Устаткування для регенерації формувальних пісків із відпрацьованих ливарних сумішей
Регенерація - сукупність технологічних операцій, пов'язаних з відновленням фізико-механічних властивостей відпрацьованих формувальних та стрижневих сумішей.
У сучасному ливарному виробництві використовують три способи регенерації відпрацьованих формувальних сумішей: термічний, механічний та термомеханічний. Найбільш високу якість забезпечує термічна регенерація відпрацьованих формувальних сумішей, при якій відновлюється не менше 95% відпрацьованого формувального піску. У цьому випадку регенерований пісок за якістю не тільки не поступається свіжому піску, але й за рахунок активації поверхні може значно поліпшити його. Проте частина невигорілого сполучного (втрати при прожарюванні) становить трохи більше 0,1%. Зерновий склад піску залишається у межах марки вихідного.
Термічна регенерація
Термічна регенерація забезпечує високу якість регенерації більшості сумішей за винятком тих, в яких використовуються складові, що містять невигоряючі, спека або плавляться при температурі регенерації добавки. Холодно-твердні суміші, що застосовуються при Cold-box-min-Epoxy-SO2-процесах, добре піддаються термічній регенерації. Але суміші, що використовуються для Альфа-сет і Бета-сет процесах, не підходять для термічної регенерації, оскільки вони містять лужні фенольні смоли. Не можна також піддавати терморегенерації ХТС, отверждаемые ортофосфорною кислотою.
Слід особливо відзначити, що термічну регенерацію найкраще застосовувати у тому випадку, коли форми та стрижні виготовляють з однієї і тієї ж суміші. Якщо форми виготовляють із ПЕС, то браковані стрижні доцільно окремо піддавати термічній регенерації. Технічні характеристики установок для термічної регенерації пісків з відпрацьованих формувальних сумішейнаведено у табл. 4.1.
Схема установки для термічної регенерації формувальних пісків показано на рис. 4.1. Загальний вигляд та конструкції печі, охолоджувача, рекуператора представлені на рис. 4.2-4.4.
Пекти для термічної регенерації (рис. 4.2) працює за принципом киплячого шару і складається з робочої камери (камери киплячого шару) 10, осадової камери 7 і бічних пальників 9. Відпрацьована суміш після дроблення, просіву, магнітної сепарації подається в піч через тічку 1, максимальний розмір шматків відпрацьованої суміші – не більше 3-5 мм.
Оброблена суміш надходить у робочу камеру 10 і потоком повітря наводиться в киплячий стан. Нагрівання суміші здійснюється газовими двопровідними пальниками 9. Повітря, що надходить для формування киплячого шару і пальника, підігрівається димовими газами в рекуператорі (рис. 4.4). Пальники печі забезпечені автоматичною системою розпалювання та контролю полум'я. Для більшості сумішей, що використовуються, обробка проводиться в печах з бічними пальниками при температурі газоповітряної суміші 600-800°С. Пекти з бічними пальниками безпечніше в роботі, ніж піч, де в киплячий шар подається газоповітряна суміш.
Витрата газу значною мірою залежить від вмісту залишкового сполучного у відпрацьованій суміші. Для охолодження регенерату використовують охолоджувач (рис. 4.3) працюючий за принципом киплячого шару. Охолоджувач складається з робочої камери 6 (камери киплячого шару), водяного теплообмінника 9, камери осадження 3. Охолодження піску здійснюється потоком повітря, що формує киплячий шар, і водяними теплообмінниками, через які проходить холодна оборотна вода. Витрата води становить 20 м 3 її оптимальна температура дорівнює 10°С. Температура регенерату на виході з охолоджувача становить близько 40°та залежить від температури води на вході.
Для очищення димових газів, що надходять з печі, та запиленого повітря з охолоджувача використовують двоступінчасту систему очищення - відцентрові циклони та мокрі пилеочисники. Для подачі постійної кількості суміші в піч використовують живильники (стрічкові, дискові, вібраційні). Печі великої продуктивності зазвичай працюють у безперервному режимі, а малої (продуктивністю не нижче 0,4 т/год) — у періодичному режимі. При роботі цеху або ділянки в одну або дві зміни може бути створений запас суміші бункер-накопичувачі.
Багаторічний досвід роботи показав, що 99% відпрацьованої суміші після регенерації можна повторно використати у виробництві, якість регенерації порівняно зі свіжим піском не змінюється. На ряді вітчизняних заводів впроваджено установки Конструкторсько-технологічного інституту автомобільного машинобудування (КТІАМ) продуктивністю 10 т/год для регенерації піску з ХТС на основі карбамідно-фуранової смоли з бензосульфокислотою як каталізатор. Якість одержаного регенерату відповідає якості свіжого піску.
Механічна регенерація
Для регенерації ХТС, що містять у своєму складі невигоряють і плавляться при температурі термічної регенерації добавки, а також для регенерації піщано-глинистих, рідкокласних сумішей з фосфатними сполучними застосовується механічна регенерація. На рис. 4.5 показано схему універсальної лінії конструкції КТІАМ для механічної регенерації піску з відпрацьованих сумішей, технічні характеристики якої наведені в табл. 4.2.
Лінія складається з обладнання для підготовки відпрацьованої суміші (дроблення, просівання, магнітна сепарація, живильник), апарату для сушіння відпрацьованої суміші, апарату длямеханічної очистки (безпосередньо регенерації), сита для просіву регенерованого піску, системи очищення запиленого повітря. Лінію можна і не встановлювати, якщо в цеху вже є обладнання, на якому суміш проходить зазначені операції. Установку для сушіння необхідно використовувати при регенерації піщано-глинистої суміші, якщо вологість відпрацьованої суміші більше 1%. Також установку для сушіння доцільно застосовувати при регенерації рідкоскляних сумішей, використовуючи її як низькотемпературну прокалку, і після випалу відпрацьованої рідкоскляної суміші при 1200°С. У цьому випадку краще видаляється плівка з скло.
У тих випадках, коли суміш у формі прогрівається до 200°С, високотемпературного прокалювання не потрібно. Як правило, в лініях механічної регенерації встановлюють сушіння конструкції КТІАМ, що працюють за принципом киплячого шару. Якщо виливки, особливо сталеві, після вилучення з форми поливають водою, то для сушіння відпрацьованої вологої суміші доцільно використовувати барабанні сушила, після чого суміш повинна піддаватися магнітній сепарації, дробленню, а потім подаватися в установку для механічної регенерації.
Для ХТС з органічними сполучними та сумішей з фосфатними сполучними сушіння перед механічною регенерацією не потрібна. Конструкція та схема промислового апарату РМ-5 для механічної регенерації формувальних пісків представлені на рис. 4.6, 4.7. Апарат складається з повітророзподільної камери, повітророзподільної решітки 1, робочої камери 4, роторів 11 із закріпленими на них робочими змінними лопатками, відбивних екранів над валами, осадової камери 6. Відпрацьована суміш приводиться в стан киплячого шару повітрям, що надходить з повітрярешітку, і вступає у взаємодію з ротором, що обертається 11. Очищення піску відбувається при взаємодії з робочими лопатками, відбивними екранами 8, 10 і при зіткненні зерен, розганяються лопатками суміжних валів. Для підвищення ефективності очищення відбивні екрани розташовані півколом і максимально наближені до робочих лопаток. Для зручності обслуговування апарату та зміни лопаток відбивні екрани закріплені на ремонтних дверцятах та при їх відкритті висуваються з апарата (рис. 4.7).
Очищення запиленого повітря після апарату механічної регенерації двоступінчасте, здійснюється відцентровими циклонами та рукавними фільтрами. Повітря після очищення відповідає санітарним нормам. Механічну регенерацію доцільно застосовувати для регенерації ХТС, якщо стрижні та форми виготовляють із однієї суміші. У цьому випадку виготовлення форм можна використовувати до 80-90% регенерату, а для стрижнів до 40-50%. При виготовленні форм із ПГС, а стрижнів із ХТС регенерат після механічного очищення можна застосовувати лише у складах ПГС.
Якщо форми виготовляють з рідинної скляної суміші, а стрижні з ХТС, регенерат у цьому випадку можна використовувати тільки для рідинної скляної суміші. У регенерат із сумішей з фосфатними сполучними та рідинноскляними сумішами допустимо попадання до 30% регенерату з ПГС, у регенерат з ХТС допустиме попадання регенерату з ПГС, але не більше 10%.
На багатьох заводах в даний час форми виготовляють з ПГС, а стрижні з ХТС або ГТС (гарячотвердіють сумішей), при цьому в процесі вибивання суміші, як правило, змішуються. У цьому випадку можна використовувати механічну регенерацію, але регенерат буде придатний лише для приготування ПГГ. Для використання регенерату у складах стрижневих сумішей необхідноздійснювати термомеханічну регенерацію, при якій глина видалятиметься механічним очищенням, а органічні сполучні матеріали - термічної. Для термомеханічної регенерації використовуються установки, описані вище. Схема лінії термомеханічної регенерації наведено на рис. 4.8.
Обладнання, що входить до складу лінії, може змінюватися в залежності від виду і властивостей суміші. Наприклад, при вологості суміші менше ніж 1% апарат для сушіння можна не встановлювати. Кількість апаратів механічного очищення залежить від вмісту глинистої складової суміші. Витрати на термомеханічну регенерацію вищі, ніж на термічну та механічну, але при великих обсягах відпрацьованих сумішей та високих витратах на організацію відвалів вони окупаються.
Схема установки для регенерації піску після заливання вакуумно-плівкових та форм з газифікованими моделями представлена на рис. 4.9. Установка являє собою чотири послідовно з'єднані апарати для охолодження за принципом псевдозрідженого шару. Для охолодження піску використовується як потік холодного вентиляторного повітря, а й холодна вода в теплообмінниках кожного апарату.
Пісок, надходячи послідовно з апарату в апарат і на вивантаження з останнього, охолоджується до 20-30°З одночасно обезпилюється шляхом відсмоктування запиленого повітря єдиною вентиляційною установкою. Запилене повітря потім надходить у систему очищення (циклони та рукавні фільтри).
Залежно від умов використання регенерату його частка у складі ХТС може бути від 70 до 100% при виготовленні форм та від 40 до 60% при виготовленні стрижнів.