Способ термической регенерации отработанной формовочной смеси

 

Сущность изобретения: в способе термической регенерации отработанной формовочной смеси преимущественно после изготовления отливок по газофицируемым моделям, включающем высокотемпературный нагрев с последующим использованием тепла оттожженного песка для нагрева отработанной формовочной смеси, высокотемпературному нагреву подвергают 20-50% регенерируемого песка, после нагрева песок смешивают с регенерируемой отработанной смесью, при этом тепло газов, выделившихся при смешивании, используют для нагрева поступающих порций песка. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к регенерации литейных песков преимущественно после изготовления отливок по газифицируемым моделям.

При изготовлении отливок по газифицируемым пенополистироловым моделям в результате термодеструкции модели при взаимодействии с жидким металлом образуется значительное количество газов, главным образом стирол и его производные. Основная часть вредных веществ сгорает на выходе из формы либо удаляется вакуум-насосом, а часть оседает в песке, что делает невозможным повторное использование песка без регенерации.

Известен способ регенерации литейных песков, реализованный в устройстве, представляющем собой кожухотрубный реактор, по трубному пространству которого движется регенерируемый песок, а в межтрубном пространстве расположен катализатор для термокаталитического дожигания вредных газов при 450-500^оС. Проходя через реактор, песок нагревается до 200-300^оС, и на выходе из него удаляют с помощью вакуума вредные газы, которые направляют в межтрубное пространство, где их термокаталитически дожигают.

Несмотря на высокую эффективность регенерации песка известный процесс сложен и требует специального дорогостоящего оборудования.

Известен способ термической регенерации литейных песков, который предусматривает термообработку отработанной формовочной смеси в печи с кипящим слоем при 600-900^оС и последующее ее охлаждение в холодильнике с подпором снизу, при этом тепловую энергию нагретой смеси используют для подогрева смеси, поступающей на регенерацию. Нагрев смеси происходит путем контактирования "через стенку".

Недостатком известного способа являются значительные энергозатраты, а также то, что при обжиге песка, содержащего стирол и его производные, не удается обезвредить их в обжиговой печи, так как они удаляются из песка уже при 200-300^оС, что делает невозможным контактирование при 800-900^оС в зоне кипящего слой и нейтрализацию их.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу с дымовыми газами.

Указанная цель достигается тем, что в способе термической регенерации отработанной формовочной смеси преимущественно после изготовления отливок по газифицируемым моделям, включающем высокотемпературный нагрев с последующим использованием тепла обожженного песка для нагрева отработанной формовочной смеси, согласно изобретению, высокотемпературному нагреву подвергают часть регенерированного песка, который после нагрева смешивают с регенерируемой отработанной формовочной смесью, а выделившиеся при смешении вредные газы используют для высокотемпературного нагрева песка; высокотемпературному нагреву подвергают 25-50% регенерированного песка.

В отличие от обычных формовочных смесей на песчано-смоляной основе пески после изготовления отливок по газифицируемым моделям содержат в основном стирол и его производные (бензол, толуол, -толуиловый альдегид, ацетофенол). При нагреве таких песков уже при 200^оС начинается интенсивное выделение этих вредных веществ, а при 300^оС газовыделение практически полностью заканчивается. Обезвреживание ароматических углеводородов происходит при 850-900^оС.

Техническая сущность изобретения заключается в том, что при смешивании песка, нагретого до 800-900^оС с регенерируемой смесью, полученной от газификации пеномодели, общая температура песчаной смеси достигает 200-300^оС. Выделившиеся при этом вредные ароматические соединения направляют в топку обжиговой печи, где при 900-1000^оС они сгорают до углекислого газа и воды с выделением тепла. Поступивший в обжиговую печь песок после регенерации практически не содержит вредных веществ, и происходит лишь сгорание при высокой температуре сажи с поверхности зерен песка до углекислого газа. Для достижения температуры регенерируемого песка 200-300^оС необходимо, чтобы количество песка, поступающего в обжиговую печь, составило 20-50%.

П р и м е р 1 (для сравнения). В вертикально расположенную обжиговую печь, нагретую до 900^оС, сверху засыпали 50 г отработанной формовочной смеси, взятой после получения литья по газифицируемой модели. Содержание вредных веществ в отработанной формовочной смеси было следующим, мг/кг: толуол 2,0; стирол 53; бензальдегид 18; -толуиловый альдегид 4,0; бензиловый спирт 30; ацетофенол 4,0. Нагревали смесь 10 мин в токе воздуха, подаваемого снизу в печь со скоростью 1 л/мин. Содержание вредных веществ в отходящих газах было, мг/м³: толуол 1,5; стирол 41; -толуиловый альдегид 3,0; бензиловый спирт 2,3; бензальдегид 15; ацетофенол 3,4; оксид углерода 250. Обожженный при 900^оС песок (50 г) смешивали с 200 г свежей отработанной формовочной смеси в двухгорлой колбе с теплоизолированными стенками. Проводили продувку песчаной смеси сжатым воздухом при постоянном перемешивании. Конечная температура песка после смешивания составила 180^оС. Отходящие газы подавали в трубчатую печь, нагретую до 900^оС, заполненную кварцевым песком (50 г). Скорость подачи отходящих газов 1 л/мин. На выходе из трубчатой печи вредные вещества отсутствовали. После продувки песка в течение 5 мин определяли содержание вредных веществ в отходящих газах до трубчатой печи. Был обнаружен в следовых количествах только стирол. В регенерированном песке практически не обнаружены вредные вещества.

П р и м е р 2. Регенерированный после обработки по примеру 1 песок в количестве 50 г загружали сверху в обжиговую печь, нагретую до 900^оС. Снизу в печь подавали воздух со скоростью 1 л/мин. Содержание вредных веществ в отходящих из печи газов было следующим, мг/м³: стирол 0,6; оксид углерода 25; остальные вредные вещества в газах отсутствовали. Отожженный песок (ОП) смешивали с 150 г свежей отработанной формовочной смеси в двухгорлой теплоизолированной колбе. Проводили продувку песчаной смеси воздухом 1 л/мин при постоянном встряхивании колбы. Отходящие газы направляли в обжиговую печь, нагретую до 900^оС, где находился регенерированный по примеру 1 песок. На выходе из печи в отходящих газах содержалось, мг/м³: стирол 1,3; оксид углерода 65; бензол, бензальдегид, толуол, -толуиловый альдегид и ацетофенол содержались в количествах менее 0,1 мг/м³.

Дополнительно аналогично примеру 2 были проведены опыты по определению оптимального соотношения ОП и отработанной формовочной смеси (ОФС), поступающих на регенерацию. В таблице приведены результаты опытов.

На чертеже изображена схема технологического процесса.

Схема состоит из бункера 1 отработанной формовочной смеси, обжиговой печи 2 кипящего слоя, шнекового смесителя 3, бункера-охладителя 4 регенерированного песка, вентиляторов 5 и очистной установки 6.

Технологический процесс регенерации песка осуществляется следующим образом.

Отработанная формовочная смесь после выбивки из форм поступает в бункер 1, из которого самотеком идет в смеситель 3, по пути смешиваясь с ОП, поступающим из обжиговой печи 2. Смешиваясь в смесителе песок приобретает температуру 150-250^оС, достаточную для испарения содержащихся в нем вредных органических веществ. Нагретый песок поступает в бункер-охладитель 4 с сетчатым дном, где благодаря вентилятору 5 создается разрежение, обеспечивающее просос воздуха через слой песка, благодаря чему песок частично охлаждается и очищается от органических веществ. Воздух с высоким содержанием вредных органических веществ из вентилятора 5 нагнетается в печь 2 кипящего слоя, где при высокой температуре (800-900^оС) в слое ОП происходит термическое обезвреживание (дожигание) отходящих из бункера-охладителя 4 газов. Песок из бункера-охладителя 4 поступает на дальнейшее охлаждение и повторное использование. Часть песка (20-50%) при этом пневмотранспортом подается на отжиг в печь 2. Газы, отходящие от печи 2, содержат только пыль, поэтому после охлаждения и обеспыливания в очистной установке 6 они выбрасываются в атмосферу.

Применение предлагаемого способа позволяет наряду с более полной утилизацией тепла от регенерируемого песка осуществить практически полное обезвреживание отходящих газов.

Формула изобретения

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ОТРАБОТАННОЙ ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ преимущественно после изготовления отливок по газофицируемым моделям, включающий высокотемпературный нагрев с последующим использованием тепла отожженного песка для нагрева отработанной формовочной смеси, отличающийся тем, что высокотемпературному нагреву подвергают 20-50% регенерируемого песка, после нагрева песок смешивают с регенерируемой отработанной формовочной смесью, при этом тепло газов, выделившихся при смешивании, используют для нагрева поступающих порций песка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3