PROCES FLUIDYZACJI W ZASTOSOWANIU DO ODDZIELANIA ZANIECZYSZCZEŃ Z MASY FORMIERSKIEJ

Transkrypt

1 8/9 Solidification of Metals and Alloys, Year 1999, Vole 1, Book No. 9 Krepnięcie Metali i Stopów, Rok 1999, Rocnik 1, Nr 9 PAN Katowice PL ISSN PROCES FLUIDYZACJI W ZASTOSOWANIU DO ODDZIELANIA ZANIECZYSZCZEŃ Z MASY FORMIERSKIEJ GREGORASZCZUK Mirosław DAŃKO Jóef FEDORYSZYN Aleksander Akadeia Górnico-Htnica, Wydiał Odlewnictwa Kraków, l. Reyonta 2 STRESZCZENIE W referacie oówiono probleatykę flidyacyjnego oddielania aniecysceń asy forierskiej. Predstawiono analię teoretycną cynników, od których ależy prawidłowy prebieg proces. Wyniki analiy wskają na akres ożliwości tego typ oddielania aniecysceń i ożliwiają dobór paraetrów, niebędnych do projektowania separatorów flidyacyjnych. 1. WSTĘP Warnkie nieawodnego diałania wiel rądeń odlewnicych jest snięcie asy forierskiej aniecysceń, głównie etalowych, realiowane obecnie a poocą separatorów elektroagnetycnych i presiewacy. Badania właściwości proces flidyacji ateriałów polidyspersyjnych wskają na ożliwość astosowania flidyacji do bdowy separatorów odlewnicych o wysokiej sktecności oddielania be wględ na rodaj aniecysceń asy żywanej [1,2,]. Podcas proces wytwarania odlewów, w asie forierskiej powstają różnego rodaj niepożądane wtrącenia o kawałkowatości nacnie prekracającej wyiary iaren jej osnowy. Masowy diał aniecysceń w asie żywanej ocenia się na % (ax. 5%), w cy około 50% stanowią kawałki o asie do 0.15 kg, natoiast około 70% to kawałki o wielkości 16 []. Zaniecysceniai nieetalowyi są kawałki ceraicne różnego pochodenia, np. egotericnych otlin, jak też grdki as forierskich i rdeniowych - scególnie e spoiwe cheotwardalny.

2 77 2. SEGREGACJA FLUIDYZACYJNA SKŁADNIKÓW ZŁOŻA POLIDYSPER- SYJNEGO Flidyacja polidyspersyjnego łoża powodje segregację cąstek wdłż jego wysokości. Na dno dystrybtora ga opadają iarna najwiękse i najciężse, a na powierchnię wydostają się cąstki o najniejsych wyiarach i gęstościach. Podaje się [4], że pry stosnk roiarów cąstek najwięksych i najniejsych więksy od około 8 następje ich segregacja, która prowadi do stratyfikacji warstwy flidalnej. Pry wroście prędkości cynnika flidyjącego warstwa więksa swoja wysokość ora porowatość średnią. Drobne cąstki preiescają się do góry tworąc faę radką, cyli awiesinę o ały stężeni (dżej porowatości), nie ającą górnej powierchni swobodnej Poiędy faą gęstą a radką tryje się stosnkowo wyraźna granica, co ilstrją dane na rysnk 1. Rys.1. Segregacja cąstek ateriał w łoż flidalny dla różnych jego wysokości pry / f = 10. : a -łoże o h = 0.8, b - h = 0. ; średnica cąstek: 1 - d h < 5, 2 - d h = 5 88, - d h = , 4 - d h > 149 [5]. Fig.1. Sie distribtion of particles at different levels in flidised beds of different heights by particle diaeter: / f = 10. : a - h = 0.8 ; b - h = 0. ; 1 - d h < 5, 2 - d h = 5 88, - d h = , 4 - d h > 149 [5]. Wrost porowatości powodje, że w łoż flidalny siły tarcia poiędy iarnai aleją. Rośnie płynność łoża, definiowana pre sereg atorów jako odwrotność jego lepkości. Poiary lepkości łoża sflidyowanego dokonane pre różnych badacy wskają na istotny wpływ prędkości cynnika flidyjącego na lepkość łoża, be wględ na roiary jego cąstek.

3 78. PODSTAWY SEPARACJI FLUIDYZACYJNEJ ZANIECZYSZCZEŃ MASY FORMIERSKIEJ Oddielenie aniecysceń, które w następstwie segregacji osadiły się w dolnych warstwach sflidyowanej asy forierskiej wyaga dobor odpowiedniej prędkości robocej cynnika flidyjącego. Istnieją ttaj dwie ożliwości rowiąania agadnienia, obejjące: wykorystanie jawiska powięksania wysokości warstwy sflidyowanej i segregacji cąstek asy, dobór określonej prędkości prepływ, która powodje wynosenie e łoża cąstek asy, a poostawienie aniecysceń na dnie rądenia. Scheat rądenia wykorystjącego pierwsą asadę predstawia rysnek 2. Pod wpływe flidyacji asa podlega segregacji. Zaniecyscenia etalowe i więkse brylenia asy ora nierokrsone rdenie groadą się na dnie, skąd są okresowo swane. Sflidyowana asa więksa swoją objętość i opsca rądenie pre otwór prelewowy. Zaletą predstawionego rowiąania jest stosowanie prędkości powietra nacnie niejsych od prędkości nosenia cąstek asy. Jego wadą jest koniecność okresowego ocyscania dna i więksone straty asy forierskiej. Wedłg drgiej asady fnkcjonje separator wibroflidyacyjny opracowany i opaten-towany w AGH (rys. ). Istotny jego eleente jest rynna wibracyjna wyposażona w perforowane dno, pre które prepływa powietre słżące do sflidyowania cąstek asy. Masa w sposób ciągły prepływa pre siatkowe bregi rynny i spada na prenośnik asy, natoiast aniecyscenia etalowe ora nieetalowe poostające na dnie są transportowane wibracyjnie poa rądenie. Sktecność oddielania aniecysceń etalowych oże wyraźnie prekracać 90 procent, pry cy w istotny sposób ależy od właściwie dobranej prędkości robocej powietra. Możliwe akresy prędkości powietra oblica się dla ałożonych warnków pracy separatora w oparci o nane w teorii flidyacji ależności. Z analiy proces separacji flidyacyjnej wynikają try następjące prypadki: aniecyscenia ora cąstki asy różnią się gęstością, lec ają jednakowe wyiary, aniecyscenia i cąstki asy nie różnią się gęstością, natoiast różnią się wielkością cąstek,

4 79 Rys.2. Scheat separatora o diałani okresowy: a - podcas pracy, b - podcas swania aniecysceń; 1 - koora, 2 - rra prelewowa, - dno perforowane, 4 - aniecyscenia, 5 - okno do swania aniecysceń Fig.2. Schee of periodical action separator: a - in operation, b - iprity reoval; 1 - chaber, 2 - overflow pipe, - perforated botto, 4 - iprities, 5 - door for iprities reoval Rys.. Scheat separatora wibroflidyacyjnego; 1 - obdowa, 2 - rynna wibracyjna, - dno perforowane, 4 - siatkowe obreża rynny, 5 - aniecyscenia, 6 - asa, 7 - wysyp aniecysceń, 8 - wibrator Fig.. Schee of vibro-flidised bed separator; 1 - hosing, 2 - vibratory trogh, - perforated botto, 4 - wire net border, 5 - iprities, 6 - olding sand, 7 - iprities otlet, 8 - vibrator

5 80 występje różnica arówno gęstości jak i wielkości cąstek asy ora aniecysceń. Prędkości krytycne flidyacji dla hipotetycnego łoża, składającego się cąstek o jednakowych kstałtach i wyiarach lec o różnej gęstości (d = d, = ), wyrażają odpowiednio ależności: dla cąstek asy Re v f. (1) d dla składników stanowiących aniecyscenie łoża Re v f. (2) d gdie: Re, Re - licby Reynoldsa określone dla prędkości krytycnych odpowiednio: dla aniecysceń i cąstek asy, d, d - astępce średnice cąstek, wylicone jako średnie haronicne (w analiowany prypadk d = d ), - lepkość kineatycna powietra ależna od terodynaicnych warnków flidyacji. Zakres prędkości robocej powietra, pry której jedynie cąstki asy podlegają flidyacji, jest określony prediałe wartości ( f., f. ). Maksyalna wartość licby flidyacji wyraża się wobec tego wore: LF ax = f. / f. () Do oblicania krytycnych prędkości flidyacji dla ob składników łoża ożna stosować równania kryterialne w postaci ogólnej [4-7]: Re (,) (,) (4) (,) gdie: - licba chiedesa; (,) gd ( (,) (,) g 2 g, ) (,) - gęstość cąstek asy ( ) i aniecysceń ( ). Analia ależności (1) - (4) wskaje, że główny cynnikie decydjący o wartości krytycnej prędkości flidyacji dla ob występjących w łoż składników jest stosnek odnośnych licb kryterialnych chiedesa. W prypadk, gdy d = d, = stosnek ten jest równy: g (5) g

6 81 Z wagi na ałą gęstość powietra w porównani gęstością asy lb aniecysceń wyrażenie (5) ożna predstawić w prosconej postaci: (5a) Uwględnienie we wore () ależności (4) i (5a) daje: LF f. ax (6) f ( / ) W analiowany prypadk, gdy gęstość cąstek asy i aniecysceń są sobie równe wartość LF ax określona wore (6) jest równa jedności, bowie f. = f. - nie jest ate ożliwa separacja flidyacyjna. Drgi, cęsto pojawiający się w praktyce odlewnicej prypadek dotycy piask forierskiego, w który aniecyscenia stanowią więkse kawałki tego saego ateriał co łoże podstawowe i są spełnione warnki: = i d > d. Korystając ależności () ora (4) stwierda się, że stosnek licb kryterialnych chiedesa jest równy: d (7) d Odpowiednie wyrażenie słżące do oblicenia aksyalnej wartości licby flidyacji, a pośrednio akres prędkości robocej powietra, a postać: LF f. d ax f. d (8) (d / d ) Trecie prypadkowi odpowiada sytacja, gdy aniecyscenia posiadają arówno więksą gęstość jak również wyiary w stosnk do cąstek asy, co ożna apisać: > i d > d. Dla tego prypadk stosnek licb chiedesa wynosi: LF d (9) d Zależność poiędy prędkościai krytycnyi dla ob składników łoża a postać: f. d ax d (10) f (d / d ) ( / ) 4. PODSUMOWANIE Analia wskaje na ożliwość wykorystania jawisk segregacji i separacji aniecysceń w łoż sflidyowany do projektowania separatorów dla potreb odlewnictwa.

7 82 Porównanie otryanych ależności powala stwierdić, że różnicowanie średnicy cąstek aniecysceń i asy wpływa nacnie intensywniej na wrost granicnej wartości licby flidyacji niż różnicowanie ich gęstości. To sprawia, że segregację ateriałów w łoż sflidyowany ożna powodenie stosować do swania piask forierskiego i pół-schej asy żywanej, aniecysceń o gęstości nie więksej od gęstości łoża, jeżeli wyiary tych aniecysceń będą dostatecnie dże. Stwierdenie to ostało potwierdone eksperyentalnie w prototypowych rądeniach bdowanych w raach prowadonych wceśniej badań [2] na lecenie fir PRODLEW O/Kraków i PEMOD-Myślenice (rys.4). Rys. 4. Prykładowy bilans strieni asy i aniecysceń w separatore wibroflidyacyjny [2] Fig.4. Exeplary balance of olding sand and iprities streas in vibro-flidised bed separator [2] LITERATURA [1] Dańko J., Stefko F., Bodoń L., Fedorysyn A.: Zastosowanie wibroflidyacji do separacji aniecysceń ateriałów polidyspersyjnych. Materiały II Ogólnopolskiego Sypojon "Terodynaika warstwy flidalnej". Cęstochowa 1979, s [2] Praca badawca nr , etap III: Badania separatora wibroflidalnego aniecysceń etalowych i nieetalowych o wydajności Q = 40 /h. IT i MO AGH, Kraków [] Stefko F.: Analia procesów prygotowania forierskiej asy żywanej w aspekcie ich echaniacji. Zesyty Nakowe AGH nr. 19, Kraków, 1991.

8 8 [4] Orechowski Z.: Prepływy dwfaowe, jednowyiarowe, stalone, adiabatycne. PWN. Warsawa, [5] Knii D., Levenspil O.: Flidiation Engineering. John Wiley Sons, Inc. New York, London, Sydney, Toronto, [6] Dańko J., Sobieraj R.: Masyny i rądenia - Laboratori. Skrypt Ucelniany AGH, nr. 405, Kraków, [7] Fedorysyn A., Gregorasck M., Stefko F.: Masynonawstwo Odlewnice - laboratori. Skrypt Ucelniany AGH, nr 101. Kraków, FLUIDIZATION PROCESS USED FOR IMPURITIES SEPARATION FROM MOULDING SAND In the article flidiation techniqe sed for iprities reoval fro retrn olding sand has been described. Theoretical analysis of factors inflencing the proper rn of the separation is presented. Reslts of analysis indicate the range of application of this separation ethod and enable the proper choice of the design paraeters of sch separators.