О компании
Оборудование
Информация
Статьи
Контакты



А.В.Трещалин (канд. техн. наук, ООО «Клуб литейщиков», Москва)

Ресурсосберегающая технология регенерации холоднотвердеющих смесей

Экономический кризис сильно отразился на российской промышленности, особенно пострадал машиностроительный комплекс. За последние семь месяцев 2008 г. падение производства в российском машиностроении составило 42%, и по объему производства отрасль вернулась на уровень сентября 2001 г. Такое падение не могло не сказаться на литейном производстве, являющейся основной заготовительной базой машиностроения. Многие предприятия были вынуждены сократить объем производства, перейти на неполную рабочую неделю. Сокращение выпуска продукции подталкивает к необходимости поиска новых заказов и рынков сбыта. Но чтобы заинтересовать потребителя своей продукцией нужно предлагать качественные отливки за минимальный срок изготовления и оптимальные цены. К сожаленью, используемое на наших предприятиях оборудование зачастую морально и физически устарело и не в состоянии обеспечить выпуск качественной продукции. Необходима коренная модернизация производства на основе современных технологий с учетом общемировой тенденции. Анализ международных выставок в Дюссельдорфе (IFA-2007), Москве (Металлургия-Литмаш 2007 и 2008) и Стамбуле (ANKIROS-2008) показывает, что одной из наиболее развивающихся и перспективных технологий является технология получение форм и стержней из холоднотвердеющих смесей. Это объясняется как многочисленными технологическими достоинствами самого процесса, так и компактностью применяемого оборудования, простотой его обслуживания, низкими энергозатратами, минимумом необходимого обслуживающего персонала.

За последние несколько лет десятки российских предприятий внедрили ХТС-процесс в формовочных и стержневых отделениях. Большое количество предприятий рассматривает планы по освоению данного процесса. Причем речь идет как о небольших участках (смеситель и вибростол) с минимумом механизации, так и о формовочных линиях с максимальной автоматизацией процесса. Однако одним из существенных сдерживающих факторов является высокая стоимость смеси. В чистом виде (без учета энергетических затрат на смесеприготовление) она складывается из стоимости кварцевого песка, связующего и катализатора. При этом наиболее дорогими являются химические составляющие смеси: связующее и катализатор. Хотя их доля в общей массе смеси и составляет всего 1,2-1,5%, но на них приходится 60-65% стоимости 1т формовочной смеси при использовании свежего кварцевого песка. Уменьшение себестоимости смеси достигается за счет снижения содержания связующего до минимума, необходимого для достижения смесью необходимых прочностных характеристик. Уменьшение количества связующего положительно сказывается и на экологической обстановке литейного участка. В свою очередь, количество связующего напрямую связано с качеством применяемого песка. Наиболее оптимальным является использование мытого и классифицированного песка с содержанием глинистой составляющей в диапазоне 0,2-0,4% и основной фракцией песка 0,2-0,315. Использование песка с содержанием глинистой составляющей более 0,5% и мелкозернистого песка приводит к увеличение расхода связующего, вследствие чего увеличиваются стоимость смеси и количество вредных выбросов в атмосферу цеха. Обогащенный песок значительно дороже карьерных песков и выбрасывать его после выбивки в отвалы является экономически и экологически невыгодно. Наиболее рациональным решением является регенерация холоднотвердеющих смесей. Основной целью регенерации является удаление пленок связующего с зерен кварцевого песка. Наибольшее распространение получил механический способ регенерации, при котором происходит отделение пленок связующего от кварцевых песчинок за счет механического перетирания смеси. Пленки связующего разрушаются, превращаются в пыль и удаляются. Регенерированный песок поступает на дальнейшее использование.

Рис. 1. Общий вид и разрез установки регенерации Gammavator

На сегодняшний день одними из наиболее удачных, с точки зрения эффективности и компактности, являются регенерационные установки компании «Omega Foundry Machinery» (Великобритания). Компания разработала широкую гамму технологического оборудования, позволяющего подобрать оптимальную установку регенерации с учетом специфики производства конкретного литейного предприятия. Рассмотрим несколько вариантов установок для механической регенерации ХТС. Данные установки имеют конструктивные различия, но технологическая схема процесса регенерации остается общей: выбивка формы, раздробление кусков формовочной смеси, механическое перетирание смеси, охлаждение регенерата и пневмопередача регенерированного песка на участок формовки.

Для выбивки небольших форм (массой до 500 кг) и небольшой производительности (до 3 т формовочной смеси в час) целесообразно применять установки серии Gammavator с совмещенной выбивной решеткой. Данная установка включает в себя выбивную решетку, систему сит для перетирания смеси, виброэлеватор для подъема смеси и охладитель/обеспыливатель (рис.1).

Залитая форма подается на полотно выбивной решетки, где происходит ее разрушение за счет вибрационных ударов. Прошедшая сквозь выбивную решетку смесь поступает в систему оттирочных сит: стальной грохот для крупных комков, сито с клинообразными отверстиями и мелкое оттирочное сито-классификатор. Встроенная система сит измельчает формовочную смесь до необходимого размера и отсеивает металлические частицы и другие крупные включения. Вибрационный элеватор обеспечивает транспортировку горячего песка в охладитель/обеспыливатель. Конструкция виброподъемника обеспечивает максимально эффективную дальнейшую оттирку поднимающегося за счет вибрации песка, частицы которого продолжают перемешиваться и тереться друг об друга. Для снижения вибронагрузок на фундамент выбивная решетка устанавливается на пружинах.

В охладителе/обеспыливателе песок проходит по специально подобранной сложной траектории, интенсивно перемешиваясь в струях псевдоожиженного слоя. Подаваемый снизу поток воздуха также способствует удалению пыли и мелких фракций песка. Давление воздуха и контроль процесса пылеудаления осуществляет воздушная заслонка. Для снижения температуры горячего песка внутри охладителя/обеспыливателя по ребристым медным трубкам циркулирует холодная вода. Интенсивное перемешивание и эффективная конструкция медных трубок позволяет охлаждать песок до температуры, не превышающей более чем на 5оС температуру воды на входе в охладитель. После камеры охлаждения песок выгружается в пневмокамерный насос для дальнейшей транспортировки в бункер регенерированного песка. Основные технические характеристики установки Gammavator и других систем приведены в таблице.

Установки регенерации Gammavator установлены на заводе «Стромнефтемаш» (г. Кострома) и Гомельском вагоностроительном заводе.

При выбивке более крупных форм (массой до 3т и размером до 2х2 м) возможно использование системы регенерации Gamma LL. Данный тип установок позволяет проводить регенерацию до 12 т формовочной смеси в час. На рис. 2 показан момент подачи на выбивную решетку залитой опочной формы. Подобная установка эксплуатируется на предприятии «ТС инжиниринг» (г. Воронеж).

Технические характеристики систем механической регенерации компании «Omega»

Модель Размеры выбивной
решетки, мм
Грузоподъемность
решетки, кг
Производительность,
т/час
Мощность
вибромоторов, кВт
Gammavator 1 900х600 150 1 1х2,69
Gammavator 3 1000х1000 500 3 2х2,69
Gamma 6LL 1260х1270 1000 6 2х4,53
Gamma 9LL 1500х1500 1500 9 2х4,53
Gamma 12LL 2000х2000 3000 12 2х6,63
Gamma 6HL 1200х910 750 6 1х4,53
Gamma 9HL 1200х910 750 9 1х4,53
Gamma 12HL 1500х1150 1300 12 1х6,63
Gamma 15HL 2000х1500 1800 15 1х10,2
Gamma 20HL 2000х1500 1800 20 1х10,2
GammaMajor 2 1500х1500 3000 10 2х4,5
GammaMajor 3 2000х1500 3000 10 2х4,5
GammaMajor 5 2000х2000 5000 12 2х6,6
GammaMajor 7 2500х2000 7000 15 2х6,6
GammaMajor 8 2500х2500 10000 15 2х6,6
GammaMajor 10 3000х2500 10000 20 2х10,8
GammaMajor 12 3200х2700 10000 20 2х10,8

Рис. 2. Регенерационная установка GammaLL

Рис. 3. Регенерационная установка GammaMajor

Очень часто установка регенерации Gamma LL используется на автоматических формовочных линиях. В этом случае перемещение залитой формы на выбивную решетку осуществляется с помощью устройства сталкивания форм с передаточной тележки (Полтавский турбомеханический завод). При применении больших форм c размерами до 3,2 х 2,7 м и массой до 10 т наиболее эффективно использовать систему регенерации GammaMajor (рис. 3).

Кран поднимает опоку и устанавливает на выбивную решетку. Происходит выбивка форм, удаление отливок и механическое перетирание выбитой смеси. Но для таких габаритных установок необходимо достаточно глубокое заглубление (от 3,5 до 4,2 м), что не всегда возможно. В СНГ подобные установки работают на Луганском литейно-механическом заводе и предприятии «Спецсплав-М» (г. Лысьва, Пермский край).

Не всегда совмещение выбивной решетки и оттирочной камеры в одной установке является оптимальным решением. Иногда логичнее выбивать формы (особенно крупногабаритные) на отдельной выбивной решетке, а выбитую смесь передавать на участок регенерации, где установлена оттирочная установка и охладитель/обеспыливатель. Для таких целей компания «Omega» разработала устройство Gamma HL (рис. 4).

Рис. 4. Оттирочное устройство Gamma HL

Установка Gamma HL производительностью 15 т в час установлена на предприятии «Украинская литейная компания», г. Харьков, и планируется к запуску на «Воронежском сталелитейном заводе».

Технология механической регенерации обеспечивает возможность повторного использования от 60-70% (Альфа-сет процесс) до 90-95% (Фуран-процесс) регенерированного песка. Если для Фуран-процесса данные показатели являются оптимальными, то для Альфа-сет процесса повторное использование регенерата лишь на уровне 60-70% является недостаточным и не решающим экологический и экономический вопросы. Для увеличения процента использования регенерированного песка возможно использование термической регенерации смесей.

При термической регенерации происходит нагрев смесей в окислительной среде при температуре 750-9500С. При этом происходит выгорание пленок органических веществ с поверхности зерен песка. Несмотря на высокую эффективность процесса (возможно использование до 100% регенерированной смеси) у него имеются следующие недостатки: сложность оборудования, большой расход энергии, низкая производительность, высокая стоимость. Из-за этих факторов термическая регенерация не находит широкого применения в литейных участках. Компания «Omega» предлагает использовать технологию вторичной механической оттирки смеси как альтернативу термической регенерации.

Процесс «вторичной механической оттирки» заключается в дополнительном интенсивном перетирании песчинок между собой. Это достигается путем использования вращающегося вокруг своей оси барабана, внутри которого установлены два прижимных ролика (рис. 5).

Подача песка в барабан осуществляется сверху. За счет центробежных сил песок перемещается по дну барабана к стенке, поднимается вверх и пересыпается вниз в приемную камеру с псевдоожиженным слоем. Поднимаясь по стенкам барабана, песок прижимается к стенке двумя вращающимися прижимными роликами. Оттирка пленок от песчинок происходит за счет трения песчинок друг об друга. Прижимные ролики и стенки барабана имеют керамическую наружную облицовку, зазор между роликами и барабаном можно варьировать в зависимости от необходимой интенсивности оттирки. Создаваемое перетирающее усилие достаточно для удаления пленки связующего, но не приводит к разрушению зерен песка. После секции оттирки песок попадает в камеру с псевдоожиженным слоем, где происходит перемещение песка с одновременным удалением пыли и мелочи. Совмещение псевдоожиженного слоя и регулируемого разряжения поверх него позволяет удалять только пыль и мелкие частички, возвращая песок. В зависимости от условий работы может применяться одна, две или три секции.

Технология «вторичной механической оттирки» повышает эффективность регенерации холоднотвердеющих смесей (Альфа-сет процесс) с возможностью повторного использования в формовочной смеси до 90% регенерата. Кроме того, технология позволяет эффективно регенерировать и жидкостекольные смеси, отверждаемые жидкими эфирами. Первая установка «вторичной оттирки» планируется к запуску на Курганском заводе трубопроводной арматуры (ОАО «ИКАР»).

Рис. 5. Общий вид установки и схема «оттирки» формовочной смеси

Стоит отметить, что за пять лет с момента появления продукции компании «Omega» на рынке СНГ около тридцати литейных предприятий России, Украины и Беларуси приобрели формовочное и регенерационное оборудование, изготовленное в Великобритании. Применение надежных, эффективных и компактных систем механической регенерации позволило увеличить экономическую эффективность ХТС-процессов и снизить экологическую нагрузку на окружающую природу.

За дополнительной информацией обращайтесь к официальному представителю компании «Omega Foundry Machinery» на территории России – компании «Клуб литейщиков» (Москва) :
Тел.: (495) 937-16-94
факс: (926) 529-12-36, (903) 111-37-41
E-mail: mail@foundryclub.ru

Политика конфиденциальности