脂硬化水玻璃砂铸造工艺及流水线装备

脂硬化水玻璃铸造工艺及流水线装备可行性研究报告
(晋煤集团科技开发计划申报项目)
本项目承担者(科、队)签章：晋煤集团金鼎公司
电话：3667527
本报告撰写人：李胜
电话：3667215
单位技术负责人(签章)：杨栋
二○○九年九月二十一日
晋煤集团科技开发计划项目
项目名称：脂硬化水玻璃砂铸造工艺及流水线装备
承担单位：晋煤集团金鼎公司
项目负责人：杨栋
联系电话：3667275
起止年限： 2009 年 5 月至 2010 年 8 月
一、项目提出背景（现状及存在问题）
我国是装备制造业大国，而铸造是装备制造的基础产业。

作为世界第一铸造大国。

铸造又是排污严重的产业，我国每生产1t合格铸件，大约要排放粉尘50Kg，废气1000～2000m3，废渣300kg，废砂1.3～1.5t。

这些固体废弃物中往往含有大量污染物，其中包括：苯、苯酚、呋喃、甲醛、α-苯丙芘、二恶英、NaOH、KOH等。

随着雨水冲刷，有些物质流入地表，破坏土壤结构，造成植被破坏，同时不断渗入地下，污染地下水，给人类的生产、生活造成长久的危害。

同时，铸造又是繁重强体力劳动的产业，铸件70～80%属于单件、小批量生产，大部分铸件不能实现大批量机械化生产，提高劳动生产率，降低劳动强度是铸造技术创新的关键之一。

目前，铸件单件小批量生产主要采用树脂自硬砂和CO2水玻璃砂；铸铁件广泛采用呋喃树脂自硬砂，铸钢件多以CO2水玻璃砂为主。

呋喃树脂用于铸钢件时，生产中释放SO2、甲醛等有毒有害物质，由于硫的渗入，铸件易产生热裂、表面微裂纹等缺欠，因此，该工艺生产铸钢件时受到一定限制。

从长远考虑，高耗能、高污染的物质将逐步被替代。

CO2水玻璃砂已在我国应用几十年，是一种传统的铸造技术，尽管其溃散性差、旧砂不能再生回用、生产铸件质量粗糙，但由于其来源广，价格便宜，无毒无味，我们企业生产铸钢件一直采用该工艺。

今天，随着矿山机械的自动化程度越来越高，要求矿山机械铸钢件优质、重载、安全，铸件材质由普通碳素钢上升
为B级钢、C级钢。

铸件质量直接影响机械装备的质量和市场竞争力。

因此，金鼎公司为了提高铸件综合质量，满足集团公司内部需求以及逐步适应市场外部环境的发展，需要研究新的铸造工艺和装备，采用先进的脂硬化水玻璃砂工艺替代CO2水玻璃砂工艺进行铸件生产，以提高铸件的表面和内在质量，降低工人劳动强度，改善作业环境。

二、项目立项的必要性及市场需求分析
过去我公司铸造使用的工艺为传统CO2水玻璃砂工艺。

该工艺劳动环境差，劳动强度大，车间粉尘浓度超标；铸件质量较差；设备设施投入简单，属于小作坊式生产；很难实现砂回收处理，更难实现机械化生产，混砂、造型、打箱、清理都是人工操作，需要大量的劳动力，生产效率低。

使用脂硬化水玻璃砂铸造工艺及流水线装备后可实现铸件高效率、高质量、低成本、环保型、自动化的生产模式，实现刮板机中部槽和支架柱窝等一系列产品的高端化生产，为大型刮板机和高端支架制造提供支持，因此，有必要研究脂硬化水玻璃砂铸造工艺及流水线装备，促进煤机制造健康高效发展。

三、相关领域国内外技术现状、发展趋势及国内现有工作基础
脂硬化水玻璃砂铸造工艺是国内二十世纪九十年代中后期发展起来的新型先进铸造技术，是对传统落后、停滞不前的普通水玻璃砂铸造工艺的一次重大技术突破。

自2004年以来，特别是在铁道部机车铸钢件的生产取得了突破性的进展，现在铁道部生产车辆铸钢件的企业70%以上均采用脂硬化水玻璃技术。

该技术应用在矿山机械铸钢件生产属于先例，随着矿山机械对铸件产品的要求越来越高，传统的CO2水玻璃砂工艺必定被淘汰，取而代之的脂硬化水玻璃砂铸造工艺在矿山机械制造上必定会得到推广应用。

四、项目目标、主要研究内容、技术指标
主要研究内容：
1、脂硬化水玻璃砂设备在铸造砂回收系统的应用，实现铸造型砂的循
环利用；
2、脂硬化水玻璃砂设备在铸造自动流水线上的生产和应用，实现机械化作业生产，提高生产效率；
3、脂硬化水玻璃砂设备在铸造模具、模板、工装等方面的推广应用。

技术指标：项目目标：
1、系统粉尘排放量：≤100mg/Nm3；
2、噪声：≤80dB；
3、旧砂再生回用率：≥85%
4、再生砂微粉含量：≤0.3%（200目以下）
5、残留NaO含量：≤0.5%
五、项目实施方案、技术关键（包括技术难点、创新点）
铸造脂硬化水玻璃砂成套设备实施方案：
1、砂回收处理系统：从落砂机→振动输送机→一级磁选→斗式提升机→砂斗→振动给料机→振动破碎再生机→二级磁选→斗式提升机→焙烧炉加热→斗式提升机→离心再生机→冷却去灰装置→斗式提升机→砂斗→砂温冷却器→气力输送装置。

2、自动流水线系统：气力输送装置→砂斗→混砂机→振实台+机动辊道→机动辊道→翻箱起模机→修型→下芯→刷涂料→表干→合箱浇注。

六、项目计划进度
2009年5-6月完成项目调研方案确定；
2009年6-12月完成图纸设计、材料准备、设备制造等；
2009年12-2010年3月完成设备安装，调试；
2010年3-5月完成各类铸件产品批量生产；
七、投资概算（资金使用明细）(单位：万元)
八、经济效益和社会效益分析
（一）手工造型CO2水玻璃砂工艺经济分析（现有工艺）：
1、原材料成本分析：
（1）新砂费用230元／吨，按每吨铸件一般需要3吨砂，没有砂回收，则吨铸件费用：为230元／吨×3吨×100％（新砂）＝690元；
（2）水玻璃价格1000元／吨，加入量8％－10％
则吨铸件费用为：3吨×8％×1000＝240元；
（3）粘土价格300元／吨，加入量1％－2％
则吨铸件费用为：3吨×2％×300＝18元；
（4）CO2催化剂价格：1500元/吨，吨铸件使用CO2 催化剂16千克，则吨铸件费用为：3吨×0.016×1500＝72元；
2、工资成本：由于该工艺纯手工制造，效率较低，人均效率较低，吨铸件工资成本为1470元；（以前车间70人，年产铸件1400吨）
那么每吨铸件CO2硬化水玻璃砂工艺铸件造型原材料工资总成本为：2490元。

（二）自动造型脂硬化水玻璃砂成套设备工艺经济分析（新工艺）：
1、原材成本分析：
（1）新砂费用400元／吨，按每吨铸件一般需要3吨砂，进入再生系统后、可以回收使用85％；
则吨铸件新砂费用：为400元／吨×3吨×（1-85%）（新砂）＝180元；
（2）改性水玻璃价格2000元／吨，加入量1.8％－３％则吨铸件改性水玻璃费用为：3吨×３％×2000＝180元；
（3）硬化剂的价格：1.8万元/吨，加入量为水玻璃加入量的（15%—20%）即砂子的0.4％－0.5％则吨铸件硬化剂费用为：3吨×0.5%×18000＝270元；
2、工资成本：该工艺能实现机械化控制，人均效率较高，吨铸件工资成本为1100元；（目前车间50人，年产铸件3000吨）。

那么每吨铸件酯硬化水玻璃砂工艺造型原材料工资总成本为：1730元。

从上面两种造型运行成本来看，新工艺成本要比现有工艺成本每吨铸件低760元。

如果按照年铸件产量3000吨计算，每年可以节约成本760×3000=228万元。

脂硬化水玻璃砂能大大提高铸件表面质量和内在质量，减轻了工人的劳动强度，改善了工人的劳动环境。

产品附加值高、质量好，能够为我公司刮板机产业以及其它高端产品生产提供重要的支持和保障，具有良好的经济效益和社会效益。

九、推广应用范围、前景及市场分析
新工艺在铸钢件生产中应用范围广，适合生产各类大、中、小型铸件，车间生产面貌可以显著改善，铸件浇注后，溃散性好，干法落砂容易。

作为一项新型铸造工艺，它聚集多种工艺优点：
1、铸件内质量较好，不容易产生裂纹；
2、自动化程度较高，可以实现机械化混砂、造型，操作简单，提高生
产效率，降低工人的劳动强度；
3、绿色环保、环境污染小，劳动环境好；
4、溃散性较好，清砂容易。

所以，脂硬化水玻璃砂铸造工艺及流水线装备具有广阔的市场潜力。