黃溢凡，劉歡歡，葉升平

（華中科技大學材料科學與工程學院，湖北武漢 430074）

1 實型鑄造煙氣問題

實型鑄造采用聚苯乙烯發(fā)泡塑料模樣代替普通木模，造好型后不取出模樣，直接澆入金屬液。在金屬液的作用下，塑料模樣燃燒、氣化、消失，金屬液取代原來塑料模所占據的空間位置，冷卻凝固后獲得所需鑄件。實型鑄造優(yōu)點明顯，簡化生產工序，降低鑄件成本，縮短生產周期，提高鑄件精度；但在澆注過程中實型鑄造產生大量的黑煙（如圖1所示），溫度高，濃度大。嚴重惡化車間生產環(huán)境，影響工人健康，污染問題亟待解決。

目前國內數(shù)家實型鑄造企業(yè)使用水環(huán)真空泵抽負壓來緩解實型鑄造黑煙污染（圖2）.由于水環(huán)真空泵價格相對便宜，其抽氣效果相對顯著，對于解決現(xiàn)場澆注濃煙污染，確有好處。但是單獨使用真空泵不僅會造成水污染，又會帶來其它問題。如：使用真空泵時每個上砂箱都需要布置真空管道；煙氣中的酸性物質吸入真空泵后會腐蝕泵體結構，導致真空泵壽命很短。這些問題也令鑄造廠家頭疼不已。

圖1 實型鑄造煙氣污染嚴重（無真空輔助）

圖2 有真空輔助澆注無黑煙

2 真空泵水污染的研究

由于實型鑄造中使用的樹脂砂需要加入固化劑，而固化劑一般都含有磺酸等酸性成分，因此水環(huán)真空泵在吸收實型鑄造廢氣時會額外的造成水的酸性污染，在污染周圍環(huán)境的同時也會腐蝕真空泵內部結構，導致真空泵失效。

為了了解實型鑄造用水環(huán)真空泵水污染的情況，筆者前往蕪湖一家實型鑄造廠取1.5 L水樣進行水樣分析，以探究水污染程度以及酸堿性。測量數(shù)據主要為苯、甲苯、乙苯、硫酸根離子、pH，如表1所示。

表1 水污染測量數(shù)據

根據結果可以看出，實型鑄造污水酸性嚴重，且對真空泵腐蝕嚴重，導致該廠家真空泵失效，需要采用有效的措施解決酸性嚴重的問題，例如定期加入適量堿性物質來中和等方法。

3 煙氣問題解決方案

為了有效地解決實型鑄造廢氣污染的問題，設計了一套抽氣方案（原理圖如圖3所示）。本方案的目的主要是針對消失模鑄造所產生的黑煙問題，設計出一種抽氣蓋箱裝置。將蓋箱翻轉過來，在距蓋箱底部150 mm處鋪設金屬過濾網（焊死），在其上鋪設一層厚50 mm的耐火纖維棉，用來吸附澆注時產生的黑煙等物質，在耐火棉上鋪設厚達30 mm的耐火陶瓷過濾塊，最后再鋪設一層方便拆卸的金屬過濾網固定上述物體，頂部開兩個抽氣口連接負壓系統(tǒng)。該抽氣蓋箱裝置能夠一定程度上解決鑄造黑煙的除氣問題，保障現(xiàn)場的工作環(huán)境。

圖3 抽氣蓋箱原理圖

為了對該方案進行試驗研究，筆者前往湖北十堰鄖縣的X X鑄造廠進行實際澆注實驗（如圖4），該廠實型鑄造采用地坑造型，在固化的鑄型上放置抽氣蓋箱，主要蓋住明冒口與出氣口。

澆注后箱內情況如圖5.

由圖5可以看出耐火棉澆注前后對比情況，耐火棉表面明顯變黑?？梢娔突鹈蘅梢晕沾罅康膹U棄物，有效吸收了炭黑等大顆粒物質；且現(xiàn)場沒有明顯黑煙冒出，可見該方案實際操作效果良好。

圖4 抽氣蓋箱

圖5 吸附大量煙塵的耐火棉

將吸附有炭黑等物質的耐火纖維棉置于熱處理爐中，將其高溫灼燒處理一段時間，吸附的炭黑等雜質幾乎完全消除，圖6是經過高溫處理的纖維棉。經過處理后的耐火纖維棉依舊可以保證原有的透氣性和吸附率，處理過程簡單且可重復使用，大大降低了環(huán)保成本。但此裝置的局限性在于其大小要依據砂箱大小變化而變化，砂箱過大的話則蓋箱的成本高，具體實施時較繁瑣，且耐火陶瓷片在調運過程中易破碎，更換頻繁。

基于此，筆者又設計了一個抽氣過濾筒（圖7），將其置于抽氣管的中部進行實驗，從而起到過濾吸附的作用。

圖6 高溫灼燒處理后的耐火纖維棉

圖7 抽氣過濾筒

圖7 中箭頭所示方向為抽氣方向，沿抽氣方向依次放置2#耐火棉、活性炭、1#耐火棉、3#耐火棉（分為3片是為了避免耐火棉過厚而影響透氣性，并對3片耐火棉進行穿孔處理），兩端與連接砂箱的抽氣管以及連接風機的管道相連（如圖8）。澆注現(xiàn)場無明顯黑煙，且澆注過程流暢沒出現(xiàn)反噴現(xiàn)象（見圖 9）。

整個抽負壓過程持續(xù)20 min，關掉真空泵拆開抽氣過濾筒，取出耐火棉及活性炭進行觀察、稱重以及高溫灼燒處理，結果如圖10和表2所示。

圖8 抽氣過濾筒連接圖

圖9 抽負壓澆注現(xiàn)場

表2 實驗前后稱重數(shù)據

圖10 吸附廢氣物的耐火棉與高溫灼燒后的耐火棉

結果分析：該方案對實型鑄造模樣氣化產物有一定的吸附效果。實驗裝置中的耐火棉、活性炭沒做任何處理，聚苯乙烯模樣氣化產物在負壓作用下流速較快故與耐火棉、活性炭接觸時間短，其吸附能力有限。

通過對聚苯乙烯模樣氣化產物進行研究，決定將耐火棉做適當處理來增強其對苯類有機物的吸附能力。將耐火棉置于由柴油、機油、表面活性劑、堿性物質以及水按一定比例組成的混合液中浸濕，并用鐵絲在其上扎盡可能多的孔洞以保證其透氣性，置于抽氣過濾筒中固定。本次試驗所用聚苯乙烯模樣重量與上述實驗相近，抽氣時間亦為20 min，實驗結果如表3所示。

表3 用混合液浸濕過的耐火棉實驗前后稱重結果（g）

結果分析：本次實驗耐火棉增重量為之前增重量的3倍多，多達112 g，說明此工藝具有可行性，若在此方案的基礎上，在尾氣排放口增設二次噴淋吸收裝置（用混合液再次吸收廢氣）定會達到更好的效果。

4 結論

1）實型鑄造中抽負壓可以顯著降低澆注現(xiàn)場產生的煙氣量，改善車間環(huán)境。

2）實型鑄造用的水環(huán)真空泵水酸性嚴重，可加入弱堿性物質中和處理，避免導致真空泵失效。

3）通過抽氣筒內的堿性物質可以有效中和樹脂砂（固化劑為對甲苯磺酸）在高溫產生的酸性物質，從而避免腐蝕真空泵、損壞設備以及污染環(huán)境。

4）澆注時，實型鑄造模樣在負壓條件下產生氣態(tài)、液態(tài)產物可以被由柴油、機油、表面活性劑、堿性物質以及水按一定比例組成的混合液吸收，降低廢氣排放量，保護環(huán)境。

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