欢迎访问河南省铸锻工业协会!
联系电话:0371-63695233
联系我们
搜索

版权所有©河南省铸锻工业协会           豫ICP备19007263号                                                                                                                                                               网站建设:中企动力 郑州

微信公众号

知识篇:含碳材料的浓度及其对湿型砂排放物影响的 检测方法

研究显示,型砂中含碳材料通过热裂解,在铸造过程中会生成空气污染物(HAPs)和挥发性有机化合物(VOCs)。

通常,有机物在热裂分解后会产生挥发性气体,并产生富含碳的固体沉积物。这种含碳材料的热裂解,在湿型砂铸造工艺中的作用,已经被普遍认同,最早可追溯于1980年的出版物中。

其主要作用概括如下:

含碳材料的热裂解作用

01、含碳材料生成的挥发性气体可促进砂模型腔中的还原性气氛,帮助抑制铁液氧化。

02、挥发性气体产生的压力,以及含碳材料热裂解后沉积的富含碳的余留物,有助于防止金属渗透,并且有助于铸件凝固后从砂模中剥落出来,从而得到光滑的铸件表面。

03、曝露于高温下的砂模中的含碳材料,释放的气体包含挥发性有机化合物和有害空气污染物,被证实是铸造厂气体排放的主要来源。

因此,对含碳材料的浓度及其对湿型砂排放物影响的研究就非常有必要!

本文将着重介绍具体的检测方法。

所有型砂为粒度60目的硅砂,使用辛普森42110实验室混砂机混和,混砂时间480 s。单批次混砂量为3 kg。实验设计中,膨润土预混材料质量含量为7%。在商用铸铁厂案例研究中,膨润土预混材料的质量含量为13.3%,以满足铸造厂对有效土的要求。

01、 型砂混制

首先制备膨润土预混材料(以干基计),加入混砂机的干砂中。向混砂机中加水,调试硅砂和粘土的混合物。加水量以在8 min混砂时间结束时,型砂达到紧实率40%计。如果8 min后,混合物的紧实率过低,补充加水,再混砂2 min,总混砂时间不超过10 min。达到目标紧实率后,将砂样装入塑料袋,从砂样中分出50 g的子样。将子样在碳化钨振动研磨仪中研磨30 s,粉碎成粉末状,以达到解析细度[大约99%穿过140目筛(106 µm)]。将粉末物质转移至密封玻璃罐,等待使用实验室热裂解器进行排放物检测。剩余型砂,按照“美国铸造协会砂模和砂芯手册第四版”中概述的检测程序,检测其力学性能。

02、热裂解器逸出气体分析

将研磨成细粉的子样从玻璃罐移出,放入实验室搅拌器,混合60 s,使其均匀并打散结团。均化步骤之后,将大约25 mg样品装入一个小的石英试管,再放入热裂解器中。热裂解器的试样室温度设置达到650 ℃,在设定温度保持90 s,同时将任何逸出的气体直接收集至气相色谱柱(HP-5MS UI)进行分离并结合使用质谱仪鉴定并量化化合物,传输线的温度维持在305 ℃。热裂解器试样室和GC-MS传输线维持在惰性氦气的环境下。气相色谱仪的升温开始于40 ℃,每分钟升温12 ℃,到160 ℃后,每分钟升温30 ℃至305 ℃后,保持8 min。通过热裂解器/GC-MS得出的逸出化合物的流程如图1所示。含有9种不同挥发性有机化合物/有害空气污染物的分析标准如图2所示。图3显示了商用湿型砂的气相色谱结果。   

图1 使用热裂解器/GC-MS连用检测排放物的示意图

图2 含有9种化合物的分析标准的气相色谱响应

图3  湿型砂样品热裂解产物的气相色谱响应结果