Вспомним забытые технологии: приготовление, транспортирование по трубам водо-глинистых суспензий

Белобров Е. А. 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

   В наших предыдущих публикациях мы подробно изложили и обосновали роль глины в составах формовочных смесей для литейного производства. В настоящей публикации мы рассмотрим вопросы механизации приготовления, транспортирования по трубам и дозирования водо-глинистых суспензий (далее ВГС).

   Глина лишь тогда проявляет свои положительные свойства в составах песчано-глинистых смесей (далее ПГС), когда она сочетается с влагой. Это связано с тем, что глина должна принять в состав ее молекул определенное количество воды, после чего она проявляет свои связующие способности. Глубокое увлажнение и молекулярно правильное расположение воды в глине – это процесс, происходящий во времени.  Необходимое для этого минимальное время составляет 1 час, особенно если это касается бентонита, являющегося коллоидной глиной и состоящего в основном из минералов группы монтмориллонита. Бентонит имеет четко выраженные сорбционные свойства и способность к набуханию при увлажнении. Кроме бентонитовых, существуют каолинитовые, каолинито-гидростодистые и полининеральные глины.

   Все разновидности глин классифицируют по ряду признаков, важнейшим из которых является прочность во влажном состоянии. С этими свойствами глин более подробно можно ознакомиться в литературе.

   В недрах глины добываются в виде влажных комьев с примерной влажностью 25-30%. Для дальнейшей переработки комья глины подвергаются измельчению в специальных машинах, называемых глиностругами или дезинтеграторами. Полученные после измельчения комья могут использоваться далее:

   - для тепловой сушки в барабанных сушилах. Высушенные комья глины дробятся и размалываются в порошок, если для приготовления ПГС требуется сухая порошковая глина;

   - для приготовления ВГС, если глина требуется в таком состоянии.

   Приготовление ВГС – отдельная специфическая операция, технология которой описана в наших предыдущих публикациях. ВГС используется в составах ПГС, используемых для изготовления смесей при производстве отливок в сырых, а также в сухих формах.

   Для того, чтобы глина в виде суспензии дошла до своего конечного назначения в качестве очень важного компонента ПГС, она должна быть подвергнута следующим технологическим манипуляциям: приготовление ВГС – транспортирование по трубам – дозирование. Описание этих манипуляций дается ниже.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ВОДО-ГЛИНИСТЫХ СУСПЕНЗИЙ

   В публикации [1] описан конструктивно очень сложный смеситель для приготовления ВГС, не требующий очистки глины перед измельчением. Внутри его корпуса на подшипниках вращается ротор, собранный в виде полой усеченной пирамиды из отдельных пластинчатых шестигранников, установленных с зазором.

   Комовая глина загружается в люк в более широкой части смесителя. В торце ротора есть разгрузочный пояс с лопатками, установленными внутри него. В торце корпуса смесителя периодически открывается люк, в который вставляется лоток для удаления из ротера посторонних включений.

   Загруженная в люк глина попадает внутрь ротора. В корпус заливается вода. При вращении ротора глина в нем размывается, и ВГС через зазоры между пластинами скапливается на дне корпуса, откуда по трубам отводится к месту использования.

   В связи с тем, что ротор конический и его грани имеют уклон, глина продвигается вдоль оси ротора к торцу. Из-за малой конусности барабана глина по мере продвижения размывается водой. Малый зазор между пластинами барабана не допускает попадания в ВГС посторонних предметов и кусков глины. Инородные включения собираются в разгрузочном поясе. Периодически в корпусе со стороны разгрузочного пояса открывается люк, в который вставляется лоток, по которому при соответствующей скорости вращении барабана происходит выгрузка посторонних включений.

   Одним из достоинств описанного смесителя является возможность получать ВГС в широком диапазоне ее плотностей.

   В источнике [2] описано оборудование специализированного участка для приготовления ВГС (рис. 1).

   Глина в состоянии поставки из закрома подается грейферным краном 1 на решетку 9 с ячейками 300х300 мм и через промежуточный бункер 2 поступает на зубчатые двухвальцовые дробилки 3 для измельчения до 50х50 мм. Дробилка вместе с бункером 5 для хранения и раздачи готовой смеси размещены на металлической эстакаде 4. Из бункера 5 через затвор 6 глина по мере необходимости подается в установку 7 для приготовления глинистой суспензии, предварительно она заполняется горячей водой с температурой 60-70°С. В установку 7 глина загружается через окно с решетной ячеек 100х100 мм. За 30-40 мин перемешивания можно получить глинистую или глинисто-бентонитовую суспензии плотностью 1,15-1,23 г/см³. Из установки 7 через сливной трубопровод она самотеком поступает в промежуточную емкость 8 где барботируется.

   Из промежуточной емкости готовая суспензия одним из насосов через закольцованную систему трубопроводов подается к смесеприготовленному оборудованию. При заполнении всей системы для предотвращения оседания глины в трубопроводе суспензия этим же насосом возвращается в промежуточную емкость 8, второй насос – резервный.

   Применяемые в литейном производстве ВГС приготавливаются в механических лопастных мешалках. Механические мешалки характеризуются низкой производительностью и невысоким качеством перемешивания, что негативно сказывается на качестве формовочной смеси [3].

  В одном из отраслевых технологических институтов созданы более совершенные установки для приготовления ВГС, позволяющие не только механизировать, но и автоматизировать процесс приготовления ВГС.

   При автоматическом режиме из бака 4 вода при 50-70° С самотеком заливается в бак-реактор 6 до сигнализатора уровня воды. Затем включается гидродинамический роторный аппарат погружного типа 7. К этому времени необходимая взвешенная доза порошкового бентонита находится в весовом дозаторе 3, куда подается шнековыми питателями 2 из накопительных бункеров 1. Через открывающийся затвор весового дозатора бентонит под воздействием собственной массы ссыпается в порционный дозатор 5, откуда порциями по 2,5-3,0 кг поступает в заполненный дозой воды бак-реактор. Сюда же дозатором 10 подается порция крепителя УСК.

  Трехкомпонентный состав обрабатывается в баке-реакторе (рис. 2), и приготовленная суспензия сливается в емкость 8, а затем насосом 13 подается в кольцевую магистраль, откуда разбирается потребителями. Остатки смеси из кольцевой магистрали по ее обратной ветви сливаются в емкость 8. После снижения уровня ВГС в емкости 8 с пульта 9 автоматически подается команда, и весь цикл повторяется до наполнения емкости 8.

  Необходимая плотность ВГС регулируется дозаторами 3, 10 или изменением количества воды в баке-реакторе 6.

   Благодаря автоматизации расход бентонита и УСК-1 уменьшился на 20 и 40% соответственно, при этом снизилась газотворная способность ПГС и брак форм и отливок.

   Очень интересная, оригинальная и простейшая по устройству мешалка описана авторами [4]. Это глиномешалки без лопастей и осевого вала, что исключает ее остановки при попадании в нее твердых тел с комьями глины. Глину в бак мешалки можно загружать в любом состоянии и комьями любых размеров.

   Дезинтеграция комьев глины в смеси с водой производится наклонным диском (активатором), установленным в дне цилиндра емкости точно так же, как в бытовых стиральных машинах первых конструкций.

   Активатор, имеющий рифленую обтекаемую поверхность, совершает 740 об/мин, приводя воду во вращательное движение. За 30 мин плотность ВГС достигает 1,25-1,35 г/см³. Производительность мешалки – 2,0-2,5 м³/ч ВГС.

   Глиномешалка оснащена электродвигателем N = 2,8 кВт и клиноременной передачей.

   Завод «КЕРАММАШ» в г. Славянске Донецкой обл. изготавливает лопастные глиномешалки с вертикальным валом и клиноременным приводом верхнего расположения. Емкости глиномешалок – 0,25 и 0,5 м³ соответственно.

   Установки очень просты по устройству и доступны по цене, особенно для малых предприятий с небольшими объемами производства.

   Кашинцевым В.А. [5] описана оригинальная установка с пневмоприводом для приготовления суспензии и ее нанесения на модельные блоки в литье по выплавляемым моделям. Вращение активатора осуществляется пневматической турбинкой.

   Такую установку можно применять также в случае, если суспензия – на основе горючей жидкости, например спирта, бензина, уайт-спирита.

   Исключительный интерес представляет комплект оборудования и технология приготовления ВГС в ультразвуковых полях [6]. В качестве источника ультразвука используется ультразвуковой генератор УЗГ10-22, расположенный в отдельном помещении.

   ВГС готовится в УЗ-поле в течение 5-10 мин и используется для приготовления ПГС, состоящей из 94-96% отработанной смеси, 3-4% кварцевого песка, 0,1% связующего КО и 3-4% ВГС. Плотность приготавливаемой в УЗ-поле суспензии на 10-15% выше обычной, отстой уменьшается на 15-20%, текучесть увеличивается на 15-20%, газопроницаемость – на 15-20 ⅇⅆ. по сравнению с единой ПГС,

   Улучшение свойств ПГС с УЗ-ВГС объясняется кавитационным разрывом связей частиц монтмориллонита и воды с равномерным распределением твердых частиц и образованию гидратных оболочек. За счет интенсивного измельчения монтмориллонита при помощи УЗ повышается прочность ПГС. На измельчение монтмориллонита и равномерное распределение гидратных пленок требуется 7-10 мин, после чего ВГС суспензия приобретает оптимальные свойства. При затягивании УЗ-обработки глинистые частицы коагулируют, а свойства ВГС и ПГС на ее основе ухудшаются.

   Таким  образом, при приготовлении ВГС в УЗ-полях образуются два типа структур:

   - структура с наивысшей диспертацией глинистых частиц с образованием совершенных гидратных оболочек с высокими структурно-механическими характеристиками;

   - структура с агрегатированными частицами монтмориллонита с более низкими физико-механическими свойствами.

   В публикации содержится подробная технологическая схема с набором оборудования для УЗ-приготовления ВГС.

   С точки зрения совершенства описанная технология приготовления ВГС представляет исключительный интерес.

ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ СУСПЕНЗИЙ ОТ МЕСТА ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЯ

ДО МЕСТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПО ТРУБАМ

   Авторами [7] описана простая и надежная установка для подачи противопригарной краски (далее ПК) к рабочим местам.

   Водные ПК – это типичные суспензии, в которых дисперсными фазами являются циркон, корунд, кварц, графит и другие огнеупорные наполнители, а дисперсионной средой – вода с растворенными в ней связующими.

   ПК плотностью 1,5-1,6 г/см³ приготавливается в лопастной краскомешалке и через вентиль самотеком поступает в камерный насос, после заполнения которого вентиль закрывается и по воздухопроводу в камерный насос подается сжатым воздухом при 5-6 ати, в результате чего ПК по воздухопроводу передается в расходную емкость на стержневой или формовочный участок.

   Для поддержания краски в однородном состоянии в расходной емкости предусмотрена гребенка из четырех трубок, к которым подведен сжатый воздух, вызывающий барботанию ПК во взвешенном состоянии. От расходной емкости предусмотрены трубчатые отводы для отбора ПК и окрашивания стержней и форм пульверизатором.

   Главным элементом системы транспортирования суспензии по трубам является камерный насос, соединенный с воздушной магистралью, хотя возможен и вариант перекачивания ВГС и ПК по трубам при помощи насоса.

   Заслуживает пристального внимания способ барботажного перемешивания при их приготовлении суспензий с использованием сжатого воздуха [8].

   По версии авторов [9], приготовленная в лопастной глиномешалке ВГС (рис. 3) выливается в воронку 2 с металлической сеткой и по трубе 4 поступает в выжимной бак 5, полость которого сообщается с атмосферой через отвод с вентилем 6. После заполнения выжимного бака эмульсией вентили 3 и 6 закрывают, а по воздухопроводу через патрубок с вентилем 8 подается сжатый воздух, под действием которого ВГС вытесняется через вваренный в бак патрубок 7 и далее по ьрубопроводу поступает в расходную емкость с дозатором над бегунами. Как только ВГС вытесняется из бака, о чем свидетельствует выход воздуха и через патрубок 7, вентиль 8 закрывается и подача сжатого воздуха прекращается. Затем открываются вентили 3 и 6, и цикл может повторяться.

   Для поддержания ВГС в однородном состоянии сжатый воздух необходимо подводить через трубу-барботер по дну бака. Давление воздуха регулируется вентилем 8 по показаниям манометра.

   Описанная система очень проста по устройству и эксплуатации, эффективна и недорогая.

   Эта установка позволяет централизовано приготавливать ВГС для нескольких бегунов.

ДОЗИРОВАНИЕ СУСПЕНЗИЙ

   Описанный авторами [10] дозатор монтируется сверху обечайки смесителя на стойках. Пневмоцилиндр 1 крепится к бункеру отработанной смеси (рис. 4).

Принцип работы дозатора таков. ВГС самотеком по трубопроводу 5 через задвижку 4 поступает в дозатор 7. При поступлении ПГС пневмоцилиндр 1 через штангу 12 прижимает нижний запорный диск 6 к плоскоти регулируемой втулки 8. Одновременно верхний диск 6 отходит от торца втулки 11. После переключения на слив пневмоцилиндр 1 прижимает верхний запорный диск 6 к торцу втулки 11. Через образовавшийся зазор между нижним запорным диском и втулкой 8 ВГС поступает в смеситель через воронку 9. Дозатор сообщается с атмосферой через трубопровод 10. Объем жозатора регулируется посредством втулки 8. Положение штанги 12 регулируется муфтой 2. Для ликвидации подтекания ВГС выполнено уплотнение 3. Благодаря использованию вышеописанного дозатора качество ПГС значительно улучшилось.

   Аналогичный автоматический дозатор описан в публикации [11].

   Группой авторов [12] описан очень сложный автоматический дозатор, который можно использовать для дозирования всех жидких компонентов формовочных смесей. Устройство насыщено множеством элементов автоматики. Однако в очень тяжелых и сложных условиях литейного производства, где характерна высокая запыленность производственных помещений, эксплуатация и обслуживание автоматических устройств часто являются проблематичными. Тем не менее при использовании описанной системы в условиях специальных способов литья, например при литье по выплавляемым моделям, применение этой системы вполне может быть оправданным.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ходос Г.А. Смеситель для приготовления глинистых суспензий. «Литейное производство», 1974, № 8.
2. Никоноров В.И. Приготовление глинистой суспензии. «Литейное производство», 1971, № 7.
3. Киселев В.К. и др. Установка для приготовления глинистой суспензии. «Литейное производство», 1981, № 4.
4. Синепольский А.С. Глиномешалка. «Литейное производство», 1964, № 9.
5. Кашинцев В.А. Мешалка для приготовления огнеупорной суспензии. «Литейное производство», 1967, № 3.
6. Гамов Е.С. и др. Приготовление глинистых суспензий в ультразвуковых полях. «Литейное производство», 1977, № 7.
7. Павленко И.И., Никитенко В.И. Установка для подачи краски к рабочим местам. «Литейное производство», 1965, № 2.
8. Евстигнеев А.И. и др. Влияние конструктивных параметров барботажных установок на приготовление связующего и суспензии. «Литейное производство», 1986, № 8.
9. Надиков М.Е. Установка для подачи глиноугольной суспензии к бегунам. «Литейное производство», 1965, № 12.
10. Марцинкевич Д.Д. и др. Дозатор глинистой суспензии. «Литейное производство», 1973, № 9.
11. Виниченко Г.А., Кривенко В.Е. Автоматическое дозирование глинистой суспензии. «Литейное производство», 1971, № 12.
12. Боровский Ю.Ф. и др. Универсальный автоматический дозатор жидких компонентов формовочных смесей. «Литейное производство», 1978, № 1.

Авторы: Белобров Е. А. Карпенкова О. Л. Белобров Л. Е. Белобров К. Е. Белобров Е. Л.

КНПП «Формовочные материалы Украины», г. Краматорск

Опубликовано:  Литьё Украины, 2019, №9, с.21-26