王永恩，周鵬舉，王 博

（共享智能鑄造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，寧夏銀川 750021）

關(guān)鍵字：微波；砂芯；烘干

我國是世界第一鑄造大國，但普遍存在能耗高、效率低的問題，鑄造行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型升級迫在眉睫。共享集團作為國內(nèi)鑄造行業(yè)的龍頭企業(yè)，已在鑄造智能化轉(zhuǎn)型升級之路上探索6年多，在行業(yè)內(nèi)取得了一定的成績，本文主要介紹在砂芯烘干方面取得的一些成果。

鑄造用砂芯經(jīng)流涂之后必須快速表干，才能達到使用狀態(tài)。傳統(tǒng)方法是使用天然氣或熱風(fēng)進行烘干，效率低，能耗高。微波干燥的原理是物料中的水分子吸收微波能后與微波電磁場相互作用，水分子在外加交變電磁場作用下極化，并隨外加交變電磁場極性變更而交變?nèi)∠?，如此眾多的極性分子因頻繁轉(zhuǎn)向而相互間摩擦損耗，從而使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能達到烘干效果。

1 微波設(shè)備結(jié)構(gòu)

目前國內(nèi)用于工業(yè)微波干燥加熱的常用頻率為915MHZ和2450MHZ.微波頻率與功率的選擇可根據(jù)被加熱材料的形狀、材質(zhì)、含水率的不同而定。本設(shè)備由于是用于砂芯施涂后的表面烘干，因此選用2450MHZ頻率，最大可烘干砂芯尺寸為（長×寬×高）2 200 mm×700 mm×1 500 mm，設(shè)備總功率150 kW，使用30臺大功率工業(yè)磁控管分別安裝在微波腔體各個面上，通過微波仿真分析確保微波在腔體中均勻分布，每個磁控管使用單獨的工業(yè)電源進行控制，微波功率可通過電源實時調(diào)節(jié)控制。

圖1為微波烘干設(shè)備，設(shè)備由升降輸送輥道、輸送輥道、腔體、微波密封側(cè)拉門、磁控管電源及控制柜組成。

2 控制原理及工作過程

本設(shè)備采用西門子1500PLC進行自動控制，控制原理如下：

圖1 微波烘干設(shè)備

第一步：微波控制器獲取烘干砂芯體積參數(shù)，并通過系統(tǒng)自動計算烘干所需總功率。微波總功率的計算公式為：微波總功率=（待烘干砂芯的體積×密度×含水率）/（微波設(shè)備脫水能力×烘干時間）；其中砂芯體積可以通過三維尺寸計算，砂芯密度和含水率是固定值，微波設(shè)備脫水能力選為0.5 kg/h·kW～0.8 kg/h·kW，烘干時間為工藝要求時間，通常為5min～30 min.

第二步：控制器根據(jù)砂芯所需的微波總功率自動計算需要開啟的微波磁控管；磁控管數(shù)量=微波總功率/單個磁控管的功率，數(shù)量為小數(shù)時靠大取整，所開啟的磁控管位置為砂芯投影可覆蓋的區(qū)域，其中砂芯底面的中心與腔體底面中心點重合。

第三步：控制器將每一個需要開啟磁控管的輸出功率，通過R S485信號發(fā)送給微波電源，微波電源即輸出對應(yīng)的功率并驅(qū)動磁控管工作（功率輸出的原則為砂芯薄壁部分側(cè)面的磁控管功率小，厚壁部分腔體側(cè)面的磁控管功率大），微波電源的輸出功率=砂芯厚度/砂芯最大厚度×單個磁控管功率，確保溫度均勻；微波電源實時上傳磁控管電流、電壓等信息給控制器，實現(xiàn)自動監(jiān)控；

第四步：溫濕度傳感器將實時采集的參數(shù)反饋給控制器，從而實現(xiàn)微波設(shè)備溫濕度閉環(huán)控制；

第五步：磁控管開啟后根據(jù)砂芯尺寸及重量進行脈沖式烘干，微波開啟和停止時間比例為4：1，通常微波開啟4 min，停止1 min，微波停止期間風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)正常開啟，如此反復(fù)循環(huán)加熱直至砂芯烘干。

圖2為微波控制器的控制流程圖。

3 效果

圖2 設(shè)備控制流程圖

圖3 缸頭芯子

以缸頭芯子為例（1000mm×810mm×400mm），如圖3所示，施涂后表面含水率約2%，采用60 kW微波功率烘干7 min后，使用便攜式水分儀測量，烘干后的砂芯含水率＜0.2%，滿足生產(chǎn)要求，烘干效果良好，澆鑄后鑄件質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

與傳統(tǒng)電和天然氣烘干方式相比，微波烘干平均節(jié)能50%以上，效率則至少提高5倍。另外，在烘干砂芯時根據(jù)規(guī)格尺寸不同要選擇合適的烘干工藝，避免大功率、長時間烘干造成砂芯表面涂料龜裂起皮甚至砂芯斷裂。

4 結(jié)論

共享集團建設(shè)的智能鑄造工廠以3D打印機為核心，利用移動機器人、清砂站桁架、微波烘干設(shè)備等配合實現(xiàn)砂芯自動轉(zhuǎn)運、清砂、施涂、烘干等工序作業(yè)，徹底改變了傳統(tǒng)鑄造行業(yè)效率低、能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量低，環(huán)境差和勞動強度大的問題，為鑄造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供了寶貴經(jīng)驗。