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粘土旧砂完全再生关键设备技术方案的研究

王健  
【摘要】:我国铸造技术的发展历史悠久,是世界上较早掌握铸造技术的铸造大国。砂型铸造与其它铸造工艺相比具有很多优点,在铸件生产方法中占有重要地位,当前世界范围内采用砂型生产的铸件占所生产铸件总量的80%以上,而粘土砂型的应用比例又占了85%左右。我国每年扔掉的铸造废砂数量庞大,这不仅造成对自然资源的巨大浪费,同时也对自然环境造成严重污染。本课题的研究是一项降低铸件生产成本、减少环境污染和节约资源的重要举措,对促进我国铸造行业的可持续发展具有十分重要的意义。 课题组前期研究发现粘土旧砂先经过高温脆化,然后进行机械再生,随后进行微粉分离的完全再生处理后,与新砂相比再生砂的粒度没有明显变化、粒形更加圆整、含泥量低于新砂。粘土完全再生砂在代替新砂用于粘土砂型和热芯盒砂芯、冷芯盒砂芯、覆膜砂芯、水玻璃砂芯中时,型(芯)强度可以满足铸造生产的要求。但是目前我国能够专门生产粘土旧砂完全再生成套设备的厂家很少,粘土旧砂完全再生设备成为制约我国粘土旧砂完全再生技术推广应用的主要障碍,为此本课题开展了粘土旧砂完全再生关键设备技术方案的研究,为粘土旧砂完全再生成套设备的开发提供理论基础。 本课题在深入了解粘土旧砂再生技术及设备国内外发展情况的基础上,结合课题组前期的研究成果,对粘土旧砂完全再生工艺中的破碎散粒化、高温脆化、冷却、旧砂再生、微粉分离等各个环节进行了理论分析和实验研究,确定了各关键设备的技术方案。 通过对不同组织形式的粘土旧砂散粒化的研究,发现粘土旧砂中随着芯块含量的增加,在一定程度上旧砂团块破碎率得到提高,当芯块含量增加到一定比例,旧砂团块的破碎率趋于稳定;使型砂和芯砂团块分离,然后分别进行破碎散粒化,可以提高破碎率。 对常用颗粒物料加热装置的原理、结构进行分析和对其特点进行总结,确定了粘土旧砂完全再生高温脆化技术方案,该方案将多管换热器用于粘土旧砂高温脆化装置,高温脆化产生的烟气经过高温区后进入换热器,与工作气体进行热交换,降低了烟气的排放温度,同时提高了工作气流的温度,进而使脆化炉的热效率得以提高;烟气中的低温挥发分在经过高温区时得到充分燃烧,防止了残留低温挥发分在排烟管道内低温重聚现象的发生,增强了设备工作时的安全性。 通过研究不同的焙烧次数和冷却方法对砂子粒度及粒形的影响规律,发现水冷流化床对砂子的冷却速率最高,冷却滚筒对砂子的冷却速率略低于水冷流化床,普通流化床对砂子的冷却速率最低;焙烧次数和冷却速率对砂子的粒度和粒形没有明显的影响。在此基础上确定了以“流化床+冷却水管”为模型的冷却技术方案。 建立再生模型对粘土旧砂适宜再生方法进行了研究,发现逆流转子再生机、磨轮再生机、气流再生机均可用于粘土旧砂的完全再生,振动再生机不能用于粘土旧砂的完全再生,在此研究基础上确定了多排磨轮再主机作为粘土旧砂完全再生设备的技术方案。 采用负压流化床和流幕式风选机对粘土完全再生砂微粉分离技术进行研究,发现流化床风选机能实现微粉的完全分离,流幕式风选机不能实现微粉的完全分离,从而确定了以流化床为基体的粘土旧砂沙完全再生微粉分离装置的技术方案。


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