Теория и технология литейного производства. Формовочные материалы и смеси

растворения силикатных пленок в воде. При этом физические явления, сопровождающие электрический разряд в жидкости или ультразвук (ударные волны, канитация, акустические потоки и т.д.) могут способствовать механическому разрушению поверхностных пленок и интенсификации процессов их растворения в воде, что значительно повышает эффективность гидравлического метода регенерации песка из отработанных жидкостекольных смесей.

Рис. 11.12 Схема технологического узла ультразвуковой регенерации

В установках ультразвуковой регенерации в отличие от электрогидравлической узел 10 (рис.11.10) заменен боком-мешалкой (рис.11.12), оснащенным четырьмя магнитострикционными преобразователями 1, размещенными по периметру корпуса 2 и создающими ультразвуковые колебания в вводно-песчаной пульпе. Пульпа подается в бак через пустотелый вал 3 с патрубками. Для перемещения пульпы внутри бака в зону действия магнитострикционных преобразователей служит вал 4 с импеллером, получающий враще-

331

332

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 вводно-песчаных пульт 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 де-

333

зинтеграции комьев отработанных смесей при подготовке их к обработке в оттирочной 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 УЗили 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*

334

-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 вводно-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 2030% затраты энергии на электроразрядную обработку.

335

Кавитационное насыщение вводно-песчаной пульпы в процессе ультразвуковой или электрогидравлической регенерации может осуществляться также путем их совмещения с электролизом воды, обеспечиваемым наличием в регенеционном 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 вводнопесчаную пульпу позволяет не только снизить общие энергозатраты на осуществление процессарегенерации 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 песчаносмоляных смесях не позволяют в полной мере использовать продукты терморегенерации. Поэтому в подобных случаях целесооб-

336

разно 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. Этот факт необходимо учитывать при использовании регенерата в составах тех или иных смесей. Так, например, 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.

337

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 при применении 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).

338

Таблица 11.3 Степень пригодности методов регенерации для различных свя-

зующих

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 необходи-

339

мость осуществления процесса регенерации, то в настоящее время, когда стоимость формовочного песка достигает 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 очевидно 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.

340