Переработка сырой формовочной смеси при оптимизированных условиях (первичная переработка)

8.8.2 Переработка сырой формовочной смеси при оптимизированных условиях (первичная переработка)

Одно из основных преимуществ использования формовки из сырой формовочной смеси состоит в том, что песок от литейных форм может быть восстановлен после заливки для многократного использования. Чтобы сохранить качество формовочной смеси требуется добавка минимального количества свежего формовочного песка. Количество добавляемого свежего песка зависит от поступления стержневой смеси и потерь в процессе. При формовке без использования стержней, среднее количество восстановленного песка составляет 2 – 5 %. В процессах, использующих стержни, регенерация песка осуществляется путем добавки в цикл стержневой смеси. В любом случае, излишний песок удаляется из процесса после выбивки отливок из форм или из бункеров для хранения. Обычный процесс обработки представлен на рисунке 2.28. Здесь система внутренней рециркуляции сырой формовочной смеси с минимальной обработкой представлена как первичная переработка. Такая переработка в основном имеет три цели: (1) размельчение песка до его первоначальной степени, (2), удаление мелких частиц и (3) охладить песок перед его смешиванием со свежим формовочным песком.

Для размалывания и разделения применяются различные методы:

- Вибрация: Вибросепаратор, является наиболее часто используемым методом для первичной переработки песка. Просеянный песок удаляется для последующей обработки, например для охлаждения, разделения по размерам и термической переработки, а оставшийся материал собирается для утилизации

- Барабан: Песок после выбивки загружается во вращающийся барабан, оборудованный вертикальными и поперечными стержнями. При перемещении песка вдоль барабана, вращательные и перемещающие нагрузки заставляет частицы песка сталкиваться друг с другом и распадаться на отдельные гранулы. Гранулы песка просыпаются через сито в конце барабана, в то время как большие частицы удаляются и требуют утилизации в качестве мусора

- Дробеструйная очистка: Литейные формы и отливки загружаются непосредственно в дробеструйный аппарат. Воздействие дробеструйной очистки приводит к полному разрушению литейной формы, а также очищает поверхность отливки. Песок и дробь впоследствии разделяются. Однако эта метод не нашла широкого распространения.

В процессе охлаждения отливок песок нагревается. Для создания хороших условий для перемешивания формовочной смеси, песок должен быть охлажден до 40 – 45 ºC. Используются испарительные холодильники с турбулентным и псевдоожиженным слоем, а также теплообменники. Если выбивка отливок из форм осуществляется при помощи вибрирующих транспортеров или вращающихся барабанов, то одновременно с этим может происходить охлаждение.

Если используется холодильник с псевдоожиженным слоем, то воздух для сушки может быть подогрет, используя газ или электроэнергию. Среднее время обработки в слое составляет около 10 минут. Обычно, песок попадает в псевдоожиженный слой с влажностью 2 – 3 % и при температуре 250 – 300 ºC. Контроль температуры и влажности может осуществляться перед разжижающим слоем холодильника, путем последовательного добавления заданного количества воды. Это позволяет минимизировать количество мелких частиц, которые удаляются во время просушки разжиженного слоя. Мелкие фракции содержат бентонит, который может быть восстановлен. Уровень влажности вторичного песка должен быть сохранен от 2 до 2,2 % при температуре 35 ºC. Следовательно, во время хранения, бентонит, содержащийся в охлажденном и влажном песке, начинает активизироваться и, во время смешивания, требуемая добавка воды и бентонита будет сокращаться, по мере увеличения времени цикла.

Хорошая гомогенизация песка обеспечивает постоянное качество и более качественную и облегченную его подготовку. Процесс гомогенизации включает использование нескольких малых бункеров вместо одного большого, и просеивание песка через сито.

В процессах, использующих химически связанные стержни, подмешивание стержневой смеси может оказывать отрицательное воздействие на качество песка, в зависимости от типа связывающего состава и количества добавляемой стержневой смеси. Отрицательные результаты более существенны при использовании кислотных и щелочных стержней, чем при использовании нейтральных составов (SO₂-эпоксидная-смола, PUR-холодный стержневой ящик). Во время выбивки отливок из форм стержневая и формовочная смесь неизбежно будут перемешиваться. Однако неотвердевшие и не разрушенные стержни могут удаляться из песка перед его поступлением на первичную переработку.

Уменьшение используемых первичных материалов (песок и бентонит), сокращение отходов, требующих утилизации.

При регенерации песка используется электроэнергия, поэтому увеличивается полное потребления электроэнергии всего завода. Так как используются в основном механические методы, то это увеличение не большое. Охлаждение песка и разделение его на фракции приводит к появлению отходящих газов, насыщенных пылью. Отходящие газы должны быть отфильтрованы, чтобы предотвратить выбросы пыли. Собранную пыль отправляют на утилизацию или на повторное использование (смотрите раздел 8.8.12).

В то время как уровень добавки свежей формовочной смеси зависит от многих факторов, обычно он составляет 10 - 20 % от веса отлитого металла. Однако более удобно рассматривать добавку свежей формовочной смеси как процент от всего циркулирующего песка. Для большинства процессов литейного завода 5%-ая добавка считается достаточной, но многие предприятия работают и при более низких значениях.

Для моносистем сырой формовочной смеси можно достичь регенерации до 98 % песка. Процессы, использующие стержни с большой степенью несовместимости, могут достигать уровня переработки до 90 – 94 %.

Применимость

Эта технология применяется на всех литейных заводах, использующих сырую формовочную смесь, в новых и существующих установках.

Потенциальный экономический эффект от переработки для литейного завода, который в настоящее время не перерабатывает свой формовочный песок, представлен в таблице 8.63.

Описание	Затраты (ЕВРО/тонну песка)
Средняя цена кварцевого песка Среднего цена утилизации отходов песка Общие затраты на покупку песка и утилизацию Предполагаемые затраты на амортизации оборудование в течение одного года Средние эксплуатационные расходы	32,64 14,56 47,2 18,24 7,76
Ожидаемый экономический эффект в первый год эксплуатации Ожидаемый экономический эффект в последующие годы	21,2 39,44

Инвестиционные затраты для смесителя, блока дозировки и блока управления технологическим процессом составляют, приблизительно, 0,05 - 1 миллион ЕВРО. Инвестиционные затраты на оборудование для размалывания разрушенных стержней составляет 0,1 миллиона ЕВРО, хотя оно требуется только в случае, когда уменьшение размеров не может быть осуществлено с помощью доступной механической или пневматической обработки. Эксплуатационные затраты (ежегодные) могут быть оценены как 5 – 10 % инвестиционных затрат.

Многие владельцы литейных заводов определяют снижение затрат как единственную причину для внедрения различных программ переработки песка. Законодательство поощряет снижение количества отходов, путем увеличения затрат на их утилизацию.

Первичная переработка используется фактически на всех литейных заводах, использующих сырую формовочную смесь, хотя уровень оснащенности заводов по переработке отходов изменяется достаточно широко; от простой ручной операции до полностью автоматизированной работы оборудования, управляемой от компьютера.