吳 劍

（江陰智銘鑄造裝備應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)室，江蘇江陰 214400）

0 引言

舊砂再生、回用處理的過程，就是以砂再生核心裝備和配套的工藝設(shè)備來對舊砂進(jìn)行破碎、分解、去膜、篩分和冷卻的應(yīng)用過程。通常在鑄造砂處理過程中，會考慮采用不同的工藝措施來實(shí)現(xiàn)廢舊砂的再生與回用。不同的工藝方式，就有不同的工藝裝備、不同的產(chǎn)能和再生處理生產(chǎn)線。

在舊砂再生類別上，選擇先進(jìn)的工藝技術(shù)和選擇軟再生或硬再生處理，應(yīng)進(jìn)行可行性研究，并考慮被再生舊砂性質(zhì)與結(jié)果的判別。常用有：常規(guī)舊砂再生（干法）、高溫?zé)岱ㄔ偕?、濕法再生和混合型砂再生等，同時要加強(qiáng)核心裝備先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用[1]。

近年來，研發(fā)設(shè)計(jì)的幾種新型工藝裝備，可應(yīng)用于不同鑄造工藝條件的砂處理、再生要求。特別是在重要工序環(huán)節(jié)的應(yīng)用，可促進(jìn)鑄造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和改善工況環(huán)境等。

1 滾筒搓磨水洗機(jī)

滾筒搓磨水洗機(jī)是一種臥式滾筒體配置、軸向葉片攪拌的水洗設(shè)備（水浴功能），是集搓磨攪拌、定向輸送和冷卻（需要冷卻時）多道工序?yàn)橐惑w的砂再生設(shè)備。更適合水玻璃砂廢舊砂的水洗再生處理（濕法）。

水玻璃舊砂宜采用濕法再生，就是將舊砂用水浴沖洗，使水玻璃薄膜中的堿和硅膠在水浴中溶解、分解，達(dá)到再生目的。如果適當(dāng)提高水溫、或帶弱酸性，其再生效果更好。

由于水玻璃舊砂的再生性能與原砂還存在一定差距（受酸堿影響），必須對回用量進(jìn)行控制，一般不超過50%[2]。

新研發(fā)的滾筒搓磨水洗機(jī)采用臥式結(jié)構(gòu)，其動力驅(qū)動穩(wěn)定性好。在實(shí)際應(yīng)用中，滾筒搓磨水洗機(jī)空載時的噪聲低于80 dB（A）（樣機(jī)檢測結(jié)果）。滾筒體與攪拌主軸的轉(zhuǎn)動方向相反，可有效利用主軸上導(dǎo)向葉片（弧形）對砂料的搓磨攪拌，達(dá)到清洗的效果。砂料進(jìn)入筒體后、同時加入循環(huán)水水浴沖洗。實(shí)現(xiàn)對砂料的切向?qū)α骱痛昴嚢?，砂料中含有小顆粒團(tuán)塊不影響水洗。

采用常溫循環(huán)水在筒體內(nèi)攪拌水洗，對熱舊砂有冷卻的作用。蒸發(fā)熱氣流隨除塵系統(tǒng)排放，不影響生產(chǎn)環(huán)境。

圖1 滾筒搓磨水洗機(jī)

滾筒搓磨水洗機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：滾筒體直徑：?1400mm；滾筒轉(zhuǎn)動速度：9.11r/min；滾筒驅(qū)動功率：11kW；攪拌筒體直徑：?1200mm；攪拌筒轉(zhuǎn)動速度：27.71r/min；攪拌驅(qū)動功率：15kW；生產(chǎn)能力：10～20t/h。

2 多軸強(qiáng)力搓磨再生機(jī)

強(qiáng)力搓磨再生機(jī)是一種新型的、機(jī)械干法再生處理的核心裝備之一。適用于樹脂砂、水玻璃砂、覆膜砂和殼型砂等廢舊砂的再生搓磨處理。

強(qiáng)力搓磨再生機(jī)類型有雙軸、三軸和四軸形式，適用于不同產(chǎn)能，具有能使舊砂形成密相沸騰、使舊砂與搓磨葉片對流搓擦、冷卻、去灰和除塵的柔性（軟）再生功能，具有脫膜能力強(qiáng)、保持砂粒完整、凈化原砂和去灰、降溫的技術(shù)特點(diǎn)。

2.1 雙軸再生機(jī)工作原理

由于市場有提高再生能力的需求，搓磨再生又是砂再生的核心設(shè)備。所以研發(fā)設(shè)計(jì)的雙軸再生機(jī)隨機(jī)而生。在已經(jīng)研發(fā)設(shè)計(jì)的三軸強(qiáng)力搓磨機(jī)的基礎(chǔ)上，雙軸再生機(jī)強(qiáng)化了葉片的搓磨機(jī)理，改善了搓磨空間。

其工作原理基本相同。被處理的舊砂通過進(jìn)砂口進(jìn)入再生室體，分布在搓磨葉片的工作區(qū)域。搓擦葉片分別安裝在二個由電動機(jī)直接驅(qū)動的傳動主軸上，作相向高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，形成線性剪切，對舊砂進(jìn)行切向?qū)α骱头磸?fù)搓擦。雙軸再生機(jī)在搓磨過程中，鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)通過蝶閥控制風(fēng)量進(jìn)入風(fēng)箱，再經(jīng)沸騰孔板噴流進(jìn)入室體，形成沸騰氣流使砂氣混合，使舊砂在流動、沸騰的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)砂與砂之間、砂與搓擦葉片之間相互流態(tài)化的強(qiáng)力搓擦，達(dá)到脫膜再生的目的。雙軸再生機(jī)室體內(nèi)形成的粉塵氣流（包括熱氣流），由除塵風(fēng)口排放，保持室體內(nèi)氣流的平衡。經(jīng)過一定流量的對流搓擦后，再生砂通過出砂口被排出。這時，被排出的舊砂有明顯的降溫和砂顆粒凈化的表象。而含有粉塵和惰性膜殘留物的氣流經(jīng)除塵系統(tǒng)風(fēng)選后集塵處理。

圖2 多軸強(qiáng)力搓磨再生機(jī)

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

生產(chǎn)能力：5～10t/h；葉片直徑：?450mm；單電機(jī)驅(qū)動功率：15kW。其技術(shù)特性與功能在一些文章中有詳細(xì)介紹[3，4]。

3 快速立式烘干爐

快速立式烘干爐（電加熱）：電加熱快速烘干爐是一種新型的、利用電阻加熱的方法進(jìn)行濕砂烘干的工藝裝備（濕砂的含水率必須有控制的）。

圖3 電陰加熱焙燒爐

快速烘干爐，立式筒體結(jié)構(gòu)。利用大功率電阻絲的發(fā)熱，使筒體內(nèi)升溫。內(nèi)部采用圓錐導(dǎo)流板，使砂料雨淋式分流、集合，經(jīng)反復(fù)多次（九層分流）。其過程（自由落體過程）使?jié)裆俺浞譄峤粨Q，達(dá)到烘干的目的。

加熱原理類似于熱處理的箱式電爐，具有烘干熱導(dǎo)效率高的效果。

出砂口設(shè)置一個余熱回用的導(dǎo)流管，可將部分余熱返流到進(jìn)砂口預(yù)熱利用。由于烘干爐受溫度的限制，不能把溫度升的太高（金屬材料的影響）。所以適合在新、舊砂烘干上應(yīng)用，不能作為焙燒爐的高溫焙燒使用。

但有實(shí)例證明，將粘土砂舊砂經(jīng)立式烘干爐處理后，再經(jīng)搓磨再生機(jī)處理，可清除舊砂中的僵豆燒結(jié)物，也可以對覆膜砂、殼型砂的烘烤再生有一定的作用。

主要技術(shù)參數(shù)：爐體外直徑：?1600mm；爐體內(nèi)直徑：?800mm；爐體高度：2600mm；額定總功率：120～150kW。

4 高溫?zé)崤f砂快速冷卻機(jī)

澆注后的落砂工序，快節(jié)奏的生產(chǎn)過程又產(chǎn)生大量的高溫?zé)崤f砂，要求快速降溫就對砂再生回用形成一個高難度的砂處理工藝環(huán)節(jié)。特別是自硬砂鑄造工藝的大型鑄件產(chǎn)生的高溫?zé)崤f砂在200℃左右。

圖4 高溫?zé)崤f砂快速冷卻機(jī)

圖5 舊砂破碎搓磨聯(lián)合再生機(jī)

目前，應(yīng)用于砂處理再生冷卻的工藝裝備大致有：振動沸騰冷卻型、滾筒冷卻型和雙盤冷卻型三類。冷卻介質(zhì)有風(fēng)冷卻型、水冷卻型和風(fēng)水混用冷卻型。

通常在砂處理舊砂冷卻工序中，采用振動式（或流化式）沸騰冷卻裝置來實(shí)現(xiàn)舊砂冷卻，雖然采用了噴淋增濕處理，但冷卻效果有限、通過能力有限、不易均化、出現(xiàn)粘和堵的現(xiàn)象，不能實(shí)現(xiàn)快速冷卻。特別是自硬砂鑄造生產(chǎn)中的高溫?zé)崤f砂的冷卻處理[1]。通過工藝實(shí)踐，在進(jìn)入沸騰冷卻裝置前，設(shè)置一種快速冷卻預(yù)處理設(shè)備，提前進(jìn)行增濕汽化、攪拌均化的快速降低高溫的處理，有效地提高了沸騰冷卻裝置（包括振動沸騰冷卻裝置、沸騰冷卻流化床、雙盤冷卻機(jī)）的冷卻效果。

滾筒式增濕均化冷卻機(jī)是一種快速冷卻預(yù)處理裝備，可適用于大中型生產(chǎn)能力的高溫?zé)崤f砂快速降溫預(yù)處理工序。

其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：該冷卻機(jī)由驅(qū)動電機(jī)、減速器、鏈傳動系統(tǒng)、滾筒體、托輥、進(jìn)出砂口和機(jī)架組成。設(shè)計(jì)采用封閉式工作狀態(tài)，在高溫?zé)崤f砂進(jìn)入滾筒體內(nèi)，就快速增濕、翻滾、松散、汽化、均化、透篩，其熱交換空間大，能達(dá)到快速冷卻。

汽化后的熱氣流由除塵引風(fēng)口排放，經(jīng)透篩后的舊砂（含有部分余熱和粉塵）再進(jìn)入沸騰冷卻裝置進(jìn)一步冷卻處理。其處理能力較大，冷卻效果更好。

汽化后的熱氣流由于粉塵和飽和水氣比較大，在進(jìn)入除塵系統(tǒng)前應(yīng)進(jìn)行一次過渡的冷凝降水處理，以降低熱氣流飽和水氣的含水量和粉塵。可選擇旋風(fēng)冷凝器來降水、降塵處理?？捎行Х乐共即龎m器的粉塵凝結(jié)[1]。這是處理飽和水氣的一個必須的重要措施。其技術(shù)特性與功能在一些文稿中[5，6]有詳細(xì)介紹。

5 舊砂破碎搓磨聯(lián)合再生機(jī)

一種研發(fā)設(shè)計(jì)的破碎搓磨聯(lián)合再生機(jī)，可適用于自硬砂鑄造生產(chǎn)的熱舊砂降溫、冷卻、破碎、搓磨、顆粒凈化的再生處理工序。

具有快速降溫冷卻（水噴淋汽化）、葉片快速破碎（砂團(tuán)塊）、葉輪高速搓磨和沸騰氣流熱交換的多功能作用。要求進(jìn)入的舊砂團(tuán)塊控制在50mm以下，之前必須進(jìn)行舊砂中的鐵雜物清理，避免影響葉片、葉輪的使用壽命。處理后的舊砂體現(xiàn)松散、均化、去粉塵、顆粒均勻的特點(diǎn)?？蓱?yīng)用于覆膜砂、殼型砂、廢舊芯子的舊砂破碎再生工序。

新型研發(fā)的多功能組合再生機(jī)，是利用了二種獨(dú)立的雙軸葉片破碎與三軸葉輪搓磨機(jī)理，配套一個鼓風(fēng)機(jī)、氣流沸騰箱和密閉室體、噴淋水管、粉塵排放口、進(jìn)出料口和機(jī)架等。構(gòu)成一臺獨(dú)立的、功能組合的聯(lián)合再生機(jī)（簡化了工藝流程與安裝空間）。

其中，密閉室體采用內(nèi)襯護(hù)板形式的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)室體的抗磨耐用功能。雙軸葉片破碎軸通過同步齒輪實(shí)現(xiàn)相對（剪切）高速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到砂團(tuán)破碎、冷卻和對流攪拌的目的。水噴淋增濕后的汽化熱氣流通過排風(fēng)口排放（連接除塵系統(tǒng)集塵處理）。再經(jīng)過三軸高速葉輪搓磨、去膜、均化和沸騰氣流作用，使舊砂獲得再生功效。從而實(shí)現(xiàn)松散脫膜、去灰凈化和顆粒均化的目的，減少了舊砂再生過程的多個工序流程[7-9]。技術(shù)特性與功能在文稿[10]中有詳細(xì)介紹。

6 國外引進(jìn)再生工藝設(shè)備情況

常見的國外引進(jìn)的樹脂砂再生設(shè)備有：

（1）美國DF 公司的機(jī)械旋轉(zhuǎn)碰搓再生機(jī)，美國IMM公司的氣流撞擊式再生設(shè)備。屬于一種硬再生工藝設(shè)備，其動力消耗大[1]。（2）德國KLEIN公司的機(jī)械振動式再生設(shè)備，對中小型鑄造車間較合適。八十年代鑄造業(yè)在采用呋喃樹脂自硬砂工藝時，型砂混合多傾向采用生產(chǎn)能力為60～100t/h 的大規(guī)格設(shè)備，配套的砂再生普遍采用振動加搓磨機(jī)理的再生機(jī)等，屬于一種軟再生工藝設(shè)備。（3）美國GK 公司的大型機(jī)械振動式破碎、冷卻再生機(jī)等。

7 結(jié)束語

砂再生工藝裝備的發(fā)展，面臨著多方面的技術(shù)因素。對新形勢下振興鑄造技術(shù)裝備、增強(qiáng)裝備創(chuàng)新發(fā)展的新思路，是行業(yè)發(fā)展共同關(guān)心的課題。所以，對現(xiàn)代鑄造的新工藝、新裝備的研究開發(fā)，構(gòu)建共性技術(shù)和先進(jìn)技術(shù)傳輸平臺，實(shí)現(xiàn)“清潔生產(chǎn)，綠色環(huán)?！钡蔫T造新工業(yè)，很有必要。