旧砂再生综述（2010年度）

李 珊 ，郭思福 ，张 方 ，郭景纯

(1.昆明理工大学，云南 昆明 650093；2.昆明市技术交流站，云南 昆明 650000）

1 再生机理及计算机应用

陈秋林、张希俊、张方、符龙“旧砂磨轮再生机理研究”一文[1]，从力学角度探讨了磨轮式旧砂再生法的脱膜机理，通过模拟再生实验，发现处理时间一定时，要取得较好再生效果就要满足两个条件：①转动砂粒有更高转速；②搓磨部件对砂层施加适合压力。通过再生中砂粒进行受力分析，可找到满足此二条件的理论依据，从而一反用能量理论的方法。根据处于空间的砂粒受力分析从微观层面得出磨轮再生法脱膜条件，对再生机构的关键参数（轮筒间距、砂轮转速等）影响再生效果的因素，给出了牛顿力学理论解释，对磨轮式旧砂再生机设计与提高效果有一定指导意义。

在叶片式磨轮旧砂再生机再生研究中的应用”一文[2]，介绍了 PFC（Particle Flow Code in 3 Dimensions）的基本原理，它是利用显示差分算法和离散元理论开发的微/细观力学程序，可以对砂粒进行追踪，从而清晰了解砂粒在运动机械中的情况，具有在颗粒流仿真领域的一些功能。本文结合叶片式磨轮旧砂再生机给出PFC3D数值模拟的一些 过程，包括模型构建、运动的加载以及运行过程中追踪记录，进而说明叶片式磨轮再生机的工作原理与工作方式。随机选取一个砂粒，测量y轴分向速度变化追踪图，可以看到砂粒在叶片的提升下，提升到一段距离后，在砂轮的搓磨下下落，如此反复，从而达到持续搓磨的情况。

孙耀天、吴剑“旧砂再生中激振力对旧砂搓磨力度的理论分析”一文[3]，介绍了树脂砂生产工艺中，振动设备对旧砂再生回用的再生机理-振动去除隋性膜的力学分析。采用建立数学微分方程的形式进行线性、非线性振动关系和对搓磨力度的定性分析研究，分析了激振力对旧砂（粒）表面的受力搓磨（磨擦力），形成脱膜产生的效果。稳定振动的频率与激振力频率相同。响应达到平衡，此时，激振合力最大，动摩擦力最大，实现搓磨效果最好。

2 黏土砂再生

许荣福、孙清州、张普庆等“旧黏土砂的再生砂用于冷芯盒芯砂的实验研究”一文[4]，用磨轮式再生机对三种旧砂：纯黏土砂、含煤粉与不含煤粉的冷芯盒黏土砂进行实验，再生4次，结果是再生砂酸耗值高（围场砂为 10.67～11.17；大林砂为8.78～9.76）。粒度分布变化小，角形系数有改善。在合理选再生工艺与参数下，含泥量低于新砂（新砂：围场砂为0.283%，大林砂为0.381%；再生后围场砂可达0.20%～0.259%，大林砂为0.113%～0.160%）。再生砂混制冷芯盒砂虽即时抗拉强度和1 h抗拉强度均低于新砂混制的冷芯盒抗拉强度，但可满足铸造生产的要求。

3 树脂砂再生

陈国新“酯硬化碱性酚醛树脂砂再生方法对比及设备选择”一文[5]，首先分析了酯硬化碱性酚醛树脂的工艺特点和不足。不含硫、磷及游离醛和酚等有高温退让性，高温尺寸稳定性好，铸件尺寸精度高，用于铸钢件不产生裂纹及缺陷少，释放有毒气体少，工作环境、劳动条件好。不足是对砂要求高：需用缩水洗砂来配砂。由于较呋喃树脂用量多，成本高，但铸钢件多选用。

文章对其再生方法分析了干法机械离心式、气流冲击式、热法、湿法以及选用日本生产的轮碾式强力摩擦机械再生，2008年安装使用，告别了原来采用背面砂分开的工艺，取得较好效果，生产的低合金钢、碳钢铸件达到较高质量，满足外商对铸件各种技术要求。介绍了再生系统及再生机工作原理，该机具有定量下砂斗、轮碾再生、沸腾床冷却及沉降分离粉尘室。再生效果LOI值＜1.0%，脱膜率达50.28%～58.5%，细度（AFS）及微粉含量较新砂变化不大，变细率为5.7%～10.9%，破碎率在6%～12%之间，这与原砂SiO2含量及抗破碎性有关。结论以为较适用，具有系统简单、投资规模小、能耗低、运行成本低、二次污染少，经济效益核算再生砂成本约60元/t～70元/t，但1 t铸件节约1 t新砂，单一砂可长期循环使用。

李娱乐、李锋军、蔡安克等“黏土砂再生技术应用的可行性研究”一文[6]，通过对我厂旧砂和废砂各25 t黏土砂，再生经离心机械-加热800℃，焙烧-离心机械加研磨-风选的工艺试验和分析，耗酸值分别由49和38降至5.73和5.67与新砂耗酸值7.4相近。含泥量由10.80%和4.03%降0.23%和0.20%，新砂为0.31%。粒度分布70/140由原50目偏向70目有些细化。灼减量由9.25和3.38降至0.7和0.13较新砂0.48低。以再生砂进行冷芯盒树脂砂试验，混砂效果不理想，对再生砂进行了时效处理，制出型芯即时强度0.9 MPa，发气量12.9 mL/g，24 h强度为1.88 MPa，树脂加入量为0.9%不比用新砂的强度低，满足实际生产的要求。浇注后铸件表面质量良好，离心机械再生为6次。试验采用郑庵新砂和内蒙围场新砂，后者较好些。文章对再生砂成本作了详细分析计算。认为需年处理4.8万t或6.8 t/h再生量，才能达到盈亏平衡点。故结论认为要达到上述规模，才能使成本不高于新砂和排放费用总和，并提出推广应用的关键需研发出热效率高、产能大及使用廉价能源的热再生设备。

张江“强力摩擦砂处理再生机的综合利用”一文[7]，阐述了日本新东公司USR-II强力摩擦再生机的结构特点，砂处理量6 t/h、转速970r/min、功率37kW、引风机5.5 kW、排风量40m3/min可调，再生可选1级或2级全部工作。旧砂经振动、破碎、磁分、筛选和震动输送进再生机。该机由液压油缸自动调节耐磨陶瓷滚轮内壁间距达较佳摩擦脱膜效果。有砂温报警（＞100℃）或砂量不够，设备自动停止。脱膜率达50%，1级再生砂LOI为0.7%、变细率7.6%、微粉＜0.3%，二级LOI在0.6%左右、脱膜率55%、变细率10%。再生砂加入树脂量为1.45%～1.62%，有机酯为树脂的20%。型砂强度24 h为0.35mPa～0.60MPa，可满足生产要求，性能稳定，在铸钢件用酯硬化碱性酚醛树脂砂上应用效果好。

张江“酯硬化碱性酚醛树脂砂模拟再生试验”一文[8]，通过试验采用模拟再生工艺，回用率可达95%左右。再生砂中加入10%～20%的新砂，可提高再生砂黏结强度。用于碱性酯硬化酚醛树脂生产高强度铸钢件。PH值再生前为7.32～8.13、再生后为7.32～9.48；LOI值再生前 0.39%～1.44%、再生后0.31%～0.77%；酸耗值 ml再生前 6.99～9.49、再生后14.41～18.34；脱膜率再生后 20.5%～46.52%；回收率再生后91.6%～96.8%；发气量再生前0.84ml/g～10.9ml/g、再生后 0.59 ml/g～4.97 ml/g）。

郑州中远热能技术有限公司“树脂砂热法回收新工艺”一文[9]，提出酯硬化碱性酚醛树脂旧砂粒表面树脂膜，常温下具有一定韧性，尤其含水量＞1.0%时难于再生。高温加热可有效去除（800℃～900℃）旧砂表面树脂膜、残留酯和钾。经济分析日产50t计，投入成本约2500元/d，新砂价格200元/t～300元/t计，每吨回收成本51元，管理费按55元计，每吨回收砂可节约150元，投资两个月即可收回，而且再生砂颗粒近于圆整，性能改善。

马晓锋“酯硬化碱性酚醛自硬树脂在再生砂上的应用”一文[10]，介绍了苏州兴业铸造材料公司，用生产的专用树脂，通过采用联合再生方式，低温加热（＜350℃）+干法再生可达到灼减量1.12%、酸耗值18.75ml、碱金属含量3500×10-6。处理的酯硬化碱性酚醛自硬树脂砂24 h，强度可达2.0MPa，比普通的树脂1.0MPa要高，接近新砂的2.5mPa～3mPa。

再生砂专用碱性酚醛自硬树脂质量指标，外观绿红色液体，PH 值 12～13、黏度 /MPa/s（25℃）30～70、游离甲醛≤0.1%、游离酚≤0.1%。

周祚超“酯硬化新型水玻璃砂无加热干法再生的实践”一文[11]，介绍了无加热离心再生，Na2O残留量维持在一定水平（0.7%-1.1%），实现有足够强度和可使时间。主要可采用面砂和合理的涂料，冬季加一定新砂，采用满足工艺的可使时间的有机酯型号及多级风选达到。

［1］陈秋林，张希俊，张方，等.旧砂磨轮再生机理研究［J］.铸造技术，2010（12）：1650-1653.

［2］胡刚，李珊，张方.PFC3D在叶片式磨轮旧砂再生机再生研究中的应用［J］.中国铸造装备与技术，2010（6）：35-36.

［3］孙耀天，吴剑.旧砂再生中激振力对旧砂搓磨力度的理论分析［J］.铸造设备与工艺，2010（3）：9-11.

［4］许荣福，孙清州，张普庆，等.旧黏土砂的再生砂用于冷芯盒芯砂的实验研究［J］.铸造技术，2010（4）：385-387.

［5］陈国新.酯硬化碱性酚醛树脂砂再生方法对比及设备选择［J］.中国铸造装备与技术，2010（2）：9-13.

［6］李娱乐，李锋军，蔡安克，等.粘土砂再生技术应用的可行性研究［J］.铸造技术，2010（4）：401-403.

［7］张江.强力摩擦砂处理再生机的综合利用［J］.铸造工程，2010（6）：7-9.

［8］张江.酯硬化碱性酚醛树脂砂模拟再生试验［J］.铸造工程，2010（5）：4-5.

［9］郑州中远热能技术有限公司.树脂砂热法回收新工艺［J］.铸造技术，2010（12）：1653.

［10］马晓锋.酯硬化碱性酚醛自硬树脂在再生砂上的应用［J］.铸造技术，2010（12）：1566-1568.

［11］周祚超.酯硬化新型水玻璃砂无加热干法再生的实践［J］.铸造设备与工艺，2010（3）：48.