优质低廉环保水玻璃基型砂代替树脂砂应用典范

摘   要

     水玻璃基型砂是一种以普通水玻璃经环保活性粉液改性和多功能溃散胶水组合为粘结剂的铸造型砂，其显著改善了传统水玻璃砂的溃散性和囬收性；铸造旧砂块易经水泡或与水结合经锤击形成砂浆，然后进行搅拌擦洗，使砂粒表面残留的粘结剂溶入水中，再将湿旧砂晒干或烘干，达到全部旧砂的永久性循环使用，洗砂产生的污水经盐酸调节PH值，再加入沉淀剂，使其转变为可回用的清水，从而实现铸造生产废砂废水零排放；由于型砂采用以二氧化碳瞬硬为主的硬化方法，粘结剂又无毒无味，从而突显了此型砂能实现绿色低碳铸造生产的优点。此外，该型砂生产的铸件质量可达到甚至超过树脂砂的水平；生产效率高于手工湿型砂造型一倍以上；由于铸型的刚性和透气性高，能使铁水利用率及铸件成品率达95%以上;因此，采用该型砂生产的铸件综合成本不仅大幅度低于树脂砂，而且不会髙于湿型砂工艺。再之，由于生产效率提高而能增加工时工资，劳动环境显著改善，因此采用该型砂会得到操作工人的热烈欢迎，这也为解决铸造行业当前及今后招工难的问题带来了福音。

文章介绍山东潍坊某年产万吨铸铁件的铸造厂，采用本水玻璃基型砂代替树脂砂，原树脂砂设备能继续畄用，仅少量投资添置了简易的旧砂湿法再生及二氧化碳供气设备，四年来，旧砂全部循环利用，未添加新砂，吨型砂单价由原树脂砂的二百余元降至本型砂的不足一百元，还消除了树脂砂易产生的铸件表面波纹状缺陷，取得了显著的经济效益和社会效益。文中从十个方面讲述了该厂学习应用水玻璃基型砂全套技术情况，并谈了笔者目睹该厂学习应用这项技术过程中的一些感想和建议。

一、何谓水玻璃基型砂

1、简介：水玻璃基型砂由原砂与水玻璃基粘结剂混制而成。水玻璃基粘结剂由改性水玻璃与多功能溃散剂胶水组成，改性水玻璃是将一定规格的普通水玻璃经环保活性剂处理而成，多功能溃散剂胶水是一种多组元表面活性剂溶液。其型砂可经二氧化碳吹入瞬硬，也可通过接收热能或微波而硬化;由于改性水玻璃中的活性剂会形成高分散度的骨架结构，能限制水玻璃凝胶胶粒长大而细化，又由于多功能溃散剂胶水具有极好的润湿性，在较短的混砂时间里使每颗砂粒包覆上一层均质的溶液薄膜，其能形成氢键结合，产生很强的粘结力，提高型砂的常温强度，这样，在二氧化碳硬化的条件下，只需加入占砂重3-4%左右的改性水玻璃及占改性水玻璃量三分之一的多功能溃散胶水，就可使铸型具有很高的强度和刚度，以抵挡球铁件凝固表层的变形、账大，从而为实现球墨铸铁的无冒口铸造创造了铸型条件，并能有效提高铸件的尺寸精度。在高温下，由于改性溶液中的有机组份因浑发、燃烧使水玻璃粘结膜中产生气泡、缝隙，而当型砂冷却时，改性溶液中的无机组份会析出对粘结膜产生破坏、割裂作用的晶相，且其热膨胀系数远大於硅酸盐玻璃，从而产生较大应力，导致粘结膜开裂；又由于在高温时，多功能溃散剂胶水中各组份会剧烈分解，促使水玻璃粘结膜进一步割裂，而其残留灰分还能降低熔融水玻璃对砂粒的侵润性；这样，使型砂又具有良好的溃散性和回收性。由於水玻璃基型砂比传统水玻璃砂大幅度降低了水玻璃加入量，而其旧砂中的绝大部分残留水玻璃又易通过湿法再生溶入水中，能使再生砂内氧化钠含量达到可作单一砂的范围，污水又易经处理循环利用，这为铸造废砂废水零排放创造了条件。

       

2、水玻璃改性操作：

 

 

  3、多功能溃散剂胶水配制：

         

  

 

4、配比及混制工艺

 

5、特点：除了能使铸型获得高的刚性，良好溃散性和回收性，实现废砂废水零排放外，还具有成本低、抗吸湿性好、冬季气硬快、环保性好、造型制芯效率高等显著优点。

 

二、一个应用水玻璃基型砂代替树脂砂的典范

     山东潍坊某年产万吨铸铁件的铸造有限公司，努力学习铸造新工艺新技术，从2007年起，与本厂实际情况相结合，分步骤引进水玻璃基型砂全套技术，提高了铸件质量，降低了综合成本，四年来实现旧砂全部再生利用，取得了显著的经济效益及社会环保效益，下面介绍其十个方面的具体应用情况及效果：

1、水玻璃基粘结剂配制

<1>、水玻璃改性操作及工装设备，见图照一和图照二

 

  图照一  配制水玻璃改性溶液及工具

         

            图照二  配制改性水玻璃及工装

图照一为按上述[一、2、<2>]条，配制水玻璃改性溶液。

图照二为按上述[一、2、<3>]条，进行水玻璃改性，改性溶液通过大铁桶右端旁的细胶管用液压泵输入装有规定型号水玻璃的大铁桶内，同时，通过放入桶内的潜水泵及相连的粗胶管使水玻璃与改性溶液在循环流动中混合均匀。

<2>、多功能溃散剂胶水配制工具，见图照三

  

图照三  多功能溃散剂胶水配制工具

图照三为按上述[一、3]条，进行多功能溃散剂胶水配制的工具，小桶内按比例装入多功能溃散剂和水，大桶内装适量的加热用水。

2、水玻璃基型砂混制，见图照四

 

图照四  连续混砂机混制水玻璃基型砂      

图照四为采用原树脂砂连续混砂机进行水玻璃基型砂混制。

3、二氧化碳供气系统，见图照五、图照六

 

图照五  液态二氧化碳卧式低温绝热气槽

 

图照六  液态二氧化碳气化噐

 

 图照五的低温绝热气槽和图照六的气化器与通入生产车间的管路组成二氧化碳供气系统。

4、水玻璃基型砂造型

<1>、手工漏模造型，见图照七、图照八

   图照七  手工漏模造型现场

图照八  配压板吹二氧化碳硬化铸型

 

图照七为采用图照八压板吹二氧化碳快速硬化铸型的漏模造型现场。
<2>、造型机制型，见图照九

                                    图照九  造型机制型

 

      图照九造型机造型采用从空心模具内充二氧化碳进入铸型的硬化方法。

<3>、实现无箱造型，见图照十

 

       图照十  无箱造型合箱现场

 图照十中的各无箱铸型内均放入可反复使用的钢筋圈，以防浇注时铸型开裂。

5、水玻璃基型砂型腔喷快干涂料、工装和质量，见图照十一、图照十二、图照十三

 

   图照十一  涂料喷涂机

 

        图照十二  快干涂料喷涂现场

 

 

 

                                                                                                图照十三  抛丸前的铸件光洁表面

   图照十一喷涂机顶部搅拌电机能使缸内涂料不会沉淀，涂料用压缩空气经耐压软管输送至图照十二造型现场进行喷涂。图照十三为内部不加工的球铁阀体铸件。

6、水玻璃基旧砂湿法再生，见图照十四、图照十五

图照十四  水玻璃基旧砂湿法再生现场

  图照十五  倾斜式螺旋洗砂机

图照十四的洗砂现埸中，旧砂经锤式破碎机加水锤击成砂浆后，再经图照十五的倾斜式螺旋洗砂机擦洗，同时湿旧砂在擦洗输送过程中逐渐初步脱水而落入储砂斗，砂斗下开进汽车将湿再生砂送去晒干或烘干。

7、水玻璃基再生湿砂晒干，见图照十六

 

                   图照十六  水玻璃基再生湿砂晒干现场

8、水玻璃基再生湿砂烘干，见图照十七

 

                  图照十七  水玻璃基再生湿砂三回程烘干炉

9、水玻璃基旧型砂湿法再生污水处理循环利用，见图照十八、图照十九、图照二十、图照二十一、图照二十二

 

                         图照十八  污水处理现场

 

 图照十九  向污水加处理药剂

图照二十  污水处理后成为清水放出

 

图照二十一  污水处理后的混水沉淀池

图照二十二  污水处理后的沉淀泥块

图照十八中，前方是清水池，后为污水池，前右髙出地平的为污水处理池。

图照十九为加酸调节污水PH值，其后再加二种沉淀剂。

图照二十污水处理完成放出清水后，再将底部少量含沉淀物的混水排入一沉淀池内。图照二十一的沉淀池底部是普通泥地，以便混水中的水能渗入地下。

图照二十二为图照二十一中混水里的水被渗走后畄下的沉淀物泥块，只需半至一年清理一次。

10、球墨铸铁件无冒口铸造，见图照二十三   

       

图照二十三  仅有压边浇口的球铁阀体无冒口铸造

图照二十三中的铸件单重为93公斤，压边浇口重3.5公斤，铁水利用率达96.4%

11、效果 

<1>、铸件质量达到和超过树脂砂的水平，消除了过去用树脂砂铸造常产生的铸件表面波纹状缺陷。

<2>、铸型采用喷涂机喷涂快干涂料的生产效率高，铸件表面质量好。

<3>、用造型机制型比手工造型浇注的铸件质量更髙。

<4>、目前，公司每天湿法再生砂约100吨，晒干砂的再生吨成本约20元，配制的水玻璃基型砂吨成本不超过100元，比原树脂型砂吨成本的200余元降低50%以上。

<5>、由于公司安装了低温绝热气槽，可使用吨价只为数百元的液态二氧化碳，比普通瓶装价降低50%以上，而且运输和使用很安全。

<6>、实现无箱造型，省去砂箱及堆放场地。

<7>、铸件的综合生产成本大幅低于树脂砂，不髙于湿型砂。

<8>、四年来，未添置新砂，实现废砂废水零排放。

<9>、劳动环境改善，消除了树脂砂产生的令人难闻的有害气体，得到操作工人的衷心欢迎。

三、对应用和推广水玻璃基型砂工艺技术的体会和建议

结合当今铸造生产领域的情况，笔者认为，一项有应用和推广价值的铸造技术，应当具备三个基本条件，一是能保证有好的铸件质量，二是能降低铸件生产成本，三是能有绿色环保的社会效益，依照这三条，本人感到水玻璃基型砂工艺技术具有应用和推广的价值。

    亲身目睹本文介绍的“一个典范”的实践全过程，笔者体会到，在学习应用铸造新工艺技术的过程中，实践者也应当具备三个基本条件，一是做一个对新工艺技术敏锐的有心人，二能努力抓紧，三在学习应用中有灵活创新的精神。在应用过程中，要结合自己的实际情况，有计划、有步骤、扎实地从点到面，从初步到深入，从局部到全面地进行，同时，能进行认真细心的分析总结，不断完善。这样，就能很快将新工艺技术学到手，並会在实践中不断创新，不断提高，以给企业帶来不断增多的经济效益，同时给社会造福。