覆膜砂热法再生工艺及其装置研究

刘晓伟 韩海涛 韩冰

摘要：对旧砂进行再生利用，不仅能够有效降低生产的成本并提升铸件的质量，还能够实现资源的节约，为生产企业的可持续性发展提供充足的动力。基于此，下文将对覆膜砂热法再生工艺进行全方面的阐述，并对其生产装置展开详细的分析，希望能够为相关生产提供一定的帮助。

关键词：覆膜砂热法;再生工艺;装置研究

旧砂再生是降低铸件成本，提高铸件质量，减少环境污染和节约资源的一项重要措施。尤其是随着环保立法的日趋完善和优质砂资源的减少及运输费用的提高，旧砂再生已成为国内外众多铸造工作者关注研究的重要课题之一。近年来，国内由于树脂砂铸造工艺的大量应用，砂再生设备也得到了很快的发展。

1 覆膜砂热再生工艺概述

我国于20世纪50年代开始研究和应用覆膜砂和覆膜壳工艺，近年来得到广泛应用。随着我国汽车工业的快速发展和机械产品出口的需要，以及国际铸造市场的发展，对铸件质量的要求越来越高，覆膜砂的使用是迅速增加，很多厂家的年消费量都达到了上千吨。研究覆膜砂和旧砂的回收再利用具有重要的现实意义。循环再生不仅可以提高覆膜砂的性能，还可以降低成本，减少废弃物对环境的污染。

从铸造厂运来的旧砂经振动破碎机破碎筛分，旧砂中的铁片经高效磁选分离，破碎筛分后的旧砂由筛分机送至中砂储料仓，旧砂进入中间储砂仓前，砂中的铁粒通过高效磁选机再次分离。然后储砂仓下方的螺旋给料机根据窑容量和窑内工况，将旧砂连续均匀地送入砂加热器，旧砂经砂加热器预热后进入窑内。低压发生器燃气和助燃空气在专用燃气燃烧器中完全混合，引入焙烧炉进行燃烧。调节气管和气管阀門的开度，使焙烧炉保持在所需温度。窑内旧砂在窑底高压鼓风的作用下呈沸腾状态上下运动，相互碰撞、摩擦。有机树脂，应用于旧砂、焦炭表面，在高温烧成过程中燃烧甚至燃烧。灰、微粉随炉气排出炉外，经除尘系统处理，符合环保要求后排放，适合烧制的旧砂是再生砂。在冷床中冷却后，由斗式提升机送入再生砂斗储存，可作为新砂重新利用。旧砂经高温烧成，借助气流分离后，砂粒呈圆形，粒度分布均匀，颜色一般接近原砂。其失火量、含水量、含尘量、膨胀系数、坡度等性能远优于未处理砂用于制作覆膜砂，不仅节省树脂，而且提高砂型的冷热强度和透气性，并产生空气还原，铸件的表面质量也大大提高。

2 装置工艺流程及主要设备介绍

该装置主要由旧砂预处理和沸腾式热法再生炉两部分组成。旧砂经振动破碎和磁分离后提升至储存斗，圆盘给料机将预处理后的旧砂均匀加入沸腾式热法再生炉焙烧，卸出后再经保温、冷却、筛分即可回用。旧砂经加料口均匀加入，经分砂器均布雨淋式下落，受到上升热气流的预热，再经挡板落入沸腾室;混合室内的高温气体经沸腾板上的喷嘴沸腾并加热旧砂，使其包覆物燃烧，达到再生的目的。

随着物料的连续加入，旧砂在高矮隔板的作用下，沸腾过程中又经多个S形运动，包覆物充分燃烧，砂子相冲撞摩擦，进一步再生，最后经卸料口卸出。再生砂中的微粉在沸腾作用下经除尘管路被除尘器收集。炉子的鼓风系统设有电压电流表，工作时观察鼓风机电流的变化，可以掌握炉子的沸腾状况，判断沸腾床工作是否正常，喷嘴是否堵塞;炉子的混合室中段和沸腾室出砂端装有测温装置，用于检测混合室内的冷热空气混合温度和出砂温度，以便调节燃料消耗和风油比，控制旧砂加入量;炉子的安全装置内设有防爆口，以免炉温过低点火困难，发生爆炸事故。沸腾式树脂砂热法再生装置布置紧凑，设备运行可靠，操作简便。再生炉沸腾焙烧热效率高，余热又被充分利用，燃料消耗指标达到国外同类产品的先进水平。

3 影响覆膜砂热再生的因素

实践表明，加热温度和加热时间是影响热覆砂再生的两个重要因素。当加热温度低于600℃时，随着加热温度的升高，烧旧砂的损失迅速增加。加热时间不同，燃烧损失的增长速度不同，加热损失受加热时间和加热温度的影响很大。当加热温度高于600℃时，曲线转向，不同加热时间的三条曲线几乎重叠。此时，随着加热温度的升高，燃烧损失缓慢增加，温度成为燃烧损失的主要因素。

不同的加热温度和保温时间，所用砂具有微观特征。当加热温度较低时，在相同加热温度下，随着加热时间的增加，砂粒表面的炭黑减少;在加热的同时，随着加热温度的升高，砂粒表面的炭黑减少，加热温度和加热时间影响旧砂再生效果。当加热温度高时，即使加热时间短，砂粒表面也能恢复到原来的颜色。此时，加热温度成为主要影响因素。基于此，我们可以确定使用过的覆膜砂的最低热再生温度为600℃我们取热法再生温度大于650℃。

4 热再生覆膜砂的应用

为充分发挥企业的专业铸件制造优势，提高企业承受市场竞争的能力，在实际生产中采用了涂层砂光工艺。最初，用新砂得到的包覆砂制作外壳，铸件变形较大，发现粘砂、气孔等铸造缺陷，铸件废品率达到50%。在这种情况下，我们尝试使用再生涂层砂与涂层砂混合来制作车身模具，解决了铸件粘砂、气孔、变形等问题。经过生产实践，铸件不良率一直稳定在5%左右。因此，我们相信热再生砂的低释气和热膨胀在减少铸件废品方面起着重要作用。

5 结束语

从上文中我们可以看出，热法再生砂和新砂相比，砂粒更趋圆整，粒度分布更均匀，角形系数稍有降低，并且具有较低的热膨胀量和发气量。随再生砂数量的增加，覆膜砂的热拉强度和冷拉强度提高，发气量降低。实践表明用再生砂混制的覆膜砂制造壳型，解决了铸件的粘砂、气孔、变形等问题，使铸件的废品率保持稳定。

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