一．高壓水清砂
目前在美、歐各國，高壓水清砂在精鑄業(yè)獲得越來越廣泛應(yīng)用。尤其對于鋁合金精鑄件來說，高壓水清砂更是方法，因為無論震動、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(nèi)腔中的型芯清除掉，某些場合甚能將型殼 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，它還具有無塵、低震、低噪等優(yōu)點。其主要缺點是費水和一次性資金投入大。
跟震動、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(wěn)’是前提、‘準(zhǔn)’是關(guān)鍵、‘狠’是結(jié)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、搖幌，高壓水射流就不可能準(zhǔn)確地命中目標(biāo)，達到預(yù)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 屆精鑄年會上，
Triplex 公司率先推出適用于精鑄廠家的一種通用夾具 HC-1000, 并獲得美國專利(圖 9-1)[1、2]。
它能快速而牢固地夾住殼模組上形狀不規(guī)則的圓錐形澆口杯(圖 9-2)，使操作者能方便而安全地進行操作。這種夾頭結(jié)構(gòu)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?zhèn)鹘y(tǒng)的靠人工裝卸模組的轉(zhuǎn)盤，顯著提高了工作效率，為高壓水槍‘穩(wěn)、準(zhǔn)、狠’地進行清砂，奠定了良好的基礎(chǔ)。該夾頭可以正、反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速通常為 17.5 r/min，并可按需要適當(dāng)調(diào)整。夾持尺寸有Ф13~63mm、 Ф25~121mm 和Ф38~184mm 等三種規(guī)格，其中常用者為
Ф25~121mm。夾持機構(gòu)既可用液壓也可用氣壓驅(qū)動。前者壓力為 1.7MPa，后者 0.7MPa。高壓水清砂系統(tǒng)，首要問題是優(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 時效果好。壓力過低會降低脫殼清砂的效率，而過高則容易損壞鑄件。
其次需要解決的問題是，高壓水槍和待清理的殼模組之間的相對協(xié)調(diào)運動。利用上述獨特的液壓夾頭使模組沿軸向（Z 向）正、反轉(zhuǎn)和往復(fù)移動（移動距離應(yīng)超過模組全長），同時， 用二個氣缸以適當(dāng)?shù)闹噶?，令高壓水槍?X（上/下）、Y（前/后）方向運動，同時能在角度
60°范圍內(nèi)隨機抖動。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(shè)計更為合理，佳距離可增 305 ~ 610mm)。這二組運動協(xié)調(diào)配合，就可使從水槍射出的高壓水射流‘穩(wěn)、準(zhǔn)、狠’地沖擊到模組上任何一個部位。圖9-4 為該設(shè)備工作現(xiàn)場照片。
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）。“初步清砂”的目的是將模組上，特別是內(nèi)澆道附近的型殼盡可能多地清除，為切割鑄件作準(zhǔn)備，目前有人工和自動操作或二者結(jié)合等三種運行模式?！皬氐浊宄钡哪康氖菑氐浊宄た?、凹槽、內(nèi)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]。
高壓水自動清砂系統(tǒng)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(diào)動作。由于精鑄件尺寸、形狀多種多樣，公司提供多種 PLC 程序供用戶選用。試驗和研究表明，水槍跟蹤運動的同時作隨機抖動，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 6000 件。目前，Triplex 可以提供 TRX-500, TRX- 1000, TRX-1500 等多種規(guī)格的高壓水自動清理中心(圖 9-6)[4]。不僅能完成自動一次清理、自動或手動二次清理，而且還可以切割鑄件，并配備有循環(huán)水處理系統(tǒng)，以便充分利用水資源。
二．化學(xué)清理
化學(xué)清理方法國外常稱鹽浴‘Salt Bath’或瀝濾‘Leaching’法，則稱‘堿爆’和‘堿煮’, 其優(yōu)點是鑄件清理干凈徹底，對工件無機械損傷，無需循環(huán)水設(shè)施，投資少。缺點是會排放有毒有害物質(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)過特殊處理。然而在
某些情況，特別是鑄件形狀復(fù)雜時，化學(xué)清理往往不可或缺。所以，用這種方法來清理其他方法很難除盡的少量殘留陶瓷材料，無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: 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題, 鑄件不會被氧化，也不必?fù)?dān)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(jì) 90 年代國外的主要進展，首先是開發(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(tǒng)的化學(xué)清理劑就是強堿(例如氫氧化鉀)，為了進一步提高效率，美國 W. J. Laird, Inc.推出二種專利配方新產(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(diào)節(jié)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)點是大大縮短了某些很難清除的陶瓷型芯和型殼所需時間，例如，在溫度 177℃條件下，清除含 85%鋯石的陶瓷型芯所需的時間縮短為采用單純苛性鉀溶液時的 1/9。美國 Kolene 公司推出的Kastech Ultra 法廣泛應(yīng)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。該方法除采用專門清理劑外還輔以超聲振動，處理溫度高(455~705℃)，效率也高。據(jù)稱能在 10 多分鐘內(nèi)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)清理過程中一個令人煩惱和頭痛的問題是伴隨清理過程，必然產(chǎn)生大量渣泥的處置和排放。從長計議, 渣泥堆放和清除必須要有一個有效而方便的方法。簡單的方法就是將一個吊盤放在堿浴底部，待渣泥堆滿后提出。當(dāng)盤中夾帶的堿液濾掉或傾出后，再將渣泥倒入料斗車中(圖9-8)，或待渣泥在盤中冷卻固化后清除。清理過程中產(chǎn)生的渣泥相當(dāng)多，生產(chǎn)量較大時一個工作班往往需要清除二次渣泥。只有及時清除渣泥并補充新堿，才能保持化學(xué)反應(yīng)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的水, 因為這些水也要經(jīng)過適當(dāng)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大問題。如果渣泥真的如一般人預(yù)料的那樣， 只含有未能反應(yīng)的殘留耐火材料(例如硅鋁酸鹽、鋯石或硅石等)、清理過程的化學(xué)反應(yīng)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(xiàn)，渣泥中還含有數(shù)量可觀的金屬元素(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(yīng)生成的。一般來說，鑄件中所有的合金元素都有可能在渣泥中出現(xiàn)，
所幸之處是，其中大多數(shù)在高pH 狀態(tài)不溶于水，因此危害并不嚴(yán)重。遺憾的是，對人體健康有嚴(yán)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(xiàn)，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(zhuǎn)變?yōu)镃r+3 或Cr+2，再沉淀去除后，才允許排放。
傳統(tǒng)的降價/沉淀法是采用 pH 雙向調(diào)節(jié)劑來完成 Cr+6 的降價-沉淀。 常用的降價劑(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。整個處理過程分三步進行。即:
1) 加酸降低廢水的 pH 值；
2) 用降價劑處理，使Cr+6 轉(zhuǎn)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 公司新近開發(fā)成功并獲得專利權(quán)的新型降價劑 6-2-3，在高 pH 范圍就能有效地降低Cr+6 的價數(shù)。其加入的數(shù)量可按溶液中 Cr+6 的濃度計算求得。也可通過氧勢探頭實現(xiàn)自動加料。然后，再適量加酸將廢水的 pH 調(diào)整到 8.0~8.5，使 Cr+6 直接轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒臍溲趸锒恋砦龀觥：笤偻ㄟ^沉降、過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)，確保無毒性才允許排放，為安全起見，清除的沉淀物還必須按環(huán)保法規(guī)要求密封包裝好，選合適地點深埋。處理過程示意地表示在圖 9-9 中，處理效果見表 9-2。
Kolene 公司新近推出的化學(xué)清理系統(tǒng)(圖 9-10)，包括熔融堿浴、激冷水箱和渣泥排放區(qū)，并配有抽風(fēng)排氣系統(tǒng)和觀察窗 (觀察窗是經(jīng)過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]。
