一种铸造旧砂的再生方法及该再生方法得到的新覆膜砂与流程

1.本发明属于铸造领域，具体涉及一种铸造旧砂的再生方法及该再生方法得到的新覆膜砂。


背景技术：

2.铸造是工业的基础，随着我国制造业的高速发展，铸造原材料的需求量日益增加。砂型铸造是铸造最重要的工艺之一，尤其复杂、薄壁、大型的铸件必须使用砂型铸造工艺，因此我国每年产生的铸造旧砂约有数千万吨。铸造旧砂是固体废弃物，砂资源为不可再生资源，从环保和资源保护的角度来说对旧砂进行回用是必然的的趋势，另外使用新砂的成本也成为了铸造企业的较大的负担，从经济效益角度考虑，对铸造旧砂进行再生也很有意义。
3.当前铸造旧砂的再生工艺主要分为热法、湿法和研磨，主要是去除旧砂表面的有机和无机树脂，但大多未考虑如何去除旧砂表面的铁、铝、氧化铁、氧化铝等金属及金属氧化物，这些物质微观表面形态尖锐，残留过多将严重影响再生砂的回用效果。
4.更具体的：公开号为cn113134567a的发明专利公开了一种无机废砂和潮模废砂的混合废砂再生方法及再生砂，包括如下步骤：(1)将混合废砂一次机械研磨得到一次再生砂；(2)将一次再生砂高温焙烧得到二次再生砂，焙烧温度为650℃～670℃，时间为6～8小时；(3)待二次再生砂冷却后，将二次再生砂二次机械研磨得到三次再生砂；(4)去除三次再生砂中的杂质并筛分后得到再生砂。但是该专利并未提及旧砂表面去除的金属及金属氧化物通过何种方式收集及回用：一是未设计去除金属及金属氧化物的工艺，无法保障再生砂的质量；二是未考虑再生砂表面金属物质剥离后的处置方式，当前对于固废随意填埋的环保问题屡见不鲜，存在较大环保隐患。
5.公开号为cn114749599a公开了一种铸造废砂的微湿法处理工艺，包括如下步骤：s1.对铸造废砂破碎，然后磁选、筛分；s2.采用摆臂式混淋机对筛分后的废砂进行湿处理，然后清洗获得湿砂，湿砂换热后干燥；s3.进入焙烧炉焙烧，焙烧的温度为800-900℃，时间为10-20min；焙烧结束后进入换热研磨设备中进行蒸汽磋磨，同时与s2中的湿砂换热；s4.对换热后的废砂冷却筛分获得再生砂初品。该专利使用微湿法、焙烧10～20min及研磨均无法去除砂粒表面金属及氧化物，更未提及再生过程去除收集的金属及氧化物的回用方法。
6.故基于此，提出本发明技术方案。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种铸造旧砂的再生方法及该再生方法得到的新覆膜砂。所述再生方法先利用湿法擦洗去除铸造旧砂表面的灰分，接着使用焙烧热处理使得砂粒与砂粒表面的金属发生不同程度的热应力产生裂纹，再通过研磨将砂粒表面的金属物质剥离，除此之外，后端还设置热熔风选去除铝及氧化铝、强磁去除砂铁混合物，实现了砂与金属物质的完全分离，得到的再生砂二氧化硅含量接近于新砂。从铸造旧
砂中分离的金属物质，经过加工制备为铸造用砂的耐高温辅剂，也同时实现了铸造旧砂中金属的分离和再利用。
8.本发明的方案是提供一种铸造旧砂的再生方法，所述再生方法包括如下步骤：
9.(1)将铸造旧砂与水混合搅拌，得到湿砂；
10.(2)将所述湿砂进行焙烧，完成后降温得到冷却砂；
11.(3)将所述冷却砂研磨以去除砂粒表面的金属，得到研磨砂粒和表层金属；
12.(4)将所述研磨砂粒进行热熔风选，得到热熔砂粒和中层金属；所述中层金属为铝系金属；
13.(5)将所述热熔砂粒进行磁选，得到表面洁净再生砂和内层金属；所述内层金属为铁系金属；
14.(6)将所述表层金属、中层金属和内层金属混合后粉碎，得到耐高温辅剂；
15.(7)将所述表面洁净再生砂、所述耐高温辅剂、固体酚醛树脂、乌洛托品和硬脂酸钙进行覆膜砂混砂，得到新覆膜砂，即完成铸造旧砂的再生过程。
16.为便于理解本发明，对本发明的再生方法进行说明：
17.铸造旧砂经过金属液体的浇铸浸润后，表面覆盖有大量的铝、铁及其他们的氧化物，这些物质微观结构表面尖锐，会严重影响再生砂的使用强度，本发明的再生方法也是针对性的去除再生砂表面的金属及氧化物覆盖层，以使得到的再生砂性能卓越，具体的：由于砂粒与金属覆盖层膨胀系数不同，故在焙烧处理后，能够削弱金属覆盖层的粘结力，再通过研磨去除将砂粒表面的金属物质；而对于顽固的铝系金属覆盖层，通过热熔风选，将砂粒加热至670～750℃，并且通过风机从下往上进行吹风，由于铝在650℃下会成为熔融状态，故在风力的作用下被吹散成为细小的颗粒，最后被负压抽到管道进行收集；对于顽固的铁系金属覆盖层，通过强力磁选，使用10000gs以上的磁选滚轴去除铁系金属覆盖层，最后进行收集；最后对收集的铝系金属、铁系金属等进行粉末破碎至800目以下，使用混料机混制均匀制备为耐高温辅剂。再将处理完毕后的铸造旧砂作为骨料，加入耐高温辅剂等其他成分制备得到新覆膜砂。
18.优选地，步骤(1)中，所述铸造旧砂与水的重量比为1:0.3～5；
19.和/或，所述搅拌的转速为270～720r/min，搅拌的时间为3～10min。
20.优选地，步骤(2)中，所述焙烧的温度为300～600℃，焙烧的时间为20～200min。
21.优选地，步骤(3)中，所述研磨的转速为120～360r/min，研磨的时间为2～8min。
22.优选地，步骤(4)中，所述热熔风选的温度为670～750℃。
23.优选地，步骤(5)中，所述磁选的磁力强度为10000～20000gs。
24.优选地，步骤(6)中，所述粉碎至800～2000目。
25.优选地，步骤(7)中，按重量份数计，将100份表面洁净再生砂、0.1～2份耐高温辅剂、1～3份固体酚醛树脂、0.1～0.5份乌洛托品和0.1～0.2份硬脂酸钙进行覆膜砂混砂，得到新覆膜砂，即完成铸造旧砂的再生过程。
26.基于相同的技术构思，本发明的再一方案是提供一种上述铸造旧砂的再生方法得到的新覆膜砂。
27.本发明的有益效果为：
28.本发明所述的再生方法，能够较为完整地去除铸造旧砂外表面的金属及其氧化
物，使得到的再生砂二氧化硅含量接近于新砂，并且从铸造旧砂中分离的金属物质，经过加工能够制备为铸造用砂的耐高温辅剂，并再次得到利用，实现了金属物质的反复循环，节约了原料成本。另外经测试，得到的新覆膜砂综合性能优异，完全可以满足使用需求。
具体实施方式
29.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
30.实施例1
31.本发明提供一种铸造旧砂的再生方法，所述再生方法包括如下步骤：
32.(1)在湿法搅拌机中，将铸造旧砂与水按照重量比为1:1进行混合，在搅拌转子的转速为360r/min的条件下，搅拌5min以进行擦洗，完成后得到湿砂；
33.(2)将所述湿砂投入至焙烧炉，在400℃条件下进行焙烧50min，完成后采用冷却水快速降温，得到冷却砂；
34.(3)将所述冷却砂投入至研磨机中，在研磨转子转速为270r/min条件下研磨3min，以去除砂粒表面的金属，完成后得到研磨砂粒；同时研磨去除的表面金属通过负压进行收集；
35.(4)将所述研磨砂粒投入热熔风选炉，炉内温度为700℃，炉体结构为立式，炉底部位使用鼓风机向上送风，炉顶部设置负压抽风，整个气流方向自下而上，铝系金属物质在高温下呈现熔融状态，通过气流方向将铝系熔融颗粒收集，完成后得到热熔砂粒和中层铝系金属；
36.(5)将所述热熔砂粒投入强力磁选滚筒，在15000gs条件下强磁吸附收集内层铁系金属，完成后得到表面洁净再生砂和内层铁系金属；
37.(6)将所述表层金属、中层金属和内层金属混合后粉碎至1000目，得到耐高温辅剂；
38.(7)将100g表面洁净再生砂、0.1g耐高温辅剂、2g固体酚醛树脂、0.2g乌洛托品和0.2g硬脂酸钙进行覆膜砂混砂，得到新覆膜砂，即完成铸造旧砂的再生过程。
39.实施例2
40.本发明提供一种铸造旧砂的再生方法，所述再生方法包括如下步骤：
41.(1)在湿法搅拌机中，将铸造旧砂与水按照重量比为1:0.3进行混合，在搅拌转子的转速为270r/min的条件下，搅拌10min以进行擦洗，完成后得到湿砂；
42.(2)将所述湿砂投入至焙烧炉，在300℃条件下进行焙烧200min，完成后采用冷却水快速降温，得到冷却砂；
43.(3)将所述冷却砂投入至研磨机中，在研磨转子转速为120r/min条件下研磨8min，以去除砂粒表面的金属，完成后得到研磨砂粒；同时研磨去除的表面金属通过负压进行收集；
44.(4)将所述研磨砂粒投入热熔风选炉，炉内温度为670℃，炉体结构为立式，炉底部位使用鼓风机向上送风，炉顶部设置负压抽风，整个气流方向自下而上，铝系金属物质在高
温下呈现熔融状态，通过气流方向将铝系熔融颗粒收集，完成后得到热熔砂粒和中层铝系金属；
45.(5)将所述热熔砂粒投入强力磁选滚筒，在10000gs条件下强磁吸附收集内层铁系金属，完成后得到表面洁净再生砂和内层铁系金属；
46.(6)将所述表层金属、中层金属和内层金属混合后粉碎至800目，得到耐高温辅剂；
47.(7)将100g表面洁净再生砂、0.1g耐高温辅剂、1g固体酚醛树脂、0.1g乌洛托品和0.1g硬脂酸钙进行覆膜砂混砂，得到新覆膜砂，即完成铸造旧砂的再生过程。
48.实施例3
49.本发明提供一种铸造旧砂的再生方法，所述再生方法包括如下步骤：
50.(1)在湿法搅拌机中，将铸造旧砂与水按照重量比为1:5进行混合，在搅拌转子的转速为720r/min的条件下，搅拌3min以进行擦洗，完成后得到湿砂；
51.(2)将所述湿砂投入至焙烧炉，在600℃条件下进行焙烧20min，完成后采用冷却水快速降温，得到冷却砂；
52.(3)将所述冷却砂投入至研磨机中，在研磨转子转速为360r/min条件下研磨2min，以去除砂粒表面的金属，完成后得到研磨砂粒；同时研磨去除的表面金属通过负压进行收集；
53.(4)将所述研磨砂粒投入热熔风选炉，炉内温度为750℃，炉体结构为立式，炉底部位使用鼓风机向上送风，炉顶部设置负压抽风，整个气流方向自下而上，铝系金属物质在高温下呈现熔融状态，通过气流方向将铝系熔融颗粒收集，完成后得到热熔砂粒和中层铝系金属；
54.(5)将所述热熔砂粒投入强力磁选滚筒，在20000gs条件下强磁吸附收集内层铁系金属，完成后得到表面洁净再生砂和内层铁系金属；
55.(6)将所述表层金属、中层金属和内层金属混合后粉碎至2000目，得到耐高温辅剂；
56.(7)将100g表面洁净再生砂、2g耐高温辅剂、3g固体酚醛树脂、0.5g乌洛托品和0.2g硬脂酸钙进行覆膜砂混砂，得到新覆膜砂，即完成铸造旧砂的再生过程。
57.对比例1
58.在实施例1的基础上，设置该对比例，对比例1与实施例1的区别在于，
59.对比例1去除步骤(1)，不经过湿法擦洗，其他实施方式和条件均与实施例1相同。
60.对比例2
61.在实施例1的基础上，设置该对比例，对比例2与实施例1的区别在于，对比例2去除步骤(2)，不经过焙烧，其他实施方式和条件均与实施例1相同。
62.对比例3
63.在实施例1的基础上，设置该对比例，对比例3与实施例1的区别在于，对比例3去除步骤(3)，不经过研磨，其他实施方式和条件均与实施例1相同。
64.对比例4
65.在实施例1的基础上，设置该对比例，对比例4与实施例1的区别在于，对比例4去除步骤(4)，不经过热熔风选，其他实施方式和条件均与实施例1相同。
66.对比例5
67.在实施例1的基础上，设置该对比例，对比例5与实施例1的区别在于，对比例5去除步骤(5)，不经过强力磁选，其他实施方式和条件均与实施例1相同。
68.对比例6
69.在实施例1的基础上，设置该对比例，对比例6与实施例1的区别在于，对比例6在步骤(7)中不添加耐高温辅剂，其他实施方式和条件均与实施例1相同。
70.对比例7
71.在实施例1的基础上，设置该对比例，对比例7与实施例1的区别在于，对比例7在步骤(7)中使用新砂替代再生砂，其他实施方式和条件均与实施例1相同。
72.测试例
73.对实施例1～3和对比例1～7所得覆膜砂的理化性能进行测试，结果如表1所示。
74.表1理化性能
[0075][0076]
由表1可知：
[0077]
比较实施例与对比例1，对比例1中再生砂电导率上升1314％、含泥量上升638％；覆膜砂抗拉强度下降36％、铸件气孔率上升67％，铸件脉纹率上升138％。主要原因是：不经过湿法擦洗，由于再生砂表面残留硅酸钠含量高，造成再生砂的电导率高、含泥量高。表面泥份影响覆膜砂抗拉强度，砂芯透气性差、退让性差，直接导致铸件气孔率和脉纹率上升。
[0078]
比较实施例与对比例2，对比例2中再生砂电导率上升1000％、含泥量上升175％；覆膜砂抗拉强度下降32％、铸件气孔率上升67％，铸件脉纹率上升138％。主要原因是：不经过焙烧，由于再生砂表面残留硅酸钠活性高，造成再生砂的电导率高、含泥量高。表面泥份影响覆膜砂抗拉强度，砂芯透气性差、退让性差，直接导致铸件气孔率和脉纹率上升。
[0079]
比较实施例与对比例3，对比例3中再生砂电导率上升261％、含泥量上升138％；覆膜砂抗拉强度下降28％、铸件气孔率上升142％，铸件脉纹率上升125％。主要原因是：不经过研磨，由于再生砂表面脆化的硅酸钠和灰分未经过研磨去除，造成再生砂的电导率高、含泥量高。表面泥份影响覆膜砂抗拉强度，砂芯透气性差、退让性差，直接导致铸件气孔率和脉纹率上升。
[0080]
比较实施例与对比例4，对比例4中再生砂电导率上升81％、含泥量上升13％；覆膜砂抗拉强度下降24％、铸件气孔率上升58％，铸件脉纹率上升16％。主要原因是：不经过热熔风选，由于再生砂表面铝系氧化多，会影响覆膜砂抗拉强度，金属液浇铸时会将砂粒表面的铝系氧化物重熔，造成铸件气孔、脉纹等缺陷。
[0081]
比较实施例与对比例5，对比例5中再生砂电导率上升133％、含泥量上升25％；覆膜砂抗拉强度下降26％、铸件气孔率上升67％，铸件脉纹率上升13％。主要原因是：不经过强力磁选，由于再生砂表面铁系氧化多，会影响覆膜砂抗拉强度，金属液浇铸时会收到铁系氧化物的激冷作用，气体未能及时排除排出造成铸件气孔缺陷。
[0082]
比较实施例与对比例6，对比例6中铸件气孔率上升667％，铸件脉纹率上升1538％。不添加耐高温辅剂，覆膜砂制备的砂芯耐高温性能大幅减弱，铸件气孔、脉纹缺陷大幅提升。
[0083]
比较实施例与对比例7，对比例7中覆膜砂抗拉强度下降14％、铸件气孔率上升25％，铸件脉纹率上升50％。使用新砂替代再生砂，由于新砂的角形系数较差，膨胀率较高，因此比再生砂的铸件气孔、脉纹缺陷率高。
[0084]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种铸造旧砂的再生方法，其特征在于，所述再生方法包括如下步骤：(1)将铸造旧砂与水混合搅拌，得到湿砂；(2)将所述湿砂进行焙烧，完成后降温得到冷却砂；(3)将所述冷却砂研磨以去除砂粒表面的金属，得到研磨砂粒和表层金属；(4)将所述研磨砂粒进行热熔风选，得到热熔砂粒和中层金属；所述中层金属为铝系金属；(5)将所述热熔砂粒进行磁选，得到表面洁净再生砂和内层金属；所述内层金属为铁系金属；(6)将所述表层金属、中层金属和内层金属混合后粉碎，得到耐高温辅剂；(7)将所述表面洁净再生砂、所述耐高温辅剂、固体酚醛树脂、乌洛托品和硬脂酸钙进行覆膜砂混砂，得到新覆膜砂，即完成铸造旧砂的再生过程。2.根据权利要求1所述铸造旧砂的再生方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铸造旧砂与水的重量比为1:0.3～5；和/或，所述搅拌的转速为270～720r/min，搅拌的时间为3～10min。3.根据权利要求1所述铸造旧砂的再生方法，其特征在于，步骤(2)中，所述焙烧的温度为300～600℃，焙烧的时间为20～200min。4.根据权利要求1所述铸造旧砂的再生方法，其特征在于，步骤(3)中，所述研磨的转速为120～360r/min，研磨的时间为2～8min。5.根据权利要求1所述铸造旧砂的再生方法，其特征在于，步骤(4)中，所述热熔风选的温度为670～750℃。6.根据权利要求1所述铸造旧砂的再生方法，其特征在于，步骤(5)中，所述磁选的磁力强度为10000～20000gs。7.根据权利要求1所述铸造旧砂的再生方法，其特征在于，步骤(6)中，所述粉碎至800～2000目。8.根据权利要求1所述铸造旧砂的再生方法，其特征在于，步骤(7)中，按重量份数计，将100份表面洁净再生砂、0.1～2份耐高温辅剂、1～3份固体酚醛树脂、0.1～0.5份乌洛托品和0.1～0.2份硬脂酸钙进行覆膜砂混砂，得到新覆膜砂，即完成铸造旧砂的再生过程。9.权利要求1～8任一项所述铸造旧砂的再生方法得到的新覆膜砂。

技术总结
本发明属于铸造领域，具体涉及一种铸造旧砂的再生方法及该再生方法得到的新覆膜砂。所述再生方法依次包括湿法擦洗、焙烧、研磨、热熔风选、强力磁选、金属粉碎和混砂工艺。所述的再生方法，能够较为完整地去除铸造旧砂外表面的金属及其氧化物，使得到的再生砂二氧化硅含量接近于新砂，并且从铸造旧砂中分离的金属物质，经过加工能够制备为铸造用砂的耐高温辅剂，并再次得到利用，实现了金属物质的反复循环，节约了原料成本。另外经测试，得到的新覆膜砂综合性能优异，完全可以满足使用需求。完全可以满足使用需求。


技术研发人员：孙宇航 王梓鑫 廖忠明 唐品
受保护的技术使用者：南阳仁创再生资源有限公司
技术研发日：2023.08.22
技术公布日：2023/10/8