现代砂处理工程—应用新技术

一．一段、二段、三段塔式总体布局和工艺过程制沙设备： 
由于现代化高效率高可靠斗式提升机的系列定型、供货，使砂处理工部布局产生了革命性的变花纹输送带化——塔式布置。不仅省去了大量无效水平输送的皮带机，尤其工艺设备可以直接衔接，总体布局紧凑、工艺过程更合理。 
1．三段塔板式喂料机式水平串联直线布置 
已成功用于中国第1、2、3、4条500型/时DISA-230造型线配套砂处理工部——台资苏州勤美达、台资天津勤美达、日资苏州石川制铁、中日合资无锡小天鹅精密铸造等高档小件万吨以上铸造厂。&nb皮带机sp;
（1）第一塔——旧砂自动化输送设备工艺处理单元 
落砂滚筒或落砂机排出的湿热旧砂落在皮带上，由地坑爬出地面后进行悬挂磁选和皮带机磁选头轮二道磁选，随即由高效斗提机提升至第一塔；进入上部的大端进料精细破碎六角NE系列板链式提升机筛，筛孔5-6mm，筛出旧砂中直径≥3mm礓子砂豆，并保证旧砂回收率≥99%。 
第一塔中部是装有上、中、下料位计的匀量储料斗，中、下料位计联锁斗下给料机筛分机械的启停，保证有料输出时热旧砂流量均匀，保证了同步进行的检测旧砂温升和准确地按比例向热旧砂喷水雾的自动增湿工作。十分必要的上料位计可保证旧砂不会充满匀量斗，以致六角筛超载事故。增湿后的旧砂由立式松砂机搅拌均匀，既提高旧砂冷却效果又大大减少湿热旧砂粘结沸腾孔板故障。 
增湿均匀的湿热旧砂经匀量斗下双向皮带给料机进入第一塔下部的振动沸腾冷却机，鱼鳞式不锈钢沸腾孔板自下而上鼓入高速均匀气流，使旧砂呈流态化上下沸腾状态，激烈扰动破坏砂粒表面气化膜，高效传质传热，带走旧砂中增湿的水分即其大量的汽化潜热，每带走1%水分旧砂温度降低25℃，使旧砂温度稳定在40℃以下对辊粉碎机，水份≈2%，从而减少铸件气 孔、针孔、粘砂、冲砂等缺陷并有可能降低废品率为≈2%。 
如上所述，“第一塔”实电磁给料机现了对旧砂的关键工艺处理——破碎、筛分、增湿、冷却；这一过程是获得优质型砂和铸件至关重要的先决条件。 
（2）第二塔——并列式旧砂中间斗单元&n电动提升机bsp;
由3-4小时以上循环砂量的3~4个或更多的旧砂中间储斗组合。旧砂斗储量大，每工作日周转浇注次数少，性能惯性振动器较稳定。尤其并列的多个旧砂中间斗，以料位器控制，从上部按顺序依次进料，从下部多台给料机同时出料；使3~4小时内多个时段的旧砂混匀，使旧砂的有效粘土及煤粉含量、水分、温度等成分和性能波动降至最小，型砂性能易于控制稳定，从而提高铸件品位档次。 
（3）第三塔——配料混砂单元&nbs链式破碎机p;
以混砂机为核心的称量、配料、混砂工部。板链输送机混砂机上3台量程不同的大小微机配料秤不仅对旧砂、粘土、煤粉、水分进行称量配料；并将除尘系统的收尘称量配入型砂，保证铸件光洁度、型砂的韧性和流动性、适当的透气性和收尘中有效成分的回收。为生产高档复杂铸件，设淀粉（糊精）配料用斗和给料机。   混砂机下设不粘料、棚料橡皮料斗和大圆盘给料机，其3盘型砂储量可保证混砂机20秒内快速卸料缩短辅助时间和停机时存料，再以旋转动作和内低外高的掏料刮板将型砂匀速和松软状态送出。圆盘给料机盘底和刮板正面衬有工程塑料板，不粘料且摩擦系数甚低，高强度湿粘型砂输出时阻力小，不会受挤变硬，保持高性能转子混砂机混出型砂的均匀性、流动性十分重要。  
（4）三段塔式水平串联布置振动电机应用特点 
三大倾角挡边输送带段塔式水平串联直线布设特别适合于垂直分型挤压造型线配置。这种线的落旧砂点与用型砂点分别在造型线的两端，物料输出路程长，易于分段塔式水平串联直线布设旧砂处理、混砂和型砂输送。由于占地长而窄，可平行分段、靠近匹配、顺序整齐的布设除尘系统；系统阻力小，除尘效果好，所需风机风压低（一般不需配高压风机）风机能耗低、噪声低，且管道不易结露；外观整齐，通道顺畅，维护清扫方便；也有利收尘向旧砂处理系统回收。 
配料混砂第三塔宜尽量接近造型机布设，减少型砂输送过程中水分散失性能不稳。 
有的造型线落旧砂点与用型砂点距离较近，又是老车间改造，不能用较高的一段或二段塔式布置。可采用N形往返式布置，将三段塔式布设在15×15~18×18m2或更大面积的方形、矩形跨距内。 
三段塔式布置的屋架下弦标高约为14~18m。配用3台高度较低斗式提升机。 
2．二段、一段塔式布置 
水平分型有箱或无箱造型线的落旧砂点和用型砂点较近（相对挤压线），砂处理线成直线拖长布置较难，宜将设备进一步叠加，成二段或一段塔式布置。 
（1）二段塔式布置是取消典型三段布局的第二塔——并列式旧砂中间斗，在混砂单元中部混砂机上设二个大旧砂斗，以2台圆盘或带式给料机同时向大秤给旧砂，进行配料。二个大旧砂斗为从上部顺序进料和下部同时出料，使前后二个时段的旧砂混匀，降低旧砂成分性能的波动。 
二段塔式布置的屋架下弦较三段式高，约为20-24m。提升机高度为中等，配用2台。占地12×12-18×18m2。 
（2）一段塔式布置：自上向下将——破碎筛分、增湿和沸腾冷却、2 个旧砂中间斗和给料机、秤和混砂机——主要设备重叠布置。 
屋架下弦28-30m以上，结构造价较高。提升机高，只用1台，大生产率高提升机，我公司已定型供货。 
（3）二段、一段塔式布置的旧砂斗容量和调匀：混砂机上2个旧砂中间斗可相互调匀，又可用2台双向卸料圆盘给料机和一条皮带机将已筛分冷却处理后的≈50%的旧砂回送到落砂后皮带再进第一台斗提机，调匀数小时时段前后旧砂成分，同时可迅速降低刚刚落砂后旧砂的高温，延长第一台斗提机贵重的耐热高强度提升带的寿命2倍以上，并减少大修停机时间，已在大型柴油机厂实用效果、效益显著。   二段塔式布局，混砂单元中部加2个中间砂斗，使屋架下弦增高至20m以上，应同时加大旧砂处理单元筛分机下旧砂斗，使旧砂储量达3-4小时以上用砂量，弥补取消大容量并列式旧砂中间斗的不足。 
一段塔式布局在中部加大中间砂斗易使砂处理工部的厂房高大大超过30m。可利用混砂机旁空间设落地式大型旧砂中间斗1-2个，沸腾冷却下加中小容量过渡斗和斗下双向皮带给料机，正转时向混砂机大秤加旧砂配料；反转时，用调量闸门控制流量，将数小时前50~70%小时用砂量送回提升机，与刚落砂的热旧砂调匀。 
二．现代混砂机原理、参数、性能： 
（1）对型砂性能工艺要求 
现代高速高压造型机生产精细高档铸件要求型砂综合性能，强度高0.17-0.20Mpa，相反水分低3.4%以下。为解决似矛盾的一对性能，要求混砂机具备相当高的混匀能力，对混砂原理、主参数和设备结构的稳定性都有特别高的要求。 
（2）国际著名品牌德国EIRICH公司转子混砂机的独特优点：采用偏置长圆柱形大直径定位转子，中高的圆盘线速度约18m/s；机盆转动充分连续地向转子供砂；高效率混均达到型砂综合性能。生产率70t/h以下中小机型更进一步采用倾斜25°的旋转机盆，物料旋转至最高点时连续自动下泻供给转子。功率设置分配最佳，混砂转子与供砂机盆驱动功率之比达6：1以上，功率利用最合理，是确切的转子混砂机。 
（3）FME S18型转子混砂机采用中心设置圆周线速度18m/s的长圆柱形大直径转子，行星式三刮板围绕转子连续供料特别充分，特高效率混匀，达到型砂综合性能，湿压强度0.16~0.2Mpa，水分≤3.6%。 
简化了驱动系统，只有高速级标准的立式摆线针轮减速机有稀油润滑。运行可靠，售价降低，维护简单；型砂性能好；转子功率与刮板功率之比为2：1；综合成本最低。 
另加微机集中控制自动分配的润滑脂高压油泵加油系统，保证规范注油，设备运行稳定，维修量少。 
底盘、围圈、弧形刮板均衬不粘料、摩擦系数小的耐磨工程塑料板，使日常维护清理工作量少，混砂机运行功率、能耗节省约20%。 
（4）目前，一般应用较多的转子混砂机为成对偏置固定回转中心转子，4个长又高的刮板回转上抛，向悬空的扁圆柱形中小直径转子间断供砂。料与混砂转子接触几率低，型砂强度中上等，同时夹杂小团粒较多。采用23m/s以上高的转子线速度以弥补接触几率不足，但又使温度增高，混砂时间只得缩短至90秒以内。混砂机构原理的缺点，形成刮板耗用功率为转子功率的200%。   针对此问题客户要求FME进行改造，加装了线速度18m/s，径向直板、螺旋分布、倾斜叶片直径较大转子。物料与斜叶片为面接触，大大提高了接触几率，加上高速剪切旋搓，改善了型砂质量；原机固定转子结构为径向垂直短叶板，外侧锯齿边缘与物料为刮削式线接触，且齿内直板平面的抛击作用会产生少量中硬砂团，并使礓子砂豆生成倾向增加。 
三．机电一体化自动测温、比例增湿振动沸腾冷却机： 
其原理和工艺指标详见前述，通过鼓风沸腾带走比例增湿后热旧砂中水分即大量汽化潜热，使旧砂温度稳定的降到40℃以下和水分调整为≈2%；并能使废品率降至≈2%。工艺作用十分重要。 
为达到工艺指标和运行的稳定性，解决了国内沸腾冷却机以前存在的一系列技术难点。 
1．机电一体化自动测温、比例增湿：以线性度好高精度铂电阻温度传感器连续测得旧砂温度，按旧砂最高温度降到40℃以下的温度降，除以每降25℃需加1%水分，由微机运算求得加水量，指令加水量比例为8：4：2：1的4组喷雾头和电磁水阀的启闭，4个水阀不同排列组合可以得到与旧砂温度成比例的16点成线性的水量，向旧砂增湿加水量准确适量，既加得足够量保证冷却效果，又不致加水量过多导致旧砂粘沸腾床以致停机故障。采用美国的加水喷雾头、德国的电磁水阀、日本微机等优质硬件和FME软件程序，确保自动测温比例增湿系统准确稳定的工作。 
本测温增湿系统有二套测温运算控制喷雾加水量装置，可分别装在落砂后筛分前和沸腾床前给料机上，二道冷却保证更稳定的冷却效果，且湿热度降低，不粘设备。 
2．电火花机床加工精细模具，冲压出适用厚度细密均匀的不锈钢鱼鳞孔板。湿热旧砂能均匀腾冷却和输送前进，不粘砂、很少漏砂，使冷却效果和生产率稳定。又保证使用寿命。 
3．结构设计和制造工艺：主机振动沸腾冷却机是一个双振动电机为激振源的较大型的单质体振动输送机。沸腾床体振动的机械指数（床体的惯性加速度与重力加速度的比值）的优化设计，减震簧的调谐比优化设计，两台振动电机机座间的刚性联接结构的可靠性设计和振动床体用碱性合金钢焊条焊接工艺使焊缝强度高于基体，焊缝熔融状态去氢使焊缝不氢脆。多项措施保证振动床体8年以上不开焊，获得良好市场信誉。 
四．大端进料精细（破碎）六角筛： 
生产应用了几十年传统型式六角筛筛分流程倒置不合理，为使物料前进筛分，都是从棱锥形六角筛筒小端进料；过筛面积小而物料多、厚、壅塞，严重影响物料透筛，且破碎效果差；相反面积大的六角大端，只有少量的废砂。筛网面积利用率甚低，以致不得不用相当大的筛孔直径10-18mm甚至20-40mm，导致旧砂中硬杂物甚多，铸件废次品率居高不下。 

(源自：)   FME大端进料六角筛，筛分流程顺向合理。进料大端物料多，相应面积大，物料分散透筛效率高；物料提升高度高，冲振颠簸破碎和筛网网孔自清保持效果好。标准供货筛孔6×16、4×14mm2（活塞环行业为2×12 mm2）。 将≥3mm礓子砂豆筛除干净。上海一大型汽车铸造厂一批出品铸件废品率由10%降到1‰；近20家使用，破碎筛分高压造型旧砂回收率99%以上，证明大端进料六角筛良好的技术经济效益。冷拔高硬度不锈钢丝编织筛网寿命6年以上，且不粘料筛孔保持性好，精巧的筛网张紧机构使维修维护简便。 
五．铸型和铸件的落砂、清理、冷却滚筒： 
1．L33型带铁星双层筒体落砂、清理、冷却滚筒 
（1）内外双层滚筒中数吨铁星循环流动，滚动包裹缓冲铸件的碰撞，保护清棱清角，在生产百万片扁圆刹车盘、毂线使用，铸件碰撞轻微，加工余量减少30%；铁星流反复搓擦使铸件光洁，没有黑砂，只有少量白色烧结粘砂，免去一次清理直接送抛丸清理。 
（2）旧砂从铸件上剥落后，随即在进料端破碎筛分至外筒，出砂温度仅70-90℃，仅需少量增湿，为旧砂处理创造良好条件。 
反之，带收口锥体的单层落砂冷却滚筒，由于旧砂受灼热铸件烘烤加热时间长达1小时左右，不加水增湿出砂温度高达130-180℃，水分低到1%以下，给后续旧砂处理和混砂带来相当难度。（加水增湿造成滚筒粘砂堵砂甚至返流，并使铸件加工时因边缘脆性易于产生毛边） 
（4）灼热铸件上剥落的硬结的旧砂团块由铁星流完善的碾细破碎，经筒体上宽16mm筛缝排出，旧砂回收率近100%。 
（5）防尘除尘效果好，环境清洁。尼龙托辊寿命6年以上，使滚筒运行噪声低，保护主辊道不磨损。铁星与筒体磨擦产生噪声，需加吸声罩，噪声降至80分贝以下。 
（6）筒内有高度渐矮的螺旋，铸型、铸件、铁星等前进顺畅，生产率为同直径单层滚筒的3倍以上。可降低转速，提高工艺性能同时保证足够生产率。系列供货砂和铸件处理量：25-140吨/时。 
2．32型低速直筒单层落砂冷却滚筒 
为减少单层滚筒出料不畅导致铸件相互碰伤现象，采用直的圆柱形筒体，并将筒体转速由3-5转/分降为1-1.5转/分。配套500型/时挤压线铸件落砂，铸件碰伤轻，设备运行良好。但存在单层落砂滚筒共有的缺点——铸件带砂和少量旧砂团块从筒尾排出现象。 
六．大生产率高可靠性STD型双排斗、重锤张紧尾轮斗式提升机： 
1．STD型斗提机是砂处理工部布局产生革命性变化采用现代化塔式布置的关键设备。   老式D型带式斗提机生产率低，故障率高，尤其不适应提升大量生产铸造流水线的高湿热旧砂；结露粘斗，提升胶带受热伸长和老化快，卸料时返料多加上打滑超载烧电机等，机械事故不断。 
2．STD斗提机采用双排斗左右上下交错排列或四排斗两两成对左右上下交错排列。料斗小，料斗和斗内物料少而轻，又错开排列，上部头轮回转卸料时，离心惯性力小，振动轻，斗不易甩脱。因而可采用高的带速，带速由老D型的1.25m/s提高到1.7-2.0m/s，回转加速度ω2A提高180-250%，离心卸料完善、不粘斗，向下回料小；带速高，斗宽，提升生产率成倍提高。 
3．提升机尾轮以重锤箱张紧，使工作过程料温度变化提升带伸长时张紧力衡定，因而不打滑，不超载。头轮、尾轮二侧支撑轴承均可左右调平，腰鼓形头轮包胶，鼠茏式鼓形尾轮内加排砂锥，尾轮轴端加转速继电器联锁保护，机壳2.5米高每段设6件一组防偏托辊，提升带采用比老式帆布帘芯带强度高5 倍的耐热高强涤纶帆布帘芯带，硬齿面齿轮箱驱动等综合措施，使STD型提升机具备大生产率多年运行可靠性，适应现代大生产高质量和高稳定性运行的市场要求。 
七．爬坡OC（＜10°,L=10-18m＝振动输送机： 
落砂后铸型和铸件在有通风罩的封闭式振动槽输送机中输送10-18m距离，同时爬升1~3m高。使后续落砂滚筒等大型设备、输送铸件的振动输送机和鳞板输送机易于布设于地面之上，便于操作人员打浇冒口和分选铸件。 
槽体衬有齿形耐磨不粘砂球墨铸铁衬板，湿热铸型保持长期稳定匀速输送，难能可贵。 
八．湿热旧砂处理设备、砂冷却设备配套高湿热易结露尘气除尘系统和热风装置： 
采用化学处理的拒水型滤袋，滤袋由内向外高压脉冲清灰和控制脉冲间隔，除尘器上进风使粉尘易于沉降不产生二次吸附。尤其在主要湿热粉尘扬尘设备的除尘口旁设二段火燃烧器和叉管装置，在滤袋旁设温度传感器联锁控制燃烧器二段火的燃烧，使尘气温度稳定在稍高于露点以上；滤袋不结露，易于喷吹再生稳定处理风量，又节省燃料。 
九．自学习功能 ，扇形全自动铁水浇注机： 
高生产率高速造型线必须配套全自动浇注机。FME采用成熟的日本引进技术——扇形铁水包独有的特点，控制回转角速度ω可控制铁水浇注速度。现以带制动器的伺服电机经摆线减速机、链传动拽引驱动扇形包回转角速度。由人工浇注过程：开始——中速——收包，三段控制浇注速度浇完某一特定铸件，并由计算机自动记忆编号储存其浇注程序，以后即可随时调出某特定铸件的程序自动浇注。并可在以后的自动浇注过程中随时进行人工干预修定。   浇注机可前后、左右移动，调整对准铸型浇口进行自动浇注。 
现已顺利投产用于500型/时挤压线大量生产。 
还可补充对步移式浇注线的跟踪、追越和返回起始点，再次步移式超越跟踪浇注的程序。
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