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自硬树脂砂旧砂再生设备



摘要:总结了自硬树脂砂旧砂再生处理的必要性和几种再生设备。
1、自硬树脂砂旧砂再生的含义:
  “自硬法”(NO BAKE),就是不需加热的工艺。目前经常用于铸造生产中的自硬砂工艺有:酸固化呋喃树脂砂;碱酚醛树脂自硬砂(α-set 法);酚醛聚氨酯砂(Pepset);普通水玻璃 CO2硬化;酯硬化水玻璃砂工艺;
  磷酸盐以及双快水泥等靠化学内热失水硬化等砂。
  本文侧重树脂自硬砂旧砂再生工艺及设备,主要介绍如呋喃树脂砂、碱酚醛树脂砂、Pepset 树脂砂旧砂再生。其它如有机酯水玻璃旧砂再生工艺设备另外介绍。
  不论从经济、环保角度,还是从技术角度来看,铸造树脂自硬砂的再生处理是非常必要的。一般认为自硬砂工艺用砂经浇注落砂后,金属化合物、硫、氧等各种杂质的含量增加 ,残留树脂和炭化物增多,如果不经再生处理而使用,会增加铸件废品率。

  树脂砂再生处理是一个综合的处理过程。旧砂通过再生处理后达到一定的使用要求。经验证明,过多地投入新砂并不是上策。新砂尖角多,混制型砂过程必然要较多地消耗树脂。旧砂再生处理不仅减少废砂造成的环境污染,其更主要的一点是再生过程中残留的树脂惰性膜使砂粒变得更加圆整。事实证明,由于惰性树脂膜的存在,使回用砂中的粘结剂的加入量可能减少,降低价格昂贵的树脂加入量。另外耐火度差的老化膜被除掉,残留惰性膜连续覆盖的砂粒混制出的型砂硬化后的强度会更高。因此,再生砂的颗粒圆整度、热强度以及化学稳定性是吸引我们的三个优点。有人称树脂回用砂再生处理为“磨合”过程,是很恰如其分的。国外有的厂家将补充的砂和回用砂同时均匀地送入再生系统,使具有尖角的新砂与回用砂相互混合摩擦,效果甚佳。
  目前对再生砂质量的控制主要是控制旧砂的灼烧减量,即 LOI 值。再生砂的的 LOI 值与铁液温度、树脂加入量、再生系统工作参数、新砂补充量及粒度和粉尘含量、砂铁比等因素有关。LOI 值愈。?涯ぢ视?,树脂加入量也愈高。因此,控制再生砂灼烧减量并不是指LOI 值越低越好。对强度而言,将残留并覆盖在砂粒表面的惰性膜太多去掉反而不利;对经济而言,增加树脂加入量亦不合算。
2、再生设备的选用:
2.1、树脂砂再生方法(见表 1):


表 1 几种主要的树脂砂旧砂再生方法及适用范围

  目前国内铸造行业自硬砂旧砂再生设备使用厂家约有 1000 余家,大多数以机械振动式或离心式再生为主,结构简单,便于维修及更换易损零件,也较适合我国原砂质量。采用这种软再生的方法可以更多地保留砂粒凹表面内的树脂惰性膜,因此砂粒表面光滑圆整,强度明显提高。但是,对于对原砂质量要求较高的IS0CURE 冷芯盒工艺和 PEPSET 工艺,还应在这种再生设备前设破碎装置,以去除砂粒表面的惰性膜。因此,对于不同的树脂粘结剂、不同的加入量以及现场工艺,应当区别选用不同的再生设备。
2.2、树脂砂再生设备:
2.2.1、振动破碎再生机:
  振动破碎再生机主要用于自硬砂旧砂团块的破碎。在振动过程中,砂团与砂团及砂团和机器内壁之间的相互搓擦达到团块的单颗粒化,与此同时还具有脱模、筛分、除尘的功能。该再生机结构示意图见图 1。
  此设备一般常用于落砂并经过一级磁选后的砂块破碎,满足后续再生工序所要求的小于 3mm 砂粒粒度。
2.2.2、机械离心式再生设备:
  机械离心式再生设备是一种较为成熟的成套再生设备,包括破碎、筛分和再生脱膜、抽风等,再生砂回收率≥90%。全国有几百套类似设备在运行,从使用情况来看,对呋喃树脂砂生产工艺,年产 5000t 左右机床、泵等多品种小批量的铸件生产纲领比较适宜。图 2 是无锡锡南铸造机械国民彩票的机械离心式再生装置示意图。
  机械离心式再生机工作原理:旧砂落到高速旋转的抛砂盘上,在离心力的作用下作径向加速运动,期间砂子与挡砂圈、砂子与砂子之间互相撞击、摩擦,从而使砂粒表面的惰性膜破碎脱落,并和微粉一起经抽风口排出,达到再生的目的(见图 3)。根据具体工艺要求,可选择单级或多级组合使用,还可以配置冷却分选器(见图 4)。
  整个旧砂再生系统布置灵活:可以布置在 30m2 的面积里,其整体布置单元见图 5;也可独立布置,采用气力输送装置提升旧砂,其成套再生装置布置见 6。
图1 图2
图3 图4

  离心兼双轮搓擦式 SCRⅡ再生机见图 7。该设备集离心再生、沸腾分选及冷却除尘功能于一体,是一种四位一体集约型设备。
2.2.3、搓擦再生机:
  搓擦再生机采用鼓风方式使砂沸腾,砂子在两组高速旋转的摩擦盘之间相互搓擦,达到脱膜除尘目的。尤其是在采用热法再生时,经高温焙烧的砂子直接进入该搓擦再生机,再生效果好,并且兼有冷却功能(见图 8)。
2.2.4、气力再生机:
2.2.4.1、气流撞击再生机:
图5
图 6 离心旧砂再生线
图 6 离心旧砂再生线
流再生机采用高压鼓风机使砂沸腾,砂子以高速混合气流冲向挡罩体和挡罩盖,正是这种猛烈的冲击和砂粒相互之间的激烈摩擦,使包覆在旧砂表面的残留粘结剂膜被逐步剥离并去除,从而达到再生的目的。气流撞击式和机械离心式相结合的再生设备是一种有前途的旧砂再生设备,尤其对于难于脱模的酯硬化水玻璃砂等工艺较为适合。当然,水玻璃旧砂再生前进行加热更能提高再生脱膜率。
  气流再生机多年,使用效果比较理想。在砂铁比为 3.8 时,脱模率为 27%,树脂平均加入为 0.86%,偶联剂 KH-550 加入量为树脂的 0.2%,固化剂加入量为树脂的 47%。
  气流再生机采用罗茨风机作为动力,使再生砂在加速管内加速至 40m/s,砂粒相互摩擦和碰撞后撞击撞锤,经过两级或三级再生后将旧砂表面的树脂膜剥离下来(见图 9)。
图7 SCRⅡ离心搓擦式再生机
图7 SCRⅡ离心搓擦式再生机
图 8 XNS53 系列搓擦再生机1.电机 2.抽风口 3.进砂口 4.电机 5.鼓风机 6
图 8 XNS53 系列搓擦再生机1.电机 2.抽风口 3.进砂口 4.电机 5.鼓风机 6
图 9 TYZ 系列气流再生机外形及原理图
图 9 TYZ 系列气流再生机外形及原理图

2.2.4.2、气流横吹式旧砂再生机:
  基本原理与气流撞击式再生机相同,是通过高速气流带动砂流从水平管吹到挡板上,从而使砂粒表面惰性膜破坏、脱落。与日本垂直上吹技术相比,风量、风压可低些,耗能比较。?嫉乜占浜兔婊?彩。?绕涫屎现行⌒椭?斐У募际醺脑。具体结构原理见图 10。
2.2.5、高温焙烧热法再生装置:
2.2.5.1、热法再生的关键设备———焙烧炉:
  为解决碱酚醛树脂砂及 PEPSET 树脂砂等采用机械破碎难于再生,而开发出此热法再生工艺。经过初级再生的砂粒进入焙烧炉,在温度达到720℃以上的炉膛内,树脂膜燃烧,有利于下一步再生。此工序是热法再生的关键,现在相当多的碱酚醛树脂砂、Pepset 树脂砂等都采用此热法焙烧再生工艺
  图 11 是XNB 型焙烧炉。图 11(a)为焙烧用炉型,(b)为四川宜宾某厂 pepset 自硬砂再生线布置图。

2.2.5.2、热法再生的工艺流程与设备布置:
  热法再生有四个问题值得注意:一是旧砂加热温度必须根据各厂再生砂类别确定,一般在300~720℃之间;二是焙烧过的旧砂立即进行再生,效果较好;三是焙烧、再生后要配置高效的冷却设备;四是二级磁选应该选择在常温的位置。其工艺流程如下:
图10

择在常温的位置。其工艺流程如下:

(1)落砂后的旧砂首先经过悬挂式磁选机,去除铁磁物质。
(2)在振动破碎机内,将砂块破碎成单颗粒;同时进行筛分,去除粉尘,并进行初级再生。
(3)进入立式焙烧炉,旧砂被加热到 300℃以上 (具工艺要求),去除游离水、结晶水,使树脂膜燃烧掉。此工序是热法再生的关键。
(4)焙烧后的旧砂立即进入再生机。最好选用双级磨盘再生机,
该机利用强力的搓擦,去除已经焙烧脆化的残留树脂膜。
(5)再生后进入风选机,将脱下的膜、粉尘等去除。它对保证再生砂工艺指标及控制微粉含量具有重要意义。
(6)垂直振动沸腾冷却去灰机,这是热法再生工艺应特别考虑的问题。高温焙烧、再生后的旧砂必须进行冷却。
(7)第一道悬挂磁选在砂团破碎前进行,它的主要功能是去除大范围内的杂铁;第二道磁选在破碎和再生后进行,以便去除第一道磁选时一些砂团内部包含的细小的铁磁物质或再生过程中由于磨擦可能新增的铁磁性物质,这就是为什么设计两级磁选的原因。
(8)大容量中间砂斗。中间砂斗承担各工序以及生产用砂的缓冲和平衡作用。
(9)砂温调节。众所周知,自硬砂铸造,进入混砂机的砂温都有一定的要求,这个在微小范围内对砂温作进一步细调整的功能是由砂温调节器来完成的。

3、国内呋喃树脂和碱酚醛树脂砂:
  再生设备应用调查从表 2 国内自硬砂再生工艺调研表中可以看出:不论铸铁或铸钢件在使用呋喃树脂砂工艺时旧砂再生多采用机械离心和搓擦再生法;只有铸钢件在采用碱酚醛树脂砂工艺时有采用热法焙烧方法,也有采用机械离心及搓擦再生法,两种工艺比例各半。图 12 是柳州某厂采用碱酚醛酯硬化工艺生产车桥铸钢件旧砂再生系统,其再生采用振动破碎加搓擦再生机;而图 13是某铸钢厂采用热法焙烧加机械搓擦的再生线布置图。
图11
图 12 10t/h 碱酚醛酯硬化机械法再生线布置图
图 12 10t/h 碱酚醛酯硬化机械法再生线布置图
图 13 10t/h 碱酚醛酯硬化热法再生线布置图

图 13 10t/h 碱酚醛酯硬化热法再生线布置图