Способ регенерации отработанных формовочных смесей и установка для его осуществления

 

Изобретение относится к сухой регенерации отработанных формовочных смесей на водных связующих. Цель изобретения - расширение технологических возможностей при получении литья из немагнитных сплавов и стабилизация прочностных свойств формовочных смесей с регенерированными песками. Способ включает магнитную сепарацию смеси, дробление кусков до размеров 15 - 80 мм, размол кусков, просеивание, стабилизацию влажности, предварительную пневмоклассификацию и очистку зерен песка вращающимися абразивными кругами в кипящем слое совместно с сушкой и классификацией. Установка содержит магнитный сепаратор, дробилку, мельницу, бункер, пневмоклассификатор и устройство для очистки зерен песка в кипящем слое. Реализация изобретения дополнительно позволяет повысить эксплуатационную надежность регенерационных комплексов. 2 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано при сухой регенерации отработанных формовочных смесей. Цель изобретения - расширение технологических возможностей при получении литья из немагнитных сплавов, стабилизация прочностных свойств формовочных смесей с регенерированными песками, а также снижение ремонтной сложности механической части установки. На фиг. 1 представлена схема установки регенерации отработанных формовочных смесей; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (дополнительный классификатор). Установка содержит магнитный сепаратор 1, дробилку 2, мельницу 3, бункер 4, пневматический классификатор 5 и устройство 6 для очистки зерен песка в кипящем слое. Устройство 6 включает камеру 7 с вертикальными стенками 8, валы 9 с размещенными на них абразивными кругами 10, калорифер 11, вентилятор 12. Система транспортирования сыпучих материалов состоит из ленточных конвейеров 13, 14 и 15, элеваторов 16 и 17. Устройство 6 для очистки песка имеет окна 18, разрезающие его боковые стенки 8 в местах сочленения их с валами 9 от верха до плоскости N, проходящей через оси валов 9. Окна 18 имеют крышки 19. Одна пара валов 9 и крышка 19 показаны на схеме в неустановленном состоянии. Для сброса смеси с конвейера 14 служит скребок 20. Камера 6 закрывается сверху крышкой 21. Установка работает следующим образом. Выбитая из опок формовочная смесь поступает на регенерацию по ленточному конвейеру 13. При этом она подвергается магнитной сепарации с помощью магнитного сепаратора 1. После этого смесь попадает в роторную дробилку 2, в которой куски измельчаются до размеров 15 - 80 мм. Измельченная смесь из дробилки 2 попадает на ленточный конвейер 14, с которого скребком 20 сбрасывается в элеватор 16 и поступает в барабанную мельницу 3. В мельнице 3 куски измельчаются трением друг о друга. Песок через обечайку барабана, выполненную в виде сита с ячейками 4 мм, проваливается в бункер 4, а трудноизмельчаемые включения, накапливаясь в рабочей полости, непрерывно удаляются через центральное отверстие в торцовой стенке. По течке кусковые отходы поступают на ленточный конвейер 14, а затем в бункер-накопитель (на схеме не показан). В бункере 4 измельченная смесь стабилизируется по влажности до 2 - 3%, после чего с помощью ленточного конвейера 15 равномерно подается в пневматический классификатор 5, где песок подхватывается сжатым воздухом, поступающим из щели, перебрасывается через порог и подается в устройство 6. Металлические включения проваливаются в щель и по мере накопления в классификаторе удаляются с помощью "мигалки". В устройстве 6 отработанная смесь псевдоожижается воздухом, нагнетаемым вентилятором 12 и нагревающимся с помощью калорифера 11 до 80 - 100^oC. При вращении валов 9 зерна песка очищаются от пленок связующих в результате взаимодействия с поверхностью абразивных кругов 10. Совместно с процессом очистки осуществляются процессы сушки и классификации песка. Классификация песка заключается в отделении крайних мелких фракций песка и пыли от крупных фракций путем создания потока воздуха в кипящем слое с расчетной скоростью псевдоожижения. Запыленный воздух отсасывается в двухступенчатую систему очистки (на схеме не показана). Установка валов 9 в сборе с абразивными кругами 10 в подшипниковые опоры (на схеме не показаны) осуществляется путем опускания их в камеру 7 через окна 18 в вертикальных стенках 8 до плоскости N, проходящей через оси валов 9. После этого устанавливается и закрепляется крышка 19, сверху камера 7 закрывается крышкой 21. Дополнительный пневматический классификатор 5 состоит из корпуса, выполненного в виде течки и установленного под углом 40 - 60^o к горизонтальной плоскости. В нижней части корпуса на днище выполнен порог высотой 60 - 100 мм. Перед порогом выполнено щелевое отверстие шириной 5 - 6 мм. К днищу с наружной стороны присоединен дозатор - "мигалка", полость которого соединена с источником сжатого воздуха. Работает классификатор следующим образом. Измельченная отработанная смесь движется по днищу корпуса сверху вниз. Выходящим из щели сжатым воздухом она подхватывается и перебрасывается через порог. При скорости движения воздуха 5 - 10 м/с металлические включения проваливаются в щель и попадают в дозатор, из которого по мере накопления периодически удаляются. Осуществление дополнительной пневматической классификации отработанной смеси после магнитной сепарации, измельчения кусков и просеивания позволяет удалять из нее включения немагнитного металла, прошедшие через ячейки сита, и снизить попадание их в устройство для очистки песка. Эффективность классификации при этом является достаточно высокой, так как плотность металлических включений в 3 - 4 раза выше плотности частиц смеси. При этом из смеси удаляются также и ферромагнитные включения, которые остаются в ней после недостаточно эффективной магнитной сепарации. Твердая фаза кипящего слоя дополнительной пневматической классификации становится по плотности частиц более однородной. Это повышает однородность псевдоожижения песка. Снижается количество частиц смеси, оседающих на воздухораспределительную решетку, ее сопротивление становится более равномерным, а скорость псевдоожижения песка и плотность кипящего слоя в различных местах рабочей камеры выравниваются. Подвижность зерен песка во всех точках объема кипящего слоя и количество соударений их с поверхностью вращающихся абразивных кругов становятся тоже равномерными. Выравнивается также давление кипящего слоя на поверхность абразивных кругов. Это снижает нагрузку на приводы валов, расположенные в месте загрузки смеси, и повышает стабильность работы устройства, равномерность и качество очистки зерен песка от пленок связующих, снижает унос песка в воздухоочистители и повышает выход годного продукта. Дробление кусков отработанной смеси до размеров 15 - 80 мм обусловлено следующим. Измельчение кусков отработанных смесей трением друг о друга осуществляется путем отрыва зерен песка с их поверхности при постепенном уменьшении размеров кусков. Шероховатость поверхности кусков является достаточной для прочного сцепления и выкрашивания зерен песка при незначительном давлении их друг на друга. Поэтому дробление крупных кусков на несколько мелких, обеспечивающих необходимое давление при трении их друг о друга, повышает производительность процесса размола в результате повышения удельной поверхности кусков смеси. Дробление кусков до указанных размеров повышает производительность размола в результате повышения удельной поверхности кусков. Например, снижение размеров кусков в результате дробления с 200 до 80 мм повышает их удельную поверхность в 2,5 раза. Если размеры кусков будут меньше 15 мм, то снижается производительность размола из-за недостаточного давления кусков друг на друга. При размерах кусков выше 80 мм повышаются потери песка в результате разрушения его зерен, обусловленного повышенным давлением в местах контакта кусков. Поскольку процесс дробления кусков является высокопроизводительным, то повышение производительности процесса размола позволяет повысить производительность процесса регенерации. Кроме того, снижается количество разрушенных зерен в результате снижения давления до допустимого в местах контактов кусков. При очистке зерен песка в кипящем слое вращающимися абразивными кругами за оптимальную величину окружной скорости кругов принимаем такую скорость, при которой в результате удара зерен песка о поверхность абразивного круга от пленки связующего отделяется частица максимального объема. Снижение окружной скорости до величины ниже определенной по формуле приводит к снижению силы взаимодействия зерен песка с поверхностью абразивных кругов. В результате этого снижается размер частицы связующего, отделяемой от зерна песка во время удара, снижается также количество ударов в единицу времени. Это приводит к снижению производительности процесса регенерации и качества регенерированного песка. При окружной скорости выше оптимальной размер частицы связующего, отделяемой от зерна песка, не увеличивается по сравнению с ее размерами при оптимальной скорости. Часть энергии удара затрачивается на деформацию поверхности зерна песка. На зернах песка появляются сколы, форма их становится остроугольной. Крупные зерна начинают разрушаться полностью. Это приводит к снижению качества регенерированного песка и выхода годного продукта. Предложенные вид и место расположения окон обеспечивают удобную установку валов в подшипниковые опоры в сборе с абразивными кругами и подшипниками путем опускания их сверху вниз через монтажные окна в боковых стенках. Это сокращает продолжительность простоев при замене абразивных кругов и повышает производительность установки регенерации. Кипящий слой формовочного песка обладает свойствами вязкой жидкости. При вращении абразивных кругов в кипящем слое песка около их поверхности, как около поверхности каждого движущегося в вязкой жидкости твердого тела, возникает пограничный слой. В пограничном слое частицы смеси движутся в сторону вращения абразивных кругов. Это снижает скорость и силу соударения зерен песка с поверхностью абразивных кругов и снижает эффективность очистки песка. Скорость движения частиц смеси в пограничном слое по мере удаления от поверхности абразивных кругов снижается от максимальной до нуля. Чтобы не допустить повышения скорости движения частиц смеси в пограничном слое и снижения эффективности очистки зерен песка, величину зазора между кругами, размещенными на одном валу и вращающимися в одну сторону, следует устанавливать равной суммарной толщине двух пограничных слоев. Величину зазора можно определить по следующей формуле: где δ - зазор между абразивными кругами на валу, м; d - диаметр абразивных кругов, м; K - эмпирический коэффициент, равный 6 - 8 · 10^-4 (в зависимости от крупности зерен песка). При регенерации крупного песка с округленной формой зерен значение коэффициента K повышается до максимального, для мелкого песка с остроугольной формой зерен значение K снижается. При величине зазора между абразивными кругами более 100 мм на валах размещается меньшее количество абразивных кругов, в результате чего снижаются производительность устройства для очистки песка и качество регенерированного песка. В результате стабилизации процесса регенерации и повышения надежности установки предварительного дробления кусков смеси перед их размолом, оптимизации величин окружной скорости при вращении абразивных кругов и зазора между ними повышаются производительность установки и качество регенерированного песка. При этом производительность установки повышается на 35 - 40% (с 7 до 10 т/ч). Качество регенерированного песка повышается в результате снижения содержания вредных примесей в 1,3 - 1,4 раза. Содержание Na₂O в регенерированном песке из отработанных ЖСС составляет 0,27 - 0,35%, а глинистой составляющей 0,4 - 0,5%. Кроме того, повышается выход годного в результате снижения разрушения зерен песка при размоле кусков, повышается срок службы и расход абразивных кругов в результате повышения равномерности псевдоожижения.

Формула изобретения

1. Способ регенерации отработанных формовочных смесей, включающий магнитную сепарацию, дробление и размол кусков смеси, грохочение, стабилизацию влажности раздробленной смеси, очистку зерен песка вращающимися абразивными кругами в кипящем слое, сушку и классификацию регенерированного песка, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей при получении литья из немагнитных сплавов и стабилизации прочностных свойств формовочных смесей с регенерированными песками, дроблением кусков смеси перед их размолом осуществляют до крупности 15 - 80 мм, нижний продукт грохочения подвергают дополнительной пневматической классификации, а очистку песка ведут при линейной скорости периферийных точек абразивных кругов, где V - линейная скорость периферийных точек абразивных кругов, м/с; σ - прочность на сжатие пленок связующего, Па; S - среднее значение площади поперечного сечения частиц остаточного связующего, отделенных от зерен формовочной смеси при взаимодействии последней с поверхностью абразивного круга, м²;
r - радиус зерна, наибольшей фракции формовочной смеси, м;
m - масса зерна наибольшей фракции формовочной смеси, кг. 2. Установка для регенерации отработанных формовочных смесей, содержащая магнитный сепаратор, дробилку, бункер и камеру кипящего слоя с абразивными кругами на горизонтальных валах, отличающаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей при получении литья из немагнитных сплавов, стабилизации прочностных свойств формовочных смесей с регенерированными песками и снижения ремонтной сложности механической части установки, она снабжена пневматическим классификатором, смонтированным между бункером и камерой кипящего слоя и выполненным в виде перфорированного желоба, камера кипящего слоя выполнена с окнами высотой, равной вертикальному размеру от оси горизонтальных валов до верха упомянутой камеры с перекрывающими окна съемными щитами, при этом абразивные круги по оси валов установлены с зазором (δ,м) между собой, равным

где d - диаметр абразивных кругов, м;
K - эмпирический коэффициент, равный 6 - 8 · 10^-4.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 24.08.1998

Номер и год публикации бюллетеня: 24-2000

Извещение опубликовано: 27.08.2000        

---