一．高壓水清砂
目前在美、歐各國，高壓水清砂在精鑄業(yè)獲得越來(lái)越廣泛應用。尤其對于鋁合金精鑄件來(lái)說(shuō)，高壓水清砂更是方法，因為無(wú)論震動(dòng)、拋丸或其它機械方法都很容易損壞鑄件。對鋼和其它合金鑄件，由于它有可能將殘存在靠近鑄件表面的殘留型殼，甚盲孔或內腔中的型芯清除掉，某些場(chǎng)合甚能將型殼 100%地清除掉，所以，也有其優(yōu)勢。高壓水清砂既可用于像震動(dòng)脫殼那樣的一次清理(脫殼)，也可代替諸如拋丸、噴砂和化學(xué)清理等徹底除盡殘留型殼的二次清理。此外，它還具有無(wú)塵、低震、低噪等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是費水和一次性資金投入大。
跟震動(dòng)、噴砂和拋丸等脫殼清砂方法的原理都有所不同, 高壓水清砂主要靠由高壓水形成的一股高能射流, 首先是切割型殼, 然后將破碎的型殼從模組上沖刷掉。要達到好的切割效果， 射流流股不可能太粗，因此，‘穩’是前提、‘準’是關(guān)鍵、‘狠’是結果。如果不能將殼模組牢固地夾持住，一旦經(jīng)受沖擊就松動(dòng)、搖幌，高壓水射流就不可能準確地命中目標，達到預期的效果。在這方面，不能不提及美國Triplex 公司的貢獻。1993 年美國第 41 屆精鑄年會(huì )上，
Triplex 公司率先推出適用于精鑄廠(chǎng)家的一種通用夾具 HC-1000, 并獲得美國專(zhuān)利(圖 9-1)[1、2]。
它能快速而牢固地夾住殼模組上形狀不規則的圓錐形澆口杯(圖 9-2)，使操作者能方便而安全地進(jìn)行操作。這種夾頭結構緊湊，操作方便快捷，每次裝卸大約只需 1~2 秒鐘。用這種液壓夾頭代替傳統的靠人工裝卸模組的轉盤(pán)，顯著(zhù)提高了工作效率，為高壓水槍‘穩、準、狠’地進(jìn)行清砂，奠定了良好的基礎。該夾頭可以正、反轉，轉速通常為 17.5 r/min，并可按需要適當調整。夾持尺寸有Ф13~63mm、 Ф25~121mm 和Ф38~184mm 等三種規格，其中常用者為
Ф25~121mm。夾持機構既可用液壓也可用氣壓驅動(dòng)。前者壓力為 1.7MPa，后者 0.7MPa。高壓水清砂系統，首要問(wèn)題是優(yōu)化高壓水的壓力和流速。國外高壓水的壓力普遍比
大，鋁合金精鑄件為 20.4~40.8 MPa；鋼和其它合金鑄件為 68~136MPa，通常以 102 MPa 時(shí)效果好。壓力過(guò)低會(huì )降低脫殼清砂的效率，而過(guò)高則容易損壞鑄件。
其次需要解決的問(wèn)題是，高壓水槍和待清理的殼模組之間的相對協(xié)調運動(dòng)。利用上述獨特的液壓夾頭使模組沿軸向（Z 向）正、反轉和往復移動(dòng)（移動(dòng)距離應超過(guò)模組全長(cháng)），同時(shí)， 用二個(gè)氣缸以適當的指令，令高壓水槍沿 X（上/下）、Y（前/后）方向運動(dòng)，同時(shí)能在角度
60°范圍內隨機抖動(dòng)。噴嘴前后自由伸縮(圖 9-3)，使之與鑄件之間保持佳距離(通常為 25 ~
152mm，如采用更高壓力，水槍設計更為合理，佳距離可增 305 ~ 610mm)。這二組運動(dòng)協(xié)調配合，就可使從水槍射出的高壓水射流‘穩、準、狠’地沖擊到模組上任何一個(gè)部位。圖9-4 為該設備工作現場(chǎng)照片。
TRX-500 有二種工作模式，即初步清砂（一次清理）和徹底清除（二次清理）?！俺醪角迳啊钡哪康氖菍⒛＝M上，特別是內澆道附近的型殼盡可能多地清除，為切割鑄件作準備，目前有人工和自動(dòng)操作或二者結合等三種運行模式?！皬氐浊宄钡哪康氖菑氐浊宄た?、凹槽、內腔等部位的殘留型殼，理想情況下可將型殼和型芯全部清除，免去噴砂和化學(xué)清理等其它工序[3]。
高壓水自動(dòng)清砂系統中，采用計算機程序控制，以高壓水槍和液壓夾頭二者相互協(xié)調動(dòng)作。由于精鑄件尺寸、形狀多種多樣，公司提供多種 PLC 程序供用戶(hù)選用。試驗和研究表明，水槍跟蹤運動(dòng)的同時(shí)作隨機抖動(dòng)，能使清砂效果大為改善，效率提高一倍以上(圖 9-5)。采用此項技術(shù)，清理一個(gè)合金鋼鑄件模組的周期可縮短到 2~3 分鐘。對鋁合金鑄件，也只需 3~6 分鐘就可以清除掉 98% ~100%的型殼。Investcast of Minneapolis MN.采用此技術(shù)，每工作班清理鑄件超過(guò) 6000 件。目前，Triplex 可以提供 TRX-500, TRX- 1000, TRX-1500 等多種規格的高壓水自動(dòng)清理中心(圖 9-6)[4]。不僅能完成自動(dòng)一次清理、自動(dòng)或手動(dòng)二次清理，而且還可以切割鑄件，并配備有循環(huán)水處理系統，以便充分利用水資源。
二．化學(xué)清理
化學(xué)清理方法國外常稱(chēng)鹽浴‘Salt Bath’或瀝濾‘Leaching’法，則稱(chēng)‘堿爆’和‘堿煮’, 其優(yōu)點(diǎn)是鑄件清理干凈徹底，對工件無(wú)機械損傷，無(wú)需循環(huán)水設施，投資少。缺點(diǎn)是會(huì )排放有毒有害物質(zhì)，污染環(huán)境。另外，激冷和沖洗鑄件后的廢水在排放前也要經(jīng)過(guò)特殊處理。然而在
某些情況，特別是鑄件形狀復雜時(shí)，化學(xué)清理往往不可或缺。所以，用這種方法來(lái)清理其他方法很難除盡的少量殘留陶瓷材料，無(wú)疑是更為明智的選擇。
國外多按工作溫度，將化學(xué)清理方法分為三類(lèi): 高溫型(370~ 650℃)、中溫型(205~370℃) 和低溫型(120~205℃)。從提高效率角度出發(fā)，好采用高溫型(堿爆)。有的鑄件（例如某些銅合金鑄件），為了避免高溫引起合金金相組織和性能改變，需要在低于 370℃下處理，才采用中溫型。低溫型清理(堿煮)速度較慢，但不存在冷卻后鑄件表面槽液凝固的問(wèn)題, 鑄件不會(huì )被氧化，也不必擔心槽液飛濺或爆炸，所以，操作安全，對環(huán)境的影響較小。
在化學(xué)清理方面，上世紀 90 年代國外的主要進(jìn)展，首先是開(kāi)發(fā)出一些新的化學(xué)清理劑， 其次是渣泥和廢水處理方法。
2.1新型化學(xué)清理劑
眾所周知，傳統的化學(xué)清理劑就是強堿(例如氫氧化鉀)，為了進(jìn)一步提高效率，美國 W. J. Laird, Inc.推出二種專(zhuān)利配方新產(chǎn)品NABI MSR 和 NABI LSR[5、6]。前者是經(jīng)改性的熔融堿， 使用溫度 370~595℃。后者是苛性鉀基水溶液，其中除含有苛性鉀外，還含有螯合劑、水調節劑和潤濕劑等多種成分，使用溫度 95~177℃。與單純的苛性鉀溶液相較，其主要優(yōu)點(diǎn)是大大縮短了某些很難清除的陶瓷型芯和型殼所需時(shí)間，例如，在溫度 177℃條件下，清除含 85%鋯石的陶瓷型芯所需的時(shí)間縮短為采用單純苛性鉀溶液時(shí)的 1/9。美國 Kolene 公司推出的Kastech Ultra 法廣泛應用于航空工業(yè)，清除包括二氧化硅含量少而難清除的型殼或型芯。該方法除采用專(zhuān)門(mén)清理劑外還輔以超聲振動(dòng)，處理溫度高(455~705℃)，效率也高。據稱(chēng)能在 10 多分鐘內將鑄件上的殘留型殼和型芯全部清除干凈(圖 9-7)[7]。
2.2渣泥處置和處理
化學(xué)清理過(guò)程中一個(gè)令人煩惱和頭痛的問(wèn)題是伴隨清理過(guò)程，必然產(chǎn)生大量渣泥的處置和排放。從長(cháng)計議, 渣泥堆放和清除必須要有一個(gè)有效而方便的方法。簡(jiǎn)單的方法就是將一個(gè)吊盤(pán)放在堿浴底部，待渣泥堆滿(mǎn)后提出。當盤(pán)中夾帶的堿液濾掉或傾出后，再將渣泥倒入料斗車(chē)中(圖9-8)，或待渣泥在盤(pán)中冷卻固化后清除。清理過(guò)程中產(chǎn)生的渣泥相當多，生產(chǎn)量較大時(shí)一個(gè)工作班往往需要清除二次渣泥。只有及時(shí)清除渣泥并補充新堿，才能保持化學(xué)反應速度和清理的效率。渣泥冷卻到接近室溫，用水沖稀后才能排放, 用水量大約為每公斤渣泥
4.2 ~8.4L。也可使用激冷或沖洗鑄件用過(guò)的水, 因為這些水也要經(jīng)過(guò)適當處理才能排放, 處理方法跟稀釋渣泥的水是相同的。
從環(huán)保角度考慮，如何處置廢棄的渣泥是個(gè)大問(wèn)題。如果渣泥真的如一般人預料的那樣， 只含有未能反應的殘留耐火材料(例如硅鋁酸鹽、鋯石或硅石等)、清理過(guò)程的化學(xué)反應產(chǎn)物(堿金屬硅酸鹽)、以及夾帶的苛性堿，那么渣泥還可以按一般的堿性廢棄物處理。但出人意料的是，經(jīng)化學(xué)分析發(fā)現，渣泥中還含有數量可觀(guān)的金屬元素(表9-1)。它們主要是堿液與鑄件上的污垢或金屬氧化物反應生成的。一般來(lái)說(shuō)，鑄件中所有的合金元素都有可能在渣泥中出現，
所幸之處是，其中大多數在高pH 狀態(tài)不溶于水，因此危害并不嚴重。遺憾的是，對人體健康有嚴重危害的Cr+6恰好是例外，它在任何pH值下都是可溶的。清理不銹鋼鑄件產(chǎn)生的渣泥中， 經(jīng)常有鉻和鎳元素出現，鎳常以不溶解于水的氧化物固體微粒形式存在，危害不大。而鉻則以Cr+6的形式存在，因為它在任何pH值下都是可溶的，故大量存在于稀釋渣泥的廢水中，致使其不能任意排放。必須將其中的Cr+6轉變?yōu)镃r+3 或Cr+2，再沉淀去除后，才允許排放。
傳統的降價(jià)/沉淀法是采用 pH 雙向調節劑來(lái)完成 Cr+6 的降價(jià)-沉淀。 常用的降價(jià)劑(即還原劑，如偏亞硫酸氫鈉)在低 pH 范圍(pH≤3)才有效，因此必須先加酸降低 pH，再加堿提高
pH。整個(gè)處理過(guò)程分三步進(jìn)行。即:
1) 加酸降低廢水的 pH 值；
2) 用降價(jià)劑處理，使Cr+6 轉變?yōu)?Cr+3 或Cr+2；
3) 加堿提升 pH 值，使Cr+3 或 Cr+2 沉淀析出。
美國 Kolene 公司新近開(kāi)發(fā)成功并獲得專(zhuān)利權的新型降價(jià)劑 6-2-3，在高 pH 范圍就能有效地降低Cr+6 的價(jià)數。其加入的數量可按溶液中 Cr+6 的濃度計算求得。也可通過(guò)氧勢探頭實(shí)現自動(dòng)加料。然后，再適量加酸將廢水的 pH 調整到 8.0~8.5，使 Cr+6 直接轉變?yōu)椴蝗苡谒臍溲趸锒恋砦龀?。后再通過(guò)沉降、過(guò)濾等方法將沉淀物清除。后，經(jīng)處理的廢水還必須接受瀝濾物毒性試驗(TCLP)，確保無(wú)毒性才允許排放，為安全起見(jiàn)，清除的沉淀物還必須按環(huán)保法規要求密封包裝好，選合適地點(diǎn)深埋。處理過(guò)程示意地表示在圖 9-9 中，處理效果見(jiàn)表 9-2。
Kolene 公司新近推出的化學(xué)清理系統(圖 9-10)，包括熔融堿浴、激冷水箱和渣泥排放區，并配有抽風(fēng)排氣系統和觀(guān)察窗 (觀(guān)察窗是經(jīng)過(guò)熱處理的雙層安全玻璃)，生產(chǎn)效率高，符合安全和環(huán)保要求[10]。
