孫學忠

（青島五洋鑄機有限公司，山東青島 266721）

鉻鐵礦砂是一種優(yōu)質的中性造型材料，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，有良好的抗金屬滲透性能，可使用各種黏結劑，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，可有效防止機械粘砂和裂紋等鑄造缺陷，還可促進順序凝固，保證鑄件質量。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，但這種材料國內產量很少，大部分由南非進口，價格為石英砂的十倍以上。國外資料介紹鉻鐵礦砂回收設備是鑄造工廠的“印鈔機”。鉻鐵礦砂回收有很好的經濟效益。

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處理、二級磁分、重力精選三個系統并配以抽風除塵和電氣控制等組成。

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

磁分系統是利用鉻鐵礦砂的微弱磁性，通過高強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行分離。

2 鉻鐵礦砂回收成套設備

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

2.1 舊砂預處理設備

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

2.2 二級磁分設備

二級磁分設備采用永磁分離滾筒，永磁分離滾筒的工作原理見圖2，電磁振動給料機將物料平穩(wěn)均勻地落入滾筒表面，磁性物質被磁系吸住沿滾筒表面旋轉至分離調節(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，保證了高磁分離滾筒的正常運行，提高了鉻鐵礦砂的回收率。

圖1 鉻礦砂回收成套設備

圖2 永磁分離滾筒工作原理圖

某公司生產的鉻鐵礦砂回收成套設備工藝流程見圖3，物料先經高磁分離、重力精選后再去除鐵雜，使用中發(fā)現鐵粉等高磁性物質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，這是因為磁系對這些高磁性物質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，不能隨滾筒旋轉卸出。物料先經中磁分離則很好地解決了上述問題。

2.3 鉻砂精選設備

鉻砂精選機是保證鉻鐵礦砂回收純度的關鍵設備，結構見圖4，主要由振動機構、篩體、供風系統組成。

振動機構是由行星摩擦式無級變速機、三角膠帶、驅動軸、推拉桿、板簧和縱橫向可調的振動架組成。

減速機經三角皮帶帶動驅動軸兩端的偏心軸轉動，通過推拉桿使振動架振動，調整偏心套的位置即可改變振體振幅，本機有2 m～10 mm九檔振幅可調，方便不同物料分選時選擇。

減速機的輸出轉速可在200 r/min～1 000 r/min范圍內選擇，振頻調節(jié)方便。

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

圖3 某公司鉻砂回收工藝流程

圖4 鉻砂精選機構圖

篩體由上篩體、篩網、下篩體和出砂分離流槽組成。

下篩體固定于振動機架上，上下篩體之間裝有一層通風的特制耐磨板網。工作中，篩體下室鼓入一定風壓的風量，使篩面上密度小的物料不能向前拋擲運動，而密度大的物料則沿篩面向前拋擲運動。在篩面左右負傾角的影響下，物料布滿整個篩面并沿出砂口匯流入相應的溜槽卸出，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返流重選或特設雙腔砂倉集中處理。篩體的多個出料口方便了鉻砂回收純度的選擇。

鉻砂精選機是根據物料的不同密度，利用振動和流化床原理而設計的重力精選設備，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——氣體密度，kg/m3;

z——氣體粘度，厘泊。

公式中顆粒直徑dp的計算指數為1.82，遠大于顆粒密度rs的指數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。調整篩分目數可回收較細的鉻鐵礦砂。

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

2.4 供風系統

供風系統由鼓風機、濾氣布袋、風量調節(jié)閥和穩(wěn)壓風箱組成。

鼓風機將過濾后的潔凈空氣經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孔的堵塞。

2.5 鉻鐵礦砂回收設備的布置

鉻鐵礦砂回收設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，形成并聯布置，見圖6.

3 鉻鐵礦砂回收設備使用示例

某公司生產不銹鋼閥門類零件，最大閥體重2.7 t，堿性酚醛樹脂砂工藝，見圖7～圖10生產應用現場，面砂全部為鉻鐵礦砂，背砂為石英砂。該公司塔式結構的鉻鐵礦砂回收成套設備串聯于原有舊砂再生處理之后，每天回收鉻鐵礦砂2.5 t～3 t,每月為補充損失，只添加新鉻砂1 t～2 t，鉻鐵礦砂回收設備自2012年5月投產至今，鑄件質量穩(wěn)定，設備運行可靠。

圖5 塔式布置現場

圖6 并聯布置現場

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；

成套設備裝機總功率17.5 kW（含除塵風機）。

4 結 語

現已售出的鉻鐵礦砂回收設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，各廠都實現了鉻鐵礦砂的回收再利用，江蘇某廠半年回收鉻砂經濟效益即大于全部設備投資。