鉻鐵礦砂回收設(shè)備的研制應(yīng)用

孫學(xué)忠

（青島五洋鑄機(jī)有限公司，山東青島 266721）

鉻鐵礦砂是一種優(yōu)質(zhì)的中性造型材料，在鑄造中具有優(yōu)良的激冷特性，線膨脹小，不與其它金屬氧化物反應(yīng)，有良好的抗金屬滲透性能，可使用各種黏結(jié)劑，無硅砂對人體健康的不利影響，用于大型碳鋼和錳鋼鑄件時，可有效防止機(jī)械粘砂和裂紋等鑄造缺陷，還可促進(jìn)順序凝固，保證鑄件質(zhì)量。近年來高端鑄件的快速發(fā)展帶動了鉻鐵礦砂用量的增加，但這種材料國內(nèi)產(chǎn)量很少，大部分由南非進(jìn)口，價格為石英砂的十倍以上。國外資料介紹鉻鐵礦砂回收設(shè)備是鑄造工廠的“印鈔機(jī)”。鉻鐵礦砂回收有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 鉻鐵礦砂回收過程

鑄造工廠的鉻鐵礦砂回收一般是由舊砂預(yù)處理、二級磁分、重力精選三個系統(tǒng)并配以抽風(fēng)除塵和電氣控制等組成。

舊砂預(yù)處理是先將回收的舊砂除鐵、振動破碎、沸騰去灰并進(jìn)行篩分的工藝過程，一般樹脂砂或水玻璃砂生產(chǎn)線的再生系統(tǒng)皆可借用。

磁分系統(tǒng)是利用鉻鐵礦砂的微弱磁性，通過高強(qiáng)度永磁分離滾筒將其和無磁性的石英砂分離。

重力精選則是利用物料密度的差異，在具有沸騰和振動的篩面上進(jìn)行精選分離，鉻鐵礦砂密度為4 g/cm3～4.8 g/cm3，石英砂密度為 2.65 g/cm3，可以通過重力精選進(jìn)行分離。

2 鉻鐵礦砂回收成套設(shè)備

本公司根據(jù)國內(nèi)市場需要，研發(fā)了鉻鐵礦砂回收成套設(shè)備，鉻砂精選機(jī)2010年獲國家發(fā)明專利（ZL200910138885.0）.

2.1 舊砂預(yù)處理設(shè)備

預(yù)處理的舊砂由提升機(jī)加入過渡砂斗，如圖1所示。電磁振動給料機(jī)將物料均勻落入中磁滾筒表面，鐵粉及鐵磁雜物被選出，物料再經(jīng)電磁振動給料機(jī)均勻落入高磁滾筒表面，石英砂與磁性砂分離，磁性砂經(jīng)篩分后落入防偏析砂斗中，精選機(jī)將呈現(xiàn)磁性的石英砂和鉻鐵礦砂分離。

2.2 二級磁分設(shè)備

二級磁分設(shè)備采用永磁分離滾筒，永磁分離滾筒的工作原理見圖2，電磁振動給料機(jī)將物料平穩(wěn)均勻地落入滾筒表面，磁性物質(zhì)被磁系吸住沿滾筒表面旋轉(zhuǎn)至分離調(diào)節(jié)板后落下，無磁性的石英砂沿滾筒表面拋向滾筒前方，由分離溜槽收集。中磁分離滾筒選出物料中的鐵磁雜質(zhì)，保證了高磁分離滾筒的正常運(yùn)行，提高了鉻鐵礦砂的回收率。

圖1 鉻礦砂回收成套設(shè)備

圖2 永磁分離滾筒工作原理圖

某公司生產(chǎn)的鉻鐵礦砂回收成套設(shè)備工藝流程見圖3，物料先經(jīng)高磁分離、重力精選后再去除鐵雜，使用中發(fā)現(xiàn)鐵粉等高磁性物質(zhì)在光滑的高磁滾筒表面粘附，并逐漸累積至一定高度，影響了鉻砂的分離回收，這是因?yàn)榇畔祵@些高磁性物質(zhì)的吸力大于滾筒表面摩擦力所致。這些高磁性的堆集物一直和滾筒表面接觸摩擦，不能隨滾筒旋轉(zhuǎn)卸出。物料先經(jīng)中磁分離則很好地解決了上述問題。

2.3 鉻砂精選設(shè)備

鉻砂精選機(jī)是保證鉻鐵礦砂回收純度的關(guān)鍵設(shè)備，結(jié)構(gòu)見圖4，主要由振動機(jī)構(gòu)、篩體、供風(fēng)系統(tǒng)組成。

振動機(jī)構(gòu)是由行星摩擦式無級變速機(jī)、三角膠帶、驅(qū)動軸、推拉桿、板簧和縱橫向可調(diào)的振動架組成。

減速機(jī)經(jīng)三角皮帶帶動驅(qū)動軸兩端的偏心軸轉(zhuǎn)動，通過推拉桿使振動架振動，調(diào)整偏心套的位置即可改變振體振幅，本機(jī)有2 m～10 mm九檔振幅可調(diào)，方便不同物料分選時選擇。

減速機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速可在200 r/min～1 000 r/min范圍內(nèi)選擇，振頻調(diào)節(jié)方便。

可調(diào)式振動架用以調(diào)節(jié)篩體的前后及左右傾角，本機(jī)前后傾角可調(diào)范圍為0°～10°，左右傾角可調(diào)范圍為0°～-6°.

圖3 某公司鉻砂回收工藝流程

圖4 鉻砂精選機(jī)構(gòu)圖

篩體由上篩體、篩網(wǎng)、下篩體和出砂分離流槽組成。

下篩體固定于振動機(jī)架上，上下篩體之間裝有一層通風(fēng)的特制耐磨板網(wǎng)。工作中，篩體下室鼓入一定風(fēng)壓的風(fēng)量，使篩面上密度小的物料不能向前拋擲運(yùn)動，而密度大的物料則沿篩面向前拋擲運(yùn)動。在篩面左右負(fù)傾角的影響下，物料布滿整個篩面并沿出砂口匯流入相應(yīng)的溜槽卸出，前面卸出的為密度大的鉻鐵礦砂，后面卸出的為密度小的石英砂，中間會有部分混合砂應(yīng)返流重選或特設(shè)雙腔砂倉集中處理。篩體的多個出料口方便了鉻砂回收純度的選擇。

鉻砂精選機(jī)是根據(jù)物料的不同密度，利用振動和流化床原理而設(shè)計的重力精選設(shè)備，物料的顆粒直徑對臨界流化速度的影響很大，流化床相關(guān)資料介紹：

式中：W臨——臨界流化速度，m/s；

dp——顆粒直徑，m;

rs——顆粒密度，kg/m3;

rf——?dú)怏w密度，kg/m3;

z——?dú)怏w粘度，厘泊。

公式中顆粒直徑dp的計算指數(shù)為1.82，遠(yuǎn)大于顆粒密度rs的指數(shù)0.94，氣體的黏度和密度影響也很小。由此可知，兩種物料的密度差越小其流化速度亦越接近，顆粒直徑則對臨界流化速度影響越大。精選前篩除大顆粒石英砂是保證鉻砂回收純度的必要條件。調(diào)整篩分目數(shù)可回收較細(xì)的鉻鐵礦砂。

鉻鐵礦砂及石英砂的角形系數(shù)對物料的流動有很大的影響，砂斗內(nèi)物料流動偏析使出料比例波動變化，從而影響精選機(jī)的回收純度和生產(chǎn)效率，防偏析砂斗是簡易有效的解決措施。

2.4 供風(fēng)系統(tǒng)

供風(fēng)系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)、濾氣布袋、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥和穩(wěn)壓風(fēng)箱組成。

鼓風(fēng)機(jī)將過濾后的潔凈空氣經(jīng)軟連接鼓入篩體下室，使篩面上的物料在振動中流化沸騰。潔凈的空氣有效避免了特制篩板網(wǎng)孔的堵塞。

2.5 鉻鐵礦砂回收設(shè)備的布置

鉻鐵礦砂回收設(shè)備常有兩種布置形式，一是車間高度大于10 m的采用塔式布置，見圖5，待選砂一次提升即可完成磁分和精選。二是較低的車間高度可將磁分與精選分開，增加一臺斗提將磁分后的石英砂提升至精選單元，形成并聯(lián)布置，見圖6.

3 鉻鐵礦砂回收設(shè)備使用示例

某公司生產(chǎn)不銹鋼閥門類零件，最大閥體重2.7 t，堿性酚醛樹脂砂工藝，見圖7～圖10生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)場，面砂全部為鉻鐵礦砂，背砂為石英砂。該公司塔式結(jié)構(gòu)的鉻鐵礦砂回收成套設(shè)備串聯(lián)于原有舊砂再生處理之后，每天回收鉻鐵礦砂2.5 t～3 t,每月為補(bǔ)充損失，只添加新鉻砂1 t～2 t，鉻鐵礦砂回收設(shè)備自2012年5月投產(chǎn)至今，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行可靠。

圖5 塔式布置現(xiàn)場

圖6 并聯(lián)布置現(xiàn)場

圖7 鉻砂面砂

圖8 型腔表面

圖9 石英砂背砂

圖10 鉻砂砂芯

磁分單元處理能力8 t/h；

精選單元處理能力≥1 t/h；

鉻砂回收純度≥98%；

除塵排放≤50 mg/Nm3；

成套設(shè)備裝機(jī)總功率17.5 kW（含除塵風(fēng)機(jī)）。

4 結(jié) 語

現(xiàn)已售出的鉻鐵礦砂回收設(shè)備使用廠分別有冷芯樹脂砂、堿性酚醛樹脂砂、派普樹脂砂和水玻璃砂，各廠都實(shí)現(xiàn)了鉻鐵礦砂的回收再利用，江蘇某廠半年回收鉻砂經(jīng)濟(jì)效益即大于全部設(shè)備投資。