鑄造廢砂處理

關于濕型砂鑄造工廠的廢砂濕型鑄造生產中，生成需要扔掉的廢砂（包括粉塵）是不可避免的。問題是廢砂量有多少。從一個鑄造工廠的原砂量（包括混制型砂和砂芯砂時加入的原砂）就能知道需扔掉多少廢砂。因為進入工廠的砂量與排出廢砂量是基本相等的。換句話說，向砂系統(tǒng)加入多少東西，就需要排出多少東西。排出廢砂多，就必須多向砂中加材料。國外的一些工業(yè)化國家中，很多鑄造工廠近處堆積廢砂的廢料場地都已堆滿，必須花費大量運輸費用將廢砂運送到遠處。此外，不少國家的環(huán)保條例越來越嚴格。為了保護水源，對固體廢棄物的成分有專門限制，廢料場不但收費而且需上稅。結果是扔掉一噸廢砂比買進一噸新砂還貴的多。美國通用汽車公司在北美的鑄造工廠每年購入原砂65萬噸。原來所用的西密歇根沙丘已然枯竭。就近的廢砂堆積場已滿，必須將廢砂運至遠處拋棄，而且政府的法規(guī)使丟棄廢砂的費用大大增高。買新砂價格每噸$10—20,將廢砂送至遠處扔掉則需$30—85。依里諾州1991年統(tǒng)計220家鑄造廠一年生成廢砂80萬噸，其中％為濕型砂的廢砂。州當局警告到1994年就沒有拋棄廢砂地可用。我國目前的環(huán)保規(guī)定還比較寬松，對于遠離大型城市的中小鑄造廠可能暫時還沒有遇到拋棄廢砂的困難，而大型鑄造工廠大多已經感到廢砂場地不足的問題。因此也需要研究如何減少廢砂的生成來源和如何減少廢砂，如何利用廢砂。1減少廢砂的措施減少廢砂總的原則是拿舊砂當做寶貝，而不是垃圾。以下具體討論廢砂是怎樣形成的，有何辦法減少廢砂：

⑴大砂塊:用擠壓造型等無箱型生產小件的鑄造工廠，通常使用滾筒落砂機或滾筒落砂冷卻

機。砂型進入滾筒體內隨筒體旋轉到一定高度時，靠自重落到筒體下方，在相互間不斷撞

擊和摩擦作用下，砂型與鑄件分離并順著螺旋片方向到達筒體柵格部分進行落砂。滾筒落

砂機能夠破碎砂塊和砂團，即使型砂濕強度較高，砂型緊實度高，落砂后的舊砂都能夠全

部回用。這種滾筒落砂機外形比較大，國產8150型筒體長度12630mm，筒徑62000mm和6

2600mm，生產率鑄件5~6t/h，型砂25~30t/h。天津郊區(qū)一家用擠壓造型生產冰箱壓縮機鑄

件廠，考慮廠房面積限制，自制小型滾筒落砂機，直徑約只6800mm，長度約6000mm使用結

果砂塊不能破碎，只好拆除。生產薄壁和中等大小鑄件時，為了防止鑄件損壞只能用慣性振動落砂機，或慣性振動輸送落砂機。經常遇到的問題是砂塊不能完全破碎，只要型砂強度稍高或緊實硬度稍大，就會出現大量砂塊停留在落砂柵格上不肯通過而被扔掉。高常度大砂型的邊角未受到鐵液的熱作用更難破碎。北京某液壓件鑄造廠的高壓線出現大量砂塊隨鑄件被鱗板輸送機運至清理工部，只好用工人推手推車運回，但仍然有一些舊砂塊當做廢砂被扔掉。應當在選用設備時選擇柵格長和激振力強的落砂機，例如國產L254落砂機長度6160mm就比長度只3060~5082mm的砂子振碎通過柵格的機率更多些。即使如此，高強度高密度砂型落砂時，仍會有砂塊跑掉。有人提出可以在落砂柵格上吊掛一些重型鐵鏈，阻掉砂塊向前自由運動。另一辦法是在鑄件尺寸精度允許條件下，盡量降低型砂濕壓強度和緊實程度。濕壓強度

140~160kPa和砂型硬度85~90°能夠澆注出好鑄件，就不必將濕壓強度提高到180~220kPa和砂型硬度達到95°。⑵砂芯:很多工廠都要求將潰散砂芯做為廢砂扔掉；未燒枯的砂芯頭更認為有害之物，必須扔掉。因而打箱落砂時的砂芯成為廢砂必然的組分。這是因為潰散砂芯的混入使型砂性能變散和脆。但是潰散砂芯還有優(yōu)點：能夠協(xié)助混砂加入的原砂來補充砂粒損失。對鑄鐵件來說，能夠協(xié)助混砂加入的煤粉來使鑄件表面光潔。為了解決潰散砂芯堆型砂性能的不利作用，可以采取的措施是：將混砂時間延長一些；稍微多加少許膨潤土；加入少量a-淀粉。以上三個措施中任何一個都是有效的。至于砂芯頭的利用也是可能的。如果將砂芯頭破碎成散粒，也可以混制濕型砂。含有一些未燒掉的粘結劑也并不會形成氣孔缺陷，通常樹脂自硬砂的舊砂再生后灼減量允許不超過％，砂芯頭的灼減量肯定低于這個數值。近年來國外一些多砂芯鑄造工廠采取將潰散砂芯和芯頭再生處理后與原砂混合用于制芯。例如荷蘭一家公司將未通過多角篩的砂芯團塊用破碎機加工成散粒，配制冷芯盒砂芯中12%為破碎砂芯。近來德國有些人提出大批量生產汽車件等產品鑄造廠可以采用分別落砂的辦法：鑄件冷卻后敞開上型，取出帶有砂芯的鑄件單獨落砂，所得砂子主要是已被燒枯的潰散砂芯和少量附著的型砂，可以用擦磨方法進行再生處理。然后與不超過20%的新原砂混合用來制芯，不必增加樹脂加入量即可得到同樣砂芯強度。留在砂箱中的砂子只含少量砂芯，經破碎、過篩后就可用于制備濕型砂。這樣做的優(yōu)點是不但大大地減少新原砂消耗量和廢砂丟棄量，而且可以減少潰碎砂芯對型砂性能的不利影響。雖然目前采用這種砂芯單獨落砂方法的鑄造工廠數量較少，對于多砂芯的鑄造廠肯定是個發(fā)展方向。⑶粘附在鑄件上的砂子：在鑄件表面上粘附的砂子需要拋砂清理才能掉下來，清理下來的砂子都是做為廢砂扔掉。粘附砂子的原因可能是型砂粒度粗、澆注溫度高、透氣性高、砂型緊密程度不夠，鐵液鉆入型砂顆粒之間的空隙中形成輕度的機械粘砂。也可能是由于鑄鐵型砂中有效煤粉量不足造成的。例如廣東某冰箱壓縮機廠的擠壓造型鑄件表面完全被砂子包裹，經過履帶拋丸清理機后才露出完全不粘砂的表面。估計原因就是型砂中加入的煤粉量不夠多。山東某廠生產出口汽車剎車鼓和剎車盤，使用內蒙原砂，但不加煤粉或任何防粘砂材料，鑄件表面有一層粘砂，靠拋丸清砂和全部表面機械加工。另外，河北某廠擠壓造型的鑄件表面平日沒有不良現象，但有一次突然發(fā)生鑄件表面被砂包裹，估計原因是所用膨潤土活化過度引起熱粘砂?？傊话阒行¤T鐵件的型砂中只要含有足夠的有效煤粉，可以保證在鑄件的絕大部分表面上沒有粘砂。可能只是個別局部由于砂型緊密度不夠，還有極少量粘砂。曾見到河南某廠手工造型生產約40?50kg中等鑄鐵件，落砂后只用鋼絲刷清理就能使鑄件露出光潔表面。估計該廠在型砂中加入了大量煤粉。有些濕型鑄造工廠生產一、二百千克以上的大鑄件，因鐵液壓頭高而出現表面粘砂缺陷，下型表面粘砂可能性更大?？梢栽谙滦突蛘麄€砂型表面噴醇基涂料，點燃后即可合型澆注。但須汪意涂料是專用的，涂層強度需與砂型強度匹配，否則可能產生夾砂缺陷。黃河沉積砂的SiO含量較低，大約僅有81%左右，用來生產較薄中、小鑄鐵件通常并無2粘砂缺陷。但是生產稍厚鑄鐵件或較高澆注溫度時，鑄件表面可能包覆著一層燒結砂，這是原砂熔點低造成的。但鑄件表面并不形成牢固的機械粘砂，容易清理掉露出鑄件。然而這層燒結砂層都做為廢砂扔掉。山西某剎車鼓鑄造工廠使用附近山砂，也是一種低SiO含量2原砂，廢砂量占造型用砂量的20%以上，也遇到廢砂堆積地不足的困難。因此，選擇使用當地原砂生產厚大鑄件時，應注意其SiO含量和熔點。2⑷溢流舊砂：為了避免型砂中含泥量保持在一個適宜范圍內，需要靠有效除塵系統(tǒng)適量降低泥分，更主要的是靠摻入新原砂和混入潰散芯砂來沖淡灰分和降低含泥量。如果鑄造工廠裝有除塵設備，生產的鑄件無砂芯或只有少量砂芯，選用優(yōu)質原砂、膨潤土和煤粉為混制型砂原料，只需排出少量廢砂就能使型砂系統(tǒng)達到良好的平衡狀態(tài)。而有些中、小鑄造工廠的舊砂含泥量很高，原砂、膨潤土和煤粉的品質不好，乂缺乏除塵設備，需用較多原砂對灰分進行沖淡。根據砂系統(tǒng)進入多少就必須排出多少的原則，需要排出廢砂也多。要想減少排廢砂量，應當改為選用低含泥量原砂，高粘結力高耐熱性膨潤土，低灰分高抗粘砂效果煤粉。經過一段時期后就能夠將舊砂含泥量逐漸降下來。如果這些工廠的舊砂已然含泥分極多，即使新安裝除塵系統(tǒng)也不能立即將泥分降到理想含量。改用優(yōu)質原材料也不能立即見效。可能采取的辦法是將一些舊砂進行再生處理，用氣流再生或機械磨擦沖擊再生方法，將舊砂的泥分含量降低，代替一部分新原砂用于沖淡型砂含泥量。但是再生處理乂產生粉狀廢料，而這些粉狀物中含有不少有效材科，扔掉也是相當可惜的。生產發(fā)動機汽缸體類多砂芯的鑄造工廠常遇到混入舊砂中的潰散砂芯多，逐漸積累致使砂系統(tǒng)容納不下，為了平衡總砂量必需隨時排掉一些舊砂成為廢砂。所排舊砂多半是不易破碎的舊砂塊，這些砂塊都是遠離鑄件沒受到高溫加熱的優(yōu)良品質砂子，被扔掉確實可惜。國外有的工廠對舊砂進行較深化的再生處理，包括強力機械磨擦和高溫煅燒，然后代替一部分原砂用于混制芯砂。不過比較理想的方案是將砂芯單獨落砂，經加工處理后與新原砂摻在一起混制砂芯用砂。⑸撒落地面的型砂和舊砂：有些工廠經常把型砂堆放在車間地上，任由腳隨意踐踏。有些砂子粘在鞋底帶往車間各處（甚至也帶入辦公室中），這些被踐踏的型砂在打掃衛(wèi)生時都會被扔掉而成廢砂。也有些工廠的車間中遍地是浮砂，從不打掃衛(wèi)生，在車間內行走有如趟土。還有的工廠，在地面上砂子長年積累，越踩越硬。例如安徽某閥門鑄造廠的車間中，墊高的型砂至少有半尺多厚，運送砂芯的手推車沒法通過。該廠某日決定全廠大清掃，貨運汽車幾次運送才將大量清出來的廢砂運走。實際上這些廢砂原來都是能夠造型的型砂。鑄造工廠應當加強教育和管理，使操作工人認識到砂子來之不易，珍惜每一顆砂子，腳下不準許踩砂子。如果砂子仍然未干，可以填入砂箱當做背砂。假如砂子已失水干燥不能造型，應當將灑落砂子及時送進地下的回砂帶式輸送機，并將地面清掃干凈。如果沒有回砂皮帶，就應當在工部各處放置盛砂的箱子，由叉車運到收納舊砂的落砂機或斗式提升機，送入舊砂斗。還有些灑落的砂子發(fā)生在運送型砂，捅箱，落砂，篩砂，冷卻，回用砂砂運輸，給料器，鱗板輸送機……所有環(huán)節(jié)的地面、地坑、地下通道，輸送器的接頭處和盡端。都應該經常清掃和回收，不但避免砂子損失，而且有利于保持車間清潔衛(wèi)生。曾見到我國有幾家鑄造工廠（例如江蘇有兩家使用靜壓造型和擠壓造型的日資鑄造廠）車間中極其清潔，地面上看不到砂子的痕跡。砂處理工部的樓梯和平臺也同樣干凈。美國有一鑄造工廠的砂處理工部的周圍墻壁上安裝有風吸送管道，有多處快速連通接頭，用軟管吸塵器將工部各處的灑落砂吸送至舊砂斗上的分離器。國內也有制造移動式工業(yè)除塵器的企業(yè)，可以用來清掃車間中的灑落砂。有的工廠中工人習慣用壓縮空氣軟管吹凈浮砂，結果造成車間空氣污濁，塵土搬家。⑹除塵器的粉塵：落砂機、帶式輸送機、篩砂機、沸騰冷卻機、斗式提升機、混砂機以及各種輸送裝置上面的除塵設備所收集到的塵土并非一律為應當排掉的廢料。實際上其成分與舊砂中或型砂中的泥分類似，即含有灰分和有效膨潤土及有效煤粉。干法除塵系統(tǒng)的終端是由旋風分離器和袋式除塵器組成。旋風分離器可以將有一些被吸物料中的細砂粒（70目及更細砂粒）分離并卸出。有些工廠（尤其是多砂芯鑄造工廠）將分離出的細砂粒全部送入舊砂回用系統(tǒng)，能夠防止型砂粒度粗化和透氣性偏高，并能使鑄件表面光潔。袋式除塵器可將細粉從氣流中分離。所含細粉中含有的有效物料可能在30?50%之間。有的工廠也將袋式除塵器的粉料部分地回用。因為可以節(jié)省膨潤土和煤粉加入量，降低型砂對水的敏感性，同時也減少廢砂排出量。工廠應當檢驗各除塵器分離下的粉料中含有多少有效膨潤土和煤粉，根據型砂和舊砂的泥分含量，決定選用哪個除塵器的分離物料和采用多少。⑺清掃垃圾：在有些鑄造工廠中，紙屑、木棍、煙頭等垃圾任意拋到造型工部的砂堆上，準備與砂子一起清掃掉。曾見到江蘇某柴油機廠氣沖造型線的下芯工人口叼煙卷干活。地面上有一個小砂堆，可以見到上面有很多煙頭等雜物。有的鑄造工廠中在夏季為了防暑降溫，發(fā)給工人鹽汽水、冰棍等保健飲料。汽水瓶蓋，木棍、包裝紙大多順手扔入地面砂堆，也使這一堆砂不能回用。實際上從地面清鏟集中起來的砂堆完全可以回收利用，將各種垃圾摻入后只好當做廢砂扔掉。應當教育全體員工愛惜砂子，不準隨便糟蹋。應在各班組工作地設有存放垃圾的筒，只能把沒有用的東西丟到垃圾桶中。天津有一臺資鑄造工廠規(guī)定進入工廠門口后一律禁止吸煙。如果發(fā)現工廠地上有煙頭就要追查工長責任。有的工廠在廠房角落處設一間封閉的吸煙室，專供飯后休息時進入吸煙。平時職工都忙于工作也沒空閑時間吸煙，不僅防止煙頭亂丟，混入砂子，也有利于身體健康。落到地面的型砂不要與熔化工部的爐渣摻混，沖天爐的爐渣?；罂梢杂米鰹榻ㄖ牧稀Ｒ膊灰c澆注工部的地面圾垃摻混，其中有很多鐵粒也可回收。否則撒落地面的砂子只能扔掉。2廢砂的利用即使采用以上種種措施減少廢砂的生成量，仍然不可能消除廢砂。目前國外較多采用的辦法是將鑄造工廠確實難以使用的廢砂和粉塵加以利用。雖然美國依利諾州年生成廢砂80萬噸，而該州建設市場需2400萬噸砂子用于建筑和鋪路材料，足以容納鑄造工廠的廢砂。以下舉例說明廢砂的利用：⑴生產水泥：美國紐約州生產可鍛鑄鐵件的Frazer&JonesCo.與一家水泥生產廠建立關系，將100%廢砂生產水泥。水泥要求的SiO2，氧化鐵，A12O3在型砂中都有，所含碳分可以燒掉。要求廢砂的SiO含量大于80%，含堿量在低限，粒度均勻，材料量大。廢砂中的氧化2鐵和鐵粉（拋砂形成的）無防礙。但不可有金屬塊，否則會破壞窯爐和堵塞磨粉機。該廠1994年運送廢砂萬噸到加拿大安達略省水泥廠，成功地制成低堿性硅酸鹽水泥。⑵混制混凝土：美國紐約州PohlmanFoundry將廢砂篩除大砂塊、芯頭、芯鐵后堆放至建設

高拳時期，滿足混凝土的混合需要。州環(huán)保部門化驗結果證明摻有廢砂的混凝土對人體健

康無負作用。⑶制磚：CherokeeEnvironmentalGroup是美國最大的制磚公司，原來主要原料為粘土和

頁巖。使用廢砂制磚時，載重車或船將廢砂運送到制磚廠。將廢砂過篩，去除金屬廢料和

雜質。也可以摻入頁巖粉，在機器中與熔劑和水混合，然后擠出切塊。進入連續(xù)烘干爐（127°C）和煅燒爐（589°C）。烘干和煅燒共約30h后制成建筑用磚。⑷修路瀝青：通常在修路用的熱熔瀝青中加入了約50%的天然骨料，可以用廢砂代替15?

20%的天然骨料。但是要求將廢砂烘干，燒掉殘留的煤粉和有機物。⑸其它：廢砂可以制成巖棉，用于管道保溫。在我國，濕型廢砂還有一些用途。鄉(xiāng)鎮(zhèn)小鑄造工廠將大鑄造工廠丟棄的廢砂拉去造型

使用。廢砂中含有足夠的膨潤土和煤