旧砂冷却设备及其冷却效率解析

旧砂冷却设备的冷却能力可用其冷却效率来描述。冷却效率是所达到的降温和要冷却到室温所需的降温之间的比值，即：

式中 TA——冷却前旧砂的温度；

TF——冷却后旧砂的温度；

TV——环境温度。

旧砂冷却设备的冷却效率一般约为75%。

旧砂冷却设备的冷却效率取决于以下因素：①适时的定量加入所需的冷却水；②冷却水的均匀分布；③通风；④旧砂在冷却装置中的逗留时间。通风的目的是将水蒸气排走，空气的吸水能力是随其温度升高而增强的（见图2-18）。从图2-18可见，1m3空气在下述不同温度时的最大吸水能力 （100%相对湿度）为：20℃，17.30g/m3；40℃，51.15 g/m3；60℃，130.20g/m3。

应该使空气吸收尽可能多的水以便使通过旧砂的空气尽可能少。这样不仅可减少通风机的容量还可避免因风量大而吹走存在于旧砂中的有效膨润土、煤粉。对于连续运行的旧砂冷却装置，希望排气温度控制在40℃左右，即不高于旧砂出口的温度。

在砂温较高时，旧砂冷却进行得很快；但随着温度降低，蒸发速率下降，在低的温度区间因此耗费许多时间进行冷却。一般讲，旧砂在冷却装置中的逗留时间为2～3min。

（一） 震动沸腾床旧砂冷却装置

震动沸腾床旧砂冷却装置的关键部位是沸腾床，冷却空气从其下部的风箱通过槽板上的小孔朝上吹向位于沸腾床上的旧砂。由此引起的旧砂运动使砂子在充气的同时将冷却水分散，而沸腾床则将旧砂向前输送。

图2-19为一种震动沸腾床旧砂冷却装置的示意图。

图2-18　空气吸水能力和温度的关系

图2-19　震动沸腾床旧砂冷却装置

1—旧砂库；2— “最高”料位计；3— “最低”料位计；4—皮带运输机；5—皮带给料机；6—鼓风机；7—有孔的震动沸腾床；8—皮带运输机；9—砂流探测器；10—温度探头；11—湿度传感器；12—喷水嘴；13—通风管

皮带运输机将旧砂库中的热砂经过皮带给料机送到有孔的震动沸腾床上。震动沸腾床的底板上有许多小孔，空气由其下方的风箱通过这些小孔吹向槽上的旧砂。

槽的上方有多排喷水嘴，将冷却水均匀地喷向运动着的砂层上。震动沸腾床的前进运动和空气的紊流使旧砂和水强烈地混合。含有水蒸气的气流有效地从热砂中撵走热量，热量通过分离器被排到大气中。(www.xing528.com)

为了保证这种旧砂冷却装置的正常运行，将热的旧砂以恒定而均匀的流量供应到沸腾床上是必要的条件。为此安装有“最高”和“最低”两个料位计的中间砂库是必不可少的。

图2-20　某种震动沸腾旧砂冷却装置的特性曲线

1—进口温度为100℃；2—进口温度为60℃；3—进口温度为120℃；4—进口温度为80℃

冷却水的加入由电子温度传感器来控制。冷却后的旧砂湿度由自动化湿度控制装置来控制，为此在冷却装置的入口处安装有湿度传感器。

在沸腾床的上方装有多排 （每排有数个）喷头。其第一排喷头打开数量 （加多少水）取决于进口处的旧砂湿度。其他各排喷头打开数量 （加多少水）取决于旧砂起始温度。

这种旧砂冷却装置的生产能力与其流态化床的冷却面积大小成正比。图2-20为某种震动沸腾床旧砂冷却装置的特性曲线。根据热砂的温度和所要求的冷却后的旧砂温度，从该图中选择比冷却能力[t/ （m2·h）]，再根据旧砂的流量计算出所需的冷却面积，据此选择相应型号的装置。

举例：

旧砂流量，60t/h；热砂温度，80℃；要求的旧砂温度，40℃。从图2-20中选定比冷却能力为8.5t/ （m2·h）；旧砂流量为60t/h，所需冷却面积为60t/h÷8.5t/ （m2·h）≈7m2。

（二） 双盘冷却器

双盘冷却器是铸造厂常用的一种旧砂冷却设备，图2-21为其典型布置。

旧砂在冷却室中由两个搅拌器进行掺和及打松。两个搅拌器是由一个中央电动机通过两套高性能的齿轮减速箱来驱动的。一根共用的中间传动轴保证了两个搅拌器的同步。

图2-21　双盘冷却器

砂流是由电子系统来控制的，其目的是使旧砂冷却器中的旧砂量维持在一恒定的水平上。离心式鼓风机通过冷却室四周围圈上的小孔将空气吹向增湿了的热砂。排出的热气经过一旋风分离器通到大气中。所分离出的粉料可以直接返回到冷却后的旧砂中。

冷却水的加入是由一套自动控制系统根据砂温来进行调节的。

由图2-22可见电阻式湿度传感器的一对湿度探头、温度传感器及加水装置。

图2-22　双盘冷却器的温度传感器和湿度探头