Технология переработки отработанных формовочных смесей

Оборудование для подготовки отработанной формовочной смеси

При современной технологии и высокой степени автоматизации литейных линий по производству отливок в песчаные формы тре­буется непрерывный контроль физико-механических свойств формо­вочных смесей в процессе их приготовления. Это возможно при отсутст­вии посторонних включений и стабильном значении влажности и тем­пературы отработанной смеси перед поступлением ее в смесители. В современных литейных цехах в системе транспортного потока отработанной смеси (от выбивки отли­вок из формы до бункеров над смесителями) устанавливают оборудо­вание, удаляющее металлический скрап, размалывающее комья и просеивающее смесь. Кроме того, имеется оборудование для гомогенизации и охлаждения отработанной смеси, ее регенерации и сепарации.

В одном кубометре отработанной формовочной смеси находит­ся до 10 кг ферромагнитных включений (застывшие брызги металла, крючки, шпильки и т. д.), поэтому процесс удаления скрапа является важным звеном подготовки отработанной смеси. От сте­пени очистки отработанной смеси от скрапа зависит качество отливок и надежность работы технологического оборудования.

В литейных цехах для очистки отработанной смеси от скрапа применяют шкивные, барабанные и ленточные магнитные железоотделители.

Наибольшее распространение получили шкивные и барабанные магнитные железоотделители, так как они легко встраиваются в технологический транспортный поток. Шкивной или барабанный железоотделитель обычно одновременно служит и приводным барабаном ленточного конвейера, транспортирующего отработанную формовоч­ную смесь. Так как один магнитный железоотделитель не в состоянии полностью обеспечить удаление металлических включений, то обычно в транспортном потоке отработанной смеси их ставят два или даже три. Если в транспортной системе невозможно установить большое число шкивных или барабанных железоотделителей (один ленточный конвейер), то над конвейером, транспортирующим смесь после выбивки, устанавливают лен­точные магнитные железоотделители.

Последовательно за магнитными железоотделителями устанав­ливают валковые дробилки (реже щековые) для дробления комьев спекшейся смеси, остатков стержней и оборудование для ее просева. Наиболее распространенным оборудованием для просева отработанной формовочной смеси являются барабанные пирамидальные (поли­гональные) сита. Они просты по конструкции, надежны в работе, имеют достаточно высокую производительность, почти бесшумны в работе и легко вписываются в транспортный поток.

Влажность и температура отработанной смеси не равномерна по ее объему. Температура отработанной смеси в среднем составляет 80¸100 °C, а допустимая температура должна быть 25¸30 °C. Поэтому после просева отработанную смесь подвергают гомогенизации и охлаждению. Под гомогенизацией понимают процесс усреднения смеси по влажности и температуре. В гомогенизационных установках (барабанах) отработанную смесь перемешивают и добавляют воду. Влажность смеси после гомогенизатора становится несколько выше по сравнению с влажностью готовой формовочной смеси и равномерно распределена по всему ее объему. Температура смеси после гомогени­затора хотя и высокая, но также усреднена по всему объему. Избыток влаги, искусственно вводимой в гомогенизатор, будет затем удален в системе охлаждения отработанной смеси.

После гомогенизатора смесь поступает в установку для охлажде­ния. Наибольшее распространение получили установки, основанные на паро-воздушном способе охлаждения. В этой установке воздух под давлением подается мелкими струйками через слой смеси снизу, образует обильное выделение пара. Благодаря испарению затрачи­вается большое количество теплоты, которая отбирается от смеси; смесь охлаждается. Вместе с воздухом и паром в систему очистки уносятся и мелкие частицы смеси. Затем смесь поступает в бункера-отстойники или непосредственно в бункера над смесителями.

Под действием высокой температуры металла, заливаемого в фор­му, в формовочной смеси происходят процессы, необратимо изменя­ющие состав и свойства слоя смеси, прогретого теплом отливки.

Зерна формовочного кварцевого песка под действием теплоты в значительной степени изменяют свои физико-механические свойства. Быстрое расширение кварца вызывает появление значительных внут­ренних напряжений в песчинках, их разрушение, превращение в пыль и соответствующее изменение зернового состава формовочной смеси. Увеличение количества пылевидных частиц в смеси происходит также за счет сгорания различных добавок.

При температуре 700¸800 °C глина теряет связующую способность и превращается в пыль, которая резко уменьшает газопроницаемость формовочной смеси. Органические связующие материалы частично сгорают, а частично коксуются, образуя золу и мелкие частицы углерода. Эти вещества заполняют поры формовочной смеси, снижают ее газопроницаемость и огнеупорность.

Неорганические связующие материалы, например жидкое стекло, при твердении образуют на поверхности песчинок прочную нераст­воримую пленку, которая делает невозможным повторное использо­вание формовочной смеси.

Толщина слоя формовочной или стержневой смеси, в которой про­исходят необратимые процессы при заливке металла, составляет 20¸30 мм (около 15% от объема формы). Основная же масса формовочной смеси практически не претерпевает изменений, и после выбивки используется повторно.

Для восстановления необходимых свойств формовочной смеси ее подвергают специальной обработке – регенерации. Регенерация это совокупность технологических операций, связан­ных с восстановлением физико-механи­ческих свойств песка из отработанных формовочных и стержневых смесей.

Известно, что на 1 т годных чугунных отливок расходуется при­мерно 5¸10 м³ формовочной и 0,6¸0,7 м³ стержневой смесей. Почти 95% всех смесей – это смеси, свойства которых в процессе заливки металлом не изменяются. Около 4¸7% смеси в результате резкого изменения свойств выбрасываются в отвал. Для компенсации этого количества смеси ежегодно на подвоз свежих материалов, их хранение и переработку затрачиваются значительные средства. В связи с этим важной проблемой становится возможность многократного исполь­зования формовочных материалов, благодаря восстановлению перво­начальных свойств песчаной основы смеси, т. е. ее регенерация.

В литейных цехах при подготовке исходных формовочных мате­риалов значительное место занимает процесс сепарации, т. е. разде­ление мелкодисперсных материалов по фракциям. Например, при помоле глины или песка неотъемлемой операцией является сепарация продукта помола; при переработке и подготовке отработанных сме­сей также широко используется сепарация, т. е. удаление мелких фракций песка.

При сепарации отработанных формовочных смесей, в отличие от регенерации, не восстанавливается качество исходного материала, т. е. не удаляется инертная пленка с поверхности песчинок, а только обеспечивается обеспыливание смеси.