干法砂再生工藝裝備的應(yīng)用

吳劍（江陰智銘鑄造裝備應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)室，江蘇江陰　214400）

干法砂再生工藝裝備的應(yīng)用

吳劍
（江陰智銘鑄造裝備應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)室，江蘇江陰214400）

本文論述了鑄造砂處理中，砂再生的工藝裝備與技術(shù)性能的共性與特性。并對應(yīng)于舊砂處理應(yīng)用干法再生，對應(yīng)于自硬砂鑄造工藝產(chǎn)生的舊砂進(jìn)行軟再生處理模式。探討國內(nèi)鑄造裝備在砂再生處理典型工序環(huán)節(jié)的應(yīng)用狀態(tài)，拓展鑄造工藝裝備的科技創(chuàng)新發(fā)展活力。

鑄造裝備；砂再生；干法再生

自硬砂鑄造工藝與傳統(tǒng)的黏土砂鑄造工藝相比，在環(huán)保、節(jié)能、碳排放和成本上，具有很明顯優(yōu)勢［1，4］。而從鑄造企業(yè)綜合效益來講，自硬砂工藝的砂再生系統(tǒng)，是生產(chǎn)過程的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。體現(xiàn)在：節(jié)省原砂資源，減少工業(yè)廢棄物，對環(huán)境減少污染，改善工作環(huán)境，提高機(jī)械化運(yùn)作水平等。是一種先進(jìn)的鑄造生產(chǎn)工藝流程［1］。

目前，應(yīng)用于鑄造生產(chǎn)砂再生的工藝類別大致可分成：干法再生、濕法再生和熱法再生三大類型［2，4］。特別是利用有機(jī)脂為黏結(jié)劑的自硬砂鑄造生產(chǎn)（亦包括其他類型的鑄造工藝），在舊砂再生處理環(huán)節(jié)上得到廣泛的應(yīng)用。其結(jié)果是以獲得廢、舊砂改良再生，并符合型砂性能要求、降低生產(chǎn)成本、促進(jìn)環(huán)保、資源再利用為目的［3，4］。

砂再生的過程，是一種以專用砂再生裝備來對廢、舊砂進(jìn)行處理的過程。是對自硬砂的失效脆性狀、潰散狀的惰性膜進(jìn)行脫膜，去膜，圓整的過程。對半黏結(jié)狀和黏結(jié)狀的未失效的舊砂進(jìn)行團(tuán)塊破碎，分解，松散和冷卻再利用的過程［3，5］。

1　重視砂再生的必要性

隨著各種類型的鑄造生產(chǎn)工藝的普及應(yīng)用，產(chǎn)生越來越多的廢舊砂處理問題［3-5］。在過去的一段時(shí)間里，產(chǎn)生的舊砂在很大程度都作為廢砂處理掉。由于環(huán)境污染和原砂資源問題的突顯，必須考慮鑄造工業(yè)生態(tài)發(fā)展的前景，必須重視砂再生的必要性。

在鑄造生產(chǎn)流程上，對各環(huán)節(jié)舊砂溫度的控制、再生處理，使舊砂轉(zhuǎn)化成再生回用砂，去替代原、新砂使用的多種場合，是一種節(jié)約生產(chǎn)成本的有效措施。

目前，在舊砂再生工藝中，通常采用（機(jī)械）干法再生、（焙燒）熱法再生和（水洗）濕法再生三大工藝類型的裝備。以滿足不同舊砂性質(zhì)的再生工藝要求。

本文表述的干法砂再生工藝裝備與技術(shù)性能帶有一定的普遍性和技術(shù)特定性。用戶可以根據(jù)自己鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)進(jìn)行合理選擇應(yīng)用。

2　干法砂再生核心裝備與性能

機(jī)械干法再生處理的工藝過程，主要利用相互配套的機(jī)械設(shè)備來實(shí)現(xiàn)舊砂再生。其中包括：振動(dòng)落砂機(jī)、振動(dòng)破碎機(jī)、振動(dòng)沸騰冷卻機(jī)、振動(dòng)輸送篩分機(jī)、再生機(jī)、磁選機(jī)、風(fēng)選機(jī)和提升機(jī)等，以及合理配套的除塵系統(tǒng)。構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的砂再生單元［2-4］。

其核心裝備是類別多樣的破碎機(jī)和再生機(jī)，并在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

2.1慣性振動(dòng)破碎機(jī)

慣性振動(dòng)破碎機(jī)其形式很多，適用于多種類型的舊砂破碎再生，是舊砂再生的核心設(shè)備之一。其主要利用機(jī)械振動(dòng)的方式使干舊砂團(tuán)塊產(chǎn)生相互磨搓、碰撞和擠壓而達(dá)到使舊砂團(tuán)塊破碎、搓磨再生的目的［3］。其工作機(jī)理是利用振動(dòng)電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力［3，4］，使舊砂團(tuán)塊在振動(dòng)機(jī)體內(nèi)自磨而破碎，出料粒度均勻，可提高舊砂再生的舊砂回用率。

慣性振動(dòng)破碎機(jī)是一種具有破碎，篩分，搓磨再生多道工序?yàn)橐惑w的再生破碎設(shè)備［4］。其技術(shù)特性是以單質(zhì)體線性振動(dòng)的激振形式，利用主振電機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)力激振，達(dá)到舊砂團(tuán)塊破碎的功能。結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

1-振動(dòng)電機(jī)；2-隔振彈簧；3-入料口；4-參振筒體；5-機(jī)架；6-篩孔板；7-排渣口；8-出料口；9-檢修門。圖1　振動(dòng)落砂破碎機(jī)

2.2強(qiáng)力搓磨再生裝置

強(qiáng)力搓磨再生機(jī)是一種新型的、機(jī)械干法再生處理的核心裝備之一。適用于樹脂砂、水玻璃砂、覆膜砂和殼型砂等廢舊砂的再生處理［4，5］。

強(qiáng)力搓磨再生機(jī)具有能使舊砂形成密相沸騰、使砂與葉片強(qiáng)力對流搓擦、冷卻、去灰和除塵的柔性（軟）再生功能。其技術(shù)特性體現(xiàn)了具有脫膜能力強(qiáng)、保持砂粒完整、凈化原砂和去灰降溫的特點(diǎn)［3，4］。結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

1-鼓風(fēng)機(jī)；2-檢修門；3-進(jìn)料口；4-電動(dòng)機(jī)；5-除塵口；6-排料口；7-室體；8-摩擦葉片；9-風(fēng)室；10-機(jī)架。圖2　強(qiáng)力搓磨再生機(jī)

2.3筒式振動(dòng)搓磨再生機(jī)

筒式振動(dòng)搓磨再生機(jī)是一種新型的、機(jī)械振動(dòng)的、干法再生機(jī)?？蛇M(jìn)行冷卻、破碎搓磨和有效去除舊砂惰性膜，而使舊砂獲得再生回用的工藝裝備之一。

筒式振動(dòng)搓磨再生機(jī)的振動(dòng)機(jī)理是利用振動(dòng)電機(jī)的同軸向高速回轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的慣性離心力使筒體在隔振彈簧上作高頻圓振動(dòng)（非線性）的慣性振動(dòng)機(jī)。由于采用振動(dòng)搓磨機(jī)理，可適應(yīng)較高的廢舊砂溫度進(jìn)入［3，4］。

其技術(shù)特性是利用慣性振動(dòng)機(jī)理使舊砂形成對流搓擦、冷卻、去灰和除塵，形成軟再生功能。結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

1-檢修門；2-進(jìn)料口；3-參振筒體；4-振動(dòng)電機(jī)；5-隔振彈簧；6-除塵風(fēng)口；7-篩孔板；8-觀察門；9-機(jī)架；10-出料口。圖3　筒式振動(dòng)搓磨再生機(jī)

慣性振動(dòng)破碎機(jī)、強(qiáng)力搓磨再生機(jī)、筒式振動(dòng)搓磨再生機(jī)三種干法砂再生機(jī)，均可根據(jù)鑄造砂處理生產(chǎn)線的工藝要求合理選擇應(yīng)用。并應(yīng)充分考慮舊砂的團(tuán)塊、舊砂顆粒度、舊砂溫度等因數(shù)。充分發(fā)揮其單機(jī)設(shè)備的功能與技術(shù)特性。在砂再生工藝的生產(chǎn)線上體現(xiàn)其核心作用。

3　砂再生工藝單元

目前，國內(nèi)自硬砂工藝裝備發(fā)展迅速，砂再生工藝生產(chǎn)線的應(yīng)用已是很普遍，而且生產(chǎn)類型亦很多，是鑄造生產(chǎn)過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

砂再生處理的典型工藝案例：可適用于中小型鑄造生產(chǎn)的砂處理再生工藝流程。尤其是廢舊砂堆積量大、環(huán)?？刂?、無法排放時(shí)，考慮再生回用是一個(gè)合理的選擇。形式如圖4、圖5.

1-雙質(zhì)體振動(dòng)落砂機(jī)；2-過渡砂斗；3-振動(dòng)輸送機(jī)；4-除塵罩；5-強(qiáng)力磁選機(jī)；6-振動(dòng)破碎機(jī)；7-破碎機(jī)除塵罩；8-振動(dòng)沸騰冷卻機(jī)；9-斗式提升機(jī)；10-皮帶輸送機(jī)；11-振動(dòng)給料機(jī)；12-落砂機(jī)除塵罩；13-地坑防護(hù)蓋；14-除塵管路系統(tǒng)；15-風(fēng)力分選機(jī)；16-砂庫；17-扶梯防護(hù)欄；18-旋風(fēng)除塵器+布袋除塵器除塵。圖4　40 t/h舊砂干法砂再生處理（落砂、冷卻、破碎）單元

1-講式提升機(jī)；2-強(qiáng)力磁選機(jī)；3-風(fēng)選機(jī)；4-反擊式破碎機(jī)；5-除塵風(fēng)罩；6-強(qiáng)力搓磨破碎機(jī)；7-振動(dòng)篩分機(jī)；8-斗式提升機(jī)；9-舊砂庫；10-除塵風(fēng)管；11-直扶梯；12-布袋除塵器（組合）圖5　20 t/h干法強(qiáng)力搓磨再生處理（風(fēng)選、磁選、篩分）單元

4　再生砂判別的若干問題

砂再生處理是鑄造生產(chǎn)過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)，不管采用哪一種類型（干法、熱法和濕法）其過程都應(yīng)十分重視三個(gè)要素：再生舊砂的質(zhì)量要素、再生工藝裝備的性能要素和工藝過程防塵防毒的措施要素。

4.1再生舊砂的質(zhì)量要素：

1）舊砂中的砂粒團(tuán)應(yīng)徹底解體，顆粒均勻、不易產(chǎn)生鑄造缺陷。

2）去除舊砂中的粉塵，砂粒表面光滑，可減少粘結(jié)劑使用量。

3）殘留物帶來的不利因素、環(huán)境影響應(yīng)有效控制（針對SiO2含量、PH值、酸消耗量、灼燒減量、角形系數(shù)、含水量和灰分含量的技術(shù)指標(biāo)的控制）。

4）建立適合再生流程的工藝檢測手段和方法。

4.2再生工藝裝備的性能要素：

1）選擇軟再生或硬再生工藝裝備，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)用技術(shù)的可行性研究，并充分考慮被再生舊砂的結(jié)果判別。區(qū)分舊砂再生類型的屬性。常用有：一般舊砂再生、高溫?zé)岱ㄔ偕?、濕法舊砂再生和混合型舊砂再生等。

2）工藝裝備的技術(shù)性能和標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)加強(qiáng)裝備先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，特別是核心裝備的創(chuàng)新發(fā)展。完善砂再生工藝和核心裝備的配套性能。

4.3工藝過程防塵防毒的措施要素

1）防塵防毒措施上，必須對型砂混合過程、砂再生過程的微粉含量、有害氣體和砂溫加以控制。特別是能有效控制有害物、氣的專用環(huán)保除塵系統(tǒng)。

2）在排放措施上，強(qiáng)化采取良好的通風(fēng)系統(tǒng)，使排放濃度降低到50ppm以下。才能達(dá)到國家排放的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

5　結(jié)束語

我國一方面由于鑄造廠對舊砂再生不重視，另一方面國內(nèi)舊砂再生鑄造裝備技術(shù)水平低、鑄造生產(chǎn)線上的核心技術(shù)大多依賴進(jìn)口，所以造成舊砂再生推廣較困難，造成砂子浪費(fèi)嚴(yán)重，同時(shí)還造成環(huán)境污染。我國在舊砂再生方面與國際先進(jìn)水平還有很大差距。所以，鑄造工作者需不斷努力積極推動(dòng)砂再生技術(shù)應(yīng)用和技術(shù)裝備的發(fā)展，構(gòu)建共性技術(shù)和先進(jìn)技術(shù)的傳輸平臺(tái)，滿足日益更新發(fā)展的鑄造工業(yè)，最終實(shí)現(xiàn)“清潔生產(chǎn)，綠色環(huán)保”的鑄造新工業(yè)。

［1］吳劍.論舊砂再生及工藝設(shè)備 ［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2003 （02）；4-8.

［2］吳劍.砂再生中振動(dòng)機(jī)械激振力對舊砂搓磨力度的理論分析［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2010（03）：9-11.

［3］吳劍.一種筒式振動(dòng)搓磨再生機(jī)的研究設(shè)計(jì)［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2015（04）：1-2.

［4］吳劍.砂再生與砂冷卻工藝裝備的技術(shù)創(chuàng)新［J］.中國鑄造裝備與技術(shù)，2015（05）：1-3.

［5］吳劍.機(jī)械強(qiáng)力搓磨再生機(jī)的設(shè)計(jì)研究，鑄造設(shè)備與工藝［J］. 2004（05）：28-30.

TG231.5

A

1674-6694（2016）02-0044-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.02.014

2015-10-29 作者簡介：吳劍（1958-），男，高級(jí)工程師，主要從事鑄造設(shè)備設(shè)計(jì)工作。