CN108380826A - 一种砂型的微波烘干方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波烘干技术，特别涉及一种砂型的微波烘干设备，包括如下步骤，首先对磁控管安装数量及排布方式进行仿真模拟，具体为在微波烘干设备的腔体内，模拟放置砂型，根据砂型的放置位置，在远离砂型进出两侧面及砂型顶部表面分别安装排布若干磁控管，之后使用电磁仿真软件进行仿真模拟，根据模拟结果调整磁控管安装数量和排布方式，直到达到砂型的最短烘干时间；然后根据上述仿真结果，在所述腔体内安装排布磁控管，放入实体砂型，开启磁控管；最终调整所述腔体内的湿度值，直到所述砂型达到烘干状态。本发明方法克服现有砂型微波烘干技术的不足，使砂型烘干效果最佳、烘干时间最短。

Description

一种砂型的微波烘干方法

技术领域

本发明涉及微波烘干设备领域，特别涉及一种砂型的微波烘干技术。

背景技术

砂型微波烘干加热是一种工业级的高效加热技术。铸造过程中砂型经过流涂之后必须利用快速、高效的加热设备使其表干。传统方法为运用电表干窑，此种方法能耗大，砂型表面干燥难以做到均匀，出炉后可能出现砂型表面局部温度过高，从而导致砂型断裂，甚至可能对操作人员造成人身伤害。

微波烘干设备主要利用依附在大功率微波加热腔体里的磁控管进行升温加热、利用大功率轴流风机进行湿气排散。在整个加热过程中，温度与湿气极大影响着加热效果，以最优的控制方法控制温湿度在腔体中的存在显得极为重要。与普通电表干窑相比，烘干效率更高，速度更快，烘干后的砂型表面均匀，无泡，出炉后表面温度回温快。其相关专利的检索情况如下：

“一种适合于大尺寸砂型烘干的微波烘干设备”,申请号为201320650139.1，采用旋转式微波加热方式对大型砂型进行烘干。对腔体中的温湿度，主要依靠湿度传感器和红外测温传感器进行检测，并配备热风系统予以辅助，控制器根据检测结果对输出功率进行调整以达到对温度湿度的整定。分析其控制方式，主要以温度调节为主，湿度调节为辅。因为其使用的红外线测温传感器只能检测砂型单位点的表面温度，根据微波加热原理及分子热运动来看，在流涂不均匀等情况下，流涂部分升温快而流涂不到之处升温慢，红外线测点未能照射到的流涂区域，则其反馈的温度作业值是不准确的，易造成“干烧”，即砂型已经烘干，但测量温度仍没有达到工艺设定值，磁控管的天线帽会频繁击穿，导致长时间加热烘干引起砂型断裂、烘焦。对湿度而言，该专利虽然底部有通风孔，但由于高温密闭负压环境下，空气分子的运动会加剧，并会沿谐振腔侧壁上行，导致湿度悬空，无法及时排出，极大影响了烘干效果，空气的热循环更可能会损坏腔体磁控管等元件，存在安全隐患。此外，专利没有涉及微波发生装置的监控，现场使用时无法及时了解设备的健康状态。“一种砂型用通过式微波烘干装置”，申请号为CN201710378446.1，采用通过式辊道传输对砂型进行烘干。以温度传感器检测反馈控制温度为主，以风机排湿控制湿度为辅，并配备远程控制，利用通过式辊道传输对砂型进行烘干。温湿度控制方面，在炉腔门关闭瞬间开启排湿风机与送风风机，风机风速不能实时调节，使用风量较小的风机无法满足烘干的实际用风量，选择风量较大的风机则会适得其反，将大量的腔体热量顺势带出，反而降低了烘干效果，无法达到温湿度与风速的最佳状态。就控制温度的磁控管而言，虽然利用错行排布，但存在微波腔体内温度散布不均匀问题，会出现局部温度极高或极低的现象，容易引起磁控管烧焦和严重损毁。

发明内容

本发明克服现有技术中微波烘干效率差，湿气排放不及时等缺陷，提供了一种砂型的微波烘干方法，通过对磁控管的开闭及风机风量的调节控制微波腔体内的温湿度，并具备本地操作与远程操作等多种模式，实现砂型的快速烘干，保障了砂型的烘干效果。

本发明的目的是这样实现的，首先，进行磁控管仿真布置，布置方法为：在微波烘干设备的腔体内，模拟放置砂型，根据砂型的放置位置，在远离砂型进出两侧面及砂型顶部表面分别安装排布若干磁控管，之后使用电磁仿真软件进行仿真模拟，根据模拟结果调整磁控管安装数量和排布方式，直到达到砂型的最短烘干时间，得到最佳的磁控管安装数量和排布方式。然后根据仿真结果，在微波烘干设备的腔体内安装排布磁控管，放入砂型，开启磁控管。最后，调整微波烘干设备的湿度值，直到砂型达到烘干状态。

为便于磁控管的仿真布置，在确定磁控管的使用数量时，根据砂型的放置位置具体操作。砂型两侧面流涂面积大，需烘干功率相应较大，则使用磁控管数量多，而砂型顶部，虽然流涂面积小，为避免顶部表面存在多次烘干不佳现象，也需要考虑一定功率的微波辐射，可使用少量磁控管进行排布。总体而言，采取两侧多顶部少的排布方式进行磁控管设置。根据实际微波烘干模拟效果，腔体壁单位面积以6个磁控管为最佳。

进一步地，根据气体流体学运动原理来确定磁控管的安装位置及排布方式。由于微波加热过程中热气流由下而上，会导致顶部温度高，因此，顶部的磁控管在安装位置和排布方式上不作限制，可以集中或分散或均匀分散排布。而整个微波系统侧部设计则需要根据实际砂型的尺寸进行确定，一般，磁控管整体相对偏向于所述腔体的下部。

在往微波烘干设备的腔体内放入砂型前，需检测砂型的尺寸大小，并反馈给控制器，以便根据砂型的尺寸信息将磁控管进行相应地分段。

例如在微波烘干设备腔体外，靠近辊道的位置设置能够检测砂型尺寸大小的传感器和检测输出装置，当砂型通过传感器和检测输出装置进入微波烘干设备腔体时，传感器检测出砂型尺寸信息，检测输出装置相应地输出高中低三个信号值或者输出砂型的体积值，接着微波烘干设备的控制器通过检测输出装置反馈的信号，将磁控管分为三个区段，或者根据砂型的体积值，通过控制器调节将磁控管分为若干区段。进一步地，可以平均分配为三个区段或者若干区段，便于对砂型进行精确烘干。

当进行实际操作时，微波烘干设备的加热元件利用磁控管进行温度的调节控制。根据检测输出装置反馈的尺寸信息，通过控制律确定信号的输出，此处控制律即指微波烘干系统形成控制指令的算法，描述了受控状态变量，即磁控管开闭数，与系统输入信号，即砂型尺寸、腔体温度之间的PID关系。它表征微波烘干系统的数学模型。对微波烘干系统，控制率与系统的工作模态有关，一种工作模态对应一个控制律。综上，通过调用控制律的函数，根据检测输出装置反馈的尺寸，以此输出信号控制交流接触器的通断，再通过交流接触器来控制给磁控管提供高压的高压变压器的通断，以达到控制磁控管开闭，即加热功率的目的。电源采取全波倍压整流的方式，每个磁控管均配备带通讯协议的数显电流表，远程实时传输监测信号。

本发明利用调节风机的风量对湿度进行实时控制。风机包括鼓风机和引风机，本发明微波烘干方法的风机涉及共三个，其中两个轴流鼓风机，安装在微波烘干设备的底部；一个轴流引风机，安装在微波烘干设备的顶部，形成密闭的风循环系统。鼓风机和引风机均带有通讯协议，并采用变频器控制调速，由温湿度传感器进行湿度的实时监测，其数值通过控制器进行信号的处理与分析，由控制器输出信号对变频器进行控制，变频器二次控制风机的启停与风速大小，达到对腔体内部湿度的排散，并间接控制腔体内部的温度，加速砂型的表干。风速的调节依据湿度的变换情况，按实际作业现场生产节拍时间，进行由小到大调频。

本发明的微波系统采用TCP协议实现工业现场总线，通过通讯协议对中央控制器与微波烘干设备进行状态监控与数据采集，实现对磁控管、鼓风机和引风机的控制，并进而实现对温湿度的远程控制与调节。

最佳的，本发明中可采用RS485通讯进行数据采集传输。

在对砂型进行烘干的过程中，微波烘干设备的腔体内温湿度将自动进行综合整定，具体过程为：

1）根据所述砂型烘干实际需要的工艺参数值设定温度值为A，设定若干个不同数值段的湿度值B、C、D，其中， D为实际工艺条件下达到烘干状态的湿度值，现场工艺要求设定，湿度值B为1.5~2.5倍于D的值，湿度值C为0.5~1.5倍于D的值。

2）关闭微波烘干设备的腔体，微波烘干设备的控制器根据检测输出装置检测信号，依次开启对应位置的磁控管，此时，微波烘干设备的腔体内温度和湿度逐渐上升；

3）①当温湿度传感器检测到腔体内的湿度值大于B值，鼓风机与引风机开启，变频为最大速度，当检测到腔体内的湿度值等于B值时，鼓风机与引风机停止，最佳的停止时间为1min；再次提取湿度值，当检测到腔体内的湿度值大于B值时，重复步骤①；

②当检测到腔体内的湿度值低于B值大于C值时，鼓风机与引风机开启，变频为中速；当检测到腔体内的湿度值等于C值时，鼓风机与引风机停止，最佳的停止时间为1min；一段时间后再次提取湿度值，最佳的为1min后再次提取湿度值，当检测到腔体内的湿度值大于C值时，重复步骤②；

③当检测到腔体内的湿度值低于C值大于D值时，鼓风机与引风机开启，变频为低速；当检测到腔体内的湿度值等于D值时，鼓风机与引风机停止，最佳的停止时间为1min；一段时间后再次提取湿度值，最佳的为1min后再次提取湿度值，当检测到腔体内的湿度值大于D时，重复步骤③；

当检测到腔体内的湿度值低于D值时，即达到烘干状态，鼓风机与引风机停止，所述磁控管关闭，磁控管依次关闭。

4）在整个湿度调节过程中，磁控管的自整定如下：若微波烘干设备腔体内烘干温度T低于温度值A，则磁控管处于全开模式，此处全开模式是指根据检测输出装置反馈的信息，通过控制率所导通的磁控管数量；若微波烘干设备腔体内烘干温度T高于温度值A，则磁控管进入PID调试模式，在保证电气元件安全操作频率范围内，通过调整磁控管开启与关断占空比实现烘干温度调整。

5）余热利用。使用本发明方法进行砂型烘干，产生大量的余热，因此，在控制流程中设定延时时间，在烘干结束后保持腔体关闭单位时间段，以5-10分钟为最佳，进行残余微波吸收及余热利用，同时等待砂型表面温度下降，避免残余微波辐射及烫伤危害。

本发明的上述装置及砂型的微波烘干方法，具有以下有益效果：

（1）通过事先的模拟仿真，确定腔体内最佳的磁控管布置数量和排布方式，在理论上使砂型烘干效果最佳、烘干时间最短。

（2）通过检测输出装置的智能检测和磁控管的PID调控，有效控制腔体温度，维持较好的烘干温度；通过鼓风机和引风机的变频调速及温湿度传感器的智能反馈检测，维持较好的湿度环境。

（2）以控制温湿度两方面为主线，在保证砂型快速烘干的同时，避免了因温度原因可能导致的磁控管烧毁、砂型烧焦或烘干不完全等现象，同时也避免了因湿度排散不及时所导致的湿气悬浮或者湿度过低的“干烘”导致磁控管损坏等现象。

（3）通过RS485通讯与TCP协议，将温湿度的信息及时与远程平台联通，电流表的RS485通讯实时监测磁控管状态，通过实时采集其工作电流，统计其累计工作时间，进行健康评估与寿命预测，提示设备运维人员及时采购备件或予以更换，确保微波烘干的连续作业。

附图说明

图1为本发明的磁控管侧部安装位置及排布方式图

图2 为本发明的微波烘干腔体的温湿度综合整定控制图

其中，1气流方向

具体实施方式

实施例1

本发明方法不限定微波烘干腔体的大小，以尺寸长×宽×高为2800mm×1200mm×1850mm的腔体为例，对高度为1200mm的砂型进行微波烘干。微波烘干设备的腔体上设置有鼓风机和引风机，其中两个轴流鼓风机，安装在微波烘干设备的底部；一个轴流引风机，安装在微波烘干设备的顶部，形成密闭的风循环系统。

腔体顶部的磁控管在安装位置和排布方式上不作限制，可以集中或分散或均匀分散排布，本实施例为均匀分散排布。而整个微波系统侧部设计，由于砂型高度只有1200mm，只有微波烘干腔体高度的三分之二高，因此，如图1所示，磁控管整体相对偏向于所述腔体的下部。之后使用电磁仿真软件进行仿真模拟，根据模拟结果调整磁控管安装数量和排布方式，直到达到砂型的最短烘干时间，得到最佳的磁控管安装数量和排布方式为在微波烘干腔体的顶部设置6个3kW的磁控管，两侧分别设置12个3kW的磁控管。

根据仿真模拟结果设置好微波烘干腔体的磁控管后，放入实体砂型进行烘干。在微波烘干设备腔体外，靠近辊道的位置设置能够检测砂型尺寸大小的传感器和检测输出装置，本实施例设置的传感器为光幕发射器，设置的检测输出装置为检测光栅。当砂型通过光幕发射器和检测光栅进入微波烘干设备腔体时，光幕发射器检测出砂型尺寸大小，检测光栅相应地输出高中低三个信号值，接着微波烘干设备的控制器通过检测光栅反馈的信号，将磁控管分为三个区段，本实施例为平均分配，便于对砂型进行精确烘干。

作为本实施例的优选方案，检测光栅相应地输出砂型的体积值，接着微波烘干设备的控制器通过砂型的体积值，通过控制器调节将磁控管分为若干区段。本实施例的若干区段为平均分配，便于对砂型进行精确烘干。检测光栅通过RS485通讯协议传输，直接远程监控统计每批次的砂芯参数。

磁控管的分段确定后，根据本实施例中砂型烘干实际需要的工艺参数值设定温度值为A为200℃，设定湿度值分别为B=70(%)RH、C=45(%)RH、D=30 (%)RH。

然后关闭微波烘干设备的腔体，微波烘干设备的控制器根据检测光栅的检 测信号，依次开启对应位置的磁控管，此时，微波烘干设备的腔体内温度和湿 度逐渐上升。微波烘干设备通过RS485通讯进行状态监控与数据采集，实现对 磁控管、鼓风机和引风机的控制，并进而实现对温湿度的远程控制与调节。具 体过程为：①当温湿度传感器检测到腔体内的湿度值大于70(％)RH时，鼓风机 与引风机开启，变频为最大速度，当检测到腔体内的湿度值等于70(％)RH时， 鼓风机与引风机停止1min；1min后再次提取湿度值，当检测到腔体内的湿度 值大于70(％)RH时，重复步骤①；②当检测到腔体内的湿度值低于70(％)RH大于45(％)RH值时，鼓风机与引风机开启，变频为中速；当检测到腔体内的湿度 值等于70(％)RH值时，鼓风机与引风机停止1min；1min后再次提取湿度值， 当检测到腔体内的湿度值大于45(％)RH值时，重复步骤②；③当检测到腔体内 的湿度值低于45(％)RH值大于30(％)RH值时，鼓风机与引风机开启，变频为低 速；当检测到腔体内的湿度值等于30(％)RH值时，鼓风机与引风机停止1min；1min后再次提取湿度值，当检测到腔体内的湿度值大于30(％)RH时，重复步骤 ③；当检测到腔体内的湿度值低于30(％)RH值时，即达到烘干状态，鼓风机与 引风机停止，磁控管依次关闭。

在整个湿度调节过程中，若微波烘干设备腔体内烘干温度T低于温度值200℃时，则磁控管处于全开模式，此处全开模式是指根据检测光栅反馈的信息，通过控制率所导通的磁控管数量；若微波烘干设备腔体内烘干温度T高于温度值200℃，则磁控管进入PID调试模式，在保证电气元件安全操作频率范围内，通过调整磁控管开启与关断占空比实现烘干温度调整。

本发明通过事先的模拟仿真，确定了腔体内最佳的磁控管布置数量和排布方式，使砂型烘干效果最佳、烘干时间最短，通过检测光栅的智能检测和磁控管的PID调控，有效控制腔体温度，维持较好的烘干温度，通过鼓风机和引风机的变频调速及温湿度传感器的智能反馈检测，维持较好的湿度环境。最终得到的烘干砂型质量满足使用要求。

Claims (12)

1.一种砂型的微波烘干方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：对磁控管安装数量及排布方式进行仿真模拟，方法为：在微波烘干设备的腔体内，模拟放置砂型，根据砂型的放置位置，在远离砂型进出两侧面及砂型顶部表面分别安装排布若干磁控管，之后使用电磁仿真软件进行仿真模拟，根据模拟结果调整磁控管安装数量和排布方式，直到达到砂型的最短烘干时间；

步骤二：根据步骤一的仿真结果，在所述腔体内安装排布磁控管，放入实体砂型，开启磁控管；

步骤三：调整所述腔体内的湿度值，直到所述砂型达到烘干状态。

2.根据权利要求1所述的砂型的微波烘干方法，其特征在于在所述砂型顶部表面安装排布磁控管时，磁控管的设置位置和排布方式为任意，可以集中或分散或均匀分散排布。

3.根据权利要求1所述的砂型的微波烘干方法，其特征在于在所述远离砂型进出两侧面安装排布磁控管时，所述磁控管整体相对偏向于所述腔体的下部。

4.根据权利要求1所述的砂型的微波烘干方法，其特征在于在所述腔体内放入所述实体砂型前，所述磁控管将被分为若干区段，便于对砂型进行精确烘干。

5.根据权利要求4所述的砂型的微波烘干方法，其特征在于所述的磁控管被分为若干区段具体为：所述实体砂型通过传感器检测出尺寸大小，通过检测输出装置输出高中低三个信号值或者输出所述实体砂型的体积值，所述微波烘干设备的控制器通过检测输出装置反馈的信号，根据所述信号值将所述磁控管分为三个区段，或者根据所述的体积值，通过所述控制器调节将所述磁控管分为若干区段。

6.根据权利要求5所述的砂型的微波烘干方法，其特征在于所述的分为三个区段或者分为若干区段可以是平均分配。

7.根据权利要求5所述的砂型的微波烘干方法，其特征在于所述检测输出装置通过通讯协议传输，可直接远程监控统计砂型参数。

8.根据权利要求5所述的砂型的微波烘干方法，其特征在于，所述磁控管均配备带通讯协议的数显电流表，远程实时传输监测信号。

9.根据权利要求1所述的砂型的微波烘干方法，其特征在于所述调整所述腔体内的湿度值通过鼓风机与引风机的风量实现。

10.根据权利要求9所述的砂型的微波烘干方法，其特征在于所述调整所述腔体内的湿度值的具体过程为：

1）根据所述砂型烘干实际需要的工艺参数值设定温度值为A，设定若干个不同数值段的湿度值B、C、D，其中，湿度值D为实际工艺条件下达到烘干状态的值，湿度值B为1.5~2倍于D的值，湿度值C为0.5~1倍于D的值。

11.2）关闭所述腔体，开启所述磁控管，所述腔体内温度上升，湿度上升；

3）①当检测到所述腔体内的湿度值大于B值，所述鼓风机与引风机开启，变频为最大速度，当所述腔体内的湿度值等于B值时，所述鼓风机与引风机停止；一段时间后再次提取所述腔体内的湿度值，当所述腔体内的湿度值大于B值时，重复步骤①；

②当检测到所述腔体内的湿度值低于B值大于C值时，所述鼓风机与引风机开启，变频为中速；当所述腔体内的湿度值等于C值时，所述鼓风机与引风机停止；一段时间后再次提取所述腔体内的湿度值，当湿度值低于B值大于C值时，重复步骤②；

③当检测到所述腔体内的湿度值低于C值大于D值时，所述鼓风机与引风机开启，变频为低速；当所述腔体内的湿度值等于D值时，所述鼓风机与引风机停止；一段时间后再次提取所述腔体内的湿度值，当湿度值低于C值大于D值时，重复步骤③；

当检测到所述腔体内的湿度值低于D值时，即达到烘干状态，所述鼓风机与引风机停止，所述磁控管关闭。

12.根据权利要求9所述的砂型的微波烘干方法，其特征在于所述鼓风机与引风机形成密闭的风循环系统。