WARUNKI FLUIDYZACYJNEGO POKRYWANIA ODLEWÓW MATERIAŁAMI POWŁOKOWYMI. Janusz GAJDA *, Aleksander FEDORYSZYN**

Transkrypt

1 43/19 Slidificatin f Metals and Allys, Year 000, Vlume, Bk N. 43 Krzepnięcie Metali i Stpów, Rk 000, Rcznik, Nr 43 PAN Katwice PL ISSN WARUNKI FLUIDYZACYJNGO POKRYWANIA ODLWÓW MATRIAŁAMI POWŁOKOWYMI Janusz GAJDA *, Aleksander FDORYSZYN** *Wydział Inżynierii Materiałwej, Metalurgii i Transprtu Plitechniki Śląskiej, ul. Z. Krasińskieg 8, Katwice **Wydział Odlewnictwa AGH, ul. W. Reymnta 3, Kraków l. Wstęp Pkrywanie materiałami pwłkwymi pprawia walry użytkwe wyrbów. Pwłki spełniają rlę izlacji, zabezpieczając przed adhezją, krzją i erzją. Nansi się też pwłki w celach dekracyjnych Pkrywanie materiałami pwłkwymi daje mżliwść szczędnści twrzyw wyrbów i zwiększenia ich żywtnści. Wśród metd nanszenia plimerów i emalii isttne znaczenie ma zanurzanie wyrbów d warstwy "upłynnineg" pkrycia.. Analiza prównawcza metd nanszenia pwłk plimerwych Pwłki plimerwe nansi się na wyrby metdą natryskiwania elektrstatyczneg raz przez zanurzenie d płynnej i "upłynninej" warstwy [l,, 7, 8, 10]. lektrstatyczne nanszenie plega na wytwrzeniu dpwiednieg pla elektrstatyczneg pmiędzy ziarnami pkrycia a pwierzchnią wyrbu metalweg. Prszek plimerwy uzyskuje ujemne naładwanie pdczas przepływu przez dyszę (elektrdę jnizującą). Zaletami metdy elektrstatycznej jest mżliwść pwlekania przedmitów charakteryzujących się małą pjemnścią cieplną raz mżliwść pwlekania wybranych miejsc na pwierzchni lub jednczesneg nanszenia pwłk z różnych twrzyw [l,7] Metdy plegające na zanurzaniu nagrzanych wyrbów d płynnej lub "upłynninej" warstwy materiału pwłkweg, t przede wszystkim metda fluidyzacyjna i wibrfluidyzacyjna [+6]. Stswane technlgie nanszenia pwłk plimerwych charakteryzują się wyską efektywnścią, czemu sprzyjają małe straty materiałwe raz krótkie cykle technlgiczne. Stpień wykrzystania plimerwych materiałów pkrywających wynsi 75+98% w zależnści d metdy nanszenia [7]. Najwyższe wartści (97+98%) uzyskuje się przy elektrstatycznym i fluidyzacyjnym.

2 Zakres wartści parametrów fluidyzacji i wibrfluidyzacji D najczęściej stswanych becnie twrzyw pwłkwych należą: zmiękczny plichlrek winylu, plietylen małej i dużej gęstści, pliamidy, plimery tlurwęglwe, twrzywa epksydwe i pliestrwe raz ich kmpzycje [7]. W tabeli l wymienin twrzywa przeznaczne d pwlekania metdami tluidyzacyjnymi. Tabela l Wykaz pwłkwych twrzyw sztucznych stswanych przy nanszeniu tluidyzacyjnym The list f plastics used as cating material s applied in fluidisatin prcess. L p l 3 Rdzaj plimeru Temperatura Prędkść p Gęstść g/cm 3 tpienia wietrza c urm/s Plietylen 0,91+0, ,015+0,0 Pliamid 1,0+1, ,015+0,5 PCW zmiękczny: Pecetluid Grislit 1, ,0+0,30 Telcvin A Wart ść prędkści pwietrza inicjującej fluidyzację zależna jest d właściwści twrzywa i wyznacza się ją z zależnści [9]: Ar4.75 Re= r==== ~Ar 4 75 (l) gdzie: Ar 3 gd CPm pg) liczba Archimedesa; Ar=..., u Pg. Ufd Uzd Re liczba Reynldsa; Rer =, Rez =, u u d średnia wielkść ziaren twrzywa w m, prwatść warstwy fluidalnej; Pm Pg gęstść, dpwiedni materiału i czynnika tluidyzująceg w kg/m 3, u lepkść czynnika tluidyzująceg w kg/m 3. Wartść minimalnej, dlnej, krytycznej prędkści wyznaczyć mżna z kryterialnej zależnści Rer =f (Ar), pdstawiając we wzrze (l) za prwatść wartść r dla inicjacji prcesu (średni r = 0,4). Wartść maksymalnej, górnej, krytycznej prędkści

3 189 wyznaczyć mżna również z zależnści (l) zapisanej dla warunków unszenia, tj. Rez = f (Ar), przy z = l, Pdane w tabeli l wartści prędkści wyznaczn dla warunków nrmalnych, technicznych, tj. Pg = 1,16 kg/m 3 i u= 0,157 X 10" 4 m /s. Stpień rzwinięcia prcesu fluidyzacji niewiele wpływa na wyniki frmwania się pwłki. Wyraźny wpływ ma natmiast knfiguracja pwlekaneg przedmitu [4]. W zależnści d usytuwania pwierzchni w złżu fluidalnym pwstający film pwietrzny utrudnia kntakt ziaren z nagrzana pwierzchnią. Nie bez wpływu na teg rdzaju zjawisk pzstają pęcherze pwietrzne, przepływające przez złże. Ilść i wielkść pęcherzy wzrastają wraz ze zwiększeniem prędkści czynnika fluidyzująceg raz wyskści warstwy. Niekrzystny wpływ wymieninych czynników nie uwidacznia się na pwierzchniach leżących pza kierunkiem przepływu pwietrza. Wpływ usytuwania pwierzchni w stsunku d kierunku przepływu czynnika fluidyzująceg przedstawiają wyniki badań z teg zakresu [4+6]. Stan upłynnienia warstwy materiału ziarnisteg uzyskać mżna pprzez wibrację gdy intensywnść drgań a x w ~ g []. Łączne ddziaływanie drgań raz strumienia czynnika fluidyzująceg prwadzi natmiast d upłynnienia pprzez wibrfluidyzację. Upłynnienie uzyskuje się przy niższych wartściach prędkści pwietrza w prównaniu z ur, jak również intensywnść drgań mże być niższa d wartści przyspieszenia ziemskieg g. Wartść prędkści pczątku upłynnienia kreśla między innymi zależnść [9]: [ [ 5]] Uwf =5.4 ~: (~). d 1a; 0 88 exp fl. 8 (:). () [ ) w której a znacza amplitudę drgań w m, w częsttliwść w rad/s, f częstść drgań w 1/s, H wyskść warstwy w m. 4. Warunki nanszenia materiałów pwłkwych pdczas fluidyzacji wibrłluidyzacji Upłynnienie warstwy prszku pwłkweg pprzez jeg fluidyzację jest pdstawwą realizacją pwlekania przez zanurzenie. Umieszczenie nagrzaneg przedmitu w warstwie fluidalnej pwduje siadanie na jeg pwierzchni ziaren, ich stpienie i płączenie. Grubść pwłki zależy d temperatury i czasu kntaktu (rys.!). Parametry wytwrznej pwłki, jej grubść i stpień przylegania zależne są d rdzaju twrzywa materiału, temperatury i pjemnści cieplnej, czasu zanurzenia, charakterystyki granulmetrycznej materiału pwłkweg, stanu pwierzchni pwlekaneg wyrbu.

4 190 a) ~ 0.6.a (!) b) <i :8 0.4 (!) / Y ::.,... ~ ~.& ~. b"" 30 c / / / V"./ /.,...V ""...././ fa'c / ~'c V./ V"... l..~ 8 1 Czas, s ~ 00 C / 450'C /"' / l.." 400'C /... V 'C ~ ~ 310'C /./... / v,......::::....!. 80'C :::: ~ :.:::::: = Czas, s Rys. l, Zależnść grubści pwłki d temperatury pdgrzaneg przedmitu raz czasu zanurzania w warstwie fluidalnej[7]: a) plietylen wyskciśnieniwy, b) plietylen niskciśnieniwy, c) pliamid Fig. l. Cating thickness versus temperature f the heated bject and time f dipping in fluidised bed [7]: a) highpressure plyethylene, b) lwpressure plyethylene, c) plyamide Dsknalenie metd pwlekania z wykrzystaniem upłynninej warstwy plegał na wymuszaniu przepływu materiału w bszarze warstwy raz na wywływaniu: stanu upłynnienia pprzez wibrację i wibrfluidyzację. Pierwszy spsób realizwan pprzez wprwadzenie d kmry fluidyzacyjnej przegród i elementów pływwych. Naturalna cyrkulacja ziaren warstwy fluidalnej wspmagana była ukierunkwanym przepływem ziaren w brębie warstwy. Intensyfikacja ruchu ziaren raz ich ukierunkwanie pzwalał na uzyskiwanie dbrych efektów pwlekania niezależnie d knfiguracji przedmitów i płżenia ich pwierzchni, w stsunku d kierunku przepływu czynnika.

5 191 Drugi spsób t wywływanie upłynnienia pprzez wibrację raz łączne ddziaływanie drgań i strumienia czynnika fluidyzująceg [,4]. Spsby te pzwalają wprwadzać w stan jednrdneg upłynnienia materiały pwłkwe. Upłynnienie pprzez wibrfluidyzację pzwala uzyskać grubszą warstwę pkrycia i jednakwej grubści. Rezultaty pwlekania wibrfluidyzacyjneg są krzystniejsze w prównaniu z efektami zanurzania d warstwy wibracyjnej i fluidalnej (rys. i 3). Przedstawine wyniki dtyczą pkrywania plietylenem niskciśnieniwym stalwych płyt e k wymiarach 150 x 150 x 50 mm pdgrzanych d temperatury 80 C. a) ~ 0.. C> 0.1 V / / ~ / / / ~ V / ~ f"'"1 ~ V_/ b) Temperatura, C 0.6 :~~ 0.4. C> 0. / ~ ~ V /h V / 3 f.::; ~ ~ ~ ~ V,... V Czas, s Rys.. Wyniki pwlekania płytek stalwych twrzywem pwłkwym, w z a l eżn ś ci d warunków prcesu; warstwa u pły nni an a pprzez: l fluid yzacj ę, wibrację, 3 w ibrfluidyza cję Fig.. The results f the steel plates cating vs prcess cnditins; the bed fluidised by : l fluid isatin, vibratin, 3 vibrfluidisatin

6 ~ 100 l O U) ~ ~ 50 \ ' ~ \ \ \... "' ~ ' "' Grubść, mm Rys. 3. Stpień równmiernści pkrycia płytek stalwych zanurzanych d warstwy plietylenu []: l fluidalnej, wibracyjnej, wibrfluidalnej Fig. 3. The degree f cating unifrmity n the steel plates dipped in a bed f plyethylene [] : l fluidisatin, vibratin, 3 vibrfluidisatin Pwlekanie dlewów ze stpów aluminium charakteryzwał się pdbnymi wynikami. Najlepsze rezultaty uzyskiwan przy wprwadzaniu dlewów d warstwy materiału pddaneg wibrfluidyzacji [5]. S. Pdsumwanie Właściwe wykrzystanie technlgii pwlekania twrzywami przedmitów zanurzanych d warstw upłynninych wymaga znajmści parametrów raz właściwści prcesów fluidyzacji i wibrfluidyzacji. Znajmść warunków prcesów umżliwia dsknalenie metd raz ich ptymalizację. Analiza prównawcza metd wywływania upłynnienia ziarnistych twrzyw pwłkwych wskazuje na przewagę tych, realizacja których granicza ilść czynnika fluidyzująceg. Strumień czynnika fluidyzująceg pwduje spadek temperatury raz mże być przyczyną zakłóceń, wynikających z przepływu pęcherzy. Z teg też względu upłynnienie pprzez wibrację i wibrfluidyzację jest krzystniejsze ze względu na eliminację zakłóceń spwdwanych przepływem pwietrza. fekty pwlekania zależą d stpniajednrdnści warstwy. Jednrdną warstwę uzyskuje si ę przede wszystkim wskutek ddziaływania wibracyjneg. Krzystne jest również wywływanie stanu upłynnienia pprzez wibrfluidyzację. W tym przypadku przepływ czynnika daje ddatkwa mżliwść wywływania ukierunkwaneg przemieszczania się ziaren wskutek zastswania przegród w warstwie.

7 193 Literatura l. Cywiński K.: Zagadnienia teretyczne i knstrukcyjne elektrstatycznych urządzeń technlgicznych. Plitechnika Białstcka, Białystk, I Czlenw W.A., Michajłw N.W.: Wibrkipjaszczij słj. Wyd. Nauka. Mskwa, Fedryszyn A., Gajda J.: Dsknalenie metd nanszenia pwłk na dlewy. Materiały II Knferencji "Tendencje Rzwjwe w Mechanizacji Prcesów Odlewniczych. Wydział Odlewnictwa AGH. Kraków, Fedryszyn A.: Analiza fluidyzacyjneg spsbu wytwarzania frm skrupwych. Prace Kmisji MetalurgicznOdlewniczej, Metalurgia 41, PAN O/Kraków, 1991, s Fedryszyn A.: Zbadanie mżliwści nanszenia pwłk emalierskich w złżu fluidalnym. kspertyza nr. 061/88, Zespół Rzeczznawstwa i Pstępu Techniczneg STOP. Kraków, Gajda J., Fedryszn A.: Pwlekanie dlewów ze stpów aluminium (materiały niepublikwane). 7. Hyla J.: Twrzywa sztuczne. Właściwści, Przetwórstw, Zastswanie. Wydawnictwa Plitechniki Śląskiej, Gliwice, I Kwalski Z.: Pwłki z twrzyw sztucznych. WNT, Warszawa, Strumiłł C.: Pdstawy terii i techniki suszenia. WNT. Warszawa, Wróbel G. i in.: Ćwiczenia labratryjne z przetwórstwa twrzyw sztucznych. Wydawnictwa Plitechniki Śląskiej, Gliwice, I 999. Recenzwał: prf. zw. dr hab. inż. Mirsław Gregraszczuk