CN109641263B - 用于从铸造废料回收砂和活性粘土的工艺过程 - Google Patents
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Abstract
公开了一种从来自铸造厂的砂或粉尘回收洁净砂和活性粘土的工艺过程。
Description
技术领域
本发明涉及用于从铸造废料回收砂和粘土以便在铸造厂中再使用的工艺过程。
背景技术
生砂铸造是一种用于形成铸造金属制品的工艺过程。在该工艺过程中,用于制造铸件的铸模由主要是砂和膨润土的模塑材料形成,其仅在一个模塑循环中用于生产一个或多个铸件。在铸件在模具中固化之后,模具被破坏并且铸造循环完成。模塑介质的一部分可以再循环以用于另一铸造工艺过程,然而,一些模塑介质作为铸造废料离开铸造厂。
在铸造厂中,使用限定铸件的外部本体的生砂模具以及放置在生砂模具内部以限定铸件的内部构造的型芯来制造铸模。在模塑工艺过程中,模塑介质用于形成在生砂铸造厂内的铸造循环中使用的生砂模具和型芯。新硅砂和化学粘结剂用于在型芯成型工艺过程中生产型芯。型芯必须在铸件的形成期间承受高压,并且通过用化学粘结剂涂覆砂粒来制造。在型芯成型工艺过程中,根据所需铸件的内部构造预先形成砂/化学粘结剂混合物,然后使化学粘结剂反应以完成高强度型芯。
新硅砂、膨润土和有机添加剂用于在混炼(模具成型)步骤中生产生砂模具。生砂模具是通过压制成形由膨润土和有机添加剂的混合物涂覆的砂而制成的。加入水以使粘结剂水合并促使砂粒彼此粘附并成形。生砂模具通常按重量计包括约86%至90%的砂、8%至10%的膨润土、2%至4%的有机添加剂、以及2%至4%的水分。
在形成型芯和生砂模具之后,将型芯***生砂模具中。将熔融金属倒入生砂模具中以生产铸件。在熔融金属固化之后,铸件经历“摇出”,这指的是将生砂模具和型芯***成小颗粒或团块。在摇出期间,型芯的颗粒流出固化的铸件并与来自生砂模具的颗粒混合。
曾经组成生砂模具和型芯的材料的一部分被再循环以在混炼机上制造生砂模具以用于后续的铸造循环。组成生砂模具和型芯的材料的多余部分作为“模塑废料”离开工艺过程。在混炼机处添加底料砂以补偿每个铸造循环之后从工艺过程取出的细砂。
底料膨润土和底料有机添加剂补偿用以涂覆尚未进行涂覆的底料砂以及曾经组成型芯但尚未进行涂覆的砂所需的额外粘结剂。添加底料膨润土和有机添加剂也可以补偿由于高温暴露而损失的模塑材料。
在铸造厂内的若干位置会产生多余的模塑材料或铸造废料,其不能再用于随后的铸造循环。铸造废料的组成和粒度分布可以根据收集了铸造废料的铸造厂的面积而变化。铸造废料通常分为两大类,即“模塑废料”和“袋室粉尘(bag house dust)”或“粉尘”。术语“模塑废料”是指来自在摇出期间产生的破碎的生砂模具和型芯的多余模塑材料。铸造废料的另一个来源是由在铸造操作中从未使用的有缺陷的型芯产生。模塑废料可以包括在整个铸造厂的各个阶段从输送***落下的材料。在许多生砂铸造厂中,模塑废料按重量计通常含有约80%至约90%的砂、约6%至约10%的膨润土以及约1%至约4%的有机添加剂。模塑废料包括涂有粘结剂的砂以及单独的砂粒、膨润土和有机添加剂。
已经尝试通过从砂中机械地移除粘结剂来减少模塑废料的积聚,以使得砂足够洁净以在型芯的生产中重复使用。在这样的工艺过程中,砂被回收,但是以重量为基础的成本比砂高出几倍的膨润土以及有机添加剂被弃用。
铸造废料的另一大来源包括在铸造厂的空气排放***中收集的细砂粒、膨润土、有机添加剂和碎屑。铸造废料的这种来源在铸造厂中通常称为“袋室粉尘”。袋室粉尘比模塑废料含有明显更多的膨润土。袋室粉尘通常包含约30%至约70%的砂、约20%至约50%或约20%至约70%的膨润土、以及约10%至约30%的有机添加剂。
因此,需要减少离开生砂铸造厂的铸造废料的量。需要开发改进的工艺过程来回收具有足够品质的砂以便在铸造中用以制造型芯和生砂模具并且可以在随后的铸造工艺过程中生产优质铸件,并且回收砂、膨润土和有机添加剂以减少作为原料进入铸造厂的底料材料的量。已经开发了一些工艺过程来回收具有足够品质的砂以便在铸造中用以制造型芯和生砂模具并且可以在随后的铸造工艺过程中生产优质铸件。已经开发了一些工艺过程来回收砂、膨润土和有机添加剂以减少作为原料进入铸造厂的底料材料的量。
发明内容
本发明的实施例包括一种从铸造废料再生洁净砂和活性粘土的方法,其包括:提供来自铸造厂中的模塑工艺过程的粉尘和砂,其中所述粉尘和砂包括粘土,所述粘土包括活性粘土和死粘土;冲洗包括所述粉尘和砂的浆料以从所述砂和粉尘移除粘土,其中所述冲洗包括冲洗所述浆料至少一次,其中所述粘土作为第一粘土浆料而被分离;通过在摇台上摇动经冲洗的浆料而从经冲洗的浆料移除额外粘土,其中所述额外粘土作为第二粘土浆料而被分离,其中从所述摇台的端部移除洁净砂浆料;允许将所述死粘土作为固体与所述第一粘土浆料和第二粘土浆料分离以形成活性粘土浆料;将所述活性粘土浆料再循环到铸造厂中的混炼机;以及将洁净砂从所述洁净砂浆料再循环到铸造厂。
本发明包括以下方面中的任何一个或任意组合:其中所述浆料在浆料罐中形成;其中所述活性粘土浆料的至少一部分被再循环到浆料罐;其中所述浆料的固体含量为10-60wt%(重量百分比);其中所述冲洗包括仅冲洗浆料一次;其中所述冲洗包括冲洗浆料2至5次;其中所述冲洗和摇动在冲洗器/摇动器单元中执行;其中用清水执行至少一次冲洗;其中用再循环到所述冲洗的活性粘土浆料执行至少一次冲洗;其中将所述第一粘土浆料和第二粘土浆料进给到浮选/沉降罐以允许所述死粘土作为固体沉降;其中将所述砂浆料进给到砂干燥器,所述砂干燥器移除水以形成洁净砂以用于再循环到铸造厂;其中将所述洁净砂进给到机械再生单元并且随后进给到铸造厂中用以型芯成型;其中以不进行机械再生的方式将所述洁净砂进给到铸造厂中用以型芯成型;其中所述洁净砂中的活性粘土的含量为1-3%;并且其中总粘土含量约为2-6%。
本发明的实施例包括一种从铸造废料再生洁净砂和活性粘土的方法,其包括:提供来自铸造厂中的模塑工艺过程的组合物,其中所述组合物包括砂、粉尘或上述两者(砂/粉尘)以及含有砂/粉尘的粘土,其中所述粘土包括活性粘土和死粘土;形成包括所述组合物和水的第一浆料;将粘土与所述第一浆料中的砂/粉尘分离以形成砂/粉尘浆料,其中所分离的粘土处于粘土浆料中;将所述死粘土与所述粘土浆料分离以形成活性粘土浆料;以及从所述砂/粉尘浆料回收砂/粉尘。
本发明包括以下方面中的任何一个或任意组合:所提供的组合物是干燥的;还包括将从砂/粉尘浆料回收的砂再循环到铸造厂;通过冲洗所述第一浆料以从砂/粉尘移除粘土来分离粘土;用清水冲洗所述第一浆料;用所述活性粘土浆料的一部分冲洗所述第一浆料;其中所述冲洗包括喷射所述第一浆料至少一次;其中所述冲洗包括喷射所述第一浆料2至5次;通过允许将所述死粘土作为固体从所述粘土浆料分离而将所述死粘土与所述粘土浆料分离;所述粘土浆料被进给到沉降罐,在所述沉降罐中将所述死粘土作为固体分离;还包括将所述活性粘土浆料再循环到铸造厂中的混炼机;在将所述粘土与所述第一浆料中的砂/粉尘分离之前,在浆料罐中形成所述第一浆料;将所提供的组合物以干燥的形式进给到冲洗器/摇动器单元以用于将所述粘土与所述第一浆料中的砂/粉尘分离;所述第一浆料的固体含量为10至60wt%;将所述砂/粉尘浆料进给到砂干燥器,所述砂干燥器移除水以回收砂/粉尘;将所回收的砂再循环到铸造厂;将所回收的砂再循环到机械再生单元并且随后进给到铸造厂中用以型芯成型;以不进行机械再生的方式将所回收的砂进给到铸造厂中用以型芯成型;所回收的砂中的粘土含量为1%至3%;在形成第一浆料之前或形成第一浆料期间处理所提供的组合物以减小粒度;将所提供的组合物进给到摇动器和磨机以减小粒度;以及分离粘土包括在擦洗机和分级机中处理所述第一浆料。
附图说明
图1示出了用于铸造金属部件的示例性铸造工艺过程。
图2示出了图1的示例性摇出材料工艺过程。
图3示出了图1的示例性摇出材料工艺过程。
图4示出了本发明的示例性再生工艺过程。
图5示出了本发明的示例性再生工艺过程。
图6示出了本发明的示例性再生工艺过程。
图7示出了本发明的示例性再生工艺过程。
图8示出了在不用预浆料的设备A砂流上评估冲洗器/摇动器测试的视觉结果。
图9示出了在使用预浆料的设备A砂流上评估冲洗器/摇动器测试的视觉结果。
图10示出了在不用预浆料的设备A的粉尘流上评估冲洗器/摇动器测试的视觉结果。
图11示出了在使用预浆料的设备A的粉尘流上评估冲洗器/摇动器测试的视觉结果。
图12示出了砂粒与活性膨润土颗粒和“死”膨润土颗粒的粘结。
具体实施方式
本发明包括用于从模塑废料再生砂和活性粘土以供用作铸造工艺过程的原料的工艺过程。
在金属铸造工艺过程的铸造步骤期间,与熔融金属接触的表面附近的模具材料暴露于高温,这会对该表面区域中的砂和粘土造成热损坏。砂破碎并且涂覆砂的粘土被破坏到“死”或不具活性的程度,因此不能再用于铸造工艺过程。死粘土是指通过热处理而不可逆地脱水的粘土。如上所述,摇出后的一部分模具材料被再循环到混炼机。不可能百分之百地再循环摇出的材料,原因是热损坏的材料会随着时间积累,这将导致低品质或不可用的模具。
通常将约95%的模具材料再循环到混炼机。除了损坏的材料之外,未再循环的大约5%的模具材料包括未损坏的或仍然可用的活性粘土和砂。活性粘土和死粘土涂覆在砂的表面上。可以将未再循环的材料送去进行废料处理以用于一些其他有益目的,和/或送到机械和热再生单元以回收能够再循环到型芯成型工艺过程的砂。然而,机械和热再生工艺过程会破坏粘土。
有多种热和机械再生***可供用于回收砂。示例包括Simpson Technologies和Tinker-Omega。许多***使用热分解,然后是机械擦洗回路或机械/热/机械回路。新兴技术使用微波技术。利用天然气燃料干燥和圆形颗粒砂形态进行砂再生可能更有效,而电驱动干燥和湖砂或角砂则效率较低。
典型或常规的机械砂再生工艺过程可以包括三个阶段:第一机械阶段,第二热阶段和第三机械阶段。第一阶段可以包括机械洗涤操作,其对陶瓷珠粒吹风以从砂粒中洗去粘土和碳。第二热阶段可以使经洗涤的砂经受高温(例如约600摄氏度)以热破坏粘土。第三机械阶段是从砂移除所产生的粉尘。
如本文关于所公开的工艺过程所使用的,术语“机械再生”(例如图1中的机械再生)通常可以指砂再生工艺过程,包括但不限于机械加工、热加工或上述两者。
期望将粘土与袋室和生砂***中的砂分离、将含碳材料与砂分离以及将“活性”粘土与“死”粘土分离。商业***包括“国产”黑水***和Furness-Newburge的Blackwater***。现有几个研发项目,包括Renotek、IMERYS等。
一些黑水***是成功的,而其他***则产生了废料、故障和维护成本显著增加这样的灾难性后果。只有少数含水浆料膨润土回收***正在运行,并且许多单元已经关闭。
与商业***相比,本发明具有许多优点,包括但不限于下述内容。与商业***相比,本发明不使用过氧化氢或超声处理,并且不注入某些其他的化学品。另外,商业***具有高维护需求,并且本发明具有减少数量的泵和移动部件。另外,与商业***不同,本实施例设计成应对粘土的不同的化学-物理性质。商业***在单一类型的粘土上效果最好,而本发明可以设计用于双类型的粘土。
本发明的实施例包括处理来自摇出工艺过程的不进行再循环的模具材料或砂,以将砂与粘土分离而不损坏粘土或仍然保持活性粘土的品质,使其能够在混炼机中重复使用。在处理期间,由砂形成浆料,并且随后的分离工艺过程以浆料的形式进行。浆料可以是含水的。回收的砂可以再循环到铸造厂中的机械再生工艺过程并进给用以型芯成型。替代地,可以将回收的砂直接进给用以型芯成型。
从砂分离的粘土浆料接受将活性粘土与死粘土分离的处理。然后可以将活性粘土浆料再循环到混炼机。另外,袋室粉尘也可以如上所述以浆料的形式进行处理以将活性粘土与粉尘分离,然后可以将活性粘土再循环到混炼机。
本发明的实施例具有涉及降低成本、铸造性能、混炼改进和能量减少等方面的诸多优点或益处。通过再循环且购买较少的砂、再循环且购买较少的膨润土、再循环且购买较少的含碳材料、减少排放、减少砂和粘土材料进入垃圾填埋场或有益的再利用、以及废料流中的金属部件的回收和再循环,可以实现降低成本。由于回收的活性粘土(在混炼机中使用的总粘土的一小部分)是浆料(黑水)的形式,并且由此已经水合,因此通过减少混炼能量来进一步降低成本。由于含有活性粘土的黑水被用作混炼机和砂冷却***的输入,因此通过减少混炼机中的用水量(大致相同的总用水量)来进一步降低成本。
实施例要么改善了铸造性能,要么对铸造成品没有不利影响。这可能是由于本发明工艺过程所回收的砂和活性粘土的高品质。实施例由于缩短了混炼时间和减少了铸造表面缺陷而提高了铸造产量。
如本文公开的实施例所证明的,以几种方式改进了混炼,包括由于粘土组分的部分的预水合而增加了产量。混炼还降低了能耗、降低了粘土粘结的粘度且更容易混炼,并且改善了粘土和型砂的可加工性。
图1示出了用于铸造金属部件的示例性铸造工艺过程。来自摇出的砂输出流和来自该工艺过程的粉尘输出流可以用作本发明的再生工艺过程(例如图4-7所示的示例性工艺过程)的输入。来自图4-7的这些工艺过程的再生砂可以用作图1的示例性铸造工艺过程的输入,例如输入到机械再生并且随后输入到型芯成型或直接输入到型芯成型。来自图4-7的工艺过程的黑水流形式的再生活性粘土可以用作混炼机中的图1的示例性铸造工艺过程的输入。机械再生的进料优选含小于1%的水分,或者更详细地含0.001-1%或0.01-1%的水分。因此,这可能优选地或可能必需要安装额外的蒸发器或干燥器。
如图1所示,将新砂和粘结材料作为流1进行混合并作为流1a进给到型芯成型工艺过程。将流2中的树脂单独进给到型芯成型工艺过程。然后由新砂、粘结材料和树脂形成型芯。
将新砂和粘结材料作为流3与膨润土混合物混合,所述膨润土混合物通常是活性膨润土和添加剂(包括有机物和碳)的混合物。示例性膨润土混合物是来自伊利诺伊州Hoffman Estates的AMCOL International Corporation的包括天然钠膨润土、活性钠膨润土、混合的和活性钠膨润土、海煤(seacoal)、和淀粉。
将砂和粘土混合物经由流4与来自流5的额外新砂一起进给到混炼机以生产生砂模具。生砂模具是通过压制成形由膨润土和添加剂的混合物涂覆的砂而制成的。来自输入流6的清水被进给到混炼机,所述混炼机使粘结材料水合并促使砂粒彼此粘结以保持模具的形状。
在模塑、铸造和摇出步骤中,将型芯***生砂模具中并将熔融金属倒入生砂模具中以生产铸件。在熔融金属固化之后,铸件经历摇出。摇出是指将生砂模具和型芯分解成小颗粒或团块。在摇出期间,型芯颗粒流出固化的铸件并与来自生砂模具的颗粒混合。在铸造工艺过程期间,一部分型芯和模具材料(包括砂和粘土)受到热损坏并变得无法使用。
来自摇出的模塑废料在送至到混炼机的再循环、废料处理、有益用途或机械再生之前作为流7进给至可选的进一步处理。例如,可选的进一步处理可以包括冷却、破碎材料、以及分离出大块或大颗粒。示例性的摇出工艺过程在图2和图3中示出。
摇出的物料或砂的一部分作为流9再循环到混炼机。如图所示,这通常是流7的约95%。未再循环的砂(即10a)可以被送至有益用途。可选地,流10a的一部分可以作为流10b进给到常规的机械再生工艺过程以从粘土再生砂并作为流8再循环用以型芯成型。来自机械再生的、包括破坏的粘土的废料作为流10c进给至有益用途。
最后,收集粉尘和细粉(袋室粉尘)作为流10。流10a中的砂可以具有低总粘土和低活性粘土,通常为3-7%。流10的袋室粉尘可以具有37-67%的总粘土。在每种情况下,活性粘土可以小于总粘土的30-50%。
图2示出了图1的示例性摇出材料工艺过程。将来自摇出的流7进给到分离单元,在所述分离单元处将其冷却并通过筛分分离成流11和流12。将流11进给到锤磨机,所述锤磨机将材料压碎成较小的碎片。来自锤磨机的输出即流13被进给到废料罐。流12被进给到磁力分离器,所述磁力分离器如图所示将流分离成作为如图1所示的干燥进料再循环到混炼机的流9和送至废料罐的流14。废料罐中的材料(流10a)如图1所示被引导。
图3示出了图1的示例性摇出材料工艺过程。来自摇出的流7被进给到磁力分离器以产生流15。流15被进给以进行冷却并通过振动筛分而分离成流17和流16。流16被进给到砂仓,所述砂仓进一步将流分离成如图1所示再循环到混炼机的流9和送到废料罐的流18。流17也被送到废料罐。废料罐中的材料(流10a)如图1所示被引导。
本发明的实施例包括再生工艺过程,其包括处理来自摇出工艺过程的砂,所述砂在常规工艺过程中不进行再循环。该处理包括将粘土与砂分离而不会对粘土造成热损伤。该处理还包括将粘土与来自铸造厂的袋室粉尘分离,所述袋室粉尘在常规工艺过程中不进行再循环。进给到处理中的砂和/或粉尘在粉尘和砂粒的表面上具有粘土和碳。干进料中的粘土组分可以为3至70%、5至50%、5至30%、5至20%、5至15%、或5至10%。
该处理包括由砂和/或粉尘形成浆料,并且对浆料执行从砂/或粉尘中分离粘土。砂然后可以从浆料回收并再循环到机械再生工艺过程并进给用以型芯成型。替代地,可以将所回收的砂直接进给用以型芯成型。可以处理从砂和/或粉尘分离的粘土以将活性粘土与死粘土分离,并且可以将活性粘土再循环到混炼机。
图1中的“潜在的拦截”是指工艺过程中的可以将本发明的再生工艺过程与铸造工艺过程进行整合的点。流10a的砂可以在潜在的拦截处从工艺过程抽出并进给到本发明的再生工艺过程。来自流10的粉尘可以被抽出并进给到再生工艺过程。将粉尘、砂或这两者进给到本发明的再生工艺过程,其中由流形成浆料。在再生工艺过程中,将粘土与输入流分离而不会损坏粘土,以形成洁净砂和粘土浆料流。
然后可以将洁净砂浆料流进行干燥并在潜在的拦截处送回到图1的工艺过程并进给以进行机械再生并作为流8再循环或者替代地作为流8直接再循环而不进行机械再生。
将可用的死粘土作为固体从粘土浆料流分离以产生在胶体悬浮液中含有活性粘土的粘土浆料流。该粘土浆料流称为黑水。该黑水流可以在图1的工艺过程中再循环到混炼机中。黑水流可以补充或替换图1中的清水流6。
图4示出了本发明的示例性再生工艺过程。示例性工艺过程包括浆料罐、冲洗器/摇动器单元、沉降罐和砂干燥器。将作为流1的干燥进料进给到浆料罐中。干燥进料可以是来自图1中的流10a的砂、来自图1中的流10的粉尘、或上述两者。来自沉降罐的黑水或者黑水和清水作为流2进给到浆料罐中。水/黑水和干燥进料在浆料罐中混合。形成的浆料可以具有30wt%或以下例如5至30wt%、10至30wt%和20至30wt%的固体含量。如果固体含量太高,则高粘度浆料可能导致浆料难以处理。如果固体含量非常低,例如小于5wt%或1wt%,则由于必须处理大量的浆料,因此下游的分离处理更加困难。
浆料作为流3离开浆料罐进入冲洗器/摇动器单元。冲洗器/摇动器具有冲洗器部分和具有网状物或筛网平台的摇台。冲洗器包括可以喷射清水或黑水的喷嘴。来自喷嘴的喷雾从浆料中的砂的表面移除粘土和碳。粘土和碳通过流过筛网进入沉降罐而作为来自流5中的浆料与砂分离。冲洗器中的浆料可以冲洗至少一次或者冲洗一次或多次,每次冲洗对应于一组或多组喷嘴,例如1至5次冲洗、2至5次冲洗、1次、2次、3次、4次、5次或5次以上的冲洗。冲洗对应于经由喷嘴喷射水以从砂表面移除粘土组分。每次冲洗都会从流至沉降罐的砂上移除更多的粘土和碳。在冲洗之后,浆料流到摇台,所述摇台摇动或振动浆料以移除更多的粘土和碳,其通过筛网流动到沉降罐。
当摇台振动时,浆料移动穿越摇台。当浆料到达摇台的端部时,将其作为流4取出。流4中的砂中的粘土含量可以是小于5%、小于4%、小于3%、小于2%、小于1%、0.5%至2%、1-2%、1-3%或1-4%。粘土含量基于粘土的量与不包括水的砂的量相比较。粘土的含量对应于留在砂的表面上的量。可以将流4进给到砂干燥器,所述砂干燥器移除水以产生洁净砂流7,然后将其进给进行机械再生或直接进给到图1中的型芯成型。
发明人已发现(表10)图4的流7的洁净砂可以是与来自机械再生的图1中的砂流8相同的品质或更好的品质。这可以允许铸造厂降低机械再生的热再生步骤的温度,以便减小与热处理相关联的pH增加,这样可以提供操作和树脂粘结方面的节省。
通过作为固体在罐中沉降出来,将死粘土与沉降罐中的活性粘土分离。活性粘土保留在胶体悬浮液中。该活性粘土的胶体溶液被称为黑水。黑水可以作为流2进给到浆料罐和/或作为流6在混炼机处进给到铸造厂。
参考图4,在替代实施例中,干燥进料可以直接进给到冲洗器/摇动器单元,在该处它通过冲洗器进行第一次水合。用浆料(“预浆料”)给冲洗器/摇动器进料是有利的,原因是砂/粉尘的保留时间增加,这缘于在冲洗之前砂/粉尘已经水合。发明人已经示出了使用预浆料作为冲洗器/摇动器的进料导致更有效地从冲洗器中的砂/粉尘移除粘土。具体地,与不用预浆料相比,用预浆料在每次冲洗中移除的粘土量明显更高(参见表6和表8)。
如上所述在冲洗器/摇动器和沉降罐中使用浆料进行分离的各种附加的实施例是可行的。图5-7示出了这样的附加实施例的示例。
图5示出了本发明的示例性再生工艺过程。示例性工艺过程包括浆料罐、两个冲洗器/摇动器单元、以及沉降罐。将作为流1的干燥进料进给到浆料罐中。干燥进料可以是来自图1中的流10a的砂、来自图1中的流10的粉尘、或上述两者。将流1与水或水/黑水一起进给到浆料罐以形成浆料。
来自浆料罐的浆料作为流4通过浆料泵泵送至包括两个冲洗器/摇动器单元的两级冲洗器/摇动器工艺过程以将粘土与浆料流中的砂分离。替代地,该工艺过程可包括两个以上的级。
作为流5的粘土和碳在第一级冲洗器/摇动器单元中与流4中的砂分离。将流5引导至沉降罐。在第一级冲洗器/摇动器单元的冲洗器中可以使用清水或水/黑水。浆料作为其中的砂包括残留粘土和碳的流6离开第一级的摇台并进给到第二级冲洗器/摇动器单元。作为流8的粘土和碳在第二级冲洗器/摇动器单元中与流6中的砂分离。将流8引导至沉降罐。离开第二级冲洗器/摇动器单元的摇台的流7可以进给到砂干燥器,所述砂干燥器移除水以产生洁净砂流,然后可以将所述洁净砂流进给到图1中的机械再生或直接进给到图1中的型芯成型。
来自图5的冲洗器/摇动器单元的流8和5被进给到浮选/沉降罐中,并且死粘土作为固体沉降并作为流10移除。包括活性粘土和碳的浆料流11通过浮选泵再循环到浮选/沉降罐中以允许进一步分离固体。来自浆料流11的水流12可以进给到铸造厂。作为流13的黑水可以作为图1中的流6用作铸造厂的混炼机的进料和/或用作图5的浆料罐的进料。
图6示出了本发明的示例性再生工艺过程。该示例性工艺过程使用浆料来回收活性粘土。然而,在该工艺过程中,浆料主要包括或仅包括粉尘,并且几乎不包括砂。进给到浆料分离工艺过程的粉尘是来自铸造厂的图1中的袋室粉尘流10、来自机械再生(例如来自图1所示的机械再生)的粉尘、或上述两者。进给到图8的机械再生单元的砂可以是图1中的流10a。图6的示例性工艺过程包括机械再生工艺过程、浆料罐、冲洗器/摇动器单元和沉降罐。
如图6所示,来自铸造厂的流2中的砂(图1中的流10a)和来自铸造厂的可选粉尘(图1中的流10)被进给到机械再生单元以回收洁净砂。将水或水和黑水的组合进给到浆料罐中以与来自机械再生单元的粉尘形成浆料。来自铸造厂的流7中的粉尘(图1中的流10)直接进给到浆料罐中以形成浆料。洁净砂作为流6离开机械再生单元并且可以进给到图1中的型芯成型工艺过程。
机械再生单元如图所示包括用于两级砂再生的两个单元。第一级可以是机械擦洗,并且第二级可以是热处理。流4a离开第一级并进给到第二级。作为流4的粉尘离开第一级并且作为流4b的粉尘离开第二级并进给到浆料罐。超大尺寸材料流3离开第一级并且超大尺寸材料流5离开第二级,并且这两股流被送到废料处置。
来自浆料罐的浆料作为流9通过浆料泵泵送到冲洗器/摇动器的分离器以从浆料流中的粉尘分离粘土和碳。可选地,将浆料流9首先进给到水力旋流器单元,所述水力旋流器单元将水以及来自流9的粘土、碳和细粉作为进给到浮选/沉降罐的流10从单元顶部移除。作为流10a的浆料离开水力旋流器的底部并流动通过冲洗器/摇动器。
在冲洗器/摇动器中将粘土和碳从粉尘分离以作为被引导至沉降罐的流12。离开摇台的流11是送去处置的废料。
将流10和12进给到浮选/沉降罐,并且死粘土作为固体沉降并作为流13移除。包括活性粘土和碳的浆料流14通过浮选泵再循环到浮选/沉降罐中。来自浆料流的水流16可以被进给到铸造厂。作为流17的黑水可以在铸造厂中用作图1中的流6和/或作为流8用作浆料罐的进料。
图7示出了本发明的示例性再生工艺过程。图7的示例性工艺过程类似于图4的实施例,然而,包括可选的附加处理步骤。来自铸造厂的砂最初可选地被进给到摇动器和磨机中以减小粒度。在浆料罐和冲洗器/摇动器之间可以包括擦洗机和分级机。擦洗机通过颗粒-颗粒的相互作用清洁砂粒的表面。分级机利用流体的逆流将粘土和碳与浆料分离。在冲洗器/摇动器之后包括沉降罐。
来自铸造厂的图7的流1中的粉尘(图1中的流10)和来自铸造厂的图7的流2中的砂(图1中的流10a)被进给到摇动器中。将水流7或者组合的水和黑水流进给到摇台中以在摇动期间使砂和粉尘水合。当水合的砂和粉尘移过摇台时,较小的颗粒流动通过筛网并作为流5被移除。较大的颗粒从摇台的端部取出并作为流3进行再循环。在再循环之前,将流3进给到磨机以减小粒度从而产生被进给到摇动器中的流4。来自铸造厂的粉尘流(图1中的流10)与流5一起直接进给到浆料罐中以形成浆料。将水流或组合的水和黑水流8进给到浆料罐中。
来自浆料罐的作为流9的浆料通过浆料泵泵送至擦洗机,在其中将粘土和碳从颗粒的表面清除。浆料流作为料流10离开擦洗机并向下进给通过分级机。水流或组合的水/黑水流20经由分级机的底部向上进给通过分级机,使得存在浆料和水/黑水流的逆流。分级机将料流10分离成包括粘土、碳和细粉的流12以及流11。将流12泵送到浮选/沉降罐。
将流11泵送至冲洗器/摇动器。在冲洗器/摇动器中将洁净砂与流11中的粘土分离。可选地,将浆料流11首先进给到水力旋流器单元中,所述水力旋流器单元将水以及来自流11的粘土、碳和细粉作为进给到浮选/沉降罐的流13从单元的顶部移除。浆料作为料流13a从水力旋流器的底部离开并流动通过冲洗器/摇动器。
额外的粘土和碳在冲洗器/摇动器中作为被引导至沉降罐的流15与砂分离。离开摇台的流14包括洁净砂,其在干燥和筛选之后在图1的机械再生或型芯成型处被进给到铸造厂。
死粘土在沉降罐中作为固体沉降,并作为流16被移除并被送去进行废料处置。包含活性粘土和碳的浆料流17通过浮选泵再循环到浮选/沉降罐中。来自浆料流的水流18可以进给到铸造厂。作为流19的黑水可以作为图1中的流6在铸造厂中使用和/或用于图7的浆料罐。
来自图4-7中描述和示出的实施例的再生砂和粘土在用作铸造厂的输入时对铸造指标没有负面影响。
再生工艺过程可以设计成满足铸造厂的所有安全和操作、电气和机械方面的要求。
图4-7的再生工艺过程可以将尺寸设计成用于对应于铸造厂的混炼机和冷却回路需水量的要求的输出。
优选地,回收单元的总排放量为零,然而,可能存在必须要处置的残留砂细粒和死粘土。处理单元可以具有小的占地面积并且可以设计成撬装单元。优选地,可以通过进行水质量平衡而实现零排水,所述水质量平衡使得用于再生粘土的水量与添加到混炼机或砂冷却器的水相匹配。含黑水再生单元的尺寸可以根据铸造厂的混炼机和砂冷却回路的需水量来确定。按每加仑水一磅活性膨润土送回到混炼机中可能是理想的。处理单元可以设计成适合现有设备,因此需要确定目标设备和料流的流率。该设计可以最小化操作和维护问题。
示例
本发明人已经开发出用于再生砂、碳和活性膨润土组分的黑水技术。已经对100多个袋室和***砂进行了大量的实验室分析以确定样品中的砂百分比(%砂)、总粘土百分比(%总粘土)、活性粘土百分比(%活性粘土)、金属百分比(%金属)、碳百分比(%碳)和树脂百分比(%树脂百分比)。已经对鼓大小的样品进行了中试设备测试以验证粘土与砂、碳与砂以及“活性”粘土与“死”粘土的分离。正在进行金属铸造研究的准备工作以了解将含有活性粘土的黑水再循环到混炼机对混炼机效率、生砂性质、铸造性能和铸造成品的影响。
可以进行额外的生砂和袋室粉尘样品分析以了解组成和可变性。可以进行质量和成本平衡以了解经济机会。可以进行水平衡以了解水需求以及与黑水生成的相关性。
在下面的示例中,“设备A”对应于图1和图2,其包括可选的用以型芯成型的机械再生和再循环,并且“设备B”对应于图1和图3,其不包括可选的机械再生和再循环。
表1至4示出了可以用作图4-7所示的再生工艺过程的输入的基于砂和粉尘的样品的组成数据。
表1示出了设备A砂基样品的组成。
表1.设备A砂基样品的组成
描述 | %金属含量 | %总粘土 | %活性粘土 | %死粘土 | %砂 | %树脂 | %碳 | %总 |
设备A犁出砂 | 1.0 | 11.6 | 5.8 | 5.8 | 83.9 | 1.3 | 2.2 | 100.0 |
设备A犁出砂 | 1.1 | 13.1 | 6.7 | 6.4 | 81.7 | 1.4 | 2.7 | 100.0 |
设备A犁出砂 | 0.2 | 12.8 | 6.2 | 6.6 | 83.1 | 1.3 | 2.6 | 100.0 |
1级机械之后的设备A通过砂 | 0.4 | 5.3 | 3.2 | 2.1 | 92.6 | 0.7 | 1.1 | 100.0 |
受热的设备A1级机械接受砂 | 1.5 | 7.1 | 3.9 | 3.2 | 89.2 | 0.8 | 1.4 | 100.0 |
1级机械之后的设备A通过砂 | 3.0 | 2.6 | 1.2 | 1.4 | 93.0 | 0.6 | 0.8 | 100.0 |
设备A***砂犁出 | 0.7 | 11.4 | 6.5 | 4.9 | 84.6 | 1.1 | 2.3 | 100.0 |
设备A***砂犁出 | 0.7 | 13.3 | 8.6 | 4.7 | 82.4 | 1.2 | 2.4 | 100.0 |
设备A***砂犁出 | 0.5 | 11.3 | 7.7 | 3.6 | 84.6 | 1.3 | 2.3 | 100.0 |
1级机械之前且磁之后的设备A砂 | 0.2 | 9.6 | 5.1 | 4.5 | 87.0 | 1.1 | 2.2 | 100.0 |
1级机械接受砂 | 0.2 | 2.0 | 1.7 | 0.3 | 96.9 | 0.3 | 0.6 | 100.0 |
1级机械接受砂 | 0.1 | 3.9 | 2.9 | 1.0 | 94.7 | 0.6 | 0.8 | 100.0 |
1级机械接受砂 | 0.2 | 6.1 | 6.5 | -0.4 | 91.4 | 0.9 | 1.4 | 100.0 |
成品再生砂 | 0.1 | 0.5 | 0.2 | 0.3 | 99.2 | 0.03 | 0.2 | 100.0 |
来自设备A的砂 | 1.4 | 14.8 | 8.3 | 6.5 | 80.0 | 1.2 | 2.6 | 100.0 |
来自设备A的粉尘 | 17.9 | 28.3 | 10.8 | 17.5 | 45.3 | 3.3 | 5.2 | 100.0 |
表2示出了设备B砂基样品的组成。
表2.设备B砂基样品的组成
描述 | %金属含量 | %总粘土 | %活性粘土 | %死粘土 | %砂 | %树脂 | %碳 | %总 |
#1-料斗#9 | 3.1 | 20.4 | 6.5 | 13.9 | 70.8 | 1.3 | 4.3 | 100.0 |
#2-料斗#9 | 3.7 | 16.8 | 6.0 | 10.8 | 74.1 | 1.4 | 4.0 | 100.0 |
#3-22带12/22 | 0.4 | 10.6 | 6.5 | 4.1 | 85.1 | 1.3 | 2.7 | 100.0 |
#4-22带12/22 7am | 0.8 | 10.7 | 6.9 | 3.8 | 84.8 | 1.1 | 2.6 | 100.0 |
#5-22带12/22 8am | 0.4 | 10.6 | 6.5 | 4.1 | 85.6 | 1.2 | 2.3 | 100.0 |
#6-混合器#9 12/22 | 9.7 | 26.9 | 8.3 | 18.6 | 56.2 | 1.3 | 5.9 | 100.0 |
30带#1 | 0.5 | 11.0 | 6.9 | 4.1 | 85.0 | 1.1 | 2.4 | 100.0 |
30带#2 | 0.7 | 10.0 | 6.9 | 3.1 | 85.8 | 1.1 | 2.4 | 100.0 |
30带#3 | 0.6 | 10.6 | 6.9 | 3.7 | 85.3 | 1.1 | 2.4 | 100.0 |
#9混合器#1 | 9.6 | 5.1 | 3.8 | 1.3 | 83.5 | 0.5 | 1.3 | 100.0 |
#9混合器#1-1 | 5.5 | 6.3 | 3.1 | 3.2 | 85.8 | 0.8 | 1.6 | 100.0 |
#9混合器#2 | 7.9 | 8.6 | 3.4 | 5.2 | 80.7 | 0.6 | 2.2 | 100.0 |
#9混合器#3-1 | 8.4 | 4.6 | 3.8 | 0.8 | 85.4 | 0.4 | 1.2 | 100.0 |
#9混合器#3-2 | 1.1 | 8.7 | 2.9 | 5.8 | 88.4 | 0.5 | 1.3 | 100.0 |
来自设备B的砂 | 0.5 | 9.4 | 6.9 | 2.5 | 86.6 | 1.3 | 2.1 | 100.0 |
来自设备B的粉尘 | 6.2 | 18.1 | 8.1 | 10.0 | 72.6 | 1.7 | 1.3 | 100.0 |
表3示出了来自设备的不同组袋室的基于粉尘的样品的组成的平均值。平均值来自表11-14中的数据。具体地,列中每组的每列参量的平均值来自表11-14中的样品数据:组1来自表11,组2来自表12,组3来自表13,并且组4来自表14。
表3.来自设备的不同组袋室的设备粉尘基样品的组成-参见表11-14
表4示出了来自设备A和B的粉尘和砂基样品的组成。
表4.来自设备A和B的粉尘和砂基样品的组成
描述 | %金属含量 | %总粘土 | %活性粘土 | %死粘土 | %砂 | %树脂 | %碳 | %总 |
来自设备A的砂 | 0.9 | 14.8 | 8.3 | 6.5 | 80.5 | 1.2 | 2.6 | 100.0 |
来自设备A的粉尘 | 17.9 | 28.3 | 10.8 | 17.5 | 45.3 | 3.3 | 5.2 | 100.0 |
来自设备B的粉尘 | 2.7 | 18.1 | 8.1 | 10.0 | 76.2 | 1.7 | 1.3 | 100.0 |
来自设备B的砂 | 0.5 | 9.4 | 6.9 | 2.5 | 86.6 | 1.3 | 2.1 | 100.0 |
表5示出了设备A样品的组成。
表5.设备A样品的组成
描述 | %金属含量 | %总粘土 | %活性粘土 | %死粘土 | %砂 | %树脂 | %碳 | %总 |
来自设备A的砂 | 0.9 | 14.8 | 8.3 | 6.5 | 80.5 | 1.2 | 2.6 | 100.0 |
来自设备B的粉尘 | 17.9 | 28.3 | 10.8 | 17.5 | 45.3 | 3.3 | 5.2 | 100.0 |
表6-10和图8-10示出了利用上表所示的基于砂和粉尘的样品进行的粘土与砂的冲洗器/摇动器分离的测试结果。在使用和不用预浆料的情况下进行测试。
图8示出了在不用预浆料的设备A砂流上评估冲洗器/摇动器测试的视觉结果。冲洗器/摇台的进料是干砂进料。将原砂用作冲洗器/摇动器的输入,并且从冲洗器/摇动器取样并在第一次、第二次、第三次、第四次和第五次冲洗后进行测试。原砂表现为相对较细。当砂移动通过每次冲洗时,粘土和碳从砂的表面移除,并且砂表现为从第一次到第五次冲洗逐渐***。
图9示出了在使用预浆料的设备A砂流上评估冲洗器/摇动器测试的视觉结果。冲洗器/摇台的进料是30%固体的砂浆料。与在无预浆料的情况中一样,当砂移动通过每次冲洗时,粘土和碳从砂的表面移除,并且砂表现为从第一次到第五次冲洗逐渐***。
表6示出了使用和不用预浆料的设备A砂流上的摇台评估的分析结果。从原砂到第五次冲洗的总粘土%的比较表明,使用预浆料比不使用预浆料更有效。例如,对于不用预浆料的情况,在第五次冲洗之后砂流为3.2%总粘土,而对于预浆料的情况,在第五次冲洗之后砂流为0.9%总粘土,这表明通过使用预浆料获得了更高的从砂流移除的粘土移除效率。
表6.来自使用和不用预浆料的设备A砂流上的摇台评估的分析结果
表7示出了来自使用预浆料的设备A砂流上的冲洗器/摇台评估的黑水流出物的分析结果。
表7.来自使用预浆料的设备A砂流上的冲洗器/摇台评估的黑水流出物的分析结果
描述 | %固体 | %活性粘土 | VCM% | LOI% | 碳% |
设备A废砂-浆料黑水样品 | 5.1 | 49.7 | 11.1 | 20.6 | 11.9 |
图10示出了在不用预浆料的设备A的粉尘流上评估冲洗器/摇动器测试的视觉结果。冲洗器/摇台的进料是干粉尘进料。使用原粉尘作为冲洗器/摇动器的输入,并且在第一次、第二次、第三次、第四次和第五次冲洗后取样并测试。原粉尘表现为相对较细。然而,在第一次冲洗之后,粉尘的团块是明显的,并且在第二次冲洗之后团块变得更小。显示结块的这些图像表明粘土的移除效率不高。在第三次、第四次和第五次冲洗之后,团块变得不那么明显。
图11示出了在使用预浆料的设备A的粉尘流上评估冲洗器/摇动器测试的视觉结果。冲洗器/摇台的进料是30%固体的粉尘浆料。与不用预浆料的情况不同,没有结块,并且当粉尘移动通过每次冲洗时,粘土和碳从粉尘表面移除,并且粉尘表现为从第一次到第五次冲洗逐渐***。没有结块和逐渐增加的粗度表明与没有浆料相比,预浆料提供了更有效的粘土移除。
表8示出了使用和不用预浆料的设备A的粉尘流上的冲洗器/摇台评估的分析结果。从原粉尘到第五次冲洗的总粘土%的比较表明,使用预浆料证实预浆料的使用比不用预浆料的效率明显更高并且使用预浆料是优选的并且可能是必要的。例如,对于不用预浆料的情况,第五次冲洗后粉尘流为3.2%总粘土,而对于预浆料情况,第五次冲洗后粉尘流为1%总粘土,这表明通过使用预浆料获得了从粉尘流移除粘土的更高效率。
表8.来自使用和不用预浆料的设备A粉尘流上的摇台评估的分析结果
表9示出来自设备A废粉尘黑水的冲洗器/摇台的样品的组成。表9示出了产生的黑水由13.7%固体/86.3%水组成,并且固体含有19.9%活性粘土和11.9%碳。固体提供了8%VCM(挥发性碳化物)的测量值和16.5%的灼烧损失。
表9.来自摇台设备A废粉尘黑水的样品的组成
描述 | %固体 | %活性粘土 | VCM% | LOI% | 碳% |
黑水样品 | 13.7 | 19.9 | 8.5 | 16.5 | 11.9 |
表10示出了来自使用和不用30%固体预浆料的设备A砂流上的摇台评估的砂流出物的分析结果。前三行示出了设备A工艺过程中的砂的pH和酸需求值(ADV):在第一级机械再生之前(流10b,图1);在第一级机械再生之后;和再生砂(流8,图1)。最后五行示出了进入摇台的原砂以及在不用预浆料和有预浆料的情况下在第一次和第二次冲洗之后的pH和ADV。由于较低的pH和ADV值是优选的,数据显示由摇台产生的洁净砂与来自机械再生的砂流出物一样好。使用来自摇台的洁净砂作为机械再生的输入可以允许机械再生中的较低温度以便减小与热处理相关的pH增加。这也可以导致操作和树脂粘结方面的节省。
表10.来自使用和不用30%固体预浆料的设备A砂流上的摇台评估的砂流出物的分析结果
表11示出了用于计算表3所示的基于粉尘的样品的平均组成的来自设备的模具冷却线的组1的袋室粉尘样品的样品数据。
表11.来自设备的模具冷却线的组1个袋室粉尘样品-参见表3
由于在测试金属时粘土残留量较高,在AFS粘土清洗后对样品进行了金属测试,然后表示为整个样品的百分比
%砂由差值计算:%砂=(100%)-(%总粘土)-(%金属)-(%碳)
表12示出了用于计算表3所示的基于粉尘的样品的平均组成的、来自设备的返回砂带的组2的袋室粉尘样品的样品数据。
表12.来自设备的返回砂带的组2袋室粉尘样品-参见表3
表13示出了用于计算表3所示的基于粉尘的样品的平均组成的来自设备的浇口和浇道输送机、返回砂提升机、砂返回砂带的组3袋室粉尘样品的样品数据。
表13.来自设备的浇口和浇道输送机、返回砂提升机、砂返回砂带的组3袋室粉尘样品-参见表3
表14示出了用于计算表3所示的基于粉尘的样品的平均组成的来自设备的浇口和浇道输送机、模具冷却、返回砂带、磁鼓的袋室粉尘样品的组4样品数据。
表14.来自设备的浇口和浇道输送机,模具冷却,返回砂带,磁鼓的组4袋室粉尘样品-参见表3
关于表11-14,组1样品(模具冷却线)显示出最高量的活性粘土和碳:5天跨度的平均活性粘土%为27%;该组也具有最高量的死粘土(40%);该组也具有最高量的金属含量。金属含量看起来与先前在其他样品中看到的金属含量略有不同,即,更长(更像长矛状),这是由于倾倒引起的金属的薄延伸。
关于表11-14,来自组2(返回砂带)的样品显示出最低量的总粘土和活性粘土。对于该组,活性粘土含量的变化最高,第一次取样显示活性粘土值约为后续天的一半。
关于表11-14,来自组3(浇口和浇道输送机、返回摇出砂提升机,砂返回带)和组4(浇口和浇道输送机、模具冷却、返回砂带、磁鼓)的样品具有类似的结果。在这些组中,组3、组4活性粘土不如组1高(17-18%对27%),但死粘土也少得多(19-21%对40%)。
表15示出了在约两个月的时间内获取的砂的犁出带样品的组成(参见图2中的流14)。
表15.随时间获取的犁出带样品(砂)的组成
表16示出了在图1的机械再生(MR)的第一阶段之前、之后和之后的各个阶段的设备A的砂样品的比较。
表16.在机械再生(MR)的第一阶段之前、之后和之后的各个阶段的设备A的砂样品的比较
表17示出了来自设备A和B的砂和粉尘流出物样品的表征数据。
表17.来自设备A和B的砂和粉尘流出物样品的表征数据
来自设备A的粉尘显示出大量的磁粉
来自设备B的粉尘接收加湿
表18示出了AFS粘土洗涤后砂和粉尘样品的数据表征。
表18.AFS粘土清洗后的砂和粉尘样品的表征数据
描述 | %金属含量 | AFS GFN | AFS总粘土% | AFS活性粘土% | %VCM | %LOI | %碳 |
来自设备A的砂 | 1.1 | 61.2 | -- | <1.0 | 1.2 | 1.7 | 1.6 |
来自设备A的粉尘 | 25.0 | 118.9 | -- | <1.0 | 3.3 | 2.9 | 2.9 |
来自设备B的粉尘 | 3.3 | 87.3 | -- | <1.0 | 1.7 | 3.4 | 2.6 |
来自设备的砂 | 0.6 | 59.3 | -- | <1.0 | 1.3 | 1.1 | 2.3 |
表19示出了来自设备A、B、C和D的砂和粉尘样品的组成。
表19.砂和粉尘样品的组成
描述 | %金属含量 | %总粘土 | %活性粘土 | %死粘土 | %砂 | %树脂 | %碳 | %总 |
来自设备A的砂 | 0.9 | 14.8 | 8.3 | 6.5 | 80.5 | 1.2 | 2.6 | 100.0 |
来自设备B的粉尘 | 17.9 | 28.3 | 10.8 | 17.5 | 45.3 | 3.3 | 5.2 | 100.0 |
来自设备C的粉尘 | 2.7 | 18.1 | 8.1 | 10.0 | 76.2 | 1.7 | 1.3 | 100.0 |
来自设备D的砂 | 0.5 | 9.4 | 6.9 | 2.5 | 86.6 | 1.3 | 2.1 | 100.0 |
注意:树脂%值是根据洗涤样品的VCM%计算的
表20示出了设备B随时间获取的机械再生之前的带样品(砂)的组成。
表20.设备B随时间获取的机械再生之前的带样品(砂)的组成
表21示出了随时间来自设备B的样品(粉尘)的组成。
表21.随时间来自设备B的样品(粉尘)的组成
表22示出了经受煅烧的自由溶胀和阳离子交换容量性质。
表22.经受煅烧的自由溶胀和阳离子交换容量性质(DC-2膨润土)
煅烧条件:在所需温度下30分钟
图12示出了砂粒与活性膨润土颗粒和“死”膨润土颗粒的粘结。活性粘土颗粒有更多的水吸附和溶胀,这导致砂粒之间的粘土颗粒更少并且粘结强度更高。死粘土颗粒有较少的水吸附和溶胀,这导致砂颗粒之间的粘土颗粒更多并且粘结强度更低。
表24示出了袋室粉尘样品的分析。与当前的填埋成本相比,可以进行***质量和成本平衡以确定潜在的再生效益。
表24.袋室粉尘样品的分析
线 | 金属含量% | 砂% | 总粘土% | 活性粘土% | 死粘土% | 树脂% | 碳% |
7048 | 1.0 | 26.2 | 53.1 | 28.1 | 25.0 | 7.7 | 12.0 |
Silo | 0.9 | 38.9 | 42.5 | 33.8 | 8.7 | 7.0 | 10.6 |
表25示出了来自设备的每月生砂样品的分析。与当前的填埋成本相比,可以进行***质量和成本平衡以确定潜在的回收效益。
表25.每月生砂样品的分析
预测示例
所有本发明的再生单元的尺寸将根据铸造混炼机和冷却回路的需水量来确定。
在示例性设备中,安装设施以处理来自设备的粉尘流并将含有活性粘土的黑水进给到混炼机和砂冷却回路。砂和死粘土将被处置。
在设备A中,安装单元以拦截到机械再生的流入。含有活性粘土的黑水流出物将供给混炼机和砂冷却回路。来自本发明的再生单元的砂将移除水分(干燥器/真空)并进入机械再生。
在示例性设备中,安装单元以从基于砂的流出物回收活性粘土并将其通过黑水返回到混炼机。此外,单元操作将回收洁净砂,移除水分(干燥器),并送回到设备型芯室。
定义
“水力旋流器”(通常简称为旋流器)是基于其向心力与流体阻力的比率对液体悬浮液中的颗粒进行分类、分离或分选的装置。对于致密(需要通过密度进行分离)和粗(需要按尺寸进行分离)的颗粒,该比率高;对于轻和细的颗粒,该比率低。水力旋流器也可用于分离不同密度的液体。
“锤磨机”是一种磨机,其目的是通过小锤的反复吹动将聚集材料切碎或压碎成较小的碎片。锤磨机可以是包含竖直或水平旋转轴或鼓的钢鼓,其上安装有锤。锤在十字架的端部上自由摆动,或固定到中心转子。转子在鼓内高速旋转,同时将材料送入进料斗。材料受到锤杆的冲击,由此被切碎并通过所选尺寸的鼓中的筛网排出。
“磁分离”是使用磁力从混合物提取磁敏感材料的工艺过程。它可以包括引出磁化颗粒的成对磁体。不同的磁体对可以配置成具有不同的磁化程度以引出不同类型的颗粒。
除非另有说明,百分比组成是重量百分比。
虽然已示出和描述了本发明的特定实施例,但是对于本领域技术人员来说显而易见的是,在不脱离本发明的更广泛方面的情况下,可以进行修改和变型。所以,所附权利要求在其范围内包含落入本发明的真实精神和范围内的所有这样的修改和变型。
Claims (14)
1.一种从铸造废料再生洁净砂和活性粘土的方法,其包括:
提供来自铸造厂中的模塑工艺过程的粉尘和砂,其中所述粉尘和砂包括粘土,所述粘土包括活性粘土和死粘土;
冲洗包括所述粉尘和砂的浆料以从所述砂和粉尘移除粘土,其中所述冲洗包括冲洗所述浆料至少一次,其中所述粘土作为第一粘土浆料而被分离;
通过在摇台上摇动经冲洗的浆料而从经冲洗的浆料移除额外粘土,其中所述额外粘土作为第二粘土浆料而被分离,其中从所述摇台的端部移除洁净砂浆料;
将所述死粘土作为固体与所述第一粘土浆料和第二粘土浆料分离以形成活性粘土浆料;
将所述活性粘土浆料再循环到铸造厂中的混炼机;以及
将洁净砂从洁净砂浆料再循环到铸造厂。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述包括所述粉尘和砂的浆料在浆料罐中形成。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述活性粘土浆料的至少一部分被再循环到浆料罐。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述包括所述粉尘和砂的浆料的固体含量为10-60wt%。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述冲洗包括仅冲洗所述浆料一次。
6.根据权利要求1所述的方法,其中所述冲洗包括冲洗所述浆料2至5次。
7.根据权利要求1所述的方法,其中所述冲洗和摇动在冲洗器和摇动器单元中执行。
8.根据权利要求1所述的方法,其中用清水执行至少一次冲洗。
9.根据权利要求1所述的方法,其中用再循环到所述冲洗的活性粘土浆料执行至少一次冲洗。
10.根据权利要求1所述的方法,其中将所述第一粘土浆料和第二粘土浆料进给到浮选和沉降罐以通过将所述死粘土作为固体沉降而分离所述死粘土。
11.根据权利要求1所述的方法,其中将洁净砂浆料进给到砂干燥器,所述砂干燥器移除水以形成洁净砂以用于再循环到铸造厂。
12.根据权利要求1所述的方法,其中将所述洁净砂进给到机械再生单元并且随后进给到铸造厂中用以型芯成型。
13.根据权利要求1所述的方法,其中以不进行机械再生的方式将所述洁净砂进给到铸造厂中用以型芯成型。
14.根据权利要求1所述的方法,其中所述洁净砂中的粘土的含量为1-3%。
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