TECHNOLOGIA SPORZDZANIA MAS FORMIERSKICH BENTONITOWYCH W MIESZARKACH TURBINOWYCH

Transkrypt

1 Czesław RUDY 1 P.P.P. TECHNICAL Sp. z o.o. Nowa Sól 1. Wstp. W zmechanizowanej i zautomatyzowanej produkcji odlewów stosuje si jednolit mas formiersk bentonitow odwieon w kadym obiegu technologicznym dodatkiem piasku wieego, bentonitu i pyłu wglowego lub mieszanki bentonitowej zawierajcej noniki wgla. Jako odlewów zaley w duej mierze od jakoci wytwarzanych mas formierskich. Obecnie w wielu odlewniach proces mieszania, realizowany jest w mieszarkach dynamicznych turbinowych, które daj moliwo zwikszenia stopnia wykorzystania obiegowej (uywanej) masy klasycznej do poziomu 95% 97%. W procesie produkcyjnym odlewni, aby uzyska mas o jednorodnych właciwociach decydujc rol odgrywaj trzy zasadnicze parametry: wysoka jako powleczenia ziaren piasku lepiszczem, całkowita powtarzalno procesu przygotowania masy. dostatecznie niska temperatura masy. Projektowane i wykonywane przez TECHNICAL stacje przerobu mas formierskich SPM w pełni spełniaj powysze kryteria dziki zastosowaniu nowoczesnych mieszarek turbinowych oraz innych maszyn, urzdze oraz nowoczesnych systemów sterowania. 2. Charakterystyka procesu sporzdzania mas. Mieszarki turbinowe umoliwiaj wytworzenie jednorodnej mieszanki oraz dobrego połczenia (adhezyjnego) substancji wicej (mieszaniny gliny z wod) z powierzchni ziaren osnowy piaskowej. Podczas dynamicznego mieszania nawilonej masy formierskiej czsteczki gliny przylepiaj si do powierzchni ziaren osnowy zwykle w postaci aglomeratów. Proces mieszania musi doprowadzi do deformacji i rozdrobnienia tych aglomeratów, do równomiernego rozłoenia substancji wicej na powierzchni ziaren oraz aktywacji nałoonej powłoki. Aktywacja dotyczy otoczek substancji wicej na ziarnach masy odwieanej. Wszystkie operacje procesu mieszania zachodzce w mieszarkach turbinowych przebiegaj podobnie w mieszarkach z pochył osi obrotu misy typ MTP oraz pionow osi obrotu misy typ MTI. Operacje procesu mieszania zachodzce w mieszarkach turbinowych scharakteryzowane s poniej: Przerzucanie, ujednorodniajce skład masy formierskiej, przedstawia (rys.1, rys.2), realizowane jest przez szybkobien turbin i nieruchome lemiesze: jeden, zamocowany wzdłu pobocznicy misy oraz drugi, na dnie misy. 1 mgr in., Prezes P.P.P. TECHNICAL Sp. z o.o. Nowa Sól, cz.rudy@technical.com.pl 33

2 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze W czasie obrotu misy masa spoczywajca na jej dnie poddawana jest oddziaływaniu wysokoobrotowej turbiny, obracajcej si w przeciwnym kierunku. Strumie masy kierowany jest ku górze, poczynajc od powierzchni dolnych łopatek turbiny. Pochylona powierzchnia łopatek tworzca powierzchni rubow podnosi mas w kierunku pionowym, nadajc jednoczenie czstkom masy prdko obrotow. Turbina wysysa mas z dna misy i rozrzuca j we wszystkich kierunkach zgodnie z oddziaływaniem siły odrodkowej. Cz masy trafia ponownie w stref działania wirnika, a pozostała cz masy trafia w stref działania lemieszy. Masa, doprowadzana przez obrotow mis w kierunku lemieszy, zostaje przez nieprzerzucana. Wywołana cyrkulacja sporzdzanej mieszaniny oraz wzajemne ruchy ziaren, towarzyszce tym przemieszczeniom, umoliwiaj wymieszanie składników mieszaniny. Rys.1. Szybkobiena turbina i nieruchome lemiesze w mieszarce turbinowej MTI Rys.2. Szybkobiena turbina i nieruchomy lemiesz w mieszarce turbinowej MTP Ugniatanie wynika z oporu lemieszy (rys.3, rys.4). Przyczynia si to do wtłaczania ziaren piasku w bryłki gliny powodujc pokrycie ich otoczk. Due znaczenie w procesie ugniatania ma równie turbina, która wyrzuca czstki masy z du energi kinetyczn. Rys.3. Lemiesze w mieszarce turbinowej MTI Rys.4. Lemiesz w mieszarce turbinowej MTP Rozcieranie jest realizowane dziki duej rónicy prdkoci wystpujcej midzy dwoma powierzchniami poruszajcymi si w przeciwnych kierunkach (rys.5, rys.6). Pobocznica misy obracajca si z prdkoci 9-12 obr/min, a wysokoobrotowy wirnik w kierunku przeciwnym z prdkoci obr/min. Tak znaczne rónice w prdkoci oraz kierunków obrotów misy i turbiny powoduj toczenie i obracanie si czsteczek masy a w efekcie pokrywanie ich otoczk gliny. 34 Nowa Sól r.

3 Rys.5. Kierunki obrotów zespołów mieszajcych w mieszarce turbinowej MTI Rys.6. Kierunki obrotów zespołów mieszajcych w mieszarce turbinowej MTP Rozgszczanie (spulchnianie) prowadzi do uzyskania przez mas najmniejszej gstoci pozornej. Szybkoobrotowa turbina z zamocowanymi łopatkami, tworzcymi lini rubow, uderza z du prdkoci w bryły masy powodujc ich rozbicie (rys.7). Pojedyncze czstki masy zostaj unoszone do góry dziki powierzchni rubowej łopatek. Wirujce z du prdkoci łopatki nadaj czstkom masy znaczn prdko ruchu w kierunku pionowym oraz prdko obrotow. Siła odrodkowa powoduje wyrzucanie ziaren masy we wszystkich moliwych kierunkach, wzdłu całej wysokoci oddziaływania turbiny. Dua dynamika pracy wirnika powoduje znaczne rozdrobnienie aglomeratów ziaren masy, a tym samym wysoki stopie spulchnienia masy. Rys.7. Szybkobiena turbina w mieszarce turbinowej MTP W mieszarkach wirnikowych z mis poziom, typu MTI, operacje procesu mieszania przebiega podobnie jak w mieszarkach z pochył mis typu MTP (rys.8, 9). Mieszarki turbinowe MTI ze wzgldu na du pojemno misy wyposaane s w dwa zespoły szybkoobrotowych turbin, co umoliwia uzyskanie podobnej intensywnoci procesu mieszania w czasie cyklu mieszania, wynoszcego s. 35

4 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze Rys.8. Przemieszczanie si czstek masy w mieszarce turbinowej. Rys.9.Trajektorie ruchu czstek masy w mieszarce turbinowej po 3 sek. Przebieg omówionych zjawisk prowadzi do dynamicznego (intensywnego) wymieszania składników masy oraz powleczenia ziaren osnowy lepiszczem (rys. 10). Rys.10. Ziarna osnowy otoczone lepiszczem w mieszarce turbinowej MTI-2500 (powikszone pod mikroskopem) zdjcie wykonano w odlewni ŠKODA Mlada Boleslaw (Czechy). 3. Mieszarki turbinowe MTP oraz MTI produkowane przez P.P.P. TECHNICAL Nowa Sól. Mieszarki turbinowe typu MTI oraz MTP produkowane przez P.P.P.TECHNICAL - Nowa Sól nale do nowej generacji maszyn odlewniczych przeznaczonych do sporzdzania syntetycznych mas formierskich bentonitowych. P.P.P.TECHNICAL- Nowa Sól produkuje mieszarki turbinowe o rónej wydajnoci, zwizanej z wielkoci misy (wielkoci załadunku): - z obrotow mis o pochyłej osi obrotu, stałym lemieszem oraz jednym szybkobienym wirnikiem; s to mieszarki MTP-250, MTP-500, MTP-1000, MTP-1500, MTP-2000 (rys.11), - z obrotow mis o pionowej osi obrotu, stałym lemieszem oraz dwoma wysokoobrotowymi wirnikami; mieszarki MTI-2500, MTI-3000, MTI-4000, MTI-5000 (rys.12). 36 Nowa Sól r.

5 Rys.11. Mieszarka turbinowa z obrotow mis o pochyłej osi obrotu typu MTP. Rys.12. Mieszarka turbinowa z obrotow mis o ionowej osi obrotu typu MTI. Program produkcyjny mieszarek turbinowych z obrotow mis o pochyłej osi obrotu typ MTP oraz z obrotow mis o pionowej osi obrotu typ MTI produkowanych przez P.P.P.TECHNICAL- Nowa Sól przedstawiaj tab. 1 oraz tab. 2. MTP-250 MTP-500 MTP-1000 MTP-1500 MTP-2000 Jednorazowy litr załadunek kg Moc napdu misy kw 7, x11 2x15 Moc napdu turbiny max kw 7, rednica misy mm Tabela nr 1.Mieszarki turbinowe z obrotow mis o pochyłej osi obrotu produkowane przez TECHNICAL. MTI-2500 MTI-3000 MTI-4000 MTI-5000 Jednorazowy litr załadunek kg Moc napdu misy kw Moc napdu turbiny 2 x 55 2 x 75 2 x 90 2 x 110 kw max do 2 x 90 do 2 x 110 do 2 x 132 do 2 x 160 rednica misy mm Tabela nr 2. Mieszarki turbinowe z obrotow mis o pionowej osi obrotu produkowane przez TECHNICAL. 37

6 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze W mieszarkach turbinowych typu MTP szybkoobrotowe turbiny obracaj si przeciwnie do kierunku obrotu misy. Taki układ kinematyczny wykazuje wiksz dynamik procesu mieszania. Masa napływajca w zasig działania turbiny (doprowadzana przez obrotow mis) jest przez przeciwbien turbin odrzucana z du prdkoci w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu misy. Masa cigle podawana przez obrotow mis pod turbin spitrza si, w szczególnoci przed turbin i wokół niej. Cała turbina jest zanurzony w masie, realizujc proces mieszania kolejno tych samych porcji masy. Przemieszczanie czstek masy w mieszarkach turbinowych realizowane jest głównie przez jeden lub dwa zespoły szybkoobrotowych turbin o prdkociach obrotowych wynoszcych obr/min. 4. System sporzdzania mas formierskich bentonitowych. Stacje przerobu mas formierskich, P.P.P. TECHNICAL-Nowa Sól projektuje i realizuje wg własnej technologii kompleksowo pod klucz. Schematy technologiczne SPM pracujcej w odlewni ŠKODA Mlada Boleslaw (Czechy) oraz odlewni WSK PZL RZESZÓW, przedstawiaj (rys.13, rys.14). Rys.13. Schemat technologiczny systemu sporzdzania mas formierskich bentonitowych w mieszarce turbinowej MTI-2500 w odlewni ŠKODA Mlada Boleslaw (Czechy. Rys.14. Schemat technologiczny systemu sporzdzania mas formierskich bentonitowych w mieszarce turbinowej MTP-1500 w odlewni WSK PZL RZESZÓW. System sporzdzania mas formierskich SPM jest niezaleny od zastosowanego typu mieszarki turbinowej MTP czy MTI, uwarunkowany jest głownie od sposobu zabudowy mieszarki oraz sposobu dozowania składników. System sporzdzania mas formierskich bentonitowych rys.13 oraz rys.14 został zaprojektowany i wykonany jako układ modułowy, w skład obu przedstawionych systemów wchodz nastpujce urzdzenia i zespoły: mieszarka turbinowa MTP, elektroniczna waga dozujca mas zwrotn WTM, elektroniczna waga dozujca mieszank i piasek wiey WTD, dozownik rubowy mieszanki DS, dozownik tamowy masy zwrotnej DT, 38 Nowa Sól r.

7 zbiornik magazynujcy mas zwrotn, piasek wiey, mieszank wraz z sondami poziomów napełnienia zbiorników, aparatura kontrolno-pomiarowa do automatycznego pomiaru i regulacji wilgotnoci masy formierskiej, umoliwiajca uzyskanie zadanej wilgotnoci masy formierskiej, system sterowania elektronicznego z wizualizacj, umoliwiajcy prac SPM, programowanie parametrów technologicznych oraz receptur sporzdzanych mas. 4.1 Zabudowa mieszarki turbinowa MTI oraz MTP. a) Sposób zabudowy mieszarki MTP-2500 w nowoczesnej stacji przerobu mas formierskich zrealizowanej dla odlewni ŠKODA Mlada Boleslaw (Czechy) przedstawia (rys.15). Mieszarka turbinowa MTI-2500 o jednorazowym załadunku kg umoliwia uzyskanie wydajnoci 60 t/h. b) Sposób zabudowy mieszarki MTP-1500 w nowoczesnej stacji przerobu mas formierskich zrealizowanej dla odlewni WSK PZL RZESZÓW przedstawia (rys.16). Mieszarka o jednorazowym załadunku 1500 kg umoliwia uzyskanie wydajnoci 45 t/h. 39

8 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze Rys.15. Zabudowa mieszarki turbinowej MTI-2500 w odlewni ŠKODA Mlada Boleslaw (Czechy): Rys.16. Zabudowa mieszarki turbinowej MTP-1500 w odlewni WSK PZL RZESZÓW: 5. System chłodzenia masy formierskiej zwrotnej. Podstawowymi parametrami masy formierskiej dla uzyskania dobrej jakoci odlewów s midzy innymi jej temperatura i wilgotno. Problem dobrego chłodzenia masy wystpuje z reguły w odlewniach posiadajcych automatyczne linie formierskie, w których wymiana masy nastpuje zbyt szybko co nie pozwala na przebieg naturalnego procesu chłodzenia. System nawilania masy w chłodziarce posiada 3 stopnie zraszania. Wszystkie stopnie sterowane s niezalenie od siebie. Zimne powietrze, tłoczone przez wentylator do komory powietrznej, przepływa przez otwory przegrody fluidyzacyjnej i przez warstw transportowanego materiału. Podgrzane i zanieczyszczone powietrze, po przejciu przez warstw chłodzonego materiału, odcigane jest przez króciec wylotowy do cyklonu celem wstpnego oczyszczenia. Chłodziarka (rys.17) gwarantuje intensywne schłodzenie masy formierskiej zwrotnej z temperatury ok C do C do temperatury ok C powyej temperatury otoczenia. Odbywa to si dziki współdziałaniu wibracji dna i dmuchu powietrza powodujcych zjawisko fluidyzacji warstwy masy formierskiej, a tym samym intensywne odprowadzenie wody zawartej w masie formierskiej zwrotnej oraz zadozowanej w procesie chłodzenia fluidyzacyjnego. 40 Nowa Sól r.

9 Do zalet procesu chłodzenia fluidyzacyjnego mona zaliczy: ujednorodnienie masy formierskiej z równoczesn jej homogenizacj, odpylenie nieaktywnych czstek bentonitu i innych przepalonych czstek automatyczna praca chłodziarki. Rys. 17. Zabudowa chłodziarki wibracyjno fluidyzacyjnej CFM-4515: 1-chłodziarka wibracyjnofluidyzacyjna, 2-zbiornik poredni masy, 3-dozownik tamowy rewersyjny, 4-wentylator nadmuchowy, 5-cyklon, 6-przenonik odbiorczy 6. Pomiar i regulacja wilgotnoci masy formierskiej w mieszarce turbinowej MTP-1500 w odlewni WSK PZL RZESZÓW. System sterowania SPM-45 umoliwia regulacj wilgotnoci masy formierskiej z dokładnoci +/- 0,1% H2O od wartoci zadanej. (rys.18). Bazuje on na pomiarze podstawowych własnoci fizycznych masy obiegowej takich jak wilgotno, temperatura i ciar usypowy. Pomiarów tych dokonuje si podczas dozowania masy zwrotnej do wagi Pomiaru wilgotnoci dokonuj sondy (kondensatory prtowe) zanurzone w masie i zabudowane we wntrzu zbiornika wagowego. Metoda pomiaru bazuje na wychwyceniu stałej dielektrycznej materiału. Poniewa stała dielektryczna mieszaniny piasku kwarcowego z dodatkami jest duo mniejsza od stałej dielektrycznej wody moliwe jest precyzyjne okrelenie wilgotnoci mierzonego materiału. Pomiaru temperatury dokonuj czujniki zamontowane na ciankach zbiornika równie zanurzone w masie obiegowej. Zmierzone wartoci przekazywane s do urzdzenia centralnego wilgotnociomierza, który oblicza wymagan ilo wody, jak naley poda do mieszarki podczas procesu mieszania dla uzyskania właciwej wilgotnoci. 7. Pomiar i regulacja wilgotnoci oraz parametrów masy formierskiej w mieszarce turbinowej MTI-2500 w odlewni ŠKODA Mlada Boleslaw (Czechy) (rys.19). Do automatycznego pomiaru i regulacji parametrów masy formierskiej produkowanej przez mieszark turbinow MTI-2500 firmy P.P.P.TECHNICAL Sp. z o.o. zostały zastosowane dwa systemy produkcji MICHENFELDER ELEKTROTECHNIK GmbH (Niemcy) (rys.19): 41

10 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze a) system automatycznego pomiaru i regulacji wilgotnoci MICOMP UNI Typ G-CH system gwarantuje uzyskanie dokładnoci wilgotnoci gotowej masy formierskiej: 0,1% H 2 O (±0,05% H 2 O). umoliwia cigłe monitorowanie procesu mieszania oraz działania mieszarki. b) automatyczna system VEDIMAT do badania masy w czasie pracy w pełni zautomatyzowane urzdzenie do bezporedniej kontroli zagszczalnoci masy formierskiej. Połczony jest z urzdzeniem MICOMP UNI masa formierska moe by przegotowywana nie tylko wg wymaganej wilgotnoci, ale równie zgodnie z parametrami zagszczalnoci. jest to automatyczny system badania i kontroli zagszczalnoci masy formierskiej (i utrzymywania jej w bardzo małych tolerancjach) oraz mierzenia wytrzymałoci na ciskanie i obliczanie zawartoci benonitu bezporednio przed stanowiskiem formierskim. Tak wic wszystkie czynniki majce wpływ na mas formiersk na jej drodze z mieszarki do formierki bd wykryte i wyrównane. Sposób działania: Odpowiedni ilo wody ustala si na podstawie rónicy pomidzy docelow a rzeczywist zagszczalnoci. System do oblicze bierze pod uwag wag wsadu i istniejce warunki wilgotnoci. Elektroniczny system dozowania zapewnia wtedy dodawanie właciwej iloci wody do mieszanki. Optymalna ilo bentonitu jest obliczana na podstawie rónicy pomidzy docelow i rzeczywist wytrzymałoci formy. Właciwa wielko bentonitu jest dodawana do kolejnego wsadu. System zbiera wszystkie dane i uzyskane wyniki bada. Mog one by nastpnie wywietlone na ekranie i wydrukowane w postaci graficznej lub numerycznej. Rys.18. Ekran synoptyczny mieszarki turbinowej MTP-1500 w odlewni WSK PZL RZESZÓW. Rys.19. Ekran synoptyczny mieszarki turbinowej MTI-2500 w odlewni ŠKODA Mlada Boleslaw (Czechy). 8. Podsumowanie. Mieszarki turbinowe na trwale wpisały si w proces technologiczny sporzdzania i odwieania syntetycznej masy z bentonitem. Wprowadzenie ich wynika z konsekwentnego rozwoju konstrukcji mieszarek majcego na celu skrócenia cyklu technologicznego dziki intensyfikacji oddziaływa na mas. 42 Nowa Sól r.

11 Mieszarki turbinowe s niezastpione przy odwieaniu masy obiegowej. Wynikajca z duych obrotów wirnika ilo elementarnych oddziaływa powoduje aktywacj warstwy nawilonej gliny, co w rezultacie prowadzi do uzyskiwania maksymalnych wartoci właciwoci wytrzymałociowych. Ilo elementarnych oddziaływa powoduje właciwe rozłoenie substancji wicej na ziarnach osnowy piaskowej. W mieszarkach tych równie ma miejsce rozprowadzenie - powleczenie ziaren, zintensyfikowane oddziaływaniami podczas transportu, składowania, zagszczania itp. Sporzdzanie masy w mieszarkach turbinowej przebiega bardzo intensywnie. Intensywno oddziaływa, takich jak: ugniatanie, rozcieranie, przerzucanie i rozgszczanie masy zapewniaj stosowane szybkoobrotowe zespoły mieszajce. Sprzyja temu równie odpowiednie pochylenie misy oraz ustawienie łopatek zespołu wirnika. Oferowane przez P.P.P. TECHNICAL - Nowa Sól rozwizania mieszarek turbinowych w pełni sprawdziły si w przemyle. Charakteryzuj si niezawodnoci działania. Stanowi podstawowe wyposaenie nowoczesnych stacji przerobu mas formierskich. Dodatkowe wyposaenie oraz zastosowane systemy automatycznej kontroli i regulacji parametrów pracy mieszarek w pełni zaspakajaj wymagania eksploatatorów. Dodatkowe wyposaenie oraz zastosowane systemy automatycznej kontroli i regulacji wilgotnoci oraz parametrów masy formierskiej w pełni zaspakajaj wymagania odlewni. 9. Literatura: 1. Bodzo L., Dako J., urawski L.: Podstawy teorii maszyn odlewniczych. Skrypt AGH nr 919. Kraków, Lewandowski J.L.: Tworzywa na formy odlewnicze. Wydawnictwo Akapit. Kraków, Materiały reklamowe producentów mieszarek 4. Pelczarski S.: Teoretyczne podstawy procesu cigłego mieszania. Praca zbiorowa. Skrypt AGH, Studia Podyplomowe, Materiały nr. 20. Kraków, 1972, s Rudy Cz., Fedoryszyn A.: Charakterystyka procesu mieszania i mieszarek turbinowych do sporzdzania masy formierskiej. Materiały Konferencji Odlewniczej TECHNICAL PPP TECHNICAL, AGH. Nowa Sól, 2003, s Cz. Rudy, A. Fedoryszyn Mieszarki wirnikowe do sporzdzania masy odwieonej Odlewnictwo Nauka i Praktyka, nr 5/ Cz. Rudy Sporzdzanie mas formierskich bentonitowych w mieszarkach turbinowych sympozjum Nowoczesne technologie i maszyny odlewnicze - Zrenjanin (Serbia i Czarnogóra), 2003 r. 8. Cz. Rudy, Jii Novotny Úprava benonitových formovacích smesí ve víivých rychlomísiích Slévarenstvi, nr 1/2004, str Cz. Rudy, Mieszarki wirnikowe do odwieania obiegowej masy formierskiej Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 2004 Komisja Budowy Maszyn PAN vol. 24 nr Cz. Rudy, Mieszarki wirnikowe do odwieania obiegowej masy formierskiej III Midzynarodowa Konferencja pt. Tendencje rozwojowe w mechanizacji procesów odlewniczych Kraków - Szyce r. 43