我國砂處理裝備基本情況

劉小龍（機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計研究院，河南洛陽市 471039）

我國砂處理裝備基本情況

劉小龍（機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計研究院，河南洛陽市 471039）

介紹了砂處理設(shè)備的組成、系統(tǒng)基本要求；通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)描述了我國砂處理系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的基本情況；結(jié)合我國砂處理裝備制造廠家的特點，分析了砂處理系統(tǒng)總體承包的優(yōu)缺點，同時提出了作者的建議。

砂處理；皮帶機(jī)；斗提機(jī)；冷卻器；混砂機(jī)；型砂在線檢測

1 概述

在大批量、自動化造型生產(chǎn)鑄件時，因型砂質(zhì)量問題引起的鑄件廢品約占鑄件廢品總數(shù)的一半以上，型砂質(zhì)量不好可引起粘砂、夾砂、氣孔、脹箱等一系列鑄件缺陷，因此，砂處理系統(tǒng)變得格外重要。通常構(gòu)成砂處理系統(tǒng)的設(shè)備有磁選機(jī)、篩砂機(jī)、皮帶機(jī)、斗提機(jī)、螺旋輸送機(jī)、冷卻器、混砂機(jī)、砂斗、松砂機(jī)、壓送設(shè)備、型砂控制設(shè)備等。

砂處理系統(tǒng)（單元）布置復(fù)雜，關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，過去該系統(tǒng)從方案到施工圖設(shè)計都由設(shè)計院完成，用戶根據(jù)設(shè)計圖紙進(jìn)行訂貨（包括電控系統(tǒng)），這樣的結(jié)果是：各類設(shè)備可能來自不同的廠家，給現(xiàn)場協(xié)調(diào)增加了一定的工作量。近年來不少用戶為了減少麻煩、節(jié)省非標(biāo)設(shè)計費，通常按照設(shè)計院的初步方案將砂處理整個系統(tǒng)承包給某一設(shè)備供應(yīng)商，這種做法確實減少了用戶的一些工作量，但由于我國砂處理設(shè)備制造廠商和設(shè)備的特點，也帶來了其它費用的增加和工期延長等問題。

2 砂處理系統(tǒng)的基本要求

簡單地說砂處理系統(tǒng)的基本要求就是如何穩(wěn)定、均勻、按需向造型線供應(yīng)合格的型砂。目前，隨著對鑄件品質(zhì)要求的提高，對砂處理系統(tǒng)的要求也愈來愈高，通常型砂性能一般要達(dá)到：

型砂溫度應(yīng)不超過環(huán)境溫度10℃；

緊實率38%～42%（波動±2%）；

濕壓強(qiáng)度0.17～0.22MPa；

濕抗拉強(qiáng)度0.12～0.25 MPa；

透氣性＞90；

水份2.8%～3.2%；

型砂中＞10mm的砂團(tuán)量＜5%。

對于舊砂處理，在經(jīng)破碎、磁選、篩分后進(jìn)入冷卻裝置，裝置要求測量舊砂入口處的流量、水份、溫度，并自動增濕使出口處的舊砂水份控制在2.3%～2.5%，溫度不超過環(huán)境溫度10℃，在冷卻的同時還要鼓風(fēng)除去灰份。同時要求構(gòu)成砂處理系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠，且定量準(zhǔn)確。檢測、控制設(shè)備必須及時、穩(wěn)定，實行在線檢測、控制，通常：

砂冷卻器內(nèi)水份檢測精度要高于0.1%；

混砂機(jī)新砂、舊砂秤定量精度：靜態(tài)±0.1%，動態(tài)±0.5%；

粉料秤定量精度：靜態(tài)±0.1%，動態(tài)±0.3%；

水定量裝置精度：靜態(tài)±0.1%，動態(tài)±0.1%。

系統(tǒng)設(shè)計中為了保證舊砂性能的穩(wěn)定（即將不同階段的舊砂摻合到一塊），通常盡可能地多設(shè)幾個舊砂斗，舊砂的儲存量要大于2小時循環(huán)量，每個舊砂斗中舊砂的加入是階段性的，而出砂是連續(xù)性的。

一個合理的砂處理系統(tǒng)，必須保證其構(gòu)成的各個子系統(tǒng)，如砂準(zhǔn)備系統(tǒng)、輔料系統(tǒng)、散落砂系統(tǒng)、落砂系統(tǒng)、舊砂處理輸送系統(tǒng)、混砂系統(tǒng)、型砂輸送系統(tǒng)、廢砂排放系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等合理有效。

3 國內(nèi)砂處理關(guān)鍵設(shè)備基本情況

實際上構(gòu)成砂處理系統(tǒng)的每臺設(shè)備都是關(guān)鍵設(shè)備，包括帶式輸送機(jī)、斗式提升機(jī)，但多數(shù)人認(rèn)為砂處理系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是混砂機(jī)、冷卻器、多角篩和在線檢測裝置。下面就這4種設(shè)備的基本情況談?wù)剛€人的看法。

3.1 混砂機(jī)

混砂機(jī)的發(fā)展趨勢是碾輪式混砂機(jī)逐漸被高效轉(zhuǎn)子混砂機(jī)取代，系統(tǒng)中由多臺混砂機(jī)變?yōu)閱闻_混砂機(jī)。目前，50t/h以下混砂機(jī)國外品牌國內(nèi)制造產(chǎn)品已基本過關(guān)，自主研發(fā)的國產(chǎn)品牌混砂機(jī)，性能普遍不如國外品牌，可靠性也低于國外品牌，50t/h以上混砂機(jī)由于國產(chǎn)元器件不過關(guān)，最好選用全進(jìn)口國外品牌，如果受資金限制，必須在國內(nèi)采購時，建議選擇成熟機(jī)型的國外品牌國內(nèi)制造產(chǎn)品。表1是國內(nèi)某混砂機(jī)生產(chǎn)廠生產(chǎn)混砂機(jī)的技術(shù)參數(shù)。表2是某國外品牌國內(nèi)混砂機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)混砂機(jī)的技術(shù)參數(shù)。表3是國外某混砂機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)混砂機(jī)的幾種技術(shù)參數(shù)。

表1 國內(nèi)某廠生產(chǎn)混砂機(jī)技術(shù)參數(shù)

表2 某國外品牌國內(nèi)生產(chǎn)混砂機(jī)的技術(shù)參數(shù)

表3 國外某混砂機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)混砂機(jī)的幾種技術(shù)參數(shù)

由以上表格可以看出，國外混砂機(jī)的能耗一般高于國內(nèi)混砂機(jī)，實際應(yīng)用中，國外混砂機(jī)的實際生產(chǎn)率一般能達(dá)到標(biāo)稱的80%～90%，而國內(nèi)混砂機(jī)的實際生產(chǎn)率一般是標(biāo)稱的50%～60%。國外混砂機(jī)轉(zhuǎn)子的線速度一般為18m/s，國產(chǎn)混砂機(jī)轉(zhuǎn)子的線速度一般要小于該值，國外混砂機(jī)的混制質(zhì)量略好于國內(nèi)。

3.2 砂冷卻器

砂冷卻器的形式有雙盤冷卻機(jī)和沸騰冷卻床兩種形式。雙盤冷卻機(jī)對舊砂具有預(yù)混作用，且結(jié)構(gòu)緊湊，運動噪聲小。沸騰冷卻床具有冷卻效果好、電力安裝容量小的優(yōu)勢，但其體積龐大，占地面積大，且為振動設(shè)備，運動噪聲大，內(nèi)部加水時底部魚鱗網(wǎng)孔易堵塞，大規(guī)格沸騰冷卻床生產(chǎn)有困難，可靠性差。表4是國外某企業(yè)生產(chǎn)沸騰冷卻床的技術(shù)參數(shù)。表5是國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)的沸騰冷卻床技術(shù)參數(shù)。

表4 國外某企業(yè)生產(chǎn)沸騰冷卻床技術(shù)參數(shù)

目前，國產(chǎn)小通過率的沸騰冷卻床已經(jīng)過關(guān)，大通過率的沸騰冷卻床還有一定問題，如缺少可靠的震動電機(jī)、床體本身焊接容易裂縫等；而國產(chǎn)雙盤冷卻機(jī)冷卻效果較差，可靠性低，進(jìn)口雙盤冷卻機(jī)可以滿足生產(chǎn)要求。因此，目前國內(nèi)砂處理能力小于80t/h時使用國產(chǎn)沸騰冷卻床的較多，砂處理能力大于80t/h時使用進(jìn)口雙盤冷卻器的較多。表6是幾家用戶使用情況的統(tǒng)計。

表5 某企業(yè)生產(chǎn)沸騰冷卻床技術(shù)參數(shù)

3.3 多角篩

我國目前生產(chǎn)的多角篩都來自國外技術(shù)，轉(zhuǎn)速在16～24r/min之間，基本能滿足生產(chǎn)要求，已經(jīng)能夠替代進(jìn)口，但通過量在120t/h以上的多角篩，國內(nèi)生產(chǎn)還不過關(guān)，主要是主軸易斷、篩網(wǎng)固定不合理等。因此，對于通過量大的砂處理系統(tǒng)，往往選取兩級篩或兩臺篩并聯(lián)的形式。表7是我國某企業(yè)生產(chǎn)多角篩的技術(shù)規(guī)格。

表6 混砂機(jī)、砂冷卻器使用情況統(tǒng)計表

表7 我國某企業(yè)生產(chǎn)多角篩技術(shù)規(guī)格

3.4 型砂在線檢測

近年來，隨著鑄造生產(chǎn)自動化程度的提高，型砂質(zhì)量控制的發(fā)展方向是在線檢測，在檢測項目上，從單一的指標(biāo)發(fā)展為以緊實率為主的幾個性能參數(shù)的綜合指標(biāo)。該裝置有的安裝在混砂機(jī)上，有的安裝在混砂機(jī)出砂口皮帶機(jī)上。國內(nèi)多所大學(xué)和鑄造設(shè)備制造廠都可生產(chǎn)型砂在線檢測儀，緊實率檢測精度可達(dá)±0.1%，水份檢測精度可達(dá)±0.1%，濕壓強(qiáng)度檢測精度可達(dá)±0.2%，從性能上和可靠性來講，普遍不如國外設(shè)備，但價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外。在控制上，往往是將混好的型砂不斷取樣檢測，然后反饋控制下一批砂的加水量，真正意義上的實時檢測，即在混制當(dāng)批料中取樣，控制當(dāng)批料的加水量等，直至合格后再放砂的形式，由于對混砂機(jī)的生產(chǎn)率影響較大，使用較少。

4 國內(nèi)砂處理設(shè)備制造廠家基本情況

國內(nèi)砂處理設(shè)備制造廠家很多，多數(shù)機(jī)加工設(shè)備少，而鉚焊設(shè)備比較齊全，這一點與國外類似。由于沒有高精度的加工裝備，對大生產(chǎn)率的關(guān)鍵設(shè)備制造困難，研發(fā)能力薄弱，很少對整個系統(tǒng)進(jìn)行研究。這些企業(yè)以民營企業(yè)居多，且以生產(chǎn)連續(xù)運輸設(shè)備為主，沒有拳頭產(chǎn)品，規(guī)模小、人員少。由于受價格和生產(chǎn)條件限制，制造工藝相對簡單，比如：焊接時該坡口的不坡口，該熱處理的沒熱處理，表面該拋丸的沒拋，設(shè)備制造多以拼焊為主，整機(jī)裝配現(xiàn)場進(jìn)行，所有配套件外購，因此，導(dǎo)致設(shè)備質(zhì)量難以保證，特別是外購配套件，由于我國基礎(chǔ)件本身質(zhì)量與國外相比就有一定的差距，再加上為了降低成本，購買時不買正規(guī)廠家產(chǎn)品，使很多外購件在使用中出現(xiàn)問題?，F(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)這樣的情況：設(shè)備剛剛使用幾個月，就出現(xiàn)故障了，維修時發(fā)現(xiàn)軸承是三無產(chǎn)品，油漆也開始一篇一篇地掉落。因此，普遍認(rèn)為我國的砂處理設(shè)備可靠性、耐用性較差。表8是我國主要砂處理設(shè)備生產(chǎn)廠家的基本情況。

5 砂處理系統(tǒng)總體承包優(yōu)缺點分析

表8 我國主要砂處理設(shè)備生產(chǎn)廠家基本情況

目前，我國砂處理系統(tǒng)在實施中多以總體承包形式進(jìn)行或部分單臺關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)口、其余打包外委。這種形式確實減少了使用單位一些管理工作，用戶不用一臺設(shè)備一臺設(shè)備地訂貨，在建設(shè)過程中，也不必花大力氣去協(xié)調(diào)各方面的關(guān)系，同時，還為用戶減少了部分非標(biāo)設(shè)計費。

這種做法的優(yōu)點顯而易見，但隨之也帶來一些問題，如建設(shè)周期加長、設(shè)計容易漏項、系統(tǒng)設(shè)計不一定很合理等等。下面進(jìn)行一下簡單分析。

本來砂處理系統(tǒng)總體承包可以縮短工期，但事實上往往延長了工期，其原因是多數(shù)砂處理設(shè)備制造廠家技術(shù)力量相對薄弱，方案設(shè)計、提出土建公用資料等需要較長的時間，個別合同簽訂后，2～3個月才能拿出初步土建資料，影響廠房土建設(shè)計，對整個項目進(jìn)度影響很大。

砂處理設(shè)備制造廠家往往只設(shè)計工藝圖和機(jī)械化圖，動力、照明等一般都不設(shè)計，但工程設(shè)計人員往往認(rèn)為既然是總包，就應(yīng)該是全部工種，因此，工程設(shè)計中照明系統(tǒng)等就不設(shè)計了（由于砂處理工部照明系統(tǒng)與設(shè)備關(guān)系密切，對設(shè)備不了解時，也很難設(shè)計），這樣，就容易造成設(shè)計漏項。

正如世間萬物，各種事物有其長處必有其短處，對每個砂處理設(shè)備制造廠家來說，有一兩樣優(yōu)秀產(chǎn)品就不錯了，不可能全是最好的，但為了總體承包，其立足點是全選自己的設(shè)備，因此，在工藝布置上就有可能存在不合理的地方，在使用過程中存在短板效應(yīng)。近年來砂處理系統(tǒng)總體承包的項目，由于某一設(shè)備卡殼，而影響整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的現(xiàn)象時有發(fā)生。

另外，某些砂處理設(shè)備制造廠為了獲得更大利潤，將設(shè)備型號減小的現(xiàn)象也時有發(fā)生，給將來使用帶來了很大的隱患。

6 幾點建議

（1）砂處理系統(tǒng)至關(guān)重要，應(yīng)合理設(shè)計。方案設(shè)計時要盡量從系統(tǒng)上保證型砂能夠穩(wěn)定、均勻供給造型線，方案設(shè)計要多次評審，設(shè)備選型要最優(yōu)化。

（2）關(guān)鍵設(shè)備選型很重要，要結(jié)合我國砂處理設(shè)備的特點和實際使用中的效率來選擇關(guān)鍵設(shè)備，大型進(jìn)口造型線盡量選用進(jìn)口混砂機(jī)。

（3）我國砂處理設(shè)備廠家生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備的能力還有待提高。國內(nèi)生產(chǎn)小規(guī)格的砂處理設(shè)備已經(jīng)成熟，但在大型砂處理設(shè)備制造方面，從生產(chǎn)率、可靠性等方面，與國外相比還有一定的差距，建議重點突破，盡快趕上。

（4）為減少投資，在建設(shè)周期允許的情況下，砂處理的各層平臺最好與廠房柱子發(fā)生關(guān)系，而不是單獨立柱。同時建設(shè)周期要合理、科學(xué)，盡量避免為了形象而不顧成本的所謂“形象工程”。

（5）為縮短建設(shè)周期，砂處理工部設(shè)計最好由工藝設(shè)計單位進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計，然后按圖招標(biāo)，避免方案不同評標(biāo)困難和提供工程設(shè)計資料不及時影響整個土建設(shè)計進(jìn)度。

Basic Situation of Chinese Sand Preparation Plant

LIU XiaoLong

（Scivic Engineering Corporation，Luoyang 266400，Henan China）

The component and system basic requirement of sand preparation plant are introduced in this paper.Basic situation of key equipment for Chinese sand treatment is described by statistics. According to the specialty of Chinese sand preparation plant manufactory，the merits and drawbacks of sand treatment overall contract are analysed.Simultaneity，author's advice is proposed.

Sand treatment；Belt conveyer；Skip hoist；Cooler；Sand mixer；Green sand property on-line test

TG331.2;

A；

1006－9658（2010）03－5

2009-12-23

2009-169

劉小龍（1964-），男，教授級高工，機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計研究院鑄造所所長，主要從事鑄造工程設(shè)計和鑄造非標(biāo)設(shè)備設(shè)計