含冷(热)芯盒砂粘土旧砂的再生及应用

摘要

我国的铸造技术已有5000年的历史，其中粘土砂铸造是最常用的三大砂型铸造方法之一。由于粘土砂铸造生产工艺具有原材料成本低，易于处理，复用性强，储存、运输方便等优点，即便各种化学粘结剂砂获得广泛应用，粘土砂铸造成形仍是最重要的铸造生产方法。我国是铸件生产大国，大约有60％的铸件为粘土砂铸件，因此每年扔掉大量的废旧粘土砂，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、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。
　　 目前，粘土旧砂再生分为完全再生和不完全再生两种情况。粘土旧砂不完全再生是通过再生，去除旧砂中的部分泥分，从而改善旧砂工艺性能的一种再生工艺，这时再生砂的泥分含量仍然较高，芯砂混入对型砂性能的影响没有得到消除，再生砂仅能重新用于粘土砂系统以改善旧砂的工艺性能，从而减少铸造生产过程中的新砂加入量和旧砂的排放量。粘土旧砂完全再生就是通过再生，不但要改善再生砂的粒度分布，而且要使再生砂中的微粉含量达到等于或低于同种新砂的水平，同时部分或全部消除芯砂混入对型砂性能的影响，最终将再生砂用于有机粘结剂(或液态无机粘结剂)制芯。
　　 本课题采用理论分析和实验研究相结合的方法。在深入了解粘土旧砂再生技术国内外发展现状的基础上，对粘土旧砂的性质及其再生机理进行了详细分析，并结合课题组前期的研究基础，确定了粘土旧砂再生技术路线，即采用高温脆化、磨轮再生处理的方法以去除粘土旧砂表面的粘土膜，然后通过对再生处理后的旧砂进行微粉分离，最终获得粘土完全再生砂。通过对再生砂常温性能测试，评价高温脆化+磨轮再生+微分分离的粘土旧砂再生工艺对含冷(热)芯盒砂粘土砂完全再生的可行性；通过对再生砂用于混制冷(热)芯盒砂时的铸造工艺性能的研究，确定再生砂对冷(热)芯盒砂工艺的适应性，并分析影响再生砂性能的因素。
　　 通过对含冷芯盒砂粘土砂体系和含热芯盒砂粘土砂体系的完全再生实验研究，发现再生砂和同种新砂相比粒度不发生明显变化、角形系数和微粉含量降低、粒形更趋圆整，但耗酸值提高。
　　 对冷芯盒粘土砂体系粘土完全再生砂用于冷芯盒工艺和热芯盒粘土砂体系完全再生砂用于热芯盒工艺分别进行试验研究。研究发现由热芯盒粘土砂体系粘土完全再生砂混制的热芯盒砂其热态抗拉强度、常温抗拉强度均低于由同种新砂混制的热芯盒树脂砂的热态抗拉强度、常温抗拉强度，但仍可满足铸造生产的要求。由冷芯盒粘土砂体系粘土完全再生砂混制的冷芯盒砂树脂砂的即时抗拉强度值和1h抗拉强度值均低于由同种新砂混制的冷芯盒树脂砂抗拉强度值，但仍可满足铸造生产的要求。
　　 在对原砂和再生砂进行全化学分析的基础上，采用对比排除法对影响再生砂性能的因素进行了分析，通过X射线荧光光谱分析、SEM和EDS分析相结合的方法进行研究，发现再生砂砂粒表面残留的死粘土和灰分是影响再生砂耗酸值增加的一个因素，而粘土旧砂中含有的冷(热)芯盒等树脂类芯砂，不会影响再生砂的耗酸值。因此，减少残留在再生砂砂粒表面残留的死粘土会提高再生砂的工艺性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1粘土旧砂再生的研究意义

1.2粘土旧砂再生的国内外研究现状

1.3本课题的研究内容

第2章粘土旧砂的再生方法及型砂的性能检测

2.1粘土旧砂的性能

2.2粘土旧砂的再生机理

2.3常用粘土旧砂的再生方法

2.4粘土旧砂再生的技术路线

2.5型砂常温性能的检测方法

第3章含热芯盒芯砂粘土旧砂的再生

3.1实验用原材料

3.2实验仪器及设备

3.3实验过程

3.4实验结果分析

3.5小结

第4章含冷芯盒芯砂粘土旧砂的再生

4.1实验用原材料及设备

4.2实验过程

4.3实验结果分析

4.4小结

第5章影响再生砂性能的因素

5.1石英砂物相分析方法的确定

5.2原砂及再生砂X射线荧光光谱分析

5.3.石英砂基本性质分析

5.4原砂及再生砂表面形貌观察

5.5小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2粘土砂完全再生技术的发展及展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况