（轉自：《鑄造裝備》2014年4月刊
　　作者單位：東風汽車股份有限公司第三鑄造分公司，索閱雜志見文尾）
　　1 舊砂冷卻設備升級項目背景
　　隨著造型機械化自動化程度的不斷提高，對型砂需要量顯著增加，同時舊砂的循環時間大大縮短，而許多鑄造廠為造型線供砂的砂處理系統沒有設置可靠的型砂冷卻裝置，導致隨著氣溫上升，尤其是炎熱的夏季出現回收的舊砂砂溫過高的現象。
　　（1）砂溫過高的成因、產生的影響及適宜溫度
　　造成型砂溫度過高的原因主要是澆注后砂箱里的型砂溫度過高，經過落砂后的型砂經過一系列轉運后沒有被充分冷卻。
　　型砂溫度上升會給造型生產帶來一系列困難，如造型易產生水份蒸發，型砂表面強度低，從而影響脫模性，并且易粘膜，易掉砂，易壞型。澆注后鑄件易產生表面粘砂，形成砂眼，影響光潔度，鑄型表面容易脫水造成鑄件廢品率上升；舊砂粘附在砂斗上造成加砂困難；舊砂溫度在50℃～70℃時混制的型砂性能變化很大，很難被控制。
　　熱砂是造型生產的殺手，尤其對于以生產發動機缸體缸蓋毛坯的鑄造廠更是如此。發動機類毛坯產品對鑄型的要求更高，要求有更好的鑄型表面質量、鑄型強度，因此必須有相應的舊砂冷卻設備對型砂降溫。老鑄造廠采用增加運輸皮帶距離；皮帶上加水；增加中間儲存斗的方法來降低砂溫，效果都不理想。如皮帶上加水，只是表面的砂進行了冷卻，底層的砂依舊溫度較高。
　　按德國標準，型砂溫度控制在30℃之內為最佳，這與造型材料膨潤土、碳水化合物有密切關系，膨潤土的最佳濕強度建立也是在30℃的高峰值，碳水化合物要求溫度最高也不能超過40℃，否則膨潤土強度受到影響。
　　（2）設備升級前存在的問題
　　東風汽車股份有限公司第三鑄造分公司（以下簡稱“東風三鑄”）之前主要使用的是雙盤冷卻器進行砂溫冷卻。連續式雙盤冷卻器是常用的對粘土砂系統進行冷卻的設備之一。它的主要原理是在刮板的強烈攪拌下，通過加水、鼓風、抽風促使水分蒸發以達到降溫的效果。隨著東風三鑄產品結構變化，鑄件產量上升，該冷卻器越來越無法適應造型線生產的需要，主要存在以下問題：
　　1） 設備的實際降溫效果不好。在夏天室外溫度較高情況下，冷卻后的砂溫較高，超過50℃，無法滿足工藝需求，必須通過皮帶加水來輔助冷卻；
　　2） 舊砂冷卻處理能力不足。尤其在造型線效率提升后，砂冷卻成為砂處理舊砂循環生產的瓶頸環節；
　　3） 設備老化嚴重故障率高。該設備已使用二十多年，關鍵備件更換成本高。
　　2 沸騰冷卻床選型、工作原理及特點
　　（1）設備選型
　　為了確保型砂性能穩定，保證造型線的生產效率，降低異常型廢，東風三鑄對舊砂冷卻提出了更高要求。在此前提上，東風三鑄通過多方調查，決定淘汰原有的雙盤冷卻器，使用目前國際上應用較廣的沸騰冷卻床。最終確定使用德國KUTTNER公司的SAND COOLER，型號為DWDA 2500/350*8000。主要參數：輸送舊砂能力：180t/h、最高進口砂溫100℃，最高出口砂溫40℃。DWDA沸騰冷卻床示意圖見圖1。
　　（2）工作原理
　　DWDA沸騰冷卻床改變了過去主要靠空氣對流散熱和自然冷卻的方法，通過強力冷風使砂處于一種沸騰狀態，同設置在沸騰板上方的空氣充分接觸，使砂流進行二次熱交換。大約90％的熱砂冷卻是通過蒸發水分完成的（類似于人類通過汗液的蒸發使皮膚冷卻的過程）。砂子均勻分布在沸騰床里，通過空氣穿過孔板的方式使砂子沸騰起來。在這個過程中砂子的沸騰就如同水沸騰一樣且被完全混合。水從均勻分布在上方的噴嘴噴到砂子的沸騰層上，大部分水蒸發得非常快，于是砂子得到了冷卻。產生的蒸汽進入加熱的空氣，通過排氣口排出。
　　（3）主要特點
　　DWDA沸騰冷卻床原理是根據“流態化的沙子與冷卻介質的熱交換是非流態化熱交換律的4倍～5倍”的原理設計的。集水冷與風冷于一體，且可使砂子與水冷管充分進行熱交換，所以能有效地對砂子降溫，滿足型砂溫度的要求。并且沸騰時，砂子間由于相互磨擦而具有一定的軟再生功能；微粉分離性能好等。
　　為了獲得沸騰床的高效冷卻，必須滿足下述四個條件：
　　1） 砂子的輸出必須與規格相符；
　　2） 鼓風機必須按照規格設置；
　　3） 廢氣的流速必須足夠高，以便在沸騰床內維持穩定的負壓；
　　4）
　　水的流速必須與設計數據相符（主要由水壓決定）。
　　圖1 沸騰床示意圖
　　4 沸騰冷卻床結構及運行
　　DWDA沸騰冷卻床結構見圖2。
　　1-振動輸送機 2-鼓風系統 3-水系統 4-抽風除塵系統 5-加砂系統 6-振動器 7-沸騰板
　　圖2 沸騰床結構圖
　　DWFA沸騰冷卻床包括下述主要元件：振動輸送機（包含風箱和沸騰室）、鼓風系統、水系統、抽風除塵系統、加砂系統。
　　（1） 振動輸送機
　　坐落在四個橡皮緩沖器上，在振動器驅動下不停振動，振動輸送機里由沸騰板將風箱和沸騰室隔開。
　　1） 風箱
　　風箱是整個設備的底座，上面和沸騰室連接在一起。鼓風系統鼓進的冷風透過沸騰板將砂子吹起而沸騰。
　　2） 沸騰室
　　該部分由給料斗、沸騰板、噴淋系統組成。空氣通過鼓風機被強制吹入沸騰床風箱；風箱中，空氣通過沸騰板使砂層沸騰，并吸收通過噴水系統加入的水；熱量蒸發后，舊砂得以冷卻；加熱的空氣通過抽風管排出。
　　（2） 鼓風系統
　　該系統由消音器、鼓風機、風量分配裝置、管道等組成，該系統是舊砂沸騰的動力系統。
　　（3） 水系統
　　該系統由控制閥門、管道、噴頭組成，該裝置提供定量冷卻水噴淋進行砂冷卻。
　　在沸騰冷卻床中向砂子噴水的基本條件之一是穿過砂子的足夠的空氣通道，只有當沸騰床中的砂子“沸騰”起來，水才能夠與砂子直接混合并快速蒸發。如果空氣通過砂子的流速不夠，就會在噴嘴下面形成多余的濕砂塊與沸騰板接觸形成粘砂堵塞板孔。空氣流速通過安裝在空氣通道里的速度傳感器檢測，并且通過舊砂沸騰床的控制系統監測。為了安全原因，如果空氣流速太低，停止供水。在舊砂沸騰床中向砂子噴水的第二個重要條件是沸騰床內有足夠量的砂子，舊砂皮帶的速度控制系統始終保證了砂子進入沸騰床的正確流速。為安全考慮，在砂子進入開口下面沸騰床罩子里安裝了一個砂流量計。砂流量計包括一個導槽和一個電子量角器。導槽是安裝在罩子里面的轉臺。砂子的流動旋轉這個導槽，電子量角器測量轉角，然后控制系統計算實際的砂流量。如果砂流量太低，則關閉供水系統。
　　水由三條噴水線經過計量噴入。為了冷卻的目的，沸騰床中三個檢測點檢測砂溫，水供給據此相應調節。通過噴水線1和2（見圖1）所噴入的水量基本被完全蒸發。每條線向砂子上噴入的水量由水壓和噴水時間決定。通過電子壓力控制系統，水壓保持穩定。壓力傳感器向控制系統發信號。主閥周期地開啟和關閉以保持水壓穩定。
　　圖3 水系統
　　（4） 抽風除塵系統
　　該系統由抽風機、旋風除塵器、管道組成。熱濕的空氣在排氣罩蓋和管道壁上冷卻。所產生的凝結水（就像涼啤酒瓶上的凝結水），結合廢氣中所含有的粉塵，會輕微地附著在罩子和管道壁上。連接旋風分離機的排氣管道壁極易“結殼”，故采用橡膠內襯鋼板。在這些結殼達到危害尺寸前，沸騰床的振動就會引起它們的脫落。
　　（5） 加砂系統
　　加砂系統由帶有連續式料位計的砂倉和砂倉加料皮帶（控制速度）組成。緩沖砂倉安裝在沸騰床上方是為了使砂子進給速率的極大波動均勻化。根據砂倉中的料位水平，皮帶給料機以變化的速率給沸騰床加砂。
　　緩沖砂倉的給料皮帶機是一個帶頻率轉換器的緩慢運行的皮帶給料機。卸料皮帶的速度隨著料位高度的增加而增加，并且自動地在大約50%和100％設計速度之間調節。
　　（6） 控制系統
　　沸騰冷卻床控制系統顯示所有的運行參數，如風量，加砂量，進出口砂溫等，根據控制系統的提示，可以清晰地看到該設備運行狀態及故障點。
　　圖4 控制系統面板
　　5 沸騰冷卻床使用及保養
　　（1）使用
　　使用DWFA沸騰冷卻床的基本要求是，舊砂進入該設備前必須進行磁選和篩分處理。還應注意：一是定期清砂，保證沸騰板上無結塊，清砂使用專用工具，避免損壞沸騰板；二是冬季做好防凍措施，避免水冷系統凍壞；三是振動器檢查潤滑。
　　（2）養護
　　1）定期檢查緊固不平衡振動器、彈簧元件和耐磨襯的固定螺栓；
　　2）定期檢查舊砂沸騰床的焊接結構；
　　3）每周清理沸騰板，清理采用硬木壓舌板和軟金屬刷。每年沖水徹底清理沸騰板1次；
　　4）清理在通風管道和鼓風管道內個別結殼的松散粉塵；
　　5）定期對振動器和傳動機構等加油潤滑。
　　6 使用效果
　　此次舊砂冷卻設備更新是一次成功的設備更新。該設備使用以來，經受了夏天最熱和最潮濕的氣候的考驗，設備一直使用正常，也能滿足工藝要求。在夏季最高環境溫度接近40度的情況下，仍能保證出口砂溫低于40度。目前該設備在東風三鑄已使用了八年，設備故障率很低，它的自檢測系統完善，操作維護都很方便，主要部件無大修。