流態(tài)化技術(shù)在潮模舊砂再生系統(tǒng)中的應(yīng)用

李明（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

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流態(tài)化技術(shù)在潮模舊砂再生系統(tǒng)中的應(yīng)用

李明
（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

摘要：介紹了潮模舊砂熱法再生的工藝流程，并結(jié)合設(shè)備實(shí)例，對(duì)再生系統(tǒng)中核心設(shè)備運(yùn)用流態(tài)化技術(shù)進(jìn)行了闡述說明。認(rèn)為提高流化質(zhì)量，有利于凈化潮模舊砂砂粒表面物，再生砂品質(zhì)優(yōu)秀，完全可以取代新砂使用，能夠達(dá)到造型用砂和制芯用砂的雙重標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：潮模舊砂；砂再生；熱法再生；流態(tài)化；焙燒爐；再生機(jī)

稿件編號(hào)：1602-1262

0 前言

我國是個(gè)鑄造大國，2015年潮模砂鑄造產(chǎn)量大約4 000萬噸，每生產(chǎn)一噸鑄件產(chǎn)生大約一噸的潮模舊砂。大量的潮模舊砂傾倒或填埋，不僅增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時(shí)也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，于國家現(xiàn)行倡導(dǎo)的節(jié)約環(huán)保政策不符，因此實(shí)現(xiàn)舊砂再生，達(dá)到潮模舊砂零排放已迫在眉睫。

1 潮模舊砂再生現(xiàn)狀

潮模舊砂為造型廢砂和制芯廢砂的混合物，由硅砂、膨潤土、煤粉、樹脂、催化劑、固化劑等組成。再生后的舊砂如何能夠同時(shí)滿足造型和制芯，一直是困擾鑄造行業(yè)已久的難題。目前潮模舊砂再生分為熱法再生和濕法再生兩大類。熱法再生因其再生砂急熱膨脹小、熱穩(wěn)定性好、可燃物少和型（芯）砂發(fā)氣性低等優(yōu)勢(shì)，已成為潮模舊砂再生的主流趨勢(shì)。從熱法再生砂的品質(zhì)來看，已滿足造型用砂的要求，但利用冷芯盒工藝制造形狀復(fù)雜的砂芯，還存在強(qiáng)度偏弱的問題，阻礙了潮模舊砂熱法再生的發(fā)展和推廣，究其原因在于硅砂表面清理的不夠徹底。

2 流態(tài)化技術(shù)引入潮模舊砂再生系統(tǒng)的意義

圖1 流態(tài)化不同階段的狀態(tài)

在容器中裝入硅砂，由容器的底部經(jīng)過分布板通入空氣。起初通入的空氣沿著硅砂之間的縫隙溢出，硅砂靜止不動(dòng)，此時(shí)為固定狀態(tài)，見圖1.a。隨著氣體流量的不斷增加，分布板氣體流速不斷增大，當(dāng)氣速達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，硅砂開始松動(dòng)，此時(shí)氣體的操作速度即為起始流化速度，床層表現(xiàn)為臨界流化態(tài)。氣體流量繼續(xù)增加，操作速度大于起始流化速度時(shí)，床層開始膨脹，隨著氣體速度的增加，床層內(nèi)部有氣泡形成，氣泡內(nèi)含有小量的硅砂成為氣泡相，氣泡以外的區(qū)域成為乳化相，此時(shí)為鼓泡狀態(tài)，見圖1.b。隨著氣體操作速度的繼續(xù)提高，氣泡破裂的趨勢(shì)逐漸超過氣泡聚合的趨勢(shì)，導(dǎo)致床內(nèi)氣泡尺寸變小，當(dāng)氣泡尺寸小到和乳相邊界變得較為模糊時(shí)，氣泡中含有更多的顆粒，而乳相中則含有較多的氣體，這時(shí)，床內(nèi)的氣泡無明顯的上升軌跡，而是在不斷聚合和破裂中以無規(guī)律的形式上升，增加了床層的膨脹，強(qiáng)化了氣固之間的接觸，此時(shí)為湍動(dòng)狀態(tài)，見圖1.c。當(dāng)操作速度進(jìn)一步增大，床層繼續(xù)膨脹，顆粒之間的距離拉大，容器內(nèi)無法形成氣泡，砂粒彌散在氣體中，氣固接觸充分，此時(shí)為稀相狀態(tài)，見圖1.d。當(dāng)操作速度進(jìn)一步增大，砂粒被帶出床層，此時(shí)為揚(yáng)析狀態(tài)，見圖1.e。

砂粒流態(tài)化系統(tǒng)屬于砂粒與氣體構(gòu)成的混合物，即氣固兩相體，它具有液體的某些特性，例如：

a.它像液體一樣，有一個(gè)清晰的上界面，且保持水平狀態(tài)。

b.它像液體一樣，能從一個(gè)高位容器流向另一個(gè)低位容器。

c.它像液體一樣，氣固兩相體壓強(qiáng)僅與深度和密度成正比。

d.它像液體一樣，具有一定的黏度。

e.它像液體一樣，床層溫度一致。

利用砂粒流態(tài)化氣固兩相體的以上諸多特征，運(yùn)用到潮模舊砂熱法再生過程中，可以改善和強(qiáng)化砂粒再生過程中的物理化學(xué)變化，從而更有效地清理舊砂表面物。其優(yōu)越性，表現(xiàn)在:

a.砂粒顆粒較小，大大提高氣固兩相間的接觸程度。

b.流化態(tài)砂粒處于強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，兩相間接觸界面不斷更新，強(qiáng)化兩相間的熱、質(zhì)傳遞。

c.反應(yīng)表面積的增大和傳遞過程的強(qiáng)化，使其所進(jìn)行的物理化學(xué)過程更為完全，更為充分，大大提高再生設(shè)備的工作效率。

d.流態(tài)化的流動(dòng)特性便于再生過程中砂粒的運(yùn)輸和轉(zhuǎn)移，進(jìn)行連續(xù)化操作，實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化和生產(chǎn)規(guī)模大型化。

3 流態(tài)化技術(shù)在熱法再生系統(tǒng)中的應(yīng)用

潮模舊砂熱法再生系統(tǒng)原理是利用焙燒去除砂粒表面的碳素可燃物，然后摩擦粉化砂粒表面的粘土膜達(dá)到再生目的，工藝流程見圖2。再生系統(tǒng)中，低溫焙燒爐和機(jī)械再生機(jī)是其核心設(shè)備，均運(yùn)用了流態(tài)化技術(shù)強(qiáng)化反應(yīng)效能。

3.1 低溫焙燒爐

低溫焙燒爐用于去除潮模舊砂表面的煤粉、樹脂等碳素可燃物；由爐體、雨淋加砂裝置、燃燒裝置、鼓風(fēng)裝置、氣體均布裝置、陣列噴嘴裝置、均勻卸砂裝置、熱交換裝置等其它輔助設(shè)施組成，見圖3。

圖2 潮模舊砂熱法再生工藝流程

破碎后的潮模舊砂顆粒經(jīng)由雨淋加砂裝置均勻進(jìn)入爐膛流化層，流化層溫度均勻，碳素可燃物在富氧狀態(tài)下充分燃燒（一次焙燒）；隨后炙熱的舊砂顆粒進(jìn)入熱交換區(qū)，殘余碳素可燃物繼續(xù)自燃（二次焙燒）；最后砂粒從爐底均勻卸料，出口溫度約300 ℃，進(jìn)入下道工序。焙燒完成后，砂粒表觀顏色為由黑色變?yōu)榈S色。

利用流態(tài)化技術(shù)，可以使得潮模舊砂顆粒在流化層鼓泡運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)舊砂在富氧狀態(tài)下的恒溫燃燒， 創(chuàng)造優(yōu)良的燃燒環(huán)境，提高焙燒砂質(zhì)量。

圖3 低溫焙燒爐照片及示意圖

3.2 機(jī)械再生機(jī)

機(jī)械再生機(jī)用于焙燒砂脫殼，同時(shí)將粉化后的粘土灰分分離，由研磨裝置、流化倉、鼓風(fēng)裝置、離心裝置、氣體均布裝置、陣列噴嘴裝置等其他輔助設(shè)施組成，見圖4。

冷卻后的焙燒砂表面粘土膜已脆化，有近60%的粘土膜已在焙燒爐中粉化。機(jī)械再生將剩余的粘土膜粉化，同時(shí)清除砂粒表面灰分和凹槽物。再生完成后，砂粒表觀顏色為由淡黃色變?yōu)榘咨?/p>

利用流態(tài)化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)砂粒在流化倉內(nèi)湍急運(yùn)動(dòng)，在高速旋轉(zhuǎn)的離心裝置作用下，砂粒能夠進(jìn)行成千上萬次的離心碰撞，使砂粒表面清理完全、徹底，提高再生砂質(zhì)量。

圖4 機(jī)械再生機(jī)示意圖

4 應(yīng)用效果

實(shí)踐證明，采用流態(tài)化技術(shù)，并提高流化質(zhì)量，有利于凈化潮模舊砂砂粒表面物，再生砂和新砂采用冷芯盒工藝制芯的相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表1。從表中可以看出，再生砂品質(zhì)優(yōu)秀，完全可以取代新砂使用，能夠達(dá)到造型用砂和制芯用砂的雙重標(biāo)準(zhǔn)。

表1 冷芯盒工藝制芯技術(shù)參數(shù)

參考文獻(xiàn)

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Application of fl uidization technologies in sand reclamation system

LI Ming
(Automotive Engineering Corporation, Tianjin 300113,China)

Abstract:This paper introduces the craft process of sand reclamation system and combined with the example of equipments , expounds the fluidization technologies used in key equipments of sand reclamation system.Believe that improving the quality of fl uidization is benefi cial to purify the surface of used green sand.The quality of the regenerated sand is excellent,which can replace new sand completely,and also can achieve double standards of molding sand and core making sand.

Keywords:used sand of wet mold ; sand reclamation ; hot-reclamation ; fl uidization ; roasting furnace ; sand reclamation machine

中圖分類號(hào)：TG231.5；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

文章編號(hào):1006-9658（2016）03-0072-03

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.022

收稿日期：2016-02-29

作者簡介：李明（1982—），男，工程師，主要從事鑄造設(shè)備設(shè)計(jì)與研究.