消失模铸造砂处理系统的设计与应用

苏继勇，贾柏林，王骊
（运城市关铝设备材料有限公司，山西永济 044501）
摘要：根据选矿和化工热交换原理，设计了一套适合于负压实型铸造的砂处理系统。该系统设备投资少、生产运行成本低，既可满足消失模型砂的各项技术指标要求，还可根据生产铸件的特殊要求，灵活地调节型砂使用温度，从而满足产品的质量要求。该系统可解决消失模铸造砂处理系统中普遍存在的投资大、耗能高、噪音大、维修量大且维修不方便的弊端。
关键词：负压实型铸造；型砂；筛选；除尘；降温
中图分类号： TG249.9  文献标识码：A  文章编号：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
在消失模铸造生产中，型砂的质量既关系到铸造产品的质量，又关系生产效率，如没有配套的型砂处理系统，负压实型铸造的优点就很难展现、对消失模铸造生产线所用干型旧砂再生处理重复使用时，要解决的三大任务：筛选、除尘、降温。本着经济实用的原则，根据选矿和化工热交换设备设计、制造原理及方法，对现有消失模铸造生产线的砂处理系统进行了改造，合理地设计布局及生产运行控制，既满足了负压实型铸造生产线用型砂的各项技术指标要求，又保证了铸件的质量。该系统还可根据铸件生产工艺的特殊要求，对型砂处理后的使用温度进行调节，从而满足铸件的质量要求。该系统具有生产线设备投资低、生产运行成本低的特点，解决了现有消失模铸造生产线型砂处理系统中普遍存在的投资大、耗能高、噪音大、维修量大、维修便的弊端。
1 生产条件
1）采用负压实型铸造，年产5000t铸铁、铸钢件的生产线为例，日生产能力为20t.
2）用型砂为硅粒，粒度为20-40（目）,堆积密度为1.35g/cm3，振实密度为1.78g/cm3，含尘量小于3%，含水量小于1%。
3）铁砂比取1：2.5，落砂后砂的混合平均温度在380℃左右。
4）铸件浇注造型时，型砂的温度小于50℃.
5）砂处理量5t/h以上。
2  型砂处理任务与砂处理系统的设计要求
1）筛选去除结块、涂料痂、粉尘，保证造型型砂要求的粒度、干燥度、清洁度和透气性，从而降低铸件生产铸造缺陷的机会，提高产品质量。
2）磁选去除金属杂物，提高铸件的表面质量。
3）将热砂冷却降温到重复使用所要求的温度，以保证浇注造型时，模样尺寸的准确无误。在铸件的生产工艺对型砂温度有特殊要求时，可以调整砂处理后的型砂温度，满足铸造工艺要求。
4）砂处理系统设备设计及系统布局要在设备投资低的情况下，既满足生产技术及安全规范要求，又满足环境保护的各项技术指标，做到高效节能、便于生产运行及控制，并且具有设备故障率低，易维修，维修量小的特点。
5）型砂处理过程中，对型砂的筛选、输送、升降、冷却降温、存储和添加等各个工艺环节，均采用机械化操作并实行闭环式控制，从而减轻劳动强度，提高生产效率，改善了工作环境，实现绿色铸造的工艺要求。
3  型砂处理工艺布局
型砂处理工艺流程如图1
翻箱落砂           粗  选           堤升预           精  选
预冷降温           输  送           冷储存           输  送
铸造浇注
造  型            提升冷            型砂冷          磁  选
却储存            却降温
图1   型砂处理工艺流程图
1）翻箱落砂后进行型砂的预冷降温。将浇注保温后的砂箱吊至翻箱台上进行落砂，使砂进入翻箱台下的预冷储砂斗中，对砂进行预冷降温及储存。预冷储砂斗采用固定管板式换热器结构[2]，单位体积的传热面积取10m2/m3以上。
2)初冷后的热砂进入振动筛选输送机，对热砂进行粗选，去除结块、涂料痂等杂物。振动筛选输送机在制造、安装、使用时，对振动电机必须进行隔热处理，以清除设备的安全隐患。
3）粗选后的热砂进入环链式提升机中，将型砂提升到2号预冷储砂斗中，进一步进行冷却降温和储存。在此次改造中，对环链式斗提机进行了自然通风冷却的技术改造[3]，从而使斗提机也成为砂处理设备中的一级冷却降温设备。2号预冷储砂斗也采用固定管板式换热器结构，单位体积的传热面积取8 m2/m3以上。
4）将粗选冷却降温后的热砂放入振动筛选输送机中，对热砂进行精选，然后再磁选，去除粉尘及残留的涂料痂，金属等杂物。对振动筛选输送机中振动电机的安装也要进行隔热处理，以消除设备的安全隐患。
5）精选后符合型砂清洁度要求的热砂进入滚筒式砂冷却器中，继续进行热交换冷却降温。滚筒式砂冷却器采用喷淋板式换热器结构，单位体积的换热面积取65 m2/m3以上。
6）冷却降温后的热砂进入环带式斗提机，将砂提升到冷却储砂斗中进行冷却降温和储存备用。此环带式斗提机也进行自然通风冷却式的技术改造，与冷却储砂斗一起作为热砂冷却降温的能力储备，以及砂处理最终使用温度的调控设备。冷却储砂斗同样采用固定管板式换热器结构设计、制造、安装使用，单位体积的传热面积取8 m2/m3以上。
7）冷却储砂斗中符合铸件生产工艺要求的型砂加入砂箱，进行造型和浇注。
8）预冷储砂斗、滚筒式砂冷却器、冷却储砂斗的热交换冷却降温介质用循环冷却水。各设备的冷却降温，均由一台凉水塔冷却能力为100 m3/h的循环冷却水系统组成，以保证各设备的热交换能力及效果[4]。
4  型砂处理效果
1)经翻箱台翻砂将型砂与铸件分离，并将大于3.2cm2的涂料粒等杂物分离出来，然后进入预冷储砂斗中，对热砂进行初步冷却降温。这一工艺过程可将型砂的混合平均温度降低20℃左右。
2）将预冷后的型砂按生产运行的控制流量放入粗振动筛选输送机中，对型砂进行粗筛选，具体效果为:①去除翻箱落砂时未能清除的大颗粒杂质，从而降低热交换过程中的发热介质。②热型砂在振动筛选输送过程中，在机械振动磨擦作用下，可将砂粒上的泡沫残渣[5]及砂粒表面的粉化层清除掉，从而提高砂粒的清洁度。
3）对热型砂进行开放式振动筛选与输送，热砂在重复翻转运输过程中，增大了砂与空气及振动筛选输送机的热交换次数与时间，在空气对流冷却、辐射散热及设备导热冷却的共同作用下，可使型砂的混合平均温度降低30℃左右。
4）粗筛选后的热砂进入环链式斗提机中提升到2号预冷储砂斗中，储备、冷却、降温。经2号预冷储砂斗冷却降温后，可将热砂的温度降至250℃以内，从而减轻热砂对精选型砂的振动筛选输送机振动筛筛网的损坏程度，延长筛网的使用寿命，降低生产成本。
5）2号预冷储砂斗中的热砂进入对型砂精选的振动筛选输送机中，对热砂进行精选后再磁选。其目的及效果有5个:（1）去除小于80目的粉尘及大于20目的杂物。（2）精选后的热砂除温度外，各项技术参数完全满足生产工艺的要求，并且阻止型砂中的废弃物进入后续冷却降温系统，从而减少了无用功，提高了热交换效率，降低了生产运行成本。（3）避免了风动冷却降温类型砂处理设备在生产运行中的噪音大和对风管的冲刷磨损而造成的维修量大及维修困难的弊端。（4）热型砂在经振动筛选输送机进行精选的过程中，经重复翻转运输，增大了热砂与空气及振动筛选输送机的热交换次数和时间，可将砂的混合平均温度降低40℃左右。（5）根据生产运行的实际情况，启动电磁铁对型砂进行磁选、分离出型砂中的细小金属杂物，从而提高铸件的表面质量。
6）磁选后的型砂进入滚筒式砂冷却器中，对型砂进行主要的冷却降温处理。(1)滚筒式砂冷却器采用喷淋式换热器结构，循环冷却水作为热交换介质。在型砂处理过程中，可根据生产运行情况及铸件生产工艺对型砂的技术要求，方便地对型砂的冷却温度进行调控，从而满足生产工艺要求。(2)该滚筒式砂冷却器根据型砂的技术参数、指标及含热量，对其结构及生产运行模式进行了优化设计及组合，从而降低了设备运行故障及生产运行成本，消除了其它类型的型砂冷却降温设备中普遍存在的投资大、耗能高、噪音大、维修量大且维修不方便的弊端。
7)经冷却降温后的型砂用环带式斗提机提升到冷却储砂斗中储存备用，此单元的效果有三。(1)将精选冷却降温满足生产工艺技术要求的型砂，根据生产工艺流程设计布置进行储备，在铸件浇注造型时直接使用。(2)由于环带式斗提机已经进行了自然通风冷却式的技术改造，具备了对型砂的冷却降温作用，可与冷却储砂斗对型砂进行再次降温冷却，从而作为砂处理系统中冷却降温能力的储备，以解决天气炎热或生产铸造中铁砂比小后造成型砂温度偏高及提高生产铸造产能后砂处理量增大的降温问题。(3)根据铸件铸造工艺的特殊要求，可对铸件浇注造型时的型砂温度进行生产调控，如：可在冷却储砂斗的热交换管内通入热水，对型砂进行增温，以满足生产工艺技术要求；还有，在解决铸件的形位公差尺寸和减少收缩尺寸时，可根据工艺参数要求，对浇注造型时型砂的使用温度进行调控，从而满足产品的质量要求，提高产品合格率。
5  结束语
1）根据选矿和化工热交换原理对型砂处理的工艺及设备进行合理地配套、设计、制造、选用及布置后，可对型砂处理系统进行有效地控制调节，满足负压实型铸造中型砂处理系统的除尘和冷却两个重要的技术要求，满足生产运行的工艺要求，提高产品生产铸造相关质量，提高产品的合格率。
2）系统设备投资低，全套设备投资额在50万元以内。
3）生产运行成本低，砂处理的耗电量为5.5kw/t.
4）生产运行噪音低，设备运行故障率低，设备维修低且便于维修。
参考文献：
1 陶杰  消失模铸造方法及技术 [M]. 南京: 江苏科学技术出版社，2003.
2 国家医药管理局上海医药设计院.  化工工艺设计手册 [M].北京: 化学工业出版社. 1986.
3 [美] N.P.乔佩T.G. 希克思.  化工计算手册[M]. 北京: 化学工业出版社，1988.
4 华东建筑设计院，给水排水设计手册<4> [M]. 北京: 中国建筑工业出版社，1986.
5黄乃瑜，叶升平，樊自田.  消失模铸造原理及质量控制 [M].   武汉:
华中科技大学出版社，2004.
6 叶伟 .  消失模铸造生产线的建设与体会 [J]. 铸造设备研究, 2004.
(3): 29-33.
作者简介
1．苏继勇 （1957~ ）  山西运城人  高级工程师  现主要从事非标设备设计、制造管理及电解铝生产线专用设备研发、生产制造与销售工作。
2．贾柏林 （1967~）  山西运城人  经济师  现主要从事工业经济技术管理及电解铝生产线专用设备技术研发与生产销售工作。
3．王  骊 （1957~ ）  山西运城人  工程师  现主要从事非标设备设计、及电解铝生产线专用设备研发工作。