消失模鑄造生產(chǎn)線磁選機(jī)的改造

陳風(fēng)琴，赫連福坤

（山西中條山機(jī)電設(shè)備有限公司，山西 垣曲 043700）

消失模鑄造的鑄件沒有飛邊、毛刺和拔模斜度，尺寸誤差小，機(jī)械加工時間短，費用低，而且型砂中無化學(xué)黏結(jié)劑，低溫下泡沫塑料對環(huán)境無害，是一種近無余量、精確成型的綠色鑄造工藝，越來越被廣泛推廣和應(yīng)用。其砂處理生產(chǎn)線可實現(xiàn)鑄件落砂、雜質(zhì)篩分、鐵豆磁選、輸送和舊砂冷卻與輸送、儲存的自動進(jìn)行，舊砂回收和再利用率達(dá)95%以上。磁選機(jī)是砂處理生產(chǎn)線上主要的設(shè)備之一，而磁選機(jī)能否高效進(jìn)行鐵砂分離，直接關(guān)系著砂處理系統(tǒng)的自動運行和舊砂的冷卻效果及回收再利用率，關(guān)聯(lián)著企業(yè)的產(chǎn)品成本。

1 消失模鑄造工藝流程

公司于2017年立項、建設(shè)了一條10 000 t/a 消失模鑄造生產(chǎn)線，砂處理生產(chǎn)線能力為40 t/h，生產(chǎn)節(jié)拍為每箱3 min～4 min.生產(chǎn)工藝流程如圖1 所示。

圖1 消失模鑄造砂處理生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝流程圖

根據(jù)工藝流程圖可知，消失模鑄造砂處理自動生產(chǎn)線的工作流程是：經(jīng)澆注后，砂箱內(nèi)的鑄件，在系統(tǒng)PLC 程序的控制之下，自動進(jìn)行翻箱，通過振動落砂機(jī)實現(xiàn)（鑄）件、砂分離，振動輸送篩進(jìn)行大顆粒和雜質(zhì)篩分，舊砂通過1 級提升機(jī)到磁選機(jī)進(jìn)行磁選鐵豆，實現(xiàn)鐵砂分離。分離后的鐵入儲斗再回爐，舊砂經(jīng)沸騰冷卻床冷卻、降溫，后經(jīng)2 級、3 級提升機(jī)垂直輸送到中間砂庫、砂溫調(diào)節(jié)庫，再經(jīng)砂溫調(diào)節(jié)庫下的砂溫調(diào)節(jié)器再次對舊砂進(jìn)行冷卻，之后經(jīng)4 級提升機(jī)垂直輸送到造型砂庫供造型再使用，進(jìn)而實現(xiàn)舊砂自動回收和再利用。粉塵則通過除塵管道、引風(fēng)機(jī)作用下收集到布袋除塵器集中處理。過程中砂子損耗少，舊砂重復(fù)利用率可達(dá)95%以上。

在生產(chǎn)過程中鐵砂分離情況與系統(tǒng)自動運行關(guān)系重大：當(dāng)鐵能及時分選出來時，生產(chǎn)線可以實現(xiàn)自動連續(xù)運行。即：當(dāng)班作業(yè)人員只需要造型即可，生產(chǎn)線會根據(jù)系統(tǒng)PLC 程序控制，自動進(jìn)行水平輸送、翻箱、篩分、冷卻、垂直輸送（提升）、入庫再造型……循環(huán)反復(fù)；當(dāng)鐵不能及時分選出來時，隨砂進(jìn)入沸騰冷卻床，一方面阻礙舊砂的沸騰冷卻情況，另一方面沉積在床底，制約舊砂的正常輸送，造成堵料，被迫停產(chǎn)清理、篩分、回收再恢復(fù)生產(chǎn)，堵塞通風(fēng)孔時還會束縛舊砂沸騰冷卻狀況。也就是說磁選機(jī)的工作狀況直接關(guān)系著生產(chǎn)線的自動進(jìn)行和舊砂的冷卻和再利用情況，關(guān)系著車間生產(chǎn)的正常進(jìn)行，是重要的工藝設(shè)備。

2 磁選機(jī)結(jié)構(gòu)原理

磁選機(jī)外形如圖2 所示。

圖2 磁選機(jī)外形

磁選機(jī)由傳動裝置（包含電機(jī)+減速機(jī)+傳動鏈條等）、磁滾筒（內(nèi)有磁塊）、調(diào)整手柄、分選室、入料板（多級折流）、進(jìn)料溜槽、出鐵溜槽、出砂溜槽及除塵等部分組成，如圖2 所示。磁塊材質(zhì)為普通（Y20），工作溫度＜80 ℃（瞬時100 ℃），磁場強(qiáng)度1 750 Gs.

生產(chǎn)時，翻箱后經(jīng)振動落砂機(jī)、振動輸送篩初次篩分后的物料由1 級提升機(jī)輸送到磁選機(jī)。經(jīng)入料溜槽進(jìn)入分選室，再經(jīng)入料板多次折流揚灑，自然下落到磁滾筒上，鐵豆、鐵屑在磁滾筒中磁塊作用下被吸附在滾筒上，砂子在重力作用下落下，入出砂溜槽并進(jìn)入下道工序設(shè)備（沸騰冷卻床）中。隨著滾筒的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，滾筒上吸附的鐵豆被帶入到非磁場區(qū)（出鐵溜槽上方），重力作用下離開滾筒下落到出鐵溜槽，再經(jīng)溜管排出到儲鐵斗，定期排出。細(xì)砂粉（塵）在系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)作用下進(jìn)入除塵管道。

3 存在問題

我公司消失模鑄造生產(chǎn)線于2018年4 月安裝投產(chǎn)。運行不到3 個月就出現(xiàn)鐵、砂分離效果差現(xiàn)象，每班選出來的鐵砂混合料240 kg 左右，鐵占比5%～8%，占鐵總量的約50%～60%，還有一部分（約40%～50%）鐵不能被及時分選出來。磁選機(jī)效果差，經(jīng)其分選過的儲鐵斗中鐵少砂多，分選過的舊砂中鐵不能及時去除，隨砂子一起進(jìn)入了沸騰冷卻床中，沉積在沸騰冷卻床面上，束縛砂子的沸騰狀況和冷卻效果，導(dǎo)致造型砂溫高達(dá)70 ℃以上，有時甚至到80 ℃以上，嚴(yán)重超過工藝要求（≤60 ℃），造成經(jīng)過成型、修模、蘸過三遍涂料并烘干等多道程序后的模樣簇在砂箱中發(fā)生變形，直接影響著鑄件產(chǎn)品質(zhì)量。而且不得不專門停產(chǎn)，安排清理沸騰冷卻床中的鐵砂料，每次至少半個班。砂溫高不能造型生產(chǎn)時，不得不停產(chǎn)，專門循環(huán)砂子進(jìn)行冷卻（空冷方式），形成半個班循環(huán)冷卻砂子，半個班生產(chǎn)的被動生產(chǎn)局面，縮短了正常生產(chǎn)時間。而從沸騰冷卻床清理出來的舊砂、鐵混合料需要進(jìn)行人工二次篩分，篩分后把可用的砂子再回收進(jìn)行重復(fù)利用，增加了員工的勞動強(qiáng)度。同時沉積在沸騰冷卻床上的鐵料，堆積在沸騰冷卻床中，隨著不斷沉積，造成堵料，制約了砂子的正常輸送；由于堵料加劇了磁選機(jī)上道工序設(shè)施及設(shè)備磨損，破壞了密封，造成漏料、軸承進(jìn)砂、軸磨損、磁滾筒破漏、滾筒內(nèi)進(jìn)砂等故障，見圖4～圖7，嚴(yán)重時必須停產(chǎn)維修，增加了設(shè)備故障和成本消耗，嚴(yán)重的束縛了車間的連續(xù)生產(chǎn)，牽制了公司的發(fā)展經(jīng)營。

圖4 磁滾筒外皮破漏、拆除

圖5 滾筒內(nèi)進(jìn)砂

圖6 漏料

圖7 軸承進(jìn)砂、密封壞、軸磨損

4 問題分析

1）經(jīng)測量，入磁選機(jī)的砂子溫度達(dá)152 ℃以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過80 ℃，磁塊溫度升高導(dǎo)致磁性衰減，不能及時分選，鐵豆隨砂落入沸騰冷卻床，沉積在床面，甚至堵塞風(fēng)嘴，如圖8～圖11 所示，束縛了沸騰冷卻效果，更不能與床內(nèi)冷卻水進(jìn)行充分的熱交換，制約了砂溫的冷卻，同時也束縛了砂子的正常輸送。

圖8 鐵豆進(jìn)入沸騰冷卻床內(nèi)

圖9 鐵豆沉積在床底

圖10 鐵豆堵塞風(fēng)孔

圖11 溜槽有上翹

2）在入料口處，落料點位于滾筒正上方，滾筒與末級入料板間隙達(dá)40 mm（圖3 中h1），部分砂子會倒流，落入出鐵溜槽內(nèi)，增加了出砂量。

圖3 改造前磁選機(jī)結(jié)構(gòu)

3）在出料口處，出料板與滾筒間隙達(dá)50 mm，（圖3 中h2）部分砂子會隨滾筒旋轉(zhuǎn)的氣流和慣性力隨鐵豆落入出鐵溜槽，增加了出砂量。

4）出料溜槽管道材質(zhì)為Q235，易磁化，下料管局部有向上翹起現(xiàn)象，如圖11 所示，集收的鐵豆吸附在溜槽內(nèi)壁，和著細(xì)粉和砂粒堆積在上翹起處，不利于物料順暢下落造成堵料。

5）型砂粒徑?。?50 μm～425μm），重量輕，尤其在重復(fù)利用后，經(jīng)過磨損、破碎，粒度更小，閥門開度偏小，導(dǎo)致部分砂進(jìn)入出鐵溜槽如圖12 所示。

圖12 閥門開度小

6）篩網(wǎng)孔徑大。選擇6 目（規(guī)格為4 mm×4 mm）篩網(wǎng)，有部分被分選出來的鐵豆“漏網(wǎng)”，如圖13 所示。

圖13 篩網(wǎng)大，部分豆漏

5 解決方案

結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)和特性，決定對磁選機(jī)進(jìn)行改造，改造后結(jié)構(gòu)如圖14 所示。

圖14 改造后磁選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1）重新制作磁滾筒，采用跳躍式輥系（通過磁塊不同的強(qiáng)度等級，實現(xiàn)砂鐵的多次分離，進(jìn)而提高分選效率）。輥皮材質(zhì)不銹鋼厚度由3 mm 改為4 mm；磁塊用釹鐵錋材質(zhì)代替原來的普通磁塊Y20，工作溫度由80 ℃～100 ℃提升到200 ℃；磁場強(qiáng)度由原設(shè)計的1 750 Gs 提高到≥3 000 Gs，并合理調(diào)整磁系，如圖15 所示。安裝時，根據(jù)磁極強(qiáng)度，調(diào)整傳動方向，由左裝改成右裝，如圖16 所示。

圖15 新輥系

圖16 調(diào)整轉(zhuǎn)向

2）延長末級入料板40 mm，超過滾筒正上方，使物料進(jìn)入分選室后順流分選不發(fā)生倒流，避免混入出鐵溜槽方，如圖14 中12 所示。

3）出料口增加擋板，形成幕簾落料，提升分選效果，如圖14 中13 所示。

4）出料溜槽重新制作安裝，材料改為不銹鋼，下料角度≥50°，保證管道平直，下料通暢，如圖14中7 所示。

（5）增加檢查門，及時檢查、調(diào)整分選物料情況，如圖14 中14 所示。

（6）入料板中增加調(diào)節(jié)板，調(diào)節(jié)下料量，保證滾筒上料層均勻。

7）適當(dāng)調(diào)整除塵閥門開度，保證分選室內(nèi)微負(fù)壓。

8）篩分網(wǎng)由6 目（孔徑為4 mm×4 mm）改為12目（孔徑為1.7 mm×1.7 mm），細(xì)化了篩分孔徑，及時篩出分選出來的鐵料。

工作時，由提升機(jī)輸送過來的物料經(jīng)入料溜槽進(jìn)入分選室，又經(jīng)入料板多次折流揚灑，細(xì)砂粉（塵）在系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)作用下被帶到除塵管道中，實現(xiàn)鐵、砂首次分離；其他物料則順著入料板、落料板落下，因已超過磁滾筒正上方，且與磁滾筒間隙?。?5 mm～20 mm）物料不會逆流被返回到出鐵溜槽側(cè)；在磁系力作用下，混合料中的鐵豆及夾帶的部分砂子組成砂團(tuán)向滾筒方向移動，鐵質(zhì)吸附到滾筒表面，砂子在重力作用下落，實現(xiàn)鐵、砂二次分離；隨著滾筒的連續(xù)運轉(zhuǎn)，物料進(jìn)入磁系中磁極間的空白區(qū)，磁力減小，鐵豆沿滾筒表面產(chǎn)生滑移，夾帶的砂子重力作用下落，實現(xiàn)三次分離；隨著滾筒的連續(xù)運轉(zhuǎn)，到下一組磁極處，鐵豆再被吸附，砂子在重力作用下落……多次翻滾，多次分離。到出料板處時，增加的擋板將混合料及氣流阻擋、打亂、分散，結(jié)合與滾筒間10mm～15 mm 的小間隙，大大減小了通過面積，在滾筒旋轉(zhuǎn)和除塵負(fù)壓及物料慣性等合力作用下物料再次被揚灑和分離，鐵豆吸附在滾筒表面被帶入出鐵溜槽區(qū)經(jīng)溜管排出。砂子在重力作用下落到出砂溜槽，進(jìn)入下道工序設(shè)備沸騰冷卻床。

調(diào)整過程中，結(jié)合增加的檢查門及時查看落料、出料情況，同時摻入適當(dāng)新風(fēng)，增強(qiáng)了分選室內(nèi)氣流；調(diào)整調(diào)節(jié)板的高度，使?jié)L筒料層均勻，減小磁滾筒無料空運轉(zhuǎn)和厚料層堆積的不均勻現(xiàn)象。充分發(fā)揮輥系磁力，促進(jìn)分選效果；適當(dāng)調(diào)整除塵閥門開度，減少保證分選室內(nèi)微負(fù)壓，可以將分選出來的細(xì)粉及時抽走。

6 生產(chǎn)效果

經(jīng)實際運行，取得了良好效果：分選效率大幅提升，沸騰冷卻床清理周期延長到5 個月以上，減少了被迫停產(chǎn)時間，為順利完成生產(chǎn)任務(wù)奠定了堅實的基礎(chǔ)；篩網(wǎng)孔徑目數(shù)的提高，及時篩分出鐵豆，進(jìn)行再利用，降低了生產(chǎn)成本；也減小了鐵豆混入鐵液幾率和對鑄件質(zhì)量的影響，減少了清理打磨頻次和作業(yè)量；還減小了自動生產(chǎn)線中各臺設(shè)備的負(fù)荷，減少了設(shè)備故障，延長了設(shè)備使用壽命；促進(jìn)了砂溫冷卻，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝條件。同時改善了作業(yè)環(huán)境，減小了揚塵，促進(jìn)了環(huán)保綠色、清潔文明生產(chǎn)，創(chuàng)造可觀的社會效益。

6.1 直接效益

年可創(chuàng)效61.13 萬元。

1）年可減小被迫停產(chǎn)時間22.5 天，可增加產(chǎn)量681.75 t，創(chuàng)效52.49 萬元。

改造前，沸騰冷卻床清理周期每周至少1 次，年需至少47 次；改造后延長到5 個月以上，年需2次，減小47-2=45 次。清理一次需用時0.5 天，計0.5×45=22.5 天。

可增加產(chǎn)量（按照每天2 班，每班19 爐，每爐1 t，出品率0.85 計算）：

可創(chuàng)效（按照每噸鑄件0.77 萬元，利潤為產(chǎn)值的10%計算）：

2）年可及時選出并回收再利用鐵24.64 t.

按照改造前、后，稱量的鐵、砂重量比例，平均值2.5%.

篩網(wǎng)目數(shù)提高，可多回收再利用鐵1.12%.

價格按照每噸0.35 萬元計算：24.64×0.35=8.62 萬元。

3）及時分選出鐵，減輕了自動生產(chǎn)線中各臺設(shè)備、設(shè)施的負(fù)荷，減小了損耗，年可減小設(shè)備故障和維修費用5.02 萬元。

4）投入費用：5.0 萬元。

其中：磁滾筒1 套4.8 萬元；材料（鋼板）等其他0.2 萬元。

綜合上述，可創(chuàng)效：

6.2 社會效益

減輕了勞動強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境，促進(jìn)了綠色、環(huán)保、清潔文明生產(chǎn)，創(chuàng)造了可觀的社會效益。

7 結(jié)束語

隨著國家鑄造行業(yè)的發(fā)展和智能化制造的推廣，自動化生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，消失模鑄造自動生產(chǎn)線將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。其中砂處理自動生產(chǎn)線磁選機(jī)通過及時分選出生產(chǎn)過程中的鐵豆，減輕設(shè)備負(fù)荷，提高冷卻效率，增加舊砂回收，提高舊砂重復(fù)使用，減小對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，可減少損耗，降低成本，實現(xiàn)降本增效，增強(qiáng)企業(yè)市場競爭力，其前景可觀。