CN112404344B - 一种基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置及再生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置及再生方法，包括：传热炉，包括上炉体以及下炉体，所述上炉体内设置高温热载体，所述上炉体通过底座设置在所述下炉体上，待回收利用的废砂通过所述上炉体的加料口输出至所述上炉体内；搅拌传热装置，包括搅拌电机、搅拌轴以及叶轮；物料分离装置，包括支架、分离电机、分离轴以及转盘，所述转盘上设置若干个分离孔。本发明的一种基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置及再生方法，避免了火焰直接接触对废砂造成的破坏，提高了废砂回收的成品率，所述铸造废砂再生装置的结构简单、操作方便，可提高废砂的再生质量和再生效率，大大降低了铸造行业的生产成本，节约了能源。
Description
技术领域
本发明涉及铸造废砂的热法再生技术领域，具体涉及一种基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置及再生方法。
背景技术
铸造企业中排放的固体废弃物主要是废砂，占排放物总量的70％以上。目前，我国是世界上最大的铸件生产国家。据统计每生产1t铸件要排放1t废砂，并且要加入1t新砂。我国优质矿砂资源匮乏，新砂的过度开采已经对自然环境造成了巨大的伤害。而且有的铸造用砂甚至需要从国外进口，导致原材料价格较高，增加了铸件成本。
热法再生的原理是对废砂进行高温处理，使废砂表面的有机物烧失，从而达到再生的目的。热法再生按照传热方式又可以分为直接传热和间接传热两种。传热方式为直接传热，主要是高温燃气在废砂周围燃烧。燃烧时，炉内的温度很高，能量消耗过大。同时燃烧时，过高的温度会导致废砂的组织发生变化，影响废砂的性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置及再生方法，将高温热载体与待回收利用的废砂在上炉体内传热，使得废砂表面的有机粘结剂炭化、剥离，避免了火焰直接接触对废砂造成的破坏，提高了废砂回收的成品率，所述铸造废砂再生装置的结构简单、操作方便，可提高废砂的再生质量和再生效率，大大降低了铸造行业的生产成本，节约了能源。
为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：
一种基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置，包括：传热炉，包括上炉体以及下炉体，所述上炉体内设置高温热载体，所述上炉体通过底座设置在所述下炉体上，待回收利用的废砂通过所述上炉体的加料口输出至所述上炉体内，所述上炉体的底部设置第一漏孔，所述上炉体通过所述第一漏孔与所述下炉体连通，所述下炉体内设置环形隔离壁，所述环形隔离壁设置在所述下炉体内；搅拌传热装置，包括搅拌电机、搅拌轴以及叶轮，所述搅拌电机设置在所述上炉体的顶部，所述搅拌轴的一端与搅拌电机的输出端相连，所述搅拌轴的另一端伸入所述上炉体的炉腔内与所述叶轮连接；物料分离装置，设置在所述下炉体内，所述物料分离装置包括支架、分离电机、分离轴以及转盘，所述支架设置在所述下炉体的底部，所述分离电机通过螺栓吊装在所述支撑板上，所述分离轴的一端与所述分离电机的输出轴连接，所述分离轴的另一端与所述转盘连接，所述转盘上设置若干个分离孔，所述分离孔的直径由所述转盘的中心向所述转盘的边缘逐渐的增大，所述转盘的边缘与所述环形隔离壁的顶部抵接。
进一步地，还包括余热回收再利用装置，包括热载体储料桶、水箱以及储料漏斗，所述热载体储料桶通过热载体出口与所述下炉体连接，所述热载体储料桶内设置第一预热管，所述储料漏斗内设置第二预热管，所述第二预热管的一端与所述第一预热管的一端通过连接管连接，所述第二预热管的另一端输出至所述水箱内，所述水箱内的水通过水泵输出至所述第一预热管的另一端，所述储料漏斗内设有待回收利用的废砂。
进一步地，所述第一预热管以及所述第二预热管为S型热管。
进一步地，所述上炉体的炉腔内设置温度传感器，所述温度传感器的测量范围为0～1600℃。
进一步地，所述上炉体的内壁贴附一层隔热层，所述隔热层与所述第一漏孔相应的位置设有第二漏孔，经所述上炉体处理后的待回收利用的废砂通过所述第一漏孔以及所述第二漏孔输出至所述下炉体进行分离。
进一步地，还包括漏砂控制机构，设置在所述底座上，所述漏砂控制机构包括步进电机、螺杆以及滑块，所述步进电机设置在所述底座上，所述螺杆的一端与所述底座连接，所述螺杆的另一端伸出所述底座的外壁与所述步进电机的输出端相连，所述上炉体的底壁设有滑槽，所述滑槽位于所述第一漏孔的下方，所述滑块设有与所述螺杆相配合的内螺纹，所述滑块通过内螺纹套接在所述螺杆上，所述滑块的上方设置圆形挡块，所述挡块的直径大于所述第一漏孔的直径，所述挡块位于所述滑槽内，所述挡块可在所述步进电机的带动下沿所述滑槽滑动。
进一步地，所述高温热载体为直径为10～15mm的陶瓷球，所述高温热载体的温度为900～1200℃。
进一步地，所述转盘呈圆锥台状，所述圆锥面到所述下炉体的底部的间距由圆心向边缘逐渐的减小，所述圆锥面的斜度为1:11；所述上炉体的炉腔底部是角度为10±1°的圆锥面。
进一步地，所述搅拌传热装置还包括角接触轴承、搅拌轴套筒以及搅拌轴轴端端盖，所述角接触轴承的一面设置在轴承盖上，所述角接触轴承的另一面设置在所述搅拌轴套筒上，所述轴承端盖通过螺钉安装在所述上炉体上，所述搅拌轴套筒设置在所述搅拌轴外，所述搅拌轴套筒位于相邻的两个叶轮之间、最上面的叶轮与所述角接触轴承之间以及最下面的叶轮与所述搅拌轴的底端，所述搅拌轴轴端端盖设置在所述搅拌轴套筒下部，位于所述搅拌轴的底端的下方。
本发明还提供了一种基于以上任一项所述的基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置的铸造废砂再生方法，包括以下步骤：S10将高温热载体和待回收利用的废砂一起置于上炉体的炉腔内；S20启动搅拌传热装置，利用叶轮搅拌使废砂与高温热载体充分接触将待回收利用的废砂传热至特定温度使砂粒表面的有机粘结剂炭化、剥离获得回收砂，回收砂通过所述上炉体的底部的第一漏孔输出至下炉体内的物料分离装置；S30回收砂与传热后的热载体一同落至转盘上，随着转盘的转动经处理的废砂与高温热载体分离。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明的一种基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置及再生方法，将高温热载体与待回收利用的废砂在上炉体内传热，使得废砂表面的有机粘结剂炭化、剥离，避免了火焰直接接触对废砂造成的破坏，提高了废砂回收的成品率，所述铸造废砂再生装置的结构简单、操作方便，可提高废砂的再生质量和再生效率，大大降低了铸造行业的生产成本，节约了能源。
(2)本发明的一种基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置及再生方法，使用搅拌传热装置将高温热载体与待回收利用的废砂混合均匀，由于高温热载体采用陶瓷球，提高了高温热载体与废砂的接触面积，提高了传热效率，节约了能源。
(3)本发明的一种基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置及再生方法，通过物料分离装置实现了经处理的废砂与高温热载体分离，避免了人工分拣的麻烦，提高了分离效率，进而提高了废砂再生效率。
(4)本发明的一种基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置及再生方法，通过余热回收再利用装置可以将分离后的热载体的余热传递给处理前的待回收利用的废砂，实现余热回收利用，进一步降低了能源消耗。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。
图1所示为本发明一实施例的基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置结构图；
图2所示为本发明一实施例的上炉体底部结构图；
图3所示为本发明一实施例的转盘结构图；
图4所示为本发明一实施例的基于热载体分区传热的铸造废砂再生方法流程图。
图中附图标记：
11上炉体、111第一漏孔、12加料口、13下炉体、14底座、15出烟口、16隔热层、161第二漏孔、17出砂口、18滑槽、19环形隔离壁、21搅拌电机、22搅拌轴、23叶轮、24角接触轴承、25轴承盖、26搅拌轴套筒、27搅拌轴轴端端盖、31支架、32分离电机、33分离轴、331分离轴套筒、34转盘、341分离孔、35分离轴轴端端盖、41热载体储料桶、411第一预热管、42水箱、43储料漏斗、431第二预热管、44热载体出口、45水泵、5温度传感器、61步进电机、62螺杆、63滑块、64挡块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置及再生方法，如图1所示，包括传热炉、搅拌传热装置、物料分离装置、余热回收再利用装置以及漏砂控制机构，所述传热炉包括上炉体11以及下炉体13，所述上炉体11以及所述下炉体13通过底座14连接。所述搅拌传热装置设置在所述上炉体11的腔体内，所述物料分离装置设置在所述下炉体13的腔体内，所述漏砂控制机构设置在所述底座上，用于控制所述上炉体11流向所述下炉体13内的已处理废砂的流量。所述余热回收再利用装置包括储料漏斗43，所述储料漏斗43内的待回收利用的废砂输出至所述上炉体11。
如图2所示，所述上炉体11内设置高温热载体，所述高温热载体为直径为10～15mm的陶瓷球，所述高温热载体的温度为900～1200℃。所述上炉体11通过所述底座14设置在所述下炉体13上，待回收利用的废砂通过所述上炉体11的加料口12输出至所述上炉体11内，所述上炉体11的底部设置第一漏孔111，所述上炉体11通过所述第一漏孔111与所述下炉体13连通，所述上炉体11上还设有出烟口15，所述出烟口15用于排放所述待回收利用的废砂与高温热载体在传热过程中产生的烟气。所述上炉体11的炉腔内设置温度传感器5，所述温度传感器5的测量范围为0～1600℃，用于测量所述上炉体11内的温度，保证废砂的处理温度，优选所述温度传感器5为硅钼棒。所述上炉体11的内壁贴附一层隔热层16氧化铝纤维层，所述隔热层16与所述第一漏孔111相应的位置设有第二漏孔161，经所述上炉体11处理后的待回收利用的废砂通过所述第一漏孔111以及所述第二漏孔161输出至所述下炉体13进行分离，为了保证保温效果，所述隔热层16优选。为了确保漏砂效果所述上炉体11的下部设置为角度为10±1°的圆锥面。
所述搅拌传热装置包括搅拌电机21、搅拌轴22、叶轮23、角接触轴承24、搅拌轴套筒26、搅拌轴轴端端盖27以及轴承盖25，所述搅拌电机21通过螺栓设置在所述上炉体11的顶部，所述搅拌轴22的一端与搅拌电机21的输出端相连，所述搅拌轴22的另一端伸入所述上炉体11的炉腔内与所述叶轮23连接。所述搅拌轴22上设有通孔，所述搅拌轴22通过通孔套接在所述搅拌电机21的输出轴上。所述角接触轴承24的一面设置在所述轴承盖25上，所述角接触轴承24的另一面设置在所述搅拌轴套筒26上，所述轴承端盖25通过螺钉安装在所述上炉体11上，所述搅拌轴套筒26设置在所述搅拌轴22外，所述搅拌轴套筒26位于相邻的两个叶轮23之间、最上面的叶轮23与所述角接触轴承24之间以及最下面的叶轮23与所述搅拌轴22的底端，所述搅拌轴轴端端盖27设置在所述搅拌轴套筒26下部，位于所述搅拌轴22的底端的下方。所述搅拌轴22是阶梯轴，所述搅拌轴22在所述角接触轴承24的上侧部分的直径大于上所述角接触轴承24内径且不超过角接触轴承的内环的3/4。为了便于所述角接触轴承24的安装，所述搅拌轴22的下侧轴的直径比角接触轴承5直径小1mm。同时在所述搅拌轴22上端设有盲孔，盲孔的直径与所述搅拌电机21的输出轴相同。同时所述搅拌轴22铣有三个键槽，键槽的类型为圆头键(A类)键槽，并且圆头键应沿轴布置在一条直线上。
所述搅拌轴套筒26分段设置所述搅拌轴22外壁周，避免在处理过程中附着在废砂表面的有机粘结剂在热处理的过程中附着在所述搅拌轴22上而影响搅拌轴22的转动。优选所述叶轮23的数量为三个，三个所述叶轮23等间距固定在所述搅拌轴22上，所述叶轮23与所述搅拌轴22之间键合连接。优选每个所述叶轮23上设置四个叶片，每个叶片所在的平面与水平面垂直且叶片周向等角度分布，使得所述叶轮23更多的承受圆周力且受力均匀。所述搅拌轴轴端端盖27通过螺栓固定在所述搅拌轴22远离所述搅拌电机21的一端端末，且所述搅拌轴套筒26的下端面与所述搅拌轴轴端端盖27抵接。
所述下炉体13内设置环形隔离壁19，所述环形隔离壁19设置在所述下炉体13内。所述环形隔离壁19将所述下炉体13的腔体分为热载体区以及回收砂区，所述热载体区用于存放所述物料分离装置分离获得的热载体，所述热载体区通过设置在所述下炉体13下部的热载体出口44与所述余热回收再利用装置连接。所述回收砂区用于存放所述物料分离装置分离获得的回收砂，所述回收砂通过设置在所述下炉体13下部的出砂口输出回收砂。
所述物料分离装置设置在所述下炉体13内，所述物料分离装置设置在所述回收砂区，所述物料分离装置包括支架31、分离电机32、分离轴33以及转盘34，所述支架31设置在所述下炉体13的底部，所述分离电机32通过螺栓吊装在所述支撑板上，所述分离轴33的一端与所述分离电机32的输出轴连接，所述分离轴33的另一端与所述转盘34连接，所述转盘34上设置若干个分离孔341，所述转盘34的边缘与所述环形隔离壁19的顶部抵接，所述分离轴33的外周设置分离轴套筒331，所述转盘34的下端面与所述分离套筒331的下端面抵接，所述转盘34的上端面与分离轴轴端端盖35抵接，所述分离轴轴端端盖35通过螺栓安装在分离轴上，防止回收砂进入所述分离轴33内影响回收砂的回收。所述转盘34呈圆锥台状，所述圆锥面到所述下炉体13的底部的间距由圆心向边缘逐渐的减小，所述圆锥面的斜度为1:11。如图3所示，所述分离孔341的直径由所述转盘34的中心向所述转盘34的边缘逐渐的增大，最外侧圆孔直径不大于8mm，最内侧圆孔的直径不小于2mm。
所述漏砂控制机构设置在所述底座14上，所述漏砂控制机构包括步进电机61、螺杆62以及滑块63，所述步进电机61设置在所述底座14上，所述螺杆62的一端与所述底座14连接，所述螺杆62的另一端伸出所述底座14的外壁与所述步进电机61的输出端相连，所述上炉体11的底壁设有滑槽18，所述滑槽18位于所述第一漏孔111的下方，所述滑块63设有与所述螺杆62相配合的内螺纹，所述滑块63通过内螺纹套接在所述螺杆62上，所述滑块63的上方设置圆形挡块64，所述挡块64的直径等于所述第二漏孔161的直径，所述挡块64的直径大于所述第一漏孔111的直径，确保关闭状态下实现有效的密封。所述挡块64位于所述滑槽18内，所述挡块64可在所述步进电机61的带动下沿所述滑槽18滑动。使用时所述步进电机61周期性的正反转，实现了所述第一漏孔111以及所述第二漏孔161的周期性的打开或关闭，同时通过控制所述步进电机61正反转的周期调整所述第一漏孔111以及所述第二漏孔161打开的大小，实现了漏砂的同时进行了漏砂量的调整。可根据废砂颗粒的大小调整所述第一漏孔111以及所述第二漏孔161的直径的大小，进而调整处理后进入分离区的回收砂的数量。
所述余热回收再利用装置包括热载体储料桶41、水箱42以及储料漏斗43，所述热载体储料桶41通过热载体出口44与所述下炉体13连接，所述热载体储料桶41内设置第一预热管411，所述储料漏斗43内设置第二预热管431，所述第二预热管431的一端与所述第一预热管411的一端通过连接管连接，所述第二预热管431的另一端输出至所述水箱42内，所述水箱42内的水通过水泵45输出至所述第一预热管411的另一端，所述储料漏斗43内设有待回收利用的废砂。为了保证传热效果所述第一预热管411以及所述第二预热管431为S型热管。
如图4所示，本发明还提供了一种基于以上基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置的铸造废砂再生方法，包括以下步骤：S10将高温热载体和待回收利用的废砂一起置于上炉体11的炉腔内。S20启动搅拌传热装置，利用叶轮23搅拌使废砂与高温热载体充分接触将待回收利用的废砂传热至特定温度使砂粒表面的有机粘结剂炭化、剥离获得回收砂，回收砂通过所述上炉体11的底部的第一漏孔111输出至下炉体13内的物料分离装置。S30回收砂与传热后的热载体一同落至转盘34上，随着所述转盘34的转动经处理的废砂与高温热载体分离。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置，其特征在于，包括：传热炉，包括上炉体以及下炉体，所述上炉体内设置高温热载体，所述上炉体通过底座设置在所述下炉体上，待回收利用的废砂通过所述上炉体的加料口输出至所述上炉体内，所述上炉体的底部设置第一漏孔，所述上炉体通过所述第一漏孔与所述下炉体连通，所述下炉体内设置环形隔离壁，所述环形隔离壁设置在所述下炉体内；搅拌传热装置，包括搅拌电机、搅拌轴以及叶轮，所述搅拌电机设置在所述上炉体的顶部，所述搅拌轴的一端与搅拌电机的输出端相连，所述搅拌轴的另一端伸入所述上炉体的炉腔内与所述叶轮连接；物料分离装置，设置在所述下炉体内，所述物料分离装置包括支架、分离电机、分离轴以及转盘，所述支架设置在所述下炉体的底部，所述分离电机通过螺栓吊装在所述支架上端的支撑板上，所述分离轴的一端与所述分离电机的输出轴连接，所述分离轴的另一端与所述转盘连接，所述转盘上设置若干个分离孔，所述分离孔的直径由所述转盘的中心向所述转盘的边缘逐渐的增大，所述转盘的边缘与所述环形隔离壁的顶部抵接；所述支架与环形隔离壁之间形成间隙；所述环形隔离壁与下炉体外壁形成间隙；
还包括余热回收再利用装置，包括热载体储料桶、水箱以及储料漏斗，所述热载体储料桶通过热载体出口与所述下炉体连接，所述热载体储料桶内设置第一预热管，所述储料漏斗内设置第二预热管，所述第二预热管的一端与所述第一预热管的一端通过连接管连接，所述第二预热管的另一端输出至所述水箱内，所述水箱内的水通过水泵输出至所述第一预热管的另一端，所述储料漏斗内设有待回收利用的废砂；
所述高温热载体为直径为10～15mm的陶瓷球，所述高温热载体的温度为900～1200℃。
2.根据权利要求1所述的基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置，其特征在于，所述第一预热管以及所述第二预热管为S型热管。
3.根据权利要求1所述的基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置，其特征在于，所述上炉体的炉腔内设置温度传感器，所述温度传感器的测量范围为0～1600℃。
4.根据权利要求1所述的基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置，其特征在于，所述上炉体的内壁贴附一层隔热层，所述隔热层与所述第一漏孔相应的位置设有第二漏孔，经所述上炉体处理后的待回收利用的废砂通过所述第一漏孔以及所述第二漏孔输出至所述下炉体进行分离。
5.根据权利要求4所述的基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置，其特征在于，还包括漏砂控制机构，设置在所述底座上，所述漏砂控制机构包括步进电机、螺杆以及滑块，所述步进电机设置在所述底座上，所述螺杆的一端与所述底座连接，所述螺杆的另一端伸出所述底座的外壁与所述步进电机的输出端相连，所述上炉体的底壁设有滑槽，所述滑槽位于所述第一漏孔的下方，所述滑块设有与所述螺杆相配合的内螺纹，所述滑块通过内螺纹套接在所述螺杆上，所述滑块的上方设置圆形挡块，所述挡块的直径大于所述第一漏孔的直径，所述挡块位于所述滑槽内，所述挡块可在所述步进电机的带动下沿所述滑槽滑动。
6.根据权利要求1所述的基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置，其特征在于，所述转盘呈圆锥台状，圆锥台状圆锥面到所述下炉体的底部的间距由圆心向边缘逐渐的减小，圆锥台状圆锥面的斜度为1:11；所述上炉体的炉腔底部是角度为10±1°的圆锥面。
7.一种基于权利要求1～6任一项权利要求所述的基于热载体分区传热的铸造废砂再生装置的铸造废砂再生方法，其特征在于，包括以下步骤： S10将高温热载体和待回收利用的废砂一起置于上炉体的炉腔内； S20启动搅拌传热装置，利用叶轮搅拌使废砂与高温热载体充分接触将待回收利用的废砂传热使砂粒表面的有机粘结剂炭化、剥离获得回收砂，回收砂通过所述上炉体的底部的第一漏孔输出至下炉体内的物料分离装置；所述高温热载体的温度为900～1200℃； S30回收砂与传热后的热载体一同落至转盘上，随着转盘的转动经处理的废砂与高温热载体分离。
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