STAN POWIERZCHNI ZIARN OSNOWY PO REGENERACJI KOMBINOWANEJ CIEPLNO-MECHANICZNEJ

Transkrypt

1 23/13 Archives of Foundry, Year 2004, Volume 4, 13 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2004, Rocznik 4, Nr 13 PAN Katowice PL ISSN STAN POWIERZCHNI ZIARN OSNOWY PO REGENERACJI KOMBINOWANEJ CIEPLNO-MECHANICZNEJ M. ŁUCARZ 1 Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Odlewnictwa, Katedra Maszyn i Urządzeń Odlewniczych, Kraków, ul. Reymonta 23 STRESZCZENIE W wyniku przeprowadzonych badań regeneracji kombinowanej (termiczno-mechanicznej) stwierdzono, że powstałe produkty ścierania z zakumulowanych zanieczyszczeń i resztki produktów spalania, mimo stosowanej klasyfikacji pneumatycznej, nie ulegają całkowitemu oddzieleniu od powierzchni ziarn. Gromadząc się w zagłębieniach powierzchni ziarn wpływają na jakość otrzymywanego regeneratu stosownie do swojego charakteru. Artykuł prezentuje wyniki badań stanu powierzchni ziarn osnowy po regeneracji kombinowanej uzupełnionej zabiegiem wymywania drobnych cząstek w środowisku wodnym. Key words: used sand, thermal reclamation, mechanical reclamation, sand testing. 1. WPROWADZENIE Powstające na powierzchni ziarn zanieczyszczenia po regeneracji termicznej, składające się ze składników niepalnych, można usunąć metodą suchej regeneracji mechanicznej i klasyfikacji pneumatycznej. O efektach zabiegów ścierania decy dują parametry ruchowe regeneratora mechanicznego, które powinny zapewnić odpowiednie oddziaływania oczyszczające powierzchnię ziarn, ale bez nadmiernego niszczenia samej osnowy. Nieregularna budowa powierzchni naturalnych piasków odlewniczych tworzy trudne warunki oczyszczania. Procesy ścierania i ocierania regeneracji mechanicznej suchej tworzą dobre warunki oczyszczania głównie wypukłych części powierzchni ziarn, powodując jednocześnie gromadzenie produktów ścierania w zagłębieniach oraz nierównościach powierzchni. 1 Dr inż., eumar@agh.edu.pl

2 152 Stosowanie klasyfikacji pneumatycznej powinno stworzyć warunki do oddzielenia produktów ścierania od powierzchni osnowy ziarnowej. Jednak ze względu na bardzo silne przyleganie zanieczyszczeń do osnowy zabieg ten nie zawsze jest w pełni skuteczny, a ich chemiczny charakter ma istotne znaczenie na właściwości wytrzymałościowe masy sporządzanej na bazie regeneratu, co wykazano w pracach [1 3]. Badania przedstawione w publikacjach [1-3] wskazują na bardzo silne przyleganie zanieczyszczeń do powierzchni ziarn. Intrygujące jest szczególnie to, że klasyfikacja pneumatyczna nie usuwa drobnych cząstek powstałych w wyniku ścierania. Dlatego zabieg regeneracji kombinowanej termiczno-mechanicznej postanowiono uzupełnić zabiegiem obmywania w środowisku wodnym w celu określenia ilości masy cząstek, których klasyfikacja pneumatyczna nie oddzieliła od ziarn. Jednocześnie przeprowadzono obserwację powierzchni ziarn po poszczególnych etapach zabiegu regeneracji za pomocą mikroskopu optycznego i skaningowego. 2. ANALIZA WYNIKÓW Przeprowadzono badania wielocyklicznej regeneracji termicznej masy o następującym składzie: cz. w. piasku z kopalni Jaworzno Szczakowa, - 1,5 cz. w. żywicy (żywica mocznikowa modyfikowana alkoholem furfurylowym), - 0,3 cz. w. utwardzacza (wodny roztwór kwasu siarkowego w połączeniu z mocznikiem i inhibitatorami), - 0,1% każdego z tlenków metali: CuO, PbO, ZnO, CdO, dodawanych w stosunku do ilości żywicy. Na rysunku 1 przedstawiono zdjęcia ziarn, wykonane za pomocą mikroskopu optycznego, świeżej osnowy kwarcowej na bazie której sporządzono masę rdzeniową. Obserwowane ziarna charakteryzują się czystą powierzchnią, pozbawioną jakichkolwiek osadów na powierzchni. Na rysunku 2 przedstawiono stan powierzchni ziarn osnowy po 9 cyklach regeneracji termicznej. Porównując rysunki 1 i 2 wyraźnie zauważalne są nagromadzone zanieczyszczenia w nierównościach powierzchni. Należy zaznaczyć, że czas regeneracji termicznej był tak dobrany, że straty prażenia badanej masy były na poziomie strat prażenia świeżego piasku. Zdjęcia skaningowe tego samego materiału również potwierdzają gromadzenie się zanieczyszczeń w postaci bardzo drobnych cząstek skupionych wokół ziarn osnowy (rys. 3). Wobec stwierdzonych zanieczyszczeń postanowiono poddać otrzymany regenerat zabiegowi obmywania w środowisku wodnym, analogicznie do metody odmywania lepiszcza. Przyjęto założenie, że obmywanie jako forma regeneracji mokrej powinna usunąć luźne cząstki z całej objętości masy. Na rysunkach 4 i 5 przedstawiono osnowę ziarnową po 9 krotnym obiegu w cyklu technologicznym z wykorzys taniem regeneracji termicznej i dodatkowym zabiegu obmywania.

3 153 Rys. 1. Fig. 1. Zdjęcia z mikroskopu optycznego piasku wyjściowego (Jaworzno Szczakowa) (lewe pow. 40x, prawe pow.80x). Microscopic pictures of fresh sand morphology from Jaworzno-Szczakowa mine (on left magnif. 40x, on right magnif. 80x). Rys. 2. Fig. 2. Zdjęcia z mikroskopu optycznego ziarn piasku kwarcowego po 9 cyklach regeneracji termicznej (lewe pow. 40x, prawe pow. 80x). Microscopic pictures of sand basis after being subjected to 9 thermal reclamation cycles (on left magnif. 40x, on right magnif. 80x). Rys. 3. Fig. 3. Zdjęcia z mikroskopu skaningowego ziarn piasku po 9 cyklach regeneracji termicznej (lewe pow. 150x, prawe pow. 500x). Scanning pictures of sand basis after being subjected to 9 thermal reclamation cycles (on left magnif. 150x, on right magnif. 500x).

4 154 Zaprezentowane zdjęcia (rys. 4 i 5) jednoznacznie wskazują o nie całkowitym oczyszczeniu osnowy ziarnowej. Zabieg wymywania nie usunął zanieczyszczeń zakumulowanych w nierównościach powierzchni ziarn. W wyniku zabiegu obmywania stwierdzono ubytek masy próbki na poziomie 0,12%. Jeżeli wartość tę porówna się z ilością dodanego spoiwa do składu masy, a jednocześnie uwzględni się, że żywica ulega spaleniu to otrzymany wynik sugeruje znaczną ilość substancji niepalnych w składzie regeneratu. Obecność tych związków bezpośrednio wpływa na zmniejszenie wytrzymałość na zginanie rdzeni wykonanych na bazie regeneratu, co przedstawiono we wcześniejszych publikacjach [1 3]. Rys. 4. Fig. 4. Zdjęcia z mikroskopu optycznego ziarn piasku kwarcowego po 9 cyklach regeneracji termicznej i dodatkowym zabiegu obmywania (lewe pow. 40x, prawe pow. 80x) Microscopic pictures of sands morphology after being subjected to 9 thermal reclamation cycles and supplementary washing out procedure (on left magnif. 40x, on right magnif. 80x). Rys. 5. Fig. 5. Zdjęcia z mikroskopu skaningowego ziarn piasku po 9 cyklach regeneracji termicznej i dodatkowym zabiegu obmywania (lewe pow. 150x, prawe pow. 500x). Scanning pictures of sands morphology after being subjected to 9 thermal reclamation cycles and supplementary washing out procedure (on left magnif. 40x, on right magnif. 80x).

5 155 Zastosowanie dodatkowego zabiegu regeneracji mechanicznej w urządzeniu odśrodkowym o określonej skuteczności okazuje się być również niewystarczające do pełnego oczyszczenia osnowy ziarnowej z nagromadzonych zanieczyszczeń. Na rysunku 6 widoczne są skupiska zanieczyszczeń ulokowane w nierównościach powierzchni. Zastosowana regeneracja mechaniczna nie powoduje intensywnego ścierania, w związku z czym nie usuwa również nagromadzonych produktów spalania z zagłębień powierzchni ziarn, gdzie mechaniczne oddziaływanie jest ograniczone. Na rysunku 7 widoczne są zanieczyszczenia w postaci drobin na powierzchni ziarn, których nie usunęła zastosowana klasyfikacja pneumatyczna. Rys. 6. Fig. 6. Zdjęcia z mikroskopu optycznego ziarn piasku kwarcowego po 9 cyklach regeneracji termicznej i dodatkowej mechanicznej (lewe pow. 40x, prawe pow. 80x) Microscopic pictures of sands morphology after being subjected to 9 thermal reclamation cycles and supplementary mechanical treatment (on left magnif. 40x, on right magnif. 80x). Rys. 7. Fig. 7. Zdjęcia z mikroskopu skaningowego ziarn piasku po 9 cyklach regeneracji termicznej i dodatkowej mechanicznej (lewe pow. 150x, prawe pow. 500x). Scanning pictures of sands morphology after being subjected to 9 thermal reclamation cycles and supplementary mechanical treatment (on left magnif. 40x, on right magnif. 80x).

6 156 Analogicznie jak dla poprzedniego materiału regenerat po 9 cyklach regeneracji termicznej i dodatkowej regeneracji mechanicznej poddano zabiegowi obmywania. Również i w tym przypadku ubytek masy kształtował się na poziomie 0,12%, pomimo że wcześniej osnowa była dodatkowo poddana mechanicznemu ścieraniu. Uzyskany taki sam wynik jak dla pierwszej próby wynika prawdopodobnie z faktu, że po regeneracji mechanicznej osnowa była poddana klasyfikacji pneumatycznej. Produkty ścierania zostały oddzielone, co skutkowało zwiększeniem się wytrzymałości masy sporządzonej na bazie obrobionego termicznie i mechanicznie regeneratu [1 3]. Na rysunku 8 widać jednak, że zanieczyszczenia również nie zostały w całości usunięte. Rys. 8. Fig. 8. Zdjęcia z mikroskopu optycznego ziarn piasku kwarcowego po 9 cyklach regeneracji termicznej i dodatkowej regeneracji mechanicznej oraz uzupełniającym zabiegu obmywania (lewe pow. 40x, prawe pow. 80x) Microscopic pictures of sands morphology after being subjected to 9 thermal reclamation cycles and supplementary mechanical treatment and washing out procedure (on left magnif. 40x, on right magnif. 80x). Natomiast na rysunku 9 przedstawiającym osnowę po uzupełniającym zabiegu obmywania, można zaobserwować czystą powierzchnię ziarna, pozbawioną drobnych cząstek (por. rys. 7). 3. PODSUMOWANIE W wyniku przeprowadzonych badań można stwierdzić, że proces regeneracji mechanicznej jako zabieg uzupełniający po regeneracji termicznej w analizowanym przypadku był skuteczny w odniesieniu do wytrzymałości masy sporządzanej na osnowie regeneratu. W przypadku użycia innych spoiw [4], intensywność regeneracji mechanicznej była niewystarczająca. Dlatego wydaje się słuszne określenie dopuszczalnej granicy mechanicznego oddziaływania ściernego i udarowego, które będzie skuteczne niezależnie od zastosowanej żywicy, dla danej osnowy ziarnowej. Aktualnie realizowane są badania, których celem jest stwierdzenie progowej intensywności mechanicznego oddziaływania na osnowę, przy jednoczesnym zapewnieniu dużego uzysku, co jest istotne z punktu widzenia ochrony środowiska.

7 157 Rys. 9. Fig. 9. Zdjęcia z mikroskopu skaningowego ziarn piasku po 9 cyklach regeneracji termicznej i dodatkowej regeneracji mechanicznej oraz uzupełniającym zabiegu obmywania (lewe pow. 150x, prawe pow. 500x). Scanning pictures of sands morphology after being subjected to 9 thermal reclamation cycles and supplementary mechanical treatment and washing out procedure (on left magnif. 150x, on right magnif. 500x). LITERATURA [1] M. Łucarz: Analiza kumulowania się zanieczyszczeń na ziarnach osnowy w zależności od zastosowanej obróbki regeneracyjnej. Acta Metallurgica Slovaca, Ročnik 8, tom 1, 2002, s [2] M. Łucarz, J. Dańko, R. Dańko: Wpływ zanieczyszczeń nieorganicznych na właściwości masy sporządzonej na osnowie regeneratu. Acta Metallurgica Slovaca, Ročnik 8, tom 1, 2002, s [3] M. Łucarz, B. Grabowska, M. Holtzer: Badania modelowe wymywania metali ciężkich z regeneratów uzyskanych metodą termiczną. Acta Metallurgica Slovaca, Ročnik 8, tom 1, 2002, s [4] M. Łucarz: Analiza jakości mas z żywicami oraz osnową poddaną wielocyklicznej regeneracji cieplnej. Archiwum Odlewnictwa, Rocznik 4, Nr 11, 2004, s SUMMARY CONDITION OF SAND GRAINS SURFACE SUBJECTED TO THERMAL-MECHANICAL RECLAMATION TREATMENT In article the research aimed on the of condition of sand grains surface is presented. The used sand was subjected to thermo-mechanical reclamation treatment. The carried out tests has confirmed former author s observation that thermal reclamation combined with supplementary mechanical process joined with pneumatical

8 158 classification were not quite effective to liberate sand grains from their surfacial residuals. The hetter effect was reached by adopting supplementary washing out procedure of reclaimed sand. Acknowledgements This work was carried out under financial support of National Committee for Scientific Research No 7 T08B Recenzent: prof. dr hab. inż. Józef Dańko.