專利名稱：一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及焙燒爐，具體涉及一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐。
背景技術：
鑄造行業(yè)的鑄造廢砂的再利用被世界各國所重視，但由于鑄造廢砂的種類繁多， 因而使其再生技術面臨很大的挑戰(zhàn)。鑄造廢砂是含有石英砂或多種陶粒砂和多種無機物， 還含有多種金屬氧化物、金屬合金粉塵和集塊、有機粘結劑和其他有機添加物(主要是各種 樹脂、固化劑、固化促進劑、增塑劑，等等)、單質碳素、無機粘結劑(主要是鋁-硅系元素的無 機物及其改性物，如鋁礬土、高嶺土、凹凸棒土，等等)的混合物。這種物性多樣的混合物具 有的多樣物理化學特性，因此，要求鑄造廢砂的再生處理技術具有廣泛性和適應性。熱法處 理技術是一種有效的技術方法，它基本能夠滿足樹脂型鑄造廢砂的再生處理。但是現(xiàn)有的 焙燒爐普遍存在能源消耗高，焙燒質量難于控制，產(chǎn)品質量不穩(wěn)定，處理能力較小，不能適 應繁多的廢砂種類，操作人員勞動強度大，環(huán)境較差等缺陷。因此，在改善鑄造用砂質量和 降低再生成本的前提下，如何利用鑄造廢砂所含有機質和碳素在焙燒過程中所產(chǎn)生的熱能 問題、如何節(jié)約鑄造廢砂焙燒過程中外需的能源問題、如何減小鑄造廢砂再生過程對環(huán)境 影響的問題，等等，是當今鑄造行業(yè)的重大技術難點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是在這種技術需求下，提供一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙 燒爐，它具有火焰廢氣阻斷燃燒層，能滿足各種鑄造廢砂(各種樹脂覆膜砂、或粘土砂或者 不同比例的樹脂砂和黏土砂的混合砂)的再生處理，生產(chǎn)效率高，操控容易，再生砂質量好， 并能充分利用廢砂所中的有機質和碳素在焙燒過程中所產(chǎn)生的熱能，節(jié)省焙燒過程中的外 需能源，有利于環(huán)境保護。本發(fā)明所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，包括定位連接在鋼架上 的上段爐體和定位連接在底座上的下段爐體、設在上段爐體頂部的排氣口和加砂裝置及加 砂管、設在上段爐體與下段爐體交接處的集砂斗、設在下段爐體上部的燃燒機、設在下段爐 體中上部的燃燒器、設在下段爐體下部的進風口、設在下段爐體底部的下集砂斗及與其連 接的送砂冷卻管和出砂口，其特征在于
一氣力分砂器設在上段爐體的上部內(nèi)并正對加砂裝置，該氣力分砂器與設在上段爐體 上的進風管相連接；
一爐內(nèi)換熱裝置設在下段爐體的下部內(nèi)，該爐內(nèi)換熱裝置由風室，多支下端與風室的 上隔板連接并與風室相通的換熱管，多支上端與風室的上隔板連接并與下段爐體內(nèi)腔相 通、下端穿過風室的下隔板并與下集砂斗對應的出砂管組成；風室與風機相通，換熱管和出 砂管相間布置，每支換熱管的上端設有錐形風帽，每支出砂管的下端均與設在下集砂斗之 上的放砂裝置對應；
在下段爐體上設有溫度感應器，或者在上段爐體和下段爐體上分別設有溫度感應器，溫度感應器的感應端處于爐內(nèi)，感應數(shù)據(jù)輸出端與爐外連接的數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)相連。所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，在所述的上段爐體內(nèi)至少設有 一組集/分砂裝置且位于氣力分砂器的下方；集/分砂裝置由一個呈漏斗型的集砂器和一 個與集砂器下口正對的錐形分砂器組成。所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其所述的上段爐體和下段爐體 的爐壁從外到里均由鋼板、保溫纖維、耐火磚構成、或者從外到里均由鋼板、保溫纖維、耐熱 不銹鋼板構成。所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其所述的上段爐體的直徑大于 下段爐體的直徑，或者上段爐體的直徑與下段爐體的直徑相等。所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其所述的上段爐體和下段爐體 直接連接為一體，或者通過柔性結構相連接。所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其所述的柔性結構為迷宮式的 密封結構，即上段爐體下端具有的凸凹結構與下段爐體上端具有相對應的凹凸結構相互嵌 合形成的結構。采用這種迷宮式密封結構，具有的氣密性密封，一方面保證爐內(nèi)砂粒不流 出，爐內(nèi)壓力能保證，還能夠使因為上、下段爐體直徑不同安裝相接的結構應力，使整個爐 體不會在爐溫不斷變化中產(chǎn)生新的結構性應力，從而保證了爐體更加穩(wěn)定。所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，在下段爐體的上部至少設有一 臺燃燒機，在下段爐體的中上部至少有三個燃燒器。所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其所述的加砂裝置包括定位連 接在上段爐體頂部的變速機構、與變速機構配合連接的驅動電機，變速機構的輸出軸伸入 爐內(nèi)與聯(lián)動加料斗機構的聯(lián)動軸的上端連接，聯(lián)動軸的下端與加料斗連接。所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其所述的氣力分砂器包括穿過 上段爐體爐壁的進風管、與進風管相通的匯氣室、設在匯氣室上并位于加料斗下方的分砂 圓錐面，設在分砂圓錐面上的多個風帽與設在匯氣室的上面的多個出氣管一一對應。從進風管進入的壓縮氣體經(jīng)匯氣室的一個各個小氣室，通過安裝在上面的多個出 風管，再從出風管上面的風帽而四散噴出，作用在下落的鑄造廢砂上，使其分散并緩慢下 落。本發(fā)明和現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點處理廢砂范圍更廣，生產(chǎn)效率高；焙燒爐 溫適中，再生砂質量更好且穩(wěn)定；爐內(nèi)體系間熱交換效率高，廢砂有機質和碳素燃燒熱利用 好，使噸鑄造廢砂的能源消耗比一般的鑄造廢砂熱法再生處理系統(tǒng)低1 3倍；有利于資源 和環(huán)境保護。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖2是上段爐體和下段爐體連接處的迷宮式密封結構示意圖； 圖3是上段爐體和下段爐體直徑相等的發(fā)明的示意圖； 圖4是加砂裝置的示意圖； 圖5是氣力分砂器的示意圖； 圖6是爐內(nèi)換熱裝置的換熱管的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。實施例一參見圖1、圖2和圖6所示的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒 爐，包括定位連接在鋼架4上的上段爐體3和定位連接在底座10上的下段爐體6、設在上段 爐體頂部的排氣口 2和加砂裝置21及加砂管1、設在上段爐體與下段爐體交接處的集砂斗 22、設在下段爐體上部的三臺燃燒機18、設在下段爐體中上部的三個燃燒器7、設在下段爐 體下部的進風口 17、設在下段爐體底部的下集砂斗13及與其連接的送砂冷卻管16和出砂 Π 14 ；
一氣力分砂器20設在上段爐體3的上部內(nèi)并正對加砂裝置21，該氣力分砂器與設在上 段爐體上的進風管20 - 1相連接；
一爐內(nèi)換熱裝置設在下段爐體6的下部內(nèi)，該爐內(nèi)換熱裝置由風室9，多支下端與風室 的上隔板連接并與風室相通的換熱管8，多支上端與風室的上隔板連接并與下段爐體內(nèi)腔 相通、下端穿過風室的下隔板并與下集砂斗13對應的出砂管11組成；風室9與風機相通， 換熱管和出砂管相間布置，每支換熱管8的上端設有錐形風帽23，每支出砂管11的下端均 與設在下集砂斗13之上的放砂裝置12對應；
在下段爐體上設有溫度感應器24，溫度感應器的感應端處于爐內(nèi)，感應數(shù)據(jù)輸出端與 爐外連接的數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)相連；
在所述的上段爐體3內(nèi)至少設有兩組集/分砂裝置且位于氣力分砂器20的下方，集/ 分砂裝置由一個呈漏斗型的集砂器19和一個與集砂器下口正對的錐形分砂器25組成；
本例的上段爐體3和下段爐體6的爐壁從外到里均由鋼板、保溫纖維、耐火磚構成，上 段爐體的直徑大于下段爐體的直徑。所述的上段爐體和下段爐體通過柔性結構5相連接； 所述的柔性結構為迷宮式的密封結構，即上段爐體下端具有的凸凹結構與下段爐體上端具 有相對應的凹凸結構相互嵌合形成的結構。參見圖4所示的加砂裝置21包括定位連接在上段爐體頂部的變速機構21 — 2、與 變速機構配合連接的驅動電機21 - 1，變速機構的輸出軸伸入爐內(nèi)與聯(lián)動加料斗機構的聯(lián) 動軸21 - 3的上端連接，聯(lián)動軸的下端與加料斗21 — 4連接。參見圖5所示的氣力分砂器20包括穿過上段爐體3爐壁的進風管20 — 1、與進風 管相通的匯氣室20 - 2、設在匯氣室上并位于加料斗21 - 4下方的分砂圓錐面20 - 3，設 在分砂圓錐面上的多個風帽20 — 4與設在匯氣室的上面的多個出氣管20 - 5 一一對應。實施例二 參見圖3，本例的上段爐體3和下段爐體6的爐壁從外到里均由鋼板、 保溫纖維、耐熱不銹鋼板構成，上段爐體3的直徑與下段爐體6的直徑相等，上段爐體和下 段爐體直接連接為一體，在上段爐體和下段爐體上分別設有溫度感應器對，其余與實施例 一相同。這樣結構的爐體因此具有隔熱、保溫性能好，使用壽命長，有利于提高爐內(nèi)熱能利 用率的同時，實現(xiàn)免維護。本發(fā)明工作時，鑄造廢砂從處于上段爐體加砂管處以具有一定的下落動能被加 入，當落砂處于氣力分砂器上方時與氣力分砂器吹出的壓縮空氣相遇，落砂受到與下落方 向相反的流動空氣后會減慢下落的速度，一部分砂粒直徑小的落砂在氣力分砂器上錐面上 空較高位置便被向上托起而直接呈飄散狀在爐內(nèi)空間飄落至氣力分砂器一下方的集砂器內(nèi)。因為向上風力原因，這部分落砂的下落速度減慢，使得這部分砂粒被爐內(nèi)熱空氣充分均 勻迅速加熱；其余粒徑較大的廢砂部分下落到更靠近(直至下落到)氣力分砂器上錐面，在 越靠近氣力分砂器上錐面上的風帽口處風力越大，這部分落砂被向上吹起，在氣力分砂器 的上錐面上形成湍動翻騰的氣砂混合狀，向氣力分砂器四周側上部空間騰起的廢砂以氣力 分砂器一為中心分散灑落在爐內(nèi)四周空間，落入下方的集砂器，由于分砂器的作用，廢砂在 上段爐內(nèi)充分分散，緩速分散下落，充分分散的廢砂與爐內(nèi)熱空氣接觸更充分，換熱表面積 更大，熱交換更充分均勻。下落到集砂器內(nèi)的廢砂沿集砂器內(nèi)表斜面均勻下滑，在集砂器錐 面下口處以均勻的紗簾下流到下一組分砂器的上錐面上，這樣往復通過多次分砂、集砂、分 砂，大大地延緩了廢砂落入下段爐體焙燒區(qū)內(nèi)的時長，廢砂利用燃燒煙氣的熱量被充分地 預熱、除盡廢砂中含有的水分和低熔點揮發(fā)性物質、避免了有機質被碳化而使砂粒相互粘 結成塊的現(xiàn)象發(fā)生，充分利用下段爐體內(nèi)焙燒區(qū)產(chǎn)生的高溫煙氣熱量，提高了廢砂進入下 段爐體區(qū)域的砂溫，使廢砂進入下段爐體內(nèi)焙燒需要的基本點燃溫度得到了保證，避免了 下段爐體內(nèi)燃燒機因為爐溫大幅波動起伏頻繁啟動消耗燃料，實現(xiàn)了節(jié)約能源、防止結塊、 保證廢砂焙燒處理前的良好適燃物料狀態(tài)。 從上段爐體下落分砂后的廢砂經(jīng)柔性裝置內(nèi)空間進入下段爐體內(nèi)，因在上段爐體 內(nèi)已被充分預熱，在經(jīng)過安裝在下段爐體上的位于集砂器下方的燃燒器燃燒口斷面空間時 與燃燒器燃燒火焰相遇，附著在砂粒表面的有機質或碳素迅速達到燃點而燃燒，燃燒器燃 料燃燒提供的熱量加上廢砂含有的有機質和碳素燃燒產(chǎn)生的熱量，使下段爐內(nèi)溫度升高， 當爐內(nèi)達到能完全焙燒掉廢砂所含的有機質和碳素以上溫度時，安裝在下段爐體中部的溫 度感應器測到的數(shù)據(jù)信號便通過其數(shù)據(jù)發(fā)送端向與之相連的電腦芯片(PLC)控制系統(tǒng)提供 數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)會指控與其相連的燃燒器調(diào)整工作狀態(tài)的同時，調(diào)整與上段爐相接的加砂 口的加砂狀態(tài)、出砂管出砂口端的出砂嘴的工作狀態(tài)。保持了爐內(nèi)焙燒溫度適中，避免了因 為熱量過大引起爐內(nèi)溫度持續(xù)上升過高，引起廢砂中含有的金屬氧化物形成陌化物、金屬 粉塵被燒結、形成結塊的現(xiàn)象發(fā)生。當燃燒器的狀態(tài)處于閉火未燃點狀態(tài)時，廢砂中點燃的 有機質和碳素燃燒發(fā)出的熱量使下段爐體內(nèi)的溫度維持在一定溫度條件下，當爐溫不能維 持時，在爐內(nèi)溫度感應器的實時測控下，爐外控制系統(tǒng)將同時向其各個控制子系統(tǒng)發(fā)出調(diào) 控指令，使下段爐保持在一個合適的再生砂處理技術狀態(tài)下。燃燒后的廢砂砂粒下落至下 段爐體內(nèi)與換熱管間的空間內(nèi)，逐漸堆積成高于爐內(nèi)換熱管高度的砂層，這層高溫熾熱砂 層被從換熱管出風口風帽內(nèi)吹出的冷空氣冷卻。換熱管內(nèi)的壓縮空氣來自于與下段爐體 相連風室的進風管，進風管與外部的高壓風機相連，高壓風機的壓縮空氣經(jīng)與風室相連的 進風管進入風室，在風室內(nèi)經(jīng)風速調(diào)整、壓力調(diào)配后從與風室相通的換熱管口進入并到達 下段爐體內(nèi)的換熱管風帽出風口，進入換熱管內(nèi)的壓縮空氣與換熱管內(nèi)壁間形成熱對流關 系被迅速加熱，一方面使換熱管壁冷卻，使換熱管外的高溫熾熱砂層的溫度降低，越靠近換 熱管的下部，砂溫越低，在出砂管口砂溫相對最低，在此經(jīng)過與換熱管充分熱交換的砂粒進 入出砂管，在與出砂管相連的出砂嘴出被排放到下集砂斗內(nèi)，進入下集砂斗的砂粒完成了 焙燒再生過程，通過放砂口放出到焙燒爐外，供后續(xù)處理或使用。另方面，從換熱管入口進 入換熱管內(nèi)的冷空氣，通過對流熱交換被迅速地加熱，由換熱管入口到風帽出口逐步變成 溫度較高的熱壓縮空氣，并在換熱管風帽出風口處噴出，從高溫熾熱砂層砂粒間的空隙中 穿過。進入砂層中的高壓空氣因受到砂粒間空隙形成的過風通道的隨機變化而發(fā)生湍動，攪動砂層上部呈沸騰翻滾狀，降低砂溫；再者，被熾熱砂粒加溫后的壓縮空氣繼續(xù)向下段爐 體上部輸送，當壓縮空氣越過下段爐體與上段爐體相接的柔性裝置進入到上段爐體空間內(nèi) 時，因為上段爐的爐體直徑大于下段爐體爐內(nèi)直徑，因此向上流動的壓縮空氣的流速會減 慢，使得兩段爐內(nèi)的空間形成爐壓負差，這種爐內(nèi)系統(tǒng)的狀態(tài)變化被安裝在上、下段爐體上 不同的溫度感應器采集數(shù)據(jù)，通過爐外與之相連的控制系統(tǒng)所調(diào)控，這樣在下段爐體內(nèi)有 機質和碳素燃燒形成的煙氣會在上段爐體空間內(nèi)相對地多停留一段時間，一方面減少煙氣 中的未充分氧化的氣相有機質產(chǎn)生，另方面通過與加砂口加入的較低溫度新廢砂接觸更長 時間，充分進行熱交換，迅速降低了與上段爐體相連的排煙道出口煙氣的溫度，避免排煙口 煙氣流速過快帶走更多的廢砂粉塵和對環(huán)境有害氣體二噁英的產(chǎn)生，更加節(jié)約能源，更加 有利于環(huán)境保護。
權利要求
1.一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，包括定位連接在鋼架(4)上的上段爐體 (3)和定位連接在底座(10)上的下段爐體(6)、設在上段爐體頂部的排氣口(2)和加砂裝置 (21)及加砂管(1)、設在上段爐體與下段爐體交接處的集砂斗(22)、設在下段爐體上部的 燃燒機(18)、設在下段爐體中上部的燃燒器(7)、設在下段爐體下部的進風口(17)、設在下 段爐體底部的下集砂斗(13)及與其連接的送砂冷卻管(16)和出砂口(14)，，其特征在于一氣力分砂器(20)設在上段爐體(3)的上部內(nèi)并正對加砂裝置(21)，該氣力分砂器與 設在上段爐體上的進風管相連接；一爐內(nèi)換熱裝置設在下段爐體(6)的下部內(nèi)，該爐內(nèi)換熱裝置由風室(9)，多支下端與 風室的上隔板連接并與風室相通的換熱管(8)，多支上端與風室的上隔板連接并與下段爐 體內(nèi)腔相通、下端穿過風室的下隔板并與下集砂斗(13)對應的出砂管(11)組成；風室(9) 與風機相通，換熱管和出砂管相間布置，每支換熱管(8)的上端設有錐形風帽(23)，每支出 砂管(11)的下端均與設在下集砂斗(13)之上的放砂裝置(12)對應；在下段爐體上設有溫度感應器(24)，或者在上段爐體和下段爐體上分別設有溫度感 應器(24)，溫度感應器的感應端處于爐內(nèi)，感應數(shù)據(jù)輸出端與爐外連接的數(shù)據(jù)處理控制系 統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其特征在于在 所述的上段爐體(3)內(nèi)至少設有一組集/分砂裝置且位于氣力分砂器(20)的下方；集/分 砂裝置由一個呈漏斗型的集砂器(19)和一個與集砂器下口正對的錐形分砂器(25)組成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其特征在于 所述的上段爐體(3)和下段爐體(6)的爐壁從外到里均由鋼板、保溫纖維、耐火磚構成、或 者從外到里均由鋼板、保溫纖維、耐熱不銹鋼板構成。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其特征在于 所述的上段爐體(3)的直徑大于下段爐體(6)的直徑，或者上段爐體(3)的直徑與下段爐體 (6)的直徑相等。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其特征在于 所述的上段爐體和下段爐體直接連接為一體，或者通過柔性結構(5)相連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其特征在于所 述的柔性結構(5)為迷宮式的密封結構，即上段爐體(3)下端具有的凸凹結構與下段爐體(6)上端具有相對應的凹凸結構相互嵌合形成的結構。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其特征在于 在下段爐體(6)的上部至少設有一臺燃燒機(18)，在下段爐體的中上部至少有三個燃燒器(7)。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其特征在于 所述的加砂裝置(21)包括定位連接在上段爐體頂部的變速機構(21 - 2)、與變速機構配合 連接的驅動電機(21 - 1)，變速機構的輸出軸伸入爐內(nèi)與聯(lián)動加料斗機構的聯(lián)動軸(21 -3)的上端連接，聯(lián)動軸的下端與加料斗(21 — 4)連接。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，其特征在于 所述的氣力分砂器(20)包括穿過上段爐體(3)爐壁的進風管(20 - 1)、與進風管相通的匯 氣室(20 - 2)、設在匯氣室上并位于加料斗(21 - 4)下方的分砂圓錐面(20 - 3)，設在分砂圓錐面上的多個風帽(20 - 4)與設在匯氣室的上面的多個出氣管(20 - 5) 一一對應。
全文摘要
本發(fā)明公開一種全逆流熱交換兩段式鑄造廢砂焙燒爐，包括上段爐體和下段爐體、設在上段爐體頂部的加砂裝置、設在上段爐體與下段爐體交接處的集砂斗、設在下段爐體上的燃燒機和燃燒器及進風口、設在下段爐體底部的下集砂斗及出砂口；一氣力分砂器設在上段爐體的上部，一爐內(nèi)換熱裝置設在下段爐體的下部內(nèi)，在下段爐體上設有溫度感應器,或者在上段爐體和下段爐體上分別設有溫度感應器，感應數(shù)據(jù)輸出端與爐外連接的數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)相連。本發(fā)明具有以下優(yōu)點處理廢砂范圍更廣，生產(chǎn)效率高；焙燒爐溫適中，再生砂質量更好且穩(wěn)定；爐內(nèi)體系間熱交換效率高，廢砂有機質和碳素燃燒熱利用好，有利于資源和環(huán)境保護。
文檔編號B22C5/00GK102125982SQ20111002051
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權日2010年12月20日
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