40-60%. К достоинствам метода следует отнести невысокую стоимость и простоту конструкций установок, а также возможность регенерирования песка из смесей с различными связующими материалами.
Термическая регенерация применяется для удаления с поверхности зерен песка пленок органических связующих материалов путем нагрева смесей в окислительной среде при температуре 750-950 0С. Обжиг позволяет удалять 95-96% остаточного вещества (в пневматических срубберах удаляется не более половины связующего). Терморегенерация предназначена только для безглинистых смесей, так как при высоких температурах глинистые пленки спекаются с зернами кварца. Выжигание пленок органических связующих производится в печах различной конструкции. Выход регенерата достигает 75%.
Рис. 11.7 Схема установки термической регенерации Установка термической регенерации (рис.11.7) состоит из выбивной решетки 1, щековой дробилки 2, вибросита 3, ленточного транспортера 4, элеватора 5, валковой дробилки 6 и установки кипящего слоя 7 для прокалки и охлаждения отработанной смеси.
Песчано-смоляную смесь после выбивки подают по транспортеру 4 и элеватору 5 на дробление в валковой дробилке 6. Крупные куски предварительно измельчают в щековой дробилке 2. Во избежание попадания крупных комков в валковую дробилку предусмотрен их просев на вибросите 3. Размельченные частицы смеси прокаливают при температуре 800-900 0С для удаления остатков оболочки связующего и охлаждают в установке 7. Коксовый остаток после термодеструкции связующего в виде пыли удаляют с помощью вентиляционной системы.
Рис. 11.8 Схема печи кипящего слоя
В печь кипящего слоя 7 (рис.11.6) материал подается по течке 1 (рис.11.8) и разгружается через течку 2. Вентилятор 3 подает воздух под решетку. Топливо сжигается в горелках 5. Отсос горячих газов
ведется через патрубок 6. Кроме таких печей в этих системах регенерации могут применяться различные барабаны, шахтные и другие установки, обеспечивающие необходимую температуру и возможность песчинкам перемещаться друг относительно друга.
К недостаткам процесса термической регенерации следует отнести: большой расход энергии, невысокую производительность, необходимость очистки отходящих газов и узкую область применения, ограниченную смесями только с органическими связующими материалами. Достоинствами процесса являются: простота конструкции установок, улучшение структуры кварцевого песка в результате его термообработки в ходе регенерации, которое проявляется в повышении физико-механических свойств и газопроницаемости формовочных смесей.
Принципиальным преимуществом гидравлической регенерации перед сухими методами является более высокое сопротивление сред гравитационному осаждению в воде по сравнению с воздухом, создающее благоприятные условия для разделения частиц. Кроме того, данный процесс обладает значительной производительностью, отличается хорошими санитарно-гигиеническими показателями, однако практика ряда зарубежных фирм показывает, что мокрая регенерация более эффективна только для смесей, содержащих водоотделимые или водорастворимые связующие и, в первую очередь, глинистые и силикатные.
Рис. 11.9 Схема двухкамерной оттирочной машины: 1- корпус; 2- пульпа; 3- импеллер
Современные процессы гидравлической регенерации основаны на использовании в качестве основного технологического узла оттирочных машин (рис.11.9) для удаления поверхностных пленок связующих материалов. Оттирочные машины могут быть одно- и многокамерными (рис.11.9), в корпусе 1 которых смонтированы вертикальные валы с импеллерами 3. при этом импеллеры расположены под наклоном таким образом, чтобы обеспечить трение отдельных зерен относительно друг друга, что вызывает разрушение поверхностных пленок и их отделение от зерен отработанной смеси.
324
Рис. 11.10 Схема установки гидравлической регенерации
При осуществлении гидравлической регенерации (рис.11.10) сухие отработанные смеси собираются на общий ленточный транспортер и подвергаются дроблению, магнитной сепарации, грохочению, перемешиванию с водой и пульпой из установок гидравлической выбивки стержней. Затем производятся промывка, оттирка, обезвоживание, сушка и охлаждение регенерата. Сливные воды подвергаются физико-химической очистке и направляются на повторное использование для промывки песка и к гидрокамерам. Шлаки обезвоживаются и сбрасываются в отвал. Оттирка пленок связующих от зерен песка производится в плотной пульпе при концентрации регенерируемого материала в воде до 75%. Применение оттирочных машин в типовых процессах гидрорегенерации песка
325
дает возможность увеличить выход регенерата и улучшить его качество, но требует значительных дополнительных капитальных и энергетических затрат (6-8 кВт на 1 т регенерата).
Гидравлическая регенерация используется для песчаноглинистых и жидкостекольных смесей и экономически целесообразна для некоторых смесей с органическими водорастворимыми связующими материалами.
На рис.11.10 представлена типовая схема системы гидрогенерации формовочных песков, работа которой заключается в том, что в мешалку 2 подается сухая смесь и необходимое количество воды (для оттирочных машин это соотношение 1:1, для электрогидравлической системы 1:5). Перемешанная с водой в заданной концентрации отработанная смесь (пульпа) прокачивается насосом 9 в технологический узел 10 (оттирочная камера, ультразвуковая или электрогидравлическая установка), откуда после осуществления процесса отделения поверхностных пленок поступает в конический классификатор 8 и далее сгущается в спиральном классификаторе 7. Этот процесс совмещается с промывкой регенерированного песка проточной водой. Далее регенерат питателем 6 подается в один из дренажных закромов 4, откуда после отстаивания транспортируется грейфером на сушку. Высушенный и охлажденный регенерированный песок поступает на смесеприготовительный участок. Шламовые воды из дренажного закрома стекают в отстойник 5, из которого насосом откачиваются в общецеховой узел очистки шламовых вод для фильтрации и осветления.
Существенно повысить эффективность гидравлической регенерации позволяет применение электрофизических (электрогидравлический удар, ультразвук) воздействий, под влиянием которых интенсифицируется как процессы механического разрушения поверхностных пленок, так и интенсификация их растворения в воде.
Одним из таких методов является использование высоковольтного импульсного разряда в жидкости, который по существу является взрывом с очень быстрым выделением энергии в образующихся между электродами канале искры.
Рис. 11.11 Принципиальная схема получения импульсного электрического тока: С - конденсатор; BK – высоковольтный коммутатор;
PK - разрядная камера
Принципиальная схема получения импульсного электрического тока представлена на рис.11.11. При повышении напряжения в разрядном контуре до величины, достаточной для электрического пробоя воздушного промежутка в высоковольтном коммутаторе ВК, энергия, накопленная на конденсаторе С, выделяется в рабочем раз-
рядном промежутке камеры РК.
Появление в жидкости токопроводящего канала, замыкающего рабочий межэлектродный промежуток, предшествует ее пробой под воздействием приложенного к электродам напряжения. Образующийся при этом токопроводящий канал обладает начальным радиусом и сопротивлением. Значения их определяют процессы, происходящие в разрядной цепи. Существенное влияние на величины этих начальных параметров оказывает удельная электропроводность среды и напряженность электрического поля в разрядном промежутке.
Пробой разрядного промежутка под воздействием высокого напряжения (40-50 кВ) происходит в результате образования системы лидеров (стримеров), которые, развиваясь, замыкают противоположные электроды. На рис.11.10,в в качестве основного технологического узла 10 как раз представлена многоэлектродная камера.
В практике промышленного использования механического воздействия электрических разрядов в процессах дробления и измельчения различных материалов удельная электропроводность среды, как правило, составляет 0,01-0,1 см м-1. С увеличением ее растет разветвленность короны, образованной стримерами на конце положительного электрода, и возрастает доля энергии, расходуемой на предпробойной стадии. При этом, образование канала сквозной проводимости, замыкающего электроды, предшествует газообразование в межэлектродном промежутке при протекании предпробойных токов. Вследствие ионного характера проводимости жидкости
происходит джоулевый нагрев и ее взрывообразное вскипание. Тепловой механизм пробоя наблюдается также и при низких
напряжениях и характеризуется «стеканием» тока в межэлектродном промежутке по газовому «мостику», образовавшемуся между электродами в результате разогрева и испарения воды под воздействием токов проводимости. Особенностью теплового механизма пробоя является небольшая величина пробиваемых промежутков и большая задержка, достигающая нескольких мс.
Образование токопроводящего канала приводит к возникновению главной стадии разряда, при которой происходит выделение остатка энергии, запасенной в конденсаторе-накопителе, и расширение канала разряда. Оставшаяся в конденсаторе-накопителе после пробоя жидкости электрическая энергия расходуется на увеличение внутренней энергии плазмы в канале разряда и на работу, совершаемую каналом при его расширении. Эта доля энергии подразделяется на энергию волн сжатия, излучаемую на стадии разряда, и на энергию пульсаций парогазовой полости, которая постепенно расходуется на излучение вторичных волн сжатия и разрежения.
Практическое применение электрического разряда в жидкости для обработки материалов основано на использовании энергии ударных волн, пульсаций парогазовых полостей, высокой температуры и светового излучения плазмы канала разряда, импульсного электромагнитного поля и др. Электрогидравлический эффект (ЭГЭ) находит применение в технологических процессах штамповки, калибровки, выруби, прессования, упрочнения и очистки от окалины поверхности металлических изделий, получения отливок, пе-
реработки шлаков, очистки от солевых отложений, обогащения руд и дробления минералов и др.
Широкое практическое применение электрогидравлические установки нашли в литейном производстве для выбивки стержней из отливок. Использование их позволяет автоматизировать этот трудоемкий процесс, сократить цикл очистки и значительно улучшить условия труда на финишных операциях изготовления отливок. Электрогидровыбивка стержней производится в ванне под слоем воды не менее 0,5 м с помощью одного или нескольких электродов. Выбитая стержневая смесь оседает на дно ванны и удаляется из нее с водой в виде пульпы. Эксплуатация электрогидравлических установок для выбивки, особенно жидкостекольных стержней, показала, что этот процесс позволяет осуществить также очистку зерен песка от поверхностных пленок связующего материала. При этом зерна песка практически не измельчаются. Это связано с тем, что регенерация осуществляется, во-первых, за счет резко выраженной избирательности действия электрогидравлического удара, быстрее разрушающего хрупкие и медленнее – вязкие материалы, а, во-вторых, за счет резонансного воздействия электрогидравлического эффекта, тем легче отслаивающего друг от друга компоненты, имеющие различные собственные частоты колебаний, чем больше разница этих частот. К аналогичным результатам может приводить и воздействие на вводно-песчаную пульпу ультразвуковых колебаний. Особенно эффективно это происходит в процессе регенерации жидкостекольных смесей, когда под влиянием электрофизических воздействий происходит разрушение прочных адгезионных связей и ускорение
