胡慶江，馬 博

（煙臺四方鑄造設(shè)備工程有限公司，山東煙臺 264000）

消失模鑄造是使用沒有任何黏結(jié)劑的干砂，填充在刷好涂料的模樣內(nèi)腔及外圍，經(jīng)過振動緊實，抽去型砂中的空氣，再澆注熔融的金屬液占據(jù)模樣的位置得到與模樣完全一致的鑄件的鑄造方法[1]。消失模生產(chǎn)線在澆注過程中，型砂在高溫金屬液的作用下會產(chǎn)生一定的破碎；在落砂過程中，涂料會進入型砂中，這些過程都會產(chǎn)生大量的粉塵。長此以往，型砂的透氣性必然降低，鑄件的廢品率隨之上升。在加砂振實、型砂輸送及翻箱落砂過程中，大量的粉塵會溢出到車間中，影響操作環(huán)境，危害操作者的身體健康；型砂在輸送的過程中，與除塵氣流相接觸，還可降低型砂溫度，因此生產(chǎn)線的除塵系統(tǒng)不可缺少。

1 除塵系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)

粉塵是指由自然力或機械力產(chǎn)生的、能夠散放或懸浮于空氣或氣流中的固態(tài)微小粒子[2]。國際上將粒徑小于75μm的固體懸浮物定義為粉塵。

假設(shè)粉塵塵粒為圓球形，直徑為ds，從靜止空氣中自由下落。由于重力的作用而加速，但加速后由于速度的增大受到的阻力也隨之增大，因此經(jīng)過一段時間后，塵粒的重力與所受到的阻力相平衡，塵粒作等速沉降，此速度即為自由沉降速度。由于粉塵的粒徑很小，可以按斯托克斯塵粒處理，推導(dǎo)出粉塵的沉降速度：

式中：uf——粉塵的沉降速度，m/s；

ds——粉塵的當(dāng)量直徑，實際上粉塵并非完全球形應(yīng)進行修正；ds=ψd0；ψ：規(guī)則形狀系數(shù)；

ρm——粉塵塵粒的密度，kg/m3；

ρ——氣流的密度，kg/m3；

μ——氣流的動力黏度，Pa.s.

此速度即為除塵罩?jǐn)嗝娴淖钚】刂骑L(fēng)速。由流體力學(xué)可知，斷面的平均流量為Q=V·S

Q：斷面的平均流量，m3/s；

V：斷面的平均流速，m/s；

S：斷面面積，m2.

因此在揚塵點開口斷面風(fēng)速一定的情況下，盡量減少揚塵點開口面積，即可有效減少除塵風(fēng)量。各揚塵點除塵風(fēng)量之和即為除塵系統(tǒng)的總除塵風(fēng)量。

2 除塵系統(tǒng)的組成

除塵系統(tǒng)一般由集氣吸塵罩、除塵管道、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥、風(fēng)機、除塵器等五大部分組成。除塵器是除塵系統(tǒng)的核心，其選型與設(shè)計是除塵設(shè)計的重點，消失模砂處理生產(chǎn)線一般選用布袋式除塵器。重力沉降室及旋風(fēng)除塵器較少使用。其選擇原則主要是根據(jù)除塵風(fēng)量的大小、使用條件（氣體溫度、進口濃度、出口濃度、過濾風(fēng)速）及造價來綜合考慮。

除塵器的作用：一是捕集塵粒，二是分離塵粒，三是收集灰塵。

捕集塵粒的機理：當(dāng)含塵氣流通過濾料時，氣體中的塵粒被濾料纖維層阻擋而附著在濾布表面，濾袋表面形成很薄的初始粉塵層，和濾料一起用來阻擋粉塵；隨著時間的延長，粉塵層逐漸加厚，阻力不斷上升，這時就要進行清灰處理，使粉塵從濾袋上脫落下來。除塵器根據(jù)清灰方式的不同，主要可分為機械振打式、機械回轉(zhuǎn)反吹式、脈沖噴吹式三種。

機械振打清灰是依靠機械的振動或搖擺懸掛濾袋的橫梁，使濾袋振動而清灰；由于振動的幅度較小，因而清灰效果較差。多數(shù)用在除塵風(fēng)量較小的生產(chǎn)線中。

機械回轉(zhuǎn)反吹清灰是利用反吹氣流與過濾氣流相反，使濾袋變形，造成粉塵層脫落。清灰時，一方面反吹氣流直接沖擊濾袋上的粉塵；另一方面由于氣流方向的改變，造成濾袋內(nèi)壓力的變化使布袋產(chǎn)生膨脹變形而使粉塵脫落，反吹氣流的大小直接影響清灰的效果。

脈沖噴吹清灰是利用壓縮空氣在短時間內(nèi)高速噴入濾袋，根據(jù)射流原理會誘導(dǎo)數(shù)倍于噴射氣流的空氣，形成一股氣流，使濾袋由袋口至底部產(chǎn)生運動變形，瞬間膨脹和沖擊振動，抖落粉塵。

除塵管路及煙囪的設(shè)計：一般氣流速度保持在14m/s～18m/s之間，氣流速度過快，容易產(chǎn)生振動及噪音，同時阻力損失增加；在各揚塵點管路上設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，用于平衡風(fēng)壓，控制除塵風(fēng)量；管路各節(jié)點阻力損失及風(fēng)量的計算是除塵系統(tǒng)設(shè)計的重點，這是選擇風(fēng)機的主要依據(jù)。

3 水浴除塵器

消失模鑄造在澆注的過程中，泡沫模型氣化會產(chǎn)生大量的氣體，消失模真空系統(tǒng)的作用是將產(chǎn)生的氣體及塵粒等異物吸走，以保證澆注的順利進行。為保護真空泵長期高效運行，就要對高溫含塵氣體進行處理。我一般采用二級濕法除塵。水浴除塵器就是用水來吸附粉塵的除塵器，水除了可以吸附粉塵外，還可以吸收熱量，降低含塵氣體的溫度。

水浴除塵的原理：含塵氣體經(jīng)進氣管以較高的速度沖入水中，對水層產(chǎn)生沖擊作用后改變了氣體的運動方向，而塵粒由于慣性力作用繼續(xù)按原來方向運動，其中大部分塵粒與水黏附后留在水中。在沖擊水浴作用后，有一部分塵粒仍隨氣體運動并與大量的沖擊水滴和泡沫混合在一起，池內(nèi)形成一拋物線水滴和泡沫區(qū)域，含塵氣體在此區(qū)域內(nèi)進一步凈化。在這一過程中，含塵氣體中的塵粒被水所捕集；凈化氣體中含塵的水滴經(jīng)脫水裝置與氣流分離，干凈的氣體由排氣管排走[4]。可見含塵氣體細化成小氣泡后潛入到水中與水充分接觸才能提高除塵效率。

水浴除塵器的設(shè)計應(yīng)保證斷面氣體流速不應(yīng)過大，否則會帶走大量的水分，同時氣體在水中波動過于激烈影響除塵效果。

4 設(shè)計實例

圖1是30t砂處理自動生產(chǎn)線的設(shè)備除塵簡圖。

圖1 30 t 砂處理自動生產(chǎn)線的設(shè)備除塵

砂處理生產(chǎn)線總除塵風(fēng)量52500m3/h，除塵器過濾面積約580m2，除塵器的過濾風(fēng)速不大于1.5m/s.整個除塵系統(tǒng)分兩部分通過氣動蝶閥分別控制，大大降低運行成本；除塵系統(tǒng)各揚塵點設(shè)有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，控制合理的除塵風(fēng)量，通過布袋除塵器后粉塵排放濃度低于國家標(biāo)準(zhǔn)。

公司在氣流除塵的基礎(chǔ)上引進國外技術(shù)，創(chuàng)造性的發(fā)展了除塵理論，在行業(yè)中率先提出了篩灰理論用于指導(dǎo)生產(chǎn)，設(shè)計制造了雙層分選振動篩。該設(shè)備由底座、彈簧、振動篩體、振動電機等組成。篩體采用鋼板折彎制作，焊接后整體退火以有效去除焊接應(yīng)力；在篩體兩側(cè)布置兩臺振動電機、與篩體成一定角度相對安裝，反相旋轉(zhuǎn)；在每一個振動周期中，型砂在篩體中跳躍前進一次，因而有利于篩分細砂及粉塵，實現(xiàn)砂塵分離、型砂輸送的目的，篩體上層選用特制的不銹鋼篩條網(wǎng)，用來篩除型砂中大的顆粒及雜質(zhì)，下層選用較細的不銹鋼篩條網(wǎng)篩除型砂中的細砂及粉塵，增加型砂的透氣性，減輕除塵系統(tǒng)的壓力。如圖2所示。

圖2 雙層分選振動篩

5 結(jié) 論

除塵系統(tǒng)設(shè)計是關(guān)系到生產(chǎn)線除塵效果好壞、型砂含塵量大小及排放能否達標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用篩灰理論設(shè)計除塵系統(tǒng)，有效減輕除塵系統(tǒng)的壓力，達到節(jié)能的目的。

[1]陶杰.消失模鑄造方法與技術(shù)[M］.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2]機械工業(yè)第六設(shè)計研究院.GB8959-2007《鑄造防塵技術(shù)規(guī)程》[M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[3]張殿印，王純.除塵工程設(shè)計手冊[M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[4]張殿印，王純.除塵器設(shè)計手冊[M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[5]蘇繼勇，賈柏林，王驪.消失模鑄造砂處理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J］.鑄造設(shè)備研究，2006（3）：12-14.