铬铁矿砂回收设备的研制应用

孙学忠

（青岛五洋铸机有限公司，山东青岛 266721）

铬铁矿砂是一种优质的中性造型材料，在铸造中具有优良的激冷特性，线膨胀小，不与其它金属氧化物反应，有良好的抗金属渗透性能，可使用各种黏结剂，无硅砂对人体健康的不利影响，用于大型碳钢和锰钢铸件时，可有效防止机械粘砂和裂纹等铸造缺陷，还可促进顺序凝固，保证铸件质量。近年来高端铸件的快速发展带动了铬铁矿砂用量的增加，但这种材料国内产量很少，大部分由南非进口，价格为石英砂的十倍以上。国外资料介绍铬铁矿砂回收设备是铸造工厂的“印钞机”。铬铁矿砂回收有很好的经济效益。

1 铬铁矿砂回收过程

铸造工厂的铬铁矿砂回收一般是由旧砂预处理、二级磁分、重力精选三个系统并配以抽风除尘和电气控制等组成。

旧砂预处理是先将回收的旧砂除铁、振动破碎、沸腾去灰并进行筛分的工艺过程，一般树脂砂或水玻璃砂生产线的再生系统皆可借用。

磁分系统是利用铬铁矿砂的微弱磁性，通过高强度永磁分离滚筒将其和无磁性的石英砂分离。

重力精选则是利用物料密度的差异，在具有沸腾和振动的筛面上进行精选分离，铬铁矿砂密度为4 g/cm3～4.8 g/cm3，石英砂密度为 2.65 g/cm3，可以通过重力精选进行分离。

2 铬铁矿砂回收成套设备

本公司根据国内市场需要，研发了铬铁矿砂回收成套设备，铬砂精选机2010年获国家发明专利（ZL200910138885.0）.

2.1 旧砂预处理设备

预处理的旧砂由提升机加入过渡砂斗，如图1所示。电磁振动给料机将物料均匀落入中磁滚筒表面，铁粉及铁磁杂物被选出，物料再经电磁振动给料机均匀落入高磁滚筒表面，石英砂与磁性砂分离，磁性砂经筛分后落入防偏析砂斗中，精选机将呈现磁性的石英砂和铬铁矿砂分离。

2.2 二级磁分设备

二级磁分设备采用永磁分离滚筒，永磁分离滚筒的工作原理见图2，电磁振动给料机将物料平稳均匀地落入滚筒表面，磁性物质被磁系吸住沿滚筒表面旋转至分离调节板后落下，无磁性的石英砂沿滚筒表面抛向滚筒前方，由分离溜槽收集。中磁分离滚筒选出物料中的铁磁杂质，保证了高磁分离滚筒的正常运行，提高了铬铁矿砂的回收率。

图1 铬矿砂回收成套设备

图2 永磁分离滚筒工作原理图

某公司生产的铬铁矿砂回收成套设备工艺流程见图3，物料先经高磁分离、重力精选后再去除铁杂，使用中发现铁粉等高磁性物质在光滑的高磁滚筒表面粘附，并逐渐累积至一定高度，影响了铬砂的分离回收，这是因为磁系对这些高磁性物质的吸力大于滚筒表面摩擦力所致。这些高磁性的堆集物一直和滚筒表面接触摩擦，不能随滚筒旋转卸出。物料先经中磁分离则很好地解决了上述问题。

2.3 铬砂精选设备

铬砂精选机是保证铬铁矿砂回收纯度的关键设备，结构见图4，主要由振动机构、筛体、供风系统组成。

振动机构是由行星摩擦式无级变速机、三角胶带、驱动轴、推拉杆、板簧和纵横向可调的振动架组成。

减速机经三角皮带带动驱动轴两端的偏心轴转动，通过推拉杆使振动架振动，调整偏心套的位置即可改变振体振幅，本机有2 m～10 mm九档振幅可调，方便不同物料分选时选择。

减速机的输出转速可在200 r/min～1 000 r/min范围内选择，振频调节方便。

可调式振动架用以调节筛体的前后及左右倾角，本机前后倾角可调范围为0°～10°，左右倾角可调范围为0°～-6°.

图3 某公司铬砂回收工艺流程

图4 铬砂精选机构图

筛体由上筛体、筛网、下筛体和出砂分离流槽组成。

下筛体固定于振动机架上，上下筛体之间装有一层通风的特制耐磨板网。工作中，筛体下室鼓入一定风压的风量，使筛面上密度小的物料不能向前抛掷运动，而密度大的物料则沿筛面向前抛掷运动。在筛面左右负倾角的影响下，物料布满整个筛面并沿出砂口汇流入相应的溜槽卸出，前面卸出的为密度大的铬铁矿砂，后面卸出的为密度小的石英砂，中间会有部分混合砂应返流重选或特设双腔砂仓集中处理。筛体的多个出料口方便了铬砂回收纯度的选择。

铬砂精选机是根据物料的不同密度，利用振动和流化床原理而设计的重力精选设备，物料的颗粒直径对临界流化速度的影响很大，流化床相关资料介绍：

式中：W临——临界流化速度，m/s；

dp——颗粒直径，m;

rs——颗粒密度，kg/m3;

rf——气体密度，kg/m3;

z——气体粘度，厘泊。

公式中颗粒直径dp的计算指数为1.82，远大于颗粒密度rs的指数0.94，气体的黏度和密度影响也很小。由此可知，两种物料的密度差越小其流化速度亦越接近，颗粒直径则对临界流化速度影响越大。精选前筛除大颗粒石英砂是保证铬砂回收纯度的必要条件。调整筛分目数可回收较细的铬铁矿砂。

铬铁矿砂及石英砂的角形系数对物料的流动有很大的影响，砂斗内物料流动偏析使出料比例波动变化，从而影响精选机的回收纯度和生产效率，防偏析砂斗是简易有效的解决措施。

2.4 供风系统

供风系统由鼓风机、滤气布袋、风量调节阀和稳压风箱组成。

鼓风机将过滤后的洁净空气经软连接鼓入筛体下室，使筛面上的物料在振动中流化沸腾。洁净的空气有效避免了特制筛板网孔的堵塞。

2.5 铬铁矿砂回收设备的布置

铬铁矿砂回收设备常有两种布置形式，一是车间高度大于10 m的采用塔式布置，见图5，待选砂一次提升即可完成磁分和精选。二是较低的车间高度可将磁分与精选分开，增加一台斗提将磁分后的石英砂提升至精选单元，形成并联布置，见图6.

3 铬铁矿砂回收设备使用示例

某公司生产不锈钢阀门类零件，最大阀体重2.7 t，碱性酚醛树脂砂工艺，见图7～图10生产应用现场，面砂全部为铬铁矿砂，背砂为石英砂。该公司塔式结构的铬铁矿砂回收成套设备串联于原有旧砂再生处理之后，每天回收铬铁矿砂2.5 t～3 t,每月为补充损失，只添加新铬砂1 t～2 t，铬铁矿砂回收设备自2012年5月投产至今，铸件质量稳定，设备运行可靠。

图5 塔式布置现场

图6 并联布置现场

图7 铬砂面砂

图8 型腔表面

图9 石英砂背砂

图10 铬砂砂芯

磁分单元处理能力8 t/h；

精选单元处理能力≥1 t/h；

铬砂回收纯度≥98%；

除尘排放≤50 mg/Nm3；

成套设备装机总功率17.5 kW（含除尘风机）。

4 结 语

现已售出的铬铁矿砂回收设备使用厂分别有冷芯树脂砂、碱性酚醛树脂砂、派普树脂砂和水玻璃砂，各厂都实现了铬铁矿砂的回收再利用，江苏某厂半年回收铬砂经济效益即大于全部设备投资。