【聚乙烯蠟】堿性酚醛樹脂砂熱法再生技術簡介

文章出處：網責任編輯：青島賽諾作者：青島賽諾人氣：-發表時間：2019-02-26 20:07:00【大中小】

很多鑄造廠被一些堿性酚醛樹脂舊砂再生處理難的問題困擾著，在部分中、小型鑄鋼廠尤為顯著。在處理堿酚醛樹脂舊砂方面有獨到的優勢的是熱法再生技術，聚乙烯蠟小編在此給大家簡要介紹堿性酚醛樹脂熱法再生技術原理和設備功能，見識淺薄，僅博鑄造業者參考。

1.熱法再生應用背景

　　鑄造這一古老的技術，自誕生伊始便與型砂結下不解之緣，生生不息、榮辱與共。發展到今天，所有的鑄造廠都必須面對的一個嚴峻現實是：新砂不斷的消耗和一部分舊砂無法回收利用，只能忍痛廢棄。

　　對任何國家來講，型砂作為一種礦物資源總有枯竭的一天，不斷的消耗意味著鑄造廠采購成本越來越高。

　　在民眾日益高呼的環境保護訴求下，廢棄舊砂的處置越來越艱難。不管誰來負責處理，相關的費用最后仍然是由鑄造廠來買單。

　　在這一背景下，舊砂再生技術在整個鑄造行業中凸顯的地位越來越高。舊砂再生三大技術中，濕法再生由于水污染和能耗過高的限制沒有體現實用價值。在鑄造廠中應用最廣泛的當屬機械再生技術，這種緊湊型系統固定投資少，日常運行成本低，最受中、小型鑄造廠的青睞。但是機械式再生技術也有它的弊端：

再生過程砂粒的損耗不可避免

　　當前最好的機械再生技術是多級強力碾輪摩擦技術，通過砂粒間的高速摩擦去除表面的樹脂膜。在機械式的摩擦過程中，約有4%~6%的砂粒被破碎損耗掉了。

再生過程中產生的大量粉塵，嚴重污染了工作環境，對職業健康有不利影響。盡管現代化的鑄造廠中砂處理工段均配備了除塵器，但是這種不利影響無法完全消除。

對以堿性酚醛樹脂（Alkaline Phenolic ）為粘結劑的舊砂，即使最先進的機械式再生技術也顯得力不從心。再生砂質量的波動會影響到客戶關心的鑄件質量。為了改善砂系統，不得不再次加入數量不等的新砂。

　　于是一些鑄造廠開始將目光轉向長期以來一直被忽視的熱法再生技術，在資源最稀缺，環境保護壓力最高的西歐國家，鑄造廠率先開始嘗試使用熱法再生技術處理舊砂，尤其是堿性酚醛樹脂砂。

2.堿性酚醛樹脂砂再生解析

　　在舊砂再生處理方面，堿性酚醛樹脂砂公認是最困難的。僅優于水玻璃砂（Sodium silicate），遠遜于Pep-sep和呋喃（Furan），主要原因在于：

a.堿酚醛樹脂膜具有良好的常溫韌性，不同于脆性的呋喃樹脂膜。很難通過機械再生方法將砂粒表面覆著的樹脂膜(有機物)去除。

b.樹脂會與砂粒中殘留的K⁺, Na⁺金屬氧化物結合，形成堿金屬鹽，覆著在砂粒表面。這種堿金屬鹽在360℃左右熔化，可在1320℃左右汽化。在澆注過程中，絕大部分砂粒的都沒有經歷過1320℃以上的高溫燒結，因此這種物質也很難去除。這種堿金屬鹽會降低再生砂的粘結強度，而且會加劇砂型與金屬的界面反應。

c.舊砂表面樹脂膜中還殘留有一定量的有機酯固化劑，反復使用時可導致型砂可使用時間縮短、強度下降。

3.堿性酚醛樹脂砂熱法再生原理

　　完美的再生方法是必須在不損傷砂粒的前提下，將覆著在砂粒表面的有機物（樹脂、固化劑殘留物）和無機物（堿金屬鹽）剝離，并且要將處理好的砂粒與剝離的殘留物徹底的分開。而熱法再生是實現這個目標的最佳選擇。

堿性酚醛樹脂砂的熱法再生原理是：

a.高溫煅燒去除有機物

　　將舊砂加熱到一定溫度，一般為650~800℃，經過高溫煅燒后砂粒表面的有機物絕大部分可以去除。

b.堿金屬鹽的去除

　　由于堿金屬鹽熔點較低，在高溫煅燒階段，堿金屬鹽會熔化并與破碎的舊砂顆粒結團。結團的砂塊無法在熱流床上沸騰和充分煅燒，導致砂粒表面覆著的有機物和無機物均無法去除。

　　可在舊砂中添加一種成分跟火山灰類似的物質，該物質可幫助將堿金屬鹽的熔點提升至700℃以上。舊砂在沸騰煅燒階段可避免結塊，于是可利用高溫將附著在砂粒表面的有機物和無機物徹底去除。

　　也有利用酸通過化學反應的方法，中和去除砂粒表面堿金屬鹽的，但是由于酸對設備有很強的腐蝕作用，會嚴重降低設備使用壽命，不推薦使用。

　　有數據表明，經過熱法再生處理可將再生砂灼燒減量（LOI）可控制在0.1以內。

4.堿性酚醛樹脂熱法再生設備簡介

　　歐洲地區IMF，OMGA, EC＆S等公司均有舊砂熱法再生的實績，再生設備的原理和模塊功能大體相通。其中OMGA公司研發制造的適用于堿性酚醛樹脂砂熱法的再生設備功能完善，在鑄造廠的實際應用最多，下文以OMGA熱法再生系統為樣板，簡要介紹堿性酚醛樹脂熱法再生系統的構造和功能。

熱法再生系統主要構造，參考Fig.1

　　預處理單元，具備粗砂過濾分篩和添加劑的精確供給和充分攪拌等功能。

　　砂熱流床單員，經過預處理的舊砂在熱流床中沸騰，并且被加熱至指定控制溫度。

　　換熱單元，可利用處理完的舊砂余熱對鼓入的新風進行預熱，可有效減少砂冷卻和熱流床燃燒過程消耗的能源。

　　砂冷卻單元，使用一套蒸發冷卻塔將換熱處理后的再生砂溫度降低至使用溫度（一般在35℃以下）

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熱法再生系統的功能詳解

預處理

　　為了實現理想的再生處理效果，舊砂在熱流床中必須進行充分的沸騰和煅燒。因此在預處理時，必須將舊砂中的砂塊和金屬異物篩除掉。如果舊砂來自于機械再生處理過的砂斗，過濾篩分功能可以去除。

　　不同于呋喃、冷芯盒等有機粘結劑舊砂再生，堿酚醛樹脂舊砂再生必須要混入一定量的添加劑，以避免低熔點的堿金屬300~400℃熔化使砂粒粘合結塊。

　　粘結劑應用精密的液料泵輸送補給，砂粒和一定量的添加劑在鉸籠中充分攪拌、混勻。

砂熱流床

　　該裝置類似于燒結爐，設備內部四壁襯有耐火纖維，良好的保溫性能可以減少加熱使用的燃料。

　　底部均勻鋪設有一定數量的“氣噴頭”，其中一部分噴頭通有燃氣和空氣的混合氣體，另一部分供應壓縮空氣。噴頭中釋放的氣體將舊砂鼓吹起來，燃氣和氧氣在周圍進行充分的燃燒，可有效去除砂粒表面的樹脂膜。

熱回收

　　舊砂熱法再生技術距今已有幾十年歷史，但是一直沒有作為舊砂再生的主流技術得到鑄造廠青睞的主要原因有二:

　　一是因為設備固定投資跟機械式再生相比較偏高，另一個是因為熱法再生資源消耗量大造成日常運行成本高。跟機械式再生相比較，熱法再生資源消耗弊端主要體現在舊砂的加熱和冷卻方面。將舊砂從室溫狀態加熱至650~800℃進行煅燒處理，處理完成后還要冷卻至使用溫度，這一過程要消耗大量的燃料（天然氣、液化氣）和冷卻介質（水）。

　　但是合理使用保溫絕熱技術和熱交換技術，可以有效提高熱法再生資源利用率，將設備的日常運行成本降至鑄造廠可以承受的水平。OMGA宣稱熱法再生燃料（液化氣）消耗率為14kg/噸砂。

　　OMGA熱法再生換熱裝置，已經可以利用再生砂的余熱對系統中引入的空氣進行充分預熱，以減少燃料的消耗。如果可以在頂部排風系統上增加一道換熱處理，利用排出的煙氣預熱加熱引入的新空氣，節能效果會更好一些。

5.熱法再生設備的選型

　　實踐證明經過熱法再生的舊砂性能與新砂基本相當，在角型系數、熱膨脹率等方面，舊砂的性能甚至還要優于新砂。因此有條件的鑄造廠，完全可以考慮自行投資一套熱法再生系統，用這套系統處理的再生砂來完全替代新砂作為面砂或者用于砂系統的消耗補償。