REGENERACJA MAS

FORMIERSKICH I

RDZENIOWYCH

TOMASZ WESOŁOWSKI
MiBM UTP
St. niestacjonarne

REGENERACJA MAS FORMIERSKICH NA

PRZYKŁADZIE GENERATORA LINIOWEGO

WPROWADZENIE:

Regeneracja mas formierskich jest procesem stosowanym dla odzysku osnowy tych mas. Osnowę

większości mas formierskich stanowi piasek kwarcowy. W procesach technologicznych sporządzania
mas formierskich stosowane są spoiwa łączące ziarna osnowy, uniemożliwiające powtórne
wykorzystanie składników mas w kolejnym cyklu wytwarzania odlewów. Są to spoiwa wiążące
chemicznie np. szkło wodne, żywice, cement itp. Masy formierskie wytworzone z zastosowaniem takich
spoiw są nieprzydatne w kolejnym cyklu. Podstawowym składnikiem mas jest osnowa, stanowiąca pow.
90% ich składu. Osnowa jest materiałem, który nie ulega zmianom w procesie wytwarzania odlewów i
może być wykorzystana w kolejnych cyklach procesu technologicznego po jej regeneracji. Regeneracja
osnowy mas formierskich polega na oczyszczeniu powierzchni ziaren z zestalonego spoiwa oraz
usunięciu produktów oczyszczenia z struktury ziarnowej tej osnowy. Proces oczyszczania realizowany
może być w sposób termiczny (spalanie zestalonego spoiwa w wysokich temperaturach np. żywic),w
środowisku mokrym polegającym na wypłukiwaniu spoiwa oraz w środowisku suchym (realizacja
usuwania spoiwa poprzez ścieranie z powierzchni ziarn osnowy w układach urządzeń mechanicznych lub
pneumatycznych). Poszukiwania optymalnych metod regeneracji osnowy mas formierskich zmierzają w
kierunku rozwiązań cechujących się wymaganą skutecznością przy zastosowaniu technologiczności
układu urządzeń. Warunki te spełnia pneumatyczny sposób regeneracji z zastosowaniem regeneratora
liniowego.

W regeneratorze liniowym wykorzystuje się sterowaną zmianę trajektorii ruchu cząstek osnowy

przemieszczanych pneumatycznie w strumieniu dwufazowym. Efektem zmian kierunku przemieszczania
jest ocierne oczyszczanie powierzchni ziaren osnowy w wyniku wzajemnych zderzeń cząstek oraz
oddziaływania elementów konstrukcyjnych regeneratora wykonanych z tworzyw odpornych na zużycie
ścierne.

BADANIA PROCESU REGENERACJI

Badania przeprowadzono wykorzystując stanowisko doświadczalne wysokociśnieniowego

transportu pneumatycznego, wprowadzając do układu regenerator liniowy RL w końcowym odcinku
rurociągu. Schemat układu badawczego przedstawiono na rys. 1.

Regenerator liniowy RL przystosowany do instalacji pneumatycznego przemieszczania w

warunkach badawczych sprawdzony został dla trzech wariantów układu elementów (A, B, C)
wywołujących ocierne oddziaływanie ziaren osnowy w strumieniu dwufazowym (powietrze
transportujące i rozdrobniona masa formierska po wybiciu odlewu).

Układ badawczy wykorzystywany do prób regeneracji pneumatycznej przedstawiony na

rys.2, wyposażono w podajnik komorowy wysokociśnieniowego transportu pneumatycznego o
pojemności użytecznej Vu = 0,25 m3, rurociąg transportowy o długości całkowitej Lc = 22 m z
czterema łukami zmieniającymi kierunek przemieszczania, regenerator liniowy zabudowany w
końcowym odcinku linii transportowej, urządzenie odbiorcze oraz zespół urządzeń pomiarowych i
zasilających układ sprężonym powietrzem. Materiałem wyjściowym do procesu regeneracji była
wybita z form (po wykonaniu odlewu), rozdrobniona i przesiana masa alkidowa. Do przesiewania
stosowano sito o boku oczka 3 mm. Tak przygotowany materiał pneumatycznie przemieszczano w
założonych warunkach przepływu strumienia dokonując pomiarów parametrów niezbędnych do
określenia wymaganych wskaźników techniczno-eksploatacyjnych procesu (prędkości strumienia,
masowej koncentracji mieszaniny, natężenia przepływu materiału).

Cechy konstrukcyjne elementów regeneratora liniowego określone zostały w wyniku badań,

których celem była ocena skuteczności technologicznej (ocierne oczyszczanie powierzchni ziarn)
przy zachowaniu niskich oporów przepływu strumienia dwufazowego. Elementy regeneratora
liniowego wykonywane są z tworzywa odpornego na zużycie ścierne.

Schemat stanowiska badawczo-pomiarowego regeneracji

pneumatycznej.

RYS. 1

Konstrukcyjne rozwiązania

elementów regeneratora

liniowego.

RYS. 2

Przepływ strumienia dwufazowego

(powietrze i rozdrobniona zużyta masa
formierska) w określonych dla danego rodzaju
spoiwa warunkach energetycznych, powoduje
oczyszczanie powierzchni ziaren przemieszczanej
pneumatycznie osnowy w wyniku ociernego
oddziaływania cząstek względem siebie oraz o
elementy regeneratora liniowego.

Efektem analiz teoretycznych są

wytypowane do zastosowania dwa rozwiązania
elementów regeneratora liniowego
przedstawione na rys. 2.

Wytypowane do prób elementy regeneratora

liniowego przystosowano do zastosowania w
układach pneumatycznych, w których średnica
rurociągu transportowego wynosi Dn = 0,08m.

Na podstawie badań wstępnych określono,

iż rozwiązanie I przedstawione na rys. 2
(rozbieżny element regeneratora liniowego) w
porównywalnych warunkach przepływu
strumienia dwufazowego cechuje się mniejszą
skutecznością ociernego oczyszczania
powierzchni ziaren w odniesieniu do rozwiązania
II o ok. 10 ÷ 15%. Oceny tej dokonano
wykorzystując rozdrobnioną zużytą masę
alkidową.

Do dalszych badań potwierdzających

skuteczność działania regeneratora liniowego
oraz dla optymalizacji parametrów przepływu
strumienia dwufazowego wytypowano
rozwiązanie II, które sprawdzono w warunkach
regeneracji mas alkidowych.

Badania skuteczności oczyszczania

powierzchni ziarn osnowy w procesie regeneracji
obejmowały wykonanie analiz sitowych oraz strat
prażenia próbek pobieranych przed i po procesie.

Ponadto wykonano zdjęcia scanningowe obrazujące stan

powierzchni ziarne osnowy w poszczególnych stadiach procesu.
Materiałem porównywanym był świeży piasek kwarcowy
stosowany jako osnowa w przygotowaniu mas alkidowych.

Wykonano również próby technologiczne z zastosowaniem

regeneratu jako osnowy sporządzonych mas. Do prób
technologicznych wykorzystano osnowę regenerowaną po jej
odpyleniu, czyli usunięciu w procesie klasyfikacji frakcji pylastych.
Proces odpylania prowadzono w przepływowym klasyfikatorze
fluidalnym.

Próby wykonano przy jednokrotnym przepływie strumienia

przez regenerator liniowy i klasyfikator oraz dwukrotnym
przepływie strumienia przez regenerator i jednokrotnym
odpyleniu. Jakościowe parametry realizacji procesu oceniano na
podstawie badań strat prażenia, porównując je z świeżym
piaskiem stosowanym jako osnowę regenerowanych mas
alkidowych.

Najkorzystniejsze efekty technologiczne uzyskano z

zastosowaniem układu C, dwukrotnie zakłócającego przepływ
strumienia. Każdy układ wymaga stosowania elementu prostego
kończącego przepływ strumienia w regeneratorze liniowym i
wykonanego z tworzyw odpornych na zużycie ścierne. Element
ten stabilizuje warunki wypływu strumienia z regeneratora,
ograniczając jego oddziaływanie na rurociąg transportowy.
Zaburzenia przepływu strumienia w regeneratorze bez elementu
prostego powodowały intensywne zużywanie się rurociągu
transportowego przy wypływie z regeneratora.

Proponowane rozwiązanie pneumatycznego układu

regeneracji osnowy mas formierskich nie zakłóca przepływu
strumienia dwufazowego w sposób uniemożliwiający
przemieszczanie w optymalnych warunkach prowadzenia
procesu.

Efektywność technologiczna procesu (skuteczność

oczyszczania powierzchni ziarna) oceniana przed i po regeneracji
wynosiła ok. 60% przy jednokrotnym przepływie strumienia przez
regenerator oraz ok. 85% przy dwukrotnym przepływie. Warunki
przepływu były zbliżone w obydwu etapach badań. Optymalne
wartości prędkości 6

przepływu strumienia, gwarantujące prawidłowy przebieg

ścierania zawierały się w granicach w8 = 25 ÷ 29 m/s, przy
koncentracji masowej mieszaniny μm = 18÷ 20 kg/kg. Spadek
ciśnienia na regeneratorze liniowym w podanych warunkach
przepływu strumienia wynosił pr = 8÷ 10 kPa.

Zwiększenie efektywności układu regeneracji pneumatycznej

wyposażonej w regenerator liniowy można uzyskać poprzez
zastosowanie kilku zestawów regeneratora na instalacji
transportowej.

Dla zobrazowania skuteczności oczyszczania powierzchni

ziarn osnowy wykonano zdjęcia scanningowe przy powiększeniu
300x frakcji 0,16 mm.

Podsumowanie

Przedstawione rozwiązanie regeneracji pneumatycznej

osnowy mas formierskich systemu POLKO jest skutecznym
sposobem oczyszczania powierzchni ziaren z zestalonego
spoiwa pod warunkiem prawidłowego doboru parametrów
przepływu strumienia, dostosowanych do konkretnej
instalacji. Dla zwiększenia efektywności procesu regeneracji
w analizowanym układzie urządzeń można zastosować
wielokrotność regeneratora liniowego na rurociągu
transportu pneumatycznego z zachowaniem optymalnych
dla przebiegu regeneracji parametrów eksploatacyjnych.

URZDZENIA REALIZUJCE PROCES REGENERACJI MAS

FORMIERSKICH

Regeneracja metodą
wibracyjną – jest jedną z metod
regeneracji suchej mechanicznej
znajdującej coraz szersze
zastosowanie. Zastosowanie do
regeneracji właściwej kruszarek
wibracyjnych pozwala na znaczne
uproszczenie procesu regeneracji
poprzez zmniejszenie liczby
urządzeń pomocniczych (kruszarek,
przenośników, oddzielaczy i
przesiewaczy), bowiem w
kruszarkach oprócz kruszenia
materiału następuje jego
rozdrobnienie, ocieranie,
oddzielanie części metalowych i
klasyfikacja materiału.

Kruszarka wibracyjna

Regeneracja z

zastosowaniem urządzeń
obrotowych ocierająco-
cierających –

jest realizowana w

regeneratorach wirnikowych,
wyposażonych w wirniki, w
wirniki z łopatkami, lub w
talerze, które na skutek siły
odśrodkowej wyrzucaj
materiał regenerowany na
pobocznic urządzenia,
powodujące jego ocieranie i
rozkruszanie.

Schemat
regeneratora
firmy Klein

Schemat

regeneratora
talerzowego

Regeneracja pneumatyczna – urządzenia do regeneracji
pneumatycznej
charakteryzuj się stosunkowo prostej budowy i łatwości
wbudowania do istniejących budynków. Pomimo konieczności
instalowania rozbudowanego systemu odpylania (w
porównaniu do regeneratorów wibracyjnych czy wirnikowych) i
większego kosztu regeneracji nadal znajduj zastosowanie. W
zależności od inwencji producenta, istnieje wiele konstrukcji
regeneratorów pneumatycznych.

Regeneracja cieplna (termiczna) - przykładem

urządzenia do regeneracji termicznej moce by regenerator

fluidyzacyjny wyprodukowany przez firm IMF (Włochy), w

którym wstępnie przygotowana zużyta masa przechodzi przez

ognioodporny cylinder, do którego doprowadzone s z boku na

odpowiedniej wysokości dysze z mieszanki powietrzno-

gazowej.

Stanowisko regeneracji
termiczno-gazowej firmy

IMF.

Regeneracja kombinowana

(wielostopniowa) przykładem
urządzeń wykorzystywanych w
regeneracji wielostopniowej jest
stanowisko firmy KGT
Giessereitechnik GmbH , będące
połączeniem regeneracji
mechanicznej i termicznej. W
pierwszym etapie oddziela się
mechanicznie aktywne lepiszcze, a w
drugim etapie wypala się spoiwo
organiczne w złomu fluidalnym. Trzeci
etap regeneracji równie mechanicznej
umożliwia kocowe oczyszczenie
ziaren.

REGENERACJA MAS RDZENIOWYCH UTWARDZANYCH CO2 NA

PRZYKŁADZIE KIELECKIEJ FABRYKI POMP „BIAŁOGON”S.A.

WPROWADZENIE

W wielu odlewniach produkuje się odlewy w masach

formierskich bentonitowych z zastosowaniem rdzeni ze spoiwem
żywicznym utwardzanym CO

2

. Podczas wybijania odlewów, do

masy obiegowej ciągle dopływa duża ilość masy rdzeniowej w
postaci przepalonej masy oraz nadpalonych lub nieprzepalonych
kawałków rdzeni co pogarsza parametry masy obiegowej i
powoduje powstanie jej nadmiaru, który musi być wyprowadzony
na odwał. W wielu przypadkach istnieje możliwość selektywnego
wybijania form i rdzeni oraz skierowania wybitej masy rdzeniowej
do regeneracji i ponownego wykorzystania do mas rdzeniowych.
W ramach prac badawczo wdrożeniowych Instytut Odlewnictwa
w Kieleckiej Fabryce Pomp „BIAŁOGON” S.A. w Kielcach wdrożył
stanowisko do regeneracji mas rdzeniowych.

OPIS ZASTOSOWANEGO PROCESU REGENERACJI

Do realizacji procesu regeneracji

mas rdzeniowych zastosowano
podstawowe urządzenia
technologiczne takie jak -kruszarka
wibracyjna stanowiąca pierwszy
stopień regeneracji ( rozdrobnienie
masy do pojedynczych ziaren piasku
i wstępne otarcie spoiwa ), -suszarka
fluidyzacyjna piasku ( separacja
pyłów po kruszarce wibracyjnej ),
-transport pneumatyczny stanowiący
drugi stopień regeneracji ( proces
regeneracji pneumatycznej), filtry
tkaninowe do odpylania regeneratu i
poszczególnych stanowisk. Przebieg
procesu regeneracji przedstawia
schemat blokowy na rysunku.

BADANIA TECHNICZNO TECHNOLOGICZE REGENERATU

Odlewnia KFP „BIAŁOGON” S.A.

produkuje odlewy z żeliwa szarego
oraz żeliwa niskostopowego z
dodatkiem Cu i Cr. Formowanie
wykonuje się w gniazdach
wyposażonych w formierski FKT. Cz
odlewów wykonuje się w procesie
formowania ręcznego. Rdzenie
wykonuje się na strzelarkach oraz
ręcznie. Stosowane s masy rdzeniowe
z żywicami utwardzanymi CO2 ,
proces Hot-box oraz no-bake. Do
regeneracji kieruje się selektywnie
wybite masy rdzeniowe głównie z
żywic Supereko lub Novatex 1000
zanieczyszczone max do 30% mas
bentonitow. Przykładowe własności
fizyko-chemiczne materiałów
wyjściowych i regeneratu z prób
przemysłowych przedstawiono w
tabeli 1.

TABELA 1.

Założono, że uzyskiwany regenerat stosowany

będzie w miejsce świeżego piasku w ilości do 70% do
mas rdzeniowych, głównie z żywicą Supereko lub
Novatec 1000. Wyniki badań laboratoryjnych własności
technologicznych mas rdzeniowych z udziałem
regeneratu w 2003r.(po wdrożeniu regeneracji)
przedstawiono w tabeli 2. W czasie ponad dwuletniego
stosowania procesu regeneracji mas rdzeniowych w
KFP „BIAŁOGON” S.A. odzyskuje się ok. 750 t/rok
regeneratu, który stosuje się do wykonywania mas
rdzeniowych w ilości od 70 do 100% za piasek świeży
(najczęściej 100 % ) . Oprócz dotychczas stosowanych
żywic Supereko i Novatex 1000 obecnie w KFP stosuje
się żywicę Carbophen 7170 utwardzaną CO

2

Z

doświadczeń Odlewni „BIAŁOGON” wynika, że przy
produkcji cienkościennych odlewów żeliwnych
regenerat zastosowany w miejsce piasku świeżego
pozwala na uzyskiwanie wystarczających
wytrzymałości masy rdzeniowej, przy czym masa na
bazie regeneratu jest bardziej elastyczna i zmniejsza
się skłonność do pęknięcia odlewu. Z uwagi na
uwarunkowania technologiczne ostatnio regenerat
wykorzystuje się także do wykonywania form z żywicą
Carbofen.

TABELA 2.

Na przedstawiono fotografię typowego rdzenia i odlewu

produkowanego w Odlewni Białogon z zastosowaniem
regeneratu. Są to rdzenie masywne nie wymagające
wysokiej wytrzymałości na zginanie. Rdzenie te służą do
produkcji odlewów cienkościennych przy produkcji których
występuje skłonność do peknięcia odlewu. Zastosowanie
regeneratu powoduje poprawę elastyczności masy
rdzeniowej i zmniejszenie wytrzymałości resztkowej.

Podsumowanie

Zastosowany proces regeneracji zużytych mas

rdzeniowych z żywic fenolową utwardzaną CO2, przy
zastosowaniu kolejno kruszarki wibracyjnej, suszarki
fluidyzacyjnej i transportu pneumatycznego z odpylaniem
suchym pozwala na odzysk regeneratu, którymoże być
ponownie zastosowany do mas rdzeniowych w ilościach od
70 do 100% w miejsce piasku świeżego.

LITERATURA

1.PUBLIKACJA „REGENERACJA MAS FORMIERSKICH W REGENERATORZE

LINIOWYM „ H.SZLUMCZYK, J. GAWROŃSKI Politechnika Śląska -
Katedra Odlewnictwa -

2.PUBLIKACJA „URZDZENIA REALIZUJCE PROCES REGENERACJI MAS

FORMIERSKICH”

Franciszek PEZARSKI, Elżbieta SMOLUCHOWSKA ,Irena IZDEBSKA SZANDA ,
ZBIGNIEW MANIOWSKI
INSTYTUT ODLEWNICTWA – KRAKÓW

3. PUBLIKACJA „REGENERACJA MAS RDZENIOWYCH UTWARDZANYCH CO2 NA
PRZYKŁADZIE KIELECKIEJ FABRYKI POMP „BIAŁOGON”S.A.”
Franciszek PEZARSKI, Irena IZDEBSKA SZANDA, Zbigniew MANIOWSKI,
Instytut Odlewnictwa Kraków
Lambert STĘPIŃSKI
Kielecka Fabryka Pomp „BIAŁOGON” S.A. KIELCE