25/16 Solidification of Metais and Alloys, No 25, 1995

Transkrypt

1 25/16 Solidification of Metais and Alloys, No 25, 1995 Krzepniecie Metali i Stopów, Nr 25, 1995 PAN - Oddział Kalowice PL ISSN OCENA SKUTECZNOŚCI STOSOWANIA REGENERATORA LINIOWEGO DLA ODZYSKU OSNOWY MAS WIĄZANYCH SZKŁEM WODNYM SZLUMCZYK Henryk, JURA Stanisław, PIĄ.TKIEWICZ Zbigniew, JANERKA Krzysztof Katedra Odlewnictwa, Politechnika Ślas!):a Gliwice, ul. Towarowa 7, POLAND STRESZCZENIE W opracowaniu zawarte są wyniki badań procesu regeneracji osnowy masy wiązanej szklem wodnym (SMS) z zastosowaniem regeneratora liniowego. Regenerator liniowy cechuje się prostotll, konstrukcji i wysoka efektywnością energetyczną. Oznacza to, że energię strumienia dwufazowego można racjonalnie wykorzystać dla potrzeb regeneracji w procesie pneumatycznego przemieszczania regenerowanej osnowy, nie powodując zaklóce11 przepływu. Efekty procesu regeneracji określone w wyniku badań laboratoryjnych przedstawiono w funkcji zużytej energii, wynikającej z przepływu strumienia dwufazowego przez regenerator liniowy. l. WPROWADZENIE Badania procesu regeneracji osnowy mas formierskich zmierzają do maksymalnego oczyszczenia powierzchni ziarn z zestalonego (zużytego) spoiwa przy optymalnym wykorzystaniu energii w przebiegu technologicznym. Metodą pneumaty czną z zastosowaniem regeneratora liniowego można w prosty i minimalizujący zużycie energii sposób wyko rzystać ruch strumienia dla potrzeb regeneracj i. Wprowadzając kontrolowane (sterowane) zaburzenia ruchu strumienia dwufazowego w procesie przemieszczania pneumatycznego regenerowanej osnowy można zintensyfikować usuwanie zużytego spoiwa z powierzchni ziarn. Proponowane ro związanie stwarza możliwość wielokrotnego zastosowania regeneratora liniowego bezpośrednio na drodze (w rurociągu) przemieszczania pneumatycznego regenerowanej osnowy.

2 BADANIA PROCESU ŚCIERANIA SPOIWA Z POWIERZCHNI ZIARN OSNOWY I KLASYFIKACJI 2.1. Instalacja badawca regeneracji osnowy mas fonnierskich Szczegółowy opis doboru cech konstrukcyjnych elementów regeneratora liniowego oraz klasyfikatora fluidyzacyjnego podany został w publikacji [1]. Wynikiem analiz badań wstępnych jest opracowany uklad przepływowy, w którym sterowane zaburzenia ruchu strumienia dwufazowego przemieszczanego pneumatycznie intensyfikują wzajemne oddziaływanie czastek na siebie, a tym samym ścieranie z ich powierzchni zestalonego spmwa. Regenerator liniowy zabudowano w rurociągu transportowym instalacji doświadczalnej transportu pneumatycznego. Schemat ukladu badawczego przedstawiono na rys. l. Dla potrzeb regeneracji pneumatycznej z wykorzystaniem regeneratora liniowego przystosowany zastal uklad urządzeń badawczych wysokociśnieniowego transportu pneumatycznego uzupełniony klasyfikatorem fluidyzacyjnym. Instalacja doświadczalna wyposażona w niezbędną dla dokonania oceny paramatrów energetycznych aparaturę pomiarowa oraz w montowany układ regeneratora liniowego, umożliwia przeprowadzenie prób w zróżnicowanych warunkach przepływu stru mienia dwufazowego (powietrze + regenerowana osnowa). Calość zmontowana jest tak, aby możliwa była wymiana poszczególnych elementów, celem określenia skuteczności ich oddzialywania na przepływający strum ień dwufazowy w warunkach regeneracji mas formierskich. Zestaw urzadze11 i pod zes połów instalacji badawczej obejmuje: - uklad nadawczy (podajnik komorowy) wraz z zestawem urządzeń zasilających sprężonym powietrzem, - rurociąg transportowy, - regenerator liniowy, układ urządzeń odbiorczo - magazynujących, - klasyfikator fluidyzacyjny Sposób przeprowadzenia prób Materialem wejściowym do badań skuteczności dzialania regeneratora liniowego i klasyfikatora fluidyzacyjnego była rozdrobniona i przesiana sypka masa samoutwardzalna (SMS), z której usunięte zostały zanieczyszczenia ferromagnetyczne. Po przesuszeniu wilgotność osnowy, stanowiącej przedmiot regeneracji nie przekraczala w < 0,5 %. Do prób procesu ścier ania zużytego spoiwa z powierzchni ziarn osnowy wytypowane zostaly dwa uklady elementów regeneratora liniowego (B i C - rys. l), wyniki których odnoszone są do przebiegu procesu w ukladzie A - rys.l. Próby realizowane były przy zmianie masowego stężenia mieszaniny (koncentracji) w zakresie J.L = kg/kg przy zachowaniu prędkości ruchu strumienia (natężenia przepływu powietrza) na zbliżonym poziomie, określonym jako dopuszczalny w badaniach wstępnych. Odważona porcja regenerowanej osnowy po przemieszczeniu od ukladu nadawczego (podajnika) do urządzenia odbiorczego, poprzez regenerator liniowy (RL - rys. l) w calości zostala zgromadzona w zbiorniku magazynowym. Próbki do analiz sitowych pobierane były zgodnie z normą przed i po przemieszczaniu. Po ujednorodnieniu materialu zgromadzonego w zbiorniku magazynującym (mieszanina osnowy po procesie ścierania i pyłów zanieczyszczających osnowę) poddawany byl on procesowi odpylania w klasyfikatorze fluidyzacyjnym. Rozdzielenie tych dwu, niezależnych części procesu regeneracji umożliwia ocenę skute-

3 103, , l l RL o <D G RL ~l 3 X 300 : 900 L{;~?'f'::?~w~-z!J 9'===_<1-_r;z-,-7~,::_ -c-:;1. ---'Q_&~:o t;~/; if=1 $:Irs~;;riiJ;Z}d "B".. c Rys. l. Schemat układu badawczego regeneracji osnowy mas wiązanych szkłem wodnym (SMS) Fig. l. The diagram of the testing system for regeneration of sand grains recovered from water-glass-bonded moulding sand (SMS) czności oddzielnie dla każdej części. O efektywności calego procesu decyduja korzystne rezultaty uzyskiwane w regeneratorze liniowym (wraz z układem urzadzeń transportowych) oraz w klasyfikatorze fluidyzacyjnym.

4 104 Badania laboratoryjne osnowy masy przed i po każdej cz ęsc 1 procesu ograniczono do anaiiz sitowych, umożliwiających dokonanie oceny skuteczności ście r ania i klasy fikacji. Prowadzone próby maj ą na celu określenie najkorzystn iejszych parametrów zasil an ia i ukladu geometrycznego elementów dla potrzeb regeneracji. Kolejnym etapem b ędz ie sprawdzenie technologicznej przydatno ś ci regeneratu w warunkach przemys łow ych, odzyskanego z zużytyc h mas z zastosowaniem proponowanego ukladu urządzei\, pracuj ącego w zakresie optymalnych parametrów Wyniki pomiarów i obliczeń Efektem przeprowadzonych prób i badał1 oraz dokonanych na ich podstawie oblicze11 są wyniki parametrów charaktery zujących ał1alizowane części procesu regeneracji. Wyniki pomiarów i oblicze11 oraz badań jakościowych osnowy obejmującej proces ścierania zamieszczone są w ta b. l. Tablica l W yniki pomiarów i obliczeń oraz wy ni ki badań laboratoryjnych osnowy masy Table l Results of measurments and calculations and results of laboratary tests of sand grains Lp. l' w, <lp., ónnu <lo.,., p ocz koń wzel p ocz koń wze: l }OC Z koi'! wzel h /ke m/s % % % % % % % % % l 2 1,20 64,59 25,86 3,47 4,28 23,3 4 1, , ,90 42.~ , , , , A , , , , ,33 4 8,34 27,29 69,91 3,37 4,35 21.~5 1,65 1,90 15,15 0,09 0,09 o 27, ,52 67,68 3,51 4,32 23,0H 1,23 1,96 59,35 0,09 0,65 622,22 27, ,95 63,74 3,60 4,75 3 1,94 1,32 2, 14 62, 12 0, 10 0, ,00 B 25, ,20 66, ,59 31,90 1,47 2,23 51, ,87 50, ,82 6X,9B 3,03 4,6 1 52, 14 1,2 1 2, ,35 0,57 62, ,92 67,06 1, ,40 0,55 2,48 350,91 0, lo 26, c ,92 2, ,87 0,1 1 o, n 55-1, , ,82 2, ,59 0,98 66, lo 26, ,43 65,53 4, l,84 2, ,63 0,69 9, Obliczenia parametrów pr zepływu strumienia miesza!1iny powietrza i regene row ałlej osnowy przeprowadzono w oparciu o norm ę PN-65/M oraz wskaźniki techniczno ekonomiczne. W tab.l podano jedynie stęż enia masowe mie szałl in y podczas ruchu strumienia, okr eś lona również jako koncentracja (J.L) oraz prędkość strumienia (w 8 ) u wlotu do regeneratora liniowego. W wynih."u ruchu strumienia, a tym samym tarcia cząstek o elementy konstrukcyjne układu badawczego i tarcia wewnątrz strumienia (cza.stek wzg l ędem siebie) na s tępuje usuwanie zan iec zyszczeń z warstwy wierzchniej ziarn osnowy. Il ość

5 105 powst ających w procesie ścierania drobnych frakcji (pyłów) określić można poprzez badania laboratoryjne polegające na analizie sitowej. W publikacji przyjęty został podział analizowanych frakcji na 3 grupy, a mianowicie: - C:.p 0 _ 1 obejmuje frakcje o ziarnistości poniżej 0,1 mm zgromadzone na sitach 0,071 mm, 0,056 mm oraz na denku zestawu przesiewającego; - C:.p 0 _ 07 1 obejmuje frakcje o ziarnistośc i poniżej 0,071 mm zgromadzone na sicie 0,056 mm i denku; - C:.p 0 _ 056 obejmuje frakcj e zgromadzone na denku, czyli o ziarnistości poniżej 0,056 mm. Taki rozdział jest przydatny do przeprowadzenia analizy. Analiza pracy klasyfikatora fluidyzacyjnego dokonana została na podstawie prób, w których dokonywano zmian parametrów zasilania spre.żo n ym powietrzem i materiałem przy niezmiennej ilości powietrza odciąganego wentylatorem do komory odpylającej. zakres dokonywanych zmian poszczególnych parametrów wynosi!: me - masowe natężenie przepływu klasyfikowanej (odpylanej) osnowy mc=0,477l,15 kg/s (1,774,16 Mg /h), VN - objętościowe natężenie prze pływu powietrza przez przegrodę porowatt v.v = 0, ,0381 m 1 /s, 3. ANALIZA I PODSUMOWANIE WYNIKÓW PRÓB Z uwagi na ograniczone możliwości nie wszystkie wyniki badań i obliczeń zostały zamieszczone w publikacji. Dlatego też w niniejszym rozdziale w formie opisowej poddane zostana one analizie. Analizując wyniki prób procesu przemieszczania stwierdzić można, że przyjęty zakres zmian wspólczynnika koncentracji J.L = 4, ,52 kg/kg umożliwia wytypowanie właściwego kierunku dalszych prób. Z przedstawionych w tab.l wyników procesu ścierania (przyrostu pyłów i drobnych frakcji) można określić, iż najkorzystniej sze warunki przebiegu tej części procesu regeneracji występują w zakresie wyższych koncentracji (J.L > 15 kg/kg). Przepływ strumienia przez przewę że nia w zakresie niższych koncentracji, jakkolwiek powoduje zmianę frakcji dla większych czastek d > 0,1 mm, jest mniej skuteczny dla potrzeb ścierania zanieczyszczeń z powierzchni ziarn osnowy. Zmiana średniej harmonicznej wielkości ziarna określona na podstawie wyników analiz sitowych jest znikoma i w całym zakresie prób nie przewyższa wartości l%, co oznacza, że rozdrabnianie cząstek nie występuje. Wartości średniej harmonicznej wielkości ziarna w całym przekroju 12 prób zawierały się w zakresie dh = 0, , Również frakcja glówna znajduje się w tym samym zakresie sit przed i po procesie ścierania. Przyrost drobnych frakcji i pyłów ( < O, l mm) wynoszący ok %, przy wprowadzaniu do masy skład n ików spoiwa w większej ilości mo że sugerować, że nie zostały one w ca lo ści usunięte z powierzchni ziarn. Jednakże mając na uwadze niewielki opór stwarzany przez regenerator liniowy podczas przepływu strumienia, dochodzący do C:.p 8 = 16 kpa przy J.L = 20,92 kg/kg, istnieje możliwo ś ć wielokrotnego (3 7 5) prowadzenia procesu ścierania na drodze pneumatycznie przemieszczanej osnowy, wykorzystując 2- ełementowy uklad. Drugą fazą procesu regeneracj i j est klasyfikacja (odpylanie) regenerowanej osnowy, w wyniku której usunięte powinny być pyty i drobne niepożądane frakcje. Układem zastosowanym w instalacji badawczej jest klasyfikator tluidyzacyjny, w którym wykorzystywany jest burzliwy przepływ odpylanej osnowy w rynnie o zmiennym przekroju kanału transportowego.

6 106 W próbach klasyfikacji dokonywano zmian natężenia pr zep ł ywu materialu przez klasyfikator (m, = 0,47 -;- 1,15 kg/s) oraz ilości wprowadzanego pod przegrodę porowata. sp rężo n ego powietrza (VN = 0, ,0381 m 3 /s). Powietrze przepływające przez przeg rod ę porowatą w zakresie prędkości w 1 = 0,59 + 0,95 mis powoduje burzliwy przepływ materialu w kanale transportowym. Wyrzucone ze z ło ża pyły sa odciąg ane do ukladu odpylania. Proces ten przebiega w sposób ciągły przy niewielkim kącie pochyleni a przegrody porowatej (podczas prób pochylenie wyno s iło a = oo i a = 3 ). Skut ecz no ść ciział a nia k.lasyfikartora ocenić można na podstawie ilo ści usuwanych p y ł ów. Dla frakcji.:::lp 0_ 71, osi ą gnięto 70% u s uniętych p y łów na drodze przemieszczania osnowy & = 0,8 m. O wyższej skuteczności decyduje czas trwania procesu (w yd łużenie drogi przemieszczania osnowy w klasyfikatorze) oraz intensywność odciąg an ia zapylonego powietrza (konstrukcja kolektora, natężenie przeplywu gazu). Na podstawie dotychczasowych prób stwierdzić można, że proponowane rozwią zanie uklad u urządzeń regeneracji osnowy mas formierskich z wykorzystaniem energii sprężonego powietrza spe łn ia wymogi technologiczne procesu. Niemniej dalsze doskonalenie ukl adu (jego elementów, parametrów pracy) prz yczy n ić się powinno do bardziej efektywnego prowadzenia procesu. LITERATURA l. H. Szlumczyk, S. Jura, Z. Piątkiewicz, K. Janerka, "Uk.lad pneumatyczny regeneracji osnowy mas formierskich z zastosowaniem regeneratora liniowego", Międz ynaro dowa Konferencja "Nowoczesne Technologie Odlewnicze - Ochrona Środowiska", Kraków 1995, 2. H. Szlumczyk i inni, "Badania oporów przeplywu strumienia w rurociagu transportowym o zmiennym przekroju", Praca badawcza BW-729/RMT-3/92, nie publikowana, 3. H. Szlumczyk i inni, "Badania procesu ścierania cząstek stalych w strumieniu dwufazowym przy zmiennym stężeniu mieszaniny", Praca badawcza BK-665/RMT-3/94, nie publikowana. EV ALUA TION OF EFFICIENCY OF THE LINEAR REGENERATOR USED FOR RECOVERY OF SAND GRAINS FROM WATER-GLASS-BONDED MOULDING SAND This work contains results of tests of thr regeneration process of sand grains recovered from water-glass-bonded moulding sand (SMS) using linear regenerator. The lincar regenerator is of simple constn1ction and high energy efficiency. 111at means that the energy of the diphasic jet can be rationally used for the regeneration purpose in the process of pneumatic transłocation of regeneratcel sand grains without introducing any interferences eluring the t1ow. Effects of the regeneration process, assessed in the courose of laboratary tests, are presented as a function o f consumed energy, as results from diphasic jet flow through the lincar regenerator.