（转自：《铸造装备》2014年4月刊
　　作者单位：东风汽车股份有限公司第三铸造分公司，索阅杂志见文尾）
　　1 旧砂冷却设备升级项目背景
　　随着造型机械化自动化程度的不断提高，对型砂需要量显著增加，同时旧砂的循环时间大大缩短，而许多铸造厂为造型线供砂的砂处理系统没有设置可靠的型砂冷却装置，导致随着气温上升，尤其是炎热的夏季出现回收的旧砂砂温过高的现象。
　　（1）砂温过高的成因、产生的影响及适宜温度
　　造成型砂温度过高的原因主要是浇注后砂箱里的型砂温度过高，经过落砂后的型砂经过一系列转运后没有被充分冷却。
　　型砂温度上升会给造型生产带来一系列困难，如造型易产生水份蒸发，型砂表面强度低，从而影响脱模性，并且易粘膜，易掉砂，易坏型。浇注后铸件易产生表面粘砂，形成砂眼，影响光洁度，铸型表面容易脱水造成铸件废品率上升；旧砂粘附在砂斗上造成加砂困难；旧砂温度在50℃～70℃时混制的型砂性能变化很大，很难被控制。
　　热砂是造型生产的杀手，尤其对于以生产发动机缸体缸盖毛坯的铸造厂更是如此。发动机类毛坯产品对铸型的要求更高，要求有更好的铸型表面质量、铸型强度，因此必须有相应的旧砂冷却设备对型砂降温。老铸造厂采用增加运输皮带距离；皮带上加水；增加中间储存斗的方法来降低砂温，效果都不理想。如皮带上加水，只是表面的砂进行了冷却，底层的砂依旧温度较高。
　　按德国标准，型砂温度控制在30℃之内为最佳，这与造型材料膨润土、碳水化合物有密切关系，膨润土的最佳湿强度建立也是在30℃的高峰值，碳水化合物要求温度最高也不能超过40℃，否则膨润土强度受到影响。
　　（2）设备升级前存在的问题
　　东风汽车股份有限公司第三铸造分公司（以下简称“东风三铸”）之前主要使用的是双盘冷却器进行砂温冷却。连续式双盘冷却器是常用的对粘土砂系统进行冷却的设备之一。它的主要原理是在刮板的强烈搅拌下，通过加水、鼓风、抽风促使水分蒸发以达到降温的效果。随着东风三铸产品结构变化，铸件产量上升，该冷却器越来越无法适应造型线生产的需要，主要存在以下问题：
　　1） 设备的实际降温效果不好。在夏天室外温度较高情况下，冷却后的砂温较高，超过50℃，无法满足工艺需求，必须通过皮带加水来辅助冷却；
　　2） 旧砂冷却处理能力不足。尤其在造型线效率提升后，砂冷却成为砂处理旧砂循环生产的瓶颈环节；
　　3） 设备老化严重故障率高。该设备已使用二十多年，关键备件更换成本高。
　　2 沸腾冷却床选型、工作原理及特点
　　（1）设备选型
　　为了确保型砂性能稳定，保证造型线的生产效率，降低异常型废，东风三铸对旧砂冷却提出了更高要求。在此前提上，东风三铸通过多方调查，决定淘汰原有的双盘冷却器，使用目前国际上应用较广的沸腾冷却床。最终确定使用德国KUTTNER公司的SAND COOLER，型号为DWDA 2500/350*8000。主要参数：输送旧砂能力：180t/h、最高进口砂温100℃，最高出口砂温40℃。DWDA沸腾冷却床示意图见图1。
　　（2）工作原理
　　DWDA沸腾冷却床改变了过去主要靠空气对流散热和自然冷却的方法，通过强力冷风使砂处于一种沸腾状态，同设置在沸腾板上方的空气充分接触，使砂流进行二次热交换。大约90％的热砂冷却是通过蒸发水分完成的（类似于人类通过汗液的蒸发使皮肤冷却的过程）。砂子均匀分布在沸腾床里，通过空气穿过孔板的方式使砂子沸腾起来。在这个过程中砂子的沸腾就如同水沸腾一样且被完全混合。水从均匀分布在上方的喷嘴喷到砂子的沸腾层上，大部分水蒸发得非常快，于是砂子得到了冷却。产生的蒸汽进入加热的空气，通过排气口排出。
　　（3）主要特点
　　DWDA沸腾冷却床原理是根据“流态化的沙子与冷却介质的热交换是非流态化热交换律的4倍～5倍”的原理设计的。集水冷与风冷于一体，且可使砂子与水冷管充分进行热交换，所以能有效地对砂子降温，满足型砂温度的要求。并且沸腾时，砂子间由于相互磨擦而具有一定的软再生功能；微粉分离性能好等。
　　为了获得沸腾床的高效冷却，必须满足下述四个条件：
　　1） 砂子的输出必须与规格相符；
　　2） 鼓风机必须按照规格设置；
　　3） 废气的流速必须足够高，以便在沸腾床内维持稳定的负压；
　　4）
　　水的流速必须与设计数据相符（主要由水压决定）。
　　图1 沸腾床示意图
　　4 沸腾冷却床结构及运行
　　DWDA沸腾冷却床结构见图2。
　　1-振动输送机 2-鼓风系统 3-水系统 4-抽风除尘系统 5-加砂系统 6-振动器 7-沸腾板
　　图2 沸腾床结构图
　　DWFA沸腾冷却床包括下述主要元件：振动输送机（包含风箱和沸腾室）、鼓风系统、水系统、抽风除尘系统、加砂系统。
　　（1） 振动输送机
　　坐落在四个橡皮缓冲器上，在振动器驱动下不停振动，振动输送机里由沸腾板将风箱和沸腾室隔开。
　　1） 风箱
　　风箱是整个设备的底座，上面和沸腾室连接在一起。鼓风系统鼓进的冷风透过沸腾板将砂子吹起而沸腾。
　　2） 沸腾室
　　该部分由给料斗、沸腾板、喷淋系统组成。空气通过鼓风机被强制吹入沸腾床风箱；风箱中，空气通过沸腾板使砂层沸腾，并吸收通过喷水系统加入的水；热量蒸发后，旧砂得以冷却；加热的空气通过抽风管排出。
　　（2） 鼓风系统
　　该系统由消音器、鼓风机、风量分配装置、管道等组成，该系统是旧砂沸腾的动力系统。
　　（3） 水系统
　　该系统由控制阀门、管道、喷头组成，该装置提供定量冷却水喷淋进行砂冷却。
　　在沸腾冷却床中向砂子喷水的基本条件之一是穿过砂子的足够的空气通道，只有当沸腾床中的砂子“沸腾”起来，水才能够与砂子直接混合并快速蒸发。如果空气通过砂子的流速不够，就会在喷嘴下面形成多余的湿砂块与沸腾板接触形成粘砂堵塞板孔。空气流速通过安装在空气通道里的速度传感器检测，并且通过旧砂沸腾床的控制系统监测。为了安全原因，如果空气流速太低，停止供水。在旧砂沸腾床中向砂子喷水的第二个重要条件是沸腾床内有足够量的砂子，旧砂皮带的速度控制系统始终保证了砂子进入沸腾床的正确流速。为安全考虑，在砂子进入开口下面沸腾床罩子里安装了一个砂流量计。砂流量计包括一个导槽和一个电子量角器。导槽是安装在罩子里面的转台。砂子的流动旋转这个导槽，电子量角器测量转角，然后控制系统计算实际的砂流量。如果砂流量太低，则关闭供水系统。
　　水由三条喷水线经过计量喷入。为了冷却的目的，沸腾床中三个检测点检测砂温，水供给据此相应调节。通过喷水线1和2（见图1）所喷入的水量基本被完全蒸发。每条线向砂子上喷入的水量由水压和喷水时间决定。通过电子压力控制系统，水压保持稳定。压力传感器向控制系统发信号。主阀周期地开启和关闭以保持水压稳定。
　　图3 水系统
　　（4） 抽风除尘系统
　　该系统由抽风机、旋风除尘器、管道组成。热湿的空气在排气罩盖和管道壁上冷却。所产生的凝结水（就像凉啤酒瓶上的凝结水），结合废气中所含有的粉尘，会轻微地附着在罩子和管道壁上。连接旋风分离机的排气管道壁极易“结壳”，故采用橡胶内衬钢板。在这些结壳达到危害尺寸前，沸腾床的振动就会引起它们的脱落。
　　（5） 加砂系统
　　加砂系统由带有连续式料位计的砂仓和砂仓加料皮带（控制速度）组成。缓冲砂仓安装在沸腾床上方是为了使砂子进给速率的极大波动均匀化。根据砂仓中的料位水平，皮带给料机以变化的速率给沸腾床加砂。
　　缓冲砂仓的给料皮带机是一个带频率转换器的缓慢运行的皮带给料机。卸料皮带的速度随着料位高度的增加而增加，并且自动地在大约50%和100％设计速度之间调节。
　　（6） 控制系统
　　沸腾冷却床控制系统显示所有的运行参数，如风量，加砂量，进出口砂温等，根据控制系统的提示，可以清晰地看到该设备运行状态及故障点。
　　图4 控制系统面板
　　5 沸腾冷却床使用及保养
　　（1）使用
　　使用DWFA沸腾冷却床的基本要求是，旧砂进入该设备前必须进行磁选和筛分处理。还应注意：一是定期清砂，保证沸腾板上无结块，清砂使用专用工具，避免损坏沸腾板；二是冬季做好防冻措施，避免水冷系统冻坏；三是振动器检查润滑。
　　（2）养护
　　1）定期检查紧固不平衡振动器、弹簧元件和耐磨衬的固定螺栓；
　　2）定期检查旧砂沸腾床的焊接结构；
　　3）每周清理沸腾板，清理采用硬木压舌板和软金属刷。每年冲水彻底清理沸腾板1次；
　　4）清理在通风管道和鼓风管道内个别结壳的松散粉尘；
　　5）定期对振动器和传动机构等加油润滑。
　　6 使用效果
　　此次旧砂冷却设备更新是一次成功的设备更新。该设备使用以来，经受了夏天最热和最潮湿的气候的考验，设备一直使用正常，也能满足工艺要求。在夏季最高环境温度接近40度的情况下，仍能保证出口砂温低于40度。目前该设备在东风三铸已使用了八年，设备故障率很低，它的自检测系统完善，操作维护都很方便，主要部件无大修。