一种新型实型铸造烟气处理方案的尝试

2014-11-20黄溢凡刘欢欢叶升平

铸造设备与工艺 2014年3期

黄溢凡，刘欢欢，叶升平

（华中科技大学材料科学与工程学院，湖北武汉 430074）

1 实型铸造烟气问题

实型铸造采用聚苯乙烯发泡塑料模样代替普通木模，造好型后不取出模样，直接浇入金属液。在金属液的作用下，塑料模样燃烧、气化、消失，金属液取代原来塑料模所占据的空间位置，冷却凝固后获得所需铸件。实型铸造优点明显，简化生产工序，降低铸件成本，缩短生产周期，提高铸件精度；但在浇注过程中实型铸造产生大量的黑烟（如图1所示），温度高，浓度大。严重恶化车间生产环境，影响工人健康，污染问题亟待解决。

目前国内数家实型铸造企业使用水环真空泵抽负压来缓解实型铸造黑烟污染（图2）.由于水环真空泵价格相对便宜，其抽气效果相对显著，对于解决现场浇注浓烟污染，确有好处。但是单独使用真空泵不仅会造成水污染，又会带来其它问题。如：使用真空泵时每个上砂箱都需要布置真空管道；烟气中的酸性物质吸入真空泵后会腐蚀泵体结构，导致真空泵寿命很短。这些问题也令铸造厂家头疼不已。

图1 实型铸造烟气污染严重（无真空辅助）

图2 有真空辅助浇注无黑烟

2 真空泵水污染的研究

由于实型铸造中使用的树脂砂需要加入固化剂，而固化剂一般都含有磺酸等酸性成分，因此水环真空泵在吸收实型铸造废气时会额外的造成水的酸性污染，在污染周围环境的同时也会腐蚀真空泵内部结构，导致真空泵失效。

为了了解实型铸造用水环真空泵水污染的情况，笔者前往芜湖一家实型铸造厂取1.5 L水样进行水样分析，以探究水污染程度以及酸碱性。测量数据主要为苯、甲苯、乙苯、硫酸根离子、pH，如表1所示。

表1 水污染测量数据

根据结果可以看出，实型铸造污水酸性严重，且对真空泵腐蚀严重，导致该厂家真空泵失效，需要采用有效的措施解决酸性严重的问题，例如定期加入适量碱性物质来中和等方法。

3 烟气问题解决方案

为了有效地解决实型铸造废气污染的问题，设计了一套抽气方案（原理图如图3所示）。本方案的目的主要是针对消失模铸造所产生的黑烟问题，设计出一种抽气盖箱装置。将盖箱翻转过来，在距盖箱底部150 mm处铺设金属过滤网（焊死），在其上铺设一层厚50 mm的耐火纤维棉，用来吸附浇注时产生的黑烟等物质，在耐火棉上铺设厚达30 mm的耐火陶瓷过滤块，最后再铺设一层方便拆卸的金属过滤网固定上述物体，顶部开两个抽气口连接负压系统。该抽气盖箱装置能够一定程度上解决铸造黑烟的除气问题，保障现场的工作环境。

图3 抽气盖箱原理图

为了对该方案进行试验研究，笔者前往湖北十堰郧县的X X铸造厂进行实际浇注实验（如图4），该厂实型铸造采用地坑造型，在固化的铸型上放置抽气盖箱，主要盖住明冒口与出气口。

浇注后箱内情况如图5.

由图5可以看出耐火棉浇注前后对比情况，耐火棉表面明显变黑。可见耐火棉可以吸收大量的废弃物，有效吸收了炭黑等大颗粒物质；且现场没有明显黑烟冒出，可见该方案实际操作效果良好。

图4 抽气盖箱

图5 吸附大量烟尘的耐火棉

将吸附有炭黑等物质的耐火纤维棉置于热处理炉中，将其高温灼烧处理一段时间，吸附的炭黑等杂质几乎完全消除，图6是经过高温处理的纤维棉。经过处理后的耐火纤维棉依旧可以保证原有的透气性和吸附率，处理过程简单且可重复使用，大大降低了环保成本。但此装置的局限性在于其大小要依据砂箱大小变化而变化，砂箱过大的话则盖箱的成本高，具体实施时较繁琐，且耐火陶瓷片在调运过程中易破碎，更换频繁。

基于此，笔者又设计了一个抽气过滤筒（图7），将其置于抽气管的中部进行实验，从而起到过滤吸附的作用。

图6 高温灼烧处理后的耐火纤维棉

图7 抽气过滤筒

图7 中箭头所示方向为抽气方向，沿抽气方向依次放置2#耐火棉、活性炭、1#耐火棉、3#耐火棉（分为3片是为了避免耐火棉过厚而影响透气性，并对3片耐火棉进行穿孔处理），两端与连接砂箱的抽气管以及连接风机的管道相连（如图8）。浇注现场无明显黑烟，且浇注过程流畅没出现反喷现象（见图 9）。

整个抽负压过程持续20 min，关掉真空泵拆开抽气过滤筒，取出耐火棉及活性炭进行观察、称重以及高温灼烧处理，结果如图10和表2所示。

图8 抽气过滤筒连接图

图9 抽负压浇注现场

表2 实验前后称重数据

图10 吸附废气物的耐火棉与高温灼烧后的耐火棉

结果分析：该方案对实型铸造模样气化产物有一定的吸附效果。实验装置中的耐火棉、活性炭没做任何处理，聚苯乙烯模样气化产物在负压作用下流速较快故与耐火棉、活性炭接触时间短，其吸附能力有限。

通过对聚苯乙烯模样气化产物进行研究，决定将耐火棉做适当处理来增强其对苯类有机物的吸附能力。将耐火棉置于由柴油、机油、表面活性剂、碱性物质以及水按一定比例组成的混合液中浸湿，并用铁丝在其上扎尽可能多的孔洞以保证其透气性，置于抽气过滤筒中固定。本次试验所用聚苯乙烯模样重量与上述实验相近，抽气时间亦为20 min，实验结果如表3所示。