Регенерация — совокупность технологических операций, связанных с восстановлением физико-механических свойств отработанных формовочных и стержневых смесей.
В современном литейном производстве используют три способа регенерации отработанных формовочных смесей: термический, механический и термомеханический. Наиболее высокое качество обеспечивает термическая регенерация отработанных формовочных смесей, при которой восстанавливается не менее 95% отработанного формовочного песка. В этом случае регенерированный песок по качеству не только не уступает свежему песку, но и за счет активации поверхности может даже значительно улучшить его. Однако часть невыгоревшего связующего (потери при прокаливании) составляет не более 0,1%. Зерновой состав песка остается в пределах марки исходного.
Термическая регенерация
Термическая регенерация обеспечивает высокое качество регенерации большинства смесей за исключением тех, в которых используются составляющие, содержащие невыгорающие, спекающиеся или плавящиеся при температуре регенерации добавки. Холодно-твердеющие смеси, применяемые при Cold-box-min-Epoxy-SO2-процессах, хорошо поддаются термической регенерации. Но смеси, используемые для Альфа-сет и Бета-сет процессах, не подходят для термической регенерации, так как они содержат щелочные фенольные смолы. Нельзя также подвергать терморегенерации ХТС, отверждаемые ортофосфорной кислотой.
Следует особо отметить, что термическую регенерацию лучше всего применять в том случае, когда формы и стержни изготавливают из одной и той же смеси. Если формы изготавливают из ПЕС, то бракованные стержни целесообразно отдельно подвергать термической регенерации. Технические характеристики установок для термической регенерации песков из отработанных формовочных смесей приведены в табл. 4.1.
Схема установки для термической регенерации формовочных песков показана на рис. 4.1. Общий вид и конструкции печи, охладителя, рекуператора представлены на рис. 4.2-4.4.
Печь для термической регенерации (рис. 4.2) работает по принципу кипящего слоя и состоит из рабочей камеры (камеры кипящего слоя) 10, осадительной камеры 7 и боковых горелок 9. Отработанная смесь после дробления, просева, магнитной сепарации подается в печь через течку 1, максимальный размер кусков отработанной смеси — не более 3-5 мм.
Обработанная смесь поступает в рабочую камеру 10 и потоком воздуха приводится в кипящее состояние. Нагрев смеси осуществляется газовыми двухпроводными горелками 9. Воздух, поступающий для формирования кипящего слоя и горелки, подогревается дымовыми газами в рекуператоре (рис. 4.4). Горелки печи снабжены автоматической системой розжига и контроля пламени. Для большинства используемых смесей обработка производится в печах с боковыми горелками при температуре газовоздушной смеси 600-800°С. Печь с боковыми горелками безопаснее в работе, чем печь, где в кипящий слой подается газовоздушная смесь.
Расход газа в значительной степени зависит от содержания остаточного связующего в отработанной смеси. Для охлаждения регенерата используют охладитель (рис. 4.3) работающий по принципу кипящего слоя. Охладитель состоит из рабочей камеры 6 (камеры кипящего слоя), водяного теплообменника 9, осадительной камеры 3. Охлаждение песка осуществляется потоком воздуха, формирующим кипящий слой, и водяными теплообменниками, через которые проходит холодная оборотная вода. Расход воды составляет 20 м3, ее оптимальная температура равна 10°С. Температура регенерата на выходе из охладителя составляет около 40°С и зависит от температуры воды на входе.
Для очистки дымовых газов, поступающих из печи, и запыленного воздуха из охладителя используют двухступенчатую систему очистки — центробежные циклоны и мокрые пылеочистители. Для подачи постоянного количества смеси в печь используют питатели (ленточные, дисковые, вибрационные). Печи большой производительности как правило работают в непрерывном режиме, а малой (производительностью не ниже 0,4 т/ч) — в периодическом режиме. При работе цеха или участка в одну или две смены может быть создан запас смеси в бункере-накопителе.
Многолетний опыт работы показал, что 99% отработанной смеси после регенерации можно повторно использовать в производстве, качество регенерации по сравнению со свежим песком не изменяется. На ряде отечественных заводов внедрены установки Конструкторско-технологического института автомобильного машиностроения (КТИАМ) производительностью 10 т/ч для регенерации песка из ХТС на основе карбамидно-фурановой смолы с бензосульфокислотой в качестве катализатора. Качество полученного регенерата соответствует качеству свежего песка.
Механическая регенерация
Для регенерации ХТС, содержащих в своем составе невыгорающие и плавящиеся при температуре термической регенерации добавки, а также для регенерации песчано-глинистых, жидкостекольных смесей с фосфатными связующими применяется механическая регенерация. На рис. 4.5 показана схема универсальной линии конструкции КТИАМ для механической регенерации песка из отработанных смесей, технические характеристики которой приведены в табл. 4.2.
Линия состоит из оборудования для подготовки отработанной смеси (дробление, просев, магнитная сепарация, питатель), аппарата для сушки отработанной смеси, аппарата для механической очистки (непосредственно регенерации), сита для просева регенерированного песка, системы очистки запыленного воздуха. Линию можно и не устанавливать, если в цехе уже есть оборудование, на котором смесь проходит указанные операции. Установку для сушки необходимо использовать при регенерации песчано-глинистой смеси, если влажность отработанной смеси более 1%. Также установку для сушки целесообразно применять при регенерации жидкостекольных смесей, используя ее как низко-температурную прокалку, и после обжига отработанной жидко-стекольной смеси при 1200°С. В этом случае лучше удаляется пленка из жидкостекольного связующего.
В тех случаях, когда смесь в форме прогревается до 200°С, высокотемпературной прокалки не требуется. Как правило, в линиях механической регенерации устанавливают сушки конструкции КТИАМ, работающие по принципу кипящего слоя. Если отливки, особенно стальные, после извлечения из формы поливают водой, то для сушки влажной отработанной смеси целесообразно использовать барабанные сушила, после чего смесь должна подвергаться магнитной сепарации, дроблению, а затем подаваться в установку для механической регенерации.
Для ХТС с органическими связующими и смесей с фосфатными связующими сушка перед механической регенерацией не нужна. Конструкция и схема промышленного аппарата РМ-5 для механической регенерации формовочных песков представлены на рис. 4.6, 4.7. Аппарат состоит из воздухораспределительной камеры, воздухораспределительной решетки 1, рабочей камеры 4, роторов 11 с закрепленными на них рабочими сменными лопатками, отражательных экранов над валами, осадительной камеры 6. Отработанная смесь приводится в состояние кипящего слоя воздухом, поступающим из воздухораспределительной камеры через воздухораспределительную решетку, и вступает во взаимодействие с вращающимся ротором 11. Очистка песка происходит при взаимодействии с рабочими лопатками, отражательными экранами 8, 10 и при соударении зерен, разгоняемых лопатками смежных валов. Для увеличения эффективности очистки отражательные экраны расположены полукругом и максимально приближены к рабочим лопаткам. Для удобства обслуживания аппарата и смены лопаток отражательные экраны закреплены на ремонтных дверках и при их открывании выдвигаются из аппарата (рис. 4.7).
Очистка запыленного воздуха после аппарата механической регенерации двухступенчатая, осуществляется центробежными циклонами и рукавными фильтрами. Воздух после очистки соответствует санитарным нормам. Механическую регенерацию целесообразно применять для регенерации ХТС, если стержни и формы изготовляют из одной смеси. В этом случае для изготовления форм можно использовать до 80-90% регенерата, а для стержней до 40-50%. При изготовлении форм из ПГС, а стержней из ХТС регенерат после механической очистки можно применять только в составах ПГС.
Если формы изготовляют из жидкостекольной смеси, а стержни из ХТС, регенерат в этом случае можно использовать только для жидкостекольной смеси. В регенерат из смесей с фосфатными связующими и жидкостекольной смеси допустимо попадание до 30% регенерата из ПГС, в регенерат из ХТС допустимо попадание регенерата из ПГС, но не более 10%.
На многих заводах в настоящее время формы изготовляют из ПГС, а стержни из ХТС или ГТС (горячетвердеющих смесей), при этом в процессе выбивки смеси, как правило, смешиваются. В этом случае можно использовать механическую регенерацию, но регенерат будет пригоден только для приготовления ПГС. Для использования регенерата в составах стержневых смесей необходимо осуществлять термомеханическую регенерацию, при которой глина будет удаляться механической очисткой, а органические связующие материалы — термической. Для термомеханической регенерации используются установки описанные выше. Схема линии термомеханической регенерации приведена на рис. 4.8.
Входящее в состав линии оборудование может меняться в зависимости от вида и свойств смеси. Например, при влажности смеси менее 1% аппарат для сушки можно не устанавливать. Количество аппаратов механической очистки зависит от содержания глинистой составляющей в смеси. Затраты на термомеханическую регенерацию выше, чем на термическую и механическую, но при больших объемах отработанных смесей и высоких затратах на организацию отвалов они окупаются.
Схема установки для регенерации песка после заливки вакуумно-пленочных и форм с газифицированными моделями представлена на рис. 4.9. Установка представляет собой четыре последовательно соединенных аппарата для охлаждения по принципу псевдосжиженного слоя. Для охлаждения песка используется не только поток холодного вентиляторного воздуха, но и холодная вода в теплообменниках каждого аппарата.
Песок, поступая последовательно из аппарата в аппарат и на выгрузку из последнего, охлаждается до 20-30°С и одновременно обеспыливается путем отсоса запыленного воздуха единой вентиляционной установкой. Запыленный воздух затем поступает в систему очистки (циклоны и рукавные фильтры).
В зависимости от условий использования регенерата его доля в составе ХТС может быть от 70 до 100% при изготовлении форм и от 40 до 60% при изготовлении стержней.
