水玻璃陶瓷混砂機(jī)在粘接劑連續(xù)生產(chǎn)中的應(yīng)用

李湘濤

（信陽(yáng)同合車輪有限公司，河南信陽(yáng) 464000）

1 背景技術(shù)

鑄造產(chǎn)品的砂模用砂需要在原砂中加入粘接劑、促進(jìn)劑等輔料以滿足其強(qiáng)度等性能指標(biāo)，在加入輔料的過(guò)程中，需要將砂與輔料充分均勻混合。現(xiàn)有連續(xù)混砂機(jī)多用黏土砂、樹(shù)脂砂，真正連續(xù)用水玻璃作為粘接劑的不多。現(xiàn)有技術(shù)中有使用連續(xù)式混砂機(jī)的混砂方法，一般將原砂進(jìn)入砂斗后通過(guò)混砂槽，原砂和輔料在混砂槽中一邊攪拌混合一邊向前移動(dòng)，葉片形式多為平板，頭部加耐磨層的結(jié)構(gòu)（圖1）。這種方式可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)混砂，主要用于自硬砂的混砂，轉(zhuǎn)速較高。但是針對(duì)黏度要求高的水玻璃混砂機(jī)，這種混砂機(jī)在混合過(guò)程中水玻璃黏度大（當(dāng)摩爾數(shù)大）時(shí)很難攪拌混勻。同時(shí)葉片與混砂機(jī)的外壁摩擦作用，造成混砂機(jī)的外殼容易磨破，影響混制質(zhì)量。混砂機(jī)需要對(duì)砂子的溫度、水玻璃加入量、輔料加入量等精準(zhǔn)控制，混砂質(zhì)量滿足鑄鋼車輪生產(chǎn)工藝要求，目前市場(chǎng)上沒(méi)有真正滿足要求的混砂機(jī)。

圖1 常規(guī)混砂機(jī)

2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素

本實(shí)用新型設(shè)備的目的在于提供一種連續(xù)式生產(chǎn)高黏度水玻璃砂混砂機(jī)。在連續(xù)混砂過(guò)程中對(duì)砂溫、水玻璃溫度及加入量、輔料加入量、攪拌混砂均勻性進(jìn)行有效控制，在提高混砂的質(zhì)量及使用壽命的混砂機(jī)。

本機(jī)新型設(shè)備是用于連續(xù)混制高摩數(shù)水玻璃型砂的設(shè)備，適用于鑄造行業(yè)中小件型砂的制芯和造型。信陽(yáng)同合車輪有限公司（下文簡(jiǎn)稱“公司”）針對(duì)提高混砂的均勻性及輸送物料磨損設(shè)備嚴(yán)重的狀況，研發(fā)使用焊接耐磨氧化鋁陶瓷襯板、推進(jìn)葉片及攪拌葉片組合的方案，提高混砂均勻性，設(shè)備殼體耐磨損、不掉落。

本機(jī)主要組成部分由底轉(zhuǎn)盤(pán)、主體部分（轉(zhuǎn)臂）、固化劑水玻璃罐、電器系統(tǒng)、泵閥箱、砂定量裝置、輔料裝置等組成，主體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 混砂機(jī)主體結(jié)構(gòu)

（1）底轉(zhuǎn)盤(pán)是整臺(tái)主機(jī)的底座，其上裝有回轉(zhuǎn)支承，通過(guò)手動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臂的回轉(zhuǎn)，進(jìn)而達(dá)到準(zhǔn)確的落砂定位。

（2）小臂（混砂主體）是混砂機(jī)的主要部件，混砂就在該段進(jìn)行，由機(jī)體、陶瓷襯板混砂槽、多種螺旋、聯(lián)軸器等組成。螺旋軸由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速機(jī)及變頻器進(jìn)行速度控制，在進(jìn)砂口進(jìn)入干砂的同時(shí)固化劑加入，由多級(jí)螺旋組成的多級(jí)攪拌曲線使砂子快速均勻的混合。

（3）輔料添加劑的加入是由電機(jī)減速機(jī)通過(guò)鏈輪鏈條帶動(dòng)振動(dòng)器，均勻定量地加入混砂槽內(nèi)。

（4）泵閥箱體、固化劑輸送系統(tǒng)、氣路控制系統(tǒng)等組成。氣路方向由組成換向閥控制。

（5）固化劑由定量泵輸送，電機(jī)通過(guò)變頻改變轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)整固化劑加入量的目的。

（6）砂定量裝置由氣缸、閘板等組成，通過(guò)可調(diào)行程氣缸、行程改變閘門(mén)開(kāi)啟大小達(dá)到調(diào)整加砂量的目的。

水玻璃連續(xù)式混砂機(jī)通過(guò)電機(jī)減速機(jī)與混砂機(jī)葉片軸通過(guò)聯(lián)軸器組成動(dòng)力系統(tǒng)，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)混砂機(jī)葉片軸一起旋轉(zhuǎn)，先將砂從電機(jī)端下料口位置流入混砂機(jī)內(nèi)，通過(guò)兩個(gè)葉片的推進(jìn)到下固化劑水玻璃的入口位置，通過(guò)一組推進(jìn)葉片及混制葉片的攪拌到加入輔料的位置，再經(jīng)過(guò)多組推進(jìn)葉片及混制葉片的作用將混好的水玻璃砂連續(xù)送出混砂機(jī)出口，加入射砂機(jī)內(nèi)，完成連續(xù)混砂的動(dòng)作。

旋轉(zhuǎn)臂U 形槽內(nèi)側(cè)與葉片之間的間隙大小是混砂質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。總體需要控制在較合適的范圍，并需要定期測(cè)量，確定設(shè)備配件的更換周期，保證混砂成品輔料、粘接劑均勻與砂粒混合，減少粘接劑、砂粒成團(tuán)狀存在，影響砂襯的質(zhì)量造成產(chǎn)品廢品，混砂機(jī)橫斷面如圖3 所示。

圖3 混砂機(jī)橫斷面結(jié)構(gòu)

石墨型水玻璃砂鑄造生產(chǎn)線在連續(xù)混砂時(shí)，外殼與攪拌葉片在混砂攪拌過(guò)程中，外部殼體使用一個(gè)月后就會(huì)出現(xiàn)外殼磨破、葉片磨損，造成混砂機(jī)外殼部位漏砂，達(dá)不到工藝要求葉片與外殼之間標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象。為滿足生產(chǎn)多次進(jìn)行設(shè)備改良，外殼使用過(guò)耐磨板等材料，均達(dá)不到理想要求，后期與供應(yīng)商合作開(kāi)發(fā)鋼板加陶瓷的復(fù)合材料才解決此問(wèn)題，滿足工藝及使用壽命的目標(biāo)。

混砂機(jī)關(guān)鍵部件葉片經(jīng)過(guò)多次的測(cè)試，葉片在混砂機(jī)內(nèi)部按作用分成兩種，分別為攪拌葉片和推進(jìn)葉片。兩種葉片的結(jié)構(gòu)形式如圖4、圖5 所示。

圖4 攪拌螺旋葉片

圖5 復(fù)合推進(jìn)螺旋陶瓷葉片

砂子與粘接劑及輔料混制時(shí)，因粘接劑的黏度大，按正常樹(shù)脂砂的混砂葉片無(wú)法均勻混勻，混制好的砂子會(huì)以團(tuán)狀物料存在于混好的砂子中，嚴(yán)重影響混砂質(zhì)量，廢品率高。為此仿制輾輪混砂機(jī)的原理，增加攪拌及碾壓的葉片裝置，以便將砂子內(nèi)部的團(tuán)狀物碾壓碎，均勻地與砂粒混合。通過(guò)增加碾壓葉片，混砂質(zhì)量有明顯提升，混砂質(zhì)量大幅提高，從而降低廢品率。

水玻璃固化劑通過(guò)定量泵加入，并通過(guò)單向閥控制粘接劑的加入與關(guān)閉。固化劑的出口為多處小出口，防止粘接劑成團(tuán)狀流入混砂機(jī)內(nèi)（也可根據(jù)實(shí)際情況采用高壓霧狀加入），便于砂粒均勻混制，防止結(jié)團(tuán)。加入時(shí)可根據(jù)砂子的特性及混砂的實(shí)際要求，對(duì)固化劑的溫度進(jìn)行合理控制，防止溫度過(guò)低無(wú)法流出或溫度過(guò)高影響混砂的質(zhì)量。

液態(tài)水玻璃通過(guò)兩套溫控系統(tǒng)及循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制。日常購(gòu)買(mǎi)的水玻璃通過(guò)儲(chǔ)存罐儲(chǔ)存，使用時(shí)通過(guò)水玻璃循環(huán)系統(tǒng)，輸送泵將水玻璃輸送到專用溫度控制罐內(nèi)，進(jìn)行工藝溫度調(diào)節(jié)控制（圖6）。當(dāng)水玻璃溫度達(dá)到工藝控制要求的溫度范圍時(shí)，可通過(guò)混砂機(jī)水玻璃循環(huán)系統(tǒng)定量輸送泵將液態(tài)水玻璃送入混砂機(jī)水玻璃下料口位置。

圖6 混砂機(jī)水玻璃恒溫罐

輔料加入通過(guò)變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)螺旋輸送機(jī)將輔料送到混砂機(jī)輔料下料口位置。輔料加入量通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)的輸送量進(jìn)行設(shè)定，加入量按砂子重量的比例進(jìn)行，當(dāng)型砂按單位時(shí)間內(nèi)加入時(shí)，輔料延時(shí)按比例加入，實(shí)現(xiàn)連續(xù)混砂。輔料定量裝置如圖7 所示。

圖7 輔料定量裝置

本實(shí)用新型設(shè)備的目的在于提供一種高黏度固化劑生產(chǎn)連續(xù)式混砂機(jī)，在連續(xù)混砂過(guò)程中對(duì)砂溫、液態(tài)水玻璃溫度、輔料加入定量控制及混砂的均勻性進(jìn)行有效控制，有助于提高高黏度固化劑型砂混制的均勻性能。

3 實(shí)用新型設(shè)備效果

本實(shí)用新型混砂機(jī)通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)進(jìn)行連續(xù)混砂，提高了混砂的效率及質(zhì)量，保證混砂動(dòng)作的持續(xù)性；同時(shí)通過(guò)在混砂內(nèi)部葉片結(jié)構(gòu)改善、設(shè)置固化劑定量加入、型砂的溫控系統(tǒng)、輔料加入量進(jìn)行定量控制等，有助于提高混合后的砂的性能，主要包含：底轉(zhuǎn)盤(pán)、混砂主體（轉(zhuǎn)臂）、固化劑溫控系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、泵閥控制系統(tǒng)、砂定量裝置、輔料定量加入裝置、固化劑循環(huán)系統(tǒng)、砂子加熱系統(tǒng)。

3.1 固化劑（水玻璃）加入及定量控制系統(tǒng)

外購(gòu)合格的水玻璃按要求送到專用儲(chǔ)存罐內(nèi)，該罐體外部需要用加熱帶均勻的包裹在外殼上，并用保溫棉等材料做好保溫措施，控制水玻璃的溫度在合適的范圍內(nèi)，如（45±5）℃，防止水玻璃粘接劑凝固結(jié)塊。水玻璃粘接劑使用螺桿泵，通過(guò)管道將水玻璃粘接劑輸送到生產(chǎn)線位置的水玻璃恒溫罐內(nèi)（圖6）。當(dāng)恒溫控制罐體內(nèi)的水玻璃液位高于溢流口時(shí)，多余的水玻璃通過(guò)水玻璃循壞管道重新流回水玻璃儲(chǔ)存罐內(nèi)。水玻璃粘接劑循壞系統(tǒng)的管道需要保溫及加熱帶進(jìn)行溫度控制，防止低溫影響水玻璃的流動(dòng)。

生產(chǎn)線恒溫罐外部用加熱帶均勻地包裹在外殼上，并用保溫棉等材料做好保溫措施，控制水玻璃的溫度在工藝要求的范圍內(nèi)，并通過(guò)溫控儀表實(shí)時(shí)采集罐體內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)。通過(guò)外部的加熱帶進(jìn)行加熱升溫；降溫時(shí)，通過(guò)罐體內(nèi)部的冷卻管道循環(huán)冷卻水進(jìn)行，從而達(dá)到罐體內(nèi)部的溫度精準(zhǔn)控制在工藝范圍。

混砂時(shí)用的水玻璃粘接劑通過(guò)混砂水玻璃循環(huán)管道，用定量泵將水玻璃粘接劑輸送到混砂機(jī)下料口位置。水玻璃粘接劑的加入量通過(guò)定量泵進(jìn)行控制，輸送量的大小通過(guò)調(diào)節(jié)定量泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精準(zhǔn)控制。為防止水玻璃粘接劑在不混砂時(shí)流出，在水玻璃出口前段加裝單向節(jié)流閥。

3.2 型砂溫控系統(tǒng)

型砂的溫度控制也是混砂質(zhì)量的關(guān)鍵，溫度控制是在混砂前對(duì)溫度的調(diào)節(jié)，目前控制范圍在26～34 ℃，型砂在加入混砂機(jī)前先將砂子經(jīng)過(guò)加熱器進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，加熱器內(nèi)部有加熱管及冷風(fēng)管道，砂子溫度低于要求的范圍時(shí)加熱器打開(kāi)，對(duì)型砂進(jìn)行連續(xù)循壞加熱，在加熱器的出口位置進(jìn)行溫度檢測(cè)，通過(guò)人工調(diào)整加熱器功率的大小調(diào)控砂溫。砂子溫度高時(shí)，可關(guān)閉加熱器，用冷風(fēng)將砂子降溫，通過(guò)調(diào)整風(fēng)量的大小，控制降溫的幅度。

3.3 混砂機(jī)主體部分（轉(zhuǎn)臂）

該部分是混砂機(jī)的主體部分，包含：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、聯(lián)軸器、傳動(dòng)主軸、攪拌螺旋葉片、推進(jìn)螺旋葉片、反推葉片、陶瓷復(fù)合外殼。

（1）工作原理：驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速快慢關(guān)系到混砂機(jī)葉片與砂子之間的攪拌速度。實(shí)際混砂過(guò)程中，根據(jù)混砂速度的要求選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的減速機(jī)，也可使用變頻器，通過(guò)調(diào)節(jié)頻率控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速。

砂子在推進(jìn)螺旋葉片的作用下向一個(gè)方向運(yùn)行。葉片最大直徑與外殼的間隙大小決定了砂子前進(jìn)時(shí)殘留量的多少，間隙過(guò)大時(shí)，會(huì)存在外殼表面的砂子過(guò)多；間隙過(guò)小時(shí)，葉片最大直徑外側(cè)與外殼會(huì)存在摩擦損壞設(shè)備及葉片，因此必須把握好葉片與外殼內(nèi)側(cè)之間的間隙大小。另外，攪拌螺旋葉片上的攪拌部分（圖4）與混砂機(jī)U 形外殼內(nèi)壁間隙合適時(shí)，可以在固化劑加入時(shí)產(chǎn)生的砂子與水玻璃粘接劑的團(tuán)狀物碾壓破損，將水玻璃粘接劑均勻的混制在型砂中.另外，輔料加入時(shí)也存在上述問(wèn)題，同樣可以將團(tuán)狀物碾壓破損，起到各種物料均勻混制的效果。

（2）混砂過(guò)程：砂子定量裝置通過(guò)調(diào)節(jié)氣缸行程的大小，調(diào)節(jié)底部下砂口開(kāi)度大小，控制單位時(shí)間內(nèi)下到混砂機(jī)內(nèi)部砂子數(shù)量。流入混砂機(jī)的砂子通過(guò)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸及葉片按一定的速度旋轉(zhuǎn)，在推進(jìn)葉片角度的作用下向前移動(dòng)。在加入固化劑的位置，通過(guò)定量裝置將水玻璃粘接劑均勻地按砂子單位時(shí)間加入量的比例加入。加入的粘接劑通過(guò)與砂子的混合，推進(jìn)到攪拌葉片位置，攪拌螺旋葉片利用葉片的特殊結(jié)構(gòu)，將加入粘接劑的砂子翻起，將粘接劑形成團(tuán)狀物碾壓破損，使粘接劑均勻的與砂子表面結(jié)合形成粘結(jié)膜，這個(gè)混制過(guò)程根據(jù)混制效果，可以增加型砂混制葉片的數(shù)量。

當(dāng)連續(xù)混制帶有粘接劑的砂子混勻后，就被連續(xù)推進(jìn)到下輔料的位置。輔料加入量是按砂子加入量的比例進(jìn)行均勻加入（圖7）。在聯(lián)系混砂過(guò)程中，輔料的加入是按單位時(shí)間加砂量的比例進(jìn)行，并在攪拌螺旋葉片的作用下進(jìn)行攪拌，使輔料與附有粘接劑的砂粒表面均勻附著，砂粒表面附著物均勻性依據(jù)實(shí)際檢測(cè)型砂的強(qiáng)度為準(zhǔn)，可根據(jù)混制的效果增加攪拌螺旋葉片的數(shù)量。混制好的型砂經(jīng)過(guò)推進(jìn)葉片的連續(xù)驅(qū)動(dòng)，被輸送到混砂機(jī)的下砂口位置，并連續(xù)流入射砂機(jī)內(nèi)進(jìn)行造型生產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本實(shí)用新型連續(xù)式混砂機(jī)對(duì)高黏度粘接劑（固化劑）有較好的混制效果。連續(xù)式混砂機(jī)包括底轉(zhuǎn)盤(pán)、混砂主體（轉(zhuǎn)臂）、固化劑溫控系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、泵閥控制系統(tǒng)、砂定量裝置、輔料定量加入裝置、固化劑循環(huán)系統(tǒng)、砂子加熱系統(tǒng)，在連續(xù)混砂過(guò)程中有效控制對(duì)砂溫和粘接劑、輔料的加入，充分利用葉片的作用，對(duì)砂子混制的均勻性進(jìn)行有效控制，有助于提高砂的性能。