双盘冷却器喷水冷却控制系统的研究及应用

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1、上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论双盘冷却器喷水冷却控制系统的研究及应用第一章绪论在各种化学粘结砂蓬勃发展的今天，粘土湿型砂铸造工艺因其成本低、效率高，目前在造型工艺中仍占有重要地位[01]。目前，美国钢铁铸件中，用粘土湿型砂制造的占80%以上；日本钢铁铸件中，用粘土湿型砂制造的占73%以上。各种新工艺的实施，使粘土湿型砂在铸造生产中的地位更加重要，也使粘土湿型砂面临许多新的问题。热砂问题、膨润土的恢复塑性问题尤为突出。而最好的解决途径是通过双盘冷却器的搅拌、喷水、鼓风冷却。1.1课题背景无锡一汽铸造有限公司是

2、一汽集团卡车发动机铸件在华东地区的重要生产基地，主要生产气缸体、气缸盖等技术含量较高的铸件。铸造生产工艺采用粘土湿型砂作为造型材料，运用了世界上先进的“气流预紧实＋压实”的静压造型技术，冲天炉、电炉的双联熔炼可以生产包括灰铁、球铁、蠕铁等各种牌号的铸件，年产合格铸件5万吨。1.1.1砂处理工艺流程第56页共56页上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论在所有的生产工艺流程中，粘土湿型砂处理系统是最初的环节，也是最为重要的环节之一，其中包括了回用砂的回用处理、新砂及辅助材料的加入、型砂的混制和型砂性能的监控等。在实际系

3、统中采用SIMPSON双盘冷却器对从静压造型线来的热回用砂进行加水冷却，冷却后的回用砂随后中转到贮砂料仓备用，最后和需补加的新砂、膨润土、煤粉等附加料一起加入混砂机进行型砂的混制。砂处理工艺流程如图1-1所示。图1-1砂处理系统工艺流程图Fig.1-1processflowdiagramofsandsystem1.1.2粘土湿型砂回用砂的控制要点配制粘土湿型砂时，回用砂用量一般都在90%以上，如果对回用砂的处理不当，无论怎样加强混砂，无论添加什么辅助材料，都不能得到好的型砂[02][03]。所以，对回用砂进行有效的

4、处理，是保证型砂质量的前提。一、回用砂温度的控制热砂问题是粘土湿型砂铸造必须面对的关键问题。型砂温度太高，铸件容易产生夹砂、表面粗糙、冲砂、气孔等铸造缺陷[03]。热砂对铸件质量的负面影响，主要由于以下几个方面：（1）由于热砂使水分蒸发，混砂时进入的回用砂水分波动很大，混砂机添加水分的计算很大程度受上一批料的影响，因此将难以控制型砂的性能；（2）将热型砂送往造型机的过程中，由于水份损失，型砂性能改变，造型时实际上用的型砂，其性能与混砂时控制的性能差别很大；（3）造型时，热型砂的水分容易在铸模表面上凝结，型砂粘模，虽

5、然造型主机自动喷洒脱模剂，但还是经常要人工清理，影响生产节拍；第56页共56页上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论（4）合型后，热砂的水分蒸发，凝结在冷的芯子上，会使芯子的强度降低，铸件也易于产生气孔等铸造缺陷；（5）回用砂贮存在砂斗中备用，热砂容易粘附在砂斗壁上，即使使用旋转料仓仍然解决不了搁料问题，使系统中的型砂只有一部分循环使用，导致这部分型砂周转快、温度又会进一步提高，使热砂问题更为严重。二、回用砂水分的控制进入混砂的回用砂水分太低，对混砂质量的影响可能并不亚于砂温过高。铸型浇注以后，由于热金属的影响，很

6、多砂粒表面上的土-水粘结膜都脱水干燥了，加水使其吸水恢复塑性是很不容易的。回用砂的水分越低，混成砂的综合质量就越差。因此进入混砂机的回用砂，水分只能比混成砂略低一点。所以双盘冷却器除了实现降低热砂温度以外，更为重要的是保证回用砂一定的含水百分比。这样，从砂冷却到进入混砂机还有一段相当长的时间，水可以充分润湿回用砂砂粒表面上的膨润土。型砂中的膨润土和水在混砂机进一步得到调制，型砂的性能就更为稳定一致。1.1.3双盘冷却器原喷水冷却控制系统存在的问题无锡一汽铸造有限公司在一期改造中引进了美国SIMPSON公司制造的

7、MC-150型双盘冷却器，其喷水冷却控制系统主要由工业控制计算机、检测模块、加水机构三大部分组成，而PLC系统主要控制鼓风、搅拌、卸砂等机械运行系统。采用高精度测湿传感器来采集实时湿度，采用J型热电偶检测实时温度，单片机根据实时湿度和温度来控制喷水量，通过控制粗、中、细加水电磁阀的开启组合，而得到不同的加水量。鼓风机在双盘冷却器入口的送风量恒定，为了使热砂的温度能迅速降低，就要求在很短的时间内能带走足够的水蒸汽，因此鼓风机一直处于全速运行，相对应的出口顶部的抽风量也处于最大的状态。该双盘冷却器已经高强度运行七年多，

8、喷水冷却控制系统运行比较可靠，经过冷却后的回用砂温度得到较大幅度的降低、水分控制能较稳定地控制在一定范围内。但是相对越来越高的工艺要求来说，这台双盘冷却器还是存在以下一些问题：（第56页共56页上海交通大学工程硕士学位论文第一章绪论1）加水机构有粗加水、中加水、细加水三种控制阀，但都是开关量控制阀，按照组合排列也只有七种组合，无法实现无级调速，所以精度很难到