Оборудование непрерывного действия для переработки сыпучих материалов в литейном производстве.

Опыт конструирования оборудования институтом ФТИМС НАН Украины(г. Киев) для литейного производства и металлургии свидетельствует, что большевсего нестандартных решений требует оборудование для переработки сыпучихматериалов, в частности, для оборота песка и других сыпучих формовочных смесейпри операциях их охлаждения и регенерации с целью получения стабильногокачества этих материалов (при уровне вторичного использования не менее 95%), сучетом компактности, простоты изготовления и обслуживания установок, пониженияих энергоемкости, а также при предотвращении таких ухудшений условий труда вцехе, как пыле- и шумовыделения. По техническим решениям такое оборудованиечасто не имеет аналогов в литейном производстве и металлургии, онозапатентовано ФТИМС как изобретения или полезные модели, а его описанные нижепримеры могут быть использованы для многих переделов, включающих операции сиспользованием песка, песчаных смесей и других сыпучих материалов в рядеотраслей промышленности, например, в горнорудной или строительных материалов. Ктому же, описания конструкций и принципов работы подобного оборудованияпрактически не публикуются в отечественной технической литературе, что неспособствует распространению прогрессивных технологических процессов.

Рассмотрим подробнее принципиальные схемы производимогоинститутом ФТИМС оборудования, которое по методу обработки сыпучего материалаотносится к проходному типу или к оборудованию непрерывного действия. Дляучастков с использованием сыпучих формовочных смесей, в частности, для литья погазифицируемым моделям широко применяют способ охлаждения в псевдожиженномслое. Этот слой, еще называемый «кипящим» слоем, представляет собойгетерогенную систему, состоящую из слоя частиц кварцевого песка и потокавоздуха, проходящего сквозь слой частиц и создающего интенсивное ихперемешивание, напоминающее «вязкую кипящую жидкость». При соответствующихтемпературах и газовых составляющих кипящий или псевдоожиженный слой имитируеттеплопроводные, изотермические и диффузионные свойства жидких сред, создавая вустановках проходного типа условия для получения равномерного охлаждениятеплообменом с воздушным потоком главным образом за счет принудительнойконвекции.

На рис. 1 показан технологичный элемент охладителя в псевдоожиженномслое производительностью от 1 до 6 м3/ч., в котором в качестве хладагентовприменяется воздух и вода. Установка состоит из трех отсеков секторов, нижний -воздушный, средний – охлаждающий, верхний – сепарирующий. Тепло от горячегопеска отбирается охлажденным воздухом, подаваемым в установку вентилятором потрубопроводу 1 с регулируемыми затворами 2. А охлаждение воздуха происходит засчет прохождения его между трубами 3 в виде змеевика, через которые протекаетвода, подаваемая из водопроводной или водооборотной системы. Охлажденный воздухчерез патрубки-грибки 4 восходящим потоком при определенной (называемой вгидродинамике этого процесса критической) скорости подается в зону охлаждения ипереводит слой подаваемого песка в полувзвешенное состояние, котороеприобретает свойства текучести. В промежутке между двумя стенками отсека (содной торцевой стенки горячий песок подается, а с другой – отводится) за счетпоступающего из отверстий грибков 4 холодного воздуха в нижней стенке отсекасоздается псевдожиженный слой. Для задержания песка от уноса с восходящимпотоком воздуха в верхней части отсека, установлена "отбивная"решетка 5, через которую очищенный воздух отводится в вентиляционную системуцеха.

Особенностями кипящего слоя являются его большаятеплоемкость и теплопроводность. Интенсивная циркуляция частиц, объемная теплоемкостькоторых на порядки превышает объемную теплоемкость воздуха, иногда не позволяетобеспечить требуемую скорость охлаждения, ведет к удлинению установок свыше 5-6м и к увеличению их энергоемкости. Поэтому ниже приведены две конструкцииустановок комбинированного охлаждения путем сочетания двух хладагентов, воздухаи воды. Причем в воздухе перед его соприкосновением с сыпучим материаломдозировано распыляется вода (создается водо-воздушная дисперсия) в количестве,не препятствующем сохранению сыпучести песка.

На рис. 2. показана установка охлаждения сыпучегоформовочного материала, которая представляет собой сварную металлическуюконструкцию, состоящую из внутреннего водоохлаждаемого корпуса 2 и наружногокорпуса 5 внутри которого расположены отражающие пыль кольца 3 ивоздухоподводящий патрубок 4 с конусными экранами на разных уровнях. На верхвнутреннего корпуса устанавливается сетчатый колпак 1, отсеивающий крупныевключения из формовочного материала.

Водоохлаждаемый корпус 2 сварен в виде трубы, к верхнейчасти которой приваривается коническая воронка, а нижняя стенка выполненаплоской. Между ними приварено ряд вертикальных труб. Внутренняя часть корпусаподелена на секции перегородками из листового материала для созданиятурбулентных потоков воды, омывающей трубы. Вода, подаваемая в нижнююподводящую трубу, проходит между трубами и отводится через верхнюю боковуютрубу.

Песок через сетку 1 попадает в воронку, делится на потоки ипроходит через многочисленные водоохлаждаемые трубы корпуса 2. Для увеличенияпути и продолжительности контакта горячего сыпучего материала со стенками трубв них вложены спирали из листового материала, служащие склизом для песка. Шагспирали выбран таким, чтобы песок по ним скатывался под углом, превышающим уголего естественного откоса. За счет приобретения тангенциальной составляющейпесчинки, скользя и перекатываясь по спирали, всегда контактируют с металломтрубы и спирали, таким образом охлаждаясь. Просыпаясь через трубкиводоохлаждаемого корпуса, песок попадает в наружный корпус, в котором навстречупеска подается увлажненный воздух через воздухоподводящий патрубок 4. Воздух отвентилятора подается в патрубок и в него же подается струйка воды из расчета50-100 мм3 на 1 м3 воздуха. Верхний отводящий патрубок наружного корпусасоединяется с циклоном и вытяжкой цеховой вентиляционной системы.

Таким образом, песок, охлажденный первоначально вводоохлаждаемых трубах, дополнительно охлаждается встречным потокомувлажненного воздуха. Частично уносимый объем песка отбивается отражательнымикольцами 3, а пылевидные частицы осаждаются в циклоне. Песок в установке кромеохлаждения очищается от нежелательной пылевидной части для литья погазифицируемым моделям. Описанная установка отличается компактностью ирекомендуется для небольших формовочных участков.

Установка охлаждения барабанного типа, показанная на рис. 3,состоит из цилиндрического вращаемого полого корпуса 9, в полость которого содного конца по питателю 11 подается горячий песок (сыпучий формовочныйматериал), а на другом конце имеется разгрузочное отверстие. Из негоохлажденный песок попадает в приемный бункер 2. Перемешивание и подачаохлаждаемого материала осуществляется спиральной лопастью с лопатками 10,которые изготовлены из листового металла. Наружная поверхность внутреннегокорпуса 9 охлаждается водой, которая находится между ним и водяной рубашкой 8.Вода подается по водоподводящему каналу 6, а сливается в бак 7. Внутреннийкорпус 9 и водяная рубашка представляет собой цельную конструкцию,расположенную под углом. Такое расположение, а так же конструкция сливаобеспечивает заполнение более 50 % промежуточного пространства водой междустенками корпуса и водяной рубашки, обычно в технике называемых двумябарабанами с одной осью вращения. Дополнительно предусмотрена система подачиводо-воздушной смеси через канал 1 с распылителем. Вода подается из расчета50-100 мм3 на 1 м3 воздуха для сухого песка, а также в большем количестве, еслибарабанная установка применяется для сырых формовочных смесей. Барабанныйкорпус с водяной рубашкой установки через опорную систему 3 с роликамиустановлены на станине 4 и приводятся во вращение (5-10 об./мин.) приводом 5.Изменяя диаметр и длину водяной рубашки 8 и внутреннего корпуса, а также ихнаклон и скорость вращения получают производительность охлаждения формовочнойсмеси от 2 до 6 м3/ч. Для предотвращения замерзания воды имеется водоспускнаясистема.

В линиях регенерации песка описанным установкам предшествуетвибросито, разработанная конструкция которого показана на рис. 4 и состоит изследующих частей: корпуса 1 из листового материала, вибродеки 2 с одной илидвумя сеточными полотнами и фартуком. На вибродеку устанавливаетсяэлектровибратор 3. Дека имеет заднюю эластичную опору 4 и переднюю шарнирную 7.Ниже фартука деки находится воронка 6, из которой подается просеянный песок.Все вышеперечисленные элементы крепятся к станине 5. Отходы по лотку 8отводятся в сторону. Сверху кожуха 1 имеется два отверстия. Через отверстие,показанное слева на рис. 4, подается на сетчатые полотна деки песок, а другоеотверстие (справа) присоединяется к вытяжной вентиляционной системе для отсосапылевидных частиц, которые из-за вибрации деки и удара частиц песка о воронкуподнимаются вверх и уходят в систему отсоса и осаждения. Очищенный песок черезотверстие воронки 6 высыпается вниз в тару или в приемное отверстие следующейустановки проходной линии регенерации. Амплитуда и усилие вибрации регулируютсяразводкой (взаимным расположением) грузов дебалансов вибратора. Отличительнымдостоинством конструкции вибросита является то, что одновременно с удалениемкрупных включений из просеиваемого песка осуществляется вентилирование судалением пылевидной составляющей без попадания ее в атмосферу цеха.

Отработанный воздух, отходящий от установок линии охлажденияпеска, нуждается в очистке, для чего сконструирован осадитель жидкостный,показанный на рис. 5. В нем используется принцип разности кинетической энергиимолекул газа и пылевидных включений в движущемся потоке. Загрязненный газовыйпоток через трубу 3 крышки попадает вполость корпуса 4. Дефлектор на конце трубы направляет поступающий поток наводу, залитую в донную часть 6 осадителя через систему 1 циркуляции воды. Засчет разности энергий включения и пылевидная часть при повороте газового потокаоседают в воде и скапливаются. Накопившийся шлам спускается через сливную трубудна 6 осадителя. Уровень воды при заливке контролируется по контрольной трубке5 и должен быть ниже уровня дефлектора. Захваченные потоком газа капельки водыотбиваются сетчатым с водоотражателем 2 верхним экраном и верхним дефлекторомтрубы крышки 3. Осажденная вода через систему водоциркуляции вновь попадает вдно. Очищенный газ через боковое отверстие в верхней части корпуса 4 отводитсяк следующему технологическому оборудованию: к насосу, расширителю и т.д.

Перед подачей песка на операции просеивания и охлаждения егоподвергают магнитной сепарации. Магнитный сепаратор, показанный на рис. 6,предназначен для улавливания магнитных металлов из формовочного материала. Онсостоит из корпуса 1 прямоугольной формы с бортами сверху и снизу. В корпусе наопорах 6 и 7 крепятся внутренние части 4 и 5. Барабан 4 через подшипникиустановлен в корпусе 1. Один конец барабана через муфту соединен с приводом 8,при помощи которого вращается. Внутри барабана на подшипниковых узлахустановлена магнитная система 5. Между барабаном 4 и магнитной системой 5имеется воздушный зазор. Угловое положение магнитной системы относительностенки А корпуса 1 вращением вокруг горизонтальной оси регулируется установочнымузлом 9. Магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами в секторе 130-150?,притягивает к поверхности вращающегося барабана металлические магнитныечастицы. Перегородка 2 делит нижнюю часть корпуса на 2 канала – Б и В. В нижнейчасти скребок 3 отделяет удерживаемые магнитным полем на барабане частицы исбрасывает в канал В, а очищенный песок проходит через канал Б.

Конструкция опорных узлов предотвращает контакт стенкибарабана с магнитной системой. Воздушный зазор S между ними и путем уменьшения теплопередачизащищает магнитную систему от перегрева при сепарировании нагретогоформовочного материала и предохраняет от размагничивания, что позволяетподвергать магнитной сепарации сразу высыпанный из формы песок при высокойтемпературе на этапе операции выбивки формы.

Таким образом, описанное оборудование имеет ряд новыхтехнических решений на уровне изобретений, отличается многофункциональностью сточки зрения возможности изолирования пылящих процессов от рабочей зоны цеха,монтирования в линии непрерывного действия даже вне помещения цеха, а такжерекомендовано для переработки других кроме песка сыпучих материалов.

Все оборудование, поставляемое ФТИМС, сравнительно несложноев изготовлении и обслуживании, легко комплектуется в линии различной производительностии степени автоматизации, что позволяет его поставить и смонтировать приорганизации литейных участков в течение нескольких месяцев. Оно вместе спостоянно совершенствуемыми технологиями литейного производства,отрабатываемыми на своей опытной базе и в цехах заводов-заказчиков,представляет собой высокотехнологичный законченный инновационный продукт какзначительное достижение научно-технической литейной школы ученых технологов иконструкторов, сложившейся во ФТИМС в течение последних десятилетий.

Примером одной их таких прогрессивных технологий можетслужить литье по газифицируемым моделям, относящейся к конкурентнымотечественным технологиям и пригодным для экспортирования как интеллектуальноготовара в комплекте с сопутствующим оборудованием, так и для обеспеченияпоставок на экспорт производимых по ней высококачественных металлозаготовок прирасширении внедрения этой технологии в странах СНГ. Это позволит эффективнееиспользовать то наше преимущество, что Россия и Украина относятся к немногочисленнымстранам с замкнутым металлургическим циклом производства металлов изсобственных руд и могут успешно конкурировать в сфере производства наукоемкойметаллопродукции на базе собственных технологий.

Рис. 1. Установка охлаждения песка в псевдоожиженном слое.Состоит из трех отсеков секторов, І - нижний воздушный, ІІ - среднийохлаждающий, ІІІ – верхний сепарирующий: 1 трубопровод, 2 – затворы, 3 - трубыв виде змеевика, 4 - патрубки-грибки, 5 -"отбивная" решетка.

Рис. 2. Установка охлаждения сыпучего формовочного материала комбинированнымспособом: 1 - сетчатый колпак, 2 - водоохлаждаемый корпус, 3 - отражающие пыль кольца, 4 - воздухоподводящий патрубок, 5 - наружный корпус.

Рис. 3. Установка охлаждения барабанного типа: 1 - система подачи воды сраспылителем, 2 - приемный бункер, 3 - опорная система, 4 – станина, 5 – привод, 6 - водоподводящийканал, 7 – бак водооборотной системы, 8 - водяная рубашка, 9 - цилиндрическийвращаемый корпус, 10 - спиральная лопасть с лопатками, 11 – питатель.

Рис. 4. Вибросито: 1 – корпус, 2 –вибродека, 3 – электровибратор, 4 - эластичная опора, 5 -станина, 6 – воронка, 7 - шарнирная опора, 8 - лоток.

Рис. 5. Осадитель жидкостный: 1 - система циркуляции воды, 3 – труба, 4 – корпус,5 - контрольная трубка, 6 -донная часть.

Рис. 6. Магнитный сепаратор: 1 – корпус, 2 – перегородка, 3 – скребок,4 – барабан, 5 - магнитная система, 6, 7 опоры, 8 – привод.

Подрисуночные надписи.

Рис. 1. Установка охлаждения песка в псевдоожиженном слое.

Состоит из трех отсеков секторов, І - нижний воздушный, ІІ -средний охлаждающий, ІІІ – верхний сепарирующий: 1 трубопровод, 2 – затворы, 3- трубы в виде змеевика, 4 - патрубки-грибки, 5 -"отбивная" решетка.

Рис. 2. Установка охлаждения сыпучего формовочного материалакомбинированным способом: 1 - сетчатый колпак, 2 - водоохлаждаемый корпус, 3 - отражающие пыль кольца, 4 - воздухоподводящий патрубок, 5 - наружныйкорпус.

Рис. 3. Установка охлаждения барабанного типа: 1 - системаподачи воды с распылителем, 2 - приемный бункер, 3 - опорная система, 4 – станина, 5 – привод, 6 - водоподводящийканал, 7 – бак водооборотной системы, 8 - водяная рубашка, 9 - цилиндрическийвращаемый корпус, 10 - спиральная лопасть с лопатками, 11 – питатель.

Рис. 4. Вибросито: 1– корпус, 2 – вибродека, 3 – электровибратор, 4 - эластичная опора, 5 -станина, 6 – воронка, 7 - шарнирная опора, 8 - лоток.

Рис. 5. Осадитель жидкостный: 1 - система циркуляции воды, 3– труба, 4 – корпус, 5 - контрольная трубка, 6 - донная часть.

Рис. 6. Магнитный сепаратор: 1 – корпус, 2 –перегородка, 3 – скребок, 4 – барабан, 5 - магнитная система, 6, 7опоры, 8 – привод.