（材料加工工程专业论文）粘土旧砂完全再生技术的研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 我国的铸造技术已有6 0 0 0 年的历史，其中粘土砂铸造是最常用的铸造方法之一。因 为粘土砂生产工艺具有无与伦比的优点，即使在各种化学粘结剂砂蓬勃发展的今天，粘 土砂铸造工艺仍是最重要的铸造生产方法。我国是铸件生产大国，每年扔掉的铸造废砂 量是十分可观的。这不仅是对自然资源的巨大浪费，而且对环境也造成了极大污染，为 此开展粘土旧砂完全再生技术的研究，是降低铸件生产成本、提高铸件质量、减少环境 污染和节约资源的一项重要措施，对铸造行业的可持续发展具有十分重要的意义。 我国传统的旧砂再生仅是对旧砂进行磁选、破碎、筛分、冷却等处理后，经再生去 除旧砂中的部分微粉，然后将再生后的旧砂用于粘土砂系统，以减少新砂的加入量，这 只能满足芯子用量较少的铸造车间对旧砂再生的要求，而对于用芯量大的铸造车间，由 于芯砂的大量混入，砂处理系统的砂子总量不断增加，在不补充造型用砂的情况下，也 必须定期排除一定量的旧砂才能使砂系统达到平衡，这时必须将旧砂进行完全再生，将 再生砂用于制芯，才能使再生砂返回到砂系统之中，因此需对旧砂进行完全再生，使再 生砂能用于化学粘结剂制芯，完全代替芯砂使用。 本课题采用理论分析和实验研究相结合的方法。首先对泥分、灰分、芯砂混入对型 砂性能的影响规律进行研究。经研究发现，在不含芯砂的粘土砂系统中，当有效粘土含 量一定时，型砂的湿压强度、透气性、热湿拉强度均随着泥分含量的增加而提高，当到 达某一最大值以后，泥分含量再继续增加，三者将逐渐下降。当泥分含量为4 7 时， 型砂可获得较好的综合性能。对于含树脂芯砂、水玻璃芯砂和泥分的粘土砂，随着芯砂 混入量及泥分含量的增加，型砂的湿压强度、透气性和热湿拉强度呈现出先增加后降低 的趋势。各企业可根据对型砂的具体要求决定旧砂中混入泥分及芯砂的最大量。对于泥 分及芯砂含量超出最大容许量的旧砂，必须作为固体废弃物扔掉或进行旧砂再生。 为了消除泥分、芯砂混入对型砂性能的影响，进行了不含芯砂粘土砂和含芯砂粘土 砂旧砂再生的研究。实验研究工作在自行开发的逆流转子再生机上进行，采用先进行加 热脆化( 或不脆化) ，然后在逆流转子再生机上进行再生，最后在负压流化床上去除再生 砂中的微粉的再生工艺。通过测试砂子容许破碎率的方法，确定了用于旧砂再生的逆流 转子最大抛射速度，发现不同产地的砂子，再生时所容许的最大抛射速度不同，从而为 不同产地旧砂再生抛射速度的确定提供了理论依据。 i 山东建筑大学硕士学位论文 通过对不含自硬树脂芯砂的粘土旧砂进行再生并将再生砂用于自硬树脂砂工艺的研 究发现，再生砂的粒度分布和新砂相比未发生明显变化，再生砂的含泥量低于同种新砂， 但耗酸值高于同种新砂。对于新砂来说，保持树脂的加入量不变，新砂的抗拉强度都随 着固化剂加入量的增大而提高；且新砂的粒形越接近圆形，耗酸值越低，抗拉强度越高。 对于粘土再生砂来说，再生砂对固化剂的需求量远远高于同种新砂。在树脂加入量不变 的情况下，提高固化剂的加入量可以提高再生砂的抗拉强度，当固化剂加入量达到一定 值时，再生砂的强度达到最大，强度和可使用时间可以满足生产的要求。 通过对不含水玻璃芯砂和含水玻璃芯砂的粘土旧砂进行再生并将再生砂用于水玻璃 砂工艺的研究发现，再生砂的粒度分布和新砂相比未发生明显变化，粒形更趋圆整，再 生砂的含泥量低于同种新砂，再生砂的耗酸值高于同种新砂。在水玻璃加入量和固化剂 加入量不变的情况下，由再生砂混制的水玻璃砂的强度基本等于由新砂混制的水玻璃砂 的强度。 关键字：粘土旧砂，完全再生，再生砂，性能 山东建筑大学硕士学位论文 s t u d y o nt o t a lr e c l a m a t i o nt e c h n o l o g yf o r t h eu s e dg 代e ns a n d z h 锄gy - 雏( m a t e r i a l sp r o c e s s i n ge n 百n e e m 曲 d i r e c t i e db ys 蚰q i n g z h o u a b s t r a c t t h e f 0 1 1 n d r yt e c l l n o l o g yh a sb e e ne x i s t i n gf o rs i xm o u s a n dy e a r si nc l l i 】峨a n dt l l e 黟e e n s a n dc a s t i n gp r o c e s si so n eo ft h em o s tc o n h n o l l l yu s e d 内u i l d 巧m e t l l o d s t 0 d a y 伊e e ns a i l d 僦l l i l o l o g ) ，i ss t i l l 仕屺m o s ti n l p o m m tf o u i l d 巧m e l o db e c a u s eo fi t su i l i q u ea d va 1 1 t 乏咯ee v e n 恤u g h 恤r ea r em 觚y d so fc h e m i c a lb o n d i n g sd e v e l o p i n g 缸t c h i n ai s m el 鹕e s t p r o d u c e ro fc a s t i n gs 0t l l e 锄。眦to ft h el l s e ds a n dt 1 1 r e wa w a yi sv e 巧c o n s i d e r a 【b l e t l l i si s n o to i d yah u g ew 嬲t eo f 瑚t l l r a lr e s o u r c e sb u s ta l s oi sah r l do fp o l l u t i o nt 0o u re n v i r o 砌e m s ow es t u d yt o t a lr e c l 锄a t i o no fu s e dg r e e ns 锄da i l d 廿1 i sw i l lr e d u c ep r o d u c t i o nc o s t ，i m p r 0 v e c 枷n gq u a l 峨r e d u c ee n v i r o m e n t a lp o l l u t i o na n ds a v el 场= t u r a lr e s o l l r c e sa n dt l l e r ei sa 黟e a t s i g i l i f i c a n c et ot h el a s td e v e l o p m e n to ft h ef o u n d d ，i n d 班仃y i nc b j n at l l ec o n v e n t i o n a lm e t h o do fu s e ds a n dr e c l 锄a t i o ni so i l l ym a g 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os a i l ds y s t e m h e n c ew es h o u l dr e c l a i mt l l eu s e ds a n dt o t a l l ya n dm a l ( e m er e c l a i l i l e ds a n db eu s e df o rc h e m i c a lb o n d e dc o r es a i l d 锄dc o n l p l e t e l yr 印l a c e 吐l eu s eo f c o r es a n d w ed oo u rs u b j e c tb yt h e o r e t i c a la 1 1 a l y s i sc o m b i n i n g 、) i ，i t l le x p e r i m e n t a ls t l l d y f i r 吼，w e s | t u d yt l l ei 】m u e n c er u l eo fm o u l d i n gs a n d 恤tm i x e d 谢t hc l a y ，a s h a n d ，c o r es 锄d ni sf o u n d 山东建筑大学硕士学位论文 m a ti i ln o n - c o r eg r e e ns a i l ds y s t e mw h e nt l l ec o n t e n to fe 行e c t i v ec l a yi sn o tc h a r 培e d ，m e w e t - p r e s s u r es n e n g m ，p e n l l ea _ b i l i t y ，h o t - w e tt e n s i l es t r e n g t l lo fn l em o u l d i n gs a n di i l c r e 舔e w i l l ec l a yc o n t e n t 毋o w i n g b u tw h e nm ec l a yc o m e n tr i s e st oac e r t a i nv a l u e ，t l l e w 既- p r e s s u r es t r e n g t l l ，p e 咖e a b i l 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锄eb a s es 锄d ，b u ta c i dr e q u e s tv a l u eo ft l l er e c l a i l l l e ds 觚di sl l i 曲e rt l m a c i dr e q u e s tv a l u eo f 1 es 孤n eb a s es a n d w h e n 、ea d di 1 1t 1 1 es 锄ec o n t e i l to ft l l er e s i 玑t l l e t e n s i l es n e i 培mo ft l l eb a s es a n di n c r e 雒e s 谢t ht h ec o n t e n to f 廿1 eh a r d e n e ri 1 1 c r e a s i l 培( 砸n s h 印en e a rr o u i l da n dl o w e ra c i dr e q u e s tv a l u eo ft 1 1 eb 嬲es a l l dg a i l l sl l i g h e rt e n s i l es 骶n g t l l i v 山东建筑大学硕士学位论文 f o rt h er e c l 细e ds a n d ，i tn e e d sm u c hm o r eh 孤d e i l e rt l l a l lt l l es 锄eb a s es 锄d w h e n 、ea d d i nt 1 1 es 锄ec o n t e n to fn l er c s i i l ，t h et e i l s i l es 乜e i x g mo fn l er c c l 砒【1 1 e ds 觚di n c r c 弱e s 埘mn l e c o n t e n to ft i l eh a r d e n e ri n c r e a s i n g t h ec o n t e n to f 廿l eh a r d e n e rr i s e st oac e r t a i nv a l u e ，t l l e t e l ：l s i l es 骶n g mo f 也er e c l a 油e ds a n dr e a c ht l l em a ) 【i m u 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或膨润土) 、水和附加物按一定配比混制而成。主要分为干型 砂和湿型砂两类。粘土干型砂湿态水分较高，因此制成的砂型要在2 5 0 4 0 0 左右温度 下烘干后再合型浇注。一般用于铸钢件和浇注中、大型铸件。型砂的质量比较容易控制， 但铸件尺寸精度较差，砂型需要专门的烘干设备，生产周期较长，尺寸精度差，已逐渐 被淘汰。 粘土湿型砂没有气味，不含有害物质，对工作场所及环境的污染均少。由于型砂中 含有水分，除落砂、混砂工位需特别防护外，一般不致造成工位粉尘过量。排放的废砂 对环境的危害也比化学粘结砂小，目前，大多数工业化国家仍将此种废砂视为无害垃圾。 据报道，美国钢铁铸件中，用粘土湿型砂制造的占8 0 以上；日本钢铁铸件中，用粘土 湿型砂制造的占7 3 以上【3 1 。像所有的事物一样，粘土湿型砂也有其两面性。一方面， 它具有许多其他粘结剂砂不能比拟的优点，同时，又有其特有的问题。粘土湿型砂之所 以经久而不衰落，是因为它有许多无与伦比的优点【3 】：( 1 ) 优异的强度性能；( 2 ) 经济性； ( 3 ) 对造型方式的适应性；( 4 ) 对各种原砂的适应性；( 5 ) 对各种铸造合金的适应性。粘土湿 型砂可用于铸钢、铸铁及各种非铁合金；( 6 ) 环保。在具有上述优点的同时，也带来了不 少问题，( 1 ) 混成砂的流动性不佳；( 2 ) 容易产生膨胀缺陷；( 3 ) 制得的铸件尺寸精度较差。 粘土湿型砂常用于机器造型，也可用于手工造型。制成的砂型不经烘干可直接浇注 金属液，具有生产成本低和生产周期短等优点。由于湿型砂中水分较高，强度和透气性 较低，一般可用于生产中小型铸铁件及铸造有色合金铸件，也可以应用于大批量机械化 造型生产汽车、拖拉机、柴油机、轻纺机械等铸件。采用湿型( 不刷涂料时) 也可生产 重达几百千克重的铸铁件【4 】。随着现在各种新工艺的实施，使粘土湿型砂在铸造生产中 山东建筑大学硕士学位论文 的地位更加重要。尤其是科学技术的迅速发展，对铸件的需求不断增长；同时，对铸件 品质的要求也越来越高，使粘土湿型砂面临许多新的问题，促使我们对粘土湿型砂的研 究不断加强、认识不断深化。 1 2 粘土旧砂的性质 粘土砂铸型经浇注落砂后所得型 砂称为粘土旧砂。粘土砂型在浇注过 程中，型腔内表层会受到金属液的强 烈热作用，其成分和性能都会发生很 结荆壳 大的变化。型砂中的粘土在高温作用 下会失去结构水，丧失粘结能力变为 死粘土【5 - 8 】；煤粉和有机物质经高温作 用，被烧损、烧结或形成微小颗粒和 第二层粘结荆壳 色人粘结 荆 田靛童 灰分；砂粒在高温热作用下会急剧膨 图1 1 砂粒表面形成粘结剂壳和细粒镶入壳中 胀，随后冷却收缩而发生破裂，使砂 粒变细，从而使粉尘增加。失效的粘土、细焦炭粉、灰分可统称为有害粉尘。这些有害 粉尘一部分以粉尘状态存在于旧砂中，成为旧砂含泥量的组成部分，大部分则会在高温 作用下包裹在砂粒表面上，形成一层牢固的粘结剂壳，也称为惰性膜。旧砂经过无数次 循环混制和浇注受热，惰性膜将多层重复包覆，会使砂粒的直径增大，这个过程称为鱼 卵石化现象( 如图1 1 所示) 【l 】，产生鱼卵石化的旧砂中产生大量的假颗粒。此外惰性膜是 多孔性的，这是粘土中水分受热逃逸和型砂中煤粉等附加物部分燃烧所造成的，使得假 颗粒的密度减小，含水量提高。由于惰性膜的熔点只有约1 1 5 0 ，当遇到浇注温度为 1 3 5 0 以上的金属液时，就会在铸件表面产生粘砂，使铸件表面不光沽。在循环砂系统 中，每次混砂时都要加入一些新砂和适量的膨润土，新砂可以冲淡旧砂的影响，而膨润 土的加入用于补充被烧损和部分被烧损的膨润土、也用来粘结进入砂系统的新砂和砂芯 旧砂【9 】。这可在一定阶段保证粘土型砂的铸造工艺性能，但随着粘土旧砂循环使用次数 的增加，旧砂中的泥分会逐渐增加，旧砂的鱼卵石化现象会进一步增强，旧砂的铸造工 艺性能逐渐恶化，这时的旧砂只有经过再生处理才能重新使用，否则，只能作为固体废 弃物扔掉。 一2 一 山东建筑大学硕士学位论文 另外，在有芯砂存在的粘土砂铸造过程中，溃散和破碎的芯砂混入粘土旧砂之中， 随着混入量的增加，也会恶化粘土旧砂的性能，特别是当芯砂和泥分同时增加时，型砂 的性能会迅速恶化，也必须通过再生的方式消除芯砂混入对旧砂性能的影响。 1 3 国内外旧砂再生的发展状况 1 3 1 国外旧砂再生的发展 国外粘土旧砂再生大约始于1 9 1 2 年，当时卡普罗发表过铸造厂的废砂，介绍了 一种湿法再生机，可获得8 0 9 0 的再生砂，已用于生产【1 0 1 ，至今已有9 0 多年的历史。 在2 0 世纪2 0 到3 0 年代的粘土旧砂再生装置主要以湿法水洗搅拌，机械搅拌、辗压或二 级筛分为主，在这个阶段，再生装置已开发了湿法和干法两类，虽比较简单，但也开始 配套，在试验基础上进行了生产使用，取得了一定的效果。这个阶段的粘土旧砂再生对 象主要是生产中产生的废砂，其目的只是为了节约材料，再生降低了旧砂中的含泥量， 再生砂最终仍用于粘土砂系统。 2 0 世纪4 0 到5 0 年代，朗格维勒( d l l o n g e v i l l e ) 【1 1 】等和哈里特( w l h e r t l e y ) f 1 2 】介绍了他们开发并用于生产的热法再生系统，但再生粘土砂只是有少数使用成功的经 验。1 9 4 6 年简特( e c j e t e r ) 提出气流再生【1 3 】。1 9 5 3 年，柯蒂士( gh c u n i s ) 介绍 了旧砂联合再生系统【1 4 】，通过湿法与热法联合以去除旧砂中的有机物，具有能提高型砂 抗拉强度等优点，对混有有机粘结剂芯砂的粘土砂再生开了先例。同年，美国铸造协会 会刊出版了一个专集，介绍了包括湿法，气流法，热法及联合再生在内的有代表性的论 文六篇【悼1 9 】，这一时期先后开发了机械离心再生、振动再生、抛丸再生、竖吹式气流再 生以及联合式旧砂再生装置【2 0 1 ，再生方法有了较全面的发展，形成了干法( 机械与气流) 、 湿法、热法和联合法四类基本方法，开发的设备也在生产中获得了应用。在基础研究方 面，用显微镜进行了再生砂的形貌观察【2 1 一，对再生砂进行了系统的工艺试验，这些对 旧砂再生的发展都起到了很重要的作用。在这个阶段，出现了一些铸造旧砂再生设备的 定点生产企业，1 日砂再生设备在铸造生产企业中获得应用。其中机械离心式再生、抛丸 再生、竖吹式气流再生，除可用于有机粘结剂芯砂再生外，同时还用于粘土砂的再生， 而这时的粘土再生砂也仅能用于粘土砂工艺。 2 0 世纪6 0 年代以后，由于新砂价格和运输费用的上涨，环境保护的要求逐步提高， 给旧砂再生带来了新的要求，这一阶段气流再生发展较快【1 1 。到了2 0 世纪7 0 到8 0 年代， 一3 一 山东建筑大学硕士学位论文 旧砂再生有了较大发展，出现了多工序一体化再生，再生设备逐步向单元与系统配套发 展。1 9 7 3 年美国布里吉( a c d e nb r e e j e n ) 发表了旧砂再生的过去、现在和将来一 文，较全面地论述了旧砂再生过去和现在的发展状况【2 3 1 ，并推荐了吉姆纳乌达 ( h w z i 曲蜥o 对旧砂再生系统的总结，把当时各种旧砂再生归纳成较有代表性的湿 法、机械、气流、热法、抛丸法、湿法与热法联合以及热法与气流法联合的系统【2 4 1 。1 9 7 5 年国际铸造技术会议成立了一个1 4 分部委员会，专门研究铸造旧砂再生问题【l 】。 1 9 7 9 年在德国举行的第5 届国际铸造博览会( g i f a ) 上展出的旧砂再生设备不下2 0 种【2 5 】。世 界各国特别是先进国家粘土旧砂再生都有了较大发展。 2 0 世纪8 0 年代以后粘土旧砂再生技术不断迅速发展，同时由于砂价、运输费用不 断上涨，排放场地缺乏，尤其是为了保护环境和生态，各国纷纷限制固体废弃物的排放。 要减少或不排放旧砂，就要把多余的旧砂再生到足以代替新砂用于制芯。日本早些时候 采用热法再生湿型砂，但还不够理想。1 9 8 2 1 9 8 3 年美国采用热法机械法或热法气流 联合再生湿型砂，将再生砂代替新砂较成功地用于制芯【掘2 8 】，之后这种热法干法再生竞 相开发与发展。1 9 8 4 年第6 届国际铸造博览会上有3 7 家参展商展出了旧砂再生设备， 再生设备品种又有了较大增长。1 9 8 7 年在美国铸造协会召开的9 2 届年会上，汇编出售 一本旧砂再生专集【2 9 】，精选了1 4 篇2 0 世纪7 0 8 0 年代以来发表过的文章，其中8 篇 均为热法干法联合再生湿型砂用于制芯的文章，这表明湿型砂再生已成为当时的一项主 攻任务。1 9 8 7 年美国明确提出了完全再生( t o t a ls 锄di 沁c l 锄a t i o n ) 的概念，指出用热法与 干法联合再生湿型砂，其出产的再生砂能用于现代一般使用的化学粘结剂砂系统，用再 生砂生产的铸件与用新砂生产的一样好，也就是说再生砂能代替新砂用于制备各种粘结 剂芯子【3 0 】。 到了1 9 9 3 年欧洲则提出清洁铸造砂循环的概念，要求使用循环旧砂，除回用外，多 余的旧砂应再生达到制备化学粘结剂型芯的要求，再重新使用，以尽可能减少新砂加入 及废砂排放，达到清洁生产循环【3 1 3 2 1 。所有这些都对再生设备及再生工艺提出了更高的 要求，各种再生设备也随之相应改进。由于湿型砂再生的研究和设备的开发得到成功使 用，促使旧砂再生有了较大发展，在1 9 9 4 年第8 届国际铸造博览会上，展出了更多的旧 砂再生高效设备，同时，英、德杂志均发表专论【3 3 州，粘土旧砂再生受到很大重视。 到了2 0 世纪末德国k g t 公司出现了粘土旧砂完全再生成套设备并成功应用到实际 生产中p 5 】；而且新的再生方法不断出现，诸如蒸气压旧砂再生【3 6 1 、冷冻旧砂再生等3 7 1 。 同时也出现了专业化旧砂再生企业，为铸造生产企业提供旧砂再生服务，旧砂再生技术 一4 一 山东建筑大学硕士学位论文 和装置获得不断的发展。进入2 1 世纪后，出现了一种回转式再生1 日砂系统，能有效去除 活的和死的粘土，并且湿型砂经再生后可用于呋喃、酚醛、c 0 2 和壳型粘结剂砂系统，同 时也可用作造型面砂【3 8 1 。 1 3 2 国内粘土旧砂再生的发展 我国的粘土旧砂再生工作开始较晚，2 0 世纪5 0 年代后期才开展粘土旧砂气流及湿 法再生的研究【3 9 1 ，到2 0 世纪6 0 年代开发了湿法再生系统m ，2 0 世纪6 0 到7 0 年代湿法 再生技术在我国获得一定推广，但由于在再生过程中产生大量的污水，造成了对环境的 二次污染，应用企业逐步减少，相关研究人员开始进行干法再生技术的研究。总的来看， 2 0 世纪5 0 6 0 年代湿法再生在全国有一定推广，干法再生获得一定的应用，都取得了 一定效果。 2 0 世纪7 0 到8 0 年代，我国引入了先进的树脂砂再生设备，而且粘土砂由于长期使 用，有的厂旧砂含泥量太高，铸件废品多，质量差，迫切需要解决，在此带动下一些铸 机厂和高校、设计院及研究单位开展了干法再生技术的研究并开发了相应的旧砂再生设 备，如震动破碎机、离心式再生机、震动球磨再生机等以改进旧砂再生中存在的一些问 题。 2 0 世纪8 0 年代中叶，铸造旧砂再生工作得到了国家相关部门的重视，获得了国家 自然科学基金的支持，从再生机理、再生工艺、到设备的开发，开展了全面的试验研究， 开发出了气流横吹式再生机m 1 1 和逆流式再生机并用于生产，这些都使粘土旧砂再生技术 获得快速发展。1 9 8 4 年我国又成立了旧砂再生专题组，开展从理论、工艺到设备开发的 实验研究，并且于1 9 8 5 年在昆明召开了全国第一次旧砂再生会议。2 0 世纪8 0 年代末先 后开发出了气流横吹式再生机系列产品【4 2 1 ，水平逆流式再生机h 3 1 、离心式再生机【4 3 1 等旧 砂再生设备并在企业获得应用，4 5 1 。1 9 9 5 年我国固体废弃物污染防治法开始实施，进一 步推动了我国旧砂再生技术的发展m 。 到了2 l 世纪，国内有多家企业推出了粘土旧砂再生设备，粘土旧砂中的泥分得到了 控制，铸件的表面质量获得了提耐4 7 1 ，但主要还是实现粘土旧砂的不完全再生，再生砂 的泥分含量较高，仅能重新用于粘土砂系统。2 0 0 5 年1 月，中国第一汽车制造厂引进日 本旧砂再生系统，将湿型砂加热到7 0 0 以上进行脆化，然后进行机械再生，再生砂用 于覆膜砂制芯【4 8 1 。此外一种简易环保型粘土砂旧砂再生线的设计与应用【4 9 1 ，使传统再生 方法中的破碎和筛分工艺得到改进，为中小型铸造企业提供了一种环保型经济实用的旧 砂再生工艺。 一5 一 山东建筑大学硕士学位论文 总的来说，我国的粘土旧砂再生工作正逐步受到国家有关部门及铸造企业的重视。 但由于起步较晚，无论是再生技术的研究，还是粘土旧砂再生设备的开发，和国外相比 还存在一定差距。目前国内再生设备能部分地消除泥分、灰分对型砂性能的影响，再生 砂仅能用于粘土砂系统，以减少新砂的用量。而我们所谓的旧砂完全再生就是将旧砂( 含 芯砂和不含芯砂) 进行物理的、化学的方法或加热处理，去除旧砂粒表面上积聚的残留 物和惰性薄膜以及微粒、粉尘等，使其回复到与原砂相近，同时不明显降低其原有的各 种工艺性能指标，达到可以代替新砂应用于树脂砂、水玻璃砂生产。 1 4 粘土旧砂完全再生的意义 我国是铸件生产大国，2 0 0 6 年铸件产量达到2 8 9 0 万吨1 5 0 】，初步估计其中约有6 0 的铸件为采用粘土砂工艺生产，用粘土砂工艺生产的铸件约为1 7 4 3 万吨。按照我国铸造 行业的统计，我国每生产一吨铸件，将排出一吨的废砂，每年将排出粘土废砂1 7 4 3 万吨。 而日本等发达国家每生产一吨铸件排放0 2 2 吨废砂【5 l 】，与此相比，在相同铸件产量的情 况下，我国的废砂排放量是日本等发达国家的5 倍。这不仅造成资源的巨大浪费，而且 对环境也造成了极大的污染，为此开展粘土旧砂完全再生技术的研究，是降低铸件成本、 提高铸件质量、减少环境污染和节约资源的一项重要措施【5 2 。5 5 1 。当对粘土旧砂进行不完 全再生时，并不需要将全部残留物去除，还可留一定的有效粘土，在回用时可节约其加 入量【5 6 】。这些都对铸造行业的可持续发展具有十分重要的意义。尤其是进入2 1 世纪以 后，我国的铸造行业面临着环境和能源的巨大压力，这是因为我国的铸造生产中，材料 和能源的投入量相当大，约占其产值的5 5 7 0 。在铸造生产中，大量的资源、能源的 投入，过重的环境污染对我国铸造行业提出了严峻的挑战。因此，发展绿色铸造技术， 严格控制生产过程中的环境污染，提高旧砂的复用性，节约有限的硅砂资源，降低生产 成本，进一步提高铸件的成品率，实施可持续发展战略，成为今天铸造业紧迫而艰巨的 任务，对旧砂进行完全再生利用十分必要。 1 ) 保护了自然资源。旧砂通过再生可代替新砂使用，大大降低了铸造生产过程中新 砂的消耗量，从而保护了我国有限的硅砂资源。 2 ) 保护了自然环境。进入2 l 世纪后，随着国民经济的发展和人们生活水平的提高， 环境污染越来越严重，各国政府都在加大宣传力度以加强和提高人们的环保意识，都在 加大措施以改善和保护自然环境。在砂型铸造生产过程中，被废弃的大量的旧砂中，由 一6 一 山东建筑大学硕士学位论文 于残留的有机、无机粘结剂及其他有害物质的长期积累，造成对环境的污染加重。通过 对旧砂进行再生处理，大部分旧砂得到利用，同时减少了固体废弃物的排放量，对改善 和保护环境意义重大。因此，“绿色铸造”将成为今后铸造行业发展的趋势。 3 ) 降低了生产成本。型砂费用是决定铸件成本的重要组成部分，由于再生砂的再生 费用低于同种新砂的购置费用，再生砂代替新砂使用后，大大降低了新砂的消耗，减少 了旧砂的排放，减少新砂购置费以及旧砂的排放费用，可取得明显的经济效益。 4 ) 再生砂具有新砂无法比拟的优点【5 7 】：急热膨胀小，热稳定性好；粒形更好，粒 度分布更均匀；可燃物质大大减少，型砂的发气性降低【5 8 】，其某些铸造工艺性能也优于 同种新砂。 粘土旧砂再生在提高质量、环境保护、经济效益和资源保护等方面的一系列优点， 使得粘土旧砂完全再生技术的研究具有重大的经济价值和社会效益。