实 现 绿 色 铸 造 的 吸 碳 生 产 技 术 及 相 关 材 料 与 设 备 一 前 言 铸 件 是 机 械 工 业 的 基 础, 铸 件 的 生 产 有 砂 型 铸 造 及 多 种 多 样 的 特 种 铸 造 方 法, 砂 型 铸 造 包 括 粘 土 砂 水 玻 璃 砂 树 脂 砂 等, 其 占 铸 件 生 产 的 主 要 部 分, 笔 者 通 过 长 期 的 生 产 实 践, 摸 索 出 一 套 便 易 实 用 的 绿 廉 粘 结 剂 砂 铸 造 技 术, 其 具 有 铸 件 生 产 髙 质 量 髙 效 率 低 成 本 废 砂 废 水 零 排 放 的 显 著 特 点, 而 且 由 于 生 产 过 程 中 使 用 当 今 人 们 急 於 減 排 的 二 氧 化 碳, 并 使 废 砂 废 水 循 环 利 用, 从 而 为 改 变 长 久 以 来 铸 造 生 产 的 恶 劣 环 境 及 对 大 自 然 的 巨 大 污 染, 为 减 少 大 气 中 会 导 致 气 侯 变 化 的 温 室 气 体, 为 实 现 绿 色 铸 造 创 造 了 条 件 下 面 以 球 墨 铸 铁 阀 门 铸 件 为 例 将 其 相 关 技 术 材 料 工 装 设 备 特 点 及 典 型 应 用 厂 家 作 一 介 绍 二 主 要 技 术 简 介 1 绿 廉 粘 结 剂 技 术 绿 廉 粘 结 剂 分 为 一 号 绿 廉 粘 结 剂 和 二 号 绿 廉 粘 结 剂 两 种 一 号 绿 廉 粘 结 剂 是 一 种 以 水 玻 璃 为 基 的 粘 结 剂, 其 由 一 定 规 格 的 普 通 水 玻 璃 在 室 温 下 经 一 种 多 组 元 有 机 与 无 机 环 保 活 化 剂 溶 液 改 性 处 理 而 成 其 配 置 的 型 砂 可 吹 二 氧 化 碳 瞬 硬, 也 可 吸 收 热 能 或 微 波 而 硬 化 在 二 氧 化 碳 硬 化 时, 由 於 改 性 溶 液 中 各 组 分 兼 有 粘 结 及 表 面 活 性 等 作 用, 并 在 水 玻 璃 中 形 成 高 分 散 度 的 骨 架 结 构, 限 制 了 固 化 时 凝 胶 胶 粒 的 长 大, 使 其 细 小, 从 而 提 高 了 型 砂 的 粘 结 强 度, 这 样, 就 在 保 证 型 砂 相 同 强 度 要 求 的 情 况 下, 可 大 幅 度 减 少 水 玻 璃 的 加 入 量, 即 从 通 常 的 8% 左 右 降 至 4% 左 右 ; 在 高 温 时, 改 性 溶 液 中 的 有 机 组 分 因 浑 发 燃 烧 使 粘 结 膜 中 产 生 气 泡 缝 隙, 当 型 砂 冷 却 时, 改 性 溶 液 中 的 无 机 组 分 会 析 出 对 粘 结 膜 产 生 破 坏 割 裂 作 用 的 晶 相, 并 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 ; 综 合 以 上 几 方 面 的 作 用, 使 型 砂 的 溃 散 性 得 到 了 很 大 改 善, 也 使 旧 砂 湿 法 再 生 非 常 容 易 由 於 改 性 液 是 一 种 水 溶 性 环 保 化 合 物, 其 在 旧 砂 水 洗 时 与 残 留 水 玻 璃 一 起 溶 入 污 水 中, 污 水 经 中 和 凝 絮 沉 淀 变 为 清 水 循 环 使 用, 从 而 为 实 现 废 砂 废 水 零 排 放 的 绿 色 铸 造 生 产 提 供 了 条 件 适 用 于 擦 洗 砂 二 号 绿 廉 粘 结 剂 是 由 以 水 玻 璃 为 基 的 改 性 水 玻 璃 与 多 功 能 溃 散 剂 组 成, 其 改 性 水 玻 璃 是 将 一 定 规 格 的 普 通 水 玻 璃 经 环 保 活 化 剂 处 理 而 成, 多 功 能 溃 散 剂 是 一 种 多 组 元 活 性 剂 溶 液 适 用 于 擦 洗 砂 及 非 擦 洗 砂 2 绿 廉 粘 结 剂 旧 砂 湿 法 再 生 及 污 水 处 理 技 术 <1> 旧 砂 湿 生 再 生 技 术 及 特 点 其 技 术 工 艺 流 程 为 : 旧 砂 经 磁 选 破 碎 后 进 行 搅 拌 水 洗, 砂 水 分 离 后, 旧 砂 经 晒 干 或 烘 干 回 用, 污 水 经 处 理 后 循 环 使 用 见 照 一 其 具 有 设 备 简 投 资 少 再 生 回 收 率 高 再 生 砂 质 好 成 本 低 环 保 性 好 等 特 点
照 一 旧 砂 湿 法 再 生 及 污 水 处 理 现 场 <2> 污 水 处 理 技 术 及 特 点 其 基 本 原 理 是 : 针 对 污 水 呈 碱 性, 通 过 加 酸 调 节 PH 值, 再 针 对 污 水 中 存 在 的 大 量 悬 浮 物, 通 过 加 相 关 药 剂, 使 其 凝 絮 沉 淀, 从 而 使 污 水 变 为 可 循 环 使 用 的 清 水 见 照 十 二 其 具 有 处 理 水 质 好 成 本 低 设 备 简 等 特 点 3 造 型 制 芯 技 术 <1> 手 工 操 作 采 用 顶 箱 或 漏 模 及 可 拆 砂 箱 进 行 造 型, 上 下 型 用 砂 块 方 式 定 位, 见 照 二 照 二 : 漏 模 机 构 及 可 拆 箱 框 型 芯 采 用 芯 合 手 工 制 作, 见 照 三 照 四
照 三 手 工 制 芯 现 场 照 四 阀 体 砂 芯 <2> 射 芯 机 制 作 型 芯 生 产 量 大 时 采 用, 见 照 五 照 六
照 五 小 型 射 芯 机 照 六 中 大 型 射 芯 机 4 硬 化 技 术 <1> 二 氧 化 碳 瞬 硬 采 用 压 板 充 气, 见 照 七, 其 整 型 硬 化 速 度 快, 简 便 易 行
照 七 二 氧 化 碳 压 板 充 气 操 作 现 场 <2> 电 加 热 硬 化 采 用 热 芯 合 或 进 炉 加 热 硬 化, 其 可 减 少 绿 廉 粘 结 剂 的 加 入 量 <3> 微 波 加 热 硬 化 其 加 热 均 匀, 速 度 快, 绿 廉 粘 结 剂 加 入 量 可 降 低 到 百 分 之 二 左 右 5 喷 涂 技 术 为 防 铸 铁 件 粘 砂 及 提 高 铸 型 ( 芯 ) 表 面 的 耐 火 度, 采 用 喷 涂 方 法 上 一 层 醇 基 快 干 涂 料, 其 速 度 快 涂 层 均 匀 成 本 低 见 照 八 照 九 照 八 铸 型 喷 涂 醇 基 涂 料 照 九 铸 型 喷 涂 醇 基 涂 料 后 点 火 燃 干 6 节 砂 技 术 <1> 无 箱 组 芯 造 型 见 照 二 十 七 照 二 十 八, 铸 型 全 由 型 芯 组 成, 各 芯 用 自 带 的 砂 块 来 定 位, 其 不 仅 省 去 了 大 量 的 砂 箱 工 装, 而 且 降 低 了 用 砂 量 <2> 叠 箱 造 型 见 照 十 照 十 一, 由 于 省 去 一 半 铸 型, 进 一 步 减 少 了 用 砂 量
照 十 待 浇 注 的 叠 箱 铸 型 照 十 一 叠 箱 浇 注 的 铸 件 组 <3> 覆 砂 造 型 对 厚 大 的 铸 型 和 型 芯, 中 间 可 放 置 一 随 形 中 空 构 件 或 管 件, 外 覆 数 公 分 的 型 砂 或 芯 砂, 这 样 可 大 幅 度 降 低 用 砂 量
7 压 边 浇 冒 口 技 术 对 于 铸 铁 件, 特 别 是 其 中 的 球 墨 铸 铁 件, 为 了 实 现 无 冒 口 铸 造, 采 用 绿 廉 粘 结 剂 砂 压 边 浇 冒 口 工 艺 是 行 之 有 效 的 方 法 压 边 浇 冒 口 结 构 见 照 十 二 压 边 浇 口 为 缝 隙 式, 缝 隙 宽 度 取 四 至 五 毫 米, 浇 口 截 面 依 经 验 取 每 十 公 斤 件 重 为 一 平 方 毫 米 压 边 浇 口 上 设 一 放 大 部 位 以 防 浇 口 出 现 缩 孔, 尺 寸 也 根 据 经 验 来 定 为 节 约 造 型 用 砂, 增 加 浇 注 压 头, 放 大 部 位 上 方 装 一 砂 套 模 具 制 作 时, 压 边 浇 口 可 固 定 在 模 具 的 相 应 部 位 上, 造 型 漏 模 时 自 行 准 确 的 形 成 所 要 求 的 压 边 浇 口, 浇 口 套 另 行 制 作, 合 箱 时 放 上 该 压 边 浇 冒 口 形 式 具 有 挡 渣 好 铸 件 合 格 率 高 因 可 实 现 无 冒 口 铸 造, 铁 水 利 用 率 高 操 作 方 便 清 理 容 易 等 特 点 照 十 二 模 具 压 边 浇 冒 口 结 构 三 相 关 材 料 工 装 及 设 备 1 造 型 材 料 及 混 制 与 使 用 <1> 绿 廉 粘 结 剂 一 号 绿 廉 粘 结 剂 配 制 : 配 比 : 水 玻 璃 ( 模 数 2.2-2.4 波 美 度 50-51) 100 公 斤 改 性 液 1.25 公 斤 改 性 粉 1.25 公 斤 温 水 12.5 公 斤 操 作 : (1) 改 性 粉 配 制 : 大 包 改 性 粉 1.25 公 斤 外 加 小 包 改 性 粉 25 克, 混 匀 待 用 (2) 改 性 溶 液 配 制 : 将 配 制 好 的 改 性 粉 徐 徐 加 入 温 水 中, 同 时 搅 拌 均 匀, 放 置 24 小 时 形 成 拉 丝 溶 液, 在 搅 拌 中 加 入 改 性 液 直 止 均 匀 (3) 水 玻 璃 改 性 : 在 搅 拌 中 将 配 置 好 的 改 性 溶 液 徐 徐 加 入 水 玻 璃 中 直 止 均 匀 待 用 二 号 绿 廉 粘 结 剂 配 制 : 水 玻 璃 改 性 : 配 比 : 水 玻 璃 ( 模 数 2.2-2.4 波 美 度 50-51) 100 公 斤 改 性 液 ( 铸 铁 有 色 合 金 用 ) 0.625 公 斤 攺 性 粉 ( 铸 钢 用 ) 0.625 公 斤 水 6.25 公 斤 操 作 :(1) 改 性 溶 液 配 制 : 将 改 性 液 或 改 性 粉 徐 徐 加 入 水 中, 同 时 进 行 搅 拌, 直 止 溶 解 均 匀
(2) 水 玻 璃 改 性 操 作 : 在 搅 拌 下 将 配 制 好 的 改 性 溶 液 徐 徐 加 入 水 玻 璃 中, 直 止 反 应 均 匀 多 功 能 溃 散 剂 溶 液 配 制 : 配 比 : 表 面 活 性 剂 甲 ( 大 包 ) 10 公 斤 表 面 活 性 剂 乙 ( 小 包 ) 0.2 公 斤 水 100 公 斤 配 制 :(1) 将 表 面 活 性 剂 乙 徐 徐 加 入 温 水 中, 同 时 搅 拌, 直 止 溶 解 均 匀 成 拉 丝 状 (2) 再 将 表 面 活 性 剂 甲 在 搅 拌 中 徐 徐 加 入, 在 不 间 断 搅 拌 下 溶 胀 约 十 五 分 钟 后, 将 水 缓 缓 加 热 至 八 十 度 左 右, 并 在 连 续 搅 拌 中 直 止 溶 解 均 匀 绿 廉 粘 结 剂 特 点 : 能 使 混 制 的 型 ( 芯 ) 砂 达 到 如 下 效 果 : 即 时 强 度 高, 能 有 效 保 证 铸 件 的 尺 寸 精 度 改 善 溃 散 性, 并 使 旧 砂 回 收 容 易, 水 溶 即 散 可 使 用 时 间 长, 装 入 塑 料 袋 能 放 置 十 余 天 再 用 冬 季 能 显 著 促 硬, 避 免 吹 不 硬 及 蠕 变 现 象 抗 吸 湿 性 好, 制 作 的 铸 型 及 型 芯 可 长 时 间 放 置 待 用 绿 廉 粘 结 剂 可 现 场 配 制, 即 配 即 用, 放 置 一 年 也 不 老 化 成 本 低 <2> 溃 散 剂 一 种 由 有 机 化 合 物 和 无 机 化 合 物 混 合 组 成 的 环 保 材 料, 其 有 机 和 无 机 组 分 在 常 温 下 具 有 提 高 粘 结 性 的 效 能, 故 可 进 一 步 减 少 水 玻 璃 的 加 入 量, 而 在 高 温 下, 其 有 机 组 分 因 燃 烧 产 生 的 气 泡 灰 分 会 加 剧 割 裂 水 玻 璃 粘 结 膜, 残 留 灰 分 还 能 降 低 熔 融 水 玻 璃 对 砂 粒 的 润 湿 性, 其 无 机 组 分 会 与 水 玻 璃 化 合 生 成 新 相, 此 新 相 也 因 与 硅 酸 盐 玻 璃 的 膨 胀 系 数 不 同 产 生 应 力, 从 而 进 一 步 改 善 了 型 砂 的 溃 散 性 仅 在 使 用 一 号 绿 廉 粘 结 剂 的 特 殊 芯 砂 中 加 入 <3> 原 砂 中 小 件 采 用 50-100 目 擦 洗 砂 或 湿 法 再 生 砂, 大 件 适 当 粗 些 <4> 二 氧 化 碳 根 据 铸 件 产 量 可 选 用 钢 瓶 钢 瓶 集 装 格 低 温 绝 热 气 瓶 低 温 储 罐 装, 钢 瓶 装 的 气 压 高, 使 用 时 要 特 别 注 意 安 全, 而 且 耗 损 大 <5> 涂 料 选 用 粘 结 强 度 高 涂 刷 性 好 的 醇 基 涂 料 <6> 二 氧 化 碳 瞬 硬 型 ( 芯 ) 砂 配 比 及 混 制 (1) 一 号 绿 廉 粘 结 剂 砂 配 比 与 混 制 : 配 比 : 擦 洗 砂 或 湿 法 再 生 砂 100% 渍 散 剂 1.5%( 仅 特 殊 芯 砂 中 加 入 ) 一 号 绿 廉 粘 结 剂 3-4% 混 制 : 先 加 原 砂, 再 加 溃 散 剂, 开 机 混 匀, 在 不 停 机 下 徐 徐 加 入 改 性 水 玻 璃, 混 2-3 分 钟 出 砂, 装 入 塑 料 袋 使 用, 未 用 完 的 砂 应 扎 紧 袋 口, 以 备 再 用 (2) 二 号 绿 廉 粘 结 剂 砂 配 比 与 混 制 : 配 比 : 擦 洗 砂 湿 法 再 生 砂 或 非 擦 洗 砂 100%
改 性 水 玻 璃 3-4% 多 功 能 溃 散 剂 占 改 性 水 玻 璃 量 的 3% 混 制 : 先 向 搅 拌 的 原 砂 中 加 入 改 性 水 玻 璃, 再 加 入 多 功 能 溃 散 剂 溶 液, 混 制 2-3 分 钟 出 砂, 装 入 塑 料 袋 中 使 用, 未 用 完 的 砂 应 扎 紧 袋 口, 以 备 再 用 2 模 具 操 作 机 构 及 配 套 工 装 将 装 好 压 边 浇 口 的 模 具 固 定 在 顶 漏 模 机 架 上, 见 照 十 三 照 十 四 再 制 作 相 配 套 的 可 拆 箱 框 及 吹 气 压 板 见 照 十 五 照 十 三 带 模 具 的 漏 模 机 照 十 四 带 模 具 的 漏 模 机 组 照 十 五 带 可 拆 箱 框 的 漏 模 机 该 机 构 和 工 装 制 造 简 单 操 作 方 便, 新 工 人 稍 加 练 习 即 会 3 涂 料 喷 涂 机, 见 照 十 六
照 十 六 涂 料 喷 涂 机 工 作 时, 其 顶 部 电 机 带 动 罐 内 叶 片 旋 转, 使 罐 内 涂 料 始 终 处 於 均 匀 不 沉 淀 状 态, 喷 涂 的 涂 层 质 量 好, 速 度 快 4 旧 砂 湿 法 再 生 和 污 水 处 理 设 备 及 配 套 设 施 旧 砂 湿 法 再 生 设 备 及 相 关 设 施 : 磁 选 输 送 机 破 碎 机 搅 拌 水 洗 机 各 一 台, 清 水 污 水 池 各 一 个, 清 水 污 水 泵 各 一 套, 见 照 一 再 生 旧 砂 采 用 晒 干 或 三 回 程 烘 干 机 烘 干 污 水 处 理 设 备 及 配 套 设 施 : 污 水 清 水 池 各 一 个, 中 间 处 理 池 二 个, 沉 淀 泥 块 池 一 个, 污 水 泵 一 套, 搅 拌 机 二 台, 盛 酸 槽 一 个, 药 液 缸 二 只, 见 照 十 七 照 十 七 污 水 处 理 设 备 及 设 施 5 射 芯 机 见 照 五 照 六 6 微 波 加 热 炉 有 箱 式 及 隧 道 式 等 类 型 见 照 十 八 照 十 九 照 二 十
照 十 八 箱 式 微 波 加 热 炉 照 十 九 隧 道 式 微 波 加 热 炉 照 二 十 隧 道 式 微 波 加 热 流 水 线 四 应 用 厂 家 示 例 1 某 年 产 三 千 吨 球 铁 阀 门 铸 件 厂, 采 用 二 氧 化 碳 瞬 硬 水 玻 璃 砂 工 艺, 旧 砂 全 部 湿 法 再 生, 单 班 作 业, 每 天 再 生 旧 砂 二 十 吨, 产 生 污 水 三 十 吨, 其 有 关 设 备 及 相 应 设 施 如 下 : 5kw 磁 选 输 送 机 一 套,8kw 破 碎 机 一 台,12kw 卧 式 搅 拌 水 洗 机 一 套,10m x 10m x 1.2m 清 水 污 水 池 各 一 个,4m x 2.2m x 2m 中 间 处 理 池 二 个 并 排 相 联,3m x 3m x 1m 沉 淀 泥 块 池 一 个,0.5kw 清 水 污 水 泵 各 一 套,0.5kw 搅 拌 机 二 台, 再 生 旧 砂 晒 干 地 面 约 二 亩 2 某 年 产 一 万 吨 铸 铁 件 厂, 采 用 倾 斜 式 连 续 搅 拌 洗 砂 机, 每 小 时 洗 砂 五 吨, 其 余 设 备 同 上, 见 照 二 十 一
照 二 十 一 倾 斜 式 连 续 搅 拌 洗 砂 机 五 本 工 艺 技 术 的 主 要 特 点 1 生 产 的 铸 件 质 量 高 : 表 面 光 洁 度 可 达 Ra6.3-12.5, 尺 寸 精 度 能 达 CT7-9, 特 别 适 合 内 腔 不 需 加 工 的 软 密 封 阀 体 的 铸 造, 见 照 二 十 二 照 二 十 三 照 二 十 四 照 二 十 五 照 二 十 二 未 抛 丸 处 理 的 阀 体 铸 件 照 二 十 三 抛 丸 处 理 打 磨 后 的 阀 体 铸 件 组 照 二 十 四 抛 丸 处 理 打 磨 后 的 阀 盖 铸 件 组 照 二 十 五 抛 丸 处 理 打 磨 后 的 阀 门 压 兰 铸 件 组 2 铸 件 合 格 率 高 : 大 於 百 分 之 九 十 五 3 铁 水 利 用 率 高 : 由 於 铸 型 刚 性 好, 能 实 现 无 冒 口 铸 造, 铁 水 利 用 率 可 达 百 分 之 九 十 至
九 十 五 4 生 产 效 率 高 : 由 於 气 硬 速 度 快, 起 模 机 构 操 作 方 便, 其 效 率 比 潮 模 脱 箱 造 型 高 5 铸 件 浇 冒 口 清 理 简 便, 用 手 锤 即 可 清 除, 见 照 二 十 六 铸 造 抛 丸 清 理 后, 打 磨 一 下 浇 口 即 成 照 二 十 六 用 手 锤 清 除 压 边 浇 冒 口 6 可 实 现 无 箱 造 型, 节 省 大 量 的 砂 箱 工 装, 见 照 二 十 七 照 二 十 八 照 二 十 七 阀 体 铸 型 下 芯 现 场 照 二 十 八 阀 门 闸 板 铸 型 合 箱 现 场 7 综 合 成 本 低 : 大 大 低 於 树 脂 砂 成 本, 而 且 不 高 於 潮 模 砂 的 成 本 8 环 保 性 好 : 旧 砂 全 部 湿 法 再 生, 污 水 经 处 理 循 环 利 用, 实 现 废 砂 废 水 零 排 放, 铸 造 中 不 产 生 树 脂 砂 危 害 人 体 的 气 味, 生 产 环 境 好 9 铸 造 各 环 节 操 作 简 便, 很 易 学 会, 劳 动 强 度 比 潮 模 造 型 降 低, 而 生 产 效 率 及 铸 件 合 格 却 提 高, 故 能 宽 松 铸 造 劳 动 力 市 场 10 各 配 套 设 备 简 易, 投 资 少, 投 产 快 六 结 语 本 文 以 球 铁 阀 门 铸 件 为 例, 介 绍 了 一 套 可 实 现 绿 色 铸 造 的 吸 碳 生 产 技 术, 其 对 於 许 多 黑 色 及 有 色 合 金 铸 件 而 言, 文 中 的 大 部 分 内 容 也 许 有 参 考 和 借 鉴 的 作 用 这 项 技 术 通 过 十 年 的 应 用 完 善 和 逐 步 推 广, 不 仅 达 到 了 铸 件 高 质 量 低 成 本 的 生 产 基 本 要 求, 而 且 对 改 善 劳 动 环 境 减 少 污 染 物 排 放 以 及 当 今 人 们 紧 迫 面 对 的 应 对 气 候 变 化, 减 少 二 氧 化 碳 温 室 气 体 排 放 的 重 大 课 题, 有 着 明 显 的 现 实 意 义 和 长 远 意 义 在 此, 笔 者 从 抛 砖 引 玉 的 角 度, 将 以 上 自 己 对 这 项 技 术 的 实 践 体 会 和 感 想, 与 感 兴 趣 的 同 行 们 进 行 交 流, 并
望 与 有 心 的 同 仁 们 共 同 努 力, 以 使 这 项 技 术 不 断 发 展 和 创 新, 为 我 们 的 铸 造 事 业 创 造 更 多 的 经 济 效 益 环 境 效 益 和 社 会 效 益 而 尽 力