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摘要：旧砂再生就是将旧砂进行物理的、化学的或者热处理等方式除去砂粒表面的粘结剂等残留物和惰性薄膜以及有害微粒、粉尘，使旧砂工艺性能得到恢复的一种工艺。在降低铸造成本、保证铸件质量的前提下，兼顾对环境的保护。
关键词：铸造；旧砂；再生
一、树脂砂旧砂再生背景
铸造行业是制造业中的基础行业，各行业的发展都离不开铸件。2010年我国年产铸件约3500万吨，是世界第一铸造大国。但我国每吨铸件生产要排放废砂约1吨，年排放铸造废砂约3000多万砘，资源消耗和环境污染都十分惊人。一些大型铸造企业年排放废砂都在10万砘以上，而在企业排放大量废砂的同时，企业需向生产线补充等量的新砂以维持生产线的运行，每年全国由此造成的新砂采购成本和运输成本达百亿元，给企业带来巨大经济负担，也给我国的资源和环境带来巨大的压力。因此，铸造废旧砂的处理和回收再利用已成为当前迫切需要解决的问题，这对我国铸造产业的绿色可持续发展具有重大的实际意义。
二、旧砂再生的意义
旧砂再生使用不仅利于环境保护，避免大量排入的环境污染，还可以获得较大的经济效益，降低铸件成本，节约资源。而且再生砂较之新砂还有急热膨胀性小，热稳定性好，颗粒形状趋于圆整，角形系数好，并且还使配制型砂透气性提高，减少气孔等铸造缺陷与废品的产生，也利于采用细一些的砂子提高铸件表面精度与质量。树脂砂工艺对型砂的要求高，要有好的粒形，表面要洁净，微粉含量和含水量低。残留粘结剂对砂子的性能影响大，残留粘结剂膜越多在造型时需要加入的粘结剂就会越多，在浇注时发气量也就会越多，产生的废品率也会相应的提高。经验证明，过多地投入新砂并不是上策，新砂的尖角多，混制型砂过程必然要较多地消耗树脂等粘结剂，旧砂经过再生后残留的树脂等粘结剂膜使砂粒变得更加圆整，砂粒与砂粒之间的摩擦也会使砂子的粒度、粒形得到改善。事实证明，由于惰性残留膜的存在，使再生后的旧砂在回用时粘结剂的加入量可相应减少，这会使铸件的成本大大降低。另外耐火度差的老化膜被除掉，残留惰性膜连续覆盖的砂粒混制出的型砂硬化后的强度会更高。因此，再生砂的颗粒圆速度、热强度以及化学稳定性是最主要的优点。有些铸造厂将补充的新砂和回用的旧砂同时均匀的送入再生系统，使具有尖角的新砂与回用的旧砂互相混合摩擦，效果也很好。
三、树脂砂旧砂再生机原理及分类
（一）机械再生
1.振动落砂破碎再生机。通过砂块之间、砂粒之间、砂粒和设备之间的碰撞、搓擦作用实再砂块的破碎及旧砂的再生。具有破碎、再生、筛分等作用。
2.振动沸腾再生机。振动电机使设备产生圆周振动，砂块间、砂块和设备间碰撞、搓擦进而使旧砂破碎和再生。在设备端部加有流化床，使再生后的砂子呈流化状态以去除再生砂中的微粉。
3.离心撞击式再生机。利用高速砂流（30~40m/s）和挡板之间的撞击、摩擦以及砂粒与砂粒之间的碰撞、摩擦作再使旧砂再生。一般多级垂直布置。
4.离心摩擦式再生机。回转盘在电机的驱动下高速旋转并将进入其中的砂粒抛至边缘并沿抛物线轨迹抛出，砂粒进入固定环与固定环里的积砂进行摩擦和撞击，然后反射到顶面，与撞击环再一次进行撞击，一部分再生砂从回转盘和固定环之间的间隙排出，另一部分则再一次进入回转盘，进行第二次再生。在再生过程中，砂粒与砂粒之间的摩擦占据了主导地位，因此称之为摩擦式再生机。
5.研磨式再生机。滚筒以7~15m/s的速度回转，将一个自由回转的滚子的轴线和滚筒平行放入滚筒的中心，两者具有25mm的偏心距。当从加入口将物料加入滚筒和滚子之间，砂粒被滚筒带动而回转，砂粒进入滚子和滚筒之间的窄缝时，使砂粒受到强烈的摩擦和研磨，旧砂获得再生。
（二）气流再生
1.坚吹式气流再生机。工作时，流态化的砂粒在喷嘴的喷吹作用下高速在升砂管内流动，此时由于砂粒和升砂管壁的摩擦作用，靠近管壁处砂粒的速度低于管中心处砂粒的速度，砂粒间产生摩擦，当气流带动砂粒撞击到挡板时，砂粒和挡板间产生强烈冲击，在这种摩擦和冲击作用下实现旧砂再生。一般4~6级串联使用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆坚吹式再生机优缺点都很明显，动力消耗大，多级再生占地面积大，对旧砂的水分要求严格<1%，否则会堵塞吹管，优点是结构简单，无传动件，工作可靠，造价低，适应性强。
2.横吹气流式再生机。需再生的砂粒从上方加入混合室中，气流由喷嘴将混合室中的砂粒水平吹管中形成气固两相流并在水平吹管内加速，最终和顶盖撞击实现旧砂再生。其再生包含了在吹管内摩擦再生以及和顶盖的摩擦和撞击再生。旧砂加速迅速，功率消耗少，结构紧凑，对于含水量在1~3%的旧砂仍能正常工作。结构简单，无传动件，工作可靠，造价低。
（三）热法再生
1.立式沸腾床热法再生。用于不能使用机械及气流再生的有机粘结剂砂的再生。将砂子加热到400℃~ 800℃，使其表面的残留树脂膜燃烧，达到再生的目的，是一种完全再生的方法。
2.立式沸腾床热法再生。用于不能使用机械及气流再生的有机粘结剂砂的再生。高温热气流通过床板使砂子处于沸腾状态，在沸腾状态下热气流使砂粒表面的树脂膜燃烧。
四、再生机的特点
各种各样的干法再生，从其再生原理看都是“碰撞摩擦”的过程，不同的是有的以碰撞为主有的以摩擦为主，而更多的是碰撞摩擦并存，当碰撞产生的撞击力大于旧砂砂粒表面残留粘结剂的屈服力时，碰撞使得该残留膜产生破坏甚至脱落，当摩擦产生的摩擦力大于砂粒与其残留膜的粘结力时，摩擦使残留膜剥离，碰撞摩擦的次数越多，强度越大，残留膜去除的也就越干净，再生就是在这种“碰撞摩擦”的过程中实现的，当碰撞或摩擦不能使旧砂的残留膜产生破坏或剥离时，在该再生条件下旧砂就较难得到良好的再生。从力学的角度看，任何旧砂上的残留膜都可能用碰撞或摩擦的方法去除，只是要有足够的撞击力和摩擦力。但是过大的撞击力和摩擦力不仅会使再生设备结构复杂对结构件的要求增高，其磨损也会相应的增加，而且砂粒本身也会破碎加剧。因此，为了提高旧砂再生效果不能无限的采取提高撞击力或摩擦力的方法，撞击力或摩擦力应有个极限值，那就是砂粒本身的强度。干法再生结构简单，动力一般为电机、振动电机或压缩空气，能耗较小，设备前期投入较少，平时维护较简单。干法再生的再生较果根据加入的粘结剂种类不同，加入的量大小不一，砂铁比的不同，砂层厚度不同，浇注温度不同等诸多因素的影响下最终的再生效果也会不同。干法再生只能部分的去除粘结剂的残留膜，不能使旧砂达到完全再生的效果。
热法再生受温度影响较大，旧砂随着受热温度的提高，其灼减量不断降低，小于400℃时，降低的速度比较慢，大于400℃后，降低的速度较快。旧砂的灼减量越低表明其残留膜受热损失越大，再生除膜也就越容易。当温度为200℃时，旧砂与再生砂的灼减量之差最小，这表明受热温度为200℃的旧砂最难再生，此时砂粒表面的粘结剂膜完全硬化，强度比较高，砂粒与残留膜间的粘结力也较大，当受热温度为300℃~400℃时，残留膜因受热影响发生变形，开裂甚至产生了气泡，便残留膜遭到了破坏，膜的粘结强度下降，故此时的旧砂再生较易再生，其旧砂的灼减量也大大降低，旧砂残留膜的强度也很低，旧砂粒互相之间碰撞摩擦加之充分的风选，就能使旧砂得到良好的再生。热法再生设备有较复杂的燃烧室和温度控制系统，一般后续都配有砂降温设备，整线的投入较大使用成本也较高。由于高温能将粘结剂的残留膜完全燃烧，只要温度设置合理旧砂就能达到完全再生的效果。
五、旧砂再生技术的发展
旧砂再生在我国发展的时间还不长，尽管取得了较大的成效，但发展空间还很大，还是一个新兴的铸造技术领域。
1.由于旧砂再生的经济、技术和环保等的综合效益大，生态要求也越来越严，今后各种型芯砂都需要进行再生，因此，旧砂再生必将成为砂处理系统中不可缺少的重要组成部分。
2.旧砂再生应实现完全再生和清洁砂循环的要求，再生砂的质量应达到可制芯的新砂水平，基本上减少废砂的排放和新砂的加入，即从治理旧砂向防止或减少旧砂废弃物产生的方向发展。
3.旧砂现生设备应从单工序处理向多功能一体化综合多工序处理及多样化发展，冷热结合，优点互补，进一步提高现有再生方法的效果。
4.从工艺到设备，加强旧砂技术基础再生理论的研究和探讨，包括旧砂的再生机理，脱膜理论，旧砂再生的可行性和极限性，特别是当前急需解决的水玻璃旧砂再生，提高再生效果，发展高效设备。
5.旧砂再生已不再是孤立的，而是绿色铸造工程的一部分，环境保护的一环，成为可持续发展战略不可或缺的一部分。
6.旧砂再生应与高新技术的发展联系和结合在一起，向适应现代化要求的方向发展。
论文作者:刘小恪,谢英坤
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/22
标签：砂粒论文; 摩擦论文; 粘结剂论文; 气流论文; 砂子论文; 铸件论文; 摩擦力论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;