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2014.6铸造设备及其自动化-10宋延沛教授第一节湿型砂制备系统一、湿型砂处理系统和工艺特点第七章型砂处理系统及其自动化粘土湿型砂处理系统包括旧砂处理(破碎、磁选、筛分、烘干、冷却、再生)、储存和输送系统；新砂处理(烘干、过筛)、储存和输送系统；附加物储存和输送系统；以及型砂混制和输送系统；型砂质量在线检测和控制系统；下面我们来了解粘土砂处理系统的组成和工艺流程。在型（芯）砂中，最为常用的是粘土湿型砂(也称潮模砂)。湿型砂--由硅砂、膨润土、水和一些附加物按一定比例制备而成的塑性混和物。•目前用于生产的湿型砂中回用砂占90％左右，虽然这些回用砂经过反复制备已具有一定性能，但是它在每次造型、浇注、冷却、落砂和处理过程中还会产生成分，水分和温度等许多变化。更何况由于生产的铸件不同，砂箱中的砂铁比也因而变化，又将引起回用砂成分，水分和温度变化的波动。湿型砂的成分和混制特点，以及众多工艺和生产因素的影响，就决定了湿型砂制备是一个混制难度大、影响因素多、难于检测和调节的生产过程。1、湿型砂制备的要求优质的原材料，科学的型砂配方，良好而完备的砂处理系统，合理的混砂工艺，必要的检测和调节手段。2．湿型砂制备的新进展（1）混砂原理早期的混砂设备由碾轮式混砂机所垄断，19世纪60年代出现了转子混砂机，打破了这一状况。混砂时要求混砂工具对机盆内的物料施以机械力；使物料在机械力的作用下运动。机械力应适当，过强将会引起物料发热，使混砂功率消耗增加；物料必须迅速、充分和蓬松地在水平方向和垂直方向反复运动，使物料间快速地滑动、滚动和穿插，频繁地接触、碰撞和摩擦，将物料混合均匀，使膨润土充分吸收水分，并在所有砂粒表面均匀地包覆上粘土膜。（2）型砂调匀和紧实率测定含水量是最需要调节的型砂成分，型砂的干湿程度适宜、具有较好综合性能时的含水量称为调匀水。紧实率是制备湿型砂，使其综合性能指标达到较佳时应该控制的最终目标值；而加水量则是为达到这一目标值的调节手段。紧实率对型砂中的水分特别敏感，一般情况下，加水量每增减0.1%，紧实率将变化3％~5%。因此在混砂时，用测定紧实率的方法调节加水量，是一种科学、方便、快捷的控制手段。（3）加料顺序加料后立即快速而均匀地加入所需水量的大部分，混合一段时间使砂粒充分润湿，然后再加入膨润土、煤粉等粉状物料。砂处理系统设计的出发点和依据是造型工序。使型砂产生变化的是浇注、冷却和落砂工序，从而决定了回用砂处理工序最多，处理过程最复杂，型砂混制则是本系统的核心工序。砂铁比一般指砂型中型砂与浇入金属的质量比，型砂质量表示砂型承受热负荷时的蓄热能力，金属质量则表明传递给型砂的二、混砂机热量。当在一条造型生产线上生产多种铸件时，砂铁比将因铸件生产计划的安排而改变，因此回用砂在成分、水分和温度方面的变化也将产生波动。1)碾轮混砂机工作原理自1911年发明碾轮混砂机以来，至今已有100余年历史，其间经过几次改型和改进，但是其混砂工具仍是碾轮与刮板。2)碾轮混砂机的改进碾轮的结构和运动决定了碾轮混砂机的混砂质量好，但是许多妨碍提高混砂效率的问题也是由于碾轮引起的。1、碾轮混砂机突出的改进是采用碾轮弹簧加压装置。弹簧加减压装置有下述优点：①弹簧加减压装置可以在保持一定碾压力的条件下，减轻碾轮自重，从而可以适当增加碾轮宽度，扩大碾压面积；也可以提高主轴转速，加快混砂过程。②碾压力随砂层厚度自动变化，加料量多或型砂强度增加，则碾压力增加；当加料量少或在卸砂时，碾压力也随之降低。这不仅符合混砂要求，而且可以减少功率消耗和刮板磨损。3）混砂机的变革①双盘碾轮式连续混砂机受碾轮前砂层高度的限制，要提高碾轮混砂机的产量，就只能增加盘径，但最大盘径不宜超过3m，否则将给运输带来困难。双盘碾轮式连续混砂机就是在单盘间歇式碾轮混砂机不能满足生产需要的情况下产生的。②摆轮混砂机摆轮混砂机国外称为快速碾轮混砂机，它是针对碾轮混砂机存在的一些问题而改进设计的。③碾轮转子混砂机碾轮转子混砂机是既保留碾轮对型砂的碾压作用，又增设混砂转子以较高的速度冲击和搅拌型砂，兼有碾轮混砂机和转子混砂机的特点。2、转子混砂机高速转子混砂机高速转子混砂机以德国Eirich公司的强力逆流混砂机为代表。这种混砂机一次加料量多，混合速度快，故生产率高；但底盘传动及卸砂门机构比较复杂，高速转子也需要较大的混砂功率。1）转子混砂机的分类2）S14系列新型转子混砂机S14系列新型转子混砂机是我国自行研制和开发的新型混砂机，它的工作原理具有以下特点：4）碾轮混砂机结构(1)低速转动的刮板推动物料在盆内形成峰谷起伏的环流，为转子供料；(2)轴线固定的中速叶片式转子与刮板同时转动，形成顺流混砂；刮板与叶片均与水平成一定倾角，适于在料层中运动；(3)上抛叶片与下压叶片结合，促进物料在垂直方向的循环；(4)叶片对物料施以冲击力，又在与刮板交错时对物料施以剪切力，兼用这两种机械力制备湿型砂。3）转子混砂机的特点（与碾轮混砂机比较）②转子混砂工具只要设计合理，就可以完全埋在料层中工作，将能量全部传给物料。①碾轮混砂机的碾轮对物料施以碾压力，转子混砂机的混砂工具对物料施以冲击力、剪切力和离心力，使物料处于激烈运动状态。③高速转子的转速为600r／min左右,使受到冲击的物料快速运动，混合速度快，混匀效果好。④转子混砂工具一直使物料处于松散的运动状态，这既有利于物料间穿插、碰撞和摩擦，也减轻混砂工具的运动阻力。⑤当需要提高混砂机产量时，转子混砂机既可增加盘径，又能提高料层厚度。因此转子混砂机用较少的盘径尺寸，能满足较多的产量要求，可以大大简化系列设计，减轻制造工作量。⑥转子混砂机结构简单，便于维修。三、松砂机混好的型砂，尤其是碾轮混砂机制备的型砂，要用松砂机给以松散，破碎其中的饼块，提高型砂的流动性和可塑性，以利于型砂紧实。松砂机的种类很多，在砂处理系统使用比较普遍的是双轮松砂机。四、磁分离设备因为旧砂一般占型砂成分的80%以上，它的质量将直接影响型砂性能，落砂后的旧砂中含有断裂的浇冒口、铁钉、铁豆、飞边毛刺、芯骨等铁磁性物质，在旧砂处理过程，要将这些铁磁性杂质去除，以保证型砂质量并防止砂处理设备、造型设备、模样和芯盒受到损坏。旧砂在处理过程中最好经过2~3次磁分离。按磁源分磁分离设备分为电磁和永磁两种。1、永磁分离滚筒2、永磁带轮3、带式永磁分离机五、破碎设备片击式破碎机有单转子和双转子两种，单转子片击式破碎机只有一个转子，而双转子片击式破碎机有两个相对旋转的转子。片击式破碎机具有破碎能力强、工作平稳、适应性强和结构紧凑等特点，用于铸造车间落砂后旧砂的破碎。六、破碎设备在砂处理系统中，旧砂过筛的主要目的是筛除其中的碎芯块、砂团及其他非金属夹杂物，过筛也使旧砂更为松散，成分、水分和砂温更加均匀，同时通过除尘系统还可排除砂中的部分粉尘。铸造车间常用的筛砂机有摆动筛、滚筒筛和振动筛。1、滚筒筛优点：工作平稳，使用可靠，无振动，噪声小，当需要将筛砂机安装在较高的平台上时更为合适。缺点：结构比较庞大，在进料和出料间的落差较高，有时会给砂处理系统的布置带来一定困难。滚筒破碎筛兼有破碎砂块和过筛的双重作用。2、振动筛砂处理系统中常用的振动筛有两种，即单轴惯性振动筛和振动电机筛。七、冷却设备1、回用砂冷却要求和冷却方法回用砂的升温现象在砂铁比小，生产厚壁铸件，造型线生产率高，型砂周转快的情况下尤为严重。热的回用砂必须经过冷却降温，使进入混砂机中的回用砂温度在49℃以下，最好低于38℃，否则会造成型砂中水分蒸发，料斗挂料和起模困难，热砂中的水蒸汽凝结在砂芯和冷铁上，使铸件产生气孔的倾向增加；型砂强度降低，导致铸件产生冲砂、砂眼等缺陷。2、冷却设备1）冷却提升机冷却回用砂有三种方法：1）加大混砂量，即提高砂处理系统的砂铁比，将混制型砂的一部分送去造型，将另一部分与落砂后的热砂混合在一起，使砂温降低；2）是在砂处理系统中设置冷却设备；3）使用带有真空混砂机的砂处理系统。利用水分在真空条件下更容易蒸发的原理，使型砂在混制的同时降温。冷却提升兼有提升和冷却回用砂的双重作用。2）冷却滚筒冷却滚筒有两种，一种是专门用于冷却旧砂的滚筒式冷却机，另一种则是兼有落砂功能的冷却滚筒。3）双盘搅拌冷却机八、新砂烘干设备新砂烘干常用的方法是利用250℃左右的热空气与湿砂充分接触，使其中的水分汽化，并由气体不断将蒸发的水气带走，达到湿砂烘干的目的。新砂烘干设备主要有：三滚筒烘炉、振动沸腾烘干装置、热气流烘干装置等。1、三滚筒烘炉三滚筒烘炉主要由燃烧炉和烘干滚筒组成，烘干滚筒由三个有一定锥度的大小不同的滚筒套装组成，如图7-29所示。2、振动沸腾烘干装置气体通过固体颗粒流动，使固体颗粒呈现类似于流体状态，称为流态化。在铸造生产中利用流态化方法实现新砂烘干、热砂冷却和热法再生工作。振动沸腾装置由气体沸腾和振动沸腾实现物料的流态化。如果气体沸腾采用冷风，可将热物料冷却；如用热风，可使物料烘干。•3.热气流烘干装置高压离心鼓风机设在系统的末端，因此整个系统在负压状态下工作。喉管的作用是将物料与气体很好地混合、悬浮并使物料加速。旋风分离器是最常用的一种气流与物料分离装置。锁气器安装在分离器或除尘器的排料口处，它是一个特殊的阀门。平时和卸料时均能起密封作用。如将喉管的进风口接热风炉，或在进风口处安装燃油或燃气喷嘴，则吸入的热气流可以对湿砂进行烘干，使烘干和吸送同时进行。•复习思考题P2811、3、6、8热旧砂砂团回用料斗(排放旧砂)磁选料斗(磁性物质)破碎磁选过筛料斗(磁性物质)料斗(杂物)冷却冷旧砂混砂松砂造型综合料斗新砂(定量)综合料斗膨润土煤粉等附加物(定量)(定量)水分在线检测(定量)回砂带式输送机(不合格型砂排放)除尘合箱、浇注落砂图7-3粘土湿型砂处理工艺流程示意图与碾轮混砂机比较，摆轮混砂机的设计特点是：（1）摆轮水平安装，利用离心惯性力碾压物料，因此摆轮质量轻，主轴转速可以提高。（2）采用倾斜刮板，使刮板铲砂阻力减小，而且可以形成物料流，从而更加强了物料的混合和相互摩擦。图7-10带有鼓风系统的摆轮式混砂机示意图图7-15碾轮转子式混砂机结构图1—内刮板2—曲柄3—弹簧加压机构4—碾轮5—十字头6—刮板臂7—外刮板8—壁刮板9—混砂转子10—卸砂门11—围圈12—加水机构13—混砂转子驱动机构14—减速器15—弹性联轴器16—主轴电动机17—电机座图7-14S13系列碾轮转子式混砂机图7-11逆流式转子混砂机1—混砂器电动机2—立柱3—刮板混砂器4—底盘大齿圈5—卸砂门6—混砂转子7—底盘转动电动机8—围圈9—混砂转子电动机9876234511478654图7-13行星转子混砂机a)S16混砂机结构原理图b)法迪尔克变频混砂机照片1—底盘2—卸砂门3—转子4—转臂5—转子驱动电动机6—壁刮板7—底刮板8—转臂驱动电动机a)b)工作时，由给料机或其他工艺设备均匀地向分离滚筒供应回用砂，使砂层厚度保持在45~75mm间，最大可达100mm。永磁带轮作为带式输送机的传动滚筒，在转卸回用砂的同时进行磁分离工作。应按带式输送机的形式和规格选用永磁带轮，带式输送机的带速小于1m/s，砂层厚度为100mm左右时，分离效果最好。图7-21单转子片击式破碎机1—机座2—电动机3—抽风口4—进料口5—锤头21345图7-22双转子片击式破碎机1—机座2—电动机3—进料口4—锤头1234图7-25振动电机筛AABBA-A视图图7-27滚筒式冷却机1—驱动装置2—支座3—进砂溜管4—滚筒21BB向3A向A4回用砂在盘上的停留时间是影响冷却效果的因素之一，这由加料量和卸料量间的关系决定。卸砂门靠杠杆和重锤的作用使它处于常闭状态，当底盘上砂量增加，对卸砂门有一定的侧压力，能克服重锤的作用时，卸砂门即开启卸砂。移动重锤在杠杆上的位置，就可以调节卸砂量的多少。图7-29三滚筒烘炉1—出灰门2—进风口3—操作门4—炉篦5—炉体6—进砂管7—导向筋片8—外滚筒9—举升板10—中滚筒11—内滚筒12—漏斗13—传动托轮12345湿砂6789101112AA13接除尘器干砂A-