陶瓷砂介紹：

陶瓷砂，全稱為：鑄造用球形陶瓷砂（英文縮寫：TCS，中國機械行業標準號：JB/T 13043-2017）。是以特、一級高鋁礦石熟料，經電弧爐高溫熔煉，以壓縮空氣吹制成型的鋁硅系人造球形耐火顆粒物。TCS具有化學成分統一，物理性能穩定的人造特性。

無機黏結劑介紹：

“無機黏結劑”是經高壓釜化制得的鋁硅酸鹽的水溶液（不等同于普通水玻璃及改性水玻璃），經科學調配，在鑄造行業應用具有無毒、無味、無煙的優勢，能有效的降低環保成本、綜合應用成本、提升社會效益及經濟效益，性能優良，是引領了鑄造黏結劑材料行業發展的高端鑄造材料。

其發氣量僅為樹脂1/10，環境友好，是造型材料中（除水玻璃外）的能從源頭減少廢氣和有害氣體且應用范圍廣的迭代產品，是未來黏結劑市場的發展趨勢和主導產品。配套固化劑和絮凝劑加注量僅為無機黏結劑的10-15%，50%以上成分為無機材料成分，以兩組分形式進行應用，絮凝劑為催化、調整的作用材料，根據實際應用狀況依比例加入。其硬化機理為失水硬化和化學硬化。

TCS專用低滲透瓷化鑄造涂料：

鑄造涂料的滲透性能好，可以補救砂型局部強度過低，減少鋼水滲透而出現機械粘砂的傾向，但加大了涂料的使用量、增加了生產成本和發氣量、增厚了燒結層，直接導致砂回收利用率的降低，并以及帶來一些如：橘皮、氣孔等鑄造缺陷。在使用TCS制作砂模型時因其表面接觸面積更小、滲透性更強導致這種現象更加嚴重。

TCS專用低滲透瓷化鑄造涂料的配制機理為：涂覆于鑄模型表面，通過填補、屏蔽使之能在鑄型表面和鋼液之間形成一道物理“屏障”，隔絕、防止鑄型表面與鑄件直接接觸而達到降低滲透的目的。經過現場試驗檢測效果良好，優于只針對鑄件材質的鑄造涂料。

造型材料優勢：

將連續混砂機+震動平臺設計為造型單元；將落砂和破碎及砂再生設計為再生單元；將除塵和砂庫設計為砂供應單元。對各單元的生產進行數據記錄。

陶瓷砂+無機黏結劑造型工藝的生產流程及裝備布局如下：

造型單元

根據鑄件的鐵砂比和硬化時間設計連續混砂機的“噸/小時”工作量，并根據黏結劑的應用性能設計連續混砂機的出料口及黏結劑的保溫供應和絮凝劑加入裝置；震動平臺采用三維震動原理，根據陶瓷砂球形流動性能好的特性設計振幅。

該單位普遍生產鑄件重量在2-3噸的“圓錐”，鐵砂比為1：4，黏結劑采用JNY-F61及配套固化劑和絮凝劑，生產數據如下：

再生單元

為節省場地面積及科技創新設計采用新一代的落砂和破碎一體機（簡稱落破一體機）；在保證砂再生質量，設計“合格進入下一 流程”的再生理念的前提下，采用間歇式再生機；根據減少雜質和澆注邊余料進入再生系統以及陶瓷砂和高錳鋼普遍弱磁性的特性方案中，在落破一體機和再生裝置的前序設計了篩上物和篩下物去除及磁選裝置。生產數據如下：

砂供應單元

設計年產耐磨鑄件5000噸，匹配了砂供應系統；對黏結劑加入量影響較大的粉塵進行了設計控制，采用了獨立系統的反吹式工藝設計。如下表：

造型生產過程中圖片示例：

檢測數據的優化

該技術方案的砂再生裝置采用的是間歇式再生工藝，再生機理是：通過砂與砂的相互磨擦以去掉舊砂表面的黏結劑膜，然后經過除塵等工藝，達到型砂用砂的工藝要求。間歇式工作，可根據實際需要選擇性調整再生時間，從而確保再生砂質量，滿足再生砂型砂的工藝要求。該設備可設置合理的擦磨速度，保證砂破碎率低，也減少設備自身的磨損。通過檢測圓形度、總堿度、電導率等參數，對砂再生質量進行把控。

無機黏結劑的化學性質為堿性水溶液，總堿度的原始值和殘留值的反復測算，往往需要通過大量的化學分析才能測出，操作過程中紛繁復雜且效率過低。在實際生產中利用無機黏結劑失水復水的可逆性，制備含再生砂水溶液，通過PH試驗紙來測算PH值，再結合化學分析，量化出化學成分和PH值的比照關系，可以大大提高檢測效率且易于操作方便。

陶瓷砂的莫氏硬度為8-9級，達到了超硬耐磨材料棕剛玉的級別，且自身為球形，球磨韌性為檢測的型砂中高值（見表4）。通過微觀影響檢測，黏結點和黏接橋位置多分布在球形兩端，主要物質為黏結劑殘留，密度在0.8-0.9，通過增加摩檫力和摩擦時間可以有效提高砂再生的生產效率，相對情況下不會造成陶瓷砂的破碎和磨損。連續20個循環周期，陶瓷砂的磨損丟失小于0.3%。        

造型過程中，因陶瓷砂具有流動性好的特性，能減少混合黏結劑后濕態砂流動性差所帶來的影響，通過使用震動平臺來保證鑄型的緊實度是行之有效的減少黏結劑加入量、提高硬化強度、提升生產效率的辦法。

4-1  應用實踐-溫芯盒工藝案例

4-2  應用實踐-溫芯盒工藝案例

4-3  應用實踐-溫芯盒工藝案例

4-4  應用實踐-溫芯盒工藝案例

4-5  應用實踐-溫芯盒工藝案例

4-6  應用實踐-溫芯盒工藝案例

4-7  應用實踐-溫芯盒工藝案例

4-8  應用實踐-溫芯盒工藝案例

4-9  應用實踐-溫芯盒工藝案例

該項成果具有自主知識產權，在一汽鑄造有限公司和臨沂天闊鑄造有限公司等企業中得到驗證并成熟應用，提高了鑄件質量，改善了現場的操作環境，減少了固體廢棄物排放量，經濟和社會效益顯著。項目評價委員會專家一致認為，該項目技術達到國內領先水平。

鑄造產業是一個關系到國計民生的基礎產業,在國民經濟中占著相當重要的位置。綠色制造是21世紀工業生產的發展方向，清潔生產已成為新世紀工業發展的必然趨勢。低成本、高質量和環境友好是鑄造黏結劑生產發展的主要方向。鑄造用無機黏結劑無毒無味、無有害氣體、綠色、應用成本低，可以替代或部分替代現有的工藝，可以從源頭降低污染和成本，能促進鑄造企業綠色化轉型發展。

陶瓷砂+無機黏結劑+再生循環的型砂工藝整體方案的應用，對高耗能、高污染的鑄造企業來說具有從“源頭”就實現“深度治理”的先天優勢，可以徹底解決鑄造企業末端治理的環保設備“大手筆”投入；整體方案的應用還能大幅度提高鑄造企業固體廢棄物（廢砂）的循環再利用性能，能降低固體廢棄物90%甚至達到（廢砂)零排放。

國家出臺了多項更加嚴格的排放標準，采取了多部門協同治理督導的辦法，對行業進行了持續不斷的治理，以期達到減弱或根治的效果，避免重走發達國家先發展再治理的老路。這是關乎到生存根本的一項決策，每個人都應該切身實際的去迎合發揚，降低污染。對于鑄造企業本身來說，如何在環保的高壓態勢下，保持企業與環保的協調發展是企業必須面對的問題。