URZDZENIA REALIZUJCE PROCES REGENERACJI MAS FORMIERSKICH

Transkrypt

1 URZDZENIA REALIZUJCE PROCES REGENERACJI MAS FORMIERSKICH URZDZENIA REALIZUJCE PROCES REGENERACJI MAS FORMIERSKICH Franciszek PEZARSKI 1, Elbieta SMOLUCHOWSKA 2, Irena IZDEBSKA SZANDA, 3 ZBIGNIEW MANIOWSKI 4 INSTYTUT ODLEWNICTWA KRAKÓW 1. Wstp. Wywoenie odpadów na wysypiska potguje zagroenie rodowiska i podnosi koszty produkcji odlewów. Dlatego dy si w pierwszej kolejnoci do minimalizacji odpadów zuytych mas formierskich (technologie i urzdzenia nowej generacji), nastpnie recyklingu mas wewntrz odlewni lub stosowania na szerok skal procesu regeneracji, pozwalajcego na ponowne wprowadzenie osnowy piaskowej (regeneratu) do procesu produkcyjnego Celem wszystkich procesów regeneracji zuytej masy formierskiej i rdzeniowej jest usuniecie pozostałoci spoiwa z powierzchni ziarn osnowy piaskowej, co realizowane jest rónymi metodami w rónego rodzaju urzdzeniach. Podstawowymi metodami regeneracji s: metoda sucha, cieplna i mokra. Oprócz tych podstawowych procesów regeneracji istniej metody chemiczne, a take kombinowane, bdce połczeniem metod podstawowych w rónych układach. Oprócz w/w metod regeneracji istnieje wiele sposobów wykorzystujcych do oczyszczania ziarn piasku par wodn, promieniowanie podczerwone, gorcy gaz, powietrze wzbogacone w tlen, plazmowe ródło ciepła itp. Proces regeneracji, niezalenie od metody sprowadza si w zasadzie do nastpujcych operacji technologicznych : - usunicia masy z form i odlewów z zastosowaniem rónego rodzaju krat do wybijania, - rozdrobnienia brył masy w urzdzeniach kruszcych, takich jak: kruszarki bbnowe, szczkowe, młotkowe,wibracyjne, bbny rozdrabniajce itp. - klasyfikacji rozdrobnionej masy na przesiewaczach (wibracyjnych, obrotowych), - oddzielenia czci metalowych przy uyciu separatorów magnetycznych umieszczonych w kilku miejscach cigu technologicznego, sit, a take (w przypadku materiałów niemagnetycznych) w obrbie urzdzenia wibracyjnego lub fluidyzacyjnego, - czciowym odpyleniu masy w poszczególnych urzdzeniach, - podsuszeniu i ewentualnym ochłodzeniu masy - w zalenoci od rodzaju technologii, z której osnowa jest regenerowana i metody regeneracji Analiza kosztów inwestycyjnych rónych metod regeneracji wskazuje, e regeneracja sucha mechaniczna wymaga najmniejszych kosztów inwestycyjnych, eksploatacyjnych i zuycia energii na ton regeneratu [1]. jeeli przyj, e dla kadej 1 mgr in. 2 mgr in. 3 mgr in. 4 mgr in. 71

2 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze z grup kosztów regeneracja sucha mechaniczna wynosi 100%, to koszty pozostałych rodzajów regeneracji przedstawiaj si nastpujco : - koszty inwestycyjne: regeneracja mokra % regeneracja cieplna % - koszty eksploatacyjne: regeneracja mokra rednio 375 % regeneracja cieplna rednio 625 % - energochłonno: regeneracja mokra rednio 1000 % regeneracja cieplna % Wg innych ródeł wskaniki kosztów uzyskania regeneratu kształtuj si porównawczo nastpujco: a) regeneracja mechaniczna, jednostopniowa 70 % b) regeneracja mechaniczna dwustopniowa, 100 % c) regeneracja pneumatyczna % d) regeneracja cieplna % e) regeneracja mokra % 2. Urzdzenia umoliwiajce zastosowanie rónych metod regeneracji. Regeneracja mechaniczna. Regeneracja metod wibracyjn jest jedn z metod regeneracji suchej mechanicznej znajdujcej coraz szersze zastosowanie. Zastosowanie do regeneracji właciwej kruszarek wibracyjnych pozwala na znaczne uproszczenie procesu regeneracji poprzez zmniejszenie liczby urzdze pomocniczych (kruszarek, przenoników, oddzielaczy i przesiewaczy), bowiem w kruszarkach oprócz kruszenia materiału nastpuje jego rozdrobnienie, ocieranie, oddzielanie czci metalowych i klasyfikacja materiału. Producentami kruszarek wibracyjnych [2,3] s midzy innymi takie firmy jak: Kramer, Frank, Küttner (fot 1.), Richards, Simplicity Engineering Inc.USA, Baker Parkins, Trojan Fot 1. Kruszarka wibracyjna firmy Kutner. Zasada działania kruszarek wibracyjnych jest podobna. Po wprowadzeniu masy do zbiornika nastpuje jej rozdrobnienie pod wpływem wibracji, wymuszonej przez elektrowibrator, zamocowany na cianie zewntrznej zbiornika. W procesie kruszenia pod wpływem wibracji, oprócz rozdrabniania kawałków masy nastpuje równie intensywne 72 Nowa Sól r.

3 URZDZENIA REALIZUJCE PROCES REGENERACJI MAS FORMIERSKICH ocieranie z powierzchni ziarn spoiwa i innych zanieczyszcze. W kruszarkach z dwoma sitami rozdrobnione czstki masy w postaci piasku przechodz przez perforowany bok lub dno zbiornika do przestrzeni zamknitej przez sito wymienne. W przestrzeni midzy sitem i perforowanym dnem zbiornika nastpuje dalsze rozdrobnienie drobnych grudek masy, praktycznie do pojedynczych ziarn piasku. Rozdrobniony materiał przechodzi przez sito wymienne i dalej rynn zsypow podawane jest do kolejnego urzdzenia, lub zbiornika rozkruszonego materiału. Nierozdrobnione grudki masy i wtrcenia, np. metalowe, s okresowo usuwane z kruszarki przy uyciu bocznego otworu w zbiorniku zamykanego za pomoc siłownika pneumatycznego, lub mechanizmu rubowego. Instytut Odlewnictwa w ramach prowadzonych prac naukowo-badawczych i realizowanych projektów celowych opracował i wykonał kruszarki wibracyjne o wydajnociach nominalnych 1 i 10t/h. Schemat kruszarki przedstawiono na rys.1. Rys.1.Schemat kruszrki wibracyjnej produkcji krajowej. Regeneracja z zastosowaniem urzdze obrotowych ocierajco-cierajcych jest realizowana w regeneratorach wirnikowych, wyposaonych w wirniki, w wirniki z łopatkami, lub w talerze, które na skutek siły odrodkowej wyrzucaj materiał regenerowany na pobocznic urzdzenia, powodujc jego ocieranie i rozkruszanie. Producentami regeneratorów wirnikowych (odrodkowych) s midzy innymi takie masa zuyta Rys.2.Schemat regeneratora firmy Klein. regenerat 73

4 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze firmy jak: amerykaska firma Didion, Alb.Klein (rys.2.), GmbH, Eco Engineering GmbH, firma GFA Giesserei und Förderanlagen GmbH. [4] Przykładem rozwizania regeneratora wirnikowego opracowanego w Instytucie Odlewnictwa jest regenerator talerzowy RTL-10, który schematycznie przedstawiony został na rys.3. Wstpnie przygotowana (rozdrobniona i przesiana) masa zuyta podawana jest od góry urzdzenia w poblie jego osi obrotu i przemieszczajc si w dół odrodkowo, trze o jego powierzchni. Wyrzucona z talerza uderza o powierzchni robocz komory, a nastpnie odpowiedni kierownic zostaje podana w poblie osi obrotu nastpnego talerza lub do wylotu urzdzenia. Operacja zostaje powtórzona tyle razy, ile jest talerzy w wirniku. Oddzielony materiał wicy zostaje odprowadzony do instalacji odpylajcej w górnej czci regeneratora Rys.3. Schemat regeneratora talerzowego RTL-10. Regeneracja pneumatyczna urzdzenia do regeneratcji pneumatycznej charakteryzuj si stosunkowo prost budow i łatwoci wbudowania do istniejcych budynków. Pomimo koniecznoci instalowania rozbudowanego systemu odpylania (w porównaniu do regeneratorów wibracyjnych czy wirnikowych) i wikszego kosztu regeneracji nadal znajduj zastosowanie. W zalenoci od inwencji producenta, istnieje wiele konstrukcji regeneratorów pneumatycznych. Jednym z przykładów moe by system regeneracji pneumatycznej TURBO-DRY firmy Künkel Wagner [5] przedstawiony na rys.4.- przeznaczony głównie do regeneracji mas bentonitowych o duej zawartoci gliny i oolitycznych ziarnach. Polega on na przejciu zuytej masy przez kaskad pionowych dysz przedmuchiwanych powietrzem o temperaturze 300oC. Pierwszy etap ocierania nastpuje w pierwszej kaskadzie. Ziarna masy wraz z powietrzem uderzaj w stoek zamontowany na górze pierwszej kaskady (drugi etap ocierania). Ziarna opadaj w strumieniu powietrza, który wychwytuje zanieczyszczenia i czsteczki spoiwa i transportuje je do instalacji odcigowej. W procesie tym istnieje moliwo odzyskania bentonitu i pyłu wglowego. Powietrze po przejciu przez odpylacz suchy jest zawracane i podgrzewane. Po przejciu materiału przez pierwsz kaskad materiał przechodzi przez dalszych 6 kaskad, gdzie 74 Nowa Sól r.

5 URZDZENIA REALIZUJCE PROCES REGENERACJI MAS FORMIERSKICH przedmuchiwany jest ju zimnym powietrzem. Regenerat transportowany jest pneumatycznie z ostatniej kaskady do zbiorników filtr podgrzewacz powietrza filtr I etap procesu II etap procesu substancje aktywne ZBIORN IK MASY ZU YTE kaskada nr 1 kaskada nr 2 sito REGENERAT Rys.4. System regeneracji pneumatycznej TURBO-DRY firmy Künkel-Wagner. Regeneracja termiczna. Regeneracja cieplna (termiczna) - przykładem urzdzenia do regeneracji termicznej moe by regenerator fluidyzacyjny wyprodukowany przez firm IMF (Włochy), w którym wstpnie przygotowana zuyta masa przechodzi przez ognioodporny cylinder, do którego doprowadzone s z boku na odpowiedniej wysokoci dysze z mieszank powietrzno-gazow. Rys.5. Stanowisko regeneracji termiczno-gazowej firmy IMF. 75

6 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze Mieszanka ta wytwarza w komorze temperatur spalania około 700 o C. Doprowadzone od dołu powietrze tworzy w dolnej czci pieca dwa złoa fluidalne. Po fluidyzacji regenerat transportowany jest do chłodziarki i rozprowadzany transportem pneumatycznym. rys.5. Na rys.6 przedstawiono schemat polskiego rozwizania regeneratora termicznego RTP-4. Regenerator jest urzdzeniem wysoce materiało i energo oszczdnym, o niskim stopniu fluidyzacji złoa. Rys.6. Regenerator termiczny RTP-4. W literaturze opisane jest równie urzdzenie do regeneracji termicznej włoskiej firmy IMF [3], w którym ródłem ciepła s promienie podczerwieni.. Składa si on z dwóch złó fluidalnych o odmiennym od istniejcych obecnie sposobie fluidyzacji. W rodkowej czci regeneratora zainstalowane s emitery promieni podczerwieni. Przechodzcy przez nie prd wytwarza w czasie mniejszym ni 1 sekunda temperatur 2200 o C. Promieniowanie podczerwone przechodzi z emiterów do masy podgrzewajc j. Regeneracja mokra. Regeneracja mokra ze wzgldu na due koszty utylizacji szlamów i eksploatacji,wród producentów urzdze do regeneracji zauwaa si małe zainteresowanie urzdzeniami tego typu. W kraju regeneracja mokra pracuje w Odlewni eliwa w remie [6]. Aktualnie zakład jest w trakcie modernizacji procesu regeneracji polegajcej na zmianie technologii regeneracji z mokrej na such mechaniczn 76 Nowa Sól r.

7 Regeneracja kombinowana. URZDZENIA REALIZUJCE PROCES REGENERACJI MAS FORMIERSKICH Regeneracja kombinowana (wielostopniowa) - przykładem urzdze wykorzystywanych w regeneracji wielostopniowej (rys 7) jest stanowisko firmy KGT Giessereitechnik GmbH [4], bdce połczeniem regeneracji mechanicznej i termicznej. W pierwszym etapie oddziela si mechanicznie aktywne lepiszcze, a w drugim etapie wypala si spoiwo organiczne w złou fluidalnym. Trzeci etap regeneracji równie mechanicznej umoliwia kocowe oczyszczenie ziarn Na stanowisku regeneracji wielostopniowej [3] firmy Fataluminium wykorzystywane s dwa rodzaje urzdze do regeneracji. Po wstpnej obróbce mechanicznej, nastpuje regeneracja pneumatyczna i termiczna w złou fluidalnym w regeneratorze HOT-REG. Pierwszy stopie pneumatycznej regeneracji ma za zadanie czciowe starcie otoczki materiału wicego z powierzchni ziarn i odpylenie materiału. Drugi stopie regeneracji jest realizowany w regeneratorze Hot-Reg, w którym składniki organiczne spoiwa spalaj si w złou fluidalnym, nagrzanym do temperatury o C, w którym nastpuje usunicie wilgotnoci higroskopijnej oraz całkowita dezaktywacja bentonitu i wypalenie spoiwa organicznego. Powtórna regeneracja pneumatyczna polega na cieraniu i usuwaniu z powierzchni ziarn osnowy produktów spalania spoiwa organicznego oraz nieaktywnego lepiszcza. Ciekawym połczeniem regeneracji mechanicznej i pneumatycznej jest urzdzenie fluidalne POHL`A. Poprzez dopływ powietrza od dołu urzdzenia, wsypywanie masy od góry i poziomy ruch prtów wokół osi pionowej nastpuje intensywne ocieranie ziarn masy. Resztki spoiwa i zanieczyszcze s usuwane z masy wraz z przedmuchujcym j powietrzem [7]. Przykładem komasowania urzdze regenerujacych w monobloki jest system COMPACT firmy CEC Sand Lion [8] obejmujcy wybijanie masy, jej regeneracj z równoczesn obróbk ciepln odlewów aluminiowych (rys.8.). Odlewy z linii zalewania transportowane s do urzdzenia CEC, gdzie na skutek wysokiej temperatury i cinienia nastpuje wypalanie spoiwa i wybicie masy (wydmuchanie) do zbiornika zamontowanego pod urzdzeniem, skd transportowana jest ona pneumatycznie do zbiorników. Równoczenie odlewy poddawane s obróbce cieplnej. Po opuszczeniu urzdzenia odlewy s gotowe do czyszczenia i transportu. 77

8 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze masa masa zuyta zuyta regenerator Regenerator termiczny dla mas ze spoiwem organicznym regeneracja 3 stopniowa mechaniczno-termiczna-mechaniczna dla mas bentonitowych i mieszanek mas z rónych technologii regenerator mechaniczny dla mas bentonitowych i mieszanek mas z rónych technologii formiernia rdzeniarnia Rys.7. Stanowisko regeneracji mechaniczno-termicznej firmy KGT. 78 Nowa Sól r.

9 URZDZENIA REALIZUJCE PROCES REGENERACJI MAS FORMIERSKICH regenerator CEC termiczno-cinieniowy odprowadzenie gazowych produktów spalania odlewy oczyszczone, bez masy, po obróbce termicznej Czysty piasek kwarcowy lub cyrkonowy, straty praenia od 1,0 do 1,6 % gwarantujce stabilno wielocyklicznego procesu. Straty piasku od 3 do 6%. piasek do klasyfikatora Rys.8. System COMPACT łczcy regeneracj masy z obróbka ciepln odlewów aluminiowych firmy CEC Sand Lion. 3. Tendencje rozwoju urzdze do regeneracji. Wród podstawowych sposobów regenerowania osnowy mas nadal najtaszym, ze wzgldu na najnisze nakłady inwestycyjne - w stosunku do piasku wieego pozostaje regenerat z regeneracji mechanicznej, a najdroszym regenerat pochodzcy z regeneracji termicznej czy mokrej. Dlatego istnieje tendencja do stosowania rónych kombinacji metod regeneracji suchej przy ograniczaniu metod termicznych i mokrej. W regeneracji suchej aktualnie stosowanymi urzdzeniami wspomagajcymi usuwanie spoiwa z powierzchni ziarn s kraty wibracyjne (rys.9)[2], kruszarki wibracyjne, urzdzenia ocierajce w wielostopniowych regeneratorach odrodkowych, talerzowych, wirnikowych oraz spełniajce t rol złoa fluidyzacyjne. Nowym urzdzeniom stawiane s wymagania prostoty konstrukcji i obsługi, małych gabarytów, niezawodnoci działania, niskich kosztów eksploatacji i hermetyzacji procesu Powstawanie nowych technologii regeneracji wykorzystujcych do oczyszczania ziarn par wodn, promieniowanie podczerwone, gorcy gaz, powietrze wzbogacone w tlen, plazmowe ródło ciepła, chłodzenie masy poniej temperatury zamarzania itp. Pociga za sob projektowanie nowych urzdze do regeneracji. 79

10 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze Godna odnotowania jest rozwijajca si za granic tendencja budowania centralnych stacji regeneracji i przewonych systemów modułowych komasujcych w monobloki kilka rónych urzdze do regeneracji. Powstaj one w krajach, gdzie reim ochrony rodowiska uniemoliwia wywoenie mas zuytych na wysypiska. Rys. 9. Krata wibracyjna firmy Klein łczca wybijanie odlewów ze wstpnym przygotowaniem masy do regeneracji. Dziki coraz lepszym moliwociom urzdze oczyszczajcych masy zuyte, powiksza si zakres wykorzystywania regeneratów, nie tylko w przemyle odlewniczym do wykonywania mas formierskich i rdzeniowych, ale równie w przemyle budowlanym i do rekultywacji terenów rekreacyjnych. 4. Literatura. 1. Olszowski T. Koszty regeneracji piasku - Przegld Odlewnictwa 1994 nr 5, s Küttner - Sympozjum pt. Odlewnicze technologie jutra.- Materiały Konferencyjne Instytut Odlewnictwa - Kraków MCCombe C.: - New Horizons in Sand Reclamation, Part 1, The Foundryman, February 1995 s Maniowski Z. i inni - Regeneracja piasków z zuytych mas formierskich i rdzeniowych Wydawnictwo IO -GIFA Midzynarodowe Targi Odlewnicze, Düsseldorf 5. Reklamówka firmy Kunkel Wagner. Sand Reclamatiom Plants 6. Bilewski W. - Kierunki postpu technicznego w Odlewni eliwa w remie - Przegld Odlewnictwa 1988, nr 5, s Tordoff W.L. i inni :. Referat nr 49. Ciatf Technical Forum 99 s Gartner-Kaufmann - GIFA 94: Anlagen zur Regenerierung von MCCombe C.: - The New Horizons in Reclamation - Part 2 - The Foundryman, March Nowa Sól r.