Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Регенерация формовочных смесей и песков

05.11.2018

В среднем на каждую тонну изготовляемых отливок расходуется до пяти тонн формовочных и стержневых смесей. Отработанная смесь, пройдя некоторую регенерацию, используется многократно, образуя главную часть в составе многих формовочных смесей. Максимальное использование отработанных смесей в литейном производстве не только обусловлено экономическими и технологическими соображениями, но и необходимо с экологической точки зрения, так как многие смеси содержат вредные вещества и хранение их в отвалах экологически недопустимо.

Хотя содержание свежих материалов в рецептуре песчано-глинистых смесей невелико, расход песка на одну тонну литья составляет в среднем 810 кг и непрерывно увеличивается (на некоторых заводах он составляет до 1500 кг на 1 т литья). Увеличение расхода песка связано с внедрением процессов получения отливок с использованием жидкостекольных смесей, жидких самотвердеющих смесей и XTC с синтетическими смолами. Например, при использовании XTC со смолами расход песка увеличивается до 3 т, а при применении ЖСС - до 6 т на 1 т литья.

Поскольку происходит уменьшение разведанных запасов песка и наблюдается его дефицитность, в настоящее время большое значение придается регенерации песка, под которой понимают извлечение его зерновой основы из отработанной смеси.

Регенерация и повторное использование отработанных смесей. В процессе теплового и физико-химического взаимодействия смеси с формирующейся отливкой смесь претерпевает ряд изменений (растрескивание зерен песка, шамотизация глины, накопление пыли, образование комков, появление сплесков и включений заливаемого в форму сплава и т. д.). При многократном использовании отработанной смеси в ней накапливаются различные технологически и экологически вредные примеси (например, Na2O в жидкостекольных смесях).

Процесс подготовки отработанной смеси к повторному использованию называется регенерацией. Он включает в себя охлаждение смеси после выбивки отливок, удаление включений металла (чаще всего путем магнитной сепарации), размалывание комков, просеивание, обеспыливание и аэрацию отработанной смеси.

Толщина слоя формовочной и стержневой смеси, в котором происходят необратимые изменения, зависит от температуры заливаемого сплава, толщины стенки отливки, теплофизических свойств формовочной смеси, времени выдержки отливок до выбивки. Для средних машиностроительных отливок толщина этого слоя составляет 25-30 мм, или около 5 % от объема формы. Основная масса смеси практически не претерпевает изменений и может быть использована повторно после частичной регенерации.

Наиболее просто использовать повторно пески при изготовлении форм вакуумно-пленочной формовкой и применении замороженных форм, так как в данных смесях практически отсутствуют связующие материалы. При изготовлении отливок в сырых песчано-глинистых формах в состав единых смесей включают 90-95 % частично регенерированной оборотной смеси, в облицовочных смесях содержание оборотной смеси составляет 20-60 %, наполнительная смесь почти на 100 % состоит из оборотной смеси. В песчано-глинистых смесях для формовки по-сухому используется 40-60 % оборотных смесей в облицовочных смесях и 75-100 % - в наполнительных.

При применении жидкого стекла на зернах песка образуется прочная пленка геля кремниевой кислоты, что делает невозможным повторное использование такой смеси без полной регенерации песка. В стержневых смесях оборотная смесь в данном случае не используется, а в облицовочных смесях ее содержание не превышает 30 %. Особенно сильно ухудшаются свойства ЖСС на жидком стекле (увеличивается осыпаемость, снижаются прочность и текучесть) при применении отработанных смесей. В XTC с ЛCT можно использовать до 50-60 % собственного возврата или 25-30 % возврата песчано-глинистых смесей.

В смесях с органическими связующими, особенно с синтетическими смолами, связующее частично выгорает, а частично коксуется, образуя золу и мелкие частицы углерода. Эти вещества покрывают зерна песка, заполняют поры смеси, снижая ее газопроницаемость. Поэтому в XTC с синтетическими смолами оборотные смеси не используются. Если в цехе одновременно применяются смеси на разных связующих, то смешивание оборотных смесей может привести к резкому снижению качества формовочных и стержневых смесей. Недопустимо смешение оборотных песчаноглинистых, жидкостекольных и песчано-смоляных смесей.

Широкое внедрение песчано-смоляных смесей невозможно без повторного использования регенерированных отработанных смесей. Это снижает потребность в свежем кварцевом песке и исключает выбрасывание токсичных отработанных смесей в отвалы. Таким образом, для жидкостекольных и песчано-глинистых смесей необходимо применять полную регенерацию песка.

Регенерация песка. В ходе регенерации песка производится извлечение его зерновой основы из отработанной смеси. Различают механическую, гидравлическую, термическую, химическую и естественную регенерацию, а также их комбинации. Весь технологический процесс регенерации можно разделить на четыре этапа:

1) подготовка отработанной смеси, включающая в себя описанные выше операции, применяемые при регенерации смеси;

2) отделение пленки связующего от поверхности зерен песка;

3) удаление пылевидных фракций из зерновой основы песка, т. е. сепарация;

4) классификация зерен песка по фракциям.

При механической регенерации отделение пленки связующего от зерен песка осуществляется ее механическим разрушением путем механического перетирания, механического удара или пневмоудара. Для этого используются установки валкового типа, бегуны с катками, облицованными резиной, шаровые мельницы. В этих установках происходит трение частиц песка друг о друга и о рабочие органы установок. При регенерации ударом или пневмоударом удаление пленки происходит за счет развития напряжений при столкновении разогнанных до больших скоростей частиц песка с преградой. Применяют оттирку кипящего слоя зерен песка при их трении о вращающиеся абразивные круги.

При термической регенерации смесь нагревают в печах (барабанных, шахтных, кипящего слоя) до 650-1000 °C в окислительной атмосфере, выдерживают ее при этой температуре и охлаждают. При такой температуре выгорают углеродсодержащие составляющие песчано-смоляных смесей, а коксовый остаток и другие мелкие примеси удаляются при последующей сепарации.

При гидрорегенерации пленка связующего отмывается в оттирочных машинах (смесь и вода интенсивно перемешиваются в проточной воде в гидроциклонах). Иногда этот процесс совмещают с химическим воздействием кислоты или щелочи. После обработки песка производится его обезвоживание выстаиванием в специальных резервуарах, центрифугированием, вакуумированием. Полностью вода удаляется при сушке во вращающихся барабанах или в кипящем слое.

При естественной регенерации смесь вылеживается в атмосферных условиях несколько лет. При этом происходят термическое (за счет колебаний температуры воздуха) и биологическое удаление пленки связующего.

К комбинированным методам регенерации относятся гидротермический, термомеханический, гидротермомеханический и др.

Заключительным этапом регенерации является сепарация, т. е. разделение зерновой основы песка и пылевидных фракций. Чаще всего для этого используют пневмосепараторы. Смесь через трубу снизу подается воздухом со скоростью 18-20 м/с. По выходе из трубы при расширении потока скорость воздуха резко падает (до 4-6 м/с). При этом крупные частицы падают в сборник, а более мелкие уносятся вверх, где с помощью лопаток получают вращательное движение. Крупные частицы этой фракции вследствие центрифугирования отбрасываются на периферию и удаляются. Мелкие же частицы задерживаются воздухофильтрами. Для этих же целей применяются методы электросепарации. Более подробно установки для регенерации смесей рассматриваются в курсе «Оборудование литейных цехов».

Эффективность применения регенерации. Показателем процесса регенерации является выход регенерата - выраженное в процентах отношение массы регенерата к массе исходной отработанной смеси. В первом приближении выход регенерата характеризуется следующими значениями: при механической регенерации 50 % (для неорганических связующих) и 70 % (для органических связующих), при гидравлической - 80 % и при термической - 90 %.

Легче всего регенерируются песчано-глинистые смеси механическими методами, а также гидрорегенерацией. Наиболее трудно регенерировать жидкостекольные смеси. При этом чаще всего используют механические и термомеханические методы регенерации.

Отработанные ЖСС могут быть подвержены механической и гидравлической регенерации. Однако при регенерации ЖСС увеличивается содержание Na2O, что служит причиной снижения выбиваемости смесей с применением регенерата. Свойства ЖСС остаются на необходимом уровне при введении в смесь до 65 % регенерата. Регенерируемость жидкостекольных смесей, отверждаемых сложными эфирами, выше, чем продуваемых CO2.

Наиболее эффективной является регенерация смесей с органическими связующими. Полная деструкция связующего в процессе заливки форм и охлаждения отливок имеет место лишь в тонком прилегающем к отливке слое смеси. Для смеси, связующее которой не прошло деструкции, механическая регенерация неэффективна. В этом случае применяют термическую регенерацию.

Регенерат XTC с синтетическими смолами можно использовать при приготовлении песчано-глинистых смесей в качестве освежающей добавки. Нельзя совместно использовать регенераты жидкостекольной и песчано-смоляной смесей, так как они содержат несовместимые кислоты и основания. При применении регенерата для песчано-смоляных XTC необходимо добавлять 10-20 % свежего песка.

Термическая регенерация кварцевого песка приводит к уменьшению его объемных изменений при последующих нагревах, что снижает брак форм и стержней по трещинам.

С экономической точки зрения целесообразна централизация процессов регенерации, которую следует проводить на специализированных предприятиях. Наиболее дешевой является механическая регенерация, а наиболее дорогой - термическая.

При контроле качества регенерата определяют его зерновой состав, содержание пылевидных фракций, pH водных вытяжек, потери при прокаливании. Соответствующие характеристики сравнивают с характеристиками отработанной смеси и исходного песка. В табл. 5.50 приведены рекомендации по выбору способов регенерации и использованию регенерата в различных смесях.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: