【聚乙烯蜡】碱性酚醛树脂砂热法再生技术简介

文章出处：网责任编辑：青岛赛诺作者：青岛赛诺人气：-发表时间：2019-02-26 20:07:00【大中小】

很多铸造厂被一些碱性酚醛树脂旧砂再生处理难的问题困扰着，在部分中、小型铸钢厂尤为显著。在处理碱酚醛树脂旧砂方面有独到的优势的是热法再生技术，聚乙烯蜡小编在此给大家简要介绍碱性酚醛树脂热法再生技术原理和设备功能，见识浅薄，仅博铸造业者参考。

1.热法再生应用背景

　　铸造这一古老的技术，自诞生伊始便与型砂结下不解之缘，生生不息、荣辱与共。发展到今天，所有的铸造厂都必须面对的一个严峻现实是：新砂不断的消耗和一部分旧砂无法回收利用，只能忍痛废弃。

　　对任何国家来讲，型砂作为一种矿物资源总有枯竭的一天，不断的消耗意味着铸造厂采购成本越来越高。

　　在民众日益高呼的环境保护诉求下，废弃旧砂的处置越来越艰难。不管谁来负责处理，相关的费用最后仍然是由铸造厂来买单。

　　在这一背景下，旧砂再生技术在整个铸造行业中凸显的地位越来越高。旧砂再生三大技术中，湿法再生由于水污染和能耗过高的限制没有体现实用价值。在铸造厂中应用最广泛的当属机械再生技术，这种紧凑型系统固定投资少，日常运行成本低，最受中、小型铸造厂的青睐。但是机械式再生技术也有它的弊端：

再生过程砂粒的损耗不可避免

　　当前最好的机械再生技术是多级强力碾轮摩擦技术，通过砂粒间的高速摩擦去除表面的树脂膜。在机械式的摩擦过程中，约有4%~6%的砂粒被破碎损耗掉了。

再生过程中产生的大量粉尘，严重污染了工作环境，对职业健康有不利影响。尽管现代化的铸造厂中砂处理工段均配备了除尘器，但是这种不利影响无法完全消除。

对以碱性酚醛树脂（Alkaline Phenolic ）为粘结剂的旧砂，即使最先进的机械式再生技术也显得力不从心。再生砂质量的波动会影响到客户关心的铸件质量。为了改善砂系统，不得不再次加入数量不等的新砂。

　　于是一些铸造厂开始将目光转向长期以来一直被忽视的热法再生技术，在资源最稀缺，环境保护压力最高的西欧国家，铸造厂率先开始尝试使用热法再生技术处理旧砂，尤其是碱性酚醛树脂砂。

2.碱性酚醛树脂砂再生解析

　　在旧砂再生处理方面，碱性酚醛树脂砂公认是最困难的。仅优于水玻璃砂（Sodium silicate），远逊于Pep-sep和呋喃（Furan），主要原因在于：

a.碱酚醛树脂膜具有良好的常温韧性，不同于脆性的呋喃树脂膜。很难通过机械再生方法将砂粒表面覆着的树脂膜(有机物)去除。

b.树脂会与砂粒中残留的K⁺, Na⁺金属氧化物结合，形成碱金属盐，覆着在砂粒表面。这种碱金属盐在360℃左右熔化，可在1320℃左右汽化。在浇注过程中，绝大部分砂粒的都没有经历过1320℃以上的高温烧结，因此这种物质也很难去除。这种碱金属盐会降低再生砂的粘结强度，而且会加剧砂型与金属的界面反应。

c.旧砂表面树脂膜中还残留有一定量的有机酯固化剂，反复使用时可导致型砂可使用时间缩短、强度下降。

3.碱性酚醛树脂砂热法再生原理

　　完美的再生方法是必须在不损伤砂粒的前提下，将覆着在砂粒表面的有机物（树脂、固化剂残留物）和无机物（碱金属盐）剥离，并且要将处理好的砂粒与剥离的残留物彻底的分开。而热法再生是实现这个目标的最佳选择。

碱性酚醛树脂砂的热法再生原理是：

a.高温煅烧去除有机物

　　将旧砂加热到一定温度，一般为650~800℃，经过高温煅烧后砂粒表面的有机物绝大部分可以去除。

b.碱金属盐的去除

　　由于碱金属盐熔点较低，在高温煅烧阶段，碱金属盐会熔化并与破碎的旧砂颗粒结团。结团的砂块无法在热流床上沸腾和充分煅烧，导致砂粒表面覆着的有机物和无机物均无法去除。

　　可在旧砂中添加一种成分跟火山灰类似的物质，该物质可帮助将碱金属盐的熔点提升至700℃以上。旧砂在沸腾煅烧阶段可避免结块，于是可利用高温将附着在砂粒表面的有机物和无机物彻底去除。

　　也有利用酸通过化学反应的方法，中和去除砂粒表面碱金属盐的，但是由于酸对设备有很强的腐蚀作用，会严重降低设备使用寿命，不推荐使用。

　　有数据表明，经过热法再生处理可将再生砂灼烧减量（LOI）可控制在0.1以内。

4.碱性酚醛树脂热法再生设备简介

　　欧洲地区IMF，OMGA, EC＆S等公司均有旧砂热法再生的实绩，再生设备的原理和模块功能大体相通。其中OMGA公司研发制造的适用于碱性酚醛树脂砂热法的再生设备功能完善，在铸造厂的实际应用最多，下文以OMGA热法再生系统为样板，简要介绍碱性酚醛树脂热法再生系统的构造和功能。

热法再生系统主要构造，参考Fig.1

　　预处理单元，具备粗砂过滤分筛和添加剂的精确供给和充分搅拌等功能。

　　砂热流床单员，经过预处理的旧砂在热流床中沸腾，并且被加热至指定控制温度。

　　换热单元，可利用处理完的旧砂余热对鼓入的新风进行预热，可有效减少砂冷却和热流床燃烧过程消耗的能源。

　　砂冷却单元，使用一套蒸发冷却塔将换热处理后的再生砂温度降低至使用温度（一般在35℃以下）

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热法再生系统的功能详解

预处理

　　为了实现理想的再生处理效果，旧砂在热流床中必须进行充分的沸腾和煅烧。因此在预处理时，必须将旧砂中的砂块和金属异物筛除掉。如果旧砂来自于机械再生处理过的砂斗，过滤筛分功能可以去除。

　　不同于呋喃、冷芯盒等有机粘结剂旧砂再生，碱酚醛树脂旧砂再生必须要混入一定量的添加剂，以避免低熔点的碱金属300~400℃熔化使砂粒粘合结块。

　　粘结剂应用精密的液料泵输送补给，砂粒和一定量的添加剂在铰笼中充分搅拌、混匀。

砂热流床

　　该装置类似于烧结炉，设备内部四壁衬有耐火纤维，良好的保温性能可以减少加热使用的燃料。

　　底部均匀铺设有一定数量的“气喷头”，其中一部分喷头通有燃气和空气的混合气体，另一部分供应压缩空气。喷头中释放的气体将旧砂鼓吹起来，燃气和氧气在周围进行充分的燃烧，可有效去除砂粒表面的树脂膜。

热回收

　　旧砂热法再生技术距今已有几十年历史，但是一直没有作为旧砂再生的主流技术得到铸造厂青睐的主要原因有二:

　　一是因为设备固定投资跟机械式再生相比较偏高，另一个是因为热法再生资源消耗量大造成日常运行成本高。跟机械式再生相比较，热法再生资源消耗弊端主要体现在旧砂的加热和冷却方面。将旧砂从室温状态加热至650~800℃进行煅烧处理，处理完成后还要冷却至使用温度，这一过程要消耗大量的燃料（天然气、液化气）和冷却介质（水）。

　　但是合理使用保温绝热技术和热交换技术，可以有效提高热法再生资源利用率，将设备的日常运行成本降至铸造厂可以承受的水平。OMGA宣称热法再生燃料（液化气）消耗率为14kg/吨砂。

　　OMGA热法再生换热装置，已经可以利用再生砂的余热对系统中引入的空气进行充分预热，以减少燃料的消耗。如果可以在顶部排风系统上增加一道换热处理，利用排出的烟气预热加热引入的新空气，节能效果会更好一些。

5.热法再生设备的选型

　　实践证明经过热法再生的旧砂性能与新砂基本相当，在角型系数、热膨胀率等方面，旧砂的性能甚至还要优于新砂。因此有条件的铸造厂，完全可以考虑自行投资一套热法再生系统，用这套系统处理的再生砂来完全替代新砂作为面砂或者用于砂系统的消耗补偿。