(38)铸造废砂处理

关于湿型砂铸造工厂的废砂

湿型铸造生产中，生成需要扔掉的废砂（包括粉尘）是不可避免的。问题是废砂量有多少。从一个铸造工厂的原砂量（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。

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新砂还贵的多。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。因此也需要研究如何减少废砂的生成来源和如何减少废砂，如何利用废砂。

1 减少废砂的措施

减少废砂总的原则是拿旧砂当做宝贝，而不是垃圾。以下具体讨论废砂是怎样形成的，有何办法减少废砂：

⑴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。天津郊区一家用挤压造型生产冰箱压缩机铸件厂，考虑厂房面积限制，自制小型滚筒落砂机，直径约只φ800mm，长度约6000mm使用结果砂块不能破碎，只好拆除。

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出现大量砂块随铸件被鳞板输送机运至清理工部，只好用工人推手推车运回，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些重型铁链，阻掉砂块向前自由运动。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°能够浇注出好铸件，就不必将湿压强度提高到180~220kPa和砂型硬度达到95°。

⑵砂芯:很多工厂都要求将溃散砂芯做为废砂扔掉；未烧枯的砂芯头更认为有害之物，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：能够协助混砂加入的原砂来补充砂粒损失。对铸铁件来说，能够协助混砂加入的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。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。

近年来国外一些多砂芯铸造工厂采取将溃散砂芯和芯头再生处理后与原砂混合用于制芯。例如荷兰一家公司将未通过多角筛的砂芯团块用破碎机加工成散粒，配制冷芯盒砂芯中12％为破碎砂芯。近来德国有些人提出大批量生产汽车件等产品铸造厂可以采用分别落砂的办法：铸件冷却后敞开上型，取出带有砂芯的铸件单独落砂，所得砂子主要是已被烧枯的溃散砂芯和少量附着的型砂，可以用擦磨方法进行再生处理。然后与不超过20％的新原砂混合用来制芯，不必增加树脂加入量即可得到同样砂芯强度。留在砂箱中的砂子只含少量砂芯，经破碎、过筛后就可用于制备湿型砂。这样做的优点是不但大大地减少新原砂消耗量和废砂丢弃量，而且可以减少溃碎砂芯对型砂性能的不利影响。虽然目前采用这种砂芯单独落砂方法的铸造工厂数量较少，对于多砂芯的铸造厂肯定是个发展方向。

⑶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、浇注温度高、透气性高、砂型紧密程度不够，铁液钻入型砂颗粒之间的空隙中形成轻度的机械粘砂。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。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引起热粘砂。总之，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40～50kg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，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81％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。

⑷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。根据砂系统进入多少就必须排出多少的原则，需要排出废砂也多。要想减少排废砂量，应当改为选用低含泥量原砂，高粘结力高耐热性膨润土，低灰分高抗粘砂效果煤粉。经过一段时期后就能够将旧砂含泥量逐渐降下来。如果这些工厂的旧砂已然含泥分极多，即使新安装除尘系统也不能立即将泥分降到理想含量。改用优质原材料也不能立即见效。可能采取的办法是将一些旧砂进行再生处理，用气流再生或机械磨擦冲击再生方法，将旧砂的泥分含量降低，代替一部分新原砂用于冲淡型砂含泥量。但是再生处理又产生粉状废料，而这些粉状物中含有不少有效材科，扔掉也是相当可惜的。

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，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。国外有的工厂对旧砂进行较深化的再生处理，包括强力机械磨擦和高温煅烧，然后代替一部分原砂用于混制芯砂。不过比较理想的方案是将砂芯单独落砂，经加工处理后与新原砂掺在一起混制砂芯用砂。

⑸撒落地面的型砂和旧砂：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，在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，有多处快速连通