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铸造业的环保新技术— 纸质浇道管

铸造业的环保新技术— 纸质浇道管

邵亮峰,马斌悍,王利民,王多培

(宁夏共享能源有限公司,宁夏银川750021)

来源:《铸造技术》

摘要:铸造业是国民经济的支柱型产业,但是铸造业也是高能耗、高污染行业,绿色环保技术的应用是实现绿色铸造生产、可持续发展的有效方法。纸质浇道管是一种创新性的绿色环保型的新型铸造材料,具有低能耗、低污染的优点,具有良好的发展前景。

关键词:铸造;纸质浇道管;绿色环保

中图分类号:TG243 文献标识码:A 文章编号:1000-8365(2020)01-0042-03

New Technology of Environmental Protection in Foundry Industry

------Paper Sprue

SHAO Liangfeng, MA Binhan, WANG Limin, WANG Duopei

(Ningxia Kcoel Energy Co., Ltd., Yinchuan 750021, China)

Abstract: Foundry industry is a pillar industry of national economy, but it is also a high energy consumption and high pollution industry. The application of green environmental protection technology is an effective method to realize green casting production and sustainable development. Paper sprue tube is an innovative green and environment-friendly new casting materials, which has the advantages of low energy consumption and low pollution, and has a good development

prospect.

Key words: casting; paper sprue tube; green and environmental protection

 

铸造业作为装备制造的基础,是国民经济的支柱型产业,但同时也是能源消耗和环境污染的大户,随着科学技术的发展以及人们对环境保护意识越提高,国家政策也在向绿色环保倾斜,节能环保技术的应用是实现绿色铸造生产、可持续发展的有效途径,铸造业迫切的需要变革以应对铸造业的环境负面效应。类似3D 打印技术的新材料、新技术的应用,是铸造企业对铸造行业变革的探索。纸质浇道管也是在这一大环境下,作为一种创新性的绿色环保型的新型铸造材料,逐渐被铸造企业接受、认可。

 

1 浇注系统材料

浇注系统是铸造浇注过程中金属液的导流管,高温金属液通过浇注系统导人到型腔中完成铸件浇注。浇道管是铸造工艺中浇注系统的组成部件,高温金属液经过浇道管注人型腔内,浇道管起到将金属液与型砂隔绝的作用[1]。浇注后待铸件温度降到一定温度,通过落砂机清理型砂、芯砂,作为浇注系统的浇道管也一同被清理,随型砂一起再生处理。浇注系统材料一般有陶瓷,EPS泡沫,砂型、陶瓷纤维、纸基复合材料等。

1.1 陶瓷浇道管

陶瓷浇道管是最为普遍的浇注系统材料,在树脂砂铸造、消失模铸造都广泛应用。不同管径的陶瓷管作为直浇道、横浇道、内浇道,用胶带缠绕连接在一起,造型后被型砂固定。也有一些铸造厂家部分选择陶瓷管(以直浇道为多),其余部分横浇道或内浇道以树脂砂造型后刷涂料替代,以减少铸造成本。因为陶瓷浇道管具有良好的耐高温性能,能有效的防止浇注过程中的金属液冲砂,且价格低廉,在未来一段时间内在铸造业占据一定空间[2]。陶瓷浇道管是陶瓷制品的一种,其制备过程是将耐火土等耐火材料制成管状生坯,干燥后进入煅烧炉窑内高温烧制成耐火陶瓷管,耐火度1380℃以上。陶瓷浇道管具有煅烧过程复杂,能耗高,环境污染大,质量大,易损坏,切割时粉尘大等缺点;存在浇注后坚硬固体废弃物多,不易除去等缺陷;存在不可再生资源、能源及人工浪费相当大;对环境污染、人体健康、设备磨损、产品质量的影响也是使用者长期关切的[3]。

1.2 EPS泡沫浇道管

EPS泡沫作为浇注系统材料多用于消失模铸造,与型腔泡沫模型粘结为一体使用。泡沫浇道管起初直接用泡沫板切割制作,所以是实心的,后来为了减少浇道的发气量对铸件的影响,浇注系统向空心发展,开始只是直浇道做成空心,以减少直浇道的发气量,能有效防止浇注初始金属液反喷,保证金属液从上而下迅速而平稳地进人铸型pl。部分消失模铸造企业选用陶瓷浇道作为消失模铸造浇注系统材料, 一般以生产重要铸件和技术要求很高的铸件为多,陶瓷空心浇道在国外消失模铸造厂家使用较为普遍[2]。

泡沫浇道作为浇注系统材料,由于铁液通过浇注系统,热解泡沫需要消耗大量的热,因此需要较高的浇注温度,并且热解过程会产生大量的气体及残留物,在铸件上形成气孔、夹渣缺陷的风险较大,并伴随大量的含苯、甲苯有害气体及黑烟的散发,需解决环保治理问题[3]。

1.3 砂型浇道管

在铸造造型的过程中,直接用型砂将浇注系统与铸件型腔、芯子一起造型、制芯,并在浇注系统(型腔内壁)涂刷耐火涂料,用于替代陶瓷浇道管、EPS泡沫浇道管。多使用在质量较小的铸件铸造上,或者浇口杯(盆)以型砂直接铸型使用为多见。采用型砂作为浇注系统,对耐火涂料的耐冲刷性能要求很高,存在冲砂的风险,特别是在较大质量的铸件不建议使用。

1.4 陶瓷纤维浇道管

陶瓷纤维浇道管是以硅酸铝纤维或多晶纤维或两者的混合纤维为原料,通过真空成型工艺制备的空心浇道管,作为浇注系统的新材料,用于取代传统的陶瓷浇道、砂型浇道和EPS泡沫浇道。陶瓷纤维浇道管具有耐高温,抗热震性,多用于消失模铸造,并已在铸造企业成功应用。陶瓷纤维浇道管的强度低,在造型时容易变形,并且内壁粗糙,易使金属液呈湍流流动,存在陶瓷纤维被带进铸件进而形成夹渣等铸造缺陷的风险。

1.5 纸质浇道管

纸质浇道管是以废纸、无机纤维、耐高温材料、粘结剂等为原材料,通过真空吸附成型、湿压整形制作而成的空心导管,作为铸造工艺中浇注系统的浇道管。根据浇注系统的设计需求可以选择直管、弯头、变径、三通等不同形状制品。纸质浇道管具有低能耗、低污染等诸多优点,近几年发展势头迅猛[1-2]。纸质浇道管完全以绿色制造为遵旨,且贯穿于设计、选材、制造、使用和资源回收等全流程。该产品的设计理念就是绿色、环保、节能,对操作人员的不造成伤害,将人员的劳动强度降到最低,利用废弃物,且不给环境排放污染物。原料以废旧物资回收为主的环保或无污染材料。比如最主要的材料就是废纸,利用回收的各种废纸,经初选、打浆后到一定的需要的标准即可使用,不会对环境造成任何浪费,使用后经高温碳化成以碳为主的灰分,将其在铸造落砂工序与其他灰分一起分离、除尘或燃烧处理。比如添加的填料选用工业粉尘,以铸造工厂再生砂系统排出的灰尘为居多,不仅有效的提高了纸质浇道管的表面粗糙度和耐高温性能,而且减少了工业粉尘的排放。

纸质浇道管在制造过程中实现了真正节能、环保。由于设计结构和选材的特殊性,纸质浇道管生产过程不需高温干燥、烧结,更多利用环境温度和自然空气流动就能实现需要的干燥,相比同规格的陶瓷浇道管所需的1200℃高温烧结,其耗能远远低于传统陶瓷浇管。

纸质浇道管的生产过程实现了零排放,生产中没有任何废水、废渣和废气排放。整个生产过程采用封闭工艺,生产用水可选用污水作为水源,并且能够循环利用无排放,生产用固体材料可实现循环使用,不产生废渣,就连修边产生的微量灰尘和颗粒也被再利用,不会对对外排放污染环境。纸质浇道管,在生产过程中成为操作工最喜用的铸造用浇道管,得益于其轻便、易操作的性能。同样规格的纸质浇管重只是陶瓷浇管重的1/10 ,易转运、易裁切、易连接、无污染、劳动强度低,帮助操作工解决了传统陶瓷浇管的笨重、灰尘大、不易裁切、不易连接、操作难度大等问题。

 

2 不同材质浇道管对比

不同材料的浇注系统有各自的特点, 目前在不同厂家都有使用空间,因为价格、市场、政策等因素,这种局面将会持续一定的时间,由市场筛选出复合铸造业发展应用的浇道管。几种不同材料的浇道管性能对比,见表1。

 

3 结语

要实现绿色铸造生产、可持续发展,唯有变革,大力推进节能环保新技术、新方法,纸质浇道管是一种创新型的绿色环保型的新型铸造材料,不仅能大大提高铸件的良品率,而且其低能耗、低污染的优点,具有大的环保价值,具有很好的发展前景。

​ 

项目

纸质浇道管

陶瓷纤维浇道管

EPS泡沫浇道管

砂型浇道管

陶瓷浇道管

适用范围

适合多种铸造工艺

消失模为主

消失模为主

小质董铸件为主

适合多种铸造工艺

质量

较轻

-

能耗

能耗低

低能耗

低能耗

低能耗

高能耗

资源消耗

50% 回收资源

100%矿物资源

-

无消耗

100% 矿物资源

操作性

承插口连接,操作便捷

胶带缠绕,操作较麻烦

有机粘接,麻烦

操作复杂

劳动强度大

使用排放

少量固体排放,易消纳

较少量固体排放

有害气体、烟

坚硬固体废弃物

 

参考文献:

[1]马斌悍,惠国栋,许翔,等. 纸质浇道管在铸造工艺中应用[J].铸造技术,2017,38(4) :957-959.

[2]曹敏道. 铸造用纸质浇道管及其成型工艺:中国,CN101508005[P]. 2009-08-19.

[3]袁东洲,张新平,牟行辉.纸质浇道管用于树脂砂实型铸造机床铸件的实践[J].铸造,2018,67(2):86-88.