油芯砂高温分解的研究

油芯砂高温分解的研究

1全芯砂无砂砂处理工艺我们的厂是生产135系列发动机的专业制造商。柴油机的机体及相关铸件内腔均由合脂油和桐油砂芯形成。传统的生产工艺是把使用1次后的芯砂作废砂处理。长期以来,造成砂子使用率低下、生产成本居高不下的局面。通过20多项试验数据分析认为,合脂油砂、桐油砂在使用之后经高温分解法分解,还可复用1～2次,从而可大大提高砂子的使用率,降低生产成本。2恢复机制2.1由芯砂合脂砂的组成为:合脂油、黄糊精、膨润土(陶土)和新砂。桐油砂的组成:桐油、黄糊精、陶土和新砂。2.2高温燃烧膨润土的主要成分合脂油芯和桐油芯在浇注过程中,因铁液的高温作用使型芯表面的油脂粘结膜发生分解,丧失其干强度而成为散砂。但厚大型芯内层的油脂粘结强度依然存在,即型芯内层具有较高的残留强度,给型芯砂的回用带来问题,因砂子不分散,无法进行混碾。基于以上情况,我们采用在一定范围内的高温分解法来降低其残留强度,其反应机理如下:(1)对于桐油及合脂油等油类粘结剂而言,其主要化学成分是:C、H、O3种元素,属于1种易燃类的有机化合物。在一定的高温作用下便分解燃烧,生成CO、CO2、H2等气体,剩下是少量残渣和灰分。桐油在300℃以上便分解燃烧,合脂油在500℃以上也迅速分解燃烧。(2)黄糊精也是以C、H、O为主要成分的有机化合物,在高温下分解燃烧,生成CO、CO2、H2等气体,只余少量灰分。(3)作为以Si、Al和H2O为主要成分的膨润土在高温燃烧过程中,其金属元素Al、Na、K、Fe及Si、Ca等不会以气体形式挥发出去。所以必须控制一定的燃烧温度使其不产生新相,不失掉晶格水,也就是要使陶土的体系结构在燃烧之后并未被破坏,还具有水化粘结的性能,陶土不会变成死粘土而增加复用砂的含泥量。这要求将陶土灼烧温度控制在800℃以下。在复用次数较低的情况下,砂子的含坭量不会超出生产要求的指标。(4)砂子的热体积变化是可逆的,浇注时受热膨胀,冷却时又恢复原状。砂在573℃时,SiO2由β石英变成α石英,体积变化最大,砂子的破碎主要发生在这一温度区域。但对复用几次的铸造用砂而言,其破碎细化度是相当小的。综上所述,浇注后还具有一定残留强度的型芯砂在500～800℃范围内进行高温分解1～2次,其矿物成分、化学成分及颗粒特性和砂子的热体积变化是没有多大影响的。3测试3.1原材料采用的原材料分别是湖南益阳和汉寿的型砂,沣县的黄糊精、合脂油;桃源的桐油;河南信阳的陶土。3.2高温种植陶土的制备称取黄糊精、合脂油、桐油、陶土各50g,进行燃烧试验。黄糊精燃烧之后剩余少量杂质和灰分;合脂油、桐油燃烧之后无杂质留下;陶土的高温试验采用乙炔灼烧。陶土在灼烧开始时颜色变深,继续加温,大约到900～1000℃时便有玻态的新相产生。取用颜色较深的陶土进行水化,它还具有一定的粘结性能。通过燃烧试验,证明高温分解的机理具有初步可行性。3.3粒度分布测试分别称取50g粒径0.3～0.15mm的新砂及复用砂,进行粒度分布测试,其结果见表1。可以看出在新砂中,0.3～0.15mm砂占总重70%;而复用砂为65%,相对细化率为7%。3.4制作箱盖5.采用含坭量为2%的益阳新砂(0.3～0.15mm),制作箱盖。在进行浇注后再进行高温分解,测得其含泥量为3%,其中包含一部分粘土,仅增加1%。3.5与新砂配合性能综合性能测试采用的型砂配比及工艺为:2000g新砂/复用砂+60g合脂/桐油+80g黄糊精+70g/50g陶土+适量水,混碾10～15min,制成“∞”试样,再在180±5℃下烘烤60min。测得综合性能,见表2。可以看出,复用芯砂的透气性和干拉强度较新砂有所下降。但仍能符合常规芯砂的工艺性能要求。它们的流动性能良好。4产品试验性能的总结4.1基因废芯子的处理取400kg浇注过的箱盖芯砂和500kg车桥箱体废芯子放在一只大砂盆里高温分解。所用的锻烧炉为铸铁退火炉,加温过程为:点火后持续升温6h,达到800℃,再保温2h,随炉冷却。4.2车桥覆盖环境混凝土材料经高温分解的复用砂除了需将陶土的加入量减少2%外,其它按正常的新砂配制工艺。采用粒径0.425～0.212mm车桥箱体复用砂制1套6135机体型芯,利用粒径0.3～0.15mm箱盖复用砂制了50多套箱体芯子,经过测试,这些铸件均品质优良,内腔表面光洁,无粘砂、气孔等缺陷。2000年我厂共用复用砂生产机体20台,箱盖40套。经机加工检验,铸件品质可与新砂铸造的铸件品质相媲美。5单位面积消耗的新砂费用初步估计,采用退火炉进行高温分解,1炉可焙烧复用型芯砂20t,耗煤约1t。中型企业每年消耗新砂约800t,若使用复用砂200t左右。设新砂价格为110元/吨,烟煤为280元/吨,全年共节省新砂费用22000元,减去燃煤及人工费用4200元,每年可净节约成本17800元。另外,废砂的处理吨位下降,其处理费用也可减少。6芯砂复合布(1)根据退火炉的尺寸设计专用的复用砂盆。砂盆高度不超过400mm。在砂盆叠装时,砂盆间应留20mm的空隙。(2)利用砂盆烘烤油砂前,必须先清理砂盆的锈蚀。复用砂中存在的少许氧化铁对油砂性能没有影响。(3)搞好组织管理,新砂和复用砂要妥善分放。一旦混杂,工艺配比困难,不易控制品质。另外,复用砂中粗砂与细砂也要避免混杂,否则导致芯砂粗细不均,砂子分散,透气率急剧下降,影响铸件品质。(4)芯砂复用过程中要