旧砂再生技术简介

旧砂再生技术简介
摘要：铸造旧砂的大量排放，不但造成铸造资源的浪费，而且对环境造成
极大的污染，对旧砂的再生回用已成为铸造行业亟待解决的问题。

本文对国内外旧砂再生技术及发展趋势进行了简单介绍。

关键词：旧砂再生发展趋势简介
旧砂再生是将旧砂进行物理的、化学的或加热处理去除砂粒上积聚的粘结剂等残留物和惰性薄膜以及有害微粒、粉尘，使旧砂的各种工艺性能得到恢复的一种铸造工艺，其最终目的就是力求减少铸造生产中的新砂用量，节约经济投入、提高铸件质量、保护自然环境。

一、旧砂再生技术的意义
1、采用旧砂再生技术可提高铸件质量
目前我国铸件年产量达2400多万吨[1],其中的绝大部分是砂型铸件，且90% 以上的中小型铸造厂，大多采用粘土砂生产。

由于技术相对落后，大量旧砂往往未经处理直接投入循环使用，造成铸件的种种质量缺陷。

就粘土砂型来说，由于浇注时高温金属液的热作用，使型腔表面砂子的粘土烧损，形成灰分，拾取粘结作用，甚至砂粒在高温下会破碎形成粉尘。

若果只是将这样的旧砂简单的筛分回用，含泥量会不断上升。

而使用高含泥量的旧砂配置型砂时，粉尘等要吸收大部分水分。

这样，为使砂型具有可塑性，使粘土充分吸水，达到需要的可塑性，就要加入过高的水分。

如此循环使用，浇注时金属液的高温作用会使水分蒸发，产生大量的气体，容易在铸件上产生气孔等缺陷；另外，粉尘阻塞砂粒间隙，降低透气性，也会导致气孔的产生。

为解决由此带来的生产质量问题，可以采用的有效措施之一是旧砂进行再生使用，去除旧砂中的灰分和砂粒表面的惰性包覆膜，改善旧砂的工艺性能，使其恢复原有的特性。

所以就提高铸件质量来说，旧砂再生技术的推广和使用是十分必要的。

2、采用旧砂再生技术是提高经济效益的有效手段
据统计，我国每生产1t合格铸件，大约要排放废砂1.3t-1.5t，同时需
要加入相应数量的新砂，以确保型砂质量按砂铁比5-10：1计算，新砂加入量一般在10-20%左右，大多数中小企业的这个数字还要高，甚至达到40%。

而在工业
发达国家，如日本，一顿铸件仅用0.18吨新砂。

在大批量生产中，新砂的加入量不足5%。

新砂加入量过高的直接后果是：生产成本提高，新砂资源浪费大。

采用旧砂再生技术可节约新砂及煤粉、陶土等辅料的加入量，降低生产成本。

3、节约原砂矿产资源要求旧砂再生使用
铸造用砂的开采很大程度上破坏了自然矿产资源，我国的优质铸造材料资源是有限的。

旧砂再生可以最大程度的对现有铸造资源加以利用。

4、环境保护需求旧砂再生技术
由于能源消耗和环境污染,给中国经济的可持续发展带来了巨大的压力,我国发展的“十一五”规划,将节能减排、绿色制造和循环经济作为国家社会和经济发展的重点。

铸造行业作为中国制造业的重要组成部分,在快速发展的同时也产生了极大的能源和环境问题。

砂型铸造是铸造工艺的主要方法，占整个铸件生产的80-90%。

在铸造生产中，由砂型铸造的造型材料带来的粉尘污染、空气污染及固体污染最为严重。

据统计， 2005年我国铸件总产量约为2442万吨，每年排放的废砂可达3000余万吨。

如果对铸造旧砂不综合利用而大量废弃，会造成严重的环境污染。

因此旧砂的处理和利用已成为铸造行业亟待解决的问题。

二、旧砂再生技术的发展概况
1、旧砂再生的发展及其阶段
旧砂再生始于1912年，迄今已有90多年的历史，从发展进程大致分为四个阶段:
（1）1912-1940 近30年是早期初步发展阶段。

开始发展了再生装置，但较简单，以湿法水洗搅拌，机械搅拌、碾压或二级筛分为主，开发了一些简单的再生设备。

旧砂再生是为了处理废砂、节约材料，生产上还才用不多。

(2)1941-1970 30年间在生产上逐步采用，走向成熟阶段。

除湿法再生外，50年代起发展了干法再生机械，如离心式、振动式、抛丸式、竖吹气流式、滚筒加热式等，出现联合再生，铸件有了一些铸造机械厂生产再生机并形成不同配套应用于生产。

砂价及运费的上涨，促进了旧砂再生的发展，尤其60年代以后由于树脂砂新工艺发展，使用再生砂可节约昂贵树脂及优质砂，也更促进旧砂再生的发展。

（3）1971-1985 15年间式旧砂再生的较大发展阶段。

各类再生设备基本定型，还发展出联合再生及多工序一体化再生，起到较好的效果，各种砂均可再生。

原来较难处理的水玻璃砂也因为发展了新工艺（如有机酯水玻璃自硬砂等），干法再生效果较好，树脂砂发展较快，基本都采用了再生系统。

各种砂再生逐步向单元于系统配套发展。

其中值得一提的是振动破碎普遍采用，能将砂块变成粒状，更利于组成生产线，有的生产线还利用程序自动控制旧砂再生，这一阶段的后期发展较快。

（4）1986-现在二十几年间为不断迅速发展提高阶段。

由于砂价、运输费用不断上涨，排放场地匮乏，尤其式环保生态的严格要求，提出全面再生会用，以尽可能减少新砂加入及废砂排放。

这就对再生质量提出了更高的要求，尤其是要使再生砂达到新砂那样用于制芯，于是各种再生设备不断改进来提高再生效果，如发展联合几种方法的再生可互补提高再生砂质量，热法再生利用废气预热以节能等。

此外，新型专业化集中再生企业的出现，更好的满足了不同情况下再生的要求。

旧砂再生领域不断出现新的发展。

2、国外旧砂再生的发展
从一些先进国家看，美国发展最早1912年开始，英、德、法、苏等欧洲国家次之，日本发展较晚， 50年代后才开始。

美国40年代后开始使用各种旧砂再生方法，1953年美国铸造协会发表专题论文集，主要六篇文章现在还有现实意义。

1974年铸造协会造型方法及材料分布设立旧砂再生与回用委员会，提出研究再生任务。

据美国及加拿大1963年调查统计，共有旧砂再生设备591台，1977年则增为1943台，增长1.5倍，其中湿法再生设备800台，化学粘结剂再生设备633台，这些设备65%是近5年添置的。

九十年代环保法规不断要求缩减排放量后，使用量大、排放量多的粘土砂再生掀起热潮。

国际上，1975年国际铸造技术会议成立了一个分部委员会，专门研究造型、制芯砂再生，成员有英国、法国、比利时等主要欧洲国家及日本等十几个国家。

1981年5月发表了篇幅很大的专题报告,包括再生必要性、再生装置、各种砂再生及成员国情况分析，附有英、法、西班牙、荷兰、日本、芬兰、瑞典、德国等八个国家报告。

70年代后，各国如日本、美国等铸造杂志上均出过再生专辑，
1979年在德国举行的5届国际铸造展览会（GIFA）上展出旧砂再生设备不下20种。

1994年(GIFA)第八届会，展出旧砂再生高效设备比较多，共约43家设备计72种。

旧砂排放与再生受到铸造工作者的极大关注，此外废旧砂的综合利用也有开展。

3、我国旧砂再生的发展
我国旧砂再生开展较晚，50年代后期才开始气流及湿法再生的研究;60年代结合水力清砂，尤其水爆清砂的推广使用.采用水力旋流器为主的湿法再生系统使用成功，开发了湿法再生系统，并在全国推广。

70-80年中，生产中出现粘土砂长期使用，旧砂含泥量过高的现象，导致铸件废品多，质量差，迫切要求解决。

这促使一些铸机厂和高校等开展干法及热法旧砂再生设备的设计研制，开发了一些产品。

如振动破碎机、离心式再生机、热法震动沸腾床等。

80年代后对树脂砂和水玻璃砂的再生开展了大力实验研究及设备开发工作，开发出一系列再生机。

总的看来,我国旧砂再生虽然开展较晚,但发展还是较快的，但主要问题是再生的推广还很少，估计不到10%；其次是产品品种砂而亟待开发，并要提高质量与使用效果。

同时我国《固体废弃物污染防治法》的实施，会对旧砂再生起很大的推动作用[16]。

4、旧砂再生发展的新趋势
从旧砂再生发展历史看，20世纪40年代后旧砂再生真正在生产上采用和推广，还是一个新兴的铸造技术领域，还会有新的较大的发展，初步概括有下列几方面的新动向与趋势[2]：
（1）旧砂再生与砂处理系统结合将成为不可缺少的组成部分，形成一体。

（2）旧砂再生设备开发的同时，对材料（砂粒、粘结剂等）、工艺结合研究，从治理旧砂向防止或减少旧砂废弃产生的方向发展。

（3）旧砂再生设备已从单工序处理向多功能一体化综合多工序处理及多样化发展。

（4）旧砂已从铸造厂内再生回用到专业化再生发展。

（5）旧砂再生已从工艺设备的开发使用进入到技术基础理论的研究探讨，以寻找更好的工艺设备发展方向
（6）旧砂再生已不再是孤立的，而是绿色铸造工程的一部分，环境保护的一环，成为可持续发展战略的不可缺少的需要解决的环保问题。

（7）旧砂再生已与高新技术发展联系，结合一起向适应现代化的要求方向发展。

三、旧砂再生工艺方法及特点
目前，工厂常用的旧砂再生工艺方法，根据其设备工作原理的不同，主要分成三大类：干法再生、湿法再生、热法再生[3]。

1、干法再生
干法再生又分为离心式、气流式、振动式、逆流式等。

离心式和气流式再
再生是利用机械离心力和眼所空气流将旧砂粒加速至一定的速度，依靠砂粒与金属构件间或砂粒相互间的摩擦作用再生旧砂。

振动式再生是在振动力的作用下，装满旧砂块的机体不停的振动，从而引起砂块之间的冲击、摩擦，以及砂块与振动体内壁的冲击、摩擦，使砂块破碎，旧砂粒得到再生。

逆流式再生是靠砂粒之间及砂粒与构件之间的强烈摩擦作用来再生旧砂的。

干法再生的主要优点是：设备结构简单，投资少，见效快，且易于实现，无二次污染问题，所以是目前被采用最多的再生工艺方法。

它的主要缺点是：不能完全脱除旧砂粒上的残留粘结剂膜，再生砂的质量不太高，设备构件有磨损，砂粒有破碎现象等。

且旧砂粒的脱膜率越高（即再生砂的质量越好），所需的冲击力和摩擦力越大，设备构件的磨碎及砂粒的破碎现象越严重。

2、湿法再生
湿法再生是利用水的溶解、擦洗作用及机械搅拌作用，是旧砂中的残留粘结剂膜破裂、溶解、脱落或去除。

湿法再生的主要优点是：对某些水溶性粘结剂的旧砂，有很好的再生效果，再生砂质量好，可作面砂使用，旧砂的再生效率比较高。

它的主要缺点是：能耗较大，占地面积较大，且有污水处理等问题。

湿法再生结合湿法清理，综合效果好，最新研究表明，酯硬化水玻璃旧砂很适合湿法再生。

3、热法再生
热法再生是通过焙烧炉将旧砂加热到650-900℃，以去除旧砂粒上可燃残留物的再生方法。

热法再生对有机粘结剂砂的再生效果特别好，残留粘结剂清楚的
比较干净，再生砂的热稳定性好，可恢复原粒度分布，但成本较高，能耗大，易造成二次污染。

由于将干法再生前的旧砂进行低温加热（300-400℃），以去除砂中的水分，可大大提高干法再生的除膜效果，过热法再生也越来越受重视[4]。

4、组合式再生
80年代中后期以来，将两种或两种以上的旧砂再生方法组合在一起在国外得到应用。

组合式再生是根据旧砂再生过程的特点，综合各单项再生工艺方法的优点而产生的新型再生工艺方法及设备，它使得在一机内可完成多个工艺过程，再生系统更简单紧凑，再生效果更好。

四、旧砂再生实际应用
东风汽车有限公司采用了重庆长江造型材料公司的旧砂再生工艺进行了潮模旧砂再生试验，并且用于制芯生产。

长江公司结合国内外再生设备优良技术,自主研发了间歇式燃烧焙烧炉，机械再生装置，采用低温焙烧原理，并利用热砂排热加热流动空气和利用残留炭素燃烧产生的二次热源进行焙烧，使用焙烧反应余热和冷却热砂的余热对旧砂进行预加热，使热能得到充分利用。

旧砂焙烧所用的热能主要取自于树脂砂中的树脂燃烧的能量，节约了天然气和电能消耗。

解决了废砂再生能耗高、回收率低、成本高的问题。

旧砂回收率达68～90%（河南造型砂68%、围场造型砂75%、围场覆膜砂90%），形成了该公司的废砂再生工艺，旧砂再生后的性能完全满足铸造用热芯盒树脂砂、冷芯盒树脂砂、覆膜砂的性能要求。

使废砂再生利用在技术、经济上具有一定的可行性。

我厂对潮模造型旧砂再生的应用一直停留在经过机械磨擦等简单的表面处理，全部或部分地去除烧损的煤粉、粘土和细粉后继续用于造型砂使用，代替部分新砂补充到型砂中，这种旧砂再生方法对旧砂的再生效果要求不高，也没有严格的再生砂检测标准，再生砂上仍包覆着大量被烧结的死粘土膜，因此对铸件的质量有一定的影响。

铸二车间的主导产品是框架、226B机体及欧Ⅱ、欧Ⅲ机体，以上铸件砂芯都极为厚大，浇注落砂后型砂中混入比例极高的芯砂（其中许多为没有烧结的芯砂经滚筒筛磨碎进入系统），虽然通过混制后作为旧砂补充到型砂中去，但因砂处理系统容量限制以及质量要求，每天要强制性排放100多吨旧砂，具有一定的回收再生潜力。

五、总结
（1）潮模旧砂再生后用于热芯盒树脂砂、冷芯盒树脂砂、覆膜砂制芯其性能均高于同类新砂性能指标。

粘土旧砂再生后用于热芯盒树脂砂、冷芯盒树脂砂生产性试验，完全能满足现生产需要。

（2）粘土旧砂再生后用于制芯生产，可大大降低铸造废砂排放量，减少环境污染，真正实现了环保生产，降低了铸造生产成本。

参考文献
[1] 郭景杰，李新中，苏仕方等中国铸造行业发展现状及未来[j]. 特种铸造及有色合金
200年年会专刊，
[2] 郭景纯等. 旧砂再生的发展趋势和我国十五的目标.铸造设备研究,2000(6)：49
[3] 郭景纯,郭思福. 各种旧砂的再生.铸造设备研究，1997(5):12
[4] 樊自田等.酯硬化水玻璃砂的性能特征.铸造，1995（3）：38。