Аварийная выгрузка

Рис. 11.12. Схема технологического узла ультразвуковой регенерации

В табл. 11.1 представлены сравнительные данные химических со­ставов кварцевых песков, полученных из различных жидкостекольных смесей в результате гидравлической регенерации в оттирочнои машине (МО-регенерат), электрогидравлической (ЭГ-регенерат) и ультразвуковой (УЗ-регенерат) регенерации.

Таблица 11.1 Химический состав кварцевых материалов, масс. %

Материал	SiO2	TiO2	А12О3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	FeO	ППП
Исходный пе­сок ЗКО2Б	94,55	0,07	2,03	0,47	0,38	0,20	1,00	0,80	0,20	0,16
Отработанная смесь (СО2-процесс)	93,84	0,04	2,08	0,51	0,37	0,20	1,01	1,39	0,20	0,22
ЭГ-регенерат (СО2-процесс)	94,77	0,03	2,01	0,40	0,30	0,13	0,93	0,78	0,20	0,33
УЗ-регенерат (СО2-процесс)	94,88	0,03	2,04	0,38	0,26	0,14	0,95	0,73	0,20	0,15
МО-регенерат (СО2-процесс)	94,42	0,03	2,05	0,50	0,37	0,20	1,00	0,85	0,20	0,43
Отработанная смесь (ЖСС-процесс)	91,20	0,04	2,33	0,52	2,27	0,47	0,91	1,45	0,25	0,43
ЭГ-регенерат (ЖСС-процесс)	94,30	0,03	2,19	0,45	0,53	0,23	0,87	0,79	0,20	0,28
УЗ-регенерат (ЖСС-процесс)	94,48	0,03	2,07	0,43	0,42	0,21	0,89	0,79	0,20	0,18
МО-регенерат (ЖСС-процесс)	94,42	0,03	2,05	0,50	0,37	0,20	1,00	0,85	0,20	0,24

Видно, что регенерированные с помощью ЭГ- и УЗ-воздействий пески по своему химическому составу приближаются к исходному песку, т.е. при использовании электрофизических методов обработки водно-песчаных пульп на оптимальных режимах кварцевая основа формовочного песка практически полностью восстанавливается.

Мокрая оттирка отработанных жидкостекольных смесей также приводит к заметному улучшению химического состава регенери­руемого песка. Однако в таком регенерате встречаются конгломера­ты отработанных смесей, не разрушившиеся в процессе оттирки, что свидетельствует о необходимости возможно более полной де­зинтеграции комьев отработанных смесей при подготовке их к об­работке в оттирочнои машине. Кроме того, процесс оттирки харак­теризуется значительными энергозатратами (6-8 кВт*ч на 1 т реге­нерата), что в 1,5-2,5 раза превышает затраты энергии на ультразву­ковую или электрогидравлическую обработку. Регенерат подвер­гался «мокрой» классификации и сушке для достижения остаточной влажности 0,25-0,30 масс. %. При этом в составах ЖСС использова­лись регенераты от ЖСС, а в составах смесей, отверждаемых СО₂ -регенераты от аналогичных смесей.

Анализ основных физико-механических свойств жидкостеколь­ных смесей, изготовленных на основе УЗ- или ЭГ-регенератов (табл. 11.2), показал, что они практически не уступают аналогич­ным свойствам смесей на исходных песках, что еще раз подтвер­ждает высокую эффективность электрофизических методов реге­нерации.

Таблица 11.2 Физико-механические свойства жидкостекольных смесей*

Наполнитель на основе ЗКО2Б	Прочность, МПа		Осыпае­мость, %	Газопро­ницае­мость, ед.	Прочность на сжатие после прокалки при 800 °С, МПа
	на сжатие	на растя­жение
Песок ЗКО2Б	0.68-0.72	-	0.7-0.8 0,4-0,5	430-440 170-180	1,5-2.0 2,4-3,0
	-	0,19-0,23
Отработанная смесь	0.40-0,43	-	1.3-1.4 3,5-4,0	300-320 90-110	0.2-0.5 0,6-0,8
	-	0,08-0,11
ЭГ-регенерат	0.70-0.75	-	0.6-0.8 0,4-0,5	430-450 180-190	1.4-1.7 2,8-3,0
	-	0,21-0,23
УЗ-регенерат	0.68-0.73	-	0.6-0.8 0,4-0,5	420-450 180-190	1.5-1.9 2,8-3,0
	-	0,21-0,25
МО-регенерат	0.62-0.69	-	0,6-0.8 0,4-0,5	420-440 170-190	1.3-1.7 2,2-2,7
	-	0,18-0,22

* В числителе - свойства ЖСС, в знаменателе - смесей для СО₂-процесса.

Следует отметить, что электрофизические методы гидрорегене­рации имеют еще большой резерв, так как один из основных «инст­рументов» регенерации - кавитационные явления - можно значи­тельно интенсифицировать. Одним из таких способов насыщения водно-песчаной пульпы кавитационными пузырьками является со­вмещение в едином технологическом процессе регенерации энергии электрогидравлических импульсов и ультразвука. В этом случае создается возможность организовать в регенерационном узле до­полнительные гидропотоки, способствующие соударениям песчи­нок при перемещении их относительно одна другой, что приводит к повышению эффективности регенерации и позволяет снизить на 20-30% затраты энергии на электроразрядную обработку.

Кавитационное насыщение водно-песчаной пульпы в процессе ультразвуковой или электрогидравлической регенерации может осуществляться также путем их совмещения с электролизом воды, обеспечиваемым наличием в регенерационном узле встроенных электродов, на которые подается постоянное напряжение, создаю­щее напряженность электрического поля (5.. .7)* 10² В/м.

Результаты экспериментов показали, что применение совмещен­ных электрофизических методов воздействия на водно-песчаную пульпу позволяет не только снизить общие энергозатраты на осу­ществление процесса регенерации жидкостекольных смесей, но и увеличить, что очень важно, срок службы изоляции электродов электрогидравлической установки, а также повысить качество реге­нерата. При этом создается возможность осуществления процесса регенерации не только жидкостекольных, но и песчано-смоляных смесей, в микротрещинах наполнителей которых скапливаются, как правило, термообработанные и закоксованные остатки смоляных связующих материалов и катализаторов их отверждения, которые с помощью термических методов регенерации недостаточно хорошо удаляются с поверхности зерен наполнителя.

Сложность составов стержневых и формовочных смесей, приме­няемых в литейном производстве, и недостаточная эффективность описанных методов заставляет применять системы комбинирован­ной регенерации. Например, примеси бентонита в песчано-смоля­ных смесях не позволяют в полной мере использовать продукты терморегенерации. Поэтому в подобных случаях целесообразно вначале производить отмывку глины, а затем прокалку смесей с це­лью удаления остатков органического связующего. Промывка улуч­шает зерновой состав регенерата, но требует дополнительных за­трат энергии на сушку регенерированного песка.

В последние годы в Японии проводятся работы по регенерации жидкостекольных смесей химическим способом. Поверхностные пленки удаляются в процессе их отмывки в растворах щелочей, со­вмещенной с механическим и термическим воздействием на зерна песка, с одновременной обработкой ультразвуком. Кроме того, японские специалисты предлагают совмещать механическую мок­рую регенерацию с обработкой в растворах серной или соляной ки­слот, а также механическую с предварительным или последующим обжигом.

Комбинированные методы позволяют восстанавливать пески из отработанных смесей любых составов, однако требуют дополни­тельного оборудования и увеличения энергозатрат.

Говоря о регенерации формовочных песков, следует иметь в ви­ду тот факт, что регенерат практически всегда по своему химиче­скому составу и поверхностным свойствам уступает чистому кварцевому песку. Это необходимо учитывать при использовании реге­нерата в составах тех или иных смесей. Так, практика показывает, что успешно можно использовать регенерат ХТС, если до регенера­ции смесь отверждалась слабой кислотой, а после регенерации - сильной [10]. И наоборот, регенерат нельзя использовать в техно­логическом процессе со слабым катализатором, если до регенера­ции смесь отверждалась в присутствии сильного катализатора.

Нельзя совместно использовать регенераты жидкостекольной и смоляной смесей, так как они содержат несовместимые кислоты и основания. Песок из песчано-смоляных смесей полностью восста­новить невозможно, поэтому в случае применения регенерата для ХТС рекомендуется добавлять 10-20% свежего песка.

Термическая регенерация кварцевого песка минимизирует его расширение, при этом улучшаются его технологические свойства в последующем цикле. Применение такого песка позволяет умень­шить расход связующего материала и брак форм и стержней по трещинам по сравнению с использованием свежего песка. При из­готовлении оболочковых форм термически регенерированный пе­сок может приравниваться к свежему, который добавляют до 10% для компенсации потерь.

При использовании регенерата в том же технологическом про­цессе, из смеси которого получен регенерат, имеет место улучше­ние свойств смеси по сравнению со свежим песком. В частности, это выражается в повышении прочностных свойств, а следователь­но, в возможности уменьшения расхода связующих. По-видимому, объяснить это явление можно двумя причинами: процессом актива­ции поверхности зерен песка при его регенерации и примазками непрореагировавшей части связующего материала, не удаленной при регенерации.

Исходя из литературных данных, Г.Энгельсом выполнена ориен­тировочная оценка технической возможности способов регенера­ции, т.е. применимости того или иного метода к различным смесям в зависимости от вида связующего материала (табл. 11.3).

Таблица 11.3

Степень пригодности методов регенерации для различных связующих

Связующие	Регенерация
	Механическая	Гидравлическая	Термическая	Механо-гидравлическая	термомеханическая	Гидротермическая	Гидротермомеханическая
Глина	УП	П	Н	ХП	П	П	ХП
Цемент	П	П	Н	ХП	УП	УП	ХП
Жидкое стекло	УП	П	Н	ХП	П	П	ХП
Водорастворимые	Н	П	УП	ХП	П	ХП	ХП
жидкие связующие	Н	УП	П	П	П	ХП	ХП
Эмульсии и суспензии	Н	Н	П	Н	ХП	П	ХП
Затвердевающие масла	УП	Н	П	УП	ХП	П	ХП
Смолы:	УП	Н	П	УП	ХП	П	ХП
фенольные	П	Н	П	УП	ХП	П	ХП
фурановые

Примечание. ХП - хорошо пригодны; П - пригодны; УП - условно пригодны; Н - непригодны.

Кроме технической следует всегда учитывать экономическую и экологическую целесообразность применения процесса регенерации. Если еще 10-15 лет тому назад дискуссировалась необходимость осуществления процесса регенерации, то в настоящее время, когда стоимость формовочного песка достигала 10-15 у.е. за тонну, а стои­мость хранения отработанных смесей в отвалах увеличилась на по­рядки, с учетом стоимости регенерата не более 5-7 у.е./т, становится совершенно очевидна экономическая выгода использования реге­нерата в составах смесей. Что же касается экономических аспектов, то не вызывает сомнения тот факт, что уменьшение количества зачастую токсичных отвальных формовочных смесей может только улучшить экологическую ситуацию как в литейных цехах, так и за их пределами.