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沸腾冷却床因冷却效率高,且不增加型砂的含水率,被消失模铸造厂家广泛使用。某企业购置了一台沸腾冷却床,该床仅能处理30~50目的型砂,型砂粒径太小,影响了铸件质量。更换成粗型砂(20~40目)后,型砂沸腾不起来。应该企业要求,对现有沸腾冷却床进行技术改造,以便能够使用粗型砂。改造涉及到型砂改变对流化参数的影响,以及结构改变对冷却效果的影响。 本文对沸腾冷却床的流化特性和传热过程进行了研究,从而为沸腾冷却床的改造提供依据。 运用流体力学知识,结合沸腾冷却床的特点,对目前文献中常见的流化参数计算关系式进行分析、比较。在搞清楚每个关系式的物理含义、适用范围的基础上,提出了适用于沸腾冷却床的流化速度、床层压降和功率等流化参数的计算方法;分析了型砂大小、密度、粒度分布、床层高度等因素对流化参数的影响规律:随着型砂粒径的增大,流化速度和功率均显著增大,床层压降略有降低,床层高度是影响床层压降的主要因素。在此基础上得到:增大型砂粒径使得床的结构变的不再适用,所需风量和风压与风机不匹配。提出了沸腾冷却床的改造方案:长度不变,减小沸腾床宽度,适当增加床层高度。 对沸腾冷却床中型砂的传热特点进行分析,将传热过程做了假设和简化。在此基础上建立了传热模型。用传热模型计算了型砂与冷却排管的总传热面积和型砂出口温度,并和沸腾冷却床的实际排管面积和出口温度进行对比,存在有一定的偏差。对偏差来源做了分析,为沸腾冷却床的冷却排管的设计提供了理论依据。最后分析得出了工艺参数对传热效率的影响规律:冷却水的流量和温度、风机风量和型砂入口温度对传热效率都有显著影响。风量和冷却水流量都不是越大越好;冷却水入口温度升高对传热效率有着负面影响;型砂入口温度升高对型砂出口温度影响并不大。 根据某企业的技术要求和改造方案,确定了改造后沸腾床的宽度和处理量,在综合考虑能耗、流化质量、冷却效果的基础上对布风板、冷却系统进行了设计,并绘制了改造后的相关图纸。改造后的沸腾冷却床经过调试已被该企业在生产中使用,运行效果良好。