专利名称：一种粘土旧砂完全再生用成套设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及液态金属成型技术领域，尤其涉及一种粘土旧砂完全再生用成套设备。
背景技术：
机械制造业是我国的支柱产业，而铸造又是机械制造业的基础行业。铸造生产中使用的铸型主要由砂型、陶瓷型、金属型、石膏型等，其中采用砂型铸造生产的铸件占到铸件总产量的90%以上。砂型铸造按所使用的粘结剂不同可分为粘土砂铸造、树脂砂铸造和水玻璃砂铸造。粘土砂生产工艺由于具有原材料价廉易得，易于处理，复用性强，适应造型方式的能力强，储存运输方便等优点，成为铸造领域中最常用的铸造生产工艺。
我国是铸件生产大国，2011年铸件产量达到3900多万吨，初步估计其中约有60%的铸件为采用粘土砂工艺生产，用粘土砂工艺生产的铸件约为2340多万吨。按照我国铸造行业的统计，每生产I吨铸件，将排出I吨的废砂，每年将排出粘土废砂2340多万吨。这不仅造成资源的巨大浪费，而且对环境也造成了极大的污染。我国在铸造生产中，材料和能源的投入量约占其产值的55-70%，铸造行业面临着环境和能源的巨大压力。铸造生产中，大量的资源、能源的投入，过重的环境污染对我国铸造行业提出了严峻的挑战。因此，发展绿色铸造技术，严格控制生产过程中的三废排放，提高旧砂的复用性，节约有限的硅砂资源，降低生产成本，成为今天铸造业紧迫而艰巨的任务。而对旧砂进行再生利用是实现绿色铸造的重要内容之一，开展粘土旧砂完全再生技术的研究，是降低铸件成本、减少环境污染和节约资源的一项重要措施。
粘土型砂主要由原砂、粘结剂(膨润土等)及煤粉等按照一定的配比混制而成。粘土砂铸型经浇注、打箱后所得型砂称为粘土旧砂。型砂中靠近型腔表面的部分粘土由于浇注时高温金属液的热作用，受到高温烘烤失去结晶水从而丧失粘结能力，成为死粘土。这些粘土一部分以粉状混于型砂之中，另一部分以类似陶瓷薄膜状牢固地包裹在砂粒表面，严重地影响到型砂的性能，使其透气性、可塑性降低，脆性增加；其次，在铸造生产过程中，由于受到高温金属的重复热作用，少部分砂子破碎，其破碎后的小砂粒也混于旧砂之中，成为旧砂中泥分的一部分，从而影响到型砂的性能；另外，在现代铸造生产中大量应用有机及无机粘结剂芯砂，这些芯砂及化学粘结剂的分解产物也部分混入旧砂中；煤粉及其代用品高温分解产物的混入，进一步降低了粘土旧砂的活性，使型砂的性能恶化。各生产企业为了生产出合格的铸件，通过定期或不定期排放部分旧砂，同时加入新砂的方式来稳定型砂的性能。这部分排出的粘土旧砂不经再生处理将无法再次用于铸造生产，只能作为固体废弃物处理，这不仅造成自然资源的浪费，同时造成了环境污染。
目前，我国的粘土旧砂处理技术和设备相对成熟，而粘土旧砂再生技术和设备仍处于不断探索和研究之中。最早应用于实际生产的粘土旧砂再生方法是湿法再生，属于粘土旧砂完全再生的一种。湿法再生存在设备庞大、污水污泥处理比较麻烦和再生成本高等问题，现在已经很少被采用。后期又出现了机械再生和气流再生方法，通过机械或气流的作用使砂子和设备之间、砂子和砂子之间产生碰撞和搓擦，砂子得到再生。单纯机械或气流再生仅可获得不完全再生砂。目前，用于粘土旧砂完全再生的设备很少，而且没有适合用于粘土旧砂完全再生的成套设备，且通过现有技术的再生装置得到的粘土完全再生砂存在耗酸值高和粘土完全再生砂的铸造工艺适应差等问题。发明内容
为了实现粘土旧砂的完全再生，并进一步提高粘土完全再生砂对铸造工艺的适应性，本发明提供了一种粘土旧砂完全再生用成套设备。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种粘土旧砂完全再生用成套设备，依次包括用于高温焙烧旧砂的高温脆化装置、用于冷却高温脆化旧砂的脆化旧砂冷却装置、用于冷却后旧砂再生的多排磨轮再生机、用于分离再生砂中微粉的微粉分离装置、用于改善再生砂性能的再生砂改性装置和用于烘干改性砂的三回程滚筒，所述高温脆化装置、所述脆化旧砂冷却装置、所述多排磨轮再生机、所述微粉分离装置、所述再生砂改性装置和所述三回程滚筒之间直接衔接或通过给料设备和/或运输设备和/或砂储存装置连接起来形成粘土旧砂完全再生用成套设备。
其中，所述给料设备可优选为振动给料机或螺旋给料机或星形给料机或圆盘给料机。
所述输送设备可优选为斗式提升机或皮带输送机或螺旋输送机或气力输送装置。
所述砂存储装置优选为存储料斗。
所述高温脆化装置包括炉体，所述炉体内设置有流化床板，位于所述流化床板上方所述炉体纵向相对的两个侧壁上分别设置有进料口一和出料口一，靠近所述出料口一一端所述炉体上端设置有排烟口，所述炉体底部设置有若干个进风口一，靠近所述出料口一一侧所述炉体的侧壁上设置有燃烧器。
所述排烟口上设置有换热器，所述换热器包括高温烟气进口、低温烟气出口、冷风进口和热风出口，所述高温烟气进口与所述炉体的排烟口连通，所述低温烟气出口设置在所述换热器的上端，所述冷风进口与一风机一连接，所述热风出口与所述燃烧器的进气口连通。
所述换热器的热风出口还与所述炉体的进风口一连通。
所述脆化旧砂冷却装置包括机架，所述机架上设置有机体，所述机体内部设置有流化床板二，所述机体上端面的左右两端分别设置有进料口 二和排风口，位于所述排风口一侧所述机体的侧壁上设置有出料口二，所述机体的底部设置有若干个进风口二，所述进风口二与一风机二连接。
所述机体内均匀设置有若干个换热排管，所述换热排管通过水泵与一冷却水池连接。
所述换热排管的上端连接有排水分配管，所述换热排管的下端连接有进水分配管，所述进水分配管的进水口设置有截止阀。
所述微粉分离装置包括支架，所述支架上设置有下床体和上床体，所述上床体和所述下床体之间设置有流化床板三，所述上床体纵向相对的两个侧壁上分别设置有进料口三和出料口三，靠近所述出料口 一端所述上床体的上端设置有排尘口，所述下床体的底部均匀设置有若干个进风口三，所述进风口三与一风机三连接。
所述再生砂改性装置包括搅拌筒，所述搅拌筒纵向后端的上方设置有进料口四，所述搅拌筒纵向前端的下方设置有出料口四，所述搅拌筒内设置有搅拌轴，所述搅拌轴上设置有搅拌叶片和输送叶片，所述搅拌轴的一端连接有电机，靠近所述进料口四一端所述搅拌筒的侧壁上设置有改性剂注入装置。
所述改性剂注入装置包括改性剂注入阀，所述改性剂注入阀包括改性剂进口、改性剂出口和压缩空气进口，位于所述改性剂进口和所述改性剂出口之间所述改性剂注入阀内设置有橡胶片，所述橡胶片与一活塞连接，所述改性剂进口与一改性剂注入泵连接，所述改性剂出口与所述搅拌筒连接，所述压缩空气进口通过一单向阀与压缩空气输送管道连接。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:本发明为粘土旧砂完全再生提供了一套完整的设备，不仅可以实现粘土旧砂的完全再生，而且可将再生砂用于各种有机粘结剂制芯，提高了再生砂对铸造工艺的适应性能，减少了铸造生产过程中废砂的排放，保护了环境和自然资源；其中，高温脆化装置与现有的焙烧炉相比，减少了有机废气的排放，节能减排；本发明选用多排磨轮再生机，提高了旧砂再生效率，旧砂再生效果好；微分分离装置降低了再生砂微粉含量，提高再生砂的铸造性能；再生砂改性装置，降低再生砂的耗酸值；三回程滚筒用于烘干改性后的再生砂。
图1为本发明实施例的结构框图。
图2为本发明实施例中高温脆化装置的结构示意图。
图3为图1的右视图。
图4为图1的俯视图。
图5为本发明实施例中脆化旧砂冷却装置的结构示意图。
图6为图5的左视图。
图7为图5的俯视图。
图8为本发明实施例中微粉分离装置的结构示意图。
图9为图8的左视图。
图10为图8的俯视图。
图11为本发明实施例中再生砂改性装置的结构示意图。
图12为图11中改性剂注入装置的结构示意图。
图中，1、炉体；2、进料口一；3、换热器；4、低温烟气出口 ；5、热风出风管；6、燃烧器进气管；7、燃烧器；8、出料口一 ；9、风机一 ；10、流化床板一 ；11、冷风进风管；12、底部进风管一 ；13、四通管；14、防爆三通管；15、机架；16、截止阀；17、进水分配管；18、流化床板二 ；19、机体；20、换热排管；21、进料口二 ；22、观察窗一 ；23、排风口 ；24、排水分配管；25、出料口二 ；26、风机二 ；27、三通管一 ；28、底部进风管二 ；29、支架；30、下床体；31、流化床板三；32、上床体；33、进料口三；34、观察窗二 ；35、排尘口 ；36、出料口三；37、风机三；38、三通管二 ；39、底部进风管三；40、电机；41、进料口四；42、改性剂注入装置；43、搅拌轴；44、搅拌筒；45、出料口四；46、单向阀；47、压缩空气输送管道；48、压缩空气进口 ；49、改性剂注入 阀；50、改性剂进口 ；51、橡胶片；52、活塞；53、改性剂出口。
具体实施方式
对粘土旧砂进行完全再生的目的就是要使粘土再生砂能够达到用于有机粘结剂制芯用砂的要求，如粒度分布、耗酸值、残留水含量、含泥量、角形系数等。
本发明实施例提供了一种粘土旧砂完全再生成套设备，依次包括用于高温焙烧旧砂的高温脆化装置、用于冷却高温脆化旧砂的脆化旧砂冷却装置、用于冷却后旧砂再生的多排磨轮再生机、用于分离再生砂中微粉的微粉分离装置、用于改善再生砂性能的再生砂改性装置和用于烘干改性砂的三回程滚筒，高温脆化装置、脆化旧砂冷却装置、多排磨轮再生机、微粉分离装置、再生砂改性装置和三回程滚筒之间可直接衔接或通过给料设备和/或运输设备和/或砂储存装置连接起来形成粘土旧砂完全再生用成套设备。给料设备为振动给料机或螺旋给料机或星形给料机或圆盘给料机等；输送设备为斗式提升机或皮带输送机或螺旋输送机或气力输送装置；砂存储装置为存储料斗。
参见图1，本实施例中，高温脆化脆化装置和脆化旧砂冷却装置之间直接连接，脆化旧砂冷却装置和多排磨轮再生机之间依次通过斗式提升机、存储料斗和圆盘给料机连接，多排磨轮再生机和微粉分离装置之间直接连接，微粉分离装置和再生砂改性装置之间依次通过斗式提升机和存储料斗连接，再生砂改性装置和三回程滚筒之间直接连接。其中，各个装置之间的连接形式复杂，方案多样，如何选取给料设备和/或运输设备和/或砂存储装置，本领域技术人员能够结合常规知识根据各个装置的摆放位置关系进行确定，因此，各部件之间具体的连接关系不在详细赘述。
参见图2、图3和图4，高温脆化装置包括炉体1，炉体I内设置有流化床板一 10，位于流化床板一 10上方炉体I纵向相对的两个侧壁上分别设置有进料口一 2和出料口一8，靠近出料口一 8 —端炉体I上端设置有排烟口，炉体I底部设置有进风口一，进风口一连接有底部进风管12，靠近出料口一 8 一侧炉体I的侧壁上设置有燃烧器7。
排烟口上设置有换热器3，换热器3包括高温烟气进口、低温烟气出口 4、冷风进口和热风出口，高温烟气进口与炉体I的排烟口连通，低温烟气出口 4设置在换热器3的上端，冷风进口通过冷风进风管11与一风机一 9连接，热风出口连接有热风出风管5，热风出风管5通过一防爆三通管14与燃烧器进气管6和一四通管13连接，四通管13其中的两个端口与炉体I底部进风管一 12连接，另一端口封闭。
粘土旧砂由进料口一 2进入炉体I内，炉体I的底部进风口使得粘土旧砂形成流化状态，使旧砂受热更加均匀，燃烧器7提供的热量使旧砂表面的粘结剂脆化，高温焙烧后的旧砂由出料口一 8排出；旧砂加热后产生的有机挥发成分到达高温区经过再次燃烧后由排烟口进入换热器3内，高温气体经过换热器3降温后由低温烟气出口 4排出。这样，不仅减少了有机挥发成分的排放量，而且换热器3还预热了鼓入流化床板10下方的空气和进入燃烧器7的空气，降低了排放烟气的温度，高温脆化的热效率进一步得到了提高。
参见图5、图6和图7，脆化旧砂冷却装置包括机架15，机架15上设置有机体19，机体19内部设置有流化床板二 18，机体19上部前后分别设置有进料口二 21和排风口 23，位于排风口 23 —侧机体19的侧壁上设置有出料口二 25，机体19的底部设置有两个进风口二，进风口二连接有底部进风管二 28，底部进风管二 28通过一三通管一 27与一风机二 26连接。
机体19内均匀设置有若干个换热排管20，换热排管20通过水泵与一冷却水池连接。
换热排管20的上端连接有排水分配管24，换热排管20的下端连接有进水分配管17，进水分配管17的进水口设置有截止阀16。
机体19的侧壁上还设置有观察窗一 22。
高温旧砂(彡700°C)由进料口二 21进入机体19内，流化床板二 18底部连接有风机二 26，使高温旧砂呈流态化状，旧砂在床体内由进料口二 21向出料口二 25流动过程中，和机体19底部的工作气流以及机体19内密排的换热排管20进行热交换，使得高温旧砂得到充分冷却，冷却后的旧砂由出料口 25排出。
参见图8、图9和图10，微粉分离装置包括支架29，支架29上设置有下床体30和上床体32，上床体32和下床体30之间设置有流化床板三31，上床体32纵向相对的两个侧壁上分别设置有进料口三33和出料口三36，靠近出料口三36 —端上床体32的上端设置有排尘口 35，下床体30的底部均匀设置有若干个进风口三，进风口三连接有底部进风管三39，底部进风管三39通过一三通管二 38与一风机三37连接；上床体32的侧壁上还设置有观察窗二 34。
旧砂由进料口三33进入床体内，下床体30的底部设置与一风机三37连接的进风口三39，使进入上床体内的旧砂呈流态化状，通过合理控制流态化速度将微粉从再生砂中分离，获得微粉含量低于同种新砂的再生砂。
参见图11，再生砂改性装置包括搅拌筒44，搅拌筒44后端的上部设置有进料口四41，搅拌筒44前端的下部设置有出料口四45，搅拌筒44内设置有输送及搅拌物料的搅拌轴43，搅拌轴43上设置有搅拌叶片和推进叶片，搅拌轴43的一端连接有电机40，靠近进料口四41 一端搅拌筒44的侧壁上设置有改性剂注入装置42。再生砂改型装置可以直接悬挂在存储料斗的下方。
其中，改性剂注入装置42包括改性剂注入阀49，改性剂注入阀49包括改性剂进口50、改性剂出口 53和压缩空气进口 48，位于改性剂进口 50和改性剂出口 53之间改性剂注入阀49内设置有橡胶片51，橡胶片51与一活塞52连接，改性剂进口 50与一改性剂注入泵连接，改性剂出口 53与搅拌筒44连接，压缩空气进口 48通过一单向阀46与压缩空气输送管道47连接。
启动电机40时，搅拌轴43开始搅拌，再生砂由进料口四41进入搅拌筒44内，同时改性剂进口 50与改性剂出口 53连通，改性剂注入泵将改性剂注入搅拌筒44内，随着搅拌轴43的转动将改性剂与再生砂充分混合均匀并将改性砂推出出料口四45 ;当改性工作即将结束时，改性剂进口 50与改性剂出口 53断开，同时单向阀开启，压缩空气将存留在改性剂注入阀49内残余的改性剂吹入搅拌筒44内，电机40延时一定时间停止工作。这样，避免残存的改性剂影响改性剂定量的准确性。
其中，多排磨轮再生机为现有技术，其技术方案已被申请号为200920281035.1的实用新型专利公开，其申请日为2009.12.14，授权公告号为CN201552486U，授权公告日为2010.08.18 ;三回程滚筒同为现有技术，其技术方案已被申请号为200910224346.9的发明专利公开，其申请日为2009.11.26，授权公告号为CN101706199B，授权公告日为2012.07.18 ;因此，本发明中不再赘述多排磨轮再生机和三回程滚筒的结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种粘土旧砂完全再生用成套设备，其特征在于，包括用于高温焙烧旧砂的高温脆化装置、用于冷却高温脆化旧砂的脆化旧砂冷却装置、用于冷却后旧砂再生的多排磨轮再生机、用于分离再生砂中微粉的微粉分离装置、用于改善再生砂性能的再生砂改性装置和用于烘干改性砂的三回程滚筒，所述高温脆化装置、所述脆化旧砂冷却装置、所述多排磨轮再生机、所述微粉分离装置、所述再生砂改性装置和所述三回程滚筒之间直接衔接或通过给料设备和/或运输设备和/或砂储存装置连接起来形成粘土旧砂完全再生砂成套设备。
2.根据权利要求1所述的粘土旧砂完全再生成套设备，其特征在于，所述高温脆化装置包括炉体，所述炉体内设置有流化床板一，位于所述流化床板一上方所述炉体纵向相对的两个侧壁上分别设置有进料口一和出料口一，靠近所述出料口一一端所述炉体上端设置有排烟口，所述炉体底部设置有若干个进风口一，靠近所述出料口一一侧所述炉体的侧壁上设置有燃烧器。
3.根据权利要求2所述的粘土旧砂完全再生成套设备，其特征在于，所述排烟口上设置有换热器，所述换热器包括高温烟气进口、低温烟气出口、冷风进口和热风出口，所述高温烟气进口与所述炉体的排烟口连通，所述低温烟气出口设置在所述换热器的上端，所述冷风进口与一风机一连接，所述热风出口与所述燃烧器的进气口连通。
4.根据权利要求2或3所述的粘土旧砂完全再生成套设备，其特征在于，所述换热器的热风出口还与所述炉体的进风口一连通。
5.根据权利要求1-4任一项所述的粘土旧砂完全再生成套设备，其特征在于，所述脆化旧砂冷却装置包括机架，所述机架上设置有机体，所述机体内部设置有流化床板二，所述机体上部的纵向前后设置有进料口二和排风口，位于所述排风口一侧所述机体的侧壁上设置有出料口二，所述机体的底部设置有若干个进风口二，所述进风口二与一风机二连接。
6.根据权利要求5所述的粘土旧砂完全再生成套设备，其特征在于，所述机体内均匀设置有若干个换热排管，所述换热排管通过水泵与一冷却水池连接。
7.根据权利要求5或6所述的粘土旧砂完全再生成套设备，其特征在于，所述换热排管的上端连接有排水分配管，所述换热排管的下端连接有进水分配管，所述进水分配管的进水口设置有截止阀。
8.根据权利要求1-7任一项所述的粘土旧砂完全再生成套设备，其特征在于，所述微粉分离装置包括支架，所述支架上设置有下床体和上床体，所述上床体和所述下床体之间设置有流化床板三，所述上 床体纵向相对的两个侧壁上分别设置有进料口三和出料口三，靠近所述出料口一端所述上床体的上端设置有排尘口，所述下床体的底部均匀设置有若干个进风口三，所述进风口三与一风机三连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的粘土旧砂完全再生成套设备，其特征在于，所述再生砂改性装置包括搅拌筒，所述搅拌筒纵向后端的上方设置有进料口四，所述搅拌筒纵向前端的下方设置有出料口四，所述搅拌筒内设置有搅拌轴，所述搅拌轴上设置有搅拌叶片和输送叶片，所述搅拌轴的一端连接有电机，靠近所述进料口四一端所述搅拌筒的侧壁上设置有改性剂注入装置。
10.根据权利要求9所述的粘土旧砂完全再生成套设备，其特征在于，所述改性剂注入装置包括改性剂注入阀，所述改性剂注入阀包括改性剂进口、改性剂出口和压缩空气进口，位于所述改性剂进口和所述改性剂出口之间所述改性剂注入阀内设置有橡胶片，所述橡胶片与一活塞连接，所述改性剂进口与一改性剂注入泵连接，所述改性剂出口与所述搅拌筒连接，所述压缩空气进 口通过一单向阀与压缩空气输送管道连接。
全文摘要
本发明公开了一种粘土旧砂完全再生用成套设备，包括用于高温焙烧旧砂的高温脆化装置、用于冷却高温脆化旧砂的脆化旧砂冷却装置、用于冷却后旧砂机械再生的多排磨轮再生机、用于分离再生砂中微粉的微粉分离装置、用于降低再生砂耗酸值的再生砂改性装置和用于烘干改性后再生砂的三回程滚筒。本发明的有益效果是实现了粘土旧砂的完全再生，并且可将再生砂用于各种有机粘结剂制芯，从而减少了旧砂排放对环境的污染，保护了环境和自然资源。
文档编号B22C5/08GK103170575SQ201310101100
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者孙清洲, 张普庆, 王健, 韩勇 申请人:山东建筑大学