消失模鑄造生產線中磁選機的改造

孟 軍，陳風琴，陳 磊，郭 江

（山西中條山機電設備有限公司，山西運城 043700）

消失模鑄造工藝生產的鑄件沒有飛邊、毛刺和拔模斜度，尺寸誤差小，機械加工時間短，費用低，而且型砂中無化學粘結劑，低溫下泡沫塑料對環境無害，是一種近無余量、精確成型的綠色鑄造工藝，越來越被廣泛推廣和應用。其砂處理生產線可實現鑄件落砂、雜質篩分、鐵豆磁選輸送和舊砂輸送與冷卻自動進行，舊砂回收和再利用率達95%以上。而磁選機能否及時分選出鐵豆，直接關系著砂處理系統的自動運行和冷卻效果及舊砂回收再利用，牽制著正常生產。

1 存在問題

我公司設計規模為每年產量10000t 的消失模生產線，于2018 年4 月安裝投產，運行不到3個月就出現舊砂中鐵豆多（圖1）、不能及時去除，被迫停產現象。每周不少于1 次清理沸騰冷卻床，而且清理出來的舊砂、鐵豆混合料還得人工二次磁選（圖2）；另一方面沸騰冷卻床內沸騰不好，冷卻效果差，砂溫高不能正常造型，不得不停產降砂溫。另外，軸承室、磁滾筒進砂（圖3），軸承壽命短（圖4），軸磨損（圖5）等設備故障頻發，漏料（圖6）……嚴重束縛了車間的連續生產，牽制了公司的發展經營。

圖1 鐵豆多

圖2 人工二次磁選

圖3 滾筒內進砂

圖4 軸承壞

圖5 軸磨損

圖6 漏料

2 原因分析

該生產線的工藝流程如圖7 所示。

圖7 工藝流程

2.1 磁選機結構

磁選機原設計結構如圖8 所示，其傳動結構在左側。

圖8 磁選機外形圖

2.1.1 組成及原理

磁選機由傳動裝置（包含電機+減速機等）、磁滾筒（內有磁塊）、調整手柄、分選室、入料板（多級折流）、進料溜槽、出鐵溜槽、出砂溜槽及除塵等部分組成。磁塊材質為Y20，工作溫度＜80℃（瞬時100℃），磁場強度0.175T。

生產時，翻箱后初次篩分后的物料由斗式提升機輸送到磁選機。經入料溜槽進入分選室，再經入料板多次折流揚灑，自然下落到磁滾筒上，鐵豆、鐵屑磁塊作用下被吸附在滾筒上，砂子重力作用下落下，入出砂溜槽并進入下道工序設備（沸騰冷卻床）中。隨著滾筒的連續旋轉，滾筒上吸附的鐵豆被帶入到非磁場區（出鐵溜槽上方），重力作用下離開滾筒下落到出鐵溜槽，再經溜管排出。細砂粉（塵）在系統引風機作用下進入除塵管道。

2.1.2 實際生產情況

（1）入磁選機的砂子溫度達152℃以上，遠大于80℃，磁塊受溫度升高而磁性衰減，不能及時分選，鐵豆隨砂落入沸騰冷卻床，沉積在床面（圖9），越積越多（圖10），甚至堵塞風嘴（圖11），束縛了沸騰冷卻效果，更不能與床內冷卻水進行充分熱交換，制約了砂溫的冷卻；同時也束縛了砂子的正常輸送。

圖9 鐵豆沉積在床面

圖10 冷床內鐵豆多

圖11 鐵豆堵風嘴

（2）在入料口處，落料點位于滾筒正上方，滾筒與末級入料板間隙達40mm，部分砂子會倒流，落入出鐵溜槽內，增加了出砂量。

（3）在出料口處，與滾筒間隙達50mm，部分砂子會隨滾筒旋轉的氣流隨鐵豆落入出鐵溜槽，增加了出砂量。

（4）出料溜槽管道材質為Q235，易磁化，下料管局部有向上翹起現象（圖12），集收的鐵豆吸附在溜槽內壁，和著細粉和砂粒堆積在上翹起處，不利于物料順暢下落造成堵料。

圖12 出料溜管不通暢

（5）造型砂子粒徑小（425～850μm），重量輕，尤其在多次使用后，磨損、破碎，粒度更小，閥門開度不合理導致部分砂進入除鐵溜槽方。

（6）篩網孔徑大。選擇6 目（規格為4mm×4mm），有部分鐵豆“漏網”（圖13），需再人工篩選（圖14）。

圖13 部分鐵豆漏網

圖14 人工篩分

3 改造方案

結合設備結構和特性，決定對磁選機進行改造。

（1）重新制作磁滾筒，采用跳躍式輥系（通過磁塊不同的強度等級，實現砂鐵的多次分離，進而提高分選效率）。輥皮材質不銹鋼厚度由3mm 改為4mm；磁塊用釹鐵钅朋材質代替原來的普通磁塊Y20，溫度由80～100℃提升到200℃；磁場強度由原設計的1750Gs 提高到3000Gs 以上，并調整磁系合理（圖15）。安裝時，根據磁極強度，調整傳動方向（左裝改成右裝，圖16）。

圖15 改造后磁滾筒

圖16 傳動裝置改為右裝

（2）延長末級入料板40mm，超過滾筒正上方，使物料順流分選不發生倒流（圖17）。

圖17 延長入料板

（3）出料口增加擋板，形成幕簾落料，提升分選效果（圖18）。

圖18 出料口增加擋板

（4）出料溜槽重新制作安裝，材料改為不銹鋼，下料角度≥50°，保證管道平直，下料通暢（圖19）。

圖19 出料溜槽重新制作

（5）增加檢查門，及時檢查、調整分選物料情況（圖20）。

圖20 增加檢查門

（6）入料板中增加調節板，調節下料量，保證滾筒上料層均勻（圖21）。

圖21 增加調節板

（7）適當調整除塵閥門開度，保證分選室內微負壓（圖22）。

圖22 調整除塵閥門

（8）篩分網由6 目改為12 目（孔徑為1.7mm×1.7mm），細化了篩分孔徑，及時篩出分選出來的鐵料（圖23）。

圖23 升級篩網

使用過程中，結合增加的檢查門及時查看落料、出料情況，同時摻入的適當新風，增強了分選室內氣流；調整調節板的高度，使滾筒料層均勻，減小磁滾筒無料空運轉和厚料層堆積的不均勻現象。充分發揮輥系磁力，促進分選效果；適當調整除塵閥門開度，減少保證分選室內微負壓，可以將分選出來的細粉及時抽走。

4 改造效果

經實際運行，取得良好效果：分選效率大幅提升，沸騰冷卻床清理周期延長到5 個月以上，減少了被迫停產時間，為順利完成生產任務奠定了堅實的基礎；篩網孔徑目數的提高，及時篩分出鐵豆，進行再利用，降低了生產成本；減小了鐵豆混入鐵液幾率和對鑄件質量的影響，減少了清理打磨頻次和作業量；減小了自動生產線中各臺設備的負荷，減少了設備故障，延長了使用壽命；促進了砂溫冷卻，優化了生產工藝條件。同時改善了作業環境，減小了揚塵，促進了環保綠色、清潔文明生產，創造可觀的社會效益。

（1）直接效益：年可創效61.13 萬元。

改造前，沸騰冷卻床清理周期為至少每周1次，年需47 次；改造后延長到5 個月以上，年需2次，減少45 次。每次0.5 個班，折45×0.5=22.5 個班。即每年可減少清理冷卻床停產時間22.5 天，生產鑄件681.75t；及時回收鐵豆重復利用24.64t；減小設備故障和損耗等。

（2）社會效益

減輕了勞動強度，改善了作業環境，促進了綠色、環保、清潔文明生產，創造了可觀的社會效益。

5 前景預測

隨著國家鑄造行業的發展和智能化制造的推廣，自動化生產技術水平的不斷提高，消失模鑄造自動生產線將越來越廣泛的被應用。其中砂處理自動生產線磁選機及時分選出生產過程中的鐵豆，減輕設備負荷，提高冷卻效率，增加舊砂回收，提高舊砂重復使用，減小對產品質量的影響，可減少損耗，降低成本，實現降本增效，增強企業市場競爭力，其前景可觀。