35/11 Sliditicatin fmctals and Allys,. 35, 1998 Krzepnięcie Metali i Stpów, r 35, 1998 PA Oddział Katwice PL-ISS 0208-9386 JÓZEF BABIŃSKI", FRACISZEK BADURA. JÓZEF GAWROŃSK(", JA SZAJAR WSTĘPE A WILŻAIE MAS Z BETOITEM W URZĄDZEIU FIRMY "REAL" Streszczenie Wstępne nawilżanie masy fnnierskiej już w bnie d wybijania fnn w zdecydwany spsób pdrwsi efek.i.y eknmiczne dlewni i zmniejsza zużycie skladn.ików dświeżających masę. W artyk-ule pisan spsób wstępneg nawilżania masy w bębnic knstrukcji PPR"Real". l.wstęp Obecnie jak masy frmierskie d dlewania na wilgtn stswane są pwszechnie masy syntetyczne, sprządzane z piasku kwarcweg, bentnitu i nśnika węgla, a pdstawwym agregatem d ich sprządzania jest z reguły mieszarka pbcznicwa. Technlgia sprządzania mas frmierskich w dlewniach plskich jest - z małymi wyjątkami - niezadwalająca. Technlgia ta pwstawała na bazie surwców krajwych a także techniki, w której brak był urządzeń i aparatury d autmatycznej regulacji i kntrli prcesu przerbu masy frmierskiej. Zainwestwanie w nwczesną technikę - przy zachwaniu istniejącej infrastruktury raz zastswanie dpwiednich surwców - mże przynieść pważne efekty eknmiczne. 2. STABILIZACJA PARAMETRÓW MASY FORMIERSKIEJ Stabilizacja parametrów masy frmierskiej i warunków jej przerbu są pdstawwym warunkiem siągnięcia efektów eknmicznych. a jakść i parametry technlgiczne masy frmierskiej mają wpływ trzy pdstawwe czynniki: l) surwce d sprządzania masy, 2) technlgia przerbu masy (urządzenia i instalacje), 3) aparatura d autmatycznej kntrli pszczególnych faz przerbu masy frmierskiej. Efekty eknmiczne i eklgiczne w pstaci: Przedsiębirstw Prjektw-Realizacyjne "Real" w Zabrzu Katedra Odlewnictwa Flitechniki Śląskiej w Gliwicach
94 prdukcji dlewów bniżnych naddatkach na bróbkę skrawaniem, bniżenia ilści braków z winy frmy, bniżenia zużycia świeżych materiałów frmierskich, zmniejszenia zapylenia pwietrza w hali i emisji zanieczyszczeń d pwietrza atmsferyczneg, zmniejszenie ilści dpadów zużytej masy, uzyskuje się pprzez kmplekswe rzwiązanie wszystkich prblemów przerbu masy frmierskiej. D masy biegwej przy dlewaniu na wilgtn ddaje się : bentnit i nśniki węgla w celu uzupełnienia ich częściweg zużycia w pprzednim cyklu prdukcyjnym, świeży piasek w celu uzupełnienia ubytków masy raz w celu jej "dświeżenia", aby nie dpuścić d nadmierneg wzrstu frakcji pylastej i bniżenia przepuszczalnści. Ilść pyłów w masie frmierskiej zależy d ilści ddawaneg bentnitu, a ilść ddawaneg bentnitu - d jeg jakści. Pdbny wpływ mają nśnik węgla raz trwałść termiczna ziaren piasku. śnik węgla w pstaci sameg pyłu węgła kamienneg zawiera niewielką ilść węgła aktywneg, z któreg twrzy się pdczas zalewania frm węgieł błyszczący. Im wic,;cej pyłu węgla, tym grsze właściwści masy i większa emisja gazów. Destrukcja termiczna ziaren piasku zależy d jeg jakści, spsbu transprtu (szczególnie "pyltwórcza" jest instalacja wyskciśnieniweg transprtu pneumatyczneg), d technlgii przerbu masy, jak również d warunków dlewania. Ilść pyłu w masie frmierskiej w całym cyklu prdukcyjnym pwinna być jak najrnniejsza, gdyż pyl bniżając własnści technlgiczne masy stanwi kłptliwy dpad. Decydujący wpływ bentnitu na ilść pyłu znajdująceg się w masie frmierskiej plega na tym, że bentnit niskiej jakści ( niskiej sile wiązania, niskiej dprnści termicznej - ulegający szybkiej dezaktywacji i zawierający duż zanieczyszczeń mineralnych) musi być ddawany d masy biegwej w dużych ilściach, c pwduje wzrst frakcji pylastej i wyrnaga wprwadzenia d biegu większej ilści piasku świeżeg. Większa ilść piasku świeżeg wymaga z klei ddatkwej ilści bentnitu dla jeg związania raz ddatkwej ilści nśnika węgla. Mamy tu zatem d czynienia z efektem ddatnieg sprzężenia zwrtneg. 3. BADAIA PRZEMYSŁOWE a pdstawie wielletnich bserwacji i badań w kilkunastu dlewniach krajwych i zagranicznych pracwan wykres zależnści ilści ddawaneg wyskjakściweg bentnitu i nśnika węgla, jak funkcji ilści piasku świeżeg w masie biegwej (rys.l). a wykresie tym ilść piasku świeżeg dtyczy zarówn piasku pchdząceg z rdzeni, jak i piasku świeżeg ddawaneg
95 d masy biegwej. Wykres ten zstał sprawdzny w przdujących dlewniach niemieckich w ramach współpracy z firmą IKO [5]. W przypadku stswania bentnitu i nśnika węgla niskiej jakści, ilści te ulegną znacznemu zwiększeniu. iesłychanie ważnym zagadnieniem, które brazuje rys. l - jest relacja pmiędzy tzw. bciążeniem cieplnym frmy, wyrażnym w przybliżeniu stsunkiem masy lub bjętści masy frmierskiej d masy lub bjętści dlewów a ilścią bentnitu, nśnika węgla i piasku dświeżająceg. Dla utrzymania w biegu masy frmierskiej dpwiednich własnściach wystarczy usuwać frakcję pylastą raz ddawać dpwiednią ilść świeżych składników. a takim załżeniu, są na gól zbudwane istniejące zespły urządzeń i instalacji d przerbu raz transprtu masy biegwej, wypsażne w instalacje d intensywneg dciągu pyłu - szczególnie na stanwiskach wybijania frm i na przesypach masy zwrtnej transprtwanej przenśnikami taśmwymi, ale również w mieszarce pbcznicwej, wypsażnej w nadmuch pwietrza d chłdzenia masy. 1,6 1,4 1,2 u.10:01 III a7.5:1 A05:01 "' f 0,8 X10:01... lł(7,5:1 c: III 0,6 es:1 c ;t:: c 0.4 c.! 0,2 2 4 6 8 10 piasek świdy, ('k] Rys. l. Zależnść ilści ddawaneg wyskjakściweg bentnitu i nśnika węgla d udziału piask'u świeżeg traktwaneg łącznie z piaskiem pchd7ąc)111 z rdzeni. Krzywe ciągle dnszą się d bentnitu, a przerywane d nśnika węgla błyszcll\ceg. Liczby przy krzywych znaczają stswlek masy fmuerskiej d dlewów w udziałach ciężarwych Intensywne dciąganie pyłu z masy biegwej pwduje nie tylk ddzielanie zanieczyszczeń, ale również bentnitu. W tym celu pddan badanim szlam z
96 dpylników mkrych. Badania przeprwadzne w dwóch dlewaniach wykazały, że zawartść aktywneg bentnitu (w przeliczeniu na 75% mntmrylnit) wynsi d 33% d 40%, zaś zawartść nśnika węgla dpwiedni- 40% i 19%. 12000 GI :g... 10000.::; 8000 -"'... e '&::. -"'.: :l u "8 6000 Q.. Qj... c. 4000 O " I'CI c. 2000 ". g U.".05:01 a7,5:1 A 10:01 2 4 6 8 Ilść piasku śwideg w masie dświe:tnej r/) 10 Rys. 2. Zależnść ilści dpadów masy przy prdukcji dlewów żeliwnych d udziału piasku świeżeg w masie dświeżnej. Liczby przy krzywych znaczają stslulek masy frmierskiej d dlewów w udziałach ciężarwych Z pwyższeg wynika, że stswanie niedpwiedniej jakści bentnitu i nśnika węgla raz technlgii przerbu a zwłaszcza dpylania i chłdzenia, plegających na usuwaniu tych składników z masy, jest w praktyce prdukcyjnej marntrawstwem i zanieczyszczaniem śrdwiska. W celu uzyskania rzeczywistych efektów eknmicznych, stswaną dtychczas zasadę : "duż świeżych materiałów frmierskich i intensywne dpylanie" należyzmienić na "dświeżać masę biegwą i jak najmniej usuwać dpadów zużytej masy". Wraz z wprwadzeniem d biegu masy frmierskiej wyskjakściwych surwców, kniecznajest mdernizacja technlgii przerbu. wczesna technlgia przerbu masy frmierskiej rzpczyna się już na stanwisku wybijania dlewów z frm. ajważniejszym zadaniem - szczególnie przy dużym bciążeniu cieplnym frm - jest jej szybkie nawilżenie i wstępne wym1eszame
Stsunek masy d dlewów 5: l Ilść masy frmierskiej 50.000 t/rk BILAS MA TERJAŁÓW FORMIERSKICH W ODLEWI dla prdukcji dlewów 10.000 t/rk Stsunek masy d dlewów 5: l Ilść masy frmierskiej 75.000 t/rk Stsunek masy d dlewów 5: l Ilść masy frmierskiej 100.000 t/rk Tablica l Ddatek składników świeżych Ilść Ddatek składników świeżych Ilść Ddatek składników świeżych Piasek Bentnit śnike dpadów Piasek Bentnit śnike dpadów Piasek Bentnit śnike dpadów 'Y/t/rk /crk /crk t/rk % rk /c/t/rk /crk t/rk /c/t/rk /lt/rk /crk t/rk 0,51250 0,41200 0,17185 535 0,5/375 0,361270 0,151115 760 0,5/500 0,30/300 0,101100 900 1,0/500 0,451225 0,20/100 825 I,ns 0,40/300 0,17/130 1180 1,0/1000 0,35/350 0,1 2/120 1470 2,0/1000 0,561280 0,24/120 1400 2,0/1500 0,50/375 0,20/150 2025 2,012000 0,43/430 0,171170 2600 Ilść 4,012000 O,n/385 0,33/165 2550 4,0/3000 0,67/500 0,281210 3710 4,0/4000 0,60/600 0,221220 4820 6,0/3000 0,981490 0,421210 3700 6,0/4500 0,87/650 0,351260 5410 6,0/6000,nm 0,281280 7050! 8,0i4000 l,2/600 0,51250 4850 8,0/6000 l,081810 0,42/31 s 7125 8,0/8000 0,951950 0,34/340 9290 10,0/5000 1,4n 0,6/300 6000 l,n5 l,27/950 0,50/375 8825 10110000 1,13/1130 0,40/400 11530 - ---
98 dla wyrównania wilgci. Operację wstępneg nawilżenia masy wybitej z frm przeprwadza się najskuteczniej w bębnach brtwych, w których następuje również ddzielanie dlewów d przywartej masy, studzenie dlewów i masy (pprzez dparwanie wdy) raz wstępne ujednrdnienie parametrów masy zwrtnej. BQbny brtwe stsuje się d dlewów drbnych. Masa wybita z frm na kracie wstrząswej pwinna być również jak najszybciej nawilżna, przy czym każde nawilżenie masy zwrtnej mże mieć miejsce jedynie wraz ze wstępnym wymieszaniem masy dla wyrównania wilgtnści -w dpwiednim hmgenizatrze. Zagadnienie wstępneg nawilżania masy zwrtnej 1 JeJ ujednrdnienia jest najisttniejszym i dtychczas nie zadawalając rzwiązanym prblemem technlgii przerbu mas frmierskich d dlewania na wilgtn. Prces wybijania dlewów z frm pwinien się dbywać w warunkach pełnej hermetyzacji, przy zastswaniu nieznaczneg dciągu zapylneg pwietrza w celu wytwrzenia pdciśnienia, c zabezpiecza przed wydstawaniem się pylu na zewnątrz budwy bębna brtweg lub kraty wstrząswej, ale nie pwduje utraty bentnitu i nśnika węgla z masy zwrtnej. ajtrudniejszym d rzwiązania prblemem jest dzwanie dpwiedniej ilści wdy d wstępneg nawilżania masy wybitej z frm. I tutaj bardz ważnym prblemem jest wyska jakść bentnitu i jeg zdlnść d zachwania wilgci nawet w skrajnie trudnych warunkach. Przy wilgtnści niec pwyżej l%, masa przestaje pylić, natmiast pwyżej 2% twrzą się już grudki masy. Mając na uwadze fakt, że masa zwrtna musi być przesiewana (przede wszystkim w celu ddzielenia nicprzepalnych fragmentów rdzeni), nie mżna dpuścić d pwstawania grudek, gdyż pwduje t straty masy biegwej [5] nawet d 10% jej bjętści gólnej będącej w biegu. Optymalną wilgtnść masy wybitej - k. l,5% w praktyce - szczególnie przy zmiennym asrtymencie dlewów - trudn uzyskać. Stswany np. w bqbnach brtwych DISACOOL natrysk ciągły regulwanym natężeniu nie zdał egzaminu. W bębnach zaprjektwanych, zbudwanych i zainstalwanych przez PPR "REAL" w liniach frmierskich Dl SAMA TIC zastswan autmatyczne dzwanie wdy regulwanymi prcjami. Dla każdej wpadającej d bębna frmy zstaje autmatycznie dzwana dpwiednia ilść wdy. Prcja wdy ustawina jest na elektrnicznym dzwniku usytuwanym przy stanwisku peratra frmierski. Przy zmianie asrtymentu dlewów (zmianie płyty mdelwej), ilść dzwanej wdy pwinna być zmienina w mmencie, gdy nwy asrtyment dlewów znajdzie się w strefie natrysku w bębnie brtwym. Także rzwiązanie nawilżania masy wybitej jest abslutną nwścią i spelnia wymgi rygrów nawilżania. Calkwite rzwiązanie teg prblemu wymaga wyeliminwania czynnika ludzkieg i wprwadzenie pełnej autmatyzacji regulacji wilgtnści masy zwrtnej.
99 PPR "REAL" pracuje becnie nad rzwiązaniem teg zadania pprzez uzależnienie ilści dzwanej wdy również d temperatury mieszaniny masy i dlewów w bębnie raz kntrlę temperatury masy wypadającej z bębna. Analgicznie b((dzie rzwiązane t zadanie w hmgenizatrach masy zwrtnej. Dla pdkreślenia jak ważny jest prblem nwczesnej technlgii przerbu masy, tj. takiej technlgii, która umżliwia minimalizację ddatków wyskjakściwych składników świeżych - na rys. 2 przedstawin wyniki badań zależnść ilści dpadów pprdukcyjnych masy zużytej d udziału piasku świeżeg. Z wykresu wynika, że dla tej samej wielkści prdukcji dlewów, ilść masy zużytej, wywżnej na zwałwisk, mże różnić się nawet dziesięcikrtnie. Stsując niskiej jakści materiały frmierskie raz niewłaściwą technlgię przerbu, zużycie świeżych składników masy frmierskiej a tym samym ilść dpadów (masy zużytej), mże dchdzić d 1,3 t/t dbrych dlewów. Mżliwe jest również bniżenie zużycia surwców i wywzu dpadów - w zależnści d asrtymentu- d k. 0,2-0,4 t/t dbrych dlewów. Uzyskanie tych efektów jest uwarunkwane przede wszystkim wstępnym nawilżaniem masy zwrtnej. W tablicy l pdan bilans materiałów frmierskich dla dlewni i dla danych z rys.2. Wstępne nawilżanie masy zwrtnej jest bardz ważne również z teg pwdu, że bentnit w suchych warstwach masy wybitej, nic zdąży wchłnąć wdy w czasie pnwneg mieszania [3] (rys. 3). Im wyższej jakści bentnit, tym wlniej wchłania n wdę. Czas pęcznienia dbreg bentnitu (d stanu sucheg) wynsi l,5 d 3 gdz., przy czym szybkść wchłaniania wdy rśnie lgarytmicznie [l], [2], [3]. Bentnit w masie zawartści 1,5% wilgtnści, wchłania wdę dzwaną d mieszarki w ciągu kilkunastu minut, c znacza, że taka masa frmierska dstarczna d zbirników nad mieszarką uzyskuje ptymalne parametry (rys. 3). Przy niewielkim bciążeniu cieplnym frm, tj. stsunku masy frmy d masy dlewu większym d l O, bębny brtwe pracują prawidłw, natmiast przy wyższym bciążeniu cieplnym, dparwuje prawie cała wda zawarta w masie i występują pważne trudnści pn\\-neg nawilżania. Isttne jest, aby nie dpuścić d całkwiteg dparwania wdy. Linia DISAMATIC w KZO Kńskie prdukuje najcz((ściej dlewy drbne. Przy tym asrtymencie prdukcja dbywa się bez zakłóceń. Odlewy i masa zstają chłdzne d temperatury pniżej 50 C, a masa zwrtna zawiera pwyżej l% wdy i nie pyli w czasie transprtu. Przy wprwadzeniu d prdukcji dlewów wiqkszej masie wda dparwuje całkwicie w znacznej bjqtści masy już na przenśniku frm raz w pczątkwej strefie bqbna, gdzie wprwadzenie nawilżania przez natrysk wdy nie jest mżliwe, pnieważ wywłuje znaczne napr((żenia w dlewach i ich p((kanic. Przy dużym bciążeniu cieplnym frm, krzystniej jest ddzielać dlewy d masy na kracie wstrząswej, a masę zwrtną wprwadzić spd kraty d hmgenizatra.
100 BC(bny brtwe knstrukcji PPR"Reał" wypsażne są w autmatyczny dzwnik wdy. Dla każdej wpadającej d bębna frmy zstaje pdana - w pstaci natrysku - dpwiednia ilść wdy. Przy zmiennym asrtymencie dlewów, zmienia się ilść dzwanej wdy. Wielkść prcji wdy dla daneg asrtymentu kreśla bsługa linii na pdstawie tabel cieplneg bciążenia frm. a rys. 4 przedstawin schemat stanwiska d chłdzenia i wstępneg czyszczanie dlewów raz d nawilżania i hmgenizacji masy zwrtnej w bębnie brtwym, stanwiące dbry krk d mdernizacji technlgii przerbu mas frmierskich. >- 5 4,5 -g 4 :t c: "' c: "' E "' 3,5 "',:;- 3.., 2,5 u :t 2 u III 1,5..0 ""' >. "' 0,5 0,8 1,1 1,5 wilgtnść pczątkwa masy zwrtnej rt.) Rys. 3. Szybk ś ć wchlaniania wdy przez masę zwrtną przy zawartści 9% bentnitu w masie [2,3] Stanwisk t charakteryzuje się : - pełną hermetyzacją wyltu z bębna., instalacją dpylania umżliwiającą pnwne wprwadzenie aktywnych składników masy zwrtnej d biegu, - ddatkwym wymieszaniem i nawilżeniem masy zwrtnej wraz z pył e m wytrącnym w peracji dpylania, - mżliwścią autmatyczneg pmiaru wilgtnści i dzwania wdy (p ddzieleniu masy zwrtnej d dlewów) d mieszarki przeltwej. Przenśnik ślimakwy d pyłu i szlamu umżliwia kierwanie tych składników d biegu łub na zwal. a stanwisku tym wielkści prcji wdy dzwanej d bębna decyduje bsługa. Przy zmianie asrtymentu należy zmienić wielkść prcji wdy, przy czym należy t zrbić w mmencie, kiedy nwy asrtyment dlewów znajdzie się w strefie natrysku, tj. w praktyce p 0,5-1,5 gdz. d mmentu zmiany płyty mdelwej. Obsługa nie zawsze tym pamięta.
JOl -'.,, l'' l td L() l <. ' l ( z L!.J <.:) UJ --' ;; :::;: l -,.. >... c: "' -' C!) :::;: u z: a:. w O- :D Cii r W' O ::J :D u <' >- :: :l: > c: <( u > :::;: ;;: O Vl c:..., <( < "-' > - u :;)...... > "' z u \/l... < "' w z c:... "' a: >- "- > "' l :;),.. ;:; s a: >- >- u ;; :::;: <(... ;; u... g -' >- "- :::J D c 3 v "'.D Rys. 4. Schemat stanwiska d chldz.cnia i wstc;pneg czyszczania dlewów raz nawilż.ania i hmgenizacji masy zwrtnej z natryskiem cyklicznym- za pmcą autmatyczneg dzwnikawielkść prcji wdy na jedną frmę ustawiana przez bsługę.
102 l \ Rys. S Schematy stanwiska d chldzenia i wstgmeg czyszczania dlewów raz nav.il7mua i hmgeuzacji masy zwrtnej z natryskiem ciągłym -regulwanym autmatycznie- pprzez pnuar temperatury i wilgtnści masy wychd?ącej z Łx;bna.
103 Eliminacja subiektywneg czynnika ludzkieg i całkwita autmatyzacja regulacji wilgtnści masy zwrtnej jest przedmitem prac badawczych i knstrukcji w PPR "Real" i Plitechnice Śląskiej. a rys. 5 przedstawin schemat analgiczneg (jak na rys.4 stanwiska) z zastswaniem ciągleg natrysku wdy. Stanwisk t jest na etapie prac studialnych. Zakłada się, że natrysk ciągły, wspmagany sprężnym pwietrzem, wytwrzy warstw(\: mgły wdnej, która pruszając się z dużą szybkścią, wytrąci z przestrzeni bębna bentnit i nśnik węgla raz skrpli parę wdną. Pmim wprwadzenia d bębna sprężneg pwietrza, dzięki skrpleniu pary wdnej, bjętść gazów, a tym samym wymagana ilść dciąganeg pwietrza ulegnie zmniejszeniu. Wstępna próby przeprwadzne w dlewni "BEF A" ptwierdziły tę hiptezę. W rzwiązaniu tym dpylanie pwietrza będzie się dbywać przede wszystkim w samym bębnie, a w dciąganym pwietrzu, zawartść pyłu będzie niewielka. Wdrżenie teg rzwiązania d praktyki prdukcyjnej jest mżliwe jedynie przy pełnej autmatyzacji teg prcesu i wymaga pważnych badań w celu uzyskania ptymalnych parametrów nawilżania masy, w tym: - zależnści ilści dzwanej wdy d temperatury i wilgtnści masy wychdzącej z bębna, - ptymalnej prprcji wdy i sprężneg pwietrza w strumieniu pwietrznwdnym, - spsbu uzyskiwania strumienia pwietrza wdneg, -dbru urządzeń i aparatury d pmiaru temperatury i wilgtnści masy zwrtnej, - rzwiązania spsbu sterwania natężeniem strumienia w zależnści d mierznych parametrów. Rzwiązanie tych prblemów stanwić będzie dalszy pważny krk na drdze d pprawy efektów techniczn- eknmicznych prdukcji dlewniczej. LITERATURA (l) Lewandwski J.L. : Przygtwanie frm dlewniczych. WT, Warszawa 1987. (2) Baier J., Siedematm R. : wczesne lepiszcza bentnitwe dla dlewnictwa, I Seminariwn, Szczyrk 1993. [3 ) Gawrński J., Szajnar J. : Międzynardwa Knferencja "wczesne technlgie dlewnicze", Kraków 1995. [4) Dzwnnik I. : Badania fizykchemicznych 7jawisk w wilgtnych frmach napylanych pyłem węglwym. Rzprawa habilitacyjna, Zielna Góra 1991, Mngralic nr 56. [5] Gawrński J. : Materiały pmcnicze w dlewnictwie i metalurgii. ll Sympzjum Instytut Pdstaw Inżynierii Śrdwiska w Zabrzu i Katedra Technlgii Stpów Metali i Kmpzytów Plitechniki Śląskiej, Katwice I 995. [6) B abiński J., Badurn F., Gawrński J.: Krzyści wstępneg nawilżania używanej syntetycznej masy fnnierskiej. Przegląd Odlewnictwa 1997, nr 3, s. 72-75. Recenzent: prf.dr hab. inż. Ireneusz Dzwnnik
104 JózefBABIŃSKI Franciszek BADURA Józef GA WROŃSK! JanSZAlAR Advantages f p retemper used bentnite mulding s and and pretemper plant Streszczenie Pretemper the sand just in the cleaning drum f bentni te muld increases ecnrnical e!tect f ftmdry and reduccs the cnsumptin f ingredients rebnding the sand. In the paper is dcscribcd the methd f prctcmper the sand in the cleaning drum by PPR "Real".