造型材料处理及旧砂再生设备
[摘要]：铸造设备自动化一般按造型方法来分类，习惯上分为普通砂型铸造和特种铸造。

普通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型铸造三类。

特种铸造按造型材料的不同，又可分为两大类：一类以天然矿产砂石作为主要造型材料，如熔模铸造、壳型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等；一类以金属作为主要铸型材料，如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力铸造、低压铸造等。

[关键词]：造型；旧砂；混砂机；材料；
引言
造型材料种类繁多，不同的型砂种类，其组成各不相同，处理方式、工艺过程、处理装备等均不相同。

各种型砂通常都由原砂、粘结剂、辅加物等组成，其原材料常需经烘干、过筛、输送等过程进入生产设备单元，其旧砂常需要回用或再生处理。

1、新砂烘干设备
1.1热气流烘干装置
热气流烘干装置由给料器2均匀送入喉管4的新砂与来自加热炉的热气流均匀混合。

在输送管道5中，砂粒受热后其表面水分不断蒸发而烘干。

烘干的砂粒从旋风分离器中分离出来，存于砂斗备用（图中未绘出）。

从分离器6的顶部排出的含尘气流经旋风除尘器7和泡沫除尘器8两级除尘，再经风机10和带消声器11的排风管排至大气。

由于风机装在尾端起抽吸作用，故该装置又称风力吸送装置，常用的热气流烘干装置如图1所示。

图1热气流烘干装置
1.2三回程滚筒烘炉
三回程滚筒烘炉主要由燃烧炉和烘干滚筒组成。

它以煤或碎焦碳为燃料，由鼓风机将热气流吸入烘干滚筒，与湿砂充分接触，将其烘干。

烘干滚筒由三个锥度为1：10及1：8的大小不同的滚筒套装组成，在内滚筒、中滚筒与外滚筒间，用轴向隔板组成许多小室。

滚筒由四个托轮支撑，其中两个托轮是主动轮，靠磨擦传动使滚筒旋转。

三回程滚筒烘炉如图2所示。

图2 回程滚筒烘炉结构图
2、黏土砂混砂机混砂机
混砂机是使型砂中各组分均匀混合，并使黏结剂有效地包覆在砂粒面的设备。

混砂机是铸造砂处理型砂混制的主要设备，也是获得合格型砂的关键设备[1] 。

混砂机将铸造用砂、粘结剂、附加剂、水等均匀拌和使其成为具有一定性能的型砂或芯砂的机器。

主要有辗轮式和摆轮式两种。

混砂机利用碾轮与碾盘的相对运动，将置于两者间的物料受到碾压兼磨削的作用而粉碎物料，混砂机在粉碎物料的同时还将物料混合。

是生产免烧砖、灰砂砖、水泥砖、耐火砖、粉碎和混合粉煤灰、锅炉炉渣、尾矿渣及工业废渣作制砖原料的理想设备。

混砂机作为铸造工艺中的重点设备，是控制型砂质量、成本的关键因素。

混砂机是一种被广泛应用在铸造工业中的砂处理设备，混砂机按混砂工艺特征，可以分为：以辗压﹑搓研作用为主的辗轮式混砂机；以混合作用为主的叶片式混砂机；兼有搓研﹑混合作用的逆流式或称转子式混砂机和兼有辗压﹑混合作用的摆轮式混砂机。

混砂机按工作性质还可以分为间歇式和连续式两种混砂机。

2.1 辗轮式混砂机
转子式混砂机（结构图如图3）在1960年后开始用于铸造生产，产品发展相当迅速，机器结构也各具有特点，大有与辗轮式混砂机一争短长之势。

转子式混砂机是以提高主轴转速，并利用高速转子对型砂进行抛击和搅拌，达到各种原材料混合均匀的目的。

这种混砂原理的出发点是：目前高压造型机所用型砂，粘土含量高但是水分偏低，型砂的“塑性”小而“脆性”大，因此可以用加强搅拌的方法混砂，使型砂获得合适物理和机械性能。

现有的转子式混砂机均系盘式混砂机。

按混砂机构可分为转子及转动刮板式两种。

转子混砂机有底盘转动式及底盘不动式两种机型，前者有德国GustavEirich公司生产的强力混合机，与瑞士GF公司生产的STM型混砂机；后者有德国BMD公司生产的TM型混砂机和KW公司的WM型混砂机[2]。

辗轮式混砂机广泛用于以黏土为黏结剂的型（芯）砂的混制。

这种混砂机配置具有一定重量的辗轮，混砂时辗轮既能围绕混砂机的主轴公转，又能围绕辗轮轴自转。

辗轮在辗压的同时搓研型砂，使型砂颗粒覆上一层黏结剂的薄膜。

混制面砂和芯砂时，混砂质量优於其他混砂机。

50年代初曾有用弹簧加压的辗轮式混砂机。

由于采用弹簧加压，辗轮自重减轻，可用较高的主轴转速，同时辗压力可以随被辗压砂层的厚度自动调节，从而保证混砂效果均匀一致，提高了混砂的效率。

图3 辗轮式混砂机结构图
2.2转子混砂机
转子混砂机与常用的碾轮式混砂机相比，转子混砂机有如下特点：碾轮混砂机的碾轮对物料施以碾压力，而转子混砂机的混砂器对物料施加冲击力、剪切力和离心力，使物料处于强烈的运动状态。

碾轮混砂机的碾轮不仅不能埋在料层中，
而且要求碾轮前方的料层低一些，以免前进阻力太大。

转子混砂工具可以完全埋在料层中工作，可将能量全部传给物料。

碾轮混砂机主轴转速一般为25～45r/min，因此两块垂直刮板每分钟只能将物料推起和松散50～90次，混合作用不够强烈。

高速转子的转速为600r/min左右，使受到冲击的物料快速运动，混合速度快，混匀效果好。

图4 转子混砂机结构图
3、粘土旧砂处理设备
3.1磁分离设备
磁分离的原理是通过电刷向线圈通以直流电，使铁芯形成电磁铁，所产生的磁力线通过铁料而导通，便达到吸料的目的，外加筒壳即成电磁分离滚筒。

在滚筒内用永磁体装配成磁系，分布角150°；永磁皮带轮的磁系呈圆周分布360[3]°。

磁分离的目的是将混杂在旧砂中的断裂浇冒口、飞边、毛刺与铁豆等铁块磁性物质去除。

常用的磁分离设备按结构形式可分为磁分离滚筒、磁分离皮带轮和带式磁分离机三种，按磁力来源不同，磁分离设备可分为电磁和永磁两大类。

3.2筛分设备
筛分设备有圆筒筛和多角筛两种。

圆筒筛是在旋转过程中进行筛分，砂子在筛面上滚动，过筛效率较低；多角筛过筛时，部分砂子具有跌落筛面的运动，过筛效率提高。

滚筒筛砂机筛砂机，结构简单，维护方便；但筛孔易堵塞、过筛效率底。

与滚筒筛砂机结构相似，但是筛网上安装了输送叶片和提升叶片。

这些叶片既能将物料向前输送，又能将物料带到滚筒上方靠自重跌落下来，实现筛分和破碎的双重功能。

该类破碎筛机结构紧凑，使用效果较好。

3.3冷却设备
回转冷却滚筒设备在运行过程中经过磁选、增湿、过筛的旧砂由加料口均匀加入，在刮板的作用，一面翻腾搅拌，一面按8字形路线在两个盘上反复运动。

在搅拌过程中，冷空气吹向旧砂，冷却与热砂充分接触进行热交换，使旧砂冷却，回转冷却滚筒设备如图5所示。

该冷却设备同时起到增湿、冷却、预混三重作用，冷却效果较好。

且体积小、重量轻、工作平稳，噪声小，应用日益广泛。

图5 回转冷却滚筒设备
4、旧砂回用与旧砂再生
旧砂回用与旧砂再生是两个不同的概念：旧砂回用是指将用过的旧砂块经破碎、去磁、筛分、除尘、冷却等处理后重复或循环使用[4]。

而旧砂再生是指将用过的旧砂块经破碎、并去除废旧砂粒上包裹着的残留粘结剂膜及杂物，恢复近于新砂的物理和化学性能代替新砂使用。

旧砂再生的方法很多，根据其再生原理可分为：干法再生、湿法再生、热法再生、化学再生四大类。

各种粘结剂旧砂用不同再生方法的效果如表1所示。

表1 各种粘结剂旧砂用不同再生方法的效果
粘土旧砂包覆的形式大都以多孔覆膜形式包覆在砂粒表面，且在反复循环使用过程中，会多次覆膜，在砂粒表面构成牢固的惰性膜，严重损害了原砂的原有性能，使型砂的透气性、强度（特别是热湿拉强度）等铸造性能显著下降。

旧芯砂含量逐渐增加，会引起膨润土的反活化现象，使型砂热湿拉强度和抗粘砂性显著下降。

旧砂的使用，通常是通过添加部分新砂、膨润土、煤粉等后作为背砂使用，但当其铸造工艺性能下降到无法再使用时，只能作为固体废弃物排放掉。

5、典型再生设备的结构原理及使用特点
再生机的设备可分为机械式、气力式和热法。

机械式可分为离心冲击式（见图6-a）和振动磨擦式。

其中离心冲击式是在离心力的作用下，砂粒受冲击，碰撞和搓擦而再生结构简单，效果良好，每次除膜率约10%－15%，其适于呋喃树脂砂再生。

振动磨擦式是使砂粒利用振动和摩擦而再生，该类再生脱膜率相对较小，约10％。

气力式是利用机械搅拌擦洗再生，其适于粘土砂、水玻璃砂再生或利用水力旋流擦洗再生，其适于粘土砂、水玻璃砂再生，叶轮搅拌式见图6-b。

（b）叶轮搅拌式
冲击式
图6 （a）离心冲击式
（b）垂直气力式再生机
6、粘土混砂的自动控制及在线检测
粘土混砂过程在线控制的自动化及检测是近年来砂处理装备中最引人瞩目的研究领域。

型砂中的水分是影响型砂质量的关键要素，型砂紧实率是反映型砂性能的重要指标。

因此混砂的自动检测及控制多以水分及紧实率的测量及控制为中心进行。

砂处理系统的组成复杂，它包括旧砂处理、型砂混制等。

而一个运行可靠的自动化砂处理系统需要大量的数据检测/监测及控制。

表4-10列出了国外某企业采用的自动化砂处理系统（和静压造型线配套）中混砂装备的监测内容、测定方法及数据处理方式。

参考文献；
[1] 朱旭东，董鄂，俞正江．大型铸件的铸造装备[J]．中国铸造装备与技2007(4)：45-49.
[2] 乜忠利，白凤文，卫光超．粘土旧砂再生系统及应用[J]．中国铸造装备与技术，2007(5):-38~40.
[3] 孙清州，刘青峰．旧砂的热法再生[J]．铸造，2006(6)：646
[4] 樊自田，龙威，申恩强．一种铸造混合废旧砂的再生回用方法．中国，发明专利，公开号 CN102133616A.。