項目開發背景：

普遍應用于礦山、建材、建筑等行業的磨料磨損工況易損的耐磨鑄件，通常采用水玻璃砂型、樹脂砂型工藝進行生產。采用水玻璃砂型工藝進行生產存在黏結劑加入量大、舊砂再生困難和回用性能差、型砂等固體廢棄物排放量大等弊端；采用樹脂砂型工藝進行生產存在有毒有害氣體排放、砂型退讓性差、型砂固廢排放量大、VOC末端治理成本和綜合應用成本高等問題。

陶瓷砂+無機黏結劑+再生循環的型砂工藝整體技術方案，采用“源頭減排”的設計理念，以實現生產過程中型砂循環使用、型砂舊砂固體廢棄物和有毒有害氣體超低排放、綜合應用成本低的“綠色效益”為目標。結合該方案在湖南某單位耐磨鑄件（扎臼壁、破碎壁、襯板等）生產過程的實踐，通過減少污染、節約資源、降低能耗等途徑直接降低了鑄造企業環境負荷，還通過提升生產效率間接的降低了鑄造企業的生產負荷，助力了鑄造企業實現環境友好的綠色生產。

金耐源（河南）工業科技有限公司和鄭州大學經過多年的研發，結合鑄造用球形陶瓷砂、新型無機黏結劑和砂再生處理設備的特性、工藝應用條件，優化出陶瓷砂+無機黏結劑+循環再生應用于鑄造行業造型工藝整體解決方案，以實現源頭減排、綠色鑄造及固廢零排放的目標。該工藝方案已在河南、河北、山西、湖南、東北等多個鑄造廠運行，并深受客戶好評。

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），通過加入一定比例的鋁、硅、鉀、鈉、鋰等無機成分，經科學調配，形成無機高分子聚合水溶液，具有高抗吸濕（潮）性、可使用時間長、加入量低、強度高且潰散良好的特點。在鑄造行業應用具有無毒、無味、無煙的環保優勢，能有效的降低造型成本、綜合應用成本、提升社會效益及經濟效益，性能優良，是引領鑄造行業實現源頭減排、綠色生產的高端材料。

其發氣量僅為樹脂1/5，環境友好，是造型材料中（除水玻璃外）能從源頭減少廢氣和有害氣體且應用范圍廣的迭代產品，是未來鑄造行業選用黏結劑的發展趨勢和主導產品。配套固化劑加入量僅為無機黏結劑的15-20%，且50%以上為無機材料成分，以兩組分形式進行應用，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介紹：

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。其主要成分為鎂鋁系耐火材料顆粒，適用于高錳鋼及低合金鋼材質。

       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）；為保證砂再生質量，設計“合格進入下一 流程”的再生理念，采用間歇式再生機；再生單元的選擇避免選用通過式的離心、氣力撞擊等通過式再生，因為陶瓷砂耐磨性能突出，可以選擇原理為強力的機械運動，來促進砂礫和砂礫摩擦從而達到去除黏結劑在砂礫表面的殘留，如磨盤再生、搓磨再生、轉子再生等。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。

        在現有設備流程基礎上增加濕法優選環節，實際生產中采用機械再生80%，濕法優選20%的砂再生方案，大限度降低含粉量及雜質。

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。

造型生產過程中圖片示例：

鑄件晶粒使用前后對比：

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+機械干法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。