胡慶江，馬 博

（煙臺(tái)四方鑄造設(shè)備工程有限公司，山東煙臺(tái) 264000）

消失模鑄造是使用沒有任何黏結(jié)劑的干砂，填充在刷好涂料的模樣內(nèi)腔及外圍，經(jīng)過振動(dòng)緊實(shí)，抽去型砂中的空氣，再澆注熔融的金屬液占據(jù)模樣的位置得到與模樣完全一致的鑄件的鑄造方法[1]。消失模生產(chǎn)線在澆注過程中，型砂在高溫金屬液的作用下會(huì)產(chǎn)生一定的破碎；在落砂過程中，涂料會(huì)進(jìn)入型砂中，這些過程都會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。長此以往，型砂的透氣性必然降低，鑄件的廢品率隨之上升。在加砂振實(shí)、型砂輸送及翻箱落砂過程中，大量的粉塵會(huì)溢出到車間中，影響操作環(huán)境，危害操作者的身體健康；型砂在輸送的過程中，與除塵氣流相接觸，還可降低型砂溫度，因此生產(chǎn)線的除塵系統(tǒng)不可缺少。

1 除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)

粉塵是指由自然力或機(jī)械力產(chǎn)生的、能夠散放或懸浮于空氣或氣流中的固態(tài)微小粒子[2]。國際上將粒徑小于75μm的固體懸浮物定義為粉塵。

假設(shè)粉塵塵粒為圓球形，直徑為ds，從靜止空氣中自由下落。由于重力的作用而加速，但加速后由于速度的增大受到的阻力也隨之增大，因此經(jīng)過一段時(shí)間后，塵粒的重力與所受到的阻力相平衡，塵粒作等速沉降，此速度即為自由沉降速度。由于粉塵的粒徑很小，可以按斯托克斯塵粒處理，推導(dǎo)出粉塵的沉降速度：

式中：uf——粉塵的沉降速度，m/s；

ds——粉塵的當(dāng)量直徑，實(shí)際上粉塵并非完全球形應(yīng)進(jìn)行修正；ds=ψd0；ψ：規(guī)則形狀系數(shù)；

ρm——粉塵塵粒的密度，kg/m3；

ρ——?dú)饬鞯拿芏?，kg/m3；

μ——?dú)饬鞯膭?dòng)力黏度，Pa.s.

此速度即為除塵罩?jǐn)嗝娴淖钚】刂骑L(fēng)速。由流體力學(xué)可知，斷面的平均流量為Q=V·S

Q：斷面的平均流量，m3/s；

V：斷面的平均流速，m/s；

S：斷面面積，m2.

因此在揚(yáng)塵點(diǎn)開口斷面風(fēng)速一定的情況下，盡量減少揚(yáng)塵點(diǎn)開口面積，即可有效減少除塵風(fēng)量。各揚(yáng)塵點(diǎn)除塵風(fēng)量之和即為除塵系統(tǒng)的總除塵風(fēng)量。

2 除塵系統(tǒng)的組成

除塵系統(tǒng)一般由集氣吸塵罩、除塵管道、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥、風(fēng)機(jī)、除塵器等五大部分組成。除塵器是除塵系統(tǒng)的核心，其選型與設(shè)計(jì)是除塵設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，消失模砂處理生產(chǎn)線一般選用布袋式除塵器。重力沉降室及旋風(fēng)除塵器較少使用。其選擇原則主要是根據(jù)除塵風(fēng)量的大小、使用條件（氣體溫度、進(jìn)口濃度、出口濃度、過濾風(fēng)速）及造價(jià)來綜合考慮。

除塵器的作用：一是捕集塵粒，二是分離塵粒，三是收集灰塵。

捕集塵粒的機(jī)理：當(dāng)含塵氣流通過濾料時(shí)，氣體中的塵粒被濾料纖維層阻擋而附著在濾布表面，濾袋表面形成很薄的初始粉塵層，和濾料一起用來阻擋粉塵；隨著時(shí)間的延長，粉塵層逐漸加厚，阻力不斷上升，這時(shí)就要進(jìn)行清灰處理，使粉塵從濾袋上脫落下來。除塵器根據(jù)清灰方式的不同，主要可分為機(jī)械振打式、機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹式、脈沖噴吹式三種。

機(jī)械振打清灰是依靠機(jī)械的振動(dòng)或搖擺懸掛濾袋的橫梁，使濾袋振動(dòng)而清灰；由于振動(dòng)的幅度較小，因而清灰效果較差。多數(shù)用在除塵風(fēng)量較小的生產(chǎn)線中。

機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹清灰是利用反吹氣流與過濾氣流相反，使濾袋變形，造成粉塵層脫落。清灰時(shí)，一方面反吹氣流直接沖擊濾袋上的粉塵；另一方面由于氣流方向的改變，造成濾袋內(nèi)壓力的變化使布袋產(chǎn)生膨脹變形而使粉塵脫落，反吹氣流的大小直接影響清灰的效果。

脈沖噴吹清灰是利用壓縮空氣在短時(shí)間內(nèi)高速噴入濾袋，根據(jù)射流原理會(huì)誘導(dǎo)數(shù)倍于噴射氣流的空氣，形成一股氣流，使濾袋由袋口至底部產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)變形，瞬間膨脹和沖擊振動(dòng)，抖落粉塵。

除塵管路及煙囪的設(shè)計(jì)：一般氣流速度保持在14m/s～18m/s之間，氣流速度過快，容易產(chǎn)生振動(dòng)及噪音，同時(shí)阻力損失增加；在各揚(yáng)塵點(diǎn)管路上設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，用于平衡風(fēng)壓，控制除塵風(fēng)量；管路各節(jié)點(diǎn)阻力損失及風(fēng)量的計(jì)算是除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，這是選擇風(fēng)機(jī)的主要依據(jù)。

3 水浴除塵器

消失模鑄造在澆注的過程中，泡沫模型氣化會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，消失模真空系統(tǒng)的作用是將產(chǎn)生的氣體及塵粒等異物吸走，以保證澆注的順利進(jìn)行。為保護(hù)真空泵長期高效運(yùn)行，就要對(duì)高溫含塵氣體進(jìn)行處理。我一般采用二級(jí)濕法除塵。水浴除塵器就是用水來吸附粉塵的除塵器，水除了可以吸附粉塵外，還可以吸收熱量，降低含塵氣體的溫度。

水浴除塵的原理：含塵氣體經(jīng)進(jìn)氣管以較高的速度沖入水中，對(duì)水層產(chǎn)生沖擊作用后改變了氣體的運(yùn)動(dòng)方向，而塵粒由于慣性力作用繼續(xù)按原來方向運(yùn)動(dòng)，其中大部分塵粒與水黏附后留在水中。在沖擊水浴作用后，有一部分塵粒仍隨氣體運(yùn)動(dòng)并與大量的沖擊水滴和泡沫混合在一起，池內(nèi)形成一拋物線水滴和泡沫區(qū)域，含塵氣體在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)一步凈化。在這一過程中，含塵氣體中的塵粒被水所捕集；凈化氣體中含塵的水滴經(jīng)脫水裝置與氣流分離，干凈的氣體由排氣管排走[4]?？梢姾瑝m氣體細(xì)化成小氣泡后潛入到水中與水充分接觸才能提高除塵效率。

水浴除塵器的設(shè)計(jì)應(yīng)保證斷面氣體流速不應(yīng)過大，否則會(huì)帶走大量的水分，同時(shí)氣體在水中波動(dòng)過于激烈影響除塵效果。

4 設(shè)計(jì)實(shí)例

圖1是30t砂處理自動(dòng)生產(chǎn)線的設(shè)備除塵簡圖。

圖1 30 t 砂處理自動(dòng)生產(chǎn)線的設(shè)備除塵

砂處理生產(chǎn)線總除塵風(fēng)量52500m3/h，除塵器過濾面積約580m2，除塵器的過濾風(fēng)速不大于1.5m/s.整個(gè)除塵系統(tǒng)分兩部分通過氣動(dòng)蝶閥分別控制，大大降低運(yùn)行成本；除塵系統(tǒng)各揚(yáng)塵點(diǎn)設(shè)有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，控制合理的除塵風(fēng)量，通過布袋除塵器后粉塵排放濃度低于國家標(biāo)準(zhǔn)。

公司在氣流除塵的基礎(chǔ)上引進(jìn)國外技術(shù)，創(chuàng)造性的發(fā)展了除塵理論，在行業(yè)中率先提出了篩灰理論用于指導(dǎo)生產(chǎn)，設(shè)計(jì)制造了雙層分選振動(dòng)篩。該設(shè)備由底座、彈簧、振動(dòng)篩體、振動(dòng)電機(jī)等組成。篩體采用鋼板折彎制作，焊接后整體退火以有效去除焊接應(yīng)力；在篩體兩側(cè)布置兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)、與篩體成一定角度相對(duì)安裝，反相旋轉(zhuǎn)；在每一個(gè)振動(dòng)周期中，型砂在篩體中跳躍前進(jìn)一次，因而有利于篩分細(xì)砂及粉塵，實(shí)現(xiàn)砂塵分離、型砂輸送的目的，篩體上層選用特制的不銹鋼篩條網(wǎng)，用來篩除型砂中大的顆粒及雜質(zhì)，下層選用較細(xì)的不銹鋼篩條網(wǎng)篩除型砂中的細(xì)砂及粉塵，增加型砂的透氣性，減輕除塵系統(tǒng)的壓力。如圖2所示。

圖2 雙層分選振動(dòng)篩

5 結(jié) 論

除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)是關(guān)系到生產(chǎn)線除塵效果好壞、型砂含塵量大小及排放能否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用篩灰理論設(shè)計(jì)除塵系統(tǒng)，有效減輕除塵系統(tǒng)的壓力，達(dá)到節(jié)能的目的。

[1]陶杰.消失模鑄造方法與技術(shù)[M］.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2]機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院.GB8959-2007《鑄造防塵技術(shù)規(guī)程》[M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]張殿印，王純.除塵工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[4]張殿印，王純.除塵器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[5]蘇繼勇，賈柏林，王驪.消失模鑄造砂處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J］.鑄造設(shè)備研究，2006（3）：12-14.