CN111842778B

CN111842778B - 一种铸造废砂再生方法

Info

Publication number: CN111842778B
Application number: CN202010671013.7A
Authority: CN
Inventors: 刘春莲; 许美贤; 王晧; 邢洪文; 段小刚; 张蕾蕾; 范晋平; 欧国杰
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2040-07-13
Also published as: WO2022011985A1; CN111842778A

Abstract

一种铸造废砂再生方法及装置,属于铸造用废砂再生领域,再生方法是首先将废砂表面惰性膜中有机物分解，降低废砂表面惰性膜与原砂之间的结合力；再利用砂膜分离器制造“台风眼”和“台风眼壁”，使废砂绕“台风眼”并沿“台风眼壁”自然形成流态砂柱，废砂在流态砂柱的高速运动中互相碰撞、摩擦，将已经分解的表面惰性膜脱除砂粒表面，并保留内部的活性膜，在保持砂粒度、形状的同时，去除废砂中有机物，从而实现废砂再生。

Description

一种铸造废砂再生方法

技术领域

本发明涉及铸造用废砂再生领域，具体涉及铸造废砂再生的方法及装置。

背景技术

铸件有90%是用砂型铸造生产的，砂型铸造生产１吨合格铸件大约要排放废砂1.3～1.5吨，现在我国年废弃的废砂至少达2000万吨以上。目前这些废砂大多采用集中坑埋方式处理，占用了大量土地资源、污染了地下水源，给环境造成了极大的压力。在环保要求越来越严格的情况下，废砂问题便成为一个迫在眉睫需要解决的问题。与此同时，随着地球上砂源逐渐枯竭，铸造砂生产成本越来越高，严重制约着铸造行业的良性可持续发展，因此废砂再生是一件利国利民的好事。

现有废砂再生方法采用离心撞击、机械法或加热等方法。这些方法存在着再生砂质量、回收率以及运营成本的矛盾，难以大规模推广。因此寻找一种成本低廉、工艺简单的铸造废砂再生方法，是多年来废砂再生处理的一个难题。

发明内容

本发明提供成本低廉、工艺简单的铸造废砂再生方法及装置。

本发明利用介质阻挡放电等离子方法和气体区域压差法结合，制造“台风眼”和“台风眼壁”的方法来使铸造废砂再生。

本发明首先利用介质阻挡放电等离子方法将废砂表面惰性膜中有机物分解，降低废砂表面惰性膜与原砂之间的结合力；再利用砂膜分离器制造“台风眼”和“台风眼壁”，使废砂绕“台风眼”并沿“台风眼壁”自然形成流态砂柱，废砂在流态砂柱的高速运动中互相碰撞、摩擦，将已经分解的表面惰性膜脱除砂粒表面，并保留内部的活性膜，在保持砂粒度、形状的同时，去除废砂中有机物，从而实现废砂再生。

一种铸造废砂再生方法，包括以下步骤：

1、把废砂中金属块去掉并用振动研磨筛分器将废砂磨成5~200目的砂粒；

2、将砂粒送入介质阻挡放电等离子体发生器中；启动介质阻挡放电等离子体发生器，使砂粒表面有机物在等离子体作用下分解，降低砂粒表面惰性膜与原砂之间的结合力；

3、将砂粒送入振动磨膜器内；在振动磨膜器内，砂粒和振动磨膜器内的磨料一起振动；砂膜分离器中心区域由台风眼生成器形成台风眼气压，砂膜分离器周边区域由台风眼壁生成器形成眼壁气压，砂粒被推入砂膜分离器中，在这两个气压共同作用下，自然形成流态砂柱，磨料仍留在振动磨膜器中；

所述流态砂柱中砂粒互相摩擦碰撞，同时和台风眼发生器中内磨料摩擦碰撞，使砂粒和砂粒表面性膜分离，实现部分再生，成为一次再生砂；

4. 一次再生砂和膜进入再生砂回收装置并进行回收，将回收的一次再生砂送入二级振动磨膜器中开始二级处理，如此往复，经3~5级处理后砂粒和砂粒表面惰性膜完全分离，再生砂经回收分离装置分离后储存到料仓中备用；

5. 脱除下来的惰性膜和灰尘经电除尘器或者布袋除尘器收集；

6. 整个流程用PLC控制或专家控制系统进行控制，保证各个工序连续有序并保证配合适当。

介质阻挡放电等离子体可以在常温常压下进行，介质表面会产生较大面积、较为均匀的等离子体层且避免电弧的产生，还具有较高的功率密度，响应时间短，作用频带宽。

放电过程中会产生高能电子e^－*，e^－*可以与其周围的气体分子发生一系列的化学反应，如活化、分解、电子捕收和离子化，如：

e^－*+N₂→N₂ ^*+e^－

e^－*+ N₂→·N+ ·N+e^－

e^－*+O₂→·O+ ·O+e^－

e^－*+H₂O →·OH + ·H+e^－

e^－*+O₂→O₂ ⁺+2 e^－

2·OH→ H₂O₂

·OH + H₂O₂→H₂O+·HO₂

2·OH₂→ H₂O₂+O₂

·H + HO₂→ H₂O₂

这些高能电子、离子、激发态离子包括·OH、·O、O₂ ^－、H₂O₂、·HO₂等与废砂表面难降解的有机物分子发生碰撞，无差别地将砂表面有机物分子氧化使其最终分解为CO₂、CO、N₂和水，从而将废砂中惰性膜快速分解，降低砂粒表面惰性膜的粘结强度和破坏速度，同时还能保证砂粒形状完整、不碎裂，大大节约能量消耗；台风眼发生器和台风眼壁发生器模拟台风压力状态形成高速向心气压，使砂粒和惰性膜在旋转砂柱中快速分离。

用此发明方法生产的再生砂完整度高，脱膜完全，回收率高，可达到节能环保的目的。

在本发明的进一步实施方式中，所述的废砂指浇注脱模后无法再利用后的废粘土砂、废树脂砂、废水玻璃砂。

一种铸造废砂再生装置, 其特征是包括振动研磨筛分器、介质阻挡放电等离子体发生器、一级振动磨膜器、砂膜分离器、台风眼生成器、台风眼壁生成器、再生砂回收装置、二级振动磨膜器、回收分离装置、料仓；振动研磨筛分器连接介质阻挡放电等离子体发生器，介质阻挡放电等离子体发生器连接一级振动磨膜器，一级振动磨膜器连接砂膜分离器，砂膜分离器分别连接台风眼生成器、台风眼壁生成器、再生砂回收装置，再生砂回收装置分别连接再生砂回收料仓、除尘器；振动研磨筛分器、介质阻挡放电等离子体发生器、振动磨膜器、砂膜分离器、台风眼生成器、台风眼壁生成器、再生砂回收装置、二级振动磨膜器、回收分离装置均通过控制系统控制运行；再生砂回收装置连接除尘器。

所述介质阻挡放电等离子体发生器安装在所述振动研磨筛分器下部、外部或旁边；所述再生砂回收装置与所述砂膜分离器砂粒出口用管道相连，所述一级振动磨膜器安装在介质阻挡放电等离子体发生器出砂口外及砂膜分离器进砂口下。

所述介质阻挡放电等离子体发生器包括由绝缘板外壳构成的具有空腔的壳体，壳体一端设有废砂进口，壳体另一端设有砂出口，壳体外面设置高压电极、接地电极，高压电极连接高压电源。

所述砂膜分离器内腔设置磨料柱，砂膜分离器壳体设置废砂进口、废砂出口；废砂进口与振动磨膜器相连接，废砂出口与再生砂回收装置相连接。

所述再生砂回收装置包括箱体，箱体设有进砂口、出砂口和排尘口，箱体内腔依次间隔设有20目、 40目、70目、 100目、140目、200目、260目的筛网。

在本发明的进一步实施方式中，所述振动研磨筛分器内装有磨料，磨料材质为刚玉、金刚石、CNB、石榴石、橄榄石、核桃壳、硅石、玛瑙石、碳化硅、碳化硼中的任何一种或几种的组合；形状为四方、三角、圆球、菱形中的任何一种或者几种的组合，尺寸为3mm~50mm，总量占振动研磨筛分器容积的20~40%；所述振动方式采用漩涡方式或直线方式或跳汰方式或回转方式，振动频率为6~700次/分钟，振幅2~50mm。

所述振动研磨筛分器可以选用大汉机械的DZFS系列直线振动筛、ZPS系列直排筛、YA/YK系列圆振动筛、ZSG矿用振动筛、YTS系列圆筒回转筛、SZZ自定中心振动筛。

所述介质阻挡放电等离子体发生器包括由绝缘板壳构成的具有空腔的壳体，壳体一端设有废砂进口，壳体另一端设有废砂出口，壳体外面设置高压电极、接地电极，高压电极连接高压电源。介质阻挡放电等离子体发生器的功率为150W~50000W, 频率10Hz~6GHz,电压1.0 KV ~70KV;

废砂进入介质阻挡放电等离子体发生器后，惰性膜中的有机物分子与高能电子、自由基、激发态粒子碰撞反应，快速分解，大大降低了粘结强度和破坏速度，同时反应放出的能量将砂粒温度提高到70～900℃，处理时间为0.5～50min。

所述振动磨膜器内装有磨料，磨料材质为刚玉或金刚石或CNB或石榴石或橄榄石或核桃壳或硅石或玛瑙石或碳化硅或碳化硼中的任何一种或几种的组合；形状为四方或三角或圆球或菱形中的任何一种或者几种的组合，尺寸为3mm~30mm，总量占振动磨膜器容积的1~60%；

所述振动方式采用漩涡方式或直线形式或回转方式，振动频率为10~600次/分钟，振幅1~10mm；

所述振动磨膜器选用的东莞市宝桢研磨机械有限公司生产的VB型振动研磨机或VB-F型环保型振动研磨机或BL型磁力研磨机或VB-C卧式振动研磨机。

所述台风眼发生器控制砂膜分离器废砂进口风眼中心气压控制在750~1000kPa；所述台风眼发生器选用上海飞鲁泵业科技有限公司生产的JZJX系列罗茨旋片真空机组或JZJ2B(S)系列罗茨水环真空机组或JZJS系列罗茨水环真空机组或JZJBA系列罗茨水环真空机组或JZJP型罗茨水喷射真空机组或RPP系列水喷射真空机组或JZJW系列罗茨无油往复真空机组或JZJH系列罗茨滑阀真空机组或ZKJ系列真空机组或江苏全风环保科技有限公司生产的YX系列漩涡泵。

在本发明的进一步实施方式中，所述眼壁发生器控制砂膜分离器中眼壁气压控制在1013~1105kPa，若气压太小无法形成台风眼，气压太大会使流态砂柱中砂粒运动速度太高，流态砂柱直径太大；风眼直径控制在Φ15mm~Φ1000mm；风速控制在20m/s~200m/s。

所述眼壁发生器采用山东鑫仟顺机械有限公司生产的XQSHZ回转式鼓风机或XQSC200多级离心鼓风机或XQSSR三叶罗茨鼓风机。

所述再生砂回收装置是用不锈钢或钢材或铝材其中的一种或两种制成的箱体，长度为100mm~5000mm，宽度为100mm~5000mm，高度为100mm~5000mm；内部依次设有20目、40目、70目、100目、140目、200目、260目筛网间隔，将再生砂分成不同细度颗粒，并各自收集到相应料仓中，砂目数从小到大，顺序排列，自由组合。

再生砂回收装置设有经砂膜分离器处理过的再生砂和膜进口，再生砂出口和排尘口。由再生砂和膜进口与砂膜分离器用管道相连，再生砂出口向下，进入料斗；与再生砂分离的惰性膜与灰尘经排尘口与除尘器通过管道相连，排入除尘器。

所述除尘器为电除尘器或布袋式除尘器，电除尘器清灰采用机械振打式，高压气流脉冲冲击式，功率为0.3KW~50KW；可以选用如泊头市钰泰环保机械有限公司生产的XKD、XWD系列电除尘器、 BS780/930系列电收尘器或JH、DJ型集合式高压静电除尘器；布袋式除尘多袋式除尘器，清灰方式为脉冲式、反冲式、机械振打式，布袋数量根据风量确定，为16～64袋。选用如泊头市钰泰环保机械有限公司生产的HMC-120型脉冲单机袋式除尘器、XMC型脉冲袋式除尘器或MC型脉冲袋式除尘器。

所述控制系统用PLC控制器或专家控制系统。

PLC控制器采用下述任意一种：

欧姆龙NX7控制器系列、NX1控制器系列、NX1P控制器系列、NJ控制器系列、工业PC平台NY系列、NX系列 I/O单元。

专家控制系统是利用专家控制系统，如艾默生Ovation专家控制系统，对台风眼发生器中风眼气压、眼壁气压、风速、风量、振动振幅和振动频率以及处理温度、时间和砂流量的准确控制和协调统一，每个环节的启闭的统一协调。

在本发明的进一步实施方式中，砂膜分离器、再生砂回收装置、除尘器三部分由不锈钢或者钢材或者铝合金管道相连；台风眼发生器和台风眼壁发生器与砂膜分离器通过不锈钢或者钢材或者铝合金管道相连。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明中的介质阻挡放电等离子体发生器结构示意图。

图3是图2沿A-A向的剖面图。

图4为本发明中的砂膜分离器的结构示意图。

图5为发明中的再生砂回收装置结构示意图。

图6为图5的B向左视图。

图中，1、控制系统，2、振动研磨筛分器，3、介质阻挡放电等离子体发生器，4、振动磨膜器，5、砂膜分离器，6、台风眼生成器，7、台风眼壁生成器，8、再生砂回收装置，9、再生砂回收料仓，10、除尘器，11、净化气体排空，12、废砂进口，13、高压电极，14、高压电源，15、砂出口，16、接地电极，17、绝缘板，18、介质阻挡等离子体放电腔体，19、进砂口，20、台风眼壁生成器入口，21、腔体，22、磨料，23、台风眼生成器入口，24、再生砂膜出口，25、再生砂膜进口，26、再生砂分离单元，27、筛网，28、惰性膜及尘出口，29、再生砂出口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，因此只作为实例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1所示，本发明提供的废砂再生方法，包括以下步骤：

（1）准备铸造废砂。铸造废砂经过振动研磨筛分，粒度变为10~200目，废砂中无金属浇冒口及飞边；

（2）将废砂按1~4kg/min 加入介质阻挡放电等离子体产生系统中；介质阻挡放电等离子体产生系统启动；介质阻挡放电等离子体产生系统中产生的活高能电子、自由基等活性粒子与砂粒表面惰性膜的有机物碰撞，反应，离解。将砂粒表面惰性膜和砂粒分离。介质阻挡放电等离子体产生系统功率为100w~30kw；如果功率太小会使活性粒子太少达不到表面惰性膜快速分解的目的，功率太大会使活性粒子太多导致反应分解速度太快使系统中短时间产生大量气体导致爆炸。

（3）废砂经处理后进入振动磨膜器，振动磨膜器内有磨料，在振动和磨料摩擦作用下，进一步将砂粒和表面惰性膜分离；所述振动方式采用漩涡方式或直线形式或回转方式，振动频率为6~700次/分钟，振幅2-10mm。磨料材质为刚玉或者金刚石或者CNB或者石榴石或者橄榄石或者核桃壳或者硅石或者玛瑙石或者碳化硅或者碳化硼；形状为四方或者三角或者圆球，尺寸为3mm~50mm，总量占振动磨膜器容积的1~60%；所述振动方式采用漩涡方式或直线形式，振动频率为6-700次/分钟，振幅2~10mm，功率100w~10kw，砂粒在振动磨膜器中振动研磨0.5~50min。

（4）废砂粒经磨膜后通过振动方式送入砂膜分离器中，在砂膜分离器内，由台风眼生成器产生台风眼气压，由台风眼壁生成器产生台风眼壁风压，在台风眼压和台风眼壁风压共同作用下，进入砂膜分离器中的废砂形成流态砂柱，砂在快速流动中互相碰撞摩擦，同时和台风眼发生器内的磨料碰撞摩擦，砂粒和表面惰性膜完全分离。

（5）完全分离的砂粒和表面惰性膜进入再生砂回收装置中后，砂粒速度瞬间从15m/s~70m/s下降到1m/s~5m/s，再生砂沉降到再生砂回收装置底部，废砂膜通过除尘口排出。

（6）打开再生砂回收装置底部排砂口阀门，将再生砂进入下一级处理系统，经过四级处理后检验再生砂粒度、分散度以及圆整度，合格后放入料仓备用，处理完成。

介质阻挡放电等离子体产生系统会产生高能电子e^－*，e^－*可以与其周围的气体分子发生一系列的化学反应，如活化、分解、电子捕收和离子化，如：

e^－*+N₂→N₂ ^*+e^－

e^－*+N₂→·N+·N+e^－

e^－*+O₂→·O+·O+e^－

e^－*+H₂O→·OH+·H+e^－

e^－*+O₂→O₂ ⁺+2e^－

2·OH→H₂O₂

·OH+H₂O₂→H₂O+·HO₂

2·OH₂→H₂O₂+O₂

·H + HO₂→ H₂O₂

这些高能电子、离子、激发态离子包括·OH、·O、O₂ ^－、H₂O₂、·HO₂等与废砂表面难降解的有机物分子发生碰撞，无差别地将有机物分子氧化使其最终分解为CO₂、CO、N₂和水，从而将废砂中惰性膜快速分解，降低砂粒表面惰性膜的粘结强度和破坏速度，同时还能保证砂粒形状完整、不碎裂，大大节约能量消耗；台风眼发生器和台风眼壁发生器模拟台风压力状态形成高速向心气压，使砂粒和惰性膜在旋转砂柱中快速分离。

在振动磨膜器中砂粒和已经被分解的表面惰性膜快速分离，台风眼发生器中台风眼流态砂柱具有很高的流动速度，砂粒之间内摩擦以及砂粒和磨料之间的相互摩擦将砂粒和表面膜完全分开，砂粒的高速和磨料高硬度使分离过程效率极高。

图1所示，一种铸造废砂再生装置，包括：振动研磨筛分器2；介质阻挡放电等离子体发生器3；振动磨膜器4；砂膜分离器5；台风眼产生器6；台风眼壁产生器7；再生砂回收装置8；再生砂回收料仓9；除尘器10、控制系统1。

控制系统1分别控制振动研磨筛分器2、介质阻挡放电等离子体发生器3、振动磨膜器4、砂膜分离器5、台风眼生成器6、台风眼壁生成器7、再生砂回收装置8、除尘器10。

振动研磨筛分器2连接介质阻挡放电等离子体发生器3，介质阻挡放电等离子体发生器3连接振动磨膜器4，振动磨膜器4连接砂膜分离器5，砂膜分离器5分别连接台风眼生成器6、台风眼壁生成器7、再生砂回收装置8，再生砂回收装置8分别连接再生砂回收料仓9、除尘器10。

进一步，所述介质阻挡放电等离子体发生器3安装在所述振动研磨筛分器2的下部、外部或旁边；所述再生砂回收装置8与所述砂膜分离器砂粒出口用管道相连，所述振动磨膜器4安装在介质阻挡放电等离子体发生器出砂口外及砂膜分离器进砂口下；所述除尘器10与再生砂回收装置8相连。

图2、图3所示，所述介质阻挡放电等离子体发生器3包括由绝缘板外壳构成的具有空腔的壳体，壳体一端设有废砂进口，壳体另一端设有砂出口，壳体外面设置高压电极13、接地电极16，高压电极13连接高压电源14。

图4所示，所述砂膜分离器包括外壳，外壳的腔体21内设置磨料22，砂膜分离器通过台风眼生成器入口23外接台风眼生成器、通过台风眼壁生成器入口20连接台风眼壁生成器，砂膜分离器分别设置进砂口19、再生砂膜出口24；废砂进口与振动磨膜器相连接，废砂出口与再生砂回收装置相连接。

图5、图6所示，所述再生砂回收装置包括箱体，箱体设有进砂口、出砂口和排尘口，箱体内腔依次间隔设有20目、 40目、70目、 100目、140目、200目、260目筛网。

经砂膜分离器处理过的再生砂和膜一起从进砂口进入，通过筛网将再生砂进行粒度分级后，经再生砂出口收集到各自料仓中，砂目数从小到大，顺序排列，自由组合。

进砂口与砂膜分离器用管道相连；与再生砂分离的惰性膜与灰尘经排尘口与除尘器通过管道相连，排入除尘器。

所述台风眼生成器选用上海飞鲁泵业科技有限公司生产的JZJX系列罗茨旋片真空机组或江苏全风环保科技有限公司生产的YX系列漩涡泵。

所述台风眼壁生成器采用山东鑫仟顺机械有限公司生产的XQSHZ回转式鼓风机或XQSC200多级离心鼓风机或XQSSR三叶罗茨鼓风机。

所述振动研磨筛分器选用大汉机械生产的DZFS系列直线振动筛或ZPS系列直排筛或YA/YK系列圆振动筛或ZSG矿用振动筛或YTS系列圆筒回转筛或SZZ自定中心振动筛。

所述除尘器选用如泊头市钰泰环保机械有限公司生产的XKD、XWD系列电除尘器、BS780/930系列电收尘器或JH、DJ型集合式高压静电除尘器；泊头市钰泰环保机械有限公司生产的HMC-120型脉冲单机袋式除尘器、XMC型脉冲袋式除尘器或MC型脉冲袋式除尘器。

所述控制系统采用PLC或专家控制系统，PLC控制采用欧姆龙NX7控制器系列或NX1控制器系列或NX1P控制器系列或NJ控制器系列或工业PC平台NY系列或NX系列 I/O单元；专家控制系统是利用专家控制系统，如艾默生Ovation专家控制系统。

所述振动磨膜器选用东莞市宝桢研磨机械有限公司VB型振动研磨机或VB-F型环保型振动研磨机或BL型磁力研磨机或VB-C卧式振动研磨机。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

实施例一

将脱膜后无法再使用的铸造废旧粘土砂倒入振动研磨筛分器2中研磨筛分成10~200目，按2kg/min加入介质阻挡放电等离子体反应器3中，介质阻挡放电等离子体产生系统启动，系统功率调至1Kw，激发介质阻挡放电反应器3内发生电晕放电，产生电子、自由基及激发粒子，使电子、自由基及激发粒子与废砂表面缅化膜反应，降低膜与砂粒表面结合力，同时砂粒温度提高；砂温为350℃时，开启介质阻挡放电等离子体产生系统反应器3出口，将处理好的砂流出；热砂从出砂口流出到振动磨膜器4中，振动磨膜器4中磨料占容量的20%。

砂粒随振动磨膜器4中的磨料一起振动，振动时间5min, 振动电机功率1.1kw；当振动磨膜器4中砂粒和磨料达到了振动磨膜器4的80%容量；启动砂膜分离器5，与此同时台风眼生成系统6产生风眼气压，风眼气压设定为900±0.5kPa，眼壁生成系统7产生眼壁气压，眼壁气压设定为1013±0.5kPa，砂粒进入砂膜分离器5自然形成非均相流态砂柱，流态砂柱与砂膜分离器5中磨料碰撞摩擦，砂速设定为20~25m/s, 固气比1.0kg/kg, 砂柱中的再生砂和表面惰性膜在高速下分开后进入再生砂回收系统8中，再生砂回收系统中再生砂速度由20~25m/s瞬间降为2~3m/s,经重力作用沉降下来，然后落入再生砂回收料仓9中，然后将再生砂导入二级砂处理系统中，以此类推，经三级后处理再生完成收集于再生砂送入再生砂回收料仓9。其中表面膜和其它灰尘利用除尘器10收集。

表1为实施例一的废砂再生前后质量对比，完全符合铸造厂生成要求，再生前废旧粘土砂砂粒表面有很多细碎颗粒，砂粒表面有缅化物，再生后的砂粒表面缅化物被脱除，砂粒完整无破碎。再生粘土砂加入7%的新砂后，各项性能指标即超过新砂，具体性能指标见表2。

表1 实施例一再生前后再生砂处理结果对比

表2 铸造废旧粘土砂再生后性能对比

	实施例1新粘土砂	再生砂+7%新粘土砂
			抗压强度（MPa）	1.60	1.62
透气率(mm/s)	76.76	89.22

实施例二

将脱膜后无法再使用的铸造废旧树脂砂倒入振动研磨筛分器2中研磨筛分成10~200目，按5.5kg/min导入介质阻挡放电等离子体反应器3中，介质阻挡放电等离子体产生系统启动，系统功率调至3Kw，激发介质阻挡放电反应器3内发生电晕放电，产生电子、自由基及激发粒子，使电子、自由基及激发粒子与废砂表面惰性膜反应，降低膜与砂粒表面结合力，同时砂粒温度提高；砂温为150℃时，开启介质阻挡放电等离子体产生系统反应器3出口，将处理好的砂流出；热砂从出砂口流出到振动磨膜器4中，振动磨膜器4中磨料占容量的30%。砂粒随振动磨膜器4中磨料一起振动，振动时间8min, 振动电机功率3.0kw；当振动磨膜器4中砂粒和磨料达到了振动磨膜器4的80%容量；启动砂膜分离器5，与此同时台风眼生成系统6产生风眼气压，风眼气压设定为850±0.5kPa，眼壁生成系统7产生眼壁气压，眼壁气压设定为1020±0.5kPa，砂粒进入砂膜分离器5自然形成非均相流态砂柱，流态砂柱与砂膜分离器5中磨料碰撞摩擦，砂速设定为30~35m/s, 固气比2.0kg/kg, 砂柱中的再生砂和表面惰性膜在高速下分开后进入再生砂回收系统8中，再生砂回收系统中再生砂速度由30~35m/s瞬间降为3~5m/s,经重力作用沉降下来，然后落入再生砂回收料仓9中，然后将再生砂导入二级砂处理系统中，以此类推，经五级后处理再生完成收集于再生砂送入再生砂回收料仓9。其中表面膜和其它灰尘利用除尘器10收集。表3为实施例二的废砂再生前后质量对比，经再覆膜后完全符合铸造厂生产要求。

表3 实施例二再生前后砂粒质量指标对比

本发明提供的铸造废砂再生的方法及装置，利用了介质阻挡放电等离子体分解砂表面惰性膜，降低砂粒和砂粒表面膜结合力，并利用台风眼发生器和台风眼壁发生器，在砂膜分离器中形成台风台风眼气压和台风眼壁气压，高效率实现了砂与表面惰性膜的完全分离，并使砂粒中活性有机膜或活性膨润土得以留存，处理周期更快，效率更高，树脂砂再生后覆膜时使用树脂量比使用新砂使用量更少；再生粘土砂加入3~10%的新砂后，各项性能指标即超过新砂，具体性能指标见表1，表2。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种铸造废砂再生方法，其特征是首先将废砂表面惰性膜中有机物分解，降低废砂表面惰性膜与原砂之间的结合力；再利用砂膜处理器制造“台风眼”和“台风眼壁”，使废砂绕“台风眼”并沿“台风眼壁”自然形成流态砂柱，废砂在流态砂柱的高速运动中互相碰撞、摩擦，将已经分解的表面惰性膜脱除砂粒表面，并保留内部的活性膜，在保持砂粒度、形状的同时，去除废砂中有机物，从而实现废砂再生；具体操作步骤如下：

（1）把废砂中金属块去掉并用振动研磨筛分器将废砂磨成5~200目的砂粒；

（2）将砂粒送入介质阻挡放电等离子体发生器中；启动介质阻挡放电等离子体发生器，使砂粒表面有机物在等离子体作用下分解，降低砂粒表面惰性膜与原砂之间的结合力；

（3）将砂粒送入振动磨膜器内；在振动磨膜器内，砂粒和振动磨膜器内的磨料一起振动；砂膜处理器中心区域由台风眼发生器形成台风眼气压，砂膜处理器周边区域由台风眼壁发生器形成眼壁气压，砂粒被推入砂膜处理器中，在这两个气压共同作用下，自然形成流态砂柱，磨料仍留在振动磨膜器中；流态砂柱中砂粒互相摩擦碰撞，同时和台风眼发生器中内磨料摩擦碰撞，使砂粒和砂粒表面性膜分离，实现部分再生，成为一次再生砂；所述台风眼发生器选用真空机组，台风眼发生器控制砂膜处理器废砂进口风眼中心气压控制在750~1000kPa；所述台风眼壁发生器采用鼓风机，台风眼壁发生器控制砂膜处理器中，眼壁气压控制在1013~1105 kPa ；鼓风机风速控制在20m/s~200m/s；台风眼直径控制在Φ15mm~Φ1000mm；

（4）一次再生砂进入再生砂回收装置并进行回收，将回收的一次再生砂送入二级振动磨膜器中开始二级处理，如此往复，经3~5级处理后砂粒和砂粒表面惰性膜完全分离，再生砂经回收分离装置分离后储存到料仓中备用；

（5）脱除下来的惰性膜和其他灰尘经电除尘器或者布袋除尘器收集；

上述铸造废砂再生方法采用铸造废砂再生装置实现，所述铸造废砂再生装置包括振动研磨筛分器、介质阻挡放电等离子体发生器、一级振动磨膜器、砂膜处理器、台风眼发生器、台风眼壁发生器、再生砂回收装置、二级振动磨膜器、回收分离装置、料仓；振动研磨筛分器连接介质阻挡放电等离子体发生器，介质阻挡放电等离子体发生器连接一级振动磨膜器，一级振动磨膜器连接砂膜处理器，砂膜处理器分别连接台风眼发生器、台风眼壁发生器、再生砂回收装置，再生砂回收装置分别连接再生砂回收料仓、除尘器；振动研磨筛分器、介质阻挡放电等离子体发生器、振动磨膜器、砂膜处理器、台风眼发生器、台风眼壁发生器、再生砂回收装置、二级振动磨膜器、回收分离装置均通过控制系统控制运行；再生砂回收装置连接除尘器；所述台风眼发生器选用真空机组，所述台风眼壁发生器采用鼓风机；所述介质阻挡放电等离子体发生器包括由绝缘板外壳构成的具有空腔的壳体，壳体一端设有废砂进口，壳体另一端设有砂出口，壳体外面设置高压电极、接地电极，高压电极连接高压电源；所述砂膜处理器包括外壳，外壳的腔体内设置磨料，砂膜处理器通过台风眼生成器入口外接台风眼生成器、通过台风眼壁生成器入口连接台风眼壁生成器，砂膜处理器分别设置进砂口、再生砂膜出口；废砂进口与振动磨膜器相连接，废砂出口与再生砂回收装置相连接。

2.根据权利要求1所述一种铸造废砂再生方法，其特征是所述砂膜处理器内腔设置磨料柱，砂膜处理器壳体设置废砂进口、废砂出口；废砂进口与振动磨膜器相连接，废砂出口与再生砂回收装置相连接。

3.根据权利要求1所述一种铸造废砂再生方法，其特征是所述再生砂回收装置包括箱体，箱体设有进砂口、出砂口和排尘口，箱体内腔依次间隔设有20目、 40目、70目、 100目、140目、200目、260目的筛网。