BADANIE ENERGOCHŁONNOŚCI REGENERACJI ZUŻYTYCH MAS FORMIERSKICH. R. DAŃKO 1 Wydział Odlewnictwa AGH, Kraków, ul. Reymonta 23

Transkrypt

1 7/13 Archives of Foundry, Year 24, Volume 4, 13 Archiwum Odlewnictwa, Rok 24, Rocznik 4, Nr 13 PAN Katowice PL ISSN BADANIE ENERGOCHŁONNOŚCI REGENERACJI ZUŻYTYCH MAS FORMIERSKICH R. DAŃKO 1 Wydział Odlewnictwa AGH, 3-59 Kraków, ul. Reymonta 23 STRESZCZENIE Wybór odpowiedniej metody regeneracji zużytej masy formierskiej lub rdzeniowej coraz częściej jest determinowany przez czynniki ekonomiczne [1]. W artykule przedstawiono wyniki prac zmierzających do określenia energiochłonności różnego typu regeneracji wybranych, zużytych mas formierskich. Badania objęły określenie energochłonności regeneracji mechanicznej, termicznej oraz krio - genicznej przeprowadzanych na istniejących stanowiskach doświadczalnych, w powiązaniu z uzyskaniem założonego efektu technologicznego. Zrealizowane badania stanowią jeden z elementów istotnych do określenia energetycznych wskaźników efektywności regeneracji danego typu. Key words: foundry sand reclamation, criogenic reclamation, used foundry sand. 1. CEL BADAŃ Celem badań było kreślenie energochłonności regeneracji masy zużytej oraz efektu tej regeneracji. Badaniu poddano dwa rodzaje mas zużytych: masę ze szkłem wodnym sodowym oraz masę z żywicą furanową FL-15 i kwaśnym utwardzaczem GC,3. W pierwszym przypadku stosowano metody mechaniczne regeneracji prowadzonej zarówno w temperaturze otoczenia jak i kriogenicznej. W drugim przypadku zużytą masę z żywicą furanową regenerowano podobnymi metodami mechanicznymi oraz dodatkowo termicznymi. 1 Mgr inż., rd@agh.edu.pl.

2 Zużycie energii (RM i RK), kwh/kg Zużycie energii (RT), kwh/kg STANOWISKA DOŚWIADCZALNE I METODYKA BADAŃ Próby regeneracji mechanicznej i kriogenicznej przeprowadzono w doświadczalnym stanowisku wykorzystującym głównie efekt ocierania i ścierania otoczki zużytego materiału z ziarna osnowy, a w mniejszym stopniu proces kruszenia [2]. Regenerację termiczną realizowano w doświadczalnym regeneratorze termicznym ze złożem fluidalnym [3]. Do oceny uzyskanego regeneratu z masy zużytej ze szkłem wodnym stosowano określenie zawartości Na 2 O w regeneracie oraz wskaźnik W RK [4]. Regenerat odzyskany z masy zużytej z żywicą oceniano na podstawie strat prażenia. Pomiary mocy i energii wykonywano przy użyciu dwóch watomierzy połączonych w układ Aarona. Stosowano analogowy odczyt wskazań przyrządów z częstotliwością 1/min. W przypadku regeneracji termicznej energię związaną z procesem obliczano na podstawie zużycia gazu zmierzonego podczas trwania procesu, przyjmując wartość energetyczną gazu ziemnego równą 33,7 MJ/m WYNIKI BADAŃ Na rysunku 1 przedstawiono wyniki pomiarów zużycia energii podczas badanych sposobów regeneracji zużytych mas formierskich.,5,4 Masa ze szkłem wodnym, RM Masa ze szkłem wodnym, RK Masa z żywicą, RK Masa z żywicą, RM Masa z żywicą, RT 1,9,8,7,3,6,5,2,4,3,1,2, Czas regeneracji, min Rys. 1. Zużycie energii podczas zabiegów regeneracji zużytych mas ze szkłem wodnym oraz żywicą FL 15. RM -regeneracja mechaniczna, RK-regeneracja kriogeniczna, RT-regeneracja termiczna. Fig. 1. Energy consumption during reclamation of used sand with water glass binder and FL 15 resin RM -mechanical reclamation, RK-criogenic reclamation, RTthermal reclamation. Na podstawie wykresów można zauważyć różnicę w zużyciu energii pomiędzy regeneracją mechaniczną masy zużytej ze szkłem wodnym i masy zużytej z żywicą przy

3 Zawartość Na 2O w regeneracie, % Wskaźnik W RK, % 53 prowadzeniu procesu w tych samych, ustalonych warunkach pracy regeneratora doświadczalnego. Oznacza to, że zużyta masa z żywicą stawia większy opór elementowi regenerującemu regeneratora doświadczalnego, co może być spowodowane jej innym składem ziarnowym oraz większą plastycznością żywicy otaczającej osnowę kwarcową w porównaniu do otoczki ze szkła wodnego Regeneracja masy zużytej ze szkłem wodnym W przypadku regeneracji masy zużytej ze szkłem wodnym badaniu podlegała masa pochodząca z procesu technologicznego jednej z odlewni. Masa ze szkłem wodnym ze względu na charakter nieorganiczny spoiwa nie nadaje się do regeneracji termicznej, dlatego do odzysku osnowy zastosowano regenerację mechaniczną i kriogeniczną. Efekt regeneracji oceniany był poprzez określenie wskaźnika W RK [4], oraz zawartości Na 2 O w regeneracie, który to wskaźnik jest najbardziej wiarygodną metodą oceny stopnia zregenerowania masy ze szkłem wodnym. Wyniki pomiarów tych parametrów przedstawiono na rysunku 2.,18 9,16,14 Zawartośc Na2O, RM Zawartość Na2O, RK Wskażnik Wrk, RM Wskaźnik Wrk, RK 8 7,12 6,1 5,8 4,6 3,4 2, Czas regeneracji, min Rys. 2. Zawartość Na 2 O oraz wskaźnik stopnia uwolnienia osnowy z materiału wiążącego W RK po różnych czasach trwania procesu regeneracji mechanicznej i kriogenicznej. Fig. 2. Na 2 O content and W RK factor after various time of mechanical and criogenic reclamation treatment. Na podstawie danych przedstawionych na rysunkach 1 i 2 sporządzono zestawienie pokazujące zużycie energii potrzebne do zmniejszenia zawartości Na 2 O w regeneracie o 1 % dla zastosowanych sposobów i czasów regeneracji. Analizując rysunek 3 można zauważyć istotną różnicę zużycia energii niezbędnej do uzyskania 1% spadku zawartości Na 2 O w regeneracie przeliczonej na 1 kg regeneratu przy regeneracji mechanicznej i kriogenicznej. Można to wytłumaczyć

4 Wskaźnik zużycia energii, kwh/1%*kg 54 zwiększeniem kruchości szkła wodnego czyli jego lepszej destruktywności w niskich temperaturach. Najbardziej widocznie zjawisko to występuje przy krótkich czasach regeneracji osiągając przy czasach 1 i 3 min wartości omawianego wskaźnika mniejsze nawet o 5%.,7,6,5 Regeneracja mechaniczna Regeneracja kriogeniczna,4,3,2, Czas regeneracji, min Rys. 3. Zużycie energii podczas regeneracji niezbędne do uzyskania 1% spadku zawartości Na 2 O w regeneracie w stosunku do stanu wyjściowego. Fig. 3. Energy consumption value necessary to 1% of Na 2 O content decrease (comparing to used sand) Regeneracji masy zużytej z żywicą FL 15 Regeneracja masy zużytej z żywicą furanową FL-15 i kwaśnym utwardzaczem GS3 miała na celu określenie optymalnych warunków jej odzysku pod kątem energetycznym. Badano regenerowalność masy zużytej z tą żywicą metodami mechanicznymi, kriogenicznymi oraz termicznymi. Efekt regeneracji określano na podstawie wielkości straty prażenia próbki po określonym zabiegu regeneracyjnym. Na rysunku 4 przedstawiono wyniki pomiarów strat prażenia regeneratów po różnych czasach i zabiegach regeneracyjnych. Badania przeprowadzono dla masy zużytej charakteryzującej się najmniej korzystnymi właściwościami pod względem regenerowalności, a więc na masie nieprzepalonej, która w procesie produkcyjnym pochodzić może z uszkodzonych form czy rdzeni. Wartości strat prażenia są zgodne z oczekiwaniami. Najmniej zadowalające efekty uzyskuje się w przypadku regeneracji mechanicznej, nieco lepsze przy zastosowaniu kriogenicznych temperatur, a zdecydowanie najlepsze dla regeneracji termicznej, gdzie po 15 minutach następuje prawie 1% usuniecie (wypalenie) otoczki organicznego materiału wiążącego z ziarna osnowy. Na rysunku 5 przedstawiono zużycie energii potrzebne do zmniejszenia strat prażenia w regeneracie o 1% dla zastosowanych sposobów i czasów regeneracji.

5 55 Zestawienie to bardzo wyraźnie wskazuje na fakt, że regeneracja termiczna jest najbardziej energochłonnym spośród przyjętych sposobem odzysku zużytych mas formierskich i rdzeniowych. Rys. 4. Straty prażenia próbek masy zregenerowanej określonych warunkach i metodach. Fig. 3. Losses of ignition of used sands after reclamation in determined testing conditions. Rys. 5. Zużycie energii podczas regeneracji niezbędne do uzyskania 1% spadku strat prażenia (LOI) w regeneracie w stosunku do stanu wyjściowego. Fig. 5. Energy consumption necessary to decrease of initial LOI value by 1%. 4. PODSUMOWANIE I WNIOSKI Energochłonność określonego sposobu i metody regeneracji jest istotnym, obok efektywności kryterium doboru urządzeń do realizacji tego procesu.

6 56 Przeprowadzone badania wskazują, że różnice występujące w pomiarze tych wielkości są niekiedy zbyt trudne do właściwej interpretacji przy zastosowaniu tradycyjnych metod pomiaru i rejestracji mocy. Wynika stąd potrzeba zastosowania pomiarów za pomocą watomierzy cyfrowych stwarzających możliwość komputerowego zapisu i analizy uzyskanych wyników badań. Tematyka ta stanowi komplementarne uzupełnienie badań prowadzonych przez autora. LITERATURA [1]. J. Dańko: Energooszczędne procesy i urządzenia regeneracji cieplnej i cieplno-mechanicznej. XX Konferencja Naukowa Wydziału Odlewnictwa AGH, Kraków 1995, s [2]. R. Dańko: Próbna regeneracja osnowy mas zużytych w obniżonej temperaturze. XXVII Konferencja Naukowa z okazji Święta Odlewnika 23, Kraków, s [3]. J. Dańko: Research trends of the laboratory for the theory, design and measurement of foundry machines. Przegląd Odlewnictwa, vol. 51, 21, No 9-1, [4]. J. Dańko, M. Łucarz: Elementy oceny skuteczności obróbki regeneracyjnej masy. II Sympozjum Materiały pomocnicze w odlewnictwie i metalurgii. Kryteria ekologiczne ich doboru i stosowania. Politechnika Śląska. Katowice, 7 grudnia 1995, s Badania zrealizowano w ramach pracy własnej AGH, nr SUMMARY EXAMINATIONS OF ENERGY CONSUMING OF RECLAMATION OF USED FOUNDRY SANDS The choice of proper method of reclaim of used foundry or core sands is very often determined not only by technological but also by economical factors. The article presents the results of investigations aiming at evaluation of energy consumption factor during reclamation of various types used foundry and core sands. Carried out research enabled to determine the energy consumption of mechanical, criogenic and thermal reclamation processes realized in experimental laboratory units. Obtained results allowed to compute the one of the important factors, which is critical for an establishing of energetical indexes of various type reclamation processes. Recenzent: prof. dr hab. Mariusz Holtzer.