旧砂再生对质量的影响

与黏土旧砂的复用性能不同，自硬树脂旧砂必须进行再生处理后才能回用由于自硬树脂再生砂的回用比例较大（通常达70％～95％），因此旧砂再生的质量对自硬树脂砂型铸造质量影响很大。

1.旧砂再生方法

旧砂再生是指将用过的旧砂块经破碎，并去除废旧砂粒上包裹着的残留黏结剂膜及杂物，恢复近于新砂的物理和化学性能，以代替新砂使用。对旧砂进行再生回用，不仅可以节约宝贵的新砂资源，减少旧砂抛弃引起的环境污染还可节省成本（新砂的购置费和运输费），具有巨大的经济和社会效益。旧砂再生已成为现代化铸造车间不可缺少的组成部分。

旧砂再生的方法很多，根据其再生原理可分为：干法再生、湿法再生、热法再生、化学再生四大类。适于自硬树脂砂旧砂再生的方法主要是干法再生和热法再生。国内最常用的是干法再生，国外有的企业为了获得高质量的再生砂实施热法再生旧砂。

1）干法再生是利用空气或机械的方法将旧砂粒加速至一定的速度，靠旧砂粒与金属构件间或砂粒互相之间的碰撞、摩擦作用再生旧砂。干法再生的设备简单，成本较低；但不能完全去除旧砂粒上的残留黏结剂，再生砂的质量不太高。

干法再生的形式多种多样，有机械式、气力式、振动式等，但干法再生机理都是碰撞—摩擦，碰撞—摩擦的强度越大，干法再生的去膜效果越好，同时砂粒的破碎现象也加剧。除此之外，旧砂的性质、铁砂比等对干法再生效果也有很大影响。

2）热法再生是通过焙烧炉将旧砂加热到800～900℃，除去旧砂中可燃残留物的再生方法。再生树脂旧砂等有机黏结剂旧砂的效果好，再生质量高；但能耗大，成本高。我国一般用于壳型旧砂等，较少用于自硬树脂旧砂的再生。

为了降低能耗和成本，近年来我国一些企业尝试采用了“低温热法再生（将旧砂加热到300℃～400℃）＋干法再生”酯硬化碱性酚醛树脂旧砂，效果较好。

2.旧砂再生工序

树脂旧砂再生过程通常分为：预处理（去磁、破碎）、再生处理（去除旧砂粒上的残留黏结剂膜）、后处理三大工序，其中的每个工步对再生砂质量都有影响，主要工步为破碎、再生处理、微粉分离和调温等。

3.树脂旧砂再生典型系统

常见的树脂旧砂再生机或系统有三大类：振动破碎干法再生机、离心撞击式干法再生系统、热法再生系统。目前我国常用的是振动摩擦式干法再生机和离心撞击式干法再生系统，前者多用于小型树脂砂铸造厂，后者多用于中、大型树脂砂铸造厂。

4.旧砂再生系统的控制参数

不同的再生方法及设备系统对于同一种旧砂具有不同的效果，在生产过程中，应该严格监控如下参数以保证再生砂的质量。

（1）再生脱膜率 再生设备去除砂粒表面树脂惰性膜的能力可表示为

式中，α为再生脱膜率；A为再生前平均灼烧减量；B为再生后平均灼烧减量。

再生脱膜率α值越高，通常认为再生系统的再生除膜效果越好，可减少再生砂中的残留黏结剂积累和灼烧减量，也有利于克服树脂砂铸件常见的气孔类缺陷等。再生脱膜率α也是衡量再生设备系统优劣的主要技术指标之一。

（2）再生砂粒度变化 旧砂再生时的热作用和机械作用，可能造成砂粒破碎，多次再生循环后的再生砂粒有细化之趋势，因此再生砂循环使用过程中对再生砂的粒度变化需进行砂粒分析测试。一般要求经两次再生后的砂子，粒度分布与原砂粒度分布相差不得大于一个筛号。这就不仅要求再生设备减少砂粒的破碎，也希望原砂本身具有足够的抗压破碎性，为此要求SiO₂的质量分数在90％以上。

（3）再生装置的旧砂回收率 旧砂再生后的回收砂量与投入再生机的旧砂量（不包括砂块及磁选废料）的百分比，称为再生装置的旧砂回收率，即

式中，β为旧砂回收率；C为回收再生砂的重量；D为投入的旧砂总重量；E为不能破碎砂块及废料重。

一般情况下，树脂旧砂的再生砂回收率应大于90％（质量分数）。

5.再生砂质量的控制指标

再生砂质量除了受再生设备系统的结构、再生方法及工艺、再生效率等因素直接影响外，还受黏结剂和固化剂的种类及加入量、浇注金属的种类、浇注温度、铸件的大小及壁厚、砂铁比、从浇注至落砂的时间长短、原砂的形貌及粒度分布等因素的影响。通常情况下，各种再生砂的质量控制指标见表2-19实际生产中，需要随时监控的再生砂质量指标主要包括：再生砂的粒度分布灼烧减量、砂温、再黏结强度、发气量等。

表2-19 再生砂质量控制指标

（1）粒度分布 再生砂中，筛号140号以下的微粉含量是一个十分重要的指标，它不仅影响树脂砂的强度（质量分数每增加0.5％，树脂砂强度下降20％），而且还会降低树脂砂的表面稳定性。由于要增加黏结剂的含量才能达到强度的要求，故使再生砂灼烧减量增大，容易引起气孔等缺陷，因此要严加控制。当旧砂再生系统运行中除尘系统出现问题时，往往会造成微粉量激增。如果除尘系统正常，经过多次除尘后，再生砂中的微粉应该比新砂低，要求微粉质量分数小于0.8％（其中底盘上的粉尘质量分数＜0.2％）。

此外，要求再生砂的水的质量分数＜0.2％，特别是在潮湿季节，大气湿度高，再生砂中的水分更要严加控制。当采用风力除尘时，由风带入的水分往往使再生砂残留水量升高，应予足够重视。一般粒度分布、微粉含量、含水量至少每月测定一次，最好每周检测一次。

（2）灼烧减量（LOI）与残留含氮量 灼烧减量是存在于砂粒中可以烧掉的有机物质的量，它与发气量几乎呈直线关系。过大，往往容易产生气孔，但再生砂表面残留一层薄薄的残留黏结剂覆盖层，对提高再生砂的强度有好处。一般铸钢体，灼烧减量质量分数控制在小于1.5％；铸铁件，质量分数小于3.0％铸铝件，质量分数小于4.0％。

灼烧减量与残留含氮量成正比（见图2-1）。旧砂中残留含氮量，开始时随着自硬砂反复回用次数的增加而增加，不久即达到饱和稳定状态（见图2-2）。

图2-1 反复回用的旧砂灼烧减量与残留含氮量关系(www.xing528.com)

图2-2 自硬树脂旧砂中残留含氮量与反复回用次数的关系

1—低呋喃树脂砂 2—酚醛尿烷树脂砂3—高呋喃树脂砂

从图2-2可看出，高呋喃树脂砂残留含氮量少，低呋喃树脂砂残留含氮量最高，其含氮量随脲醛树脂含量增加而增大，酚尿烷树脂砂残留含氮量随聚异氰酸酯加入量增加而增大。

当再生砂中残留含氮量超过一定的极限值，铸件就会产生氮气孔。表2-20列出了树脂砂中允许的含氮量。

表2-20 树脂砂中允许的含氮量

　　在日常管理中，对于残留含氮量可每月测定一次，平时则可通过测定灼烧减量来控制残留含氮量。

影响灼烧减量的主要因素如下：

1）砂铁比与黏结剂燃烧分解率的关系见图2-3，当砂铁比（质量比）为3 4、5时，黏结剂的燃烧分解率分别为20％、15％和10％。显而易见，随着砂铁比变大，灼烧减量也减小。

图2-3 砂铁比与黏结剂燃烧分解率的关系

2）铸件表面积与体积的比值，比值越大，黏结剂烧失越多，即灼烧减量越小。

3）合金的浇注温度高，打箱时间长，黏结剂燃烧分解率大，灼烧减量小。

4）再生设备脱膜率高，灼烧减量就小。

为了降低再生砂的灼烧减量，可采取如下措施：

1）减小树脂用量，可能时将面砂、背砂分开。

2）采用专用工装，降低砂铁比。

3）提高再生效率，保持再生设备正常运转。

4）补加新砂。

（3）酸耗值与pH值 新砂和再生砂的酸耗值对比举例见表2-21。由表2-21可见，再生砂的耗酸值比新砂低得多。一般要求再生砂的酸耗值在2mL以下使配制的自硬呋喃树脂砂的pH值控制在3～6。

表2-21 新砂与再生砂酸耗值对比举例

（4）砂温 树脂再生砂的温度一般控制在20～30℃，此时可以直接放入混砂机内，否则将严重影响硬化速度。当砂温高于30℃时或低于20℃时，需要起动砂温调节器使砂温保持在20～30℃，以保证生产的正常运行。

（5）强度 表2-22为新砂、再生砂以及树脂和固化剂加入量对酸自硬呋喃树脂砂强度的影响。从表中可以看出，在树脂加入量都为1％（质量分数）的情况下，再生树脂砂的强度明显高于新砂树脂砂。而且在树脂加入量为0.8％（质量分数）时再生树脂砂的强度，也比1％（质量分数）的新砂树脂砂高，即树脂加入量可以减少20％以上。与此同时，再生砂的酸耗量明显降低，硬化速度也有很大提高，可节省较多的固化剂。因此，采用较高质量的再生砂对降低生产成本、减少污染和气孔缺陷等都是有利的。

表2-22 新砂、再生砂以及树脂和固化剂加入量对酸自硬树脂砂强度的影响

注：砂温24℃；室温23～24℃；湿度68％～77％①为合适的催化剂加入量。

（6）发气量、发气速度 灼烧减量与发气量、发气时间的关系见表2-23从表中可以看出，由于再生砂的灼烧减量比新砂高，用它们配制的自硬树脂砂在其他条件相同时，发气量也比新砂树脂砂高，发气速度也更大。

表2-23 灼烧减量与发气量、发气时间的关系