一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器的制作方法

1.本发明涉及铸造旧砂热法再生技术领域，特别涉及一种用于铸造厂旧砂加热再生后用于覆膜砂生产配套的智能型砂冷却器。


背景技术：

2.铸造厂使用砂型铸造工艺时会产生大量废旧砂，由于其中含有重金属和残留树脂和粘结剂而被列为铸造有害固废并禁止随意排放，随着我国环保严控和对铸造固废的排放的限制，旧砂再生是必选之路。树脂砂旧砂再生回收代替新砂作覆膜砂是当今普遍应用的一个环保型案例，即解决了旧砂循环利用，又通过生产成覆膜砂销售给铸造厂得到升值。
3.树脂砂旧砂生产覆膜砂必须经过热法再生，使再生砂的灼烧减量控制在0.2％以内，同时绝对控制再生砂的粉尘含量到最低值，使再生砂的灼烧减量和粉尘含量达到或低于新砂，以此降低覆膜砂的发气量和树脂消耗，获得高质量覆膜砂并降低成本。
4.覆膜砂生产时要求再生砂覆膜温度控制在130℃-140℃之间，现有覆膜砂生产工艺是先将旧砂热法再生，将旧砂表面残留树脂膜燃烧，再经过砂冷却器冷却除尘到50℃以下存入砂库，再将再生砂批量加热到140℃后加入混砂机，再加入树脂和辅料到混砂机进行混制覆膜后进入环形振动筛破碎成颗粒，最后再经过冷却器将树脂膜固化完成覆膜砂的制造。在现存工艺里发现在覆膜前再生砂被二次加热一个现象，旧砂热法再生的砂已经被加热到600℃以上，之后从600℃降到50℃，再从50℃加热到140℃，如果直接从热法再生砂的600℃直接降到140℃实现短流程，就会节省从50℃加热到140℃所需能耗，还节省了再生砂的一次转运能耗。
5.目前国内旧砂热法再生生产覆膜砂没有人采用这样短流程，主要原因是砂冷却器的结构和调温控制能力所限，如果该冷却器具备热法再生砂调控温度同时能力去除粉尘就可实现热法再生砂冷却除尘后直接供给覆膜混砂机的短流程工艺，因此为了解决现有砂冷却器的调温控制能力差以及去尘效果不明显的技术问题，提出了一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，是很有必要的。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，通过先风冷后水冷两个过程段实现连续自动化冷却，利用风冷将热法再生砂从高温降到中温，再利用传感器获取数据并根据数学模型建立智能控制，即砂流量、冷却水流量、水温和出砂口砂温建立控制闭环，以提高冷却器的温度控制能力，再通过鼓风带走砂在沸腾过程中形成的粉尘，并利用粉尘浓度仪对除尘结果进行监控，提高去尘效果，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，包括冷却器，所述冷却器的外部设有冷却器壳体，冷却器壳体是带有进水口和出砂口的钢结构焊接壳体，冷却器壳体的左侧
贯穿设有进砂管，所述出砂口外密封连接有出砂管，所述进水口外密封连接有进水管，进水管通过水泵密封连接有冷却水塔，所述进水管的下端设有出水管，出水管的一端与冷却器壳体密封连接，出水管的另一端通过水泵与冷却水塔密封相连，所述冷却器壳体的顶端通过除尘管道连接有除尘器，除尘器的除尘罩内以及冷却器壳体的四周均衬有耐火材料，耐火材料包括耐火砖和耐火板，所述冷却器壳体的内部底端设有沸腾床，沸腾床由风冷区和水冷区两个沸腾底板组成，沸腾底板上布满高脚喷嘴，高脚喷嘴的高度不低于100mm，所述水冷区内并排设有多个热交换器，热交换器的水管上缠绕着翅片，相邻两个热交换器之间安装有中间隔板，中间隔板的高度不低于700mm。
9.进一步的，所述冷却器包括冷却循环水供应系统、鼓风系统、除尘系统、传感器和智能控制单元。
10.进一步的，所述冷却循环水供应系统包括冷却水塔、水泵、进水管和出水管，所述水泵由变频电机所驱动。
11.进一步的，所述鼓风系统包括高压风机和鼓风管道，所述高压风机通过鼓风管道密封连接有鼓风室，鼓风室设于沸腾底板的下方位置，鼓风室与高脚喷嘴保持内部气体相通。
12.进一步的，所述除尘系统包括除尘器和除尘管道。
13.进一步的，所述传感器包括温度探头、压力计、流量计、粉尘浓度仪和管道温度计，温度探头由热电偶制成，温度探头安装于进砂管、出砂管以及风冷区和水冷区的交界处，压力计安装于鼓风室内，流量计安装于进水管上，粉尘浓度仪安装于除尘管道上，管道温度计安装于进水管和出水管上。
14.进一步的，所述控制单元包括plc、执行程序、计算模块、数据库、操作显示屏和数据输出接口。
15.进一步的，所述出砂管上连接有三通卸砂阀。
16.进一步的，所述冷却器在配套覆膜砂生产时对冷却砂温作目标控制在130℃-140℃，冷却器在配套树脂砂和芯砂生产时对冷却砂温目标控制在30℃-40℃，冷却器对砂粉尘含量控制在0.2％以内。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.1.本发明提出的一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，通过鼓风带走砂在沸腾中出现的粉尘，高压风机吹出的鼓风通过高脚喷嘴进入冷却器，将砂形成沸腾悬浮状，然后除尘器利用鼓风管道吸走悬浮状砂内的粉尘，再利用粉尘浓度仪进行粉尘含量监测，以此满足除尘要求，并通过控制单元实现再生砂粉尘含量的数字化监控，对砂粉尘含量严格控制在0.2％以内；
19.2.本发明提出的一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，通过冷却器将再生砂经过风冷和水冷两个过程段实现连续性冷却，风冷是利用鼓风和冷却器顶部的抽风带走高温砂的热量，将热法再生砂从高温降到450℃以下，避免水冷时造成高温开焊，水冷是利用热交换器与沸腾砂进行接触交换热量，热交换器上的散热翅片加大了与砂的接触面积提高热交换率；
20.3.本发明提出的一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，通过传感器获取测得相关数据即砂量、风量、水量和温度，并根据热交换数学模型建立智能闭环控制，即总热
交换能量e
总
＝e
风
+e
水
，e
水
＝ξ*q
砂
*
⊿
t
砂
*q
水
*
⊿
t
水
，其中ξ代表计算系数，以实现对温度的精确控制，对冷却砂的温度严格控制在130℃-140℃；
21.4.本发明提出的一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，通过在冷却器与覆膜混砂机之间增加一个三通卸砂阀，将冷却后符合温度设定的热法再生砂直接供给混砂机定量斗，实现短流程工艺，减少设备投资和能耗。
附图说明
22.图1为本发明的旧砂热法再生砂智能冷却器整体的立体结构示意图；
23.图2为本发明的智能冷却器沸腾床立体结构示意图；
24.图3为本发明的智能冷却器传感器布置立体结构示意图；
25.图4为本发明的智能冷却器智能控制逻辑示意图。
26.图中：1、冷却器；2、进砂管；3、出砂管；4、高压风机；5、鼓风管道；6、除尘管道；7、除尘器；8、冷却水塔；9、水泵；10、进水管；11、出水管；12、控制单元；13、冷却器壳体；14、热交换器；15、鼓风室；16、中间隔板；17、耐火材料；18、风冷区；19、沸腾底板；20、高脚喷嘴；21、温度探头；22、压力计；23、流量计；24、粉尘浓度仪；25、管道温度计；26、水冷区；27、卸砂阀；28、冷却循环水供应系统；29、鼓风系统；30、除尘系统；31、传感器；32、沸腾床。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.图1-图4出示该用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器的具体实施方式：
29.请参阅图1-图2，一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，包括冷却器1，冷却器1的外部设有冷却器壳体13，冷却器壳体13是带有进水口和出砂口的钢结构焊接壳体，冷却器壳体13的左侧贯穿设有进砂管2，出砂口外密封连接有出砂管3，出砂管3上连接有三通卸砂阀27，进水口外密封连接有进水管10，进水管10通过水泵9密封连接有冷却水塔8，进水管10的下端设有出水管11，出水管11的一端与冷却器壳体13密封连接，出水管11的另一端通过水泵9与冷却水塔8密封相连，冷却器壳体13的顶端通过除尘管道6连接有除尘器7，除尘器7的除尘罩内以及冷却器壳体13的四周均衬有耐火材料17，耐火材料17包括耐火砖和耐火板，冷却器壳体13的内部底端设有沸腾床32，沸腾床32由风冷区18和水冷区26两个沸腾底板19组成，沸腾底板19上布满高脚喷嘴20，高脚喷嘴20的高度不低于100mm，水冷区26内并排设有多个热交换器14，热交换器14的水管上缠绕着翅片，相邻两个热交换器14之间安装有中间隔板16，中间隔板16的高度不低于700mm。
30.具体的，再生砂从进砂管2进入冷却器1后从出砂管3出来，冷却分两个过程段，先风冷后水冷。风冷段是通过冷却器1底板沸腾的鼓风和冷却器1顶部抽风带走高温砂热量，之后进入水冷段，水冷是采用通冷却水的热交换器14与沸腾砂进行接触交换热量，热交换器14的冷却水管缠绕着散热翅片，加大了与砂接触面积提高热交换率。
31.其中需要说明的是，砂冷却的介质一个是风、一个是水，所以冷却能力在热交换面
积确定之后一是靠风量和风温、二是靠冷却水流量和冷却水温度。前端风冷采用的高压风机4共给的沸腾风量，而风的温度随环境温度而变化，冷却器1前端设计的风冷意义是将热法再生砂从高温降到450℃以下，使这个温度不至于与水冷热交换器14设备造成高温开焊，而砂从高温到中温是容易实现的，只要有足够的过风面积和风量即可实现。
32.其中冷却器1除尘的具体实施方式，请参阅图2：
33.砂冷却器1的除尘是砂在沸腾过程中通过鼓风带走实现的，即类似风洗。砂冷却器1底板上安装数个高脚喷嘴20，高压风机4鼓风通过喷嘴进入冷却器1，将砂形成沸腾悬浮，砂沸腾的高度代表砂与热交换器14接触面积和风洗的面积，也代表着冷却和除尘效率。由于热法再生砂砂温高，冷却器1必须带隔热防护，四周和顶部安装耐火砖和耐火板进行隔热处理，底部靠处理的砂沉淀在底部形成自然隔热层，砂层厚度与高脚喷嘴20的高度相同。为了监控除尘结果在冷却器1顶部排风口安装粉尘浓度仪24，将监控再生砂冷却后粉尘含量。
34.请参阅图3-图4，冷却器1包括冷却循环水供应系统28、鼓风系统29、除尘系统30、传感器31和智能控制单元12，冷却循环水供应系统28包括冷却水塔8、水泵9、进水管10和出水管11，水泵9由变频电机所驱动，鼓风系统29包括高压风机4和鼓风管道5，高压风机4通过鼓风管道5密封连接有鼓风室15，鼓风室15设于沸腾底板19的下方位置，鼓风室15与高脚喷嘴20保持内部气体相通，除尘系统30包括除尘器7和除尘管道6，传感器31包括温度探头21、压力计22、流量计23、粉尘浓度仪24和管道温度计25，温度探头21由热电偶制成，温度探头21安装于进砂管2、出砂管3以及风冷区18和水冷区26的交界处，压力计22安装于鼓风室15内，流量计23安装于进水管10上，粉尘浓度仪24安装于除尘管道6上，管道温度计25安装于进水管10和出水管11上，控制单元12包括plc、执行程序、计算模块、数据库、操作显示屏和数据输出接口。
35.具体的，前一步只是将热法再生砂从高温降到450℃以下，要想将砂从中温降到140℃需要精准控制，需要在设备上安装系列传感器31获取数据并根据热交换数学模型建立智能闭环控制，冷却水流量由变频电机驱动的水泵9控制同时水路上安装流量计23监测水量q
水
，冷却水温度由冷却水塔8连接制冷机控制入口水温t
进
，同时在冷却器1出水口安装管道温度计25检测出水口温度t
出
，在冬季温度低时制冷机可以停掉只在夏季实用。在冷却器1的进砂管2、出砂管3以及风冷区18和水冷区26交界处安装温度探头21监测砂温，测得所在的砂温分别为t1、t2、t3，砂流量q
砂
通过热法再生机的定量加料器给出数据，通过砂量、风量、水量和温度建立热交换数字模型并通过标定即可实现智能闭环控制，即总热交换能量e
总
＝e
风
+e
水
，e
水
＝ξ*q
砂
*
⊿
t
砂
*q
水
*
⊿
t
水
(ξ代表计算系数，通过标定后确定，
⊿
t
砂
代表t
2-t3，
⊿
t
水
代表t
进-t
出
)。此外在砂冷却器1与覆膜混砂机之间增加一个三通卸砂阀27，温度t3不合格的砂被排出不进入混砂机。
36.其中需要说明的是，三通卸砂阀27具有三个阀口，分别为进砂口、合格砂卸砂口和非合格砂卸砂口，进砂口一直保持开着，当t3符合设定时可开启合格砂卸砂口关闭非合格砂卸砂口，当t3不符合设定时可开启非合格砂卸砂口关闭合格砂卸砂口。
37.其中需要说明的时，冷却器在配套覆膜砂生产时对冷却砂温作目标控制在130℃-140℃，冷却器在配套树脂砂和芯砂生产时对冷却砂温目标控制在30℃-40℃，冷却器对砂粉尘含量控制在0.2％以内。
38.一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器的工作原理以及实施方法，包括以下
步骤：
39.步骤一：冷却水塔8通过水泵9和进水管10向冷却器1内供水，管道温度计25测出水温信号t
进
，然后启动除尘器7和高压风机4，人工向进砂管2内导入热砂q
砂
，温度探头21检测到进砂管2出的砂温t1，砂进入冷却器1后沸腾；
40.步骤二：在冷却器1内的砂先通过风冷区18再进入水冷区26，温度探头21测得进入水冷区26的砂温t2，当砂到达出砂管3时温度探头21再测得砂温t3，当t3达到设定温度时，卸砂阀27打开合格砂进入混砂机定量斗，定量达到批量混砂要求时加入混砂机覆膜；
41.步骤三：出砂完成后，管道温度计25测得冷却器1的出水管11处水温t
出
，控制单元12收到相关数据并计算出水温差
⊿
t
水
＝t
进-t
出
和砂温差
⊿
t
砂
＝t
2-t3，再根据
⊿
t
水
和
⊿
t
砂控制流量计23调节水量q
水
；
42.步骤四：旧砂热法再生过程中，压力计22在鼓风室15内监测砂沸腾高度并通过鼓风管道5阀进行微调，保证砂沸腾高度在合理高度，然后压力计22输出监测砂沸腾床32的高度信号，粉尘浓度仪24除尘管道6内检测砂中粉尘的含量，并通过除尘管道6阀进行微调，确定除尘风速；
43.步骤五：若冷却器1在规定时间内排出的砂温t3没有达到设定的温度，而冷却器1内砂量已经过多时，打开卸砂阀27，将不符合温度的砂排出冷却器1到收集斗，在冷却器1正常工作后再从进砂管2加入。
44.综上所述：本发明提出的一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，通过鼓风带走砂在沸腾中出现的粉尘，高压风机4吹出的鼓风通过高脚喷嘴20进入冷却器1，将砂形成沸腾悬浮状，然后除尘器7利用鼓风管道5吸走悬浮状砂内的粉尘，再利用粉尘浓度仪24进行粉尘含量监测，以此满足除尘要求，并通过控制单元12实现再生砂粉尘含量的数字化监控，对砂粉尘含量严格控制在0.2％以内；通过冷却器1将再生砂经过风冷和水冷两个过程段实现连续性冷却，风冷是利用鼓风和冷却器1顶部的抽风带走高温砂的热量，将热法再生砂从高温降到450℃以下，避免水冷时造成高温开焊，水冷是利用热交换器14与沸腾砂进行接触交换热量，热交换器14上的散热翅片加大了与砂的接触面积提高热交换率；通过传感器31获取测得相关数据即砂量、风量、水量和温度，并根据热交换数学模型建立智能闭环控制，即总热交换能量e
总
＝e
风
+e
水
，e
水
＝ξ*q
砂
*
⊿
t
砂
*q
水
*
⊿
t
水
，其中ξ代表计算系数，以实现对温度的精确控制，对冷却砂的温度严格控制在130℃-140℃；通过在冷却器1与覆膜混砂机之间增加一个三通卸砂阀27，将冷却后符合温度设定的热法再生砂直接供给混砂机定量斗，实现短流程工艺，减少设备投资和能耗。
45.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，包括冷却器(1)，其特征在于：所述冷却器(1)的外部设有冷却器壳体(13)，冷却器壳体(13)是带有进水口和出砂口的钢结构焊接壳体，冷却器壳体(13)的左侧贯穿设有进砂管(2)，所述出砂口外密封连接有出砂管(3)，所述进水口外密封连接有进水管(10)，进水管(10)通过水泵(9)密封连接有冷却水塔(8)，所述进水管(10)的下端设有出水管(11)，出水管(11)的一端与冷却器壳体(13)密封连接，出水管(11)的另一端通过水泵(9)与冷却水塔(8)密封相连，所述冷却器壳体(13)的顶端通过除尘管道(6)连接有除尘器(7)，除尘器(7)的除尘罩内以及冷却器壳体(13)的四周均衬有耐火材料(17)，耐火材料(17)包括耐火砖和耐火板，所述冷却器壳体(13)的内部底端设有沸腾床(32)，沸腾床(32)由风冷区(18)和水冷区(26)两个沸腾底板(19)组成，沸腾底板(19)上布满高脚喷嘴(20)，高脚喷嘴(20)的高度不低于100mm，所述水冷区(26)内并排设有多个热交换器(14)，热交换器(14)的水管上缠绕着翅片，相邻两个热交换器(14)之间安装有中间隔板(16)，中间隔板(16)的高度不低于700mm。2.根据权利要求1所述的一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，其特征在于：所述冷却器(1)包括冷却循环水供应系统(28)、鼓风系统(29)、除尘系统(30)、传感器(31)和智能控制单元(12)。3.根据权利要求2所述的一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，其特征在于：所述冷却循环水供应系统(28)包括冷却水塔(8)、水泵(9)、进水管(10)和出水管(11)，所述水泵(9)由变频电机所驱动。4.根据权利要求2所述的一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，其特征在于：所述鼓风系统(29)包括高压风机(4)和鼓风管道(5)，所述高压风机(4)通过鼓风管道(5)密封连接有鼓风室(15)，鼓风室(15)设于沸腾底板(19)的下方位置，鼓风室(15)与高脚喷嘴(20)保持内部气体相通。5.根据权利要求2所述的一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，其特征在于：所述除尘系统(30)包括除尘器(7)和除尘管道(6)。6.根据权利要求2所述的一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，其特征在于：所述传感器(31)包括温度探头(21)、压力计(22)、流量计(23)、粉尘浓度仪(24)和管道温度计(25)，温度探头(21)由热电偶制成，温度探头(21)安装于进砂管(2)、出砂管(3)以及风冷区(18)和水冷区(26)的交界处，压力计(22)安装于鼓风室(15)内，流量计(23)安装于进水管(10)上，粉尘浓度仪(24)安装于除尘管道(6)上，管道温度计(25)安装于进水管(10)和出水管(11)上。7.根据权利要求2所述的一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，其特征在于：所述控制单元(12)包括plc、执行程序、计算模块、数据库、操作显示屏和数据输出接口。8.根据权利要求1所述的一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，其特征在于：所述出砂管(3)上连接有三通卸砂阀(27)。9.根据权利要求1所述的一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，其特征在于：所述冷却器(1)在配套覆膜砂生产时对冷却砂温作目标控制在130℃-140℃，冷却器(1)在配套树脂砂和芯砂生产时对冷却砂温目标控制在30℃-40℃，冷却器(1)对砂粉尘含量控制在0.2％以内。

技术总结
本发明公开了一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，涉及铸造旧砂热法再生技术领域。为了解决现有砂冷却器的调温控制能力差以及去尘效果不明显的技术问题。一种用于铸造厂旧砂热法再生砂智能冷却器，包括冷却器，所述冷却器的外部设有冷却器壳体，冷却器壳体是带有进水口和出砂口的钢结构焊接壳体，通过先风冷后水冷两个过程段实现连续自动化冷却，利用风冷将热法再生砂从高温降到中温，再利用传感器获取数据并根据数学模型建立智能控制，即砂流量、冷却水流量、水温和出砂口砂温建立控制闭环，以提高冷却器的温度控制能力，再通过鼓风带走砂在沸腾过程中形成的粉尘，并利用粉尘浓度仪对除尘结果进行监控，提高去尘效果。提高去尘效果。


技术研发人员：于彦奇 郑德松 胡丽娜 郑德浩
受保护的技术使用者：马鞍山海森控电气有限公司
技术研发日：2022.11.16
技术公布日：2023/7/13