（材料加工工程专业论文）含芯砂粘土砂的再生砂工艺适应性研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 我国是世界铸件生产第一大国，2 0 1 0 年铸件产量达到3 9 6 0 多万吨，其中大约6 0 铸件采用粘土砂工艺生产，每年在废弃大量的粘土旧砂，这不仅浪费自然资源，也极大 危害了生态环境。为此开展粘土1 日砂完全再生技术的研究，是保护环境和自然资源的一 项重要举措，对铸造行业的可持续发展具有十分重要的意义。 本课题通过理论分析与实验研究相结合的方法，在深入了解国内外粘土旧砂再生技 术发展现状的基础上，结合课题组前期对含芯砂粘土砂的再生及再生砂用于相同体系芯 砂工艺的研究成果，对含芯砂粘土砂的再生砂用于变体系芯砂混制时的铸造工艺性能进 行了研究，确定了再生砂对变体系芯砂工艺的适应性，并对粘土再生砂的改性及改进用 再生砂混制覆膜砂时的铸造工艺性能进行了实验研究。 研究发现，由含煤粉和呋喃自硬树脂砂粘土砂的再生砂混制水玻璃砂时，其最高强 度为1 1 l m p a ；混制热芯盒砂时，最高热态抗拉强度为0 8 9 m p a 、最高常温抗拉强度为 1 5 lm p a ，可满足铸造生产的要求。由再生砂混制冷芯盒砂和覆膜砂时均不能满足铸造 生产的工艺要求。 由含煤粉和水玻璃砂粘土砂的再生砂混制呋喃自硬树脂砂、热芯盒砂、冷芯盒砂、 覆膜砂时均达不到铸造生产的工艺要求。 由含煤粉和热芯盒砂粘土砂的再生砂用于混制水玻璃砂时铸造工艺性能与新砂接 近，混制冷芯盒砂及覆膜砂时的强度接近或达到由新砂混制的型砂强度的8 0 ，可满足 铸造生产的工艺要求。混制呋喃自硬树脂砂时，最高强度只有o 0 8 m p a ，不能满足铸造 生产的工艺要求。 由含煤粉和冷芯盒砂粘土砂的再生砂混制水玻璃砂时，其强度接近由新砂混制的水 玻璃砂的强度，混制热芯盒砂及覆膜砂时，其强度达到或超过由新砂混制的相应型( 芯) 砂强度的8 0 ，可以满足铸造生产的工艺要求。由再生砂混制自硬树脂砂时，其最高抗 拉强度只有0 1 4 m p a ，不能满足铸造生产的工艺要求。 由含煤粉和覆膜砂粘土砂的再生砂混制的水玻璃砂的强度均超过l m p a ，混制的热 芯盒砂的最高热态抗拉强度为o 6 6 m p a ，最高常温抗拉强度为1 1 2 m p a ，混制的冷芯盒 砂的最高即时抗拉强度为1 0 2 m p a ，最高l h 抗拉强度为1 2 1 m p a ，可满足铸造生产的一 山东建筑大学硕士学位论文 般要求。由再生砂混制的呋喃自硬树脂砂最高抗拉强度只有0 0 5 m p a ，不能满足铸造生 产的工艺要求。 粘土再生砂经过8 0 0 保温1 0 m i n 的二次焙烧后性能没有明显提升，混制的覆膜砂 强度略高于由未经处理的粘土再生砂混制的覆膜砂的强度，但仍低于由新砂混制的覆膜 砂的强度。 在粘土再生砂混制覆膜砂的过程中加入占砂子质量3 、浓度为0 0 1 的草酸溶液能 _ 定程度提高由粘土再生砂混制的覆膜砂的强度，但当加入的草酸溶液过量时强度严重 降低。 加入占树脂质量1 5 的硅烷偶联剂时，由粘土再生砂混制的覆膜砂的热态抗拉强度提 高3 1 ，常温抗拉强度提高2 5 4 ，但仍低于由新砂混制的覆膜砂的强度。 加入草酸溶液和硅烷偶联剂后的覆膜砂强度低于只添加硅烷偶联剂时覆膜砂的强 度。加入占砂子质量3 、浓度为0 0 1 的草酸溶液和占树脂质量1 5 的硅烷偶联剂后， 热态抗拉强度提高6 9 ，常温抗拉强度提高1 2 3 。 关键字：粘土旧砂，再生砂，应用，工艺适应性，覆膜砂，强度 山东建筑大学硕士学位论文 s t u d yo n1 1 e c h n o l o g i c a la d a p t a b i l i 够o fr e c l a i m e ds a n do fc l a ys a n d c o n t a i n i n gd i f f e r e n tc o r es a n d j i n gj i 姐( m a t 丽a l sp r o c e s s 她e n 西n c 咖曲 d i r a c t e db ys 蚰q i n g z h o u 。+ a b s t r a c t c h i n ai st l l eb i g g p s tc 觞t i n gp r o d u c 盯i i lt t 圮、釉r d t h ep r o d u 以o no fc 嬲t i n gr e a c h e dm o r e t h 觚3 9 6 mt o l l si n2 0lo ，印p r o x i m a t e l y6 0 o fc 嬲t i n gp r o d u 以o n 哪e d 向rc l a ys 锄dp r o c c s s ， al o to f l l s 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粘土湿型砂既能机器造型也可手工造型，砂型无需烘干便可直接浇注金属液，一般可用 于生产中小型铸铁件和铸造有色合金铸件，也可以应用于大批量机械化造型生产汽车、 拖拉机、柴油机、轻纺机械等铸件。 1 2 粘土旧砂再生研究的意义 用粘土砂铸造工艺生产铸件已有悠久的历史，可以追溯到几千年以前，在世界各地 都得到了广泛的应用。我国是世界铸件生产第一大国，2 0 1 0 年我国铸件产量达到3 9 6 0 多万吨。据估计，我国的铸件生产约有6 0 采用粘土砂工艺【l 】，也就是说我国每年采用 粘土砂工艺生产的铸件达到了2 0 0 0 多万吨。 在铸造生产中，型砂中靠近型腔表面的部分粘土由于浇注时高温金属液的热作用， 受到高温烘烤失去结晶水从而丧失粘结能力，成为死粘土。这些粘土一部分以粉状物混 于型砂之中，另一部分以类似陶瓷薄膜状的形式牢固地包裹在砂粒表面，严重地影响到 型砂的性能，使其透气性、可塑性降低，脆性增加；其次在铸造生产过程中，由于受到 高温金属的重复热作用，少部分砂子被破碎，其破碎后的小砂粒也混于旧砂之中，成为 旧砂中粉尘的一部分，从而影响到型砂的性斛3 】；另外，在现代铸造生产中大量应用有 机及无机粘结剂芯砂，这些芯砂及化学粘结剂的分解产物也部分混入型砂中；煤粉及其 代用品高温分解产物的混入，进一步降低粘土型砂的活性，使型砂的性能恶化。各生产 山东建筑大学硕士学位论文 企业为了生产出合格的铸件，通过定期或不定期排放部分旧砂，同时加入新砂的方式来 稳定型砂的性能。 性能恶化的粘土1 日砂如果不经再生而直接用于铸造生产，将使型砂的发气量增加， 铸件容易产生气孔或呛火等铸造缺陷；残存在旧砂表面的不完整粘土膜在进行再次混砂 时会在砂粒和新形成的粘结剂膜之间形成中介层，严重削弱砂型的强度。据统计，约有 3 0 q 0 的铸件废品都直接或间接的与型砂质量有关【4 ，5 1 。因此，性能恶化的粘土旧砂必 须经过再生处理才能满足铸造工艺的要求，继续投入到铸造生产中。 粘土旧砂再生的意义主要有以下几点【4 】： ( 1 ) 自然环境及资源保护方面 采用粘土砂铸造工艺时，型砂的需用量很大，一般砂铁比为5 1 0 ：1 【6 1 。我国每生产 1 t 合格铸件，大约要排放废气1 0 0 0 2 0 0 0 m 3 、废渣3 0 0 k g 、粉尘5 0 k g 、废砂1 3 1 5 t ，而 发达国家每生产1 t 合格铸件的三废排放量不到我国的十分之一川。大量粘土旧砂的任意 排放，旧砂中的粘土、煤粉等粉尘，水玻璃等碱性物，树脂等有机物，对大气、土地、 地下水均会造成一定的污染，危害人类的生产和生活。旧砂再生可以减少废砂排放量， 节约有限的硅砂资源，降低对自然环境的危害，对于实现绿色铸造具有重要意义。 ( 2 ) 经济效益方面 原砂的费用直接影响铸件的生产成本。1 日砂的再生费用低于新砂的购置费用，旧砂 回用后减少了旧砂的排放，可以节省新砂的购置费用和废砂的处理费用，取得良好的经 济效益。 ( 3 ) 技术方面 旧砂在反复使用过程中都要经受高温金属液的热作用，此外在回收、再生过程中经 过机械作用、除尘等环节，使得再生砂具有新砂无法比拟的优点【8 】：颗粒圆整，急热膨 胀性小，化学及热稳定性好，粒度分布更趋均匀，且粉尘含量减少，有利于减少铸造缺 陷的产生，降低废品率。 1 3 粘土旧砂再生的国内外研究现状 1 3 1 粘土旧砂再生的国外研究现状 国外对于旧砂再生的研究始于1 9 1 2 年，发展到今天己有百年历史，其发展进程大致 呈现阶段性规律【9 】。 对旧砂再生展开研究的初期，卡普罗发表了铸造厂的废砂一文，文中介绍了一 山东建筑大学硕士学位论文 种湿法再生机，旧砂再生处理的收得率为8 0 9 0 【i o 】。在上世纪2 0 到3 0 年代间，粘 土旧砂的再生装置主要以湿法水洗搅拌，机械搅拌、辗压或二级筛分为主。此时的再生 装置虽然比较简单，但已经开始配套使用，并应用到了生产中，取得了一定效果。在这 个阶段，粘土旧砂再生的对象主要是铸造生产中产生的废砂。旧砂经过再生处理后降低 了含泥量，最终仍用于粘土砂生产中。 2 0 世纪4 0 到5 0 年代，先后开发了机械离心再生、振动再生、抛丸再生、竖吹式气 流再生以及联合式旧砂再生装置，在铸造生产中得到了应用，同时出现了定点生产旧砂 再生设备的企业，在再生方法上得到了迸一步发展。这一时期，d l l 0 n g e v i l l e ( 朗格维 勒) 和wl h e n l c y ( 哈里特) 等【1 1 ，1 2 1 开发了热法再生系统并应用于生产中；1 9 4 6 年e c j e t 盯( 简特) 首次提出了气流再生的方法【”】，进一步丰富了旧砂再生理论；1 9 5 3 年，g h c u i t i s ( 柯蒂士) 开发了旧砂联合再生系统，通过湿法再生和热法再生的联合来去除 旧砂中的有机物，使型砂的抗拉强度得到进一步提高，开创了含有有机粘结剂芯砂粘土 旧砂再生研究的先河；同年，美国铸造协会的会刊出版了一个专集，刊登了包括湿法再 生、气流再生、热法再生及联合再生在内的具有代表性的论文六篇【排1 9 1 。在基础研究方 面，对再生砂采用显微镜进行形貌观察【1 4 1 5 】并进行了系统的工艺试验，对旧砂再生的发 展都起到了重要作用。此时的机械离心式再生、抛丸再生、竖吹式气流再生既可用于有 机粘结剂芯砂再生也可用于粘土砂再生，但再生粘土砂也只能用于粘土砂工艺。 2 0 世纪6 0 年代以后，由于人们环保意识的不断增强，新砂价格和运输费用的上涨 等因素，对旧砂再生提出了新的要求，在这一阶段气流再生方法得到快速发展【2 0 1 。在2 0 世纪7 0 到8 0 年代，出现了多工序一体化再生处理方法，再生设备的发展逐步向单元与 系统配套方向发展。美国的布里吉( a c d 锄b 州锄) 于1 9 7 3 年发表了旧砂再生技术 的过去、现在和将来一文，较全面地分析论述了旧砂再生过去和现在的发展状况【2 l 】， 并推荐了吉姆纳乌达( h w z i 砌a w o d a ) 对1 日砂再生系统的总结，将当时的各种旧砂再生技 术归纳成具有代表性的湿法再生、气流再生、热法再生、机械再生、湿法与热法联合再 生及热法与气流联合再生七种再生方法瞄】；在1 9 7 5 年国际铸造会议上成立了一个1 4 分部委员会，专门研究旧砂再生处理问题【冽；1 9 7 9 年，在德国举行的第5 届国际铸造博 览会( g i f a ) 上展出的铸造旧砂再生设备多达2 0 余种【2 3 1 。在这一时期，铸造旧砂再生 技术在世界各国特别是发达国家得到了较快发展。 2 0 世纪8 0 年代以后，各国出于保护环境和生态的目的，相继开始限制固体废弃物 的排放。铸造旧砂要减少排放，就需要使再生砂达到能代替新砂用于铝i j 芯的工艺性能。 山东建筑大学硕士学位论文 日本曾采用热法再生粘土湿型砂，但效果不理想。1 9 8 2 1 9 8 3 年美国采用热法与机械法 或热法与气流联合法再生粘土湿型旧砂，将再生砂代替新砂用于制芯取得了较好的效果 【2 4 堋，在此之后热法与干法联合再生工艺得到了应用和发展。1 9 8 4 年第6 届国际铸造博 览会( g i f a ) 上有3 7 家单位展出了多种旧砂再生设备，再生设备的种类进一步丰富。 1 9 8 7 年美国铸造协会召开了第9 2 届年会。会上汇编发行了旧砂再生的专剿2 7 1 ，精选了 1 4 篇2 0 世纪7 0 年代以来发表过的文章，其中8 篇文章是关于热法与干法联合再生湿型 砂并将再生砂用于制芯方面的研究，这表明湿型砂再生已成为当时铸造领域的一个热点 问题。1 9 8 7 年美国铸造工作者明确提出了完全再生( t o t a lr e c l 锄a t i o n ) 的概念【2 s 1 ，将 湿型砂经热法与干法联合再生处理后代替新砂用于制备各种化学粘结剂芯砂。 1 9 9 3 年欧洲有些国家提出了清洁铸造砂循环的概念，要求循环使用旧砂。旧砂除一 部分回用外，其余的在经过再生处理后要重新用于制备化学粘结剂型芯，以最大程度减 少新砂加入量和废砂排放量，达到清洁循环生产【2 9 3 0 1 的目的。1 9 9 4 年，更多种类的旧砂 高效再生设备在第8 届国际铸造博览会( g i f a ) 上展出。同时英、德杂志均发表专论【3 1 ，3 2 1 ， 粘土旧砂再生受到各国更大的关注。 2 0 世纪末，德国k g t 公司开发出粘土旧砂完全再生成套设备并成功应用于实际生 产【3 3 1 。同时新的再生方法不断涌现，诸如冷冻旧砂再生【3 4 1 、蒸气压旧砂再生【3 习等。专业 化旧砂再生企业也开始出现，专门为铸造企业提供旧砂再生服务，旧砂再生技术和设备 得到了进一步发展。进入2 l 世纪后，出现了一种回转式旧砂再生系统，能有效去除活性 较强的粘土和失去活性的死粘土，湿型砂经再生处理后可用于酚醛、呋哺、水玻璃和壳 型粘结剂砂系统，也可用于制作造型面砂【3 6 1 。 1 3 2 粘土旧砂再生的国内研究现状 我国粘土旧砂再生的研究起步较晚，直到2 0 世纪5 0 年代后期才开展粘土旧砂湿法 再生及气流再生技术的研列3 7 1 。2 0 世纪6 0 年代，结合水力清砂的推广应用，在成功使 用水力旋流器为主的湿法再生装置的基础上，开发出湿法再生系统【3 8 3 9 】。1 9 6 5 年研制出 机械离心式再生机及竖吹式气流再生机，在少数厂家得到成功使用。个别厂家开发了沸 腾炉，用于再生合脂砂【郴1 1 。2 0 世纪6 啦7 0 年代湿法再生在我国有一定推广，但湿法再 生系统复杂，占地面积大，能耗高，再生过程会产生大量污水，这些因素使其推广应用 受到了一定的限制。 2 0 世纪7 0 到8 0 年代，在自硬树脂旧砂成套再生设备引进的带动下，一些铸机厂和 山东建筑大学硕士学位论文 高校、设计院及研究单位开展了干法再生的研究，开发出相应的旧砂再生设备，如震动 球磨再生机、震动破碎机、离心式再生机等，解决了旧砂再生中存在的部分问题【4 2 】。2 0 世纪8 0 年代中叶，铸造旧砂再生工作受到国家相关部门的重视，得到了国家自然科学基 金的支持，粘土旧砂再生技术得以快速发展。1 9 8 4 年我国成立了旧砂再生专题组，开展 了从理论、工艺到设备的实验研究；1 9 8 5 年全国第1 次旧砂再生会议在昆明召开。2 0 世纪8 0 年代末以后，先后开发出了气流横吹式再生机、离心式再生机、水平逆流式再生 机等旧砂再生设备并在企业得到了应用【4 3 删；1 9 9 5 年我国制定了固体废弃物污染防治 法并于1 9 9 6 年公布实施：进一步推动了我国旧砂再生技术的发剧4 7 1 。 进入2 1 世纪，国内有多家企业推出了粘土旧砂再生设备，粘土旧砂中的泥分得到了 控制，铸件的表面质量得到了提高【蚓。2 0 0 4 年时风集团引进了常州法迪尔克粘土砂铸造 机械有限公司生产的c r g 粘土砂旧砂再生系统【4 9 1 。粘土旧砂经该系统再生后代替部分 新砂混制型砂取得良好效果，减少了新砂及膨润土用量，铸件废品率下降了l 。但其 旧砂的再生仍属不完全再生，再生砂的含泥量较高，只能用于粘土砂系统。2 0 0 5 年初， 一汽集团引进日本粘土旧砂再生系统，将粘土旧砂加热到6 0 肛7 0 0 ，然后进行机械再 生，再生砂可用于覆膜砂的混制刚，由此国内出现了粘土旧砂完全再生。重庆长江造型 材料公司研发了间歇式焙烧炉和机械再生装置，并将该技术用于东风汽车有限公司粘土 旧砂的再生，再生砂用于混制覆膜砂、冷芯盒砂和热芯盒砂1 5 l 】。 自2 0 0 4 年开始，山东建筑大学旧砂再生课题组相继开展了粘土旧砂完全再生技术的 研究工作，并得到了山东省科技攻关计划的支持。通过对含有水玻璃砂、覆膜砂、树脂 自硬砂、冷芯盒砂、热芯盒砂等芯砂粘土旧砂的再生，获得粒度不发生明显变化，粒形 更趋圆整，微粉含量低于同种新砂，但耗酸值较高的粘土完全再生砂，并将再生砂用于 相同体系芯砂的混制。研究发现，只有含树脂自硬砂芯砂的粘土再生砂混制自硬树脂砂 时的强度达不到实际生产的要求，其余体系的粘土再生砂在混制和其再生前相同体系的 芯砂时，均可满足铸造生产的要求。 我国粘土旧砂再生工作正逐步受到国家有关部门及铸造企业的重视，但由于起步较 晚，无论是在再生技术的研究方面，还是在粘土旧砂再生设备的开发方面，和国外相比 都存在较大的差距。到目前为止，国内大部分粘土旧砂再生，还只是通过简单再生处理 去除粘土旧砂中的部分泥分，再生砂重新回到粘土砂系统，以减少新砂的用量。在粘土 旧砂完全再生技术的研究方面，对将粘土完全再生砂用于混制和再生前粘土砂相同体系 的芯砂方面已有一定的基础，但再生砂的性能和新砂相比还有一定差距，对将粘土再生 山东建筑大学硕士学位论文 砂用于和再生前粘土砂不同体系芯砂的制备方面还未见相关报道，相关再生技术及再生 装备的研究与开发有待进一步加强。 1 4 本课题的研究内容 本课题主要研究含芯砂粘土砂的再生砂用于混制和再生前粘土砂体系不同的芯砂时 的工艺适应性问题，为含芯砂粘土砂的再生砂在变体系情况下的应用奠定理论基础。同 时，以用粘土再生砂混制覆膜砂为例，探索对粘土再生砂进行改性以改进其铸造工艺性 能的方法。 具体研究内容为：含水玻璃砂粘土再生砂用于混制和再生前粘土砂不同体系芯砂时 的工艺适应性研究；含自硬树脂砂粘土再生砂用于混制和再生前粘土砂不同体系芯砂时 的工艺适应性研究；含热芯盒砂粘土再生砂用于混制和再生前粘土砂不同体系芯砂时的 工艺适应性研究；含冷芯盒砂粘土再生砂用于混制和再生前粘土砂不同体系芯砂时的工 艺适应性研究；含覆膜砂粘土再生砂用于混制和再生前粘土砂不同体系芯砂时的工艺适 应性研究；粘土再生砂的改性及提高由再生砂混制的覆膜砂工艺性能的措施等。 6 山东建筑大学硕士学位论文 第2 章课题研究的技术路线及再生砂质量评价体系 2 1 粘土旧砂的性能与特点 粘士型砂主要由原砂、粘结剂( 膨 润土) 及煤粉等附加物按照一定配比 混制而成。粘土砂铸型经浇注、打箱 第一艄陷 及落砂过程后所得型砂称为粘土旧 砂。粘土砂铸型在浇注过程和浇注后， 型腔内表层的型砂会受到金属液的强 烈热作用，其成分、性能都会发生很 第二二绥粘缡删壳 包入猫结 剂细褴 大的改变。型砂中的一部分粘土在高 图2 1 砂粒表面形成粘结剂壳和细粒镶入壳中 温作用下会失去结晶水而丧失粘结能 力成为死粘土【5 2 彤】；煤粉、有机物质等附加物在高温作用下，被烧焦、烧结或形成微小 颗粒及灰分，这些微粒和灰分混入型砂中会导致型砂透气性降低，影响型砂强度及耐火 度，导致铸造缺陷的产生。另外砂粒在反复高温热作用下产生内应力而发生急剧膨胀， 随后逐渐冷却收缩而发生破裂，使砂粒细化，粉尘增加，导致旧砂的含泥量增加。失效 的死粘土、灰分以及细焦炭粉可统称为有害粉尘。这些有害粉尘一部分以粉尘状态存在 于旧砂中，成为粘土1 日砂含泥量的重要组成部分，大部分在高温作用下形成陶瓷薄膜牢 固地包裹在砂粒表面，形成一层粘结剂壳而成为砂粒的一部分，这层死粘土薄膜称为惰 性膜。粘土旧砂经过循环使用和重复浇注受热，使得砂粒表面出现多层重复包覆的惰性 膜，砂粒直径增大，这个过程称为鲕化现象，也称为为鱼卵石化现象( 如图2 1 所示) 。 发生鲕化的粘土旧砂中产生大量的假颗粒。此外粘土中水分受热逃逸和型砂中煤粉等附 加物部分燃烧产生的气体逸出致使惰性膜呈现多孔性，导致假颗粒密度减小，含水量提 高。 惰性膜的熔点约为1 1 5 0 ，在浇注温度为1 3 5 0 以上的金属液时，会使铸件表面产 生粘砂，导致铸件表面光洁度下降。在粘土砂循环系统中，每次混砂都要加入部分新砂 和适量的膨润土。新砂用来补充砂子的消耗和改善型砂的性能，加入的膨润土一部分用 于补充被烧损的失效膨润土，另一部分用来粘结进入砂系统的新砂和芯砂1 5 6 1 。通过这种 方式可在一定阶段保证粘土型砂的铸造工艺性能。随着粘土旧砂循环使用次数的增多， 山东建筑大学硕士学位论文 旧砂的含泥量逐渐增大，砂粒的鲕化现象加剧，导致粘土旧砂的铸造工艺性能逐渐恶化， 这时的旧砂如果不经过再生处理将不能继续使用，只能作为固体废弃物扔掉。 一般铸件在铸造过程中都需要砂芯，特别是发动机气缸体、气缸盖之类的铸件，砂 芯所占的比例很高，甚至接近或超过新砂的用量1 5 7 1 。砂芯主要采用覆膜砂、水玻璃砂、 热芯盒砂及冷芯盒砂等有机或无机粘结剂芯砂制作。铸件落砂时，会有一部分芯砂混入 粘土旧砂中。芯砂中的有机或无机粘结剂、固化剂等附加物灼烧后形成的粉尘也会混入 旧砂之中，使得型砂的性能变坏。本课题组对泥分及芯砂混入对粘土型砂性能影响的研 究表明，在没有芯砂混入的情况下，型砂性能会随泥分混入量的增多先升高再降低，但 是当泥分和芯砂的混入量同时增加时型砂的性能会迅速恶化【5 8 】。 综上所述，粘土旧砂会随着循环次数的增加而使工艺性能恶化，直至不能用于铸造 生产，这时只有对旧砂进行再生才能重新应用，否则只能将其作为固体废弃物扔掉，这 不仅造成对自然资源的浪费，同时也造成对环境的污染，因此，粘土旧砂的再生势在必 行。 2 2 课题研究的技术路线 粘土旧砂的再生就是利用物理或化学方法将砂粒表面的惰性膜及杂质剥离、去除， 使砂粒裸露出原有表面，降低再生砂的含泥量，改善再生砂的粒形，使再生砂达到或接 近新砂的性能【5 9 】。对粘土旧砂进行再生处理有两种不同的目的：旧砂再生后继续用于粘 土砂；以及旧砂再生后用于混制芯砂。将再生砂用于粘土砂工艺时可不必进行完全再生， 只需通过再生降低旧砂的微粉含量及改善1 日砂的粒度分布，这时的再生砂与新砂相比含 泥量高，芯砂混入对型砂性能的影响没有消除，再生砂只能用于重新混制粘土砂。当再 生砂用于制芯时，对再生砂的灼减量( l 0 1 ) 、耗酸值及含泥量等指标都有严格的要求， 必须将粘土旧砂进行完全再生，不但要降低旧砂泥分含量、改善旧砂粒形，还要全部或 者大部分消除芯砂混入对型砂性能的影响。 本课题的研究对象为铸造生产中含煤粉和不同芯砂的粘土旧砂，旧砂中不仅包含有 粘土、煤粉，还有各种无机或有机粘结剂芯砂，成分比较复杂。旧砂再生后要用于混制 各种有机及无机粘结剂型( 芯) 砂，不仅要去除旧砂表面附着的粘土膜、细焦炭粉等杂质， 还要消除不同类型粘结剂芯砂混入对型( 芯) 砂铸造工艺性能的影响，这时采用单一的 机械再生很难达到目的，必须对粘土旧砂进行高温焙烧以提高机械再生的效果。对于含 有机粘结剂芯砂的粘土旧砂而言，高温焙烧可使煤粉及芯砂砂粒表面的粘结剂膜烧损或 山东建筑大学硕士学位论文 完全分解，以消除芯砂混入对 型砂性能的影响。对于含水玻 璃芯砂粘土砂而言，高温焙烧 可对水玻璃芯砂的表面粘结 剂膜起到脆化作用，有利于其 在后续的再生过程中被去除， 以降低水玻璃芯砂混入对型 砂性能的影响。同时根据课题 组前期对脆化温度对粘土再 生砂微粉去除率影响规律研 究的成果( 图2 2 ) 删，对粘 莲 蓬 稍 蕊 瓣 图2 2 不同脆化温度对泥分去除率的影响 土旧砂进行7 0 0 焙烧，然后进行机械再生并去除微粉，有利于再生砂中微粉的去除。 为此，对粘土旧砂的完全再生采用7 0 0 焙烧+ 机械再生+ 去除微粉的技术路线。 粘土完全再生砂用于混制各种粘结剂型( 芯) 砂的工艺适应性主要是看用其混制型 ( 芯) 砂的铸造工艺性能。为此，采用粘土再生砂及和再生砂相同产地，粒度相同的原 砂，在相同条件下混制相同粘结剂的型( 芯) 砂，分别测试其铸造工艺性能，通过对由 两者混制型( 芯) 砂性能的比较，参照铸造生产中对相同粘结剂型( 芯) 砂的工艺要求， 判定再生砂用于混制某种粘结剂型( 芯) 砂时的工艺适应性。 粘土砂经再生处理后砂粒表面仍会残留部分粘结剂膜、粉尘等杂质，耗酸值明显高 于新砂，导致由再生砂混制的某些芯砂的铸造工艺性能低于新砂，所以需要对再生砂进 行改性以提高再生砂的性能。 高温焙烧使再生砂石英晶体内部形成大量空位，晶体发生相变，有利于砂粒表面剩 余的杂质相脱落，增大再生砂的裸露面积，而且使砂粒表面不再形成羟基，改变砂粒表 面的理化性能，增大砂粒的表面活性，这更有利于增加树脂与砂粒表面的接触面，使两 者之间的机械连接和啮合增强，从而提高型( 芯) 砂的强度。对再生砂进行酸洗，可以 去除砂粒中残留的泥分、碱性污染物等杂质，使砂粒显露出原有形貌，避免杂质混在树 脂薄膜中，破坏树脂膜的连续性，增加树脂与砂粒表面的接触面，使树脂与砂粒表面的 附着力增加，提高型( 芯) 砂的强度。添加偶联剂进行改性处理，可以提高再生砂砂粒 表面的活性，改善砂粒表面与树脂的粘附性，使树脂更牢固地附着在砂粒表面，充分发 挥树脂的粘结效率。因此，对粘土再生砂采用高温焙烧、加入硅烷偶联剂增加砂粒表面 山东建筑大学硕士学位论文 活性、通过表面改性处理降低砂子的耗酸值等方法以提高由粘土再生砂混制的型( 芯) 砂的铸造工艺性能。 2 3 粘土完全再生砂的质量评价体系 对粘土旧砂进行完全再生的目的就