磨轮式粘土（混合）旧砂再生方法的理论与应用研究

论文摘要

中国是世界铸件生产大国,每年有数千万吨的旧砂排放,对环境造成巨大压力。尤其是近年来,随着有机粘接剂的广泛应用,使粘土旧砂中混入了大量的树脂芯砂,形成粘土（混合）旧砂。因此,如何把这些混合旧砂再生,代替新砂制芯成为新的课题。由于混合旧砂的含泥量、灼减量与制芯用砂的要求相差巨大,一般的再生方法难以满足要求。磨轮再生方法可以提供强大的摩擦力,有效的脱除旧砂表面的惰性膜,因此成为混合旧砂再生最为有效的方法之一。本文对国内混合旧砂的情况进行了调查,为进一步磨轮再生的研究提供基础数据。采用体视显微镜、扫描电镜、能谱仪相结合分析的方法研究混合旧砂惰性膜的组成及形貌。研究发现,混合旧砂表面惰性膜的组成是以树脂旧砂为基底外面包覆粘土膜。这一组成方式与单一树脂旧砂和单一粘土旧砂的情形有很大差别。因此,混合旧砂再生的目的是要脱除粘土膜及残留树脂膜。磨轮再生实验针对云南某厂的混合旧砂,研究了几个重要的再生参数：砂轮转速、砂轮与砂桶之间的间距以及再生时间对再生效果的影响。同时也研究了旧砂在研磨之前的预处理以及研磨期间产生的粉尘对再生效果的影响。根据各种因素对再生效果的影响,找到了最佳再生参数,提出了合理的再生工艺。实验结果表明：砂轮与砂桶的间距和砂轮的转速密切相关,太大或太小都会影响再生效果。通过实验得出的最佳的一组再生参数是,砂轮转速：3000r/min（23.55m/s）、砂轮与砂桶的间距：3mmm、研磨时间：60min。在此参数下得到的再生砂质量为,含泥量：0.42%、灼减量：0.47%、粒度分布：55-100,已达到制芯用砂的质量要求。再生砂混制芯砂工艺性能实验结果表明：再生砂的热湿拉强度（6热）为：0.842 MPa、冷湿拉强度（6冷）为：1.784 MPa,优于原砂制芯的性能。说明再生砂的质量可以满足热芯盒的制芯要求。再生砂表面惰性膜的研究结果发现,其组成是粘土膜、树脂膜以及极少量的鲕化后的粘土膜。其形貌也已发生较大改变,不再是以树脂膜为基底外覆粘土膜,而是呈黑色的“小片状”各自残存于砂粒凹面处。并且提出了再生砂表面惰性膜分布的示意图。再生砂残留的粘土膜中,有效粘土占据了91.6%。因此,进一步去除有效粘土膜可以同时降低再生砂的含泥量及灼减量。这对于再生砂质量的提高大为有利。本文研究了磨轮再生的机理,旧砂在研磨空间中堆垒方式发生变化从而产生挤压力。转动的砂轮使它们发生相对运动,从而在砂粒-砂轮、砂粒-砂粒、砂粒-砂桶之间产生摩擦力磨掉砂粒表面的惰性膜。最佳研磨空间的体积与砂轮转速相关,转速增大,其体积也有增大的趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 旧砂再生与绿色铸造
• 1.1.2 旧砂再生的发展
• 1.2 摩擦再生技术发展概况
• 1.2.1 发展概况
• 1.2.2 趋势
• 1.3 本课题的研究意义与研究内容
• 1.3.1 课题研究意义
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 技术路线和预期结果
• 第二章 摩擦再生机理及设备的发展
• 2.1 旧砂再生机理发展
• 2.1.1 各种再生方法的机理介绍
• 2.1.2 脱膜理论介绍
• 2.2 研磨式再生机理及设备的发展
• 2.2.1 研磨式再生机理
• 2.2.2 研磨式再生设备的发展
• 2.3 本章小结
• 第三章 混合旧砂表面粘接剂膜的形貌及组成研究
• 3.1 国内混合旧砂情况调查
• 3.2 混合旧砂的形貌及组成
• 3.2.1 砂样的选取及其性能检测
• 3.2.2 云南某厂混合旧砂实验分析方法
• 3.2.3 混合旧砂表面形貌
• 3.2.4 混合旧砂粘接剂膜组成分析
• 3.2.5 混合旧砂粘接剂膜的示意图
• 3.3 本章小结
• 第四章 磨轮式再生实验方法及设备
• 4.1 磨轮实验机的结构及工作原理
• 4.1.1 磨轮机的结构
• 4.1.2 磨轮机的工作原理
• 4.2 磨轮实验机的改进
• 4.2.1 已有的实验结果及存在的问题
• 4.2.2 改进方案
• 4.3 磨轮式再生实验内容
• 4.3.1 树脂砂芯的质量要求
• 4.3.2 实验用混合旧砂的来源和处理
• 4.3.3 磨轮再生效果影响因素分析及实验参数确定
• 4.3.4 工艺实验流程
• 4.3.5 再生砂的性能、质量检测方法
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验结果分析及研磨再生机理讨论
• 5.1 再生实验结果分析
• 5.1.1 转速-轮桶间距对再生效果的影响
• 5.1.2 混合旧砂质量及预处理对再生效果的影响
• 5.1.3 磨轮研磨时间对再生效果的影响
• 5.2 再生砂形貌及组成研究
• 5.2.1 再生砂惰性膜的组成
• 5.2.2 再生砂的表面形貌
• 5.2.2.1 再生砂表面惰性膜的观察及确定
• 5.2.2.2 再生砂鲕化粘土膜的观察及确定
• 5.2.2.3 再生砂表面惰性膜的示意图
• 5.3 再生砂混制芯砂工艺性能实验
• 5.4 磨轮再生实验经济性分析
• 5.5 再生机理讨论
• 5.5.1 研磨时间、砂轮转速、轮-桶间距对再生效果影响的原因
• 5.5.2 砂粒破碎的原因
• 5.5.3 粉尘影响再生效果的原因
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录