具有設備簡單，投資少，再生回收率高，再生砂質好，成本低，以及環保性好等特點。

4. 污水處理

其基本原理是：針對污水呈堿性，通過加酸調節pH值，再針對污水中存在的大量懸浮物，通過加相關藥劑，使其凝絮沉淀，從而使污水變為可循環使用的清水。其具有處理水質好，成本低，以及設備簡單等特點。

二、典型應用

應用案例1：某年產3000t球墨鑄鐵閥門鑄造廠，采用水玻璃砂二氧化碳瞬硬工藝，舊砂全部濕法再生，單班作業，每天再生舊砂20t，產生污水30t，其有關設備及相應設施如下：5kW磁選輸送機一套，8kW破碎機一臺，12kW臥式攪拌水洗機一套，10m×10m×1.2m清水、污水池各一個，4m×2.2m×2m中間處理池兩個并排相連，3m×3m×1m沉淀泥砂池一個，0.5kW清水、污水泵各一臺，0.5kW攪拌機兩臺，再生舊砂曬干地面1300m2（約兩畝）。

應用案例2：某年產10 000t鑄鐵件廠，采用傾斜式連續攪拌洗砂機，每小時洗砂5t，其余設備同上。

三、應用效果

以應用案例2為例，該廠原采用樹脂砂工藝，2007年引進上述技術至今，取得了如下效益。

（1）鑄件質量達到和超過樹脂砂的水平，消除了過去用樹脂砂鑄造常產生的鑄件表面波紋狀缺陷。

（2）鑄型采用噴涂機噴涂快干涂料，生產率高，鑄件表面質量好。

（3）用造型機造型比手工造型澆注的鑄件質量高。

（4）目前，公司每天濕法再生砂約100t，曬干砂的再生成本約20元/t，配制的水玻璃基型砂成本不超過100元/t，比原樹脂型砂成本約200元/t降低50%以上。

（5）由于公司安裝了低溫絕熱氣槽，可使用噸價只為數百元的液態二氧化碳，比普通瓶裝價降低50%以上，而且運輸和使用安全。

（6）實現無箱造型，省去砂箱及堆放場地。

（7）鑄件的綜合生產成本大幅低于樹脂砂，不高于濕型砂。

（8）應用5年多來，未添置新砂，實現了廢砂、廢水零排放。

（9）工人勞動環境大幅改善，消除了樹脂砂產生的令人難聞的有害氣體，受到操作工人的普遍歡迎。

四、體會和建議

結合當今鑄造生產領域的情況，筆者認為，一項有應用和推廣價值的鑄造技術，應當具備三個基本條件：一是能保證有好的鑄件質量；二是能降低鑄件生產成本；三是能有綠色環保的社會效益。依照這三條，筆者感到上述實現鑄造原砂循環利用之工藝技術，具有應用和推廣的價值。

目睹許多工廠引用這項技術的過程，筆者深深體會到，在應用鑄造新技術時，實踐者也應當具備三個基本條件：一是做對新技術敏感的有心人；二是有克服強大習慣阻力的決心；三是在學習應用中有靈活創新的精神。在應用過程中，要結合企業自身的實際情況，有計劃、有步驟、扎實地從點到面，從初步到深入，從局部到全面地進行，同時，能進行認真細心的分析總結并不斷完善，這樣，就能很快將新東西學到手，且會在實踐中不斷創新和提高，為企業帶來更多的經濟效益，并造福社會。在此，熱忱歡迎對該項技術感興趣的同行們來交流、實踐，并共同提高。