REGENEROWALNOŚĆ ZUŻYTYCH SYPKICH MAS SAMOUTWARDZALNYCH Z WYBRANYMI RODZAJAMI ŻYWICY

Transkrypt

1 6/13 Archives of Foundry, Year 2004, Volume 4, 13 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2004, Rocznik 4, Nr 13 PAN Katowice PL ISSN REGENEROWALNOŚĆ ZUŻYTYCH SYPKICH MAS SAMOUTWARDZALNYCH Z WYBRANYMI RODZAJAMI ŻYWICY J. DAŃKO 1, R. DAŃKO 2 Wydział Odlewnictwa AGH, Kraków, ul. Reymonta 23 STRESZCZENIE W artykule przedstawiono ocenę regenerowalności mas należących do grupy sypkich mas samoutwardzalnych. Próby przeprowadzono dla mas z następującymi rodzajami spoiwa: żywica mocznikowo-furanowa Kaltharz U 404 U z aktywatorem 500 T1 oraz żywica Askuran F 339 z utwardzaczem Härter GS II. Efekty procesu regeneracji oraz wpływ intensywności niektórych parametrów obróbki regeneracyjnej na jakość zregenerowanej osnowy oceniano na podstawie wartości wyb ranych parametrów, pozwalających na uzyskanie wymaganych właściwości technologicznych masy sporządzanej na osnowie regeneratu. Key words: foundry resins, used foundry sand, foundry sand reclamation. 1. CEL BADAŃ Celem badań było określenie wpływu wybranego sposobu regeneracji samoutwardzalnych mas z 2 rodzajami żywicy oraz ocena jakości zregenerowanej osnowy ocenianej za pomocą kilku podstawowych parametrów, a także w oparciu o właściwości wytrzymałościowe masy sporządzonej z wykorzystaniem regeneratu. 2. REGENEROWALNOŚĆ MASY Z ŻYWICĄ KALTHARZ U 404 U W badaniach skoncentrowano się na ocenie regenerowalności zużytej masy pochodzącej z technologii SMS. Do regeneracji kierowano masę nieprzepaloną, 1 Prof. dr hab. inż., jd@agh.edu.pl 2 Mgr inż., rd@agh.edu.pl

2 46 wychodząc z założenia, że stwarza to trudniejsze warunki do regeneracji, niż w przypadku masy przepalonej. Stosowano żywicę mocznikowo-furanową Kaltharz U 404 U z kwaśnym aktywatorem 500 T1 (nazwy handlowe). Stosowano następujący skład masy formierskiej: piasek kwarcowy suchy cz. wag, żywica -1,0 cz. wag, utwardzacz - 0,5 cz. wag. Regenerację mechaniczną realizowano w temperaturze otoczenia oraz w temperaturze obniżonej stosując prototypowe urządzenie doświadczalne [1, 4]. W pracy realizowano następujące sposoby regeneracji: I. Mechaniczna, realizowana w doświadczalnym regeneratorze z łopatkowym układem ściernym [1, 4]. Parametry regeneracji: czas 3 min, 5 min, 10 min. Oznaczenie regeneratu - R1. II. Mechaniczna w obniżonej temperaturze realizowana w urządzeniu oraz w warunkach jak poz. 1. Oznaczenie regeneratu - R2. III. Termiczna, z okresowym mieszaniem fluidalnym (częstotliwość fluidyzacji 1 min czas trwania fluidyzacji 10 s.) realizowana w doświadczalnym regeneratorze termicznym [2]. Czas regeneracji odpowiednio 3min, 5 min, 10 min. Oznaczenie regeneratu - R3. IV. Termiczna, z okresowym mieszaniem fluidalnym (częstotliwość fluidyzacji 1 min czas trwania fluidyzacji 10 s.) realizowana w doświadczalnym regeneratorze termicznym [2]. Czynnik fluidyzujący powietrze + tlen w proporcji 1:1. Czas regeneracji odpowiednio 3min, 5 min, 10 min. Oznaczenie regeneratu R4. V. Termiczna, z okresowym mieszaniem fluidalnym (częstotliwość fluidyzacji 1 min czas trwania fluidyzacji 10 s.) realizowana w doświadczalnym regeneratorze termicznym [2]. Czynnik fluidyzujący powietrze + tlen w proporcji 1:2. Czas regeneracji odpowiednio 3min, 5 min, 10 min. Oznaczenie regeneratu R5. Ocenę efektów regeneracji przeprowadzono w oparciu o uzyskane wartości wskaźników: strat prażenia (LOI), wytrzymałości próbek wykonanych z regeneratu na zginanie (R g u ) po czasie odstania 1h, 4h i 24h Wyniki badań i analiza Wyniki badań strat prażenia przedstawione są na rysunku 1. W przypadku regeneratów R1 i R2 nie uzyskuje się zadowalającego poziomu usunięcia resztek żywicy z osnowy, nawet po 10 minutach trwania procesu. W przypadku pozostałych regenerattów można uznać, że dobry efekt regeneracji uzyskuje się już po 5 minutach. W przypadku zastosowania obniżonej temperatury stwierdzono korzystny efekt jej użycia. Najbardziej skuteczna jest regeneracja R5, w której stosuje się do mieszania złoża mieszaniny powietrza i tlenu w proporcji 1:2. Kolejną jest regeneracja R4, a następnie na zbliżonym poziomie regeneraty R3.

3 Strata prażenia, % R1 R2 R3 R4 R Rys. 1. Fig Czas regeneracji, min Wpływ czasu regeneracji na straty prażenia osnowy przy różnych sposobach obróbki regeneracyjnej zużytej masy z żywicą mocznikowo-furanową Kaltharz U 404 U z kwaśnym aktywatorem 500 T1 (oznaczenia symboli zregenerowanej osnowy podano w tekście) [4]. Losses on ignition vs. reclamation time for various techniques of the used sand reclamation (the same symbols are used as in description of the test parameters) [4]. u Na rysunku 2 przedstawiono zależność wytrzymałości na zginanie próbek R g [MPa] wykonanych z regeneratu od czasu ich odstawania dla różnych sposobów regeneracji w odniesieniu do próbek wykonanych z piasku świeżego. Na wykresie naniesiono również poziom 80% wartości wytrzymałości masy ze świeżych składników, który stanowić może kryterium oceny regeneratu i jego kwalifikacji do ponownego użycia jako osnowy mas rdzeniowych. Można zauważyć, że regeneraty R3, R4 i R5 spełniają wymogi ponownego ich zastosowania do mas rdzeniowych. Regeneraty R1 i R2 w warunkach przemysłowych należałoby wykorzystać do sporządzania masy wypełniającej lub jako do datek do piasku. Badania potwierdzają możliwość zwiększenia efektywności obróbki regeneracyjnej w istniejących systemach regeneracji cieplnej przez zastosowanie tlenu do wzbogacania powietrza używanego do spalania paliwa i fluidyzacji złoża. Zastosowanie tlenu w stosunku 1:1 do ilości powietrza pozwala na skrócenie o 60% czasu regeneracji bez szkody dla jakości regeneratu. 3. REGENEROWALNOŚĆ MASY Z ŻYWICĄ ASKURAN F 339 Skład masy wyjściowej był następujący: piasek kwarcowy 100%, żywica Askuran F 339 1%. utwardzacz Härter GS II 0,4%.

4 Wytrzymałość na zginanie, % Masa ze świeżych 100 skł. 80 akceptowalny poziom wytrzymałości Rys. 2. Fig Czas odstawania próbek, h masa zużyta R1 R3 R5 masa zużyta po klasyfikacji R2 R4 Zależność wytrzymałości na zginanie R u g od czasu odstawania próbek wykonanych ze zregenerowanej osnowy masy z żywicą Kaltharz U 404 U przy różnych sposobach obróbki regeneracyjnej. Oznaczenia symboli zgodne z podanym opisem w tekście. Sumaryczny czas regeneracji- 10 min. [2, 4]. Bending strength R u g vs setting time for samples made from the sand subjected to various techniques of reclamation (with total reclamation time amounting to 10 minutes) [2, 4] Efekt regeneracji oceniano przez określenie: strat prażenia, wytrzymałości na zginanie R g u próbek wykonanych z masy na osnowie regeneratu po czasie odstania próbek wynoszącym 1, 4 i 24 godziny, jakości powierzchni ziarn za pomocą mikroskopu optycznego oraz określenia ilości pyłów i bilansu masy podczas zabiegów regeneracyjnych Wyniki przeprowadzonych prób Wyniki analizy strat prażenia po różnych etapach obróbki badanej masy przedstawiono w tabeli 1, natomiast w tabeli 2 zamieszczono wyniki badań wytrzymałościowych mas wykonanych z uzyskanymi regeneratami. Analiza strat prażenia wskazuje na zadawalający stopień oczyszczenia osnowy w wyniku przeprowadzonej w odlewni regeneracji masy zużytej w regeneratorze wibracyjnym. Efekt ten można poprawić stosując dodatkową klasyfikację pneumatyczną, jednak uzyskany z tego tytułu spadek strat prażenia jest nieznaczny. Dodatkowa

5 49 regeneracja w urządzeniu odśrodkowym również nie wprowadza istotnej poprawy jakości regeneratu. Tabela 1. Wyniki strat prażenia po różnych etapach obróbki masy zużytej [4] Table 1. Results of LOI after various reclamation treatment Numer masy Stan obróbki badanej masy zużytej Straty prażenia % 1. Masa z rozkruszonych brył 2,08 2. Masa z brył po odwianiu wstępnym w klasyfikatorze 1,95 3. Regenerat uzyskany w odlewni 1,36 4. Regenerat jak p.3 po klasyfikacji wstępnej i regeneracji mechanicznej 1,28 5. Regenerat jak p. 4 po klasyfikacji końcowej 1,27 6. Pyły z regeneratu jak p.3 (po klasyfikacji wstepnej) 4,0 7. Pyły z brył po odwianiu jak p. 2. 6,9 Tabela 2. Wyniki badań wytrzymałości na zginanie masy na osnowie regeneratu, wiązanej 1% żywicy Askuran F 339 [4] Table 2. Results of Bendig strength of specimens prepared from reclaimed Sand with 1% of Askuran F 339 resin Numer Wytrzymałość R u g MPa Stan obróbki badanej masy zużytej masy 1 h 4 h 24 h 1. Regenerat uzyskany w odlewni 0,64 (80%) 1,5 1,90 (96%) (89%) 2. Regenerat uzyskany w odlewni 70% + 30% 1,66 1,95 0,77 (96%) świeży piasek kwarcowy (107%) (92%) 3. Regenerat uzyskany w odlewni po 0,825 1,7 1,975 dodatkowej klasyfikacji (103%) (110%) (93%) 4. Regenerat wyjściowy 50% + 50% świeży 0,7 1,67 2,2 piasek kwarcowy (87,5%) (108%) (103%) 5. Regenerat uzyskany w odlewni po 0,7 1,78 2,21 klasyfikacji wstępnej, regeneracji i (87,5%) (115%) (104%) klasyfikacji końcowej 6. Świeży piasek kwarcowy 0,8 (100%) 1,55 (100%) 2,13 (100%) Analiza wytrzymałości na zginanie mas wykonanych na różnych osnowach wskazuje, że najmniejszą wytrzymałość ma masa wykonana z regeneratu wyjściowego, otrzymanego w odlewni oraz masa wykonana na osnowie mieszaniny regeneratu wyjściowego i świeżego piasku (70%:30%). Największe wartości wytrzymałości osiągnięto dla mas wykonanych z mieszaniny wyjściowego regeneratu i piasku

6 50 świeżego (50%:50%) oraz regeneratu wyjściowego po jego dodatkowej klasyfikacji, ponownej regeneracji mechanicznej i końcowej klasyfikacji. W tabeli 2 podano dodatkowo wyniki wytrzymałości poszczególnych prób przeliczone w stosunku do wytrzymałości masy na osnowie świeżego piasku. Zamieszczone dane wskazują, że wytrzymałość masy z regeneratem jest we wszystkich przypadkach satysfakcjonująca, spełniony jest bowiem wymóg uzyskania przez masę z regeneratem progu 80% wartości dla masy z osnową piasku świeżego. Największą wytrzymałość uzyskano dla osnowy powstałej przez zmieszanie regeneratu wyjściowego i piasku świeżego w proporcji 1:1 LITERATURA [1]. R. Dańko: Re-using the sand reclaimed by various reclamation processes in preparation of core sands. International Conference Modern Methods of Core Production, , Czech Republic, Milovy, p [2]. R. Dańko: Badanie regenerowalności zużytej masy samoutwardzalnej metodami termicznymi. IV Międzynarodowa Sesja Naukowa Nowe technologie i osiągnięcia w metalurgii i inżynierii materiałowej. Częstochowa 2003, s [3]. J. Dańko, M. Holtzer: Reclaimability of core and mould sands with various kinds of resins. Foundry Chemical Resins. Proceedings of the First International Symposium for Foundry Chemicals, Sharm El-Sheikh - Egypt, Feb. 2004, s [4]. Technologia i metoda regeneracji osnowy kwarcowej zużytych mas formierskich i rdzeniowych uwzględniająca selekcję masy podczas wybijania odlewów i wdrożenie tej metody oraz masy z regeneratem. Projekt celowy KBN Nr 10 T C/5061. RECLAIMABILITY OF USED SELF SETTING SAND WITH SELECTED TYPE OF RESIN This article relates the studies conducted at the AGH University of Science & Technology partially in the frame of project Nr , on the process of reclamation of the used self-setting sands, re-used next in production of cores (core sand-to-core sand reclamation). In the present study attention was focussed on an assessment of the reclaimability of the sand used in the technology of loose self-setting mixtures. The effect of the reclamation process and of the intensity of some of its factors on the reclaimed sand grains quality, was evaluated by means of the selected parameters, allowing to obtain the required technological properties of sand mixtures made with the reclaimed sand. The trials of reclaimability were made on the sand mixtures made with urea-furan, Kaltharz U 404 U type resin with an acid 500 T1 activator, and with Askuran F 339 resin. Recenzent: prof. dr hab. Mariusz Holtzer.