11. РЕГЕНЕРАЦИЯ ФОРМОВОЧНЫХ ПЕСКОВ
Под действием высоких температур, а также в результате взаимодействия между отливкой и формой в смесях происходят процессы, необратимо изменяющие состав и свойства слоя смеси, прогретого теплом отливки.
Зерна формовочного кварцевого песка под действием тепла последовательно переходят из одной модификации в другую и расширяются. Быстрое расширение кварца вызывает появление значительных внутренних напряжений в песчинках, их растрескивание, превращение в пыль и соответствующее изменение зернового состава формовочной смеси.
Глина при 600-800 0С теряет связующую способность и превращается в пыль, которая резко уменьшает газопроницаемость и термохимическую устойчивость формовочной смеси.
Органические связующие материалы частично сгорают, а частично коксуются, образуя золу и мелкие частицы углерода. Эти вещества заполняют поры формовочной смеси, снижают ее газопроницаемость и огнеупорность.
Неорганические связующие материалы, например жидкое стекло, при твердении образуют на поверхностях песчинок прочную пленку твердого геля кремниевой кислоты, которая делает невозможным повторное использование такой формовочной или стержневой смеси.
После выбивки отливок формовочная смесь может содержать мелкие брызги металла, всплески, формовочные шпильки,
крючки.
Толщина слоя формовочной или стержневой смеси, в котором могут происходить необратимые процессы, зависит от температуры заливаемого металла, теплофизических свойств формовочной смеси, толщины стенки отливки, выдержки ее в форме до выбивки. Для средних машиностроительных отливок из чугуна и стали толщина этого слоя составляет 25-30 мм, или около 15% от объема формы. Основная же масса формовочной смеси практически не претерпевает изменений, и свойства ее не меняются. Поэтому после выбивки из опок формовочная смесь, называемая отработанной, используется повторно, но для устранения вредного влияния смеси, потерявшего свои свойства, ее подвергают специальной обработке – регенерации.
При этом различают регенерацию песков и регенерацию смесей. Под регенерацией смесей понимается совокупность операций, направленных на сохранение активности поверхностных пленок наполнителя, т.е. это ни что иное, как подготовка оборотной смеси к повторному использованию в составах песчано-глинистых ЕФС, ОФС и НФС, о чем изложено в гл.8.
Регенерация формовочного песка в отличии от регенерации смеси предполагает полное удаление поверхностных пленок и получение в результате этого высококондиционного формовочного песка, способного быть полноценным наполнителем формовочных и стержневых (даже химическитвердеющих) смесей. Используя высокоэффективные процессы регенерации, можно в несколько раз сократить расход свежего песка. Это связано с тем, что, например,
расход свежего песка при использовании стержней из ХТС достигает 2-3 т на 1 т отливок, а применение ЖСС приводит к увеличению расхода песка до 6-7 т на 1 т отливок.
В связи с этим изыскание, исследование и внедрение новых высокоэффективных методов регенерации формовочных и стержневых смесей является важной народнохозяйственной задачей, позволяющей решать вопросы, связанные с созданием в литейном производстве основ безотходных технологических процессов. Анализ показывает, что весьма перспективным способом регенерации песка является процесс гидрогенерации с использованием разрядноимпульсной технологии. При электрическом разряде в жидкости образуются высокие гидравлические давления, способствующие разрушению отработанных формовочных смесей и отслаиванию пленок связующих материалов с поверхности кварцевых зерен.
Операции, которым подвергаются отработанные смеси при регенерации песков, делятся на три основных вида:
подготовка отработанной смеси;
отделение поверхностных пленок от зерен песка;
удаление пылевидных фракций из зерновой основы песка, т.е. сепарация.
Основные методы регенерации, представленные на рис.11.1 [10], подразделяются на:
механическую;
термическую;
гидравлическую;
естественную;
комбинированную, включающую различные комбинации вышеперечисленных методов.
Основными процессами при подготовке смеси к регенерации является ее дробление и удаление металлических включений (всплески, каркасы, крючки и т.д.). При этом осуществление операции дробления должно быть организовано таким образом, чтобы не допускать дробления кварцевых зерен. Начальная стадия дробления осуществляется уже при выбивке отливок из форм на выбивных решетках, в выбивных барабанах, дробеметных устройствах и гидрокамерах. Для последующего дробления используют аппараты различных конструкций (рис.11.2) [14].
Рис. 11.2 Схемы аппаратов для дробления
Вроторной дробилке (рис.11.2,а) вращающийся ротор 1 оснащен билами 2, которые, отбрасывая смесь на отбойные плиты 3, осуществляют ее дробление. В молотковой дробилке (рис.11.2,б) ударные молотки 2, расположенные на роторе 1, производят разминание смеси через колосниковую решетку 3, размер ячейки которой определяет крупность дробленного материала. В валковой дробилке (рис.11.2,в) процесс дробления осуществляется в пространстве между вращающимися навстречу друг другу валками 1. При этом один из валков подпружинен 2, а расстояние между валками регулируется прокладкой 3.
Вщековой дробилке (рис.11.2,г) дробимый материал раздавливается между неподвижной 1 и подвижной (качающейся) щекой 2, снабженной предохранительной распорной плитой 3. Для создания напряжений сдвига и изгиба в перерабатываемом материале поверхность щек делается рифленой.
Вибрационная дробилка (рис.11.2,д) имеет бункер 1, стенки и дно которого снабжены шипами, ребрами, отверстиями. Дробление происходит в результате вибрации бункера от двух вибродвигателей 2, прикрепленных снаружи к нижней части корпуса. Размер отверстий в корпусе или сетке 3 определяет предельную крупность дробления. Сетка может быть расположена на нижней или боковой поверхности бункера. Бункер опирается на пружины или резиновые амортизаторы. Разгрузка недробимых предметов осуществляется периодически через верх или окно в боковой стенке бункера.
Вибрационная дробилка с шаровой загрузкой (рис.11.2,е) имеет
бункер 1 с двумя грохотами. На верхнем грохоте 2 располагаются
мелющие тела 3. Раздробленный материал после верхнего грохота просыпается на нижний грохот 4. Подрешетный продукт грохота 4 удаляется из дробилки, а надрешетный продукт поступает в камеру додрабливания 7 с мелющими телами и ситом. Недробимые куски выгружаются через люк 6. Пыль отсасывается через патрубок 5.
Дробление в барабанной мельнице (рис.11.2,ж) проводится шарами 4, находящимися в корпусе 3, снабженным также ситами 2 и 1.
Удаление металлических включений из отработанной смеси осуществляется с помощью магнитных сепараторов различных конструкций: электромагнитный шкив, подвесной электромагнитный сепаратор, мокрый барабанный магнитный сепаратор и др.
Просев (первичная сепарация) смеси производится с помощью вибрационных грохотов (б) и полигональных сит (а) (рис.11.3).
Рис. 11.3 Схемы аппаратов для сортировки смесей по крупности:
а) полигональное сито; б) вибрационный грохот
Второй этап в соответствии с классификацией (рис.11.1) является основным, определяющим качество будущего регенерата. При механической регенерации отделение пленки связующего осуществляется механическим разрушением этой пленки тем или иным методом. В процессе разрушения связующее превращается в пуль. Механический метод регенерации возможен тогда, когда силы адгезии меньше сил когезии связующего материала, пленка которого должна быть достаточно хрупкой. Если пленка является эластичной, механическая регенерация оказывается малоэффективной.
Рис. 11.4 Схемы установок для механического перетирания зерен песка
Отделение пленки связующего при механической регенерации осуществляется: механическим перетиранием, механическим ударом и пневмоударом. Механическое перетирание происходит в установках валкового типа, в обычных бегунах с катками, облицованными резиной, шаровых мельницах и подобных установках (рис.11.4), в которых отделение пленки производится за счет трения частиц смеси между собой и о рабочие органы установок. Роторные
317
(молотковые) дробилки (рис.11.4,а), используемые для оттирки пленок, отличаются от роторных дробилок крупного дробления (рис.11.2,а) большим число бил 1 на роторе 2, увеличенным количеством отбойных плит 3 и меньшим зазором между билами.
Регенератор (рис.11.4,б) имеет вал 1, вращающийся вокруг вертикальной оси. На валу закреплен двуплечий рычаг, снабженный лопатками 2. При перемещении по дну корпуса материал подвергается ударному и истирающему воздействиям лопаток.
Регенератор, показанный на рис.11.4,в, имеет вертикальный вал 1 с лопастным диском 2, который отбрасывает поступающий сверху материал на кольцевой фигурный отбойник 3. Поток материала падает вниз, а запыленный воздух отсасывается.
Регенератор (рис.11.4,г) снабжен шлифованным кругом 2, закрепленным на наклонном валу. Обработанный материал загружается конвейером 1, ссыпается вниз и обеспыливается через патрубок 3.
Регенератор «кипящего слоя» (рис.11.4,д) имеет решетку 3, под которую подается воздух. Над решеткой расположен вал 1 с горизонтальной осью вращения, на котором закреплены лопатки или шлифовальные круги 2, осуществляющие отделение пленок от поверхности зерен песка. При пневморегенерации раздробленная отработанная смесь, увлекаемая воздушным потоком, ударяется о конусообразный колпак (тарель), что способствует удалению поверхностных пленок связующих материалов.
Рис. 11.5 Схема пневморегенерации
Установка (рис.11.5) для пневморегенерации состоит из ряда последовательно соединенных однотипных камер 1, в нижней части которой установлено сопло 5 (через него подается сжатый воздух), направляющего диффузора 3, отбойного колпака 2. Регенерируемая смесь поступает в установку по течке 4, захватывается потоком воздуха, выходящего из сопла со скоростью 40-45 м/с и после разгона в диффузоре ударяется о колпак 2. В результате этого происходит дробление отдельных конгломератов и отделение пленок связующего от зерен наполнителя. Пылевидные частицы отсасываются и направляются в систему очистки, а регенерированный песок после обработки по течке 6 поступает в следующую аналогичную камеру для дальнейшей обработки. На базе подобных регенераторов работают типовые установки пневморегенерации (рис.11.6).
319
Рис.11.6 Схема пневматическом регенерационной установки: |
1 |
— магнитный сепаратор; 2 — грохот; 3 — камерный насос; |
4 |
— шаровая мельница; 5 — охладитель песка: 6 — многокамерный пневморегенератор; 7 — классификатор
Существенным недостатком этого метода является дробление песчинок и большая запыленность в зоне работы установок пневморегенерации.
Исследования показали, что сухая регенерация эффективна только для песчано-смоляных и песчано-глинистых смесей. Установлено также, что механическая регенерация жидкостекольных смесей по сравнению с пневматической дает более низкие результаты. Следует отметить, что установки для сухой регенерации обладают интенсивным износом рабочих органов и обильным пылевыделением, имеют высокую энергоемкость (до 60 кВт/т регенерата), небольшую производительность, способствуют уменьшению зерновой основы наполнителя на один класс при выходе годного песка
320
