鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置及其加熱方式

《鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置及其加熱方式》屬于鑄造舊砂的熱法再生工藝領(lǐng)域，具體涉及一種鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置及其加熱方式。

2014年前，中國(guó)是世界上最大的鑄件生產(chǎn)國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)：每生產(chǎn)1噸鑄件要排放1噸廢砂，并且要加入1噸新砂。2010年中國(guó)鑄件總產(chǎn)量超過(guò)3500萬(wàn)噸。而中國(guó)鑄造廠的現(xiàn)狀是：鑄造車間（廠）的舊砂排放量占固體廢物總排放量首位，達(dá)70％多。因此，對(duì)舊砂進(jìn)行再生回用，不僅可以節(jié)約寶貴的新砂資源，減少舊砂拋棄引起的環(huán)境污染，還可節(jié)省成本（新砂的購(gòu)置費(fèi)和運(yùn)輸費(fèi)），具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。舊砂再生已成為現(xiàn)代化鑄造車間不可缺少的組成部分。

舊砂再生是利用機(jī)械式，加熱焙燒等方式去除舊砂中的雜質(zhì)，使舊砂得以循環(huán)利用。熱法再生就是利用加熱焙燒的方式去除舊砂中的雜質(zhì)，再回收利用舊砂。機(jī)械再生砂的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，殘留在砂粒凹坑處的樹(shù)脂膜，影響型芯砂的性能。相反，熱法再生砂質(zhì)量穩(wěn)定，砂粒形貌圓整，砂粒表面的樹(shù)脂膜去除干凈，且消除了砂粒相變應(yīng)力。因此，2014年前熱法再生技術(shù)是砂處理的主流。

但是2014年前中國(guó)國(guó)內(nèi)鑄造車間（廠）的舊砂熱法再生工藝中，無(wú)論是中國(guó)國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)砂處理工藝還是由中國(guó)國(guó)外引進(jìn)的工藝，舊砂的熱法再生過(guò)程大多都是通過(guò)火焰與舊砂的直接接觸，燃燒掉在舊砂表面的樹(shù)脂等有機(jī)物。但燃燒火焰局部溫度過(guò)高，進(jìn)爐舊砂由于溫度突然升高而炸裂粉化，增加不可用砂量。當(dāng)溫度超過(guò)一定值時(shí)，還會(huì)造成舊砂發(fā)生不可逆晶相變化，舊砂玻化而結(jié)團(tuán)。因此，火焰與舊砂的直接接觸的砂再生加熱方式會(huì)影響到實(shí)際再生砂的質(zhì)量。

圖1為《鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置及其加熱方式》結(jié)構(gòu)示意圖。

2020年7月14日，《鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置及其加熱方式》獲得第二十一屆中國(guó)專利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)。

如圖所示，一種鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置，包括砂再生焙燒爐，其特征在于：所述砂再生焙燒爐內(nèi)設(shè)置有耐火隔層7，所述耐火隔層將砂再生焙燒爐分隔成位于底部的燃燒室6和位于上部的砂沸騰室1，所述燃燒室設(shè)置有燃燒器口和沸騰風(fēng)入口4，所述燃燒器口設(shè)置有燃燒器5，所述耐火隔層上設(shè)置有通氣孔3，所述通氣孔上端設(shè)置有防止砂漏入燃燒室的熱風(fēng)噴嘴2。

該實(shí)施例中，均勻的熱風(fēng)與舊砂強(qiáng)耦合換熱，避免了火焰與舊砂的直接接觸，能實(shí)現(xiàn)焙燒溫度的均勻性，保證再生砂的質(zhì)量。

該實(shí)施例中，所述砂再生焙燒爐呈L形，所述L形砂再生焙燒爐的一側(cè)壁為階梯側(cè)壁，所述燃燒器口和沸騰風(fēng)入口設(shè)置在L形砂再生焙燒爐底部的階梯側(cè)壁上；該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)便于沸騰風(fēng)與燃燒熱風(fēng)均勻混合。

該實(shí)施例中，所述熱風(fēng)噴嘴為冠型或叉形；熱風(fēng)噴嘴為冠型或叉形，可以防止砂通過(guò)噴嘴漏入燃燒室，當(dāng)然在不同的實(shí)施例中熱風(fēng)噴嘴還可以采用其他防止砂漏入燃燒室的結(jié)構(gòu)。

該實(shí)施例中，所述熱風(fēng)噴嘴均勻的設(shè)置在耐火隔層上；熱風(fēng)噴嘴進(jìn)行均勻排布，保證了熱風(fēng)噴出的均勻性，并且不會(huì)相互影響。

該實(shí)施例中，所述熱風(fēng)噴嘴用耐磨、耐高溫材料燒結(jié)制成；耐熱溫度高，耐磨性能好。

該實(shí)施例中，所述耐火隔層由多層不同種類的耐火材料澆注而成；舊砂沸騰室與燃燒室之間的耐火隔層為多層不同澆注料形成，利用不同澆注料不同的熱膨脹性質(zhì)，防止出現(xiàn)統(tǒng)一裂縫而使砂泄漏至燃燒室。

該實(shí)施例中，所述耐火隔層的下端面呈拱形，隔層平臺(tái)為拱形，能承受一定重量的舊砂。

利用該實(shí)施例加熱裝置的加熱方式為：首先，利用沸騰風(fēng)入口向燃燒室內(nèi)引入沸騰風(fēng)；然后，使沸騰風(fēng)與燃燒熱風(fēng)在燃燒室內(nèi)均勻混合；接著，利用熱風(fēng)噴嘴向砂沸騰室內(nèi)噴射混合后的高溫?zé)犸L(fēng)；最后，高溫?zé)犸L(fēng)對(duì)砂進(jìn)行加熱的同時(shí)使砂在爐內(nèi)沸騰運(yùn)動(dòng)完成砂的再生過(guò)程。

鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置及其加熱方式專利目的

《鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置及其加熱方式》的目的是提供一種鑄造舊砂熱法再生工藝的非火焰直接接觸的加熱裝置及其加熱方式，該發(fā)明的加熱裝置利用燃燒室產(chǎn)生的均勻的熱風(fēng)與舊砂強(qiáng)耦合換熱，避免了火焰與舊砂的直接接觸，能實(shí)現(xiàn)焙燒溫度的均勻性，保證再生砂的質(zhì)量。

鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置及其加熱方式技術(shù)方案

《鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置及其加熱方式》的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置，包括砂再生焙燒爐，所述砂再生焙燒爐內(nèi)設(shè)置有耐火隔層，所述耐火隔層將砂再生焙燒爐分隔成位于底部的燃燒室和位于上部的砂沸騰室，所述燃燒室設(shè)置有燃燒器口和沸騰風(fēng)入口，所述燃燒器口設(shè)置有燃燒器，所述耐火隔層上設(shè)置有通氣孔，所述通氣孔上端設(shè)置有防止砂漏入燃燒室的熱風(fēng)噴嘴；

進(jìn)一步，所述砂再生焙燒爐呈L形，所述L形砂再生焙燒爐的一側(cè)壁為階梯側(cè)壁，所述燃燒器口和沸騰風(fēng)入口設(shè)置在L形砂再生焙燒爐底部的階梯側(cè)壁上；

進(jìn)一步，所述熱風(fēng)噴嘴為冠型或叉形；

進(jìn)一步，所述熱風(fēng)噴嘴均勻的設(shè)置在耐火隔層上；

進(jìn)一步，所述熱風(fēng)噴嘴用耐磨、耐高溫材料燒結(jié)制成；

進(jìn)一步，所述耐火隔層由多層不同種類的耐火材料澆注而成；

進(jìn)一步，所述耐火隔層的下端面呈拱形。

利用該發(fā)明加熱裝置的加熱方式為：首先，利用沸騰風(fēng)入口向燃燒室內(nèi)引入沸騰風(fēng)；然后，使沸騰風(fēng)與燃燒熱風(fēng)在燃燒室內(nèi)均勻混合；接著，利用熱風(fēng)噴嘴向砂沸騰室內(nèi)噴射混合后的高溫?zé)犸L(fēng)；最后，高溫?zé)犸L(fēng)對(duì)砂進(jìn)行加熱的同時(shí)使砂在爐內(nèi)沸騰運(yùn)動(dòng)完成砂的再生過(guò)程。

鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置及其加熱方式有益效果

1、高溫?zé)犸L(fēng)與舊砂間接接觸加熱，而不是火焰直接接觸，減少了由于溫度過(guò)高而造成的舊砂的炸裂粉化，還可避免舊砂出現(xiàn)不可逆晶相變化而結(jié)團(tuán)，進(jìn)一步提高了再生砂的質(zhì)量。

2、舊砂在爐內(nèi)以強(qiáng)耦合的流化床的方式加熱，爐內(nèi)砂溫均勻性好，傳熱效率高，舊砂處理的時(shí)間加快，能提高砂再生的產(chǎn)量。

3、由于爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)劇烈，砂與砂之間，砂與熱風(fēng)之間相互搓擦，進(jìn)一步加強(qiáng)了舊砂表面有機(jī)物脫膜的效率。

4、由于熱風(fēng)溫度可根據(jù)處理砂的種類進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，而砂在爐內(nèi)又沸騰運(yùn)動(dòng)，不易結(jié)團(tuán)，基本能處理全部種類的鑄造用舊砂。

5、舊砂沸騰室與燃燒室之間的耐火材料平臺(tái)為多層不同澆注料形成，利用不同澆注料不同的熱膨脹性質(zhì)，防止出現(xiàn)統(tǒng)一裂縫而砂泄漏至燃燒室。

1.一種鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置，包括砂再生焙燒爐，其特征在于：所述砂再生焙燒爐內(nèi)設(shè)置有耐火隔層，所述耐火隔層將砂再生焙燒爐分隔成位于底部的燃燒室和位于上部的砂沸騰室，所述燃燒室設(shè)置有燃燒器口和沸騰風(fēng)入口，所述燃燒器口設(shè)置有燃燒器，所述耐火隔層上設(shè)置有通氣孔，所述通氣孔上端設(shè)置有防止砂漏入燃燒室的熱風(fēng)噴嘴。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置，其特征在于：所述砂再生焙燒爐呈L形，所述L形砂再生焙燒爐的一側(cè)壁為階梯側(cè)壁，所述燃燒器口和沸騰風(fēng)入口設(shè)置在L形砂再生焙燒爐底部的階梯側(cè)壁上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置，其特征在于：所述熱風(fēng)噴嘴為冠型或叉形。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置，其特征在于：所述熱風(fēng)噴嘴均勻的設(shè)置在耐火隔層上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置，其特征在于：所述熱風(fēng)噴嘴用耐磨、耐高溫材料燒結(jié)制成。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置，其特征在于：所述耐火隔層由多層不同種類的耐火材料澆注而成。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造舊砂熱法再生工藝的加熱裝置，其特征在于：所述耐火隔層的下端面呈拱形。

8.利用權(quán)利要求1-7任一所述加熱裝置進(jìn)行加熱的方式，其特征在于：首先，利用沸騰風(fēng)入口向燃燒室內(nèi)引入沸騰風(fēng)；然后，使沸騰風(fēng)與燃燒熱風(fēng)在燃燒室內(nèi)均勻混合；接著，利用熱風(fēng)噴嘴向砂沸騰室內(nèi)噴射混合后的高溫?zé)犸L(fēng)；最后，高溫?zé)犸L(fēng)對(duì)砂進(jìn)行加熱的同時(shí)使砂在爐內(nèi)沸騰運(yùn)動(dòng)完成砂的再生過(guò)程。

不同的舊砂再生方法其工藝流程是相似的。首先將舊砂磁選、篩分、破碎至3 mm以下，然后放入再生裝置中，接著根據(jù)再生工藝的不同對(duì)再生砂進(jìn)行除塵、烘干、冷卻等，最后對(duì)再生砂的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測(cè)，質(zhì)量合格后投入生產(chǎn)循環(huán)使用。通常根據(jù)工作原理的不同，將舊砂再生方法分為干法再生、濕法再生、熱法再生等 。

舊砂再生干法再生

根據(jù)設(shè)備工作原理的不同，通常將干法再生工藝分為離心式、氣流式、逆流式和振動(dòng)式等。各個(gè)舊砂再生方法的相同之處是利用砂粒之間、砂粒與設(shè)備之間相互碰撞、摩擦，從而完成再生，不同之處是砂粒的加速方式不同。

干法再生工藝通常用于脆性粘結(jié)劑膜的再生，再生設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，沒(méi)有“二次污染”等問(wèn)題。但是舊砂的脫膜率越高，所需的沖擊力和摩擦力就越嚴(yán)重。

舊砂再生濕法再生

濕法再生是利用粘結(jié)劑的水溶性，在機(jī)械的攪拌和水的擦洗作用下，殘留在舊砂顆粒表面的粘結(jié)劑溶解、脫落，適用于水溶性粘結(jié)劑舊砂的再生。

舊砂再生熱法再生

熱法再生是通過(guò)焙燒爐將舊砂加熱到一定溫度，以脆化、分解或燒掉舊砂顆粒表面殘留的粘結(jié)劑，熱法再生適用于可燃的有機(jī)粘結(jié)劑。根據(jù)再生過(guò)程中加熱溫度的不同，可以分為低溫?zé)岱ㄔ偕?20～450℃）和高溫?zé)岱ㄔ偕?00～900 ℃）。低溫?zé)岱ㄔ偕ǔ：透煞ㄔ偕M合使用，低溫加熱的目的是使粘結(jié)劑膜由韌性變?yōu)榇嘈?，然后?duì)舊砂進(jìn)行干法再生將脆性膜去除。

高溫?zé)岱ㄔ偕菍⑴f砂加熱到粘結(jié)劑膜的燃點(diǎn)，使其完全燃燒。熱法再生工藝對(duì)砂子具有改性作用，使再生砂具有比新砂更加優(yōu)良的性能。但是熱法再生會(huì)產(chǎn)生廢氣，而且能源消耗大，增加了鑄件的成本。

第一篇 鑄造舊砂再生

第一章 國(guó)內(nèi)外舊砂再生發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì)

1．1 鑄造舊砂再生的階值與意義

1．2 國(guó)外舊砂再生發(fā)展的回顧

1．3 舊砂再生發(fā)展階段的探討

1．4 我國(guó)舊砂再生發(fā)展的情況

……

我國(guó)是鑄件生產(chǎn)大國(guó)，其中砂型鑄造占80%～90%。每生產(chǎn)1 t合格鑄件會(huì)消耗1.3～1.5 t新砂，同時(shí)產(chǎn)生相同數(shù)量的廢砂，我國(guó)優(yōu)質(zhì)礦砂資源匱乏，新砂的過(guò)度開(kāi)采已經(jīng)對(duì)自然資源造成了巨大的傷害。而且有的鑄造用砂甚至需要從國(guó)外進(jìn)口，導(dǎo)致原砂價(jià)格較高，增加了鑄件的成本。舊砂如果不進(jìn)行再生，不僅會(huì)浪費(fèi)自然資源、增加鑄件成本，而且由于舊砂中的砂子、粘結(jié)劑等會(huì)發(fā)生反應(yīng)，給鑄造廠周邊環(huán)境造成很大的危害。目前，只有少數(shù)大型汽車制造廠對(duì)鑄造舊砂處理較徹底，得到的再生砂可以投入生產(chǎn)進(jìn)行有限的循環(huán)使用，而其他中小型企業(yè)對(duì)舊砂設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用較少甚至沒(méi)有應(yīng)用，尤其是水玻璃舊砂的再生還有許多技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有解決。