Способ регенерации литейных песков и установка для его осуществления

 

Изобретение может применяться в литейном производстве для многократного использования формовочных смесей. Способ включает процессы: дезинтеграции смеси, грохочения, нагрева, охлаждения, классификации и отделения металловключений. Для увеличения темпа охлаждения и эффективного шелушения пленок связующего используют встречные потоки холодного воздуха, образуемые в вихревых трубах, использующих эффект Ранка-Хильша. Установка включает последовательную цепь аппаратов, дробилку, грохот, газоструйный нагреватель, охладитель с дополнительным вводом хладагента (воздуха), пневмоклассификатор, электромагнитный сепаратор. Дробилка, нагреватель и охладитель относятся к аппаратам струйного типа, обеспечивают высокий темп термообработки материала. Кроме того, в этих аппаратах осуществляется оттирка пленки связующего с поверхности частиц песка и обеспыливание смеси. При использовании заявленной установки производные площади снижаются на порядок, удельный расход условного топлива в 1,3 раза, а расход электроэнергии более чем в 4 раза. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области переработки литейных формовочных смесей с целью их многократного использования.

Известен способ пневматической регенерации зернистого материала, включающий дезинтеграцию конгломератов отработанной смеси до состояния песчаной основы, выделение из смеси металловключений и недробильных остатков, очистку зерен песка от остаточного связующего во встречных соосных песчано-воздушных потоках, затопленных в кипящем слое, классификацию и охлаждение песка.

К недостаткам данного способа относится низкое качество регенерированного песка, обусловленное низким теплом охлаждения регенерируемой массы. Кроме того, при термообработке материала в кипящем слое, регенерируемая смесь находится в кипящем слое значительное время, при этом частицы песка прогреваются по всему объему, что ведет к значительным расходам теплоэнергоресурсов.

Существенными признаками заявленного способа являются: дезинтеграция конгломератов отработанной смеси до состояния песчаной основы, выделение из смеси металловключений и недробильных остатков, очистка зерен песка от остаточного связующего путем струйной термообработки, охлаждение и классификация песка.

Отличительными признаками предложенного изобретения от известного являются: совмещение процессор дезинтеграции конгломератов отработанной смеси со струйной термообработкой, совмещение процессов охлаждения песка с его очисткой от остаточного связующего, осуществляемое путем обработки песка сначала во встречных струях холодного, затем разобщенных струях атмосферного воздуха, закрутка газоматериальной смеси в рабочем объеме газоструйных аппаратов, выделение металловключений из охлажденной и обеспыленной фракции песка.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков, является установка, включающая: валковую дробилку, элеватор, виброгрохот, молотковую дробилку, накопительный бункер, магнитный сепаратор, агрегат кипящего слоя для нагрева материала, охладитель кипящего слоя, систему пылеочистки, дымосос (2).

В этой установке подготовленная смесь подается в агрегат кипящего слоя, где последовательно нагревается, обжигается при 700 800^oC и охлаждается. Окончательно регенерированный песок охлаждается в охладителе кипящего слоя.

К недостаткам данной установки следует отнести высокие затраты теплоэнергоресурсов, удельный расход условного топлива составляет 27 кг/т, громоздкость установки. Это обусловлено низкой интенсивностью процессов теплообмена в аппаратах кипящего слоя, поскольку скорость восходящего потока воздуха в них не превышает 2 м/с.

Задача повышения качества регенерата, снижения теплоэнергозатрат на процесс регенерации, уменьшения габаритов основных технологических аппаратов решается предложенным изобретением, сущность которого заключается в следующем.

В установке для регенерации литейных песков аппараты кипящего слоя заменены на аппараты струйного типа, кроме того для резкого охлаждения материала используются вихревые трубы, принцип работы которых основан на использовании эффекта Ранке-Хильша. Дробление материала осуществляется в дробилке с совмещением процессов нагрева и обеспыливания.

Используемые для термообработки генерируемой смеси аппараты не имеют распределительных решеток, как аппараты КС, что позволяет не отделять металлические частицы при подготовке смеси. Теплопроводность металлических частиц выше теплопроводности частиц песка, поэтому при струйной термообработке они быстрее нагреваются до температуры теплоносителя и охлаждаются до температуры хладагента.

Частицы песка, соударяясь с частицами металла, подвергаются дополнительной термообработке и абразивной очистке от пленки остаточного связующего. Это способствует получению более качественного регенерата. Этому же способствует более быстрый темп нагрева и охлаждения отработанной смеси в аппаратах струйного типа, закрутка газоматериальной смеси в их рабочем объеме.

Эти аппараты обеспечивают интенсификацию процессов термообработки и малое время пребывания материала в зоне термообработки. Это приводит к тому, что не весь объем частиц песка успевает прогреться до высоких температур, а только их поверхностный слой. При резком охлаждении этого поверхностного слоя происходит охрупчивание и шелушение покрывающей пленки. Все это обеспечивает снижение удельного расхода топлива на процесс нагрева.

Способ осуществляют следующим образом. Исходный материал, после первой стадии дробления крупных кусков в щековой или молотковой дробилке, подается в дробилку мелкого дробления, где куски отработанной смеси измельчаются до крупности зерен песка, нагреваются до 120^oC путем струйной обработки топочными газами, имеющими температуру 800 900^oC. При мелком дроблении осуществляется механическая оттирка части пленки связующего, покрывающей частицы песка, удаление пылевидных частиц из смеси. Дробленный продукт подвергается очистке от посторонних крупных включений на грохоте, подрешетный продукт которого, ссыпается в газоструйный нагреватель, где сначала попадает в поток встречных горизонтальных струй топочных газов затем подвергается воздействию разобщенных струй топочных газов. Скорость струй составляет 100 - 150 м/с. Поверхностный слой частиц песка прогревается до температур 600. 700^oC, при этом органическая часть связующего выгорает, частицы смеси закручиваются в газовой среде, соударяясь друг с другом и стенками аппарата, что способствует частичной оттирке покрывающей их пленки. Мелкодисперсная фракция и частицы, имеющие большую парусность, отделяются от основного потока обрабатываемой смеси.

Нагретая, частично обеспыленная смесь, подвергается удару холодом в потоке встречных струй холодного воздуха, имеющих температуру минус 30^oC и скорость 150 м/с. При этом покрывающая пленка связующего на частицах песка охрупчивается, шелушится и оттирается. Затем регенерируемая смесь подвергается воздействию разобщенных струй атмосферного воздуха, имеющих скорость 80 100 м/с. Частицы смеси закручиваются в воздушной среде.

Окончательное охлаждение и обеспыливание (классификацию) песка осуществляют в пневмоклассификаторе. Крупная фракция песка после пневмоклассификатора подвергается очистке от металлических частиц на электромагнитном сепараторе. Она является регенератором, готовым к повторному использованию. Пылевая фракция отработанной смеси, уловленная системой сухой пылеочистки, является одним из компонентов, пригодных для производства строительных материалов.

Пример: 100 кг отработанной смеси подвергают дезинтеграции в аппаратах ударного или центро-отраженного действия. Скорость восходящего потока горячего газа в свободном сечении дробилки составляет 1 1,5 м/с. Скорость струй газа, воздействующих на обрабатываемый материал, составляет 100 150 м/с, температура 800 900^oC. Из дробилки выходит дробленный продукт массой 94 кг и пылегазовая смесь массой 6 кг. Температура дробленного продукта составляет порядка 120^oC.

Дробленный продукт подвергается грохочению, при этом в надрешетный продукт уходит недробильный остаток массой 4 кг, а в подрешетчатый продукт частицы отработанной смеси крупностью 0 2,5 мм.

90 кг отработанной смеси крупностью 0 2,5 мм подвергают термообработке сначала во встречных струях, а затем разобщенными струями топочных газов, имеющих температуру 800 900^oC и скорость 100 150 м/с. Скорость восходящего потока газа в сечении аппарата составляет 1 -1,5 м/с. Этим потоком от отработанной смеси отделяется пылегазовая смесь с массой твердой фазы 4 кг. Поверхность частиц песка нагревается до 600 700^oC.

86 кг отработанной смеси после нагревателя подвергают удару холодом сначала во встречных струях воздуха с температурой минус 30^oC и скоростью 150 м/с, а затем разобщенными струями атмосферного воздуха. Струи атмосферного воздуха закручивают воздушно-материальную смесь в рабочем объеме охладителя, что обеспечивает время нахождения материала в рабочем объеме охладителя порядка 3 8 с. Восходящим потоком воздуха от обрабатываемой смеси отделяется пылевоздушная смесь с массой твердой фазы 2 кг. Частицы песка охлаждаются до 90^oC.

84 кг регенерируемого песка с температурой 90^oC поступают в пневмоклассификатор поперечно-поточного типа, где окончательно обеспыливаются и охлаждаются до температуры 45^oC. Скорость потока воздуха в сечении пневмоклассификатора составляет 1,4 1,8 м/с. Из пневмоклассификатора выгружается крупная фракция массой 81 кг, от которой магнитным сепаратором отделяется 1 кг металловключений.

80 кг готового регенерат поступает для повторного приготовления формовочной смеси.

На фиг. 1 изображена предлагаемая установка, на фиг.2 принцип действия струйного охладителя.

Установка содержит последовательно установленные дробилку 1, ротационно-вероятностный грохот 2, нагреватель газоструйного типа 3, струйный аэроохладитель 4, снабженный вихревыми трубами 5, которые концами с нерегулируемыми выходными отверстиями (холодными концами) установлены друг против друга, пневмоклассификатор 6, электромагнитный сепаратор 7, топку 8, вентилятор 9, циклон 10, пылеуловитель со встроенными закрученными потоками 11, 13, дымосос 12, сопловые элементы 14. Сопловые элементы и в нагревателе и в охладителе отклонены от радиального направления. В нагревателе 3 вместо вихревых труб 5 установлены сопла, площадь сечения которых в 2 4 раза выше площади сечения сопел нижележащих ярусов 14.

Установка работает следующим образом.

Исходный материал после молотковой дробилки поступает в дробилку 1, где куски отработанной смеси измельчаются до крупности частиц песка, нагревается до 120^oC путем струйной обработки топочными газами и частично обеспыливается. Дробленный продукт подвергается очистке от посторонних крупных включений на ротационно-вероятностном грохоте 2, подрешетный продукт которого подвергается интенсивному нагреву в газоструйном нагревателе 3, при этом происходит частичная оттирка и обеспыливание смеси. После газоструйного нагревателя 3 регенерируемая смесь подвергается резкому охлаждению в струйном аэроохладителе 4. Дополнительный хладагент (воздух) вводится в охладитель 4 с помощью вихревых труб 5. Скорость струй холодного воздуха (до минус 30^oC), выходящего из вихревых труб 5, составляет 150 м/с. Скорость струй воздуха, выходящего из сопловых элементов 14 составляет 80 100 м/с. В месте слияния струй холодного воздуха происходит наиболее эффективная термообработка (удар холодом) и оттирка шелушащихся пленок связующего. Мелкодисперсные частицы уносятся потоком воздуха из охладителя 4 в систему пылеочистки 11.

Окончательная очистка регенерируемого потока от остатков связующего, охлаждение и обеспыливание производится в пневмоклассификаторе 6. Массовая доля класса 0 0,16 мм в разгрузке пневмоклассификатора 6 составляет не более 1% Отделение частиц металла от регенератора производится на электромагнитном сепараторе 7 (либо электростатическом сепараторе в случае цветных металлов). Он установлен в конце цепи аппаратов, т.к. наличие частиц металла в регенерируемой смеси способствует оттирке пленок связующего в нагревателе 3, охладителе 4, пневмоклассификаторе 6, а их конструктивные особенности не препятствуют свободному прохождению частиц металла через эти аппараты.

Вихревые трубы 5 подсоединены к магистрали сжатого воздуха.

Отходы производства автотранспортом выводятся в отвал, мелкая фракция является одним из компонентов для производства строительных материалов.

Топочные газы, образуемые от сжигания топлива в топке 8, имеют температуру 800 900^oC.

Установка может иметь следующую техническую характеристику: Производительность по исходному питанию, т/ч 4 Мощность установленного электрооборудования, кВт 55 Расход сжатого воздуха, м³/ч 300 Удельный расход условного топлива, кг/т 21 Занимаемые производственные площади, м² 50 В сравнении с прототипом для предложенной установки расход условного топлива снижается в 1,3 раза, мощность установленного электрооборудования более чем в 4 раза, производственные площади на порядок.

Формула изобретения

1. Способ регенерации литейных песков, включающий дезинтеграцию конгломератов отработанней смеси до состояния песчаной основы, выделение из смеси металловключений и недробильных остатков, очистку зерен песка от остаточного связующего путем струйной термообработки газоматериальной смесью, охлаждение и классификацию песка, отличающийся тем, что дезинтеграцию конгломератов отработанной смеси совмещают со струйной термообработкой, охлаждение песка совмещают с его очисткой от остаточного связующего и осуществляют путем обработки песка сначала во встречных струях холодного, затем разобщенных струях атмосферного воздуха, а выделение металловключений осуществляют из охлажденной и обеспыленной фракции песка.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газоматериальную смесь при очистке зерен песка от остаточного связующего завихряют, сообщая ей вращение.

3. Установка для регенерации литейных песков, содержащая последовательно установленные и связанные между собой системой подвода атмосферного воздуха и топочных газов, обшей системой пылеочистки устройства: вентилятор, топку, дробилку, грохот, нагреватель, охладитель, пневмоклассификатор, дымосос, а также электромагнитный сепаратор, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена вихревыми трубами, соединенными с магистралью сжатого воздуха, закрепленными концами с нерегулируемыми выходными отверстиями к верхней части охладителя, а электромагнитный сепаратор установлен в конце цепи последовательно установленных устройств.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2