鑄造車間砂處理系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)探討

劉宏亮

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

鑄造車間砂處理系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)探討

劉宏亮

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

從工程設(shè)計(jì)的角度對鑄造車間砂處理系統(tǒng)的基本要求、工藝流程和設(shè)備形式選擇進(jìn)行了介紹，并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)例對砂處理工部的布置形式進(jìn)行了說明。

砂處理系統(tǒng)；自動造型線；塔式布置

0　前言

造型工部是潮模砂鑄造車間的核心，與其聯(lián)系最緊密的是砂處理工部，型砂性能對鑄件質(zhì)量的影響占50%～70%，特別是當(dāng)采用自動造型線和混砂周期短的高效混砂機(jī)時(shí)，型砂性能一旦失控，在短時(shí)間內(nèi)就會產(chǎn)生大量廢品。近年來自動造型線和先進(jìn)砂處理關(guān)鍵設(shè)備的廣泛應(yīng)用,使國內(nèi)的砂處理系統(tǒng)更加先進(jìn)和規(guī)范化，整體水平也越來越高，目前已逐漸形成了模塊化。本文以自動造型線配套砂處理系統(tǒng)為例,就砂處理系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)談?wù)剛€(gè)人看法，以供鑄造工作者探討。

1　砂處理系統(tǒng)的基本要求[1]

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。砂處理系統(tǒng)一般包括舊砂回用處理系統(tǒng)、舊砂中間斗儲存系統(tǒng)、型砂混制和輸送系統(tǒng)、新砂儲存和輸送系統(tǒng)、輔料儲存和輸送系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等幾個(gè)子系統(tǒng)。

目前，隨著對鑄件品質(zhì)要求的提高，對砂處理系統(tǒng)的要求也越來越高。

為了保證型砂性能達(dá)到造型需求，砂處理各子系統(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(shí)、穩(wěn)定，實(shí)行在線檢測、控制，通常：

舊砂冷卻器出口處水份含量：1.5%～2.5%，舊砂溫度：＜環(huán)境溫度+10 ℃；

舊砂冷卻器內(nèi)水份檢測精度：±0.1%；

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

輔料秤定量精度：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%。

對型砂性能的一般要求見表1。

表1　型砂性能的一般要求

注：對于不同的自動造型線，型砂性能是有些不同和特定要求的。

另外，為了保證舊砂性能的穩(wěn)定（即將不同階段的舊砂混合），通常盡可能地多設(shè)幾個(gè)舊砂中間斗，每個(gè)舊砂中間斗中舊砂的加入是階段性的，而出砂是連續(xù)性的。通常舊砂的儲存量要滿足兩個(gè)條件，一是大于每小時(shí)混砂量的2.5倍，以便于舊砂中有效膨潤土的濕潤；二是大于造型線全線型砂量，以便于造型線長時(shí)間停產(chǎn)時(shí)儲存全線型砂。

當(dāng)然，一個(gè)合理的砂處理系統(tǒng)，除選用符合造型線型砂性能要求、精度高、可靠性好的關(guān)鍵設(shè)備，還必須配備與關(guān)鍵設(shè)備配套的機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)備和除塵系統(tǒng)，并保證所有子系統(tǒng)也同時(shí)合理有效。

2　砂處理系統(tǒng)的工藝流程[2]

產(chǎn)品不同，造型工藝不同，對型砂性能的要求也有差異，故采用的砂處理工藝流程也會有所不同。對于新建或改造項(xiàng)目，一個(gè)合理的砂處理系統(tǒng)，其工藝流程應(yīng)在滿足型砂性能和產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下，使造型線的優(yōu)勢最大程度地發(fā)揮出來。典型砂處理系統(tǒng)的工藝流程見圖1。

圖1　典型砂處理系統(tǒng)的工藝流程圖

3　砂處理系統(tǒng)的設(shè)備形式選擇

3.1機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)備[3]

目前，國內(nèi)高效砂處理系統(tǒng)一般通過皮帶機(jī)、斗提機(jī)、圓盤給料機(jī)、螺旋給料機(jī)、氣力輸送裝置等機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)備把破碎篩分設(shè)備、舊砂冷卻設(shè)備、混砂機(jī)等聯(lián)系起來，組成自動流水線為造型線提供合格型砂。在工程設(shè)計(jì)時(shí)，通常要注意以下幾點(diǎn)：

(1)皮帶機(jī)一般選用槽形托輥的皮帶機(jī)，但在裝有帶式磁選機(jī)或卸料器處的前后托輥必須為平行托輥，且此處的輸送帶面傾角宜不大于10°；

(2)對于裝有雙輪破碎機(jī)或松砂機(jī)處，皮帶機(jī)輸送帶面傾角不得大于12°；

(3)從落砂到舊砂冷卻器前的舊砂皮帶機(jī)要采用耐熱橡膠輸送帶，斗提機(jī)要采用耐熱鋼絲繩膠帶，耐熱溫度：≥120 ℃；

(4)皮帶機(jī)平轉(zhuǎn)斜和斜轉(zhuǎn)平盡量采用槽形托輥組成凹弧段和凸弧段改向，盡量不用壓輪和改向滾筒；

(5)皮帶機(jī)輸送不同砂子的傾角不宜大于表2中的推薦最大角度，輸送不同砂子的傾角見表2；

表2　輸送不同砂子的傾角

(6)篩分設(shè)備前的舊砂輸送盡量不用斗提機(jī)；

(7)運(yùn)輸設(shè)備的驅(qū)動電機(jī)要考慮檢修方便，必要時(shí)設(shè)置檢修平臺及單軌葫蘆；

(8)混砂機(jī)下方給料機(jī)料斗的有效容量一般為2倍的每碾混砂量。

3.2磁選裝置

自動造型線對型砂內(nèi)鐵磁性異物的含量有很嚴(yán)格的要求，因此在砂處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)通常采用三級磁選（每級磁選的表面磁場強(qiáng)度均不低于2 500高斯）對砂層表面和內(nèi)部的鐵磁性物進(jìn)行清除，其中一級帶式磁選、二級永磁皮帶頭輪磁選通常在同一條皮帶機(jī)上配置，三級帶式磁選在進(jìn)破碎篩分設(shè)備前的另一條皮帶機(jī)上配置。

3.3破碎篩分設(shè)備[1]

近年來，以精細(xì)多角篩為代表的篩分設(shè)備在工程中應(yīng)用較多，多角篩不僅可以使砂塊在篩體內(nèi)上升、下落、前進(jìn)，達(dá)到破碎和精細(xì)篩分的效果，同時(shí)，在通風(fēng)除塵系統(tǒng)的作用下，對舊砂還具有一定的冷卻作用。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的多角篩都來自國外技術(shù)，基本能滿足生產(chǎn)要求，但對于120 t/h以上的砂處理系統(tǒng)建議選用兩級篩或兩臺篩并聯(lián)的形式。

3.4關(guān)鍵設(shè)備[1]

舊砂冷卻設(shè)備、混砂機(jī)、型砂在線檢測被廣大鑄造工作者認(rèn)為是砂處理系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。為了確保砂處理系統(tǒng)的可靠性，目前國內(nèi)80 t/h以上的砂處理系統(tǒng)采用進(jìn)口設(shè)備的較多。在設(shè)備生產(chǎn)率選擇上，一般國產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備按實(shí)際生產(chǎn)率為設(shè)備額定生產(chǎn)率的60%選擇，外資或合資關(guān)鍵設(shè)備按實(shí)際生產(chǎn)率為設(shè)備額定生產(chǎn)率的80%選擇，進(jìn)口關(guān)鍵設(shè)備按實(shí)際生產(chǎn)率為設(shè)備額定生產(chǎn)率的90%選擇。關(guān)鍵設(shè)備的實(shí)際生產(chǎn)率至少要與造型線小時(shí)最大型砂需求量基本一致。

3.4.1舊砂冷卻設(shè)備

舊砂溫度對型砂性能起決定性因素，必須嚴(yán)格控制,通常舊砂冷卻設(shè)備的生產(chǎn)率要大于混砂機(jī)生產(chǎn)率10%左右。目前，國內(nèi)常選用的舊砂冷卻設(shè)備有雙盤冷卻器和振動冷卻沸騰床。雙盤冷卻器對舊砂有預(yù)混作用，可提高型砂的混制效率，且結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動噪聲??；振動沸騰冷卻床從冷卻理論上說是最好的冷卻設(shè)備，但內(nèi)部加水時(shí)底部魚鱗網(wǎng)孔易堵塞，清理工作量大，且為振動設(shè)備，運(yùn)動噪聲大。目前國內(nèi)在實(shí)際選用時(shí)，在80 t/h以上的砂處理系統(tǒng)選用進(jìn)口雙盤冷卻器的較多，在80 t/h以下的砂處理系統(tǒng)選用國產(chǎn)振動冷卻沸騰床的較多。

3.4.2混砂機(jī)

近年來，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，為了確保型砂性能的一致性，通常最多選用2臺混砂機(jī)來滿足型砂需求。目前國內(nèi)在實(shí)際選用時(shí)，在80 t/h以上的砂處理系統(tǒng)選用1臺進(jìn)口混砂機(jī)的較多。

3.4.3型砂在線檢測

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。該裝置有的安裝在混砂機(jī)的側(cè)面底部，有的安裝在混砂機(jī)出口的帶式輸送機(jī)上。在控制上，通過對型砂中的緊實(shí)率、濕壓強(qiáng)度的實(shí)時(shí)檢測，并與目標(biāo)設(shè)定值進(jìn)行比較、計(jì)算后，自動調(diào)整和控制水、膨潤土的加入量，達(dá)到實(shí)時(shí)控制型砂質(zhì)量的目的。目前國內(nèi)在實(shí)際選用時(shí)，一般將型砂在線檢測與混砂機(jī)綁定供貨。

3.5新砂儲存和輸送系統(tǒng)

隨著專業(yè)化的發(fā)展和運(yùn)輸效率的大幅提高，很多鑄造企業(yè)不再設(shè)置專門的濕新砂烘干處理環(huán)節(jié)，而是直接采購成品袋裝烘干砂，并且對于砂芯較多的鑄造車間，由于芯砂進(jìn)入了砂處理系統(tǒng)，新砂加入量很少或者根本不補(bǔ)加。因此，一般僅在砂處理工部附近設(shè)置適量的新砂庫即可，袋裝砂拆包后通過機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)備輸送到新砂庫中儲存待用或直接輸送到混砂機(jī)上方新砂斗。

3.6輔料儲存和輸送系統(tǒng)

近年來，輔料的儲存和輸送一般有兩種模式。一是鑄造企業(yè)附近有輔料供貨商，配送及時(shí)，鑄造企業(yè)一般僅在混砂機(jī)上方設(shè)置輔料庫，通過粉料罐車直接壓送到混砂機(jī)上方料斗內(nèi)使用；二是采購成品袋裝輔料，在砂處理工部附近設(shè)置適量的輔料庫，拆包后通過氣力輸送裝置壓送到輔料庫中儲存待用，根據(jù)混砂機(jī)上方料斗的料位信號，自動通過氣力輸送裝置壓送到混砂機(jī)上方料斗內(nèi)使用。

3.7除塵系統(tǒng)

砂處理系統(tǒng)一般靠近造型工部，尤其是落砂區(qū)，如果環(huán)境不好將直接影響整個(gè)鑄造車間的環(huán)境。根據(jù)砂處理系統(tǒng)的揚(yáng)塵點(diǎn)位置及粉塵特性，一般將砂處理系統(tǒng)的除塵劃分為落砂、舊砂冷卻器前、舊砂冷卻器、舊砂冷卻器后4個(gè)除塵單元。落砂單元一般單獨(dú)設(shè)置1套除塵系統(tǒng)，其它3個(gè)單元一般有三種除塵方案可選，組合方案及優(yōu)缺點(diǎn)見表3。目前國內(nèi)高效砂處理系統(tǒng)采用較多的是2套系統(tǒng)的除塵方案。另外，為了使除塵系統(tǒng)的效果得到充分發(fā)揮，防止從落砂到舊砂冷卻器之間（含舊砂冷卻器）的除塵器及除塵管路“結(jié)露”，國內(nèi)通常采取的措施是管道加熱裝置送熱風(fēng)。

表3　三種除塵方案優(yōu)缺點(diǎn)

4　砂處理工部的布置形式

近年來，由于高效率高可靠性斗式提升機(jī)的使用，砂處理系統(tǒng)主體部分的工藝布置逐步向“塔式布置”發(fā)展，工程設(shè)計(jì)時(shí)通常將舊砂回用處理系統(tǒng)（以下稱“第一塔”）、舊砂中間斗儲存系統(tǒng)（以下稱“第二塔”）、型砂混制和輸送系統(tǒng)（以下稱“第三塔”）3個(gè)子系統(tǒng)組合后布置在一個(gè)獨(dú)立區(qū)域內(nèi)，即砂處理工部。這三塔經(jīng)不同變形組合可以組成不

TG231.2；

A；

1006-9658（2015）06-0033-04

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.06.010

2015-06-09

稿件編號:1506-966

劉宏亮（1979—），男，工程師，主要從事鑄造車間工程設(shè)計(jì).