发布时间 : 星期二 文章砂处理工艺 - 图文更新完毕开始阅读52cbe0154431b90d6c85c7d3
2.5 煤粉的加入量
国外铸造工厂一般近似地用含碳量、灼减量、挥发分来估计型砂中煤粉是否足够，而不能得出具体的有效煤粉量。德国铸造行业习惯将煤粉等铸铁件抗粘砂材料称为“光亮碳形成材料”。Egen推荐用与膨润土烧损系数类似方法表示光亮碳形成材料的烧损系数。Mettmann工厂测得光亮碳形成材料烧损系数是0.14~0.27 kg /碳%/ 100 kg铁。即光亮碳形成材料烧损系数（AC*）= 0.14~0.27。德国KHD铸造厂生产曲轴箱、汽缸盖等铸件，测得灰铸铁件的光亮碳形成材料烧损系数AC*为0.45~0.55，球铁件为0.35~0.45。
考虑到批料中煤粉总加入量除了包括替代被烧损的煤粉量以外，还包括需要使其它新加入材料也达到同样有效煤粉含量的额外加入量，总的加入量计算公式如下：
c ? C ? [0.01 ? (SN ? SK ? b) ? AC*]
式中：c ??? 光亮碳形成材料总加入量，单位为kg / 100kg铁；
C ??? 型砂中含碳量设定值，%；
AC* ??? 光亮碳形成材料烧损系数，kg / 有效碳% / 100kg铁。 b ??? 膨润土补加量，单位为kg / 100kg铁； SN ??? 原砂加入量，单位为kg / 100kg铁；
SK ??? 流入旧砂中的溃散砂芯量，单位为kg / 100kg铁
按照上式计算是比较烦琐的，而且型砂中光亮碳形成材料含有量的测定并非易事。实际上国内外一般铸造工厂都没有测定型砂的光亮碳的形成量的条件。通行的办法是根据材料品质不同，将煤粉加入量与膨润土加入量规定成一定比例，使煤粉的加入量随膨润土的补加量而异。例如有些工厂的优质和高效煤粉补加量是优良品质膨润土补加量的1 /2.5～1/3。
德国铸铁行业将煤粉等抗粘砂材料称为光亮碳形成材料显然不够妥当。在我国铸造生产中，虽然绝大多数湿型铸铁工厂使用煤粉做为防粘砂加入物。但是煤粉防铸铁件粘砂的作用不仅是由于形成光亮碳。而且在很多手工生产小铸铁件工厂中，采用的办法是在湿砂型的型腔表面刷或抖干态土石墨粉；还有大量生产汽车铸铁件工厂用α–淀粉替代煤粉。这两种材料都不能生成光亮碳，铸件表面品质良好。所以不应以光亮碳形成材料的称呼代替煤粉。我国大多数铸造单位都是用发气量测定仪来检测铸铁用湿型砂中有效煤粉量。检查型砂在浇注前后的有效煤粉量变化就可以得出煤粉的烧损率。
2.6计算机控制膨润土和煤粉加入量
如前所述，混砂加水的自动控制已经解决。但是对于膨润土和煤粉的混砂批料加入量，我国绝大多数铸造工厂仍然是靠“试错法”来人工调整，因而导致型砂性能经常波动。为了使型砂品质稳定和生产成本降低，人们开始试图采用计算机技术解决这一难题，为此探索性地进行了一些从混制型砂过程中测得强度来控制膨润土加入量。由于不能用仪器自动检测型砂中的有效煤粉含量，因而只能参照膨润土加入量的一定比率确定煤粉加入量。 2.6.1 膨润土加入量自动控制
如前所述，国内外有些研究和制造单位利用混制型砂湿度自动控制的装置，增添型砂强度（包括抗压、抗剪、劈裂强度，或砂型强度中的一种）测定项目，使成为多功能在线型砂性能检测仪。在混砂的同时，除了依靠测得的湿度自动控制本批型砂的加水量以外，还测定出型砂湿态强度值。将测定结果传输到控制室的计算机中，将型砂的湿态强度实测值与预先规定的目标值相比较，由计算机算出批料配方中膨润土应有的加入量。如果测得强度低于预期值，就立即向混砂机补充添加膨润土，并且更改计算机程序中设定混砂的膨润土加入量。但是膨润土的分散和包裹砂粒比较费时，即使紧实率保持不变，加入膨润土后型砂湿态强度会随着混砂时间的延长而缓慢变化。混砂机的工作周期时间有限，在有些工厂中甚至混砂完了时膨润土仍未充分发挥出粘结强度。所以从正在混制的型砂中取样测得还在变化的湿态强度作为本批型砂是否需要继续补加膨润土的根据是近似性的。因而有的自动控制装置对混制完成后的型砂取样测定湿态强度，计算出的膨润土补加量用来调整下一批型砂的批料加料设备，使以后混制出的型砂具有设定的湿态强度性能。不过，即使如此所测得的湿态强度也有可能只是发展中的强度，并非合理的应有强度。
国外有的单位研究由型砂湿态强度在混砂过程中的变化趋势建立起数学模型，预测出最终的湿态强度和紧实率，从而用来确定本批型砂所补加的膨润土和水是否已够，并确定本批型砂所需要的继续补加量。这样办法还有待进一步研究和发展。
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2.6.2 湿型砂的“预防控制”
用同一型砂系统分阶段生产多种厚薄、结构和重量相差悬殊的铸件时，膨润土和煤粉的烧损明显不同，溃散砂芯混入量也不相同。为了防止型砂性能过分波动、铸件缺陷增多和节约附加物的用量，国外有些铸造工厂开始重视型砂品质的“预防控制”（或称为型砂品质的“平衡控制”），实质上是“混砂批料的预防控制”。其要点如下：
⑴通过大量试验得出各种铸件（或各组类似铸件）的膨润土和煤粉的损耗量、溃散砂芯流入量、除尘损失量。
⑵根据公式计算出这些铸件混砂的原砂、膨润土和煤粉加入量。也可以根据该铸件在生产期间的物料消耗量调查出实际补加量。
⑶根据生产计划所安排的铸件模板号，利用计算机来自动控制混砂机不同的批料配方。
⑷在开始阶段使用型砂实验室仪器或多功能在线检测仪检验型砂性能是否符合设定值，如有需要就修正附加物加入量的计算公式。
关于⑶中利用计算机来自动控制混砂机批料配方的具体做法有两种，可以用德国Harzer铸造厂的混砂机批料配方预防控制为例子。该厂曾经使用“背包袱控制法（Huckepack-Verfahren）”，可以理解为“叠加控制法”，即预先将计算出的膨润土和煤粉补加量加入到生产该铸件的型砂中，提前补足附加材料的烧损，使落砂后回用旧砂中各种材料含量基本稳定不变。这种办法比较容易实现。但该厂经使用后发现虽然回用旧砂的有效膨润土和煤粉量相当稳定，而造型用型砂的有效膨润土和煤粉实际含量超过了目标值。高膨润土和煤粉量导致型砂含水量增高，混砂效率下降，型砂中团块增多，流动性变差，极端情况时产生爆炸粘砂。后来改用“随砂箱控制法（kastenbezogen Steuerung）”，即每一箱铸件落砂前，自动将砂箱中模板号、铁水量、浇注与否等信息通告给控制系统，由造型材料平衡计算机存储的砂箱信息中自动查出该铸件回用旧砂的各种材料损耗量、芯砂流入量。并且自动计算出混制型砂所需膨润土、煤粉和原砂等材料的补加量。计算机将这些数据存储起来，等待一段时间间隔后，当该批旧砂开始送到混砂机中时，按照计算出的膨润土和煤粉的补加量自动控制加料。同时混砂机加水设备在此阶段中将本批型砂调到要求湿度。该厂采用此控制系统后，型砂中有效膨润土和煤粉量稳定在设定的目标范围内。铸件缺陷减少，表面品质良好。取样检验频率由每日6次减为4次。
用计算机预先得出混砂批料加入量的自动控制型砂品质的方法是比较理想的。但是并非适用于各种铸造工厂。如果铸造厂中一个砂系统所供应的造型线只生产单一（或近似）品种的铸件，就无需采用计算机进行混砂批料配方的预防控制。如果一个砂系统供应两条或多条造型线各自生产多种结构不同的铸件，用计算机预防控制的难度极大，也不适宜贸然采用。还应当注意到各种参数并不能简单套用资料中给出的数据。例如同样重量和壁厚的两种铸件，一种无或少砂芯，铁液热量基本上全部作用到型砂；另一种铸件的内外表面大部分由砂芯形成，铁液只接触小部分型砂；生产这两种铸件时，不但芯砂流入量极其悬殊，而且膨润土和煤粉的烧损系数也大不相同，不能单纯用铸件重量计算出膨润土和煤粉的烧损量。由于各厂所用原材料的品种不同，造型和砂处理工艺条件也不全相同，必须逐个铸件进行各种参数的具体测定。此外，实行“背包袱法”计算机管理的控制目标只是保证旧砂性能稳定而预先多加膨润土和煤粉，不如“随砂箱法”合理。但是如果旧砂仓挂料和不能保证“先进先出”就难以确定旧砂循环回用的周期长短，也就不能准确判断进入混砂机的旧砂来自哪种铸件。
从保证型砂质量和铸件质量出发，即使暂时不用计算机预防控制混砂批料加入量的铸造工厂也应该测定出本厂生产各种铸件的膨润土、煤粉烧损率和芯砂流入量。从而可以更准确地判断铸造该种铸件的原材料合理加入量。如果所生产的铸件种类多和结构不同，也可以采取简化办法将铸件分为若干
小组，分别确定该组的各种参数。试行后定会提高型砂和铸件品质，也将会节约型砂原材料的消耗量。
2.7 废砂排出量
国内外的湿砂型铸造工厂不断地生成需要扔掉的废砂（包括粉尘）是不可避免的。从一个铸造工
厂的原砂加入量（包括混制型砂和砂芯砂时加入的原砂）就能知道需扔掉多少废砂。因为进入工厂的砂量与排出废砂量是基本相等的。换句话说，向砂系统加入多少东西，就需要排出多少东西。排出废砂多，就必须多向砂中加材料。废砂对环境的保护、人们的生活成为公害。
在国外的一些工业化国家中，很多铸造工厂近处堆积废砂的废料场地都已堆满，必须花费大量运输费用将废砂运送到远处。此外，不少工业化国家的环保条例越来越严格。为了保护水源，对固体废弃物的成分有专门限制，废料场不但收费而且需上税。结果是扔掉一吨废砂比买进一吨原砂还贵的多。美国通用汽车公司在北美的铸造工厂每年购入原砂65万吨。原来所用的西密歇根沙丘已然枯竭。就近的废砂堆积场已满，必须将废砂运至远处抛弃，而且政府的法规使丢弃废砂的费用大大增高。买新砂
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价格每吨＄10～20，将废砂送至远处扔掉则需＄30～85。依里诺州1991年统计220家铸造厂一年生成废砂80万吨，其中92.3％为湿型砂的废砂。州当局警告到1994年就没有抛弃废砂地可用。
我国目前的环保规定还比较宽松，对于远离大型城市的中小铸造厂可能暂时还没有遇到抛弃废砂的困难，而大型铸造工厂大多已经感到废砂场地不足的问题。但未来很有可能逐渐变得严格。因此也需要研究废砂的生成来源，如何减少废砂，如何利用废砂。 2.7.1 废砂的来源和减少措施
湿型砂铸造工厂产生废砂是不可避免的，但是各厂的废砂排出量并不相同，有的工厂砂系统每循环一次排出废砂占总砂量不足10%，而有的工厂竞然高达30%，区别在于各工厂具体生产条件不同，影响废砂量的因素也不相同。但是应该进一切努力减少废砂。总的原则是拿旧砂当做宝贝，而不是垃圾，要爱护一颗一粒的砂子。也还要充分利用回用旧砂，尽量减少其它材料的加入量。以下具体讨论废砂是怎样形成的，以及采用何种措施减少废砂的生成。 2.7.1.1大砂块
用挤压造型等无箱型生产小件的铸造工厂，通常使用滚筒落砂机或滚筒落砂冷却机。砂型进入滚筒体内随筒体旋转到一定高度时，靠自重落到筒体下方，在相互间不断撞击和摩擦作用下，砂型与铸件分离并顺着螺旋片方向到达筒体栅格部分进行落砂。滚筒落砂机能够破碎砂块和砂团，即使型砂湿强度较高，砂型紧实度高，落砂后的旧砂基本上都能够全部回用。这种滚筒落砂机外形比较大，国产8150型筒体长度12630mm，筒径φ2000mm和φ2600mm，生产率铸件5~6t/h，型砂25~30t/h。也有个别工厂受厂房面积限制，希望减小落砂机尺寸。例如天津郊区一家用挤压造型生产
冰箱压缩机铸件厂，自制一台小型滚筒落砂机，直径约只φ800mm，长度约6000mm，使用后发现筒内铸件和砂块不能形成跌落、撞击和磨擦，砂块不能破碎，只好将筒拆除。
生产薄壁和中等大小铸件时，为了防止铸件损坏只能用惯性振动落砂机，或惯性振动输送落砂机。经常遇到的问题是砂块不能完全破碎，只要型砂強度稍高或紧实硬度稍大，就会出现大量砂块停留在落砂栅格上不肯通过而被扔掉。高宻
图11 S524型振动度大砂型的边角未受到铁液的热作用更难破碎。北京某液压件铸造厂的高压线砂型
破碎机示意图 落砂后出现大量砂块随铸件被鳞板输送机运至清理工部，只好人工破碎后用手推车
运回，但仍然有一些旧砂块当做废砂被扔掉。应当在选用设备时选择栅格长和激振力强的落砂机，例如国产L254落砂机长度6160mm就比长度只3060~5082mm的砂子振碎通过栅格的机率更多些。即使如此，高强度高密度砂型落砂时，仍会有砂块跑掉。有人提出可以在落砂栅格上吊挂一排重型铁链或铁快，阻掉砂块向前自由运动，可以延长在振动输送落砂机上的停留时间。另一办法是在铸件尺寸精度允许条件下，尽量降低型砂湿压强度和紧实程度。湿压强度140~160kPa和砂型硬度85~90°能够浇注出合格铸件，就不必将湿压强度提高到图12 HLD型振动破碎机 180~220kPa和砂型硬度达到95°。如果仍不能使砂块破碎，可以采
用振动破碎机将砂块粉碎成细砂粒。图11为一种国产砂块破碎机示意图，图12为df公司的破碎机简图。这两种破碎机原本使用于树脂自硬砂的，完全可以用来破碎湿型砂大砂块。 2.7.1.2 砂芯
很多工厂都要求将溃散砂芯做为废砂扔掉；认为未烧枯的砂芯头更是有害之物，必须扔掉。因而打箱落砂时的砂芯成为废砂必然的组分。这是因为溃散砂芯的混入使型砂性能变散和脆。但是溃散砂芯还有优点：能够补充砂粒损失。对铸铁件来说，能够协助煤粉来使铸件表面光洁。为了解决溃散砂芯堆型砂性能的不利作用，可以采取的措施是：将混砂时间延长一些；稍微多加少许膨润土；加入少量α-淀粉。以上三个措施中任何一个都是行之有效的。至于砂芯头的利用也是可能的。如果将砂芯头破碎成散粒，也可以混制湿型砂。散粒芯头含有一些未烧掉的粘结剂也并不会形成气孔缺陷，通常树脂自硬砂的旧砂再生后灼减量允许不超过3.5％，砂芯头的灼减量肯定低于这个数值。而且经验表明，湿砂型铸件产生侵入气孔缺陷的原因主要是由于砂型的通气孔和排气冒口不足、砂芯通气孔道分布不良和被堵塞、铁液温度过低引起的。除非型腔表面有露出的潮湿的未破碎心头，型砂发气量大些也不会出现侵入气孔缺陷。用于破碎树脂砂块的设备有多种，图11和图12为两种应用较多的机型。 2.7.1.3 粘附在铸件上的砂子
在铸件表面上粘附的砂子需要拋砂清理才能掉下来，清理下来的砂子都是做为废砂扔掉。粘附砂子的原因可能是型砂粒度粗、透气性高、砂型紧密程度不足、浇注温度高，铁液钻入型砂颗粒之间的
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空隙中形成轻重不同的机械粘砂。也可能是由于铸铁型砂中有效煤粉量不足造成的。例如广东某冰箱压缩机厂的挤压造型铸件表面完全被砂子包裹，经过履带拋丸清理机后才露出完全不粘砂的表面。估计原因就是型砂中加入的煤粉量不够多。山东某厂生产出口汽车刹车鼓和刹车盘，使用内蒙原砂，但不加煤粉或仼何防粘砂材料，铸件表面有一层粘砂，靠拋丸清砂和全部表面机械加工去除铸件表面的砂子。另外，河北某厂挤压造型的铸件表面平日没有不良现象，但有一次突然发生铸件表面被砂包裹，估计原因是所用膨润土活化过度，含有大量碳酸钠熔剂，引起热粘砂。一般中小铸铁件的型砂中只要含有足够的有效煤粉，可以保证在铸件的绝大部分表面上没有粘砂。可能只是个别局部由于砂型紧密度不够，还有极少量粘砂。曾见到河南某厂手工造型生产约50～60kg中等铸铁件，落砂后只用钢丝刷清理就能使铸件露出光洁表面。估计该厂在型砂中加入了大量煤粉。有些湿型铸造工厂生产一、二百千克以上的大铸件，因铁液压头高而出现表面粘砂缺陷，下型表面粘砂可能性更大。可以在下型或整个砂型表面喷醇基涂料，点燃后即可合型浇注。但须汪意涂料是专用的，涂层强度需与砂型强度匹配，而且必须型腔表面整体喷涂，否则可能产生夹砂缺陷。
黄河沉积砂的SiO2含量较低，大约仅有80％左右，用来生产较薄中、小铸铁件通常并无粘砂缺陷。但是生产稍厚铸铁件或较高浇注温度时，铸件表面可能包覆着一层烧结砂，这是原砂熔点低造成的。但铸件表面并不形成牢固的机械粘砂，容易清理掉露出铸件。然而这层烧结砂层都做为废砂扔掉。山西某刹车鼓铸造工厂使用附近山砂，也是一种低SiO2含量原砂，废砂量占造型用砂量的20％以上，也遇到废砂堆积地不足的困难。因此，选择使用当地原砂生产厚大铸件时，应注意其SiO2含量和熔点。研究表明，SiO2含量降低5％，其烧结点大约下降50℃。因此，当前普遍要求提高浇注温度时必须考虑原砂的烧结点是否显得太低。美国工程师认为生产汽车、拖拉机铸件的原砂SiO2含量应当在96％左右，其根据是美国汽车铸造工业所用密歇根岸砂的SiO2含量。德国工程师认为原砂SiO2含量应当在99％左右，其根据是该国用的Haltern和Frechen原砂。但是我国东北和华北生产汽车、拖拉机铸件的铸铁工厂愿用SiO2含量88～92％的内蒙风积砂，效果良好。这有可能是型砂所含有煤粉也有助于防止砂粒烧结。 2.7.1.4 溢流旧砂
为了避免型砂中含泥量保持在一个适宜范围内，需要靠有效除尘系统适量降低泥分，更主要的是靠掺入新原砂和混入溃散芯砂来冲淡灰分和降低含泥量。如果铸造工厂装有除尘设备，生产的铸件无砂芯或只有少量砂芯，选用优质原砂、膨润土和煤粉为混制型砂原料，只需排出少量废砂就能使型砂系统达到良好的平衡状态。而有些中、小铸造工厂的旧砂含泥量很高，原砂、膨润土和煤粉的品质不好，又缺乏除尘设备，需用较多原砂对灰分进行冲淡。任何铸造工厂的砂系统总容量是都有一定限度的。根据砂系统进入多少就必须排出多少的原则，加入冲淡用原砂越多，就需要排出多量旧砂当做废砂。要想减少排废砂量，应当安装有效的除尘系统，选用低含泥量原砂，高粘结力高耐热性膨润土，低灰分高抗粘砂效果煤粉。
生产发动机汽缸体类多砂芯的铸造工厂常遇到混入旧砂中的溃散砂芯多，其量已经超过补足砂粒损失和冲淡灰分的需要。逐渐积累致使砂系统容纳不下，为了平衡总砂量必需随时排掉一些旧砂成为废砂。所排旧砂多半是不易破碎的旧砂块，这些砂块都是远离铸件没受到高温加热的优良品质砂子，被扔掉确实可惜。
2.7.1.5 撒落的型砂和旧砂
有些工厂经常把型砂堆放在车间地上，任由脚随意践踏。有些砂子粘在鞋底带往车间各处（甚至也带入办公室中）。这些被践踏的型砂在打扫卫生时都会被扔掉而成废砂。也有些工厂的车间中遍地是浮砂，从不打扫卫生。例如在江苏某乡镇铸造厂的车间內行走有如趟土。还有的工厂,在地面上砂子长年积累，越踩越硬。例如安徽某地方国营阀门铸造厂的车间中，垫高的型砂至少有半尺多厚，运送砂芯的手推车没法通过。该厂某日决定全厂大清扫，货运汽车几次运送才将大量清出来的废砂运走。实际上这些废砂原来都是能够造型的型砂。铸造工厂应当加强教育和管理，使操作工人认识到砂子来之不易，珍惜每一颗砂子，脚下不准许踩砂子。如果砂子仍然未干，可以填入砂箱当做背砂。假如砂子已失水干燥不能造型，应当将洒落砂子及时送进地下的回砂带式输送机，并将地面清扫干净。如果没有回砂皮带，就应当在工部各处放置盛砂的箱子，由叉车运到收纳旧砂的落砂机或斗式提升机，送入旧砂斗。
还有些洒落的砂子发生在运送型砂，捅箱，落砂，筛砂，冷却，回用砂砂运输，给料器，鳞板输送机??所有环节的地面、地坑、地下通道，输送器的接头处和尽端。都应该经常清扫和回收，不但避免砂子损失，而且有利于保持车间清洁卫生。曾见到我国有几家铸造工厂（例如江苏有两家使用静压造型和挤压造型的日资铸造厂）车间中极其清洁，地面上看不到砂子的痕迹。砂处理工部的楼梯和平台也同样干净。美国有一铸造工厂的砂处理工部的周围墙壁上安装有风吸送管道，有多处快速接头，用软管吸尘器将工部各处的洒落砂吸送至旧砂斗上的分离器。国内也有制造移动式工业除尘器的企业，
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