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【摘要】： 通過我公司新型水玻璃自硬砂工藝在國內十幾家鑄造企業生產線上的應用，我們獲得了一些寶貴經驗和教訓。為了使這一工藝在應用過程中日臻完善，更好的為廣大用戶提供服務指導，為將要技改的鑄造企業提供借鑒和幫助，我們在鑄造原輔村料的選擇、生產檢驗手段的控制、主管造型材料工藝人員的職責及鑄造設備的選擇和應注意的事情等相關內容加以闡述與廣大鑄造工作者共勉。
【關鍵詞】：新型水玻璃自硬砂、原輔材料、鑄造設備、再生系統

新型水玻璃自硬砂是我公司在原酯固化水玻璃砂基礎上發展起來的，是水玻璃砂的第三代產品。從 98 年 7 月大連日立寶原機械設備有限公司的第一條新型水玻璃砂自硬砂生產線的使用至今，國內應用酯固化水玻璃生產線的鑄造企業有十幾家。我們在協助用戶調試生產線、指導用戶應用好新型水玻璃自硬砂技術、解決鑄件的質量問題的過程中，獲得了寶貴的經驗和教訓，并不斷改進與創新，使得這一技術得以日臻完善。 1999 年通過了遼寧省科委主持的科技成果鑒定、 2001 年獲得了國家級火炬計劃項目，我公司也得以發展壯大，在鑄造界獲得了良好的聲譽。為了更好服務于廣大鑄造企業并對將要技改的鑄造企業提供借鑒和幫助，我們將積累的一些經驗和教訓寫出來，與鑄造同行交流探討。

降低成本，提高質量是企業發展的永恒主題，也是鑄造企業技術改造要達成的目標。從新型水玻璃自硬砂的應用實踐看，制約鑄件成本降低，鑄件質量提高的瓶頸是砂處理質量。若要保證砂處理質量，不外乎使用較好的原輔材料，完善的檢驗控制手段，砂處理設備的可靠運行。

一．選用較好的原輔材料

從質量、供貨、價格、服務幾方面確定合格的供貨方，這是生產穩定的基礎條件之一。供貨方要有較多穩定的用戶，經生產實踐證明其產品質量穩定，能滿足鑄件質量的要求。水玻璃、固化劑的配套性要好，是專用產品，不能是化工副產品，能適應不同生產類型，不同地區的氣候條件，方便地調整型芯砂的硬化速度，滿足操作要求，水玻璃的老化慢，雜質少，粘度低，便于實現水玻璃泵的流量穩定。

原砂的耐碾性好，粉化率低，只有這樣才能實現較高的舊砂回用率。這里舉一例來說明原砂的狀況對再生質量的影響。秦皇島冶金機械有限公司原使用遼寧海城整形砂，這種砂角形系數 1.35 左右，一些砂粒表面可見細小裂紋。新型水玻璃自硬砂生產線運行一些時間后發現，經多次砂處理后砂粉化率非常高，經除塵器排出的細粉（微粉加泥分）較多，除塵器布袋內經常掛較厚的細粉，靠除塵器的自清理已無濟于事，經常需人工清掉除塵器布袋內的細粉，再生砂中的細粉經常超過控制標準。高溫天氣此類問題更趨嚴重，舊砂、再生砂易吸收空氣中的水分。舊砂、再生砂掛砂斗，堵塞下砂口，掛砂溫冷卻器冷卻水管及肋，甚至堵塞砂溫冷卻器下砂通路。混砂機出砂量下降，型芯砂透氣性降低，型芯硬透性變差，水玻璃加入量近 4% 。舊砂回用率 60-70% 。再生砂殘留 Na2O 0.7-1.0% ，甚至近 1.5% ，細粉近 2% ，再生砂水份超標。

2003 年 10 月份，該公司用福建平潭砂替代海城整形砂，再生砂的質量立見好轉，再生砂微粉含量<1% ，殘留 Na2O<0.6% ，水份≤ 0.5% ，型芯砂水玻璃加入量 2.5-2.8% ，背砂水玻璃加入量 2.0-2.2% ，型芯硬化良好鑄件質量提高，型芯潰散性變好，落砂清理容易，生產效率提高，除塵器的排塵量是原來的 1/3 左右，舊砂回用率 80-85% 。

二．檢驗控制手段的完善

完善檢驗控制手段，使造型材料始終處于較好的控制狀態。

1． 檢驗儀器。

結合新型水玻璃自硬砂的特性設置必需的檢驗儀器。液壓強度試驗機，抗拉試樣芯盒、洗砂機、試驗混砂機（ 3~5kg ），篩砂機，砂烘干器（或爐）， 1/1000 分析天平。

2． 人員配備

設主管工程師一名，每臺混砂機每班次設配砂工兩名（可一名專職，一名兼職），應選擇頭腦活絡、責任心強、辦事仔細認真的造型工做配砂工。選擇造型工做配砂工，便于配砂工依具體型芯的操作時間適時調整型芯砂的硬化速度，配合造型制芯操作放砂，靈活采用設定的配比。

3． 標準的確定

制定原輔材料的技術標準，型芯砂、再生砂的控制標準，檢驗標準。

3.1 ． 生產鑄鋼件用原輔材料的技術要求（參考）

3.1.1 ．石英砂

SiO2 ≥ 97% 、粒度 40 － 100 目、角形系數 1.30 左右、微粉含量≤ 1.0% 、含泥量≤ 0.30% 、含水量≤ 0.50% 。可供參考的具體粒度分布見括號內 (>40 目，≤ 3% ； 40 目， 10-15% ； 50 目， 30-35% ； 70 目， 20-25% ； 100 目， 15-20% ；<100 目，≤ 5%)
砂溫：≤ 40 ℃
檢驗頻數：每批砂入廠檢驗一次，檢驗結果按質量保證體系之要求處理。

3.1.2 ．鉻鐵礦砂

原產地南非， Cr2O3 45 － 47% 、 SiO2 ≤ 5% 、 CaO ≤ 1% 、灼減量≤ 1% 、粒度 50/100 目，集中度 80% 左右，微粉含量≤ 1% 、含泥量≤ 0.30% 、含水量≤ 0.5% 。鉻礦砂用量較大時，其對硅砂再生砂帶來的不利影響應予重視。包裝 25 公斤 / 袋。

3.1.3 ．新型水玻璃、固化劑

新型水玻璃檢驗項目：粘度、密度、強度。
固 化劑檢驗項目：粘度、密度、強度、殘酸量。
檢驗頻數：每批貨抽檢一次。
標識移植：顧及運轉過程包裝物上標識的污損，避免不同牌號混淆，每批料入廠后由材料員進行標識確認、移植。

3.1.4 ．醇基鋯英粉涂料

檢驗指標：粘度、密度、發氣性、懸浮性。對其工藝性能進行評價（涂刷性、流平性、抗粘砂性、涂層強度、曝熱抗裂性）。必要時對鋯粉的原產地及 ZrO2 含量提出要求。對供應商的質量保證能力進行評價，確定合格供應商。
稀釋劑不宜用甲醇。
包裝：每桶凈重 25 公斤，包裝桶不能是再生塑料桶。

3.2 ．型芯砂、再生砂控制標準

再生砂質量穩定是保證型芯砂的基礎。
強度： 24 小時抗拉強度
較大或復雜的型、復雜的芯 >0.5Mpa
簡單或中小型、簡單芯 0.4 － 0.5Mpa
背砂或制造簡易鑄件（如砂箱、平板等） 0.2 － 0.3 Mpa
存放時間　制成的型芯存放時間可參考如下時間
當空氣相對濕度≥ 80% ，≤ 12h
當空氣相對溫度 60-80% ，適當延長
當空氣相對溫度≤ 60% ，一周之內若型芯明顯吸濕，可用天然氣火焰表干后使用。

檢查頻數：型芯砂強度每班次檢查兩次。再生砂的殘留 Na2O 含量、水分每班次檢查一次。再生砂的微粉含量每日檢查一次。

再生砂的控制指標：殘余 Na2O ≤ 0.5% ，若殘留 Na2O ≥ 0.8% 時表明再生砂已非常惡化。水份≤ 0.5% ，無論如何水分≥ 1% 是要不得的，微粉≤ 0.5% ，含泥量≤ 0.3% （檢測時注意殘余 Na2O 的影響）

4． 制定砂處理各崗位的作業指導文件

這里抄錄一個用戶的兩個文件：造型材料主管工程師職責、配砂工作業指導書。

造型材料主管工程師職責

全面負責鑄造分廠造型材料的技術及其管理工作

1． 確定分廠采用的原輔材料的技術標準。型芯砂、再生砂的控制標準。
在公司技術部的領導下協助公司質檢部完備造型材料的檢驗手段，確定造型材料的檢驗方法，建立檢驗制度。與公司技術部、質檢部及分廠生產管理人員、供應人員就有關造型材料的事項建立密切的工作聯系。根據分廠生產安排及庫存情況，為分廠生產副廠長及供應人員提供近期原輔材料的采購清單，寫明材料的規格、數量、技術指標。

2． 指導砂處理人員的操作。
負責操作者的業務培訓工作。
制定砂處理人員的作業指導文件。
制定砂處理人員的考核辦法。監督、檢查、考核砂處理人員的工作。

3． 掌握砂處理設備的工作原理、結構、工作狀況、操作方法。清楚常見故障的產生原因及排除辦法，為砂處理設備的維護、修理、改進提供參考建議。
4． 根據原輔材料及混合料的質量檢驗結果，結合造型、合箱、澆注、落砂、清砂、再生的操作要求及鑄件的質量狀況，決定新砂、再生砂的比例，水玻璃及固化劑的加入量。
5． 掌握分廠采用的造型材料的檢驗方法，懂原理，會操作。

配砂工作業指導書

在主管工程師的指導下具體負責配砂、加液料、加砂、操作混砂機，做好混砂機的日常維護，工作的保潔。

1． 檢查混砂槽、混砂葉片、液料噴嘴、出砂口的清理情況。查看交接班記錄、溫濕度表。
2． 日最低氣溫<5 ℃時開啟水玻璃箱加熱器，檢查加熱器的工作是否正常。加熱器溫控開關溫度設定為 20-35 ℃。
3． 了解當日投產的具體鑄件情況，檢查液料箱的液料量，混砂機上方再生砂、新砂砂斗的砂量。根據廠房內溫度、濕度、砂溫、當日投產的具體鑄件決定是否加液料、如何牌號液料，各牌號的比例及總加入量。決定是否加砂。
4． 混砂機通電，打開液料循環，啟動空壓機，檢查閥門、管路，確定液料流動是否正常。
5． 所加液料與液料箱中的液料牌號不同時，加料后需人工攪拌使之均勻。日最低氣溫 < ５℃，無論何時加料均需攪拌均勻。加料后液料箱加料口蓋嚴，減少水玻璃結膜或異物落入液箱中。
6． 完成上述操作未見異常方可混砂。若有異常待原因查明，故障排除方可混砂。
7． 混砂開始注意觀察頭尾砂斗的情況，從設備的動作聲判斷混砂是否正常。眼觀手握判斷混出的砂是否合格，判斷出砂量、新砂再生砂比例、液料加入量、砂溫、混砂質量是否合格。
8． 觀察砂的可使用時間是否能滿足操作要求，若不能滿足要求應及時調整所加水玻璃或固化劑的牌號。
9． 注意區分面砂、背砂、芯砂、刮板砂、撞箱砂，以滿足不同操作時間之要求。節約材料，降低成本。為舊砂再生創造有利的條件。（砂鐵比小、吃砂量小、型芯砂受熱充分有利于舊砂的殘留水玻璃膜脫去；區分面背砂，既能保證鑄件質量又能降低背砂中水玻璃及固化劑的加入量，有利舊砂的再生。）
10． 每次混砂后 30 分鐘內不再混砂，則應盡快打開混砂槽，清理混砂槽、混砂葉片及液料噴嘴，此種情況用水沖洗混砂槽不是必需的。配砂工應準備專門的清理工具（弧形鏟、短扁鏟、手錘、液料噴嘴通針）。
11． 下班前徹底清理混砂槽、混砂葉片、液料噴嘴，混砂槽不合上，而待下班次配砂工及管理人員檢查。
12． 為下一班次的生產做好新砂、再生砂、液料的準備。
13． 按交接班記錄的項目及要求認真填寫，必要時與下班次配砂工當面交接班。
14． 配合造型材料檢驗人員取樣、制樣。及時掌握檢驗結果，便于做好配砂工作，及時做出調整。
15． 熟悉混砂機、發送罐的工作原理，結構，掌握其工作狀況，操作方法。嚴格按程序操作，清楚常見故障的產生原因及排除方法。及時清理除塵布袋。做好所操作設備的日常保養、維護，協助保修人員的工作。為混砂設備的維護、修理、改進提供參考建議。
16． 配合主管工程師的工作，接受其指導。
17． 每班每周檢查一次砂流量，檢查水玻璃及固化劑流量各兩次，掌握檢查流量的正確方法，若發現流量異常或應主管工程師的要求隨時檢測流量。
18． 定期清理液料箱。
19． 建立監督考核制度

三．設備的可靠保障

新型水玻璃自硬砂的生產線設備是在呋喃樹脂砂設備基礎上結合新型水玻璃自硬砂的特點發展起來的。與呋喃樹脂砂設備大同小異。經過近幾年的發展，國產設備已基本上可滿足不同生產類型用戶的需求。

新型水玻璃自硬砂設備主要包括混砂設備和舊砂再生設備，以混砂設備為主再配以振實臺、翻轉起模機、輸送輥道、電氣控制裝置，可以組成自動控制的新型水玻璃自硬砂型（芯）線。舊砂再生系統大多具有砂塊破碎、篩分、磁選、舊砂再生、微粉分離、砂溫調節等功能，設備間的聯接及物料的輸送大多采用斗式提升機、帶式輸送機或氣力輸送等常規輸送設備。為滿足環境保護、勞動保護的要求及微粉分離的需要，生產線還必須配有良好的除塵設備。

1． 混砂機的選用

混砂機的選用包括兩個方面，一是選用什么形式的混砂機，二是選擇多大生產能力的混砂機。

1.1 混砂機形式的選擇

混砂機形式的選擇應考慮生產的特點，對于生產較小的砂芯，或用于混制少量的特種砂，選用間歇式混砂機較好，間歇式混砂機混砂均勻，無頭尾砂，也可用于工藝的生產驗證。

對于制造較大的砂型（芯），應選用連續式混砂機。如砂箱較大不便移動。可采用移動式混砂機，選用時還要考慮車間的運輸、面積、生產組織方式等因素。

1.2 混砂機能力的選擇

選擇混砂機的生產能力，通常要考慮鑄件的產量，所生產鑄件的代表產品，砂箱尺寸及類型，如果是造型線生產，既要考慮砂箱尺寸，也要考慮生產節拍。同任何設備一樣，混砂機的選用要考慮其使用的可靠性，即產品采用液壓、氣動、電氣等元件的可靠性，設計制造質量、維修配件的來源，可維修性，產品價格等諸因素。

1.3 選用混砂機要清楚新型水玻璃自硬砂與呋喃樹脂自硬砂的區別，充分考慮新型水玻璃自硬砂的特性。

1.3.1 粘結劑泵及粘結劑換向閥
新型水玻璃的粘度 > 呋喃樹脂的粘度
新型水玻璃的加入量 > 呋喃樹脂的加入量
新型水玻璃是堿性，呋喃樹脂呈中性
因此泵要耐堿，輸送能力足夠，定量準確。
換向閥可靠，最好選進口閥。

1.3.2 水玻璃箱設水浴加熱
溫度對水玻璃的粘度影響較大，一般而言，溫度差 5 ℃，粘度的變化就較明顯，粘度改變水玻璃泵的流量就發生變化，若要穩定水玻璃流量在日最低溫度≤ 5 ℃（參考值），需要對水玻璃進行水浴加熱，溫控開關設定 20-35 ℃。

1.3.3 水玻璃、固化劑加料口設過濾器
兩種液體中難免有雜質，若尺寸較大的雜質進入泵或換向泵中，可堵塞泵和換向閥，液料的流量減少，型芯砂的質量得不到保證。
水玻璃過濾器篩網可選擇 20 、 30 、 40 目
固化劑過濾器篩網可選擇 40 、 50 、 70 目

1.3.4 液料箱設攪拌裝置
所加液料與液料箱中的液料牌號不同時，加料后需攪拌均勻。日最低氣溫<5 ℃時，無論何時加料均需攪拌，使液料溫度均勻。

1.3.5 生產類型是單件、小批的，可采用兩套液料系統，即水玻璃箱、固化劑箱水玻璃泵、固化劑泵各兩個。混砂機上方新砂、再生砂斗的下砂閘閥各兩個。這樣配置可方便分開面背砂、芯砂、撞箱砂、刮板砂，方便調整型芯砂硬化速度，適應不同型芯，操作時間的要求。

1.3.6 水玻璃、固化劑加入量可預設三檔，既保證型芯砂強度適當，又可節約材料為舊砂的再生回用創造有利的條件。

1.3.7 混砂前，液料可自循環，保持混砂后液料流量穩定。氣溫較低時，可使管路中的液料與料箱中的液料的溫度一致。

1.3.8 混砂槽設方便更換的耐磨襯，設清理用水接口。
液料噴嘴接霧化液料的壓縮空氣。
既有向前推砂的混砂葉片，又有向后推砂的混砂葉片。
混砂槽便于開閉及清理。

1.3.9 水玻璃、固化劑泵的流量誤差不得超過± 3% 。
砂流量誤差不得超過± 5% 。
頭尾砂不超過 2 秒。

1.3.10 造型（芯）工藝流程
連續式混砂機→振實臺→翻轉起模機→隧道式表干爐

2． 新型水玻璃自硬砂再生系統及設備

國內運行的再生系統的再生方式有三種：干濕聯合性、干法、低溫加熱再生。后兩種方法污染少、占地面積小，因此我們推薦采用后兩種方法。氣候干燥的地區采用干法，潮濕地區采用低溫加熱再生。干法與低溫加熱再生比較，干法設備投資小，運行費用低；低溫加熱的再生效果好，舊法回用率高。低溫加熱再生以重慶重型鑄鍛廠為代表。重慶地區降雨多且頻繁，夏季高溫高濕，氣候條件可為苛刻，新型水玻璃自硬砂技術遇到了真正的考驗。該廠提供的情況表明： 2002 年 8 月 20 日舊砂開始再生到 11 月底，再生系統運行良好，再生砂殘留 Na2O 一直在 0.3% 左右，微粉<0.3% ，砂溫冷卻器出口砂溫 20-30 ℃，未淘汰舊砂。

2.1 新型水玻璃自硬砂再生機類型

新型水玻璃自硬砂舊砂的水玻璃膜呈塑性，選擇摩擦式再生效果好。如兩級串聯的離心摩擦式再生機，逆流再生機。

2.2 熱風沸騰式舊砂烘干爐

水玻璃膜的吸濕性較強，在空氣濕度大時較明顯，在再生系統中設置烘干爐對提高再生效果非常有利。從圖 1 可看出加熱溫度對舊砂再生效果的影響。（見郭景純 . 雷衛寧，一種水玻璃砂的新型聯合再生試驗設備的研制 . 鑄造設備研究 .1992 （ 5 ）： 4 ）

從圖1可看出加熱溫度對舊砂再生效果的影響。測定是將舊砂加熱到不同溫度，然后冷卻到室溫進行再生，測量Na2O含量。結果可以看出，溫度加熱到100℃和300℃，曲線迅速上升，這時Na2O去除率提高較快，因粘結膜在100℃溫度下保持30分鐘，其自由水會大量析出，舊砂中含水率為0，膜的脆性增加；當溫度增至300℃，水玻璃膜中結晶水開始析出，并使結晶水格架破壞，進一步增加了脆性，這時受到再生作用，易產生裂紋而斷裂。但從300℃繼續升高后，Na2O去除率提高減緩，故以低溫處理為佳。在要求再生效果好、質量高的情況下，采取加熱使水玻璃膜能去除水分而趨于脆化，加上強力摩擦再生，甚至采取聯合再生的方式是必要的。當然，如果要求不高，干法再生可滿足需要，就不一定增加加熱的工序，以免增加投資、能耗、管理等費用。

江陰第三鑄機廠為重慶重型鑄鍛廠生產的熱風沸騰式舊砂烘干爐采用天然氣火焰加熱，熱風出口溫度300-350℃，熱風的從沸騰床下部吹入，沸騰床上有兩組攪砂葉片。

2.3 砂冷卻器

進入砂冷卻器的水玻璃砂含有水份和細粉，若冷卻器不引入干燥的壓縮空氣，則在熱潮濕天氣下，冷卻水管及肋表面會出現冷凝水，水管及肋掛上砂中的細粉，降低冷卻效果，嚴重時堵塞下砂通道，因此冷卻器應選擇水冷式沸騰冷卻器。

使用砂，冷卻器應配冷凍機組。若地表水或地下水溫度較低，可直接引入砂冷卻器，如秦皇島冶金設備公司的地下水常年在14℃，該公司的砂冷卻器未配冷凍機組。

2.4 除塵器

宜選用除塵效率較高的過濾式除塵器，電除塵器。

除塵器管路及除塵器布袋應及時清理，保證除塵效果。經再生機脫下的水玻璃膜及砂中的細粉若不能經微粉分離器和除塵器很好從砂中分離，對再生砂的質量危害很大。單靠除塵器的自清理效果不理想，應經常檢查，進行人工清灰。

3．新型水玻璃自硬砂低溫加熱再生工藝流程

落砂機→震動送砂機→永磁分選機→振動破碎機→永磁分選機→振動篩分機→熱風沸騰式舊砂烘干爐→離心摩擦再生機→砂冷卻器→流幕式微粉分離器定砂處理的操作規程。建立設備維修、保養記錄。摸清設備運行規律，用以指導設備的維修、保養、易損件的更換，評價設備的工作狀況。就有關設備的情況對砂處理的操作工進行培訓，使其嚴格按程序操作設備，根據設備的實際情況，改進設備，做好設備的日常維護。