Pobierz - Technical Nowa Sól

Transkrypt

VIII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2005
ZAGADNIENIE SELEKCJI MAS ZU YTYCH I JEJ
WPŁYW NA PROCES REGENERACJI
Józef DA KO1
Rafał DA KO2
Adam SROCZY SKI34
Wydział Odlewnictwa
Akademia Górniczo-Hutnicza
im. Stanisława Staszica
1.
Streszczenie.
Po raz pierwszy w kraju przeanalizowano szczegółowo zagadnienie selekcji mas
podczas wybijania odlewów z form. Zaproponowane metody i kryteria uwzgl dniaj : czas
studzenia odlewów po zalaniu formy, znaczenie skrócenia czasu studzenia dla ilo ci
i jako ci masy zu ytej oraz dla redniej temperatury masy u ywanej (przeznaczonej do
od wie ania). Te rozwa ania stały si podstaw do wyeksponowania zarówno systemu
wst pnej selekcji masy przepalonej i/lub cz ciowo przepalonej, jak i specyficznych
elementów regeneracji osnowy ze zu ytej masy wi zanej bentonitem, ale zanieczyszczonej
odpadami rdzeni.
2.
Wst p.
Stopie przepalenia, czyli deaktywacji minerałów grupy montmorillonitu zawartych
w danym bentonicie, stanowi cym lepiszcze w masach klasycznych zale y od temperatury
ciekłego stopu odlewniczego wlanego do wn ki formy oraz od czasu oddziaływania
temperatury stopu na mas . Decyduje o tym grubo
cianki i masa odlewu oraz czas
przebywania odlewu w formie po zapełnieniu wn ki formy ciekłym stopem odlewniczym
(czas studzenia formy). Dla danej temperatury stopu oraz grubo ci cianek i masy odlewu
skrócenie czasu oddziaływania temperatury na mas jest mo liwe tylko przez skrócenie
czasu studzenia formy. Dane z literatury [1] wskazuj , e jest mo liwe wybijanie odlewów
z eliwa szarego i sferoidalnego nawet o temperaturze 1000 0C, przy czym dla uzyskania
zało onej struktury tworzywa trzeba zwykle zastosowa kierowany sposób studzenia
wybitych odlewów.
Obecnie znacz ce zainteresowanie wzbudza selekcja klasycznych mas wi zanych
bentonitem. Przez selekcj odniesion do mas formierskich (i rdzeniowych), uzyskiwanych
podczas wybijania odlewów z form, rozumie si zaplanowane wydzielanie rodzajów,
odmian i cz ci tych mas. Ideałem było by wydzielenie wszystkich rodzajów i odmian mas
tworz cych form , z której wybija si odlew oraz dodatkowo wyodr bnienie mas o ró nym
stopniu przepalenia. Realizacja takiej idealnej selekcji jest w praktyce trudna i zwykle
nieopłacalna ekonomicznie.
Opieraj c si
o powy sze przeprowadzono w Odlewniach Polskich
w Starachowicach pierwsze w Polsce systemowe próby selekcji klasycznej masy wi zanej
bentonitem, uwzgl dniaj ce wyra ne skrócenie czasu studzenia wybranego do bada
odlewu. Drugi nurt bada dotyczył wpływu przepalenia masy na jej regenerowalno
w ró nych warunkach obróbki regeneracyjnej.
1
Prof. dr hab. in .,[email protected]
mgr in ., [email protected]
3
mgr in .,
4
W realizacji bada uczestniczyli ponadto: L. Bodzo i G. Szczurek
2
15
3.
Odlewnictwo XXI wieku
technologie, maszyny i urz dzenia odlewnicze
Zakres i program realizowanych bada .
Badania procesu wybijania, poł czonego z selekcj mas, przeprowadzono dla
odlewów eliwnych z tworzywa GG25 szcz ki siodełka kolejowego (szcz ka typu AS),
o masie (ł cznie z układem wlewowym) 37,5 kg. (5,5 dm3 metalu), wykonanych
w skrzynce o obj to ci około 120 dm3. Formy sporz dzano z od wie onej wilgotnej masy
formierskiej z bentonitem (oznaczenie masy M/F/P1/30) - por. tab. 2).
Waga masy w skrzynce formierskiej bez nadstawek wynosi dla tego odlewu
około182 kg. Temperatura zalewania była ka dorazowo mierzona i ustalana przez odstanie
w kadzi na poziomie 13900C.
Program bada realizowanych w dwóch seriach przedstawiał si nast puj co:
1. Wybicie odlewu z kolejnych form po czasie 30 min, 40 min, 60 min, 120 min, 240 min
oraz po 1 dobie od chwili zalania. Dla wytypowanego odlewu wybicie w warunkach
produkcyjnych nast puje po czasie do 2 godz. od chwili zalania, zatem
eksperymentalnie okre lono, i w celu uzyskania odlewów o temperaturze w zakresie
700 – 900 0C czas ich pozostawania w formie nie mo e by dłu szy od 1 godz.
2. W trakcie prób przemysłowych selekcji masy okre lono nast puj ce dane dla ka dej
z wybijanych form:
- ilo masy przepalonej i przywartej do odlewu [kg], któr do dalszych bada
oznaczono jako MASA A,
- ilo masy w strefie przewil onej [kg], oznaczonej jako MASA B,
- ilo masy zu ytej nieprzepalonej [kg], oznaczonej jako MASA C,
- temperatur odlewu (mierzon w kilku punktach odlewu oraz na styku odlewu
z nadlewem [0C], oznaczon jako TEMPERATURA A,
- temperatur warstwy masy przy odlewie (w odległo ci około 1 cm od odlewu]
[0C], oznaczon jako TEMPERATURA B,
redni temperatur masy przy ciance skrzynki (około 50 mm nad dnem
skrzynki), oznaczonej jako TEMPERATURA C.
3. W takcie bada wpływu stopnia przepalenia masy na jej regenerowalno
przeprowadzono regeneracj mechaniczn poszczególnych mas w regeneratorze
od rodkowym, a nast pnie wykorzystano regenerat jako osnow masy od wie anej lub
sporz dzanej według receptury dla masy wie ej. Jako miar regenerowalno ci
(zdolno ci do regeneracji osnowy) masy przyj to warto straty pra enia i zawarto ci
lepiszcza. Odlewy testowe (szcz ki siodełka kolejowego) wybijano po 30, 45, 60, 90
i 120 minutach. Do regeneracji osnowy piaskowej 6 mas, a mianowicie:
I.
– masa przywarta do odlewów studzonych w formie przez 30, 45 i 60 min,
II.
– masa przywarta do odlewów studzonych w formie przez 90 i 120 min,
III.
– masa przepalona nie przywarta do odlewów studzonych w formie przez 30, 45
i 60 min,
IV.
– masa przepalona nie przywarta do odlewów studzonych w formie przez 90
i 120 min,
V.
– masa nie przepalona po studzeniu odlewów w formie przez 30, 45 i 60 min,
VI.
– masa nie przepalona po studzeniu odlewów w formie przez 90 i 120 min.
16
Nowa Sól 12-13.05.2005 r.
4.
Wyniki bada .
Wyniki pierwszej serii bada przedstawiono w tabeli 1 oraz graficznie na rysunku 1,
dla przypadku okre lania ilo ci, temperatury oraz grubo ci warstwy masy znajduj cej si
w strefach: przepalonej, przewil onej oraz nieprzepalonej.
W drugiej serii badano wła ciwo ci technologiczne masy poddanej od wie aniu
według receptury stosowanej w odlewni. Wyniki bada tej serii zamieszczono w tabelach
2 i 3.
Wybrane wyniki trzeciej serii, dotycz cej bada mas I – VI oraz regeneratów z tych
mas, uzyskanych w wyniku: klasyfikacji (odpylania v = 1 m/s) (K), pi ciu cykli
regeneracji w regeneratorze od rodkowym (5R) oraz ponownej klasyfikacji (K), s
przedstawione na rysunku 2.
Tabela 1. Przemysłowe wyniki prób selekcji mas zu ytych w warunkach wdro enia
w Zakładzie Odlewnie Polskie S.A w Starachowicach.
Czas do
wybicia
Odlewu
[min]
30 min
40 min
60 min
120 min
240 min
po 24 g.
Masa A
[kg]
28,5
35,5
54
90
Masa B
Masa C
Grubo
Temperat Temperat Temperat
warstwy
ura A
ura B
ura C
A
[kg]
[kg]
[mm]
[0C]
[0C]
[0C]
4,5
148,7
30
1050
180
50
5
141,2
50
1000
250
60-65
5
122,7
60-70
750-800
250-300
70-75
5
86,7
120
650-700
300-350
70-100
Cała forma przesuszona
r. 420
r. 250
r. 65
Cała forma przesuszona
r. 60
r. 50
r. 30
Tabela 2. Wła ciwo ci technologiczne masy formierskiej w poszczególnych strefach
formy, uzyskane w trakcie przemysłowych prób selekcji.
Masa
M/F/P1/30
(wyj ciowa)
W [%]
3,8
Rodzaj i parametry masy
Pw
Rcw [MPa)
[m2/Pa*s*10-8]
230
0,078
S [%]
7,8
Masa ze strefy zewn trznej - odlew wybity po 1 godz.
M/F/P1/30
3,0
270
0,085
19,9
Masa ze strefy zewn trznej - odlew wybity po 1,5 godz
M/F/P1/30
3,1
260
0,079
20,6
Masa ze strefy przy odlewie - odlew wybity po 1 godz.
M/F/P1/30
3,0
0,071
Masa ze strefy przy odlewie - odlew wybity po 1,5 godz
M/F/P1/30
3,2
0,068
Masa formierska ze strefy przewil onej (odlew wybity po 24 godzinach)
M/F/P1/30
3,9
220
0,089
0,6
17
Tabela 3. Wyniki bada wła ciwo ci technologicznych masy klasycznej z bentonitem
(masy I-VI) od wie anej wg procedury stosowanej w odlewni.
Rodzaj
masy
Masa I
Masa II
Masa III
Masa IV
Masa V
Masa VI
1)
S - cieralno
Masa u ywana
(W=3,50%)
w
Rc
Pw
S1)
0,046
360
24
0,044
350
24
0,058
353
20
0,061
370
20
0,065
363
17
0,067
383
16
okre lona za pomoc aparatu LS-1.
Masa po regeneracji (K+10*+K)
(W=3,46%)
w
Rc
Pw
S
0,038
410
17,5
0,037
405
18,5
0,049
390
18,5
0,053
390
18,5
0,057
395
16,5
0,059
400
20
a)
160
148.7
141.2
140
masa A
masa B
120
122.7
Ilo
masy, kg
masa C
100
90
86.7
80
54
60
35.5
40
28.5
20
4.5
5
5
40
60
5
0
0
20
80
100
120
140
Czas studzenia, minuty
18
Nowa Sól 12-13.05.2005 r.
b)
140
120
Grubo
warstwy masy A, mm
120
Masa A
100
80
65
60
50
40
30
20
0
0
20
40
60
80
100
120
140
c)
1200
1050
1000
o
Temperatura masy, C
1000
masa A
masa B
masa C
775
800
675
600
470
400
325
275
250
250
180
200
6575
50
100
65
60
50
30
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Rys. 1. Wpływ czasu studzenia odlewu w formie na ilo , grubo warstwy i temperatur masy:
A (przepalona), B (strefa przewil ona), C (nieprzepalona)
oraz na grubo warstwy masy A. Temperatura eliwa 1390ºC.
19
a)
9
8.42
7.81
8
lepiszcza, %
Zawarto
7.61
7.17
6.91
6.64
7
8.31
6.33
5.94
5.65
6
5.33
5
5
masa
regenerat K+5R+K
4
3
2
1
0
masa I
masa II
masa III
masa IV
masa V
masa VI
Stan masy
b)
1,8
1,55
1,6
1,45
1,32
Strata pra enia, %
1,4
1,2
1
1,15
1,3
1,13
1
0,98
0,93
masa
regenerat K+5R+K
osnowa masy po odmyciu lepiszcza
regenerat K+5R+K po odmyciu lepiszcza
0,8
0,6
0,49
0,49
0,47
0,42
0,4
1,13
1,11
1,05
0,36
0,35
0,33
0,42
0,3
0,41
0,29
0,24
0,2
0
masa I
masa II
masa III
masa IV
masa V
masa VI
Stan masy
Rys. 2. Wpływ stopnia przepalenia masy na strat pra enia
i zawarto lepiszcza w masie przed regeneracj i w regeneracie K+5R+K oraz
na strat pra enia dla masy i regeneratu po uprzednim odmyciu lepiszcza.
20
Nowa Sól 12-13.05.2005 r.
5.
Analiza wyników bada .
Z danych na rysunku 1 wynika, e ilo masy przypalonej i przywartej do
powierzchni odlewu (masa A) silnie zwi ksza si wraz z upływem czasu studzenia odlewu
w formie. Wydłu enie czasu studzenia z 30 minut do 60 minut zwi ksza około dwukrotnie,
a do 120 minut około trzykrotnie ilo masy przepalonej. Ze wzgl dów praktycznych,
pozwalaj cych na oddzielenie odlewu od masy przy temperaturze odlewu wynosz cej 750
– 800 0C czas upływaj cy od zalania formy metalem mo e wynosi około 1 godziny,
a wi c około połowy przyj tego czasu krzepni cia studzenia odlewu. W tym przypadku
grubo warstwy masy przywartej do odlewu wynosi 60-70 mm a jej wagowy udział
w formie osi ga warto około 30% (54/182).
Przedłu enie czasu pozostawania odlewu w formie do 2 godzin powoduje
zwi kszenie udziału masy „przepalonej” w formie do około 50%.
Analiza zmian temperatury warstw masy wskazuje na jej wyra ny spadek; dla masy
przepalonej z warto ci ok. 1050ºC po 30 minutach studzenia do 675ºC po 120 minutach
studzenia (rys. 1c). Praktycznie nie zmienia si , zgodnie z przewidywaniem, ilo
masy B czyli masy przewil onej (w strefie przewil onej). Silne zwi kszenie si ilo ci
masy przepalonej powoduje oczywi cie wyra ne zmniejszenie si ilo ci masy mi dzy
stref przewil on , a ciank skrzynki formierskiej, czyli masy nieprzepalonej (masa C),
której temperatura nie przekroczyła 100ºC. Wyniki bada zamieszczone na rys. 1
uzasadniaj celowo wcze niejszego wybijania odlewów, gdy zmniejsza si wyra nie
ilo masy przepalonej (masy A) zatem pozostaje wi cej masy nieprzepalonej (masy C),
która w zasadzie nie wymaga od wie ania. Wydzielenie w maksymalnym stopniu masy
przepalonej (masy A) nie tylko zmniejsza ilo
wie ych materiałów formierskich
niezb dnych do od wie enia pozostałej masy (mas B i C) lecz tak e zapewnia ni sz
temperatur tej pozostałej masy. Idealnym układem byłoby dokonanie takiej selekcji, aby
wydzieli całkowicie mas przepalon i wtedy pozostała masa (masy B+C) praktycznie nie
wymagałyby uprzedniej homogenizacji, a nawet studzenia, a wymagałaby ewentualnie
tylko niewielkiego od wie enia, a przede wszystkim nawil enia do wymaganej
wilgotno ci (wilgotno ci roboczej).
Wyniki bada maj cych celu ustalenie efektów regeneracji w zale no ci od stopnia
przepalenia masy, które zostały przedstawione na rysunku 2 wskazuj , e najlepsze
wła ciwo ci ma regenerat uzyskany z masy przepalonej przywartej do powierzchni odlewu
(masy I i II), a szczególnie przy krótkich czasach studzenia odlewów w formie (30, 45 i 60
minut) – masa I. Gorsze wła ciwo ci ma regenerat uzyskany z masy przepalonej nie
przywartej do odlewu (masy III i IV), a najgorsze regenerat uzyskany z masy
nieprzepalonej (masy V i VI). Jednak jako
regeneratu uzyskanego przy u yciu
bezudarowego regeneratora od rodkowego, nawet przy zastosowaniu układu (K+5R+K)
nie mo e by uznana za w pełni zadowalaj c tak ze wzgl du na du zawarto lepiszcza,
jak i znaczn strat pra enia.
Celem stwierdzenia jak na warto strat pra enia wpływa ilo lepiszcza zawartego
w regeneracie (i dla porównania w masie), zbadano straty pra enia w masach I-VI
i w wykonanych z tych mas regeneratach, ale po odmyciu z tych mas i regeneratów
lepiszcza. Wyra ne zmniejszenie warto ci strat pra enia w masach i regeneratach po
odmyciu z nich lepiszcza wskazuje, e przewa aj ca ilo składników powoduj cych
straty pra enia jest zawarta w lepiszczu. Zatem celowe jest zastosowanie takiego procesu
regeneracji, który zapewni nie tylko dobre otarcie ziaren osnowy, lecz spowoduje tak e
usuni cie z regeneratu zawartego w nim lepiszcza.
Analizuj c dane zawarte w tabeli 3 mo na zauwa y , e masa z regeneratem, której
skład odpowiada składowi masy od wie anej zgodnie z praktyk stosowan w odlewni ma
wła ciwo ci gorsze od przeci tnych wła ciwo ci masy u ywanej w odlewni. Mo na to
wytłumaczy przede wszystkim usuni ciem bentonitu aktywnego znajduj cego si
21
w masie. Je eli jednak regenerat jest u ywany jako osnowa zamiast piasku w masie wie o
sporz dzanej wówczas jej wła ciwo ci s lepsze rednio o około 30% w stosunku do masy
na osnowie wie ego piasku (por. tab. 4). W tym drugim przypadku skład masy był
nast puj cy:
Regenerat
Bentonit „Geko S”
Pył w glowy
Dekstryna
Woda
90,5%,
7,3%,
2,0%,
0,2%,
3,5%
W=3,86%.
Tabela 4. Wyniki bada wła ciwo ci technologicznych masy klasycznej z bentonitem
sporz dzonej na zregenerowanej osnowie.
Rodzaj
masy
Masa I
Masa II
6.
Osnowa po regeneracji (K+10*+K)
(W=3,46)
w
w
Rc
P
S
0,123
385
13,6
0,121
370
13,4
Podsumowanie.
Niezale nie od ilo ciowej oceny wpływu czasu pozostawania odlewu w formie na
stopie przepalenia masy i stan jej termicznego zu ycia mo na ju wymieni , co najmniej
kilka korzy ci wynikaj cych z krótszego przebywania odlewów w formie oraz
z wprowadzenia selekcji mas zu ytych. Je eli stworzy si warunki do takiego krótkiego
przebywania odlewu w formie uzyskuje si bardzo korzystny układ masy w formie,
a mianowicie:
- cienka jest warstwa masy całkowicie przepalonej, która zwykle przywiera ona
do powierzchni odlewu i mo e by wyci gni ta wraz z odlewem
i wyselekcjonowana.
- mniejsza jest grubo warstwy masy po redniej, czyli masy zawieraj cej
minerały grupy montmorillonitu o ró nym stopniu deaktywacji (bentonit
aktywny i cz ciowo lub całkowicie zdezaktywowany), co zmniejsza zu ycie
materiałów niezb dnych do od wie enia masy,
- zwi ksza si strefa masy zupełnie nieprzepalonej, czyli o wła ciwo ciach
wyj ciowych. Masa ta (poza dodatkiem wody) nie wymaga praktycznie
od wie ania,
- zmniejsza si rednia temperatura masy wybitej, co zmniejsza
niebezpiecze stwo wyst powanie wad odlewniczych spowodowanych
stosowaniem tzw. „gor cej masy”.
- masa całkowicie przepalona ma lepsz regenerowalno ni masa zawieraj ca
nieprzepalony bentonit (minerały grupy montmorillonitu), a zatem
wyselekcjonowanie tej masy stwarza korzystniejsze warunki przebiegu
i efektów regeneracji,
- skrócenie czasu pozostawania odlewów w formach pozwala na zwolnienie
cz ci powierzchni odlewni pod dalsz produkcj , stwarzaj c przesłanki do
zwi kszenia wydajno ci produkcji.
22
Nowa Sól 12-13.05.2005 r.
7.
Literatura.
1.
2.
3.
4.
Pistol G., Hübner J.: Giesserei t.82, 1995, nr 22, s. 781 - 786.
Flemming E., Lewandowski J.L.: - Przegl d Odlewnictwa t.45, 1995,
nr 4, s. 131 - 135.
Da ko J., Da ko R.: Systemy regeneracji osnowy z zu ytych mas formierskich.
Materiały IV Konferencji Odlewniczej „Odlewnictwo XXI w – technologie, maszyny
i urz dzenia odlewnicze”, Technical 2001, 24-25.05. 2001, Nowa Sól, s. 17 - 26.
5. Raport ko cowy z pracy zrealizownej w ramach projektu celowego 10 T08 036
2000/5061 nr umowy 2944/C T08 – 6/2001 pt. „Technologia i metoda regeneracji
osnowy kwarcowej ze zu ytych mas formierskich i rdzeniowych uwzgl dniaj ca
selekcj masy podczas wybijania odlewów i wdro enie tej metody oraz masy
z regeneratem”.
6. Lewandowski J. L., Da ko J., Da ko R.: Selekcja mas zu ytych w Zakładzie
Odlewnie Polskie w Starachowicach. Materiały XXVII Konferencji Naukowej
z okazji wi ta Odlewnika 2003, Wydział Odlewnictwa AGH, Kraków 2003, s. 65-71.
7. Da ko J.: The general problems of evaluation of mechanical reclamation effectiveness
in foundries”. Materials Science nr 2(9), 1999, Kaunas (Litwa), s. 54-57 oraz VIII-th
International Baltic Conference „Materials Engineering-99”, September 23-24, 1999,
Kaunas (Lithuania), s. 149-150.
23

Pobierz - Technical Nowa Sól

Transkrypt

Podobne dokumenty

Patelnia do grillowania- ryflowana z odlewu aluminium powlekana

CORBIERES MAS DES MAS 59 PLN

MINERVOIS MAS DES MAS 59 PLN

Sposób wykonywania odlewów precyzyjnych, a zwłaszcza

Promiennik podczerwieni SHTS/2

Malezja: Kompleksowa restrukturyzacja Malezyjskich Linii Lotniczych

K. Miś, M. Szucki, G. Piwowarski

Karta produktu