树脂砂的砂温如何调节？

自硬树脂砂工艺在我国铸造行业已经得到广泛的应用，但是在相当多的铸造厂，尤其是中小铸造厂，砂温调节的问题并没有得到很好的解决。很多人缺乏对树脂砂的基本认识，更意识不到砂温调对产品质量的影响程度。见过很多的厂，一味地埋怨工人不仔细认真，没有埋砂到位。 砂温调节的必要性 树脂砂是在不加热的情况下硬化的（英文no bake sand），其硬化反应的速率在很大程度上取决于砂子的温度。一般来说，在其他条件相同的情况下，砂温提高10℃，反应速率将提高一倍，可使用时间缩短一半；砂温降低10℃，反应速率将降低一半，可使用时间延长一倍。在合适的砂温条件下，易于获得适宜的可使用时间，而在可使用时间内，树脂砂的流动性非常好，砂型易于紧实，其强度也有明显的提高。如果砂温过高，则硬化速度过快，难于紧实，砂型发酥，铸件易产生冲砂、粘砂、脉纹等缺陷；砂温过低，则硬化速度太慢，影响生产的正常进行。因此有效地调节砂温在铸造生产中是十分必要的。 在自硬树脂砂旧砂再生使用的情况下，生产量一般比较大，面临的主要问题是砂温偏高，如何有效降温的问题。在规范的树脂砂生产线中，一般都装有砂温调节器或沸腾冷却床来进行砂温调节。砂温调节器采用逆流式水循环来冷却砂子，砂子自上而下依靠自重缓慢移动，冷水通过盘旋管道由下而上流动，足够数量的散热翅翼片同砂子进行热交换。 对于自硬树脂砂，最合适的砂温是25-30℃，生产中一般控制在20-35℃之间。这样砂温调节器的效率就跟水温的关系很大。通常要求在砂子冷却时，出水口的温度在30-35℃，进水口水温≤18℃，每吨砂子耗水量30m3。 在夏季环境温度都已经达到30℃以上时，要达到如此低的水温只能直接打深井抽取地下水或者增加制冷装置，这在很多厂家都是难以实现的。因此砂温调节器的效率，尤其在夏季砂子最需要冷却的时候效率偏低，成为制约生产及产品质量的瓶颈。 为了应对砂温调节的问题，人们采取了一些方法。调节砂子的循环量是实际生产中最常用的方法。在冬季气候寒冷时，就减少砂子的循环量，让落砂后的热砂及时经过再生使用。而在夏季气候炎热时，则加大砂子的循环量，让温度较高的砂子多在砂库或地面停留较长时间以降低温度。采用这种方法时，在砂子循环量较少时，要注意混砂机上方砂库里前一个工作日余下的部分砂子和当日输送过去的砂子，温度可能相差不少，如果不加关注控制，则可能造成砂型不同部位硬化不均匀的现象。 在加大砂子循环量的情况下，可能受到砂处理系统容量的限制，多余的砂子只能摊在地面上进行冷却，这样就占用了车间面积，也恶化了车间环境。 为了有效降低砂温，可以采取适量喷水冷却的方法。 树脂自硬砂的原砂或再生砂的含水量要求很严格，一般要求＜0.2%。在旧砂再生过程中，工艺规程规定严禁喷水。在树脂砂推广的初期，有的厂家在压缩空气管道上专门安装了干燥除湿装置，以消除水分对树脂砂的有害影响。树脂砂原砂含水量的有害影响，一些资料指出：原砂表面的水分会使固化剂稀释，浓度降低，会降低自硬树脂砂的反应速度；原砂表面吸附水，使树脂粘接剂不易润湿砂粒，附着力减弱而使强度下降。但实际上，固化剂里面含有大量的水分，在实际生产中当温度太高树脂砂反应速度太快时，往往采取往固化剂中兑水的办法，生产出来的产品也未见有太大的异常。 控制原砂或者再生砂的含水量，关键是看混砂之前的状态。即使在初始阶段砂子是湿的，只要在再生过程中将水分挥发殆尽，保证混砂时含水量不高就不会有任何的影响。经实际测量在再生过程中，水分含量是极低的。 按照上述观点，只要适当增加固化剂的浓度，就应该可以抵消原砂水分的影响，并在砂温偏高的情况下，我们希望硬化速度慢一些。 在树脂砂的混制过程中，一般都是先加入固化剂混制然后再加入树脂，原砂表面附着一层固化剂膜之后才与树脂粘接剂接触，固化剂大多是水溶液，砂粒表面的水分是不会影响其附着力的。这其中的原理还需进一步研究与探讨。 实际上对砂子进行适量喷水，不仅能够抑制粉尘飞扬，更能有效降低砂温。水的比热容约为4.18Kj/kg.K，汽化潜热约为2400kJ/kg，单位重量的水汽化所吸收的热量是其升温1℃所吸收热量的574倍。 在生产实践中，铸件的落砂温度一般控制在400℃以下，对落砂后的砂子进行喷水处理，水分遇到灼热的砂子后迅速汽化，在随后的再生处理过程中进一步干燥。经过多年验证，该方法并没有对铸件质量产生明显的不良影响。 喷水工艺的实施，一是要选择合适的喷水地点。一般砂处理线的基本流程是：落砂机-振动输送槽-斗式提升机-1#砂库-振动给料机-砂块破碎机-2#斗式提升机-磁选机-振动筛-2#砂库-再生机-3#斗式提升机-风选机-3#砂库-4#斗式提升机-砂温调节器-4#砂库-发砂罐。喷水降温应选择在砂温最高的位置效果最好。一般选择在落砂机后的振动输送槽处，在这之后还有十几处周转环节和抽风除尘点，易于保证喷水后的砂子充分干燥。 第二个问题是喷水量的确定。对于热砂喷水冷却的过程进行传热方面的计算可能是相当复杂的，但是仅从能量守恒的关系上进行推算则相对容易的多。尽管喷入的水在初始阶段并没有完全汽化，但会在随后的过程中完全挥发掉。因此可以认为水的汽化潜热完全来自于砂子的降温。砂子的比热容约为1.13kJ/kg.K，取砂子的初始温度为120℃，终结温度为30℃。那么把一吨砂子从120℃降温到30℃，需要放出热量101700kJ，大约相当于42kg水汽化吸收的热量。振动输送槽的平均砂流量为0.17T/min，那么喷水的流量应选7kg/min。由于振动输送槽的砂流量变化较大，由操作者现场监控，宁少勿多，则延长砂子在某一后续环节的滞留时间，让砂子充分干燥。经过生产实际验证，通过喷水强化热砂的冷却，旧砂再生滞留在砂温调节器环节的时间减少了一半以上，有效缓解了砂温过高给生产造成的制约。 对于沸腾冷却床，可以在吹风冷却的同时，喷入水雾加强冷却效果，这或许更容易实现。前述在振动输送槽处喷水冷却，有优点也有缺点，振动输送槽处砂子的流量不稳定，并且砂块大小不均，由操作者现场控制喷水是可以的，但实现自动控制较困难。沸腾冷却床一般放置在砂子的破碎筛分之后，此处砂子的流量相对稳定，粒度均匀，喷入的水雾易于在气流的带动下和需要冷却的砂子充分接触，汽化降温，同时水蒸气也易于被空气流带走，使砂子干燥。可以把沸腾冷却床分成喷水冷却和冷却干燥两个功能部分，在实现喷水冷却的自动控制的同时对于砂子的温度和湿度进行控制，这样可能比通常的沸腾冷却和水冷的砂温调节器效率更高。 总的来说，实际生产中树脂砂的冷却需要更加高效使用的设备来完成，喷水冷却从理论和时间上看都是可行的。希望铸造设备厂家可以开发更加实用方便的产品，实现自动调节自动控制，这样就能更加有效地控制砂温。