DOBÓR PARAMETRÓW NADMUCHIWANIA ORAZ UTWARDZANIA RDZENI W TECHNOLOGII COLD-BOX

Transkrypt

1 DOBÓR PRMETRÓW NDMUCHIWNI ORZ UTWRDZNI RDZENI W TECHNOLOGII COLD-BOX J. DŃKO Wydział Odlewnictwa GH, ul. Reymonta 3, Kraków STRESZCZENIE W artykule rzedstawiono odstawy rawidłowego doboru arametrów nadmuchiwania i utwardzania rdzeni. Wśród czynników wywierających wływ na arametry orzyrządowania do nadmuchiwania i utwardzania rozważono ciśnienie gazowego utwardzacza oraz stonia odowietrzenia rdzennicy dla trzech głównych systemów cold-box obejmujących rocesy: enolowy z utwardzaczem związkami aminy (shland), akrylowo-eoksydowy SO, z silnie alkaliczną żywicą enolową utwardzaną estrami (MF). Key words: modern core technologies, cold -box rocesses, core machines arameters. WSTĘP naliza światowych tendencji w zakresie wytwarzania rdzeni odlewniczych wskazuje na gwałtowny rozwój technologii cold-box. Rdzenie wykonane w tej technologii charakteryzują się bardzo dobrą wybijalnością i odatnością, wysoką wytrzymałością oraz większą dokładnością wymiarową, wynikającą z braku cyklicznego nagrzewania i studzenia rdzennicy. Technologia ta umożliwia także: zmniejszenie kosztów rodukcji rdzeni, szybką wymianę rdzennic, znaczący wzrost wydajności oraz istotne zmniejszenie zużycia energii. Do ujemnych cech niektórych odmian tego rocesu należą: wysoka cena soiw i utwardzaczy, wrażliwość na obecność wilgoci oraz toksyczność niektórych składników masy. Główne odmiany Pro. dr hab. inż., jd@uci.agh.edu.l

2 technologii cold-box to: enolowy roces shland, shland - lus, Betaset, Novanol, Socor, SO, FRC, Rutaox, eoksydowy roces SO, Red-set, Syncor, Polcor i inne [, 4-6]. Wymagania stawiane rzez tyowe technologie cod-box realizacji gazowego utwardzania masy rdzeniowej dotyczą [3, 7]: unktowego dorowadzenia gazu, najczęściej rzez te same otwory, rzez które do rdzennicy jest nadmuchiwana masa, takiego usytuowania otworów odowietrzających w rdzennicy aby warstw masy, rzez które iltrują strumienie gazu miały orównywalne grubości, łatwego rzedmuchiwania utwardzonych rdzeni owietrzem w celu usunięcia z nich gazowego utwardzacza, odciąganego do systemu neutralizacji.. POWIERZCHNI I ŚREDNIC OTWORÓW DMUCHOWYCH Obliczenie owierzchni otworów dmuchowych obejmuje: a) określenie owierzchni, a w rzyadku ojedynczego otworu dmuchowego jego średnicy (d ) [, 3, 7] mrdz Vrdz st 4 Vrdz st d () q q q w którym wielkość nazwana wsółczynnikiem jednostkowego wyływu q [kg/cm s] jest wyrażona wzorem q m rdz. ; () gdzie: m rdz - masa rdzenia [ kg], - czas ełniania rdzennicy masą [s], - sumaryczna owierzchnia otworów dorowadzających masę do rdzennicy [cm ], V rdz - objętość rdzenia [cm 3 ], st - gęstość masy rdzeniowej w róbce walcowej rzy trzykrotnym ubiciu standardowym ubijakiem [g/cm 3 ], - czas ełniania rdzennicy [s]. W zależności od wielkości i stonia skomlikowania można odać nastęujące gruy wielkości q, do obliczania arametrów głowicy dmuchowej dla rdzeni wykonywanych z masy zawierającej dwuskładnikową żywicę enolową utwardzaną związkami aminy, odawanymi w ostaci gazowej [3]: Rdzenie masywne roste: q =.0 kg/cm s. Odowiada to wymaganej owierzchni otworu dmuchowego wynoszącej 5 cm / kg rdzenia,

3 Rdzenie masywne, mające rzewężenia i zasilane rzez kilka otworów dmuchowych: q =,0 kg/ cm s (,0 cm / kg rdzenia), Rdzenie o średniej masywności, którym stawia się wymagania dokładnego odwzorowania owierzchni: q = 5 kg/cm s ( cm /kg rdzenia), Rdzenie skomlikowane, cienkościenne: q = kg/cm s (5 cm /kg rdzenia), W rzyadku rdzeni bardzo skomlikowanych cienkościennych, odtwarzających na rzykład systemy chłodzenia wodnego w silnikach salinowych: q = 43 kg/cm s (7 cm /kg rdzenia). b) określenie liczby ojedynczych dysz dmuchowych (strzałowych), a jednocześnie liczby unktów, rzez które będzie dorowadzany do rdzennicy gazowy czynnik utwardzający: n = ot (3) gdzie: - wartość obliczona ze wzoru (), ot - otymalna dla danej masy rdzeniowej owierzchnia ojedynczego otworu dmuchowego. W raktyce stosuje się dysze dmuchowe o rzekroju kołowym i średnicach wewnętrznych mieszczących się w rzedziale od 6 do 38 mm. Są one najczęściej wykonane ze stali w ostaci dysz stożkowych. Dysze mogą być również odlane z uretanu lub nylonu i wkręcane do łyty dmuchowej stałej lub ruchomej. Rdzenie cienkościenne są nadmuchiwane rzez szczelinowe otwory dmuchowe, których jeden z wymiarów (grubość) jest dobierana w zależności od grubości S ścianki rdzenia (d = 8 S), natomiast drugi wymiar wynika z niezbędnej wielkości owierzchni otworu dorowadzającego masę, określonej wzorem (). 3. DOBÓR WRUNKÓW PRZEDMUCHIWNI MSY W RDZENNICY GZOWYMI CZYNNIKMI UTWRDZJĄCYMI Dobór instalacji rzedmuchiwania masy w rdzennicy srowadza się do określenia owierzchni rzewodu rurowego dorowadzającego czynnik gazowy, a także ciśnienia w kolektorze wlotowym do rdzennicy. Od wymienionych wielkości zależy ciśnienie gazowego utwardzacza wewnątrz rdzennicy, które dla danej technologii zimnej rdzennicy jest ustalane doświadczalnie [5, 7, 8]. Do obliczeń służy wzór bgaz S cgaz od, 38 60; shland rocesso methylormiat (4) 38 3

4 Wartości wsółczynnika, zostały określone na odstawie obliczeń symulacyjnych wartości ciśnienia granicznego w rdzennicy [], rzy znanych ozostałych arametrach rocesu rzegazowywania. W najczęściej stosowanych odmianach technologii cold-box, zalecane wartości takich wielkości jak: stoień odowietrzenia S od, średnie ciśnienie rzegazowywania masy w rdzennicy b gaz, wartość ciśnienia c gaz, wynoszą odowiednio S od cgaz 7 shland M Pa.; 3M Pa roces. SO methylormiat 5M Pa 37, 5 34M Pa bgaz 0, ( ) 5M Pa 0, ( 3) 5M Pa (5) 4. ŚREDNICE PRZEWODÓW UTWRDZCZ GZOWEGO Na rysunku rzedstawiono zalecane wartości rzekroju kolektora wlotowego, dorowadzającego do rdzennicy gazowy utwardzacz w zależności od odmiany technologii cold-box, usytuowania łaszczyzny odziału rdzenia i stonia jego skomlikowania. Zgromadzone do tej ory dane emiryczne, dotyczące rzekrojów rzewodów instalacji do utwardzania rdzeni czynnikami gazowymi można nastęująco scharakteryzować dla oszczególnych odmian zimnej rdzennicy - 3, 5]: 4.. Rdzenie z żywicą enolową utwardzane za omocą rzedmuchiwania związkami aminy Rdzenie o masie ok. 5 do 6,8 kilograma wymagają dorowadzania aminy rzewodem o średnicy równej 5,4 mm ( cal). Rdzenie o masie od 6,8 do 3 kg - rzewodem o średnicy ok. 3mm (,5 cala), a dla rdzeni od 3 do ok. 45,5 kg zalecana średnica wynosi 38 mm (,5 cala). 4.. Rdzenie z żywicą akrylowo-eoksydową utwardzane za omocą rzedmuchiwania (SO ) Zalecana średnica rzewodu dostarczającego SO do utwardzania rdzeni o masie od. 5 do 45,5 kg wynosi 5 mm ( cale). Rdzenie mieszczące się w rzedziale masy od. 45,5 do 9 kg utwardza się SO odawanym rzewodem o średnicy 70 mm (,75 cala), a onad 9 kg o średnicy równej ok. 90 mm (3,5 cala). 4

5 S [cm] Powierzchnia kolektora wlotowego rdzennicy 3 0 Utwardzacz Związki aminy SO Mrówczan met. Poz. skoml. Poz. rosty Pion. skoml. Pion. rosty S od. Ciśnienie MPa,58,63,63,63 7 5,85,63,9, ,85,63,9, Rys.. Zalecane wartości rzekroju kolektora wlotowego, dorowadzającego do rdzennicy gazowy utwardzacz w tyowych odmianach technologii zimnej rdzennicy (orac. na odstawie danych Hortona i in. [5]). Fig.. Recommended cross section area o core box collector inlet conducting the gaseous hardener or tyical cold-box technologies (elaborated according to data given by Horton et al [5]) Rdzenie z zasadową żywicą enolową utwardzane mrówczanem metylu (roces eset lub MF) W rzedziale od. 5 do,3 kg średnica rzewodu gazowego wynosi od 9,5 do 9 mm ( cala). Dla rdzeni od.,3 do 45,5 kg średnica rzewodu wynosi od 3 do 38 mm (,5 do,5 cala). Rdzenie o masie onad 45,5 kg wymagają rzewodu gazowego o średnicy od 38 do 5 mm (,5 do cali). 5. PODSUMOWNIE W nowoczesnych metodach cold-box, analogicznie jak w klasycznych metodach nadmuchiwania i wstrzeliwania rdzeni riorytetową czynnością technologiczną jest otymalne ełnienie wnęki rdzennicy i rawidłowy rozkład gęstości ozornej masy. Sełnienie wymagań związanych z utwardzeniem masy w rdzennicy za omocą rzedmuchiwania czynnikami gazowymi wymaga określonego wydatku gazu, uzyskanego rzez dobór rzewodu o odowiedniej owierzchni rzekroju, a także uzyskanie właściwego stonia odowietrzenia (or. wzór (5) oraz otymalnego dla danej technologii ciśnienia gazu w rdzennicy. Należy amiętać, że rzy tej samej wartości stonia odowietrzenia można uzyskać znaczne zróżnicowanie ełniania rdzennicy, w zależności od kształtu jej wnęki, zastosowanego stonia odowietrzenia rdzennicy i wartości arametrów rocesu dmuchowego. 5

6 W orównaniu z klasycznym rocesem dmuchowym (nadmuchiwanie, wstrzeliwanie), w którym masa jest utwardzana za omocą dostarczonego cieła (n. suszenie lub technologia hot-box), w metodach zimnej rdzennicy większa liczba otworów dmuchowych ułatwia ełnienie skomlikowanych rdzennic, a także ułatwia utwardzenie masy. CHOOSING OF PRMETERS VLUE FOR CORE BLOWING ND HRDENING PROCESSES IN COLD-BOX TECHOLOGY SUMMRY This aer resents background or roer choosing o core blowing and hardening arameters. mong actors which aect the erormance o the blowing and curing arrangement the ressure o gasing agent and venting ratio is considered or three dominating cold box systems: shland amine cured henolic rocess, acryliceoxy SO cured and ester cured - strongly based henolic resin (methylormiate). LITERTUR. Dańko J.: Proces wykonywania rdzeni i orm odlewniczych metodami dmuchowymi. Badania i teoria. Zeszyty Naukowe GH Metalurgia i Odlewnictwo nr 45, Kraków 99.. Dańko J., Dobosz S.:,.Zasady doboru arametrów rocesu dmuchowego i orzyrządowania do wykonywania rdzeni metodami zimnej rdzennicy. XX Konerencja Naukowa Wydziału Odlewnictwa GH, 8-9 czerwiec, Kraków 995, s Dańko J., Karwacki J.: The arameters o blowing and hardening rocess during manuacture o cores by main cold-box technologies. 3rd. International Conerence Economics and Ecology o Foundry Production 96 Nitra (Słowacja), V. 996, s Ellinghaus W., Löhte K.: Wytwarzanie rdzeni z zastosowaniem enolowego rocesu CO (roces Resol/CO ), Przegląd Odlewnictwa nr, 996, s Horton K. B.,Wade T., C: Cold box design. International GIF Congress 94, s Lewandowski J. L.: Masy ormierskie i rdzeniowe. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa Poov.: Wytwarzanie rdzeni metodą cold-box - doświadczenia irmy Laeme. Przegląd Odlewnictwa nr, 994, s Torbus M., Lauer H. J.: Proces cold-box - nowa, ekonomiczna metoda dla olskiego rzemysłu odlewniczego. Przegląd Odlewnictwa 99, nr 6, s Badania częściowo zrealizowano w ramach racy statutowej nr.gh