节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法.pdf

本发明公开了一种节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法，其特征在于，包括以下步骤：①将待焙烧的模壳和浇铸后的模壳同时放置在热交换炉(1)内；②利用浇铸后的模壳的蓄热对待焙烧的模壳进行干燥焙烧。该节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法系统热效率高、能耗低、成本低。

1、  一种节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法，其特征在于，包括以下步骤：
①将待焙烧的模壳和浇铸后的模壳同时放置在热交换炉(1)内；
②利用浇铸后的模壳的蓄热对待焙烧的模壳进行干燥焙烧。

2、  根据权利要求1所述的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法，其特征在于：将待焙烧的模壳放置在热交换炉(1)内的上层辊道(1.1)，将浇铸后的模壳放置在热交换炉(1)的下层辊道(1.2)。

3、  根据权利要求2所述的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法，其特征在于：将待焙烧的模壳先放置在托盘(2)上再置于上层辊道(1.1)，将浇铸后的模壳先放置在托盘(2)上再置于下层辊道(1.2)。

4、  根据权利要求3所述的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法，其特征在于：在放入待焙烧的模壳的托盘(2)时的移动方向和在放入浇铸后的模壳的托盘(2)时的移动方向相反。

5、  根据权利要求3所述的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法，其特征在于：在待焙烧模壳放入时，将装有待焙烧的模壳的托盘(2)通过升降机构I(3)从热交换炉(1)的浇铸后的模壳的出料端的高度上升到待焙烧的模壳的进料端的高度；在浇铸后的模壳放入时，将装有浇铸后的模壳的托盘(2)通过升降机构II(6)从热交换炉(1)的待焙烧的模壳的出料端的高度下降到浇铸后的模壳的进料端的高度。

6、  根据权利要求5所述的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法，其特征在于：在待焙烧模壳放入时，将装有带焙烧的模壳的托盘(2)从进料端逐批通过托盘推入机I(4)推入到热交换炉(1)内的上层辊道(1.2)上，同时将数量相等的装有焙烧后的模壳的托盘(2)从出料端推出，并由托盘拉出机I(5)拉到升降机构II(6)；在浇铸后的模壳放入时，将装有浇铸后的模壳的托盘(2)从进料端逐批通过托盘推入机II(9)推入到热交换炉(1)内的下层辊道(1.2)上，同时将数量相等的装有冷却后的模壳的托盘(2)从出料端推出，并由托盘拉出机II(8)拉到升降机构I(3)。

7、  根据权利要求5所述的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法，其特征在于：将装有焙烧后的模壳的托盘(2)通过托盘装卸机(7)从升降机构II(6)吊离到联动机(10)，接着在联动机(10)上完成填砂、浇铸、落砂，将浇铸后的模壳通过托盘装卸机(7)从联动机(10)吊离到升降机构II(6)。

8、  根据权利要求2所述的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法，其特征在于：将所述上层辊道(1.1)设在下层辊道(1.2)的正上方。

9、  根据权利要求1所述的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法，其特征在于：在热交换炉(1)内放置数量相等的待焙烧的模壳和浇铸后的模壳。

节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法
技术领域
本发明涉及铸造方法，具体讲是一种节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法。
背景技术
无论是单独采用水玻璃，硅酸乙酯，或硅溶胶为粘结剂，或者二种复合的熔模铸造，都必须把熔模后模壳进行低温干燥及900-1100℃高温焙烧，使它陶瓷化，提高强度，增加透气性的要求。目前，国内多数工厂采用煤加热的方法进行模壳干燥和焙烧，由于环保达不了标不得不被放弃；而天然气由于供应没有普及，无法保证，不能被广泛采用；因此，多数厂正在或准备采用电加热的方法。但电加热干燥和焙烧模壳在实际作业中，由于系统热效率低，耗电量一般为540KHW/吨钢水，约为熔炼的能耗的80％，约占铸造总能耗的30％。此外，由于模壳中水分蒸发和分解，会使电阻丝产生氢脆效应，为保护电阻丝而增加保护套会使设备成本增加，电效率进一步降低。因此，这项技术亟待改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种系统热效率高、能耗低、成本低的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法。
本发明的技术方案是，提供一种的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法，包括以下步骤：①将待焙烧的模壳和浇铸后的模壳同时放置在热交换炉内；②利用浇铸后的模壳的蓄热对待焙烧的模壳进行干燥或焙烧或干燥焙烧。
采用以上方法后，本发明与现有技术相比，具有以下显著优点和有益效果：由于利用浇铸后的模壳的蓄热待焙烧的模壳进行干燥或焙烧或干燥焙烧，无需再使用电加热或煤加热，使本发明系统热效率高，从而使能耗低、不会使设备成本增加。
作为改进，将待焙烧的模壳放置在热交换炉内的上层辊道，将浇铸后的模壳放置在热交换炉的下层辊道，使两种模壳在良好的对流很辐射条件下，进行充分热交换。
作为进一步改进，将待焙烧的模壳先放置在托盘上再置于上层辊道，将浇铸后的模壳先放置在托盘上再置于下层辊道，使浇铸后的模壳减少热损失。
作为改进，在放入待焙烧的模壳的托盘时的移动方向和在放入浇铸后的模壳的托盘时的移动方向相反，使两种模壳在良好的对流很辐射条件下，进行充分热交换。
作为改进，在待焙烧模壳放入时，将装有待焙烧的模壳的托盘通过升降机构I从热交换炉的浇铸后的模壳的出料端的高度上升到待焙烧的模壳的进料端的高度；在浇铸后的模壳放入时，将装有浇铸后的模壳的托盘通过升降机构II从热交换炉的待焙烧的模壳的出料端的高度下降到浇铸后的模壳的进料端的高度，能使装有模壳的托盘快速的在热交换炉的上下层之间移动，减少热损失。
作为改进，在待焙烧模壳放入时，将装有带焙烧的模壳的托盘从进料端逐批通过托盘推入机I推入到热交换炉内的上层辊道上，同时将数量相等的装有焙烧后的模壳的托盘从出料端推出，并由托盘拉出机I拉到升降机构II；在浇铸后的模壳放入时，将装有浇铸后的模壳的托盘从进料端逐批通过托盘推入机II推入到热交换炉内的下层辊道上，同时将数量相等的装有冷却后的模壳的托盘从出料端推出，并由托盘拉出机II拉到升降机构I，这样能快速地推入或拉出模壳，增加自动化，减少热损失，使两种模壳逆向运行，进行充分热交换。
作为进一步改进，将装有焙烧后的模壳的托盘通过托盘装卸机从升降机构II吊离到联动机，接着在联动机上完成填砂、浇铸、落砂，将浇铸后的模壳通过托盘装卸机从联动机吊离到升降机构II，使模壳能快速的在升降机构II和联动机之间移动，减少热损失。
作为改进，将所述上层辊道设在下层辊道的正上方，使两种模壳在良好的对流很辐射条件下，进行充分热交换。
作为改进，在热交换炉内放置数量相等的待焙烧的模壳和浇铸后的模壳，保证待焙烧的模壳有足够热源。
附图说明
附图1为本发明的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法需实施的装置(二台热交换炉)的结构示意图。
附图2为图1的A-A剖面示意图；
附图3为图1的B-B剖面示意图；
附图4为图1的C-C剖面示意图；
附图5为本发明的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法需实施的装置的联动机的俯视示意图；
附图6为图5的D-D剖面示意图；
附图7为图6的E-E剖面示意图。
如图所示：如图所示：1、热交换炉，1.1、上层辊道，1.2、下层辊道，2、托盘，3、升降机构I，4、托盘推入机I，5、托盘拉出机I，6、升降机构II，7、托盘装卸机，8、托盘拉出机II，9、托盘推入机II，10、联动机，10.1、砂箱，11、电动浇铸包，12、填充砂给料器，13、三维振实台，14、感应熔化炉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法，其特征在于，包括以下步骤：
①将待焙烧的模壳和浇铸后的模壳同时放置在热交换炉1内；
②利用浇铸后的模壳的蓄热对待焙烧的模壳进行干燥焙烧，所述干燥焙烧应理解为三种方式，即单独干燥或单独焙烧或先干燥再焙烧。
如图1、图2、图3、图4所示，在热交换炉1的焙烧后的模壳的出料端设有备用的电热元件，以便在新炉启动，停炉后启动，以及因意外情况导致炉温过低时使用；在热交换炉1的待焙烧后的模壳的进料端设有抽气系统，以排除模壳在低温干燥阶段出现的水蒸汽并能在出料端温度过高时抽气降温。
将待焙烧的模壳放置在热交换炉1内的上层辊道1.1，将浇铸后的模壳放置在热交换炉1的下层辊道1.2。
将待焙烧的模壳先放置在托盘2上再置于上层辊道1.1，将浇铸后的模壳先放置在托盘2上再置于下层辊道1.2。所述托盘2为轻型空格式耐热钢制成，作为模壳焙烧、填砂、浇铸和落砂作业统一的载体。代表性托盘2的外形尺寸为1000×800×60，内部均布尺寸为100×100的薄壁方孔，托盘单重约为75公斤；可装模壳为约137.5公斤，可浇铸钢水约250公斤。
在放入待焙烧的模壳的托盘2时的移动方向和在放入浇铸后的模壳的托盘时的移动方向相反。
在待焙烧模壳放入时，将装有待焙烧的模壳的托盘2通过升降机构I 3从热交换炉1的浇铸后的模壳的出料端的高度上升到待焙烧的模壳的进料端的高度；在浇铸后的模壳放入时，将装有浇铸后的模壳的托盘2通过升降机构II6从热交换炉1的待焙烧的模壳的出料端的高度下降到浇铸后的模壳的进料端的高度。当然升降机构I 3上升后有下降恢复动作，升降机构II 6下降后也有上升恢复动作，所述升降机构为常规市售设备。
在待焙烧模壳放入时，将装有带焙烧的模壳的托盘2从进料端逐批通过托盘推入机I4推入到热交换炉1内的上层辊道1.2上，同时将数量相等的装有焙烧后的模壳的托盘2从出料端推出，并由托盘拉出机I 5拉到升降机构II6；在浇铸后的模壳放入时，将装有浇铸后的模壳的托盘2从进料端逐批通过托盘推入机II 9推入到热交换炉1内的下层辊道1.2上，同时将数量相等的装有冷却后的模壳的托盘2从出料端推出，并由托盘拉出机II 8拉到升降机构I 3。所述托盘推入机和托盘拉出机均为常规市售设备。
如图5、图6、图7所示，将装有焙烧后的模壳的托盘2通过托盘装卸机7从升降机构II 6吊离到联动机10，接着在联动机10上完成填砂、浇铸、落砂，将浇铸后的模壳通过托盘装卸机7从联动机10吊离到升降机构II 6。联动机10由三个砂箱10.1组成，砂箱10.1尺寸为：1200×1000×500，保证了模壳在工序间快速传递。在填砂工位上方有填充砂给料器12，在它的底部设有三维振实台10；在浇铸工位上方设有电动浇铸包11运行单轨；在落砂工位，砂箱底部的卸砂阀能被自动打开，使填充砂被快速排净。当然有些模壳无需落砂，只进行填砂、浇铸、落砂中的一项或两项功能，所述托盘装卸机7和联动机10为常规市售设备。
将所述上层辊道1.1设在下层辊道1.2的正上方。
在热交换炉1内放置数量相等的待焙烧的模壳和浇铸后的模壳。
为进一步说明本发明，以下为具体的操作实施例：本发明的节能型熔模铸造模壳干燥焙烧方法尤其适用于浇铸温度在1500℃，比热容为0.837的小型铸钢件，以下对浇铸温度在1500℃，比热容为0.837的小型铸钢件为实施例进行说明。本发明需要经过启动作业，才能进入正常的生产作业。
启动作业：
1、启动作业开始时，热交换炉1内外均为室温，容量为400千瓦的备用电源开始满功率运行，待干燥和焙烧的室温模壳，通过升降机构I 3及托盘推入机I 4不断进入热交换炉1的上层，直至放满。根据计算，备用电源把长度为3.75米热交换炉1加热段炉温升高到980℃，并把此段模壳和托盘2及上层辊道1.1加热到900℃，(当综合热效率为50％时)需要的时间为：3.75×7×0.2×200×0.67×(980-20)×0.5+3.75×250×585.05+3.75×75×2×0.703×(900-20)/400×3600×0.5＝1.72小时。到时，模壳具备浇铸的条件。
2、当首批模壳经过浇铸后返回热交换炉1的下层辊道1.2时，炉子增加新的热源，从而提高了模壳焙烧的速度，使第2批模壳具备浇铸条件的时间将短于1.72小时。与此同时，备用电源的输入功率将相应自动降低。当第4批模壳经过浇铸并返回热交换炉1的下层辊道1.2后，下层辊道1.2放满了浇铸后的模壳，热交换主要在上下层模壳之间进行。再经过1-2批浇铸后模壳进入下层辊道1.2，备用电源自动断电，热交换炉1进入正常作业，预计启动作业耗时6.68-8小时。为了避免重复，启动作业中没有对生产线具体的作业过程进行叙述，这些将在下列正常作业中进行叙述。
正常作业：
(1)、进入正常作业程序时，热交换炉1的上层辊道1.1放满待干燥和焙烧的模壳，温度从进口处20℃递增到出口处900℃；下层辊道1.2放满浇铸后的模壳，温度从进口处1248℃递减到出口处190℃；备用电源处于备用状态，整个生产线等候出钢浇铸指令而启动。
(2)、当熔化工部提前发出浇铸信号后，在待焙烧的模壳的进料端，等候在升降机构I 3上层的一盘待焙烧的模壳将连同托盘2一起，被托盘推入机I 4推进热交换炉1，与此同时在待焙烧的模壳的出料端，另一盘焙烧到900℃的模壳，从热交换炉1的上层辊道1.1被推出并由托盘拉出机I 5定位在已处于升起状态的升降机构II 6。在此前，托盘装卸机7已经在这个位置上方等待，当托盘2到位后，托盘装卸机7抓钩升起，将托盘2吊离辊道并前进到联动机10的装料填砂工位上方，并将它卸在的标准砂箱内，然后托盘装卸机7升起在上方等候。
(3)、模壳及托盘2进入砂箱10.1后，由填充砂给料器12进行填砂，与此同时，设在砂箱10.1底部的三维振实台13将填充砂振实。
(4)、在填充砂振实后，联动机10将把它运行到浇铸工位，由电动浇铸包11进行浇铸。
(5)、浇铸结束后，联动机10将自动把它运行到落砂工位，然后，等到铸件冷却到预定温度后，砂箱10.1底部的放砂阀被自动打开，在三维振实台13的作用下，砂箱内的填充砂通过托盘2进行落砂，落砂后填充砂需要经过处理后再利用。
(6)、落砂结束后，联动机10将自动把它运行回到装料填砂工位。
(7)、托盘装卸机7将浇铸后的模壳连同托盘2一起，从砂箱10.1中吊起并运送回到已处于升起状态的升降机构II 6；升降机构II 6下降至热交换炉1的下层辊道1.2，在托盘推入机II 9的作用下，浇铸后的模壳连同托盘2被推入热交换炉1的下层辊道1.2内；与此同时，一盘经过热交换后降温后模壳被推出热交换炉1，在托盘拉出机II 8的作用下定位已处于下降状态的升降机构I 3；带铸件的模壳被卸下送往下道工序；托盘2在装上新模壳后，被升降机构3上升到热交换炉1的上层辊道1.1；等待新一轮的循环作业开始。
(8).在正常作业的过程中，难免因偶发事件而出现某些不正常状况，这些都可以采用启动作业部分手段加以解决。
生产线的生产能力
(1)、生产线的生产能力，受制于耗时最长的工位。其中浇铸后的模壳，需要根据铸件不同壁厚，在砂箱中停留一段时间，才能落砂。因此，落砂工位需要6-15分钟才能完成一盘模壳作业，从而使生产线的生产能力被限制为每小时4-10个托盘，或1000-2500公斤钢水。
(2)、当生产线每小时浇铸4盘模壳时，热交换炉可进行的热交换时间为3.75小时，完全能够满足干燥和焙烧要求。当生产线每小时浇铸10盘模壳时，热交换炉可进行的热交换时间只有1.5小时，可能不够满足干燥和焙烧要求。因此，需要适当加长炉子或者如图1所示，采用2台热交换炉。
热平衡
当浇铸量达到1,000公斤/时，浇铸后模壳和待干燥和焙烧模壳之间的热平衡如下：
浇铸后模壳蓄热：+1375.38×1,000＝1,375,380千焦(100％)
干燥和焙烧模壳：-585.05×1000＝-585,050千焦(42.5％)
热交换炉热损失：采用硅酸铝耐火纤维为这二种模壳热交换炉的保温材料。设炉体的厚度为0.2米，长度为15米，外表面积为90平方米时，炉子的热损失为：-550×0.2/0.2×90＝49,500瓦，相当于-178,232千焦(13％)。(式中550为热交换炉内，外平均温度差℃；0.2为炉体厚度米；0.2为保温材料的导热系数，瓦/温差℃×平方米；90为外表面积平方米)，托盘热损失：托盘和模壳在炉内运行时，有温度变化，而没有热损失。但是，热交换结束后，位于上层的托盘和模壳在出炉后，浇铸前需要在炉外等待2分钟左右，预计温度将从900℃下降为650℃；下层托盘及铸件需要在炉外卸铸件和装新模壳而停留3分钟左右，预计温度将从200℃下降为150℃；二次炉外等待托盘热损失为-0.703×(900-650+200-150)×75/250×1000＝-63,300千焦(4.6％)
浇铸前，模壳降温热损失-1.049×0.5×(900-650)×1,000＝-131,125千焦(9.5％)浇铸后模壳及铸件，在进入热交换炉前降温热损失(设降温为150℃)-(1.049×0.5+0.703)×150×1000＝-184,125千焦(13.4％)
浇铸后模壳及铸件的残留热：1,375,380-585,050-178,232-63,300-131,124-184,125＝-233,549千焦(17％)
热交换结束模壳及铸件的平均温度为：233,549/1000/(1.049×0.5+0.703)＝190.26℃。可以直接送往清理工部进行清理作业。
达到上述热平衡时，浇铸后模壳蓄热量可以满足新模壳干燥和焙烧所需要，热交换炉可以不使用备用电加热。当浇铸量大于1000公斤/时，热量更为充裕。
按一般情况，模壳的重量为钢水的50％，它的含水量为10％，把这部分水干燥、气化并把它焙烧到900℃需要的热量为：0.50×0.1×2260+1.049×900×0.5＝585.05干焦/公斤钢水。(注：式中2260为水的汽化热；1.049为模壳的平均比热容)。当钢水温度为1560℃，浇铸后模壳保留的热量为：1510×0.703+50×0.837+272＝1375.38千焦/公斤钢水(注：式中0.703和0.837分别为钢和钢水的比热容，272为钢的熔化潜热)。它和模壳焙烧需要的热量之比为100∶42.5。采用连续作业，并在运输设施中考虑保温措施，使模壳浇铸前温度从900℃降低到650℃。则浇铸后模壳和铸件的平均温度为：1375.38+1.049×650×0.5/(1.049×0.5+0.703)＝1716.3/1.227＝1398.78℃。采取类似措施，控制浇铸后的模壳，进入热交换炉前整体温度降为150℃，保持在1248℃左右，使它有足够的温度梯度来干燥和焙烧模壳。当工艺要求进一步降低浇铸前模壳温度时，浇铸后模壳温度也将相应降低。以上数据和理论分析进一步证明了本发明的显著优点和有益效果。
以上实施例仅为本发明的较佳实施实例，本发明还允许有其它变化，如将热交换炉的上层辊道1.1和下层辊道1.2也可以平行设置，将待焙烧的模壳和浇铸后的模壳也可以直接放在上层辊道1.1和下层辊道1.2上；在放入待焙烧的模壳的托盘时的移动方向和在放入浇铸后的模壳的托盘时的移动方向同向也可以实施；在热交换炉1的进料端的上层辊道1.1和下层辊道1.2上的模壳通过手工加辅助工具取出或推入；将焙烧后的模壳通过常规方法进行填砂、浇铸、落砂也能实现。将托盘2通过常规的吊车或叉车也能在升降机构II 6和联动机10之间移动；在热交换炉1的两端也可以设置吊车；在所述热交换炉1内同时放置的待焙烧的模壳数量与浇铸后的模壳数量也可以不相等。在所述上层辊道1.1位于下层辊道1.2的下方，左右前后偏一点都可以实现；凡在权利要求1的范围内的，均在本发明的权利要求的保护范围内。