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热硬化型砂工艺

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金耐源(河南)工业科技有限公司

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陶瓷砂介绍

陶瓷砂,全称为:铸造用球形陶瓷砂(英文缩写:TCS,中国机械行业标准号:JB/T 13043-2017)。是以特、一级高铝矿石熟料,经电弧炉高温熔炼,以压缩空气吹制成型的铝硅系人造球形耐火颗粒物。TCS具有化学成分统一,物理性能稳定的人造特性。

无机黏结剂介绍

“无机黏结剂”是经高压釜化制得的铝硅酸盐的水溶液(不等同于普通水玻璃及改性水玻璃),经科学调配,在铸造行业应用具有无毒、无味、无烟的优势,能有效的降低环保成本、综合应用成本、提升社会效益及经济效益,性能优良,是引领了铸造黏结剂材料行业发展的高端铸造材料。


其发气量仅为树脂1/10,环境友好,是造型材料中(除水玻璃外)的能从源头减少废气和有害气体且应用范围广的迭代产品,是未来黏结剂市场的发展趋势和主导产品。配套固化剂和絮凝剂加注量仅为无机黏结剂的10-15%,50%以上成分为无机材料成分,以两组分形式进行应用,絮凝剂为催化、调整的作用材料,根据实际应用状况依比例加入。其硬化机理为失水硬化和化学硬化。

TCS专用低渗透瓷化铸造涂料

铸造涂料的渗透性能好,可以补救砂型局部强度过低,减少钢水渗透而出现机械粘砂的倾向,但加大了涂料的使用量、增加了生产成本和发气量、增厚了烧结层,直接导致砂回收利用率的降低,并以及带来一些如:橘皮、气孔等铸造缺陷。在使用TCS制作砂模型时因其表面接触面积更小、渗透性更强导致这种现象更加严重。

TCS专用低渗透瓷化铸造涂料的配制机理为:涂覆于铸模型表面,通过填补、屏蔽使之能在铸型表面和钢液之间形成一道物理“屏障”,隔绝、防止铸型表面与铸件直接接触而达到降低渗透的目的。经过现场试验检测效果良好,优于只针对铸件材质的铸造涂料。

造型材料优势

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将连续混砂机+震动平台设计为造型单元;将落砂和破碎及砂再生设计为再生单元;将除尘和砂库设计为砂供应单元。对各单元的生产进行数据记录。


陶瓷砂+无机黏结剂造型工艺的生产流程及装备布局如下:

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造型单元

根据铸件的铁砂比和硬化时间设计连续混砂机的“吨/小时”工作量,并根据黏结剂的应用性能设计连续混砂机的出料口及黏结剂的保温供应和絮凝剂加入装置;震动平台采用三维震动原理,根据陶瓷砂球形流动性能好的特性设计振幅。

该单位普遍生产铸件重量在2-3吨的“圆锥”,铁砂比为1:4,黏结剂采用JNY-F61及配套固化剂和絮凝剂,生产数据如下:

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再生单元

为节省场地面积及科技创新设计采用新一代的落砂和破碎一体机(简称落破一体机);在保证砂再生质量,设计“合格进入下一 流程”的再生理念的前提下,采用间歇式再生机;根据减少杂质和浇注边余料进入再生系统以及陶瓷砂和高锰钢普遍弱磁性的特性方案中,在落破一体机和再生装置的前序设计了筛上物和筛下物去除及磁选装置。生产数据如下:

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砂供应单元

设计年产耐磨铸件5000吨,匹配了砂供应系统;对黏结剂加入量影响较大的粉尘进行了设计控制,采用了独立系统的反吹式工艺设计。如下表:

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造型生产过程中图片示例

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检测数据的优化

该技术方案的砂再生装置采用的是间歇式再生工艺,再生机理是:通过砂与砂的相互磨擦以去掉旧砂表面的黏结剂膜,然后经过除尘等工艺,达到型砂用砂的工艺要求。间歇式工作,可根据实际需要选择性调整再生时间,从而确保再生砂质量,满足再生砂型砂的工艺要求。该设备可设置合理的擦磨速度,保证砂破碎率低,也减少设备自身的磨损。通过检测圆形度、总碱度、电导率等参数,对砂再生质量进行把控。

无机黏结剂的化学性质为碱性水溶液,总碱度的原始值和残留值的反复测算,往往需要通过大量的化学分析才能测出,操作过程中纷繁复杂且效率过低。在实际生产中利用无机黏结剂失水复水的可逆性,制备含再生砂水溶液,通过PH试验纸来测算PH值,再结合化学分析,量化出化学成分和PH值的比照关系,可以大大提高检测效率且易于操作方便。

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陶瓷砂的莫氏硬度为8-9级,达到了超硬耐磨材料棕刚玉的级别,且自身为球形,球磨韧性为检测的型砂中高值(见表4)。通过微观影响检测,黏结点和黏接桥位置多分布在球形两端,主要物质为黏结剂残留,密度在0.8-0.9,通过增加摩檫力和摩擦时间可以有效提高砂再生的生产效率,相对情况下不会造成陶瓷砂的破碎和磨损。连续20个循环周期,陶瓷砂的磨损丢失小于0.3%。        

造型过程中,因陶瓷砂具有流动性好的特性,能减少混合黏结剂后湿态砂流动性差所带来的影响,通过使用震动平台来保证铸型的紧实度是行之有效的减少黏结剂加入量、提高硬化强度、提升生产效率的办法。

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4-1  应用实践-温芯盒工艺案例

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4-2  应用实践-温芯盒工艺案例

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4-3  应用实践-温芯盒工艺案例

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4-4  应用实践-温芯盒工艺案例

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4-5  应用实践-温芯盒工艺案例

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4-6  应用实践-温芯盒工艺案例

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4-7  应用实践-温芯盒工艺案例

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4-8  应用实践-温芯盒工艺案例

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4-9  应用实践-温芯盒工艺案例

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该项成果具有自主知识产权,在一汽铸造有限公司和临沂天阔铸造有限公司等企业中得到验证并成熟应用,提高了铸件质量,改善了现场的操作环境,减少了固体废弃物排放量,经济和社会效益显著。项目评价委员会专家一致认为,该项目技术达到国内领先水平。

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铸造产业是一个关系到国计民生的基础产业,在国民经济中占着相当重要的位置。绿色制造是21世纪工业生产的发展方向,清洁生产已成为新世纪工业发展的必然趋势。低成本、高质量和环境友好是铸造黏结剂生产发展的主要方向。铸造用无机黏结剂无毒无味、无有害气体、绿色、应用成本低,可以替代或部分替代现有的工艺,可以从源头降低污染和成本,能促进铸造企业绿色化转型发展。

陶瓷砂+无机黏结剂+再生循环的型砂工艺整体方案的应用,对高耗能、高污染的铸造企业来说具有从“源头”就实现“深度治理”的先天优势,可以彻底解决铸造企业末端治理的环保设备“大手笔”投入;整体方案的应用还能大幅度提高铸造企业固体废弃物(废砂)的循环再利用性能,能降低固体废弃物90%甚至达到(废砂)零排放。

国家出台了多项更加严格的排放标准,采取了多部门协同治理督导的办法,对行业进行了持续不断的治理,以期达到减弱或根治的效果,避免重走发达国家先发展再治理的老路。这是关乎到生存根本的一项决策,每个人都应该切身实际的去迎合发扬,降低污染。对于铸造企业本身来说,如何在环保的高压态势下,保持企业与环保的协调发展是企业必须面对的问题。


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