Оборудование для подготовки материалов

теплотехнической стороны значительно более эффективен противоток теплопередающей и теплопоглощающей сред. Однако при противотоке в случае слишком высокой температуры газов может перегреться сушимый формовочный материал и произойти дегидратация глинистой составляющей. При попутном же потоке газов и песка наиболее горячие газы соприкасаются с влажным песком, и таким образом глинистая составляющая защищена от перегрева скрытой теплотой испарения влаги песка.

Рис. 1.2. Схема горизонтального барабанного сушила (а) и варианты насадки барабана (б): 1 — топка на газе или мазуте; 2 — габарит топки на угле; 3 — барабан; 4 — привод; 5 — дымосос; 6 — загрузка песка; 7 — выход песка

Недостаток горизонтальных барабанных сушил — их большая длина. Однако их можно делать двух- и трехбарабанными, вставляя один барабан в другой и пропуская сушимый продукт последовательно через эти барабаны.

Трехходовое барабанное сушило (рис. 1.3) состоит из топ-

ки 3, загрузочной воронки 1, трехходового барабана 2, разгру-

11

зочного желоба 5 и механизма вращения 4 барабана. Барабан 2 состоит из корпуса, представляющего собой три усеченных конуса, вставленных друг в друга. Благодаря такой конструкции путь перемещения материала при сушке в барабане в три раза больше его длины, а значит, одна и та же производительность достигается при меньших габаритных размерах.

Процесс сушки в барабанных сушилах зависит от следующих факторов: влажности и размера кусков исходных материалов; температуры топочных газов и скорости их движения; объема и конструкции барабана (длина, диаметр, конструкция ячеек, угол наклона и частота вращения); эффективности работы вытяжной вентиляции.

Рис. 1.3. Устройство трехходового барабанного сушила для сушки песка

Для современных конструкций барабанных сушил исходные куски глины должны быть размером в поперечном сечении 70 × 70 мм. Конечная влажность высушенной глины составляет

3–5 %.

На практике, особенно при сушке глины, сушило часто не обеспечивает заданную производительность и влагосодержание просушенного материала. В этом случае следует проверить крупность исходных кусков глины, температуру топочных газов, эффективность вытяжной вентиляции, частоту вращения барабана и привести их в соответствие паспортным данным.

12

Вертикальные многоподовые сушила. Вертикальные су-

шила для песка строят по типу многоподовых печей (рис. 1.4). Песок в них пересыпается с вращающихся тарелок на неподвижные кольца, с колец — снова на тарелки и т. д. Пересыпание осуществляется с помощью скребков, которые в плане рекомендуется очерчивать по логарифмической спирали, чтобы наклон элемента скребка в каждой точке к направлению радиуса был одинаковым. Рекомендуется к одному из колец подвешивать на кривошипе бегунок для разминания комьев спекающегося при сушке материала.

Вертикальные сушила делают обычно с противотоком: топочные газы движутся навстречу песку. Поэтому такие печи применяют лишь для сушки кварцевых и тощих малоглинистых песков. Для жирных песков и глины их не применяют еще и вследствие налипания этих материалов на большие горизонтальные поверхности тарелок и колец, в результате чего приходится часто останавливать печи для чистки.

Такие сушила строят производительностью до 4 т/ч. Расход условного топлива в вертикальных сушилах составляет 40–60 кг на 1 т песка.

Установка для сушки песка в пневмопотоке изображена на рис. 1.5. Известно, что интенсивность сушки твердых тел зависит не только от температуры воздуха, с которым они соприкасаются, но и от величины поверхности соприкосновения. Влага с поверхности зерен удаляется тем быстрее, чем выше температура и скорость воздуха, омывающего частицы материала. Таким образом, сушка в потоке горячего воздуха будет происходить гораздо быстрее, чем в барабанных сушилах. Кроме того, этот метод позволяет реализовать многие преимущества пневматического транспорта: возможность совмещения по времени сушки и транспортирования, а также одновременного обеспыливания песка, компактность установки и др. В одной из таких установок (см. рис. 1.5) сырой песок из расходного бункера 10 при помощи дискового 9 и ленточного 8 питателей подается в сушильную трубу 1, температура в которой достигает 500 °С.

13

Рис. 1.4. Схема вертикального многоподового сушила производительностью 2 т/ч песка: 1 — вращающиеся тарелки; 2 — неподвижные кольца; 3 — скребки; 4 — бегунок; 5 — привод; 6 — топка; 7 — загрузка песка; 8 — выход песка; 9 — дымовая труба

14

Разрежением, создаваемым вентилятором 4, сырой песок увлекается вверх со скоростью 15–17 м/с и, проходя по трубе, в горячем газе быстро высыхает. Установка снабжена батарейным циклоном-осадителем 2 и скруббером 3 для сбора пыли. Из ци- клона-осадителя высушенный песок поступает в бункер 6, с которого подается на вибрационное сито 5, где просеивается и частично охлаждается. В качестве источника тепла рекомендуется использовать газ, подводимый к горелкам 7.

Рис. 1.5. Установка для сушки песка в пневмопотоке

Установка для сушки песка в вихревых аппаратах (рис. 1.6) представляет собой вертикальную камеру 2 с расширением в верхней части. Влажный песок в потоке горячих газов вводится в нижнюю зону камеры 1, где, закручиваясь, приобретает вихревое движение. Двигаясь таким образом вверх, частицы песка высу шиваются и направляются диафрагмой 3 вдоль стенок в нижнюю зону камеры и бункер, откуда снова поднимаются в верхнюю зону, и так до тех пор, пока не завершится процесс сушки.

15

«всплывают» кверху и через верх регулирующей заслонки 12 перетекают в желоб 11, а сырые частицы, комья песка, мелкие камни и кусочки глины опускаются вниз к горячей решетке, к более горячим топочным газам. Попавшие на решетку комья сырого песка быстро переходят в псевдокипящее состояние

иподнимаются вверх, а мелкие камни и кусочки сухой глины движутся по наклонной решетке и через щель между решеткой

ирегулирующей заслонкой 12 удаляются из кипящего слоя. Установка работает непрерывно: по мере сушки и удале-

ния сухого песка через желоб 11 сырой песок добавляется через загрузочную воронку 1. Установка представляет собой сварной вертикальный барабан из трех камер. В камере 8 сжигается газ, в камере 9 топочные газы с температурой 1100–

16

1200 °С разбавляются до температуры 600–800 °С холодным воздухом, поступающим через фурмы 10. Боковые стенки камеры 13 (камера сушки) изготовляют из толстолистовой стали, а наклонную решетку 3 — из жаростойкой стали. В решетке проходное сечение отверстий диаметром 2,5–3 мм составляет около 6–7 % ее площади.

Рис. 1.7. Установка для сушки (охлаждения) песка в кипящем слое: 1 — загрузочная воронка; 2 — слой

песка; 3 — перфорированная решетка; 4 — нагнетающий воздухопровод; 5 — газопровод; 6 — дутьевой вентилятор; 7 — газовые двухпроводные горелки; 8 — камера сжигания; 9 — камера смешивания; 10 — фурмы; 11 — желоб;

12 — регулирующая заслонка; 13 — камера сушки; 14 — трубопровод отходящих газов; 15 — тяга регулирующей заслонки

Рядом с установкой для сушки монтируют установку для охлаждения песка. Сухой и нагретый песок поступает из печи по желобу 11 в охладительную камеру с дутьевым подом, наклонной решеткой и двухзонной регулирующей заслонкой та-

17

кой же конструкции, как и в сушильной печи. Воздух для охлаждения песка подается в охладительную камеру вентилятором.

Вустановках для сушки и охлаждения формовочного песка

вкипящем слое расход условного топлива составляет около 10 кг на 1 т песка. Сечение камеры аппарата принимается из расчета съема с 1 м2 решетки 8–10 т/ч сухого песка. Из аппарата для сушки песок выходит с температурой 110–120 °С, из аппарата для охлаждения — с температурой 20–30 °С. Влажность высушенного песка 0,1 % при начальной влажности 8–12 %. Оптимальная высота кипящего слоя 400–450 мм. Скорость газов, отнесенная к полному сечению камеры, в аппаратах для сушки составляет 0,8–1,0 м/с, а скорость воздуха в аппаратах для охлаждения — 1,1–1,9 м/с. Гидравлическое сопротивление кипящего слоя (без учета сопротивления решетки) 300– 400 мм вод. ст.

1.1.2.Процесс размельчения

Для приготовления формовочных смесей широко применяют бентонит, маршалит, молотый уголь и другие пылевидные материалы. Эти материалы, как правило, должны поступать в литейный цех в готовом виде, хотя многие литейные цехи приготовляют их сами.

В литейных цехах в системе приготовления формовочных материалов используют различного рода дробильные установки для размельчения крупных кусков отработанной смеси, сырой глины, песка. Под размельчением понимают процесс разделения твердых тел на части, сопровождающийся упругой и пластической деформацией размельчаемого тела и образованием новых его поверхностей.

Процесс размельчения (рис. 1.8) осуществляется раздавливанием, раскалыванием, изломом, истиранием и ударом. Для прочных материалов наиболее рациональны раздавливание и удар (сухая глина), а для влажных и вязких материалов рекомендуется раздавливание в сочетании с истиранием.

18

Материал, поступающий в дробильную установку, называют исходным, а окончательно раздробленный — готовым продуктом.

Рис. 1.9. Схемы основных способов механического дробления: а — раздавливанием; б — раскалыванием; в — изломом; г — истиранием; д — ударом

Соотношение поперечных размеров исходного материала

иготового продукта называют степенью измельчения:

i= D / d ,

где D — диаметр куска исходного материала; d — диаметр готового продукта.

Дробильное оборудование разделяют на дробилки и мельницы, в зависимости от степени измельчения в них материала. Дробилки измельчают материал до размера кусков d = 15… 25 мм при i = 3… 12 (грубое измельчение). Мельницы измельчают материал до размера зеренd < 0,1 мм при i = 200

ивыше (тонкое измельчение).

Взависимости от характера воздействия на измельчаемый материал и конструктивных признаков различают щековые, молотковые, валковые дробилки и шаровые, молотковые, вибрационные и другие мельницы.

Физические основы процесса размельчения. В процессе разделения твердого куска материала на отдельные части внешние механические силы преодолевают внутренние силы сцепления между отдельными частицами, при этом образуются новые поверхности. Вновь образующиеся поверхности обладают несколько большим запасом потенциальной энергии, чем внутрен-

19

ние слои тела. Это явление объясняется тем, что, в отличие от частиц кристаллической решетки, расположенных внутри тела и взаимодействующих со всеми окружающими их соседними молекулами, частицы решетки, расположенные на поверхности, взаимодействуют с соседними только с одной стороны — со стороны тела. Вследствие этого поверхностный слой обладает некоторым избытком свободной энергии, называемой поверхно-

стной энергией тела.

Для перевода внутренних частиц на поверхность требуется затратить определенную работу, которая, будучи отнесенной к еди-

ницеповерхности, называется удельной поверхностной энергией.

Работа, необходимая для того, чтобы разделить тело на частицы и удалить их друг от друга на расстояние, при котором прекращается взаимодействие между ними, называется внут-

ренней энергией тела.

Полная энергия тела состоит из поверхностной и внутренней энергии:

Α= σпов∆F + 2σΕ2 ∆V1 ,

где σпов∆F — работа, превращающаяся в свободную энергию

вновь образованной поверхности ∆ F , Дж;

σ2 ∆V

2Ε 1 — работа упругих и пластических деформаций в объеме тела ∆ V1 , Дж;

σпов — удельная поверхностная энергия, Дж/м2;

σ— предел прочности разрушаемого материала, Па;

∆F , ∆ V1 — вновь образуемая поверхность и часть объема

материала, подвергшиеся деформации, м2 и м3 соответственно;

E — модуль упругости дробимого материала, Па.

20