Курсовая работа: Выделение формовочного песка из использованных литейных форм
· Перекосов по геометрии.
Глава 2 ФОРМОВОЧНЫЙ ПЕСОК
ИЗ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
В литейном производстве для изготовления литейных форм традиционно используется песок. Обычно формовочная смесь включает песок и смолы (или песок и другие связующие компоненты); она формуется для получения отливок требуемой формы. После получения отливки форма разбивается для извлечения изделия.
Как правило, остатки форм не выбрасываются, а используются для регенерации песка и повторного его использования в литейном производстве.
Связующие компоненты, например силикат натрия (жидкое стекло), используются в процессе изготовления форм для придания им необходимой прочности и поверхностных свойств требуемых при литье в песчаные формы. Использование силиката натрия позволяет уменьшить допуски при получении отливок. Относительно высокая прочность дает возможность использовать формы без дополнительных конструкционных элементов, таких как опоки и т. п. Смеси с добавками силиката натрия и С02 широко используются для получения стержней; процесс протекает относительно быстро и не требует дополнительной сушки изделий.
Стержни для одноразового использования получают по этому способу с высокой точностью размеров изделий. Процесс пригоден практически для всех сплавов, включая сплавы магния и алюминия. Однако наиболее часто эта технология применяется для получения отливок из стали, чугуна и медных сплавов.
Стоимость операций формования может быть снижена за счет регенерации использованного песка и его повторного использования для приготовления формовочных смесей. Установлено, что при этом основная трудность заключается в удалении смол, покрывающих поверхность песка (в том случае когда используются связующие компоненты органического происхождения).
Один из методов заключается в выжигании смол при термической обработке песка во вращающихся обжиговых печах. Этот метод имеет ряд недостатков — возможность взаимодействия песка с компонентами топочных газов, использование движущихся механических устройств в атмосфере, загрязненной песком, высокую температуру процесса и необходимость охлаждения после обжига.
Процесс, разработанный В. Девз (патент США 3 685165, 22 августа 1972 г.; фирма чКомбасчен Инженеринг Инк.»), предназначен для термического удаления смол, покрывающих песок, и осуществляется в нескольких вертикальных камерах, в которых песок находится в псевдоожиженном состоянии. Камеры соединены последовательно: входная камера — камера нагрева — выходная камера. Промежуточная камера нагрева и выходная камера имеют общую стенку для передачи тепла от прошедшего термическую обработку песка к поступающему в систему. Степень нагрева камеры термической обработки зависит от температуры песка в ней.
Процесс регулируется изменением скорости подачи воздуха во входную и выходную камеры для создания обожженного слоя песка и поддержания в нем требуемой температуры. Входная камера разделена на сегменты для периодического удаления тяжелых частиц, присутствующих в подаваемом сырье.
Процесс, разработанный X. Якобом (патент США 3 857201, 31 декабря 1974 г.), включает стадию смешивания отработанного литейного песка, содержащего загрязнения, со свежим песком с последующим механическим перемешиванием, при котором поверхность отработанного песка очищается и он становится пригодным для возврата в процесс.
В процессе, разработанном Е. А. Сирсом (патент США 4 008856, 22 февраля 1977 г.), используется система для регенерации формовочного песка, содержащего в качестве связующего компонента силикат натрия; процесс проводится в непрерывном режиме и обладает высокой экономичностью. Возможность регенерации такого песка позволяет использовать силикат натрия в качестве связующего компонента для решения большого круга задач литейного производства.
Известные системы для мокрого выделения песка дороги и в некоторых отношениях неэффективны. Их использование целесообразно в тех случаях, когда стоимость нового песка перекрывает стоимость процесса его выделения.
В этом процессе агломераты частиц песка и связующих компонентов подвергаются механическому разрушению в водной среде. Суспензия частиц песка и связующего компонента подается в отстойник для отделения песка, которые удаляются по наклонному транспортеру, при этом вода стекает по мере подъема песка. Песок затем просушивается во вращающихся барабанных сушилках, обогреваемых горячим воздухом.
Остаток, содержащий частицы связующего компонента, направляется на разделение центрифугированием, где происходит отделение твердых частиц от жидкости. Жидкость возвращается в систему.
Аппаратура, предложенная Е. А. Мюллером, Т. X. Пейнтером и М. К. Херродом (патент США 4 050635, 27 сентября 1977 г.; фирма чВерл-Эйр-Флоу Корпорейшен»), предназначена для регенерации песка из отработанных литейных форм. Барабан смонтирован на раме для вращения вокруг горизонтальной оси; специальное устройство позволяет регулировать наклон барабана относительно этой оси. В барабане имеются две зоны для разрушения агломератов песка.
В первой зоне расположены продольные ребра со штырями, во второй зоне монтируются только ребра. Перфорированная перегородка препятствует прохождению частиц из первой зоны во вторую до достижения нужной степени измельчения.
Дальнейшее измельчение частиц происходит в зоне размола с использованием шаровых мелющих элементов с последующим просеиванием измельченной массы для выделения частиц песка нужного размера.
Метод, предназначен для химического удаления связующих компонентов в процессе регенерации песка.
Песок из отработанных форм подвергается воздействию растворов пероксидов или других окислителей для удаления смол, покрывающих поверхность очищаемого песка.
Другой предназначен для переработки отходов литейного песка с возвратом очищенного песка в процесс изготовления стержней. Метод заключается в постепенном нагревании песка до 1000—1400 °С и последующем охлаждении. Метод нагрева уменьшает потребность в кислоте (ПК) по сравнению с той, которая достигается при простом нагреве до температур ~800°С. Понижение ПК позволяет при приготовлении смесей нового и рециркулированного песка достичь большего постоянства свойств сырья.
Процесс нагрева приводит также к плавлению керамических добавок и к потере ими абсорбционных свойств. Это позволяет избежать дополнительной стадии механического удаления керамики, которая в противном случае будет поглощать большое количество смол в процессе изготовления стержней. Кроме того, при проведении данного процесса сгорание смол не приводит к загрязнению атмосферы.
Процесс будет описан сначала применительно к выделению песка из смеси для литья стержней, затем из формовочных смесей и, наконец, из смеси этих материалов.
Смесь для литья стержней. В качестве связующего для этих смесей используется силикат натрия, или органические смолы. Силикаты не поддаются обработке поданному методу. Песок с органическими смолами сначала обжигается с целью выжигания связующего компонента при температуре около 800 °С. Однако при этой операции карбонаты кальция и магния, присутствующие в песке, превращаются в соответствующие оксиды кальция и магния, что резко повышает величину ПК.
При остановке процесса на этой стадии возникают сложности с контролем за действием катализаторов отверждения связующими компонентами при повторном использовании песка. Эффективность действия катализаторов будет разной в новом и в регенерированном песке. Такое различие в свойствах исходных продуктов недопустимо.
Повышенные значения ПК в регенерированном песке могут быть понижены при последующей термической обработке песка при температуре 1200—1400 °С. В ходе обработки при этой температуре ранее образовавшиеся оксиды кальция и магния плавятся с образованием менее реакционноспособных форм, имеющих меньшую растворимость и меньшую ПК.
Дальнейшее повышение температуры выше 1400 °С приводит к протеканию химических реакций на поверхности гранул песка с образованием алюминатов и силикатов аналогично процессам при получении цемента. Это приводит к уменьшению ПК практически до нуля и алюминаты и силикаты полностью покрывают поверхность частиц песка. После этого проводится охлаждение.
Следует отметить, что при переработке стержневых смесей, не содержащих в своем составе глины, исключается возможность ее взаимодействия с оксидами кальция и магния при относительно низких температурах и для понижения ПК, необходима высокотемпературная обработка.
Формовочные смеси. Этот материал содержит в своем составе глинистые связующие компоненты и углерод содержащие добавки, которые должны удаляться или дезактивироваться в случае дальнейшего использования очищенного песка в производстве стержней. Иначе углеродсодержащие компоненты и глина будут обусловливать ухудшение механических свойств стержней вследствие плохой адгезии смол к песку. Глина также абсорбирует большое количество добавляемых смол, что приводит к снижению механических свойств стержней и удорожанию процесса. Песок из литейных форм при многократном использовании в формовочных операциях подвергается разрушению и в нем накапливается большое количество мелких частиц.
Первоначально литейный песок подвергается нагреву до 750—900 С для сжигания в воздушной атмосфере углеродсодержащих материалов. Такой нагрев также приводит к ослаблению связей между глиной и песком. При остановке процесса на этой стадии возникает ряд проблем: высокое значение ПК, неполное удаление глины, что приводит к повышенной абсорбции смол и т. д.