消失模用沸腾冷却床的设计与研究

摘要

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。

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第一章 绪 论

1.1 沸腾冷却床结构和设计要求

1.2气固流态化概述

1.3沸腾冷却床的传热特点

1.4沸腾冷却床的研究现状

1.5课题研究内容和意义

第二章 粗颗粒石英砂的流化参数计算方法研究

2.1流化参数的确定

2.2型砂对流化参数的影响

2.3沸腾冷却床的改造方案

第三章 沸腾冷却床传热的研究

3.1 沸腾冷却床传热模型

3.2实例计算分析与验证

3.3 工艺参数对传热的影响

第四章 沸腾冷却床主体结构设计与计算

4.1床层宽度

4.2布风板的设计

4.3冷却排管的设计

4.4风箱和沸腾室

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文

附录B 改造后沸腾冷却床的主要图纸