CZ140398A3

CZ140398A3 - Způsob a zařízení pro regeneraci formovacího písku za studena

Info

Publication number: CZ140398A3
Application number: CZ981403A
Authority: CZ
Inventors: Williem Lee Tordoff; Jerremy Paul Miller
Original assignee: Air Products And Chemicals, Inc.; American Metalcasting Services Int´L, Inc
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1998-11-11
Also published as: TW388727B; JPH1157933A; CA2236628A1; JP2904413B2; EP0876866A1; US5992499A

Description

Způsob a zařízení pro regeneraci formovacího písku za studená

Oblast techniky

Vynález se týká regenerace slévárenského formovacího písku, při které vzniká syrový písek nebo písek, který se používá při tváření jader slévárenských forem pro nové použití nebo pro bezpečnou likvidaci.

Dosavadní stav techniky

Při výrobě některých typů kovových odlitků, velkých i malých, například hliníkových, železných nebo ocelových, se odlévací forma připravuje s použitím vhodných pojiv nebo lepidel jejich přimíšením k materiálům o specifické velikosti části, jako například ke křemičitému písku, speciálním pískům nebo syntetickým pískům. Mezi pojivá, která se pro tento účel nejběžněji používají patří přírodní jíly aktivované vodou a '1 anorganické a organické pryskyřice vytvrzované různými katalyzátory, jako například kyselinami, zásadami nebo tepelnou aktivací. Ve slévárenském lexikonu se termínem syrový písek /green sand/ míní písek, který je spojen směsí jílu a vody. Voda· se přidává ve specifických množstvích, aby aktivovala jemné částečky· jílu, které jsou smíchány se specificky připravenou agregovanou přísadou, pískem. Tato homogenní směs písku, který' je povlečen jílem aktivovaným vodou se pak vnese do předlohy s použitím tlaku, vibrací nebo jiných prostředků pro ztužení a vytvoří se nádoba neboli forma do které se pak- nalévá roztavený kov a tím se vytvaruje odlitek.

Alternativně k pojivům jíl/voda . se mohou používat syntetické organické a anorganické pryskyřice, což je běžně prováděno, čímž se připraví formy schopné vydržet agresivní • 9 tl »9 »♦·· ·> ·9 • 9* 999 9999

9999 Λ 9999 99*9

99 9 9 4 9 99 999 99

9999 99 9999

Μ 99 99 999 ···· podmínky procesu lití kovu. Při přípravě pryskyřicí pojených pískových forem se částečkovitý materiál jako je křemičitý písek, říční písek, syntetické písky, speciální písky jako je Olivene, chromitový a zirkonový písek, které jsou promyty a usušeny, směšuji s pryskyřicemi v kolovém misiči, v sázkovém mixeru nebo kontinuálních mixerech, aby se částečky povlékly pryskyřicí. Vytvrzení nebo vulkanizace filmů, vytvořených z pryskyřice nebo lepidel, nanesených na pískových zrnech se dosahuje řadou způsobů a metod včetně katalýzy, zahřátí nebo použitím plynů a par. Některé systémy pryskyřic se mohou také vytvrzovat autokatalyticky nebo samovytvrzením.

Termín syrový písek znamená, že pojivá na bázi jílu aktivovaného vodou jsou v přírodním stavu. Tento jíl je totiž podobný nevypálené surovině pro keramiku nebo dřevu, přičemž termín syrový znamená, že jde o nevypálenou keramiku nebo pouze sušený produkt v peci. V případě dřeva je třeba konstatovat, že dřevo se nepodrobuje sušící operaci pro snížení vlhkosti. Kromě písku mohou být přidávány další zrnité materiály jako je oxid křemičitý (silika), zirkon, chromit, olivín, keramické nebo syntetické a jílovité pojivo, kterým může být západní či jižní bentonit nebo jiné jíly jako je vypalovatelný jíl. Formovací písek může také obsahovat přísady jako jsou obilniny, a to v podobě zrn, mouky, pšeničné a žitné mouky, dále může obsahovat celulózu ve formě jemně mleté dřevěné moučky, rýžové slupky a skořápky podžemnice olejně, uhlík v podobě kamenného uhlí (uhlí s nízkým obsahem síry), gilsonit (asfalt), lignit a polymery nebo chemikálie, vodu, zvlhčující přísady, práškovou sodu a oxid železa, což je pouze malý výčet z celkového množství možných přísad.

Slévárenský proces také zahrnuje použití pojených plniv pro přípravu jader nebo tvarovaného písku pro tvarování φφ φφ φ* ΦΦΦΦ φφ ♦· • · * φ φ φ · φ · φ

Φ ♦ · · « φφφφ * φ · · • Φ φ φ φ · · φφ φφφφ φ

Φφφφ φφ φ φφΦ φΦ II ΦΦΦΦ· ·· ·· vnitřních částí nebo povrchů. Stejný písek, který se používá pro výrobu forem se dá také použít pro výrobu jader, která se umísťují do formy, aby se v ní vytvořily výdutě, otvory, rýhy, průchody, štěrbiny a podobně pro jemné odlitky. Jádra se dosud obecně vyrábějí z nového písku neboť přítomnost kontaminantů jako je jíl, jemné složky, voda nebo organické a anorganické materiály a podobně má rušivý vliv na pojivá a na mechanizmus chemické nebo fyzikální vazby. Syntetické písky se dají také používat jako přísady pro dodání speciálních charakteristických vlastností těmto jádrům, pokud se jich při odlévacím procesu používá. Opět, stejně jako při výrobě slévárenských forem pojených pryskyřici, se obalují částice pryskyřicemi, přičemž obalované částice jsou promyté a sušené a mají specificky upravenou velikost. Pryskyřice se při tom vytvrzuj i různými metodami popsanými shora pro tvarování pryskyřičných systémů. Příklady nevypalovaných pojiv jsou furan a systémy vytvrzované kyselinami na bázi fenolů, systémy vytvrzované estery fenolů, uretany alkydových olejů, aluminofosfát a směsi silikát/ester. Příklady pojiv vytvrzovaných za studená jsou akrylová epoxidová pryskyřice (S0₂)(vytvrzovaná volným radiálem nebo kyselinou), furanová pryskyřice (SO₂), systémy fenolických uretanů vytvrzované aminem, alkalické fenoláty vytvrzované estery, křemičitan sodný (C0₂) a vytvrzované fenolické systémy (C0₂) . Příklady teplem vytvrzovaných pojiv jsou furanové a fenolové pryskyřice, za tepla vytvrzované furanové a fenolové pryskyřice, skořápky, rostlinné oleje a alumosilikáty.

Při výrobě odlitků se- vlévá do formy roztavený kov a po jeho ztuhnutí se forma podrobí vytloukání. Vytloukáním se oddělí písek od odlitku(ů). Odlitek se pak dopraví k dalším operacím a písek se buď regeneruje, znovu užívá nebo se odstraňuje jako odpad.

• ·

··		• ·	·«
	•	• ·	•
•	« · ·	t *	·«
•	* «	·· ·	•
»	•	*	•
·	···	Λ ·	··

Při většině slévárenských postupů pro odléváni na syrovo následuje po regeneraci syrového písku opět výroba forem s použitím chemických pojiv bez vypalování. Pískové formy pro odlévání na syrovo, u kterých se nepoužívá jader je možno opět použit pro přípravu směsi písku, obilovin, jílu, vody, kamenného uhlí atd. přidáním nového jílu, vody a dalších přísad do mixérů nebo kolových mlýnů. Nicméně je třeba přidávat čerstvý písek, aby se odstranila ztráta, ke které dochází při. odlévacím procesu v důsledku manipuplace, vysokých teplot a také se může projevit zmenšení jeho částic rozdrcením.

V případě odlitků, které mají vnitřní průchody nebo které mají otvory, je množství písku větší v důsledku použití jader a je nutné přidávání jílu, vody, kamenného, uhlí atd., aby se udržely požadované vlastnosti systému.

Vzhledem k tomu, že většina odlitků se vytváří ve formách pro lití na syrovo a v nevypalovaných nebo chemicky pojených formách s použitím jader, je schopnost regenerace použitého nebo spotřebovaného písku mimořádně žádoucí. V minulosti se odstraňoval formovací písek ukládáním do okolí, což byla jedna z možných cest, jak se zbavit zbytků forem po vytloukací operaci. Vzhledem k tomu, že dochází k všeobecné změně pravidel a předpisů v oblasti ochrany životního prostředí a rostou náklady na obstarávání, přípravu a dodávku nového písku, snaha o regenerací je ještě více zvýrazněna a opětné použití písku a ostatních plnících složek ve formách se jeví jako ještě více žádoucí.

Snahy o regeneraci písku pro použití v rámci slévárenství nebyly'dosud úspěšné z několika důvodů. Přestože surový písek se dá znovu zpracovat pro nové použití v pískových formách pojených jílem, nebyla zatím regenerace jílem pojených písků chemických příčin. Mezi granulometrii částic, kontaminace, vlhkost, změny povrchových ploch. Tím těchto příčin.

pro řadu příčiny patří v distribuci fyzikálních změny velikosti úspěšná příčin. Mezi tyto sypkých materiálů, změny pH nebo kyselého titru a byly vyjmenovány jen některé z

Snahy o regeneraci písků zahrnují roztírání, promývání a tepelné Nejvýznamější metodou regenerace podílu písku pískových forem je metoda, která využívá zpracování, teplotního zpracování nebo kombinace obou. Zahřívací jednotky obvykle využívají infračerveného záření nebo plynových tepelných zdrojů. Při tradičním procesu pro regeneraci písku pro odlévání se systémy jílu vázaného iontově deaktivují kalcinací jílu. Tento kalcinovaný jíl, známý jako přepůlený jíl, se pak může vymývat mechanickými prostředky, například dodáváním množství tlakového vzduchu a stripováním, které pojených bentonitem nebo jílem promývání zpracování. z odlévacích mechanického z' písku velikého způsobí nárazy páry na písek a mechanickým oddělováním částí jílu od zrn písku. Jiným postupem je dodání energie formou roztírání, drhnutí nebo podrobení částic jinému mechanickému působení.

Mechanické obrušování spojených a jednotlivých zrn písku nemůže odstranit všechno pojivo z jednotlivých částic písku, neboť částice mají nepravidelný tvar a na povrchu písku se vždy nepodaří vytrhnout zachycené částice jílu nebo pryskyřice. Tato skutečnost, v kombinaci s faktem, že mechanické stripování vede ke změně ve velikosti a distribuci velikosti částic písku, takže distribuce velikosti částic se musí znovu upravovat přidáním podílů čerstvého písku k. udržení žádoucího rozmezí velikostí. Příliš jemné částice způsobuji, že dochází k nežádoucím efektům při výrobě *4 «««»«* ···* • 4 4 4 4 ·»444 · 4 4 4 , 4 «Μ* 4 ^β 4· φ 4 * «44 4 44 444 4·

4444 44 444

4« 44 44 «44 «444 odlitků, jako je tvorba bublin a defekty způsobené penetrací kovu.

Tepelná regenerace písku pro syrové odlévání nebo pryskyřicí pojených písků obvykle využívá teplot nad 871°c pro bentonitem pojené a anorganické pojené písky a nad 482°C pro systémy založené na organických pojivech. Tento proces termální regenerace zahrnuje jak zahřívání a chlazení následované mechanickým stripováním, ochlazování písku a třídění písku pro nové míšeni a nové přidávání pojiv. Vcelku může proces mít jako výsledek pískové frakce, které nemusí mít původní vlastnosti a část jemných křemičitých částic, kterou je nutno odstraňovat a přepůlený jíl, přičemž tyto poslední složky se musí zneškodňovat a uvádět do přírody nebo se musí zpracovat jiným způsobem přijatelným z hlediska požadavků na životní prostředí.

Druhým typem regenerace je použití mechanického roztírání, kterým se dosahuje mechanického rozdělení kusů nebo spojených částic písku na jednotlivá písková zrna, které přichází v úvahu tehdy, jestliže se místo systémů pojených jílem používají pryskyřice nebo pojivá. Přestože mechanická regenerace písku se dá použít u většiny chemicky pojených systémů, je nevýhodné, že získaný nebo regenerovaný písek obvykle obsahuje rezidua pryskyřice a uhlíkatých materiálů, což má škodlivý vliv na opětovnou možnost přidání pojivá do písku a dochází k nežádoucím podmínkám při odlévání. Přítomnost zbytkových neodstraněných podílů při mechanické regeneraci má za následek vzrůst jemných součástí písku, které obvykle vyžadují vyšší množství pojivá pro udržení stejné pevnosti pro manipulaci a pro odlévání. Kromě toho může vyšší množství pojiv v systému přispívat ke vzniku defektu při odlévání.

• ·

Při teplotním procesu se obvykle spotřebuje na jednu tunu regenerovaného písku 1,05 GJ (jeden milion Btu) energie. Kromě tepelné energie se spotřebuje energie na chlazení a na třídění písku, stejně jako na provádění nutných kroků pro nutnou ochranu životního prostředí. V mnoha případech může tepelně zpracovaný písek vyžadovat přísady chemikálií pro úpravu pH a hodnoty požadavků na kyseliny, aby se připravil· písek vhodný pro opětné použití pro přípravu jádra nebo v chemicky pojených systémech.

Termální zpracování při většině chemicky pojených výrobcích však, jak bylo uvedeno shora, nemá za následek přípravu dobře propojených systémů. Byly vymyšleny různé postupy pro působení různými metodami na písek pomocí zdrojů tepla, jako jsou rotační sekací elementy, fluidní lože a mechanické míšení. Všechny tepelné regenerační systémy jsou citlivé vůči složení písku, pojivá a množství kovových oxidů, které je přítomno v písku. Je to tím, že nezáleží na tom jak je písek zahříván. Tepelné regenerační jednotky vyžadují periodické přepojování a pro jejich používání jsou vydána velmi přísná pravidla, týkající se ochrany životního prostředí. Tak například zařízení pro kalcinaci má na svém výstupu produkty, které se třídí na fluidním loži, takže vyžadují operace které odpovídají různým požadavkům na enviromentální pravidla a předpisy. Lze odhadnout, že v průměru stojí konstrukce a ověření funkčnosti tepelného regenračního systému asi 500 000 dolarů na tunu kapacity za hodinu provozu.

Kromě problémů s formovacími písky lze nalézt pojivové systémy a přísady v řadě publikací v AFS Transactions of the

Američan Foundry Society. Jsou to ,,If its Black, Why do tehy call it Green sand by D.F. Hoyt, AFS Transactions 1995, Vol.

103, Pages 95-100 (#95-100), „Scanning Electron Microscope *· ·« *· <··· ♦· ·· « · ♦ · · 9 »999 • · ··» 4 t «·· · 99 9 • · * « « 9 9 · 9 · · 99 • · * 9 «9 *99« • · 99 999*9 »9·· and Sand-Binder Studies: A 25-Year Review od R. H.Toeniskoetter, AFS Transactions 1995., Vol 103, Pages 477486 (#95-144), „Sand Reclamation Project: Saginaw Malleable Iron Plant, GM Powertraing Group by D.J. Couture, Ř. L. Havercroft and L. L. Stáhl, AFS Transactions 1995, strany 95141 (#955-141), „Evaluation of Reclaimed Green Sand for Use in Various Core Processes od S. E. Clark, C. W. Thoman, R. H. Sheppard, R. Williams a Μ. B. Krysiak, AFS Transactions 1994-Vol. 102, str. 1-12 (#94-02) a „Thermal Reclamation The Evidence Against It od D. S. Leidel, AFS Transactions Ί994, Vol 102, str. 443-453 (94-10).

Ashland Chemical company shromáždila třináct dalších článků v publikaci s názvem Sand Binder Systems v souboru Floundry Management & Technologie (1966) ·.

Z uvedených důvodů existuje potřeba jiných způsobů regenerace formoavcího písku.

Podstata vynálezu

Nyní 'bylo objeveno, že písek, vhodný k použití pro přípravu forem pro odlévání na syrovo nebo tvarovaných jader lze získat z materiálu, který vzniká při vytloukání forem nezávisle na tom, zda jde o formy připravené ze syrového písku či š' použitím jader. V nej širší podobě vynález řeší regeneraci použitého slévárenského formovacího písku (použitý syrový písek s jádry nebo bez nich) ochlazením použitého písku na teplotu G^C nebo nižší a následným podrobením písku separaci nebo uvolňování písku z pojivá nebo dalších složek, přítomných v písku, který nebyl spotřebován při odlévací operaci, přičemž teplota použitého písku se při této separaci udržuje na hodnotě CrC nebo nižší. Oddělení písku lze

• 4		··	• 4		4 4			4 4
•	•		• ·	4	•	4	4		•
•	4	• 4	• ♦	• · ·	4	4		• 4
4	•	•	• * ·	•	4 4 4	4	4		4
v	4	4	• ♦	*		4	•		4
·		«	4 ·	4 · ·	• 4			• 4

dosáhnout podrobením ochlazeného slévárenského písku libovolné separačni metodě, například fluidnimu dělení, prosévání atd. při kterém se na použitý formový materiál působí tak, aby došlo k oddělení písku od pojivá a dalších přítomných složek. Ochlazení použitého formového materiálu lze provést výměnou tepla pomocí chladící tekutiny, například vzduchem chlazeným mechanickým ochlazováním, kryogenní kapalinou nebo studeným plynným chladivém jako je dusík.

Podle jednoho provedení tohoto vynálezu se použitý materiál formy (použitý syrový písek s jádry nebo bez nich) ochladí na teplotu alespoň -40 °C a udržuje při nízké teplotě přičemž se podrobí nárazům nebo obrušováni, aby došlo k uvolnění písku z pojivá a dalších složek, přítomných v materiálu formy, které nebyly v průběhu odlévací opearce spotřebovány. Dále udržování zmrazení v průběhu dělení a následného roztírání vede k získání regenerovaného písku, který je vhodný pro přípravu jader, dále se dají získat částice jílu použitelné pro přípravu syrového písku a konečně je možno získat nezreagované částice, například kamenného uhlí, které se také dají ve slévárenství opět použít. Vzhledem k tomu, že způsob podle vynálezu nyvyžaduje kalcinaci, mohou se získat organické částice, například uhelné, spolu s částicemi písku a jílu.

Při jednom provedení podle vynálezu se dá použít pro počáteční ochlazení rotační tunely, kde se vyměňuje teplo s chladným plynem, například dusíkem, čímž se sníží teplota před roztíráním. Výrazem formovací písek, jak je zde používán, se míní písek z forem po lití na syrovo jak bez jader, tak s jádry. Tento písek se může podrobit roztírání a následnému dělení proséváním, čímž se oddělí pojivá, další přísady a jemné pískové částice. Poté se může regenerovaný písek nechat procházet dalším rotačním tunelem, kde se ·· ·' ·Φ ··· « · φ * · « ···« · Φ ··· φ Φ φ Φ · · Φ * · Φ · Φ « ·

Φ* ΦΦ Φ» ·♦· kontaktuje s recirkulačním plynem pro rekuperaci chladu před vnesením regenerovaného písku do prostředí s normální teplotou. Do regeneračního zařízení se může vstřikovat kapalný dusík, aby se teplota písku snížila na alespoň -4

Podobným způsobem se může kapalný dusík zavádět do kteréhokoliv následujícího stupně regeneračního zařízení, aby se udrželo zchlazení, dodané ve vstupním zařízení, například v rotačním tunelu.

Stručný popis obrázků na výkresech

Obr. 1 je schematicky zobrazená regenerace písku z materiálu forem, pojených jílem.

Obr. 2 je graf celkového množství jílu (AFS) v různých měřicích bodech při způsobu podle vynálezu.

Obr. 3 je graf celkového množství jílu (AFS) proti době odběru při roztírání v kolovém mlýně při různých teplotách.

je schematické znázorněni způsobu podle vynálezu.

Příklady provedeni vynálezu

Na Obr.

je znázorněno míšení křemičitého s jílovým písku, například oxidu pojivém, například bentonitovým jílem a dalšími přísadami jako je kamenné uhlí, čímž se vyrábí formovací písek. Tento formovací písek se poté může použít pro přípravu formy pro odlévání kovů. Po odlévací operaci se obsah vody v materiálu formy nastaví přidáním vody, která vytvoří hydratovaný jíl v místech, kde je zapouzdřen nebo spojen s částicemi písku. Jakmile se sníží teplota hydratovaného jílu, voda zvětšuje objem a případně zmrzne. Při oddělování zmrazených částic s použitím nebo bez • · «φ ·♦·· použití roztírání se částice jílu od pisku oddělí. Oddělováni při zmrazení má za následek očištění pískové frakce od jílu, přičemž tato frakce se může použít na přípravu forem nebo jader a oddělených částic jílu s příměsí přísad, například kamenného uhlí které neshořely v průběhu odlévacího procesu a jemných částic písku, které se dají oddělit a neškodným způsobem dále zpracovat. Jíl a uhlí se znovu použijí.

Bylo zjištěno, že tento vynález se v základní podobě může zavést do praxe ochlazením použitého formovacího písku obsahujícího pojivo spolu s dalšími přísadami zmíněnými shora nebo bez nich na teplotu na nebo pod Oj^C a následným oddělováním částic pojivá a dalších přísad od písku přičemž se použitý formovací písek udržuje na teplotě 0 °C. Oddělování pojivá a dalších přísad od písku se může provádět libovolnou dělící metodou (např. pomocí tekutiny, proséváním atd.). Pokud je to třeba, může se studený písek podrobit před oddělováním ještě přípravné operaci, například roztírání, která podpoří oddělení nosiče s přísadami od písku. Tato přípravná operace před oddělováním není nutná pokud použitý způsob dělení vede k dostatečnému výsledku. Roztírání se dá provádět pomocí známých zařízení a způsobů. Ochlazování použitého formovacího písku na vstupu a v průběhu procesu se může provádět mechanickým zaváděním teplosměnné tekutiny, například vzduchu, dusíku atd. nebo pomocí kapalného chladivá jako je kapalný dusík. Ochlazení plynného teplosměnného media se může provádět přímo mechanickým chlazením nebo se. může vyměňovat teplo s chladnějším plynem, kapalným chladivém nebo odpařováním chladícího média z kapalné fáze při nízké teplotě.

Na obr. 2 je vynesen celkový obsah jílu v hmotnostních procentech (AFS = Američan Foundry Society) ve zpracovávaném použitém materiálu forem, získaném ve výrobním provozu ve

··	♦ 4	44	4·«·	• 4	14
*	•	•	• .	4	*	4 4	4		4
•	•	4 <4	•	4	444	4 4		4 4
	•	• ·	4 4'	4	4	4 ·♦·	4		4
•	•	·' ·	4	4	•	4	4		4
·«		44	4 4		4 44	• 4		4·

specifických testovaných bodech. Použitý syrový písek byl testován na obsah jílu v pěti intervalech v průběhu oddělování jílovitého pojivá od syrového písku. Vzorky pro testování, jehož výsledky jsou znázorněny na obr. 2 jsou: (1) suchý produkt při teplotě asi 15 °C, (2) písek po odděleni pomocí síta (prosévání), (3) písek opouštějící kolový mlýn při -10 °C, (4) písek po zavedení do rotačního bubnu ochlazený na -90 °C a (5) studený přesitý písek na výstupu z rotačního bubnu při teplotě písku asi -80 °C. Graf na obr. 2 potvrzuje, že oddělování jílovitého pojivá od písku se výrazně zlepší ochlazením na teplotu pod 0 °C.

je vynesen celkový obsah jílu v hmotnostních procentech (AFS = vzorku použitého

Američan Foundry Society) ve zpracovávaném formovacím písku, průběhu mletí v kolovém mlýně při dále při -líf⁰C, -60^C a -90^C. ochlazování použitého formovacího oddělování jílového má za následek signifikantní písku.

získaném v provozu, v l^C) a 2 ukazují

C, které pojivá od teplotě okolí (asi Křivky na obr. písku na teplotu 0^(

Na obr. 4 je znázorněno jedno možné provedení zařízení 10 podle vynálezu, které je opatřeno plnícím zásobníkem 12 pro použitý formovací písek 14, který je z něho veden přes rotační šoupátko nebo jiné vstupní zařízení 16 do prvního rotačního tunelu 18 kde je zpracováván v průběhu průchodu od vstupu 20 do výstupu 22 jak je známo těm, kdo s těmito tunely pracují. Chladící médium, výhodně kapalný nebo plynný kryogen 24 (například chlazený plynný dusík) je protiproudým způsobem veden nad pískem 26 tunelem 18. Jakmile formovací písek F4 projde tunelem 18 je ochlazen na teplotu alespoň -40fC, s výhodou - 8C^C. Množství ochlazeného písku vystupující z tunelu 18 na výstupu 22 se může měřit rotačním šoupátkem nebo jiným měřícím zařízením 28. Tento písek vstupuje do

9 4	44	4 4	····	• 4	• 4
• *	•	> ·	•	• «	4	4
4 ·	···	•	•	444	4 *	« 4
4 4	• ·	• ·'	*	é	4 «4 4	4	4
4 4	4 ♦	> ·		4	4	4
• 4	4«	4 ·	♦ ··	4«	4 4

roztiraciho zařízeni 30 (například nárazového dmychadla), kde se částice písku oddělí od pojivá. Produkt 15 roztiraciho stupně 30 se dělí pomocí rotačního přesívacího zařízení 32 které obsahuje rotační síto 34 otáčené vhodným motorem 36 což je v oboru dobře známo. Produktem, vystupujícím z rotačního síta 34 je křemičitý písek 17, který je očištěn od jílu a jemné složky 40, které odcházejí výstupním otvorem 38 rotačního přesívacího zařízení 32. Regenerovaný křemičitý písek 15 prochází rotačním šoupátkem nebo výstupním otvorem zařízení 42 do tepelného rekuperátoru 44.

V rekuperátoru 44 , což může být další rotační tunel, prochází regenerovaný křemičitý písek 15 výměnou tepla s recirkulačním plynem 24 (například dusíkem) tak, aby chladící energie písku 17 přešla do tohoto cirkulačního plynu 24. Vyčištěný písek 17 prochází rekuperátorem 44 vůči recirkulačnímu proháněnému dusíku protiproudem. Produkt 50 o teplotě okolí se může odebírat z rekuperátoru 44 rotačním šoupátkem nebo obecně zařízením £8. Vyčištěný nebo regenerovaný písek 50 je připraven pro opětovné použití, buď jako syrový pískový materiál nebo jako materiál pro jádra nebo formy. Ochlazený plynný dusík 24 se recirkuluje do vstupního chladícího kontaktního zařízení 18 (tunelu) a tam ochlazuje vstupní použitý formovací písek 14. V recirkulační smyčce může být vřazeno zařízení 52 pro vstřikování kapalného dusíku a tak se může regulovat teplota plynu uvnitř rotačního tunelu 18. Tato recirkulační smyčka může být vybavena obvyklými teplotními sondami 56 a ventily .58, 56 pro regulaci průtoku a teploty plynného dusíku uvnitř rotačního tunelu 18. Systém 10 může také být vybaven v recirkulační smyčce 54 odvzdušňovacím ventilem 62 pro odvádění přebytečného dusíku. Cirkulace se udržuje pomoci dmychadla 64 které je poháněno vhodným motorem 66 a je umístěno v recirkulační smyčce 54.

·« *· *i» ···· ·« ·· ««· · ·« · · ♦ * « · ··· · « ··♦ ·· ·· • »· · · · « «· ·· · ·· ···· · · · · « • · *· a· ♦· ··« a*

Dusík je jednou z mnoha chladících tekutin, které se mohou při praktickém provedení vynálezu použít. Mezi další patří, kromě jiných, helium, argon a oxid uhličitý.

Máme za to, že oxid křemičitý (SÍO2) tvoří na povrchu pískových zrn hydrogel. Pokud se oxid křemičitý dostatečně rychle ochlazuje, tento hydratační obal se srazí a odstřihne, čímž umožní pojivu oddělení od křemičitých částic. Pokud dojde k tomuto odpojení, stačí na oddělení materiálu pojivá od povrchu částic písku mechanické roztírání.

Jak bylo shora uvedeno, jiným mechanismem, jak dosáhnout požadovaných výsledků v souladu s tímto vynálezem, je dynamická expanze vody ve formě ledu za nízké teploty. Rozdíl v roztažnosti a smršťování vody a jílu způsobí odtržení jílu od oxidu křemičitého, neboť vazba se tím naruší. Toto odtržení jílu od oxidu křemičitého vyžaduje velmi nízký energetický stav, a tak je poškození pískových zrn minimální. Původní myšlenkou bylo působit na písek kryogenem (např. kapalným dusíkem) v kolovém mlýně a tím odstranit v podstatě stejným způsobem, jak se povléká jílem na počátku. Přestože toto srážení odtrhlo jíl a kamenné uhlí od povrchu pískových zrn, nebylo možno jíl a uhlí úplně ze směsi vzniklé v mlýnu extrahovat. Jakmile se totiž písek ohřeje zpět na pokojovou teplotu, jíl se reaktivuje a opět se spojí s pískovými zrny a tím se obnoví stav, který byl na začátku procesu kromě podílu částic jílu a uhlí, které odpadly v důsledku vysoké povrchové tenze kapalného dusíku, neboť vytvořily suspenzi v kapalném prostředí a pak zůstaly oddělené když se dusík vypařil. Proto musí být pojivo od písku odděleno operací, která probíhá při teplotě — 40j[°C nebo ještě lépe -80^DC.

Φ φ

999 9 9

9 9

99

Při modelovém provedeni způsobu podle vynálezu byl ochlazen použitý syrový písek nastříkáním kapalného dusíku do kolového mlýnu při mletí. Tento postup měl za následek odstranění velkého množství jílu, např 60 až 70 %. Množství kapalného dusíku, které však takovýto postup vyžaduje, je příliš velké, mimo jiné i proto, že ochlazení písku na -80°C trvalo asi 3 hodiny, a proto není použitelný v praxi z ekonomických důvodů. Odstraněné množství jílu při prvním pokusu bylo asi 60 až 65 %. Další test byl proveden s ochlazením na potřebnou teplotu pomocí rotačního tunelu. Písek byl umístěn v rotačním tunelu a ponechán v něm dostatečnou dobu k dosažení potřebné teploty. Poté co písek dosáhl teplotu procesu (např. -80 °C) byl přemístěn do kolového mlýnu ochlazeného na roztírán, přičemž byly odebírány vzorky v intervalech 15 minut po dobu 1 Ví hodiny. Mikroskopické zkoumání vzorků ukázalo snížení množství jílu.

Testy ukázaly, že v použitém formovacím písku pro regeneraci musí být 1 až 15 % hmot, vody (výhodně 6 až 10 % hmot. vody)

Je důležité, aby jemné podíly byly odstraněny dříve, než teplota dosáhne hodnoty nad (^°C, neboť jinak jíl rehydratuje a znovu se spojí s částicemi písku.

Vzhledem k tomu, že použitý formovací písek, který se má regenerovat, obsahuje obvykle pryskyřice- z přípravy jader, musí pro zajištění úspěchu procesu při zmrazení umožnit i dělení těchto směsí. Z těchto důvodů byly provedeny laboratorní zkoušky s použitím pískových systémů používaných pro formování a přípravu jader. Písek pojený pryskyřicí byl zmrazen stejným způsobem jako písek vytlučený z forem pojených na syrovo. Zpracování' těchto systémů ukázalo, že pryskyřičné a lepivé povlaky je možno úspěšně odstranit.

·· ♦* ·· ·»»· ·· ·· »·» · · · · · · · • ··«· · · ··· · · · · • · « · « · · ·« ·· · · · «··* · · · ·«· ·· ·· ·· ··· *· ··

Nízká teplota způsobí zkřehnuti těchto termoplastových nebo termosetových pryskyřic, které mohou a nemusejí obsahovat vodu a přesto mohou být odděleny od písku pomoci roztíráni a mechanického odírání. Kromě křehnutí působí nízké teploty u pryskyřic ztrátu adheze na rozhraní písek/pojivo a tak se usnadní odtržení pryskyřice od povrchu písku.

Podle tohoto vynálezu se syrový písek (např. s jílovým pojivém) a písek pro jádra (např. s chemickými nebo pryskyřičnými pojivý) mohou pro. regeneraci za účelem regenerace smísit a po regeneraci se získá písek, který je použitelný jak pro výrobu forem, tak pro výrobu jader.

Tímto popisem našeho vynálezu a ilustračními příklady konkrétních provedení není pochopitelně vynález omezen na popsané podrobné znaky. V rámci rozsahu ochrany, který je určen následujícími nároky, jsou možné četné modifikace.

Claims

1. Způsob regenerace písku z použitého formovacího písku obsahujícího pojivo spolu s dalšími přísadami nebo bez nich, vyznačující se tím, že zahrnuje následující stupně:

ochlazení použitého formovacího písku na teplotu 0°C nebo nižší, oddělení písku od pojivá a/nebo přísad při současném udržování teploty tohoto písku na 0°C nebo pod ní a odebrání písku pro opětné použití.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje stupeň roztírání ochlazeného písku pro podporu oddělení písku od pojivá.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že za účelem ochlazení se uvádí formovací písek do kontaktu s plynným nebo kapalným kryogenem. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že za účelem ochlazení se uvádí formovací písek do kontaktu s

plynem, chlazeným mechanickým způsobem.

5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že formovací písek se chladí na teplotu alespoň -40°C nebo nižší.

6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že formovacím pískem je písek z forem pojených jílem a před chlazením se v něm upraví obsah vody na 1 % až 15 % hmotnostních.

r • · ·» « · · * · ·«* * * * · • · * * · ·* «* «·J »· * · •· ·* • ·«««· • *· »· «·

7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se uvedený ochlazený písek vede do dělícího systému, kde se písek, pojivá a přísady získávají jako oddělené frakce.

8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že formovací písek se chladí na teplotu alespoň -80 °C nebo nižší.

9. Systém pro regeneraci písku z formovacího pisku obsahujícího pojivo vyznačující se tím, že zahrnuje:

zařízení, kde se uvedený písek chladí na teplotu alespoň -40 °C, prostředky pro oddělení uvedeného ochlazeného písku od pojiv, která jsou ve formovacím písku přítomna a prostředky pro získání písku a využití chladu z uvedeného formovacího písku.

10. Systém podle nároku 9, vyznačující se tím, že obsahuje prostředky umožňující uvádět v zařízení do kontaktu písek s chladným plynem.

11. Systém podle nároku 10, vyznačující se tím, že uvedený plyn se i chladí uváděním kontaktem s kryogenní kapalinou • 12. Systém podle nároku 10, vyznačující se tím, že uvedený chladný plyn je částečně plynem, odděleným z

regenerovaného písku.

Φ · · t · φ ·

XF f Λ

ΦΦ ···· Φ ·· •ΦΦΦΦ

Φ ·Φ a «· • Φ Μ· • a ΦΦ • a a a

Φ Φ a a • »·Φa φ • · Φ a a Φ a

13. Systém podle nároku 10, vyznačující se tím, že chladným plynem je dusík. 14. Systém podle nároku 10, vyznačující se tím, že uvedeným zařízením je rotační tunel. 15. Systém podle nároku 10, vyznačující se tím, že obsahuje druhý rotační tunel pro rekuperaci chladu z

regenerovaného pisku výměnou tepla s recirkulovaným plynem.

16. Systém podle nároku 10, vyznačující se tím, že obsahuje prostředky pro nastavení vlhkosti v formovacím písku před jeho ochlazením na teplotu alespoň -40°C.