摘要：根據(jù)選礦和化工熱交換原理，設(shè)計(jì)了一套適合于負(fù)壓實(shí)型鑄造的砂處理系統(tǒng),。該系統(tǒng)設(shè)備投資少,、生產(chǎn)運(yùn)行成本低，既可滿足消失模型砂的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求,，還可根據(jù)生產(chǎn)鑄件的特殊要求,，靈活地調(diào)節(jié)型砂使用溫度，從而滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求,。該系統(tǒng)可解決消失模鑄造砂處理系統(tǒng)中普遍存在的投資大,、耗能高、噪音大,、維修量大且維修不方便的弊端,。

   關(guān)鍵詞：負(fù)壓實(shí)型鑄造；型砂,；篩選,；除塵,；降溫

   中圖分類號(hào)： TG249.9  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A  文章編號(hào)：1004-6178(2006)03-0012-02

   The Design and Application of Sand Treating System in Lost-foam Casting

                      SU Ji-yong,JlA Bai-lin,WNAG Li

      (Yuncheng Guanlu Equipment and material Co.LTD.,Shanxi yongji 044501,China)

Abstract:Based on t he policy of mill-run and chemical industry heat exchange,a sand treating system suited to negative pressure cavityless casting is designed.The system can not only satisfy various qualification demands but neatly adjust sand temperature to satisfy the quality demands of product according to the special demands of casting product.Thesystem may settle abuses of large investment,high energy consumption and much maintain which exist in sand treaing system of lost-form casting at large.

Key words:negatve presssure cavityless casting,mould sand,filter,cleaning,lepress temperature

在消失模鑄造生產(chǎn)中，型砂的質(zhì)量既關(guān)系到鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量,，又關(guān)系生產(chǎn)效率,，如沒有配套的型砂處理系統(tǒng)，負(fù)壓實(shí)型鑄造的優(yōu)點(diǎn)就很難展現(xiàn),、對(duì)消失模鑄造生產(chǎn)線所用干型舊砂再生處理重復(fù)使用時(shí),，要解決的三大任務(wù)：篩選、除塵,、降溫,。本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，根據(jù)選礦和化工熱交換設(shè)備設(shè)計(jì),、制造原理及方法,，對(duì)現(xiàn)有消失模鑄造生產(chǎn)線的砂處理系統(tǒng)進(jìn)行了改造，合理地設(shè)計(jì)布局及生產(chǎn)運(yùn)行控制,，既滿足了負(fù)壓實(shí)型鑄造生產(chǎn)線用型砂的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求,，又保證了鑄件的質(zhì)量。該系統(tǒng)還可根據(jù)鑄件生產(chǎn)工藝的特殊要求,，對(duì)型砂處理后的使用溫度進(jìn)行調(diào)節(jié),，從而滿足鑄件的質(zhì)量要求。該系統(tǒng)具有生產(chǎn)線設(shè)備投資低,、生產(chǎn)運(yùn)行成本低的特點(diǎn),，解決了現(xiàn)有消失模鑄造生產(chǎn)線型砂處理系統(tǒng)中普遍存在的投資大、耗能高,、噪音大,、維修量大、維修便的弊端,。

1 生產(chǎn)條件

   1）采用負(fù)壓實(shí)型鑄造,，年產(chǎn)5000t鑄鐵、鑄鋼件的生產(chǎn)線為例,，日生產(chǎn)能力為20t.

   2）用型砂為硅粒,，粒度為20-40（目）,堆積密度為1.35g/cm³，振實(shí)密度為1.78g/cm³,，含塵量小于3%,，含水量小于1%。

   3）鐵砂比取1：2.5,，落砂后砂的混合平均溫度在380℃左右,。

   4）鑄件澆注造型時(shí)，型砂的溫度小于50℃.

   5）砂處理量5t/h以上。

2  型砂處理任務(wù)與砂處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

   1）篩選去除結(jié)塊,、涂料痂,、粉塵，保證造型型砂要求的粒度,、干燥度,、清潔度和透氣性，從而降低鑄件生產(chǎn)鑄造缺陷的機(jī)會(huì),，提高產(chǎn)品質(zhì)量,。

   2）磁選去除金屬雜物，提高鑄件的表面質(zhì)量,。

   3）將熱砂冷卻降溫到重復(fù)使用所要求的溫度,，以保證澆注造型時(shí)，模樣尺寸的準(zhǔn)確無誤,。在鑄件的生產(chǎn)工藝對(duì)型砂溫度有特殊要求時(shí),，可以調(diào)整砂處理后的型砂溫度，滿足鑄造工藝要求,。

   4）砂處理系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)及系統(tǒng)布局要在設(shè)備投資低的情況下,，既滿足生產(chǎn)技術(shù)及安全規(guī)范要求，又滿足環(huán)境保護(hù)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),，做到高效節(jié)能,、便于生產(chǎn)運(yùn)行及控制，并且具有設(shè)備故障率低,，易維修,，維修量小的特點(diǎn)。

   5）型砂處理過程中,，對(duì)型砂的篩選,、輸送、升降,、冷卻降溫,、存儲(chǔ)和添加等各個(gè)工藝環(huán)節(jié)，均采用機(jī)械化操作并實(shí)行閉環(huán)式控制,，從而減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率,，改善了工作環(huán)境,，實(shí)現(xiàn)綠色鑄造的工藝要求。

3  型砂處理工藝布局

   型砂處理工藝流程如圖1

            翻箱落砂           粗  選           堤升預(yù)           精  選

            預(yù)冷降溫           輸  送           冷儲(chǔ)存           輸  送

     鑄造澆注

             造  型            提升冷            型砂冷          磁  選

                               卻儲(chǔ)存            卻降溫

                          圖1   型砂處理工藝流程圖

   1）翻箱落砂后進(jìn)行型砂的預(yù)冷降溫,。將澆注保溫后的砂箱吊至翻箱臺(tái)上進(jìn)行落砂,，使砂進(jìn)入翻箱臺(tái)下的預(yù)冷儲(chǔ)砂斗中，對(duì)砂進(jìn)行預(yù)冷降溫及儲(chǔ)存。預(yù)冷儲(chǔ)砂斗采用固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)^[2],，單位體積的傳熱面積取10m²/m³以上,。

   2)初冷后的熱砂進(jìn)入振動(dòng)篩選輸送機(jī)，對(duì)熱砂進(jìn)行粗選,，去除結(jié)塊,、涂料痂等雜物。振動(dòng)篩選輸送機(jī)在制造,、安裝,、使用時(shí)，對(duì)振動(dòng)電機(jī)必須進(jìn)行隔熱處理,，以清除設(shè)備的安全隱患,。

   3）粗選后的熱砂進(jìn)入環(huán)鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)中，將型砂提升到2號(hào)預(yù)冷儲(chǔ)砂斗中,，進(jìn)一步進(jìn)行冷卻降溫和儲(chǔ)存,。在此次改造中，對(duì)環(huán)鏈?zhǔn)蕉诽釞C(jī)進(jìn)行了自然通風(fēng)冷卻的技術(shù)改造^[3],，從而使斗提機(jī)也成為砂處理設(shè)備中的一級(jí)冷卻降溫設(shè)備,。2號(hào)預(yù)冷儲(chǔ)砂斗也采用固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)，單位體積的傳熱面積取8 m²/m³以上,。

   4）將粗選冷卻降溫后的熱砂放入振動(dòng)篩選輸送機(jī)中,，對(duì)熱砂進(jìn)行精選，然后再磁選,，去除粉塵及殘留的涂料痂,，金屬等雜物。對(duì)振動(dòng)篩選輸送機(jī)中振動(dòng)電機(jī)的安裝也要進(jìn)行隔熱處理,，以消除設(shè)備的安全隱患,。

   5）精選后符合型砂清潔度要求的熱砂進(jìn)入滾筒式砂冷卻器中，繼續(xù)進(jìn)行熱交換冷卻降溫,。滾筒式砂冷卻器采用噴淋板式換熱器結(jié)構(gòu),，單位體積的換熱面積取65 m²/m³以上。

   6）冷卻降溫后的熱砂進(jìn)入環(huán)帶式斗提機(jī),，將砂提升到冷卻儲(chǔ)砂斗中進(jìn)行冷卻降溫和儲(chǔ)存?zhèn)溆?。此環(huán)帶式斗提機(jī)也進(jìn)行自然通風(fēng)冷卻式的技術(shù)改造，與冷卻儲(chǔ)砂斗一起作為熱砂冷卻降溫的能力儲(chǔ)備,，以及砂處理最終使用溫度的調(diào)控設(shè)備,。冷卻儲(chǔ)砂斗同樣采用固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造,、安裝使用,，單位體積的傳熱面積取8 m²/m³以上。

   7）冷卻儲(chǔ)砂斗中符合鑄件生產(chǎn)工藝要求的型砂加入砂箱，進(jìn)行造型和澆注,。

   8）預(yù)冷儲(chǔ)砂斗,、滾筒式砂冷卻器、冷卻儲(chǔ)砂斗的熱交換冷卻降溫介質(zhì)用循環(huán)冷卻水,。各設(shè)備的冷卻降溫,，均由一臺(tái)涼水塔冷卻能力為100 m³/h的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)組成，以保證各設(shè)備的熱交換能力及效果^[4],。

4  型砂處理效果

   1)經(jīng)翻箱臺(tái)翻砂將型砂與鑄件分離,，并將大于3.2cm²的涂料粒等雜物分離出來，然后進(jìn)入預(yù)冷儲(chǔ)砂斗中,，對(duì)熱砂進(jìn)行初步冷卻降溫,。這一工藝過程可將型砂的混合平均溫度降低20℃左右。

   2）將預(yù)冷后的型砂按生產(chǎn)運(yùn)行的控制流量放入粗振動(dòng)篩選輸送機(jī)中,，對(duì)型砂進(jìn)行粗篩選,，具體效果為:①去除翻箱落砂時(shí)未能清除的大顆粒雜質(zhì)，從而降低熱交換過程中的發(fā)熱介質(zhì),。②熱型砂在振動(dòng)篩選輸送過程中,，在機(jī)械振動(dòng)磨擦作用下，可將砂粒上的泡沫殘?jiān)?strong style="mso-bidi-font-weight: normal">^[5]及砂粒表面的粉化層清除掉,，從而提高砂粒的清潔度,。

   3）對(duì)熱型砂進(jìn)行開放式振動(dòng)篩選與輸送，熱砂在重復(fù)翻轉(zhuǎn)運(yùn)輸過程中,，增大了砂與空氣及振動(dòng)篩選輸送機(jī)的熱交換次數(shù)與時(shí)間,，在空氣對(duì)流冷卻、輻射散熱及設(shè)備導(dǎo)熱冷卻的共同作用下,，可使型砂的混合平均溫度降低30℃左右,。

   4）粗篩選后的熱砂進(jìn)入環(huán)鏈?zhǔn)蕉诽釞C(jī)中提升到2號(hào)預(yù)冷儲(chǔ)砂斗中，儲(chǔ)備,、冷卻,、降溫。經(jīng)2號(hào)預(yù)冷儲(chǔ)砂斗冷卻降溫后,，可將熱砂的溫度降至250℃以內(nèi),，從而減輕熱砂對(duì)精選型砂的振動(dòng)篩選輸送機(jī)振動(dòng)篩篩網(wǎng)的損壞程度，延長篩網(wǎng)的使用壽命,，降低生產(chǎn)成本,。

   5）2號(hào)預(yù)冷儲(chǔ)砂斗中的熱砂進(jìn)入對(duì)型砂精選的振動(dòng)篩選輸送機(jī)中，對(duì)熱砂進(jìn)行精選后再磁選,。其目的及效果有5個(gè):（1）去除小于80目的粉塵及大于20目的雜物。（2）精選后的熱砂除溫度外，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)完全滿足生產(chǎn)工藝的要求,，并且阻止型砂中的廢棄物進(jìn)入后續(xù)冷卻降溫系統(tǒng),，從而減少了無用功，提高了熱交換效率,，降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本,。（3）避免了風(fēng)動(dòng)冷卻降溫類型砂處理設(shè)備在生產(chǎn)運(yùn)行中的噪音大和對(duì)風(fēng)管的沖刷磨損而造成的維修量大及維修困難的弊端。（4）熱型砂在經(jīng)振動(dòng)篩選輸送機(jī)進(jìn)行精選的過程中,，經(jīng)重復(fù)翻轉(zhuǎn)運(yùn)輸,，增大了熱砂與空氣及振動(dòng)篩選輸送機(jī)的熱交換次數(shù)和時(shí)間，可將砂的混合平均溫度降低40℃左右,。（5）根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際情況,，啟動(dòng)電磁鐵對(duì)型砂進(jìn)行磁選、分離出型砂中的細(xì)小金屬雜物,，從而提高鑄件的表面質(zhì)量,。

   6）磁選后的型砂進(jìn)入滾筒式砂冷卻器中，對(duì)型砂進(jìn)行主要的冷卻降溫處理,。(1)滾筒式砂冷卻器采用噴淋式換熱器結(jié)構(gòu),，循環(huán)冷卻水作為熱交換介質(zhì)。在型砂處理過程中,，可根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行情況及鑄件生產(chǎn)工藝對(duì)型砂的技術(shù)要求,，方便地對(duì)型砂的冷卻溫度進(jìn)行調(diào)控，從而滿足生產(chǎn)工藝要求,。(2)該滾筒式砂冷卻器根據(jù)型砂的技術(shù)參數(shù),、指標(biāo)及含熱量，對(duì)其結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)運(yùn)行模式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)及組合,，從而降低了設(shè)備運(yùn)行故障及生產(chǎn)運(yùn)行成本,，消除了其它類型的型砂冷卻降溫設(shè)備中普遍存在的投資大、耗能高,、噪音大,、維修量大且維修不方便的弊端。

   7)經(jīng)冷卻降溫后的型砂用環(huán)帶式斗提機(jī)提升到冷卻儲(chǔ)砂斗中儲(chǔ)存?zhèn)溆?，此單元的效果有三?/span>(1)將精選冷卻降溫滿足生產(chǎn)工藝技術(shù)要求的型砂,，根據(jù)生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)布置進(jìn)行儲(chǔ)備，在鑄件澆注造型時(shí)直接使用,。(2)由于環(huán)帶式斗提機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了自然通風(fēng)冷卻式的技術(shù)改造,，具備了對(duì)型砂的冷卻降溫作用，可與冷卻儲(chǔ)砂斗對(duì)型砂進(jìn)行再次降溫冷卻,，從而作為砂處理系統(tǒng)中冷卻降溫能力的儲(chǔ)備,，以解決天氣炎熱或生產(chǎn)鑄造中鐵砂比小后造成型砂溫度偏高及提高生產(chǎn)鑄造產(chǎn)能后砂處理量增大的降溫問題,。(3)根據(jù)鑄件鑄造工藝的特殊要求，可對(duì)鑄件澆注造型時(shí)的型砂溫度進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)控,，如：可在冷卻儲(chǔ)砂斗的熱交換管內(nèi)通入熱水,，對(duì)型砂進(jìn)行增溫，以滿足生產(chǎn)工藝技術(shù)要求,；還有,，在解決鑄件的形位公差尺寸和減少收縮尺寸時(shí)，可根據(jù)工藝參數(shù)要求,，對(duì)澆注造型時(shí)型砂的使用溫度進(jìn)行調(diào)控,，從而滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，提高產(chǎn)品合格率,。

5  結(jié)束語

   1）根據(jù)選礦和化工熱交換原理對(duì)型砂處理的工藝及設(shè)備進(jìn)行合理地配套,、設(shè)計(jì)、制造,、選用及布置后,，可對(duì)型砂處理系統(tǒng)進(jìn)行有效地控制調(diào)節(jié)，滿足負(fù)壓實(shí)型鑄造中型砂處理系統(tǒng)的除塵和冷卻兩個(gè)重要的技術(shù)要求,，滿足生產(chǎn)運(yùn)行的工藝要求,，提高產(chǎn)品生產(chǎn)鑄造相關(guān)質(zhì)量，提高產(chǎn)品的合格率,。

   2）系統(tǒng)設(shè)備投資低,，全套設(shè)備投資額在50萬元以內(nèi)。

   3）生產(chǎn)運(yùn)行成本低,，砂處理的耗電量為5.5kw/t.

   4）生產(chǎn)運(yùn)行噪音低,，設(shè)備運(yùn)行故障率低，設(shè)備維修低且便于維修,。