СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВОЧНЫХ ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 2004 года по МПК B22C5/04 

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано при приготовлении формовочных песчано-глинистых смесей.

Известны способы приготовления формовочных песчано-глинистых смесей, при которых обработку ингредиентов производят в неподвижной цилиндрической чаше вращающимся ротором с катками, плужками и разрыхляющими элементами /1/. Существенным недостатком данных способов является недостаточное качество производимых смесей за счет отсутствия однородности смеси, так как из-за малой интенсивности обработки часть связующего неравномерно распределена по зернам основной массы.

Из известных способов наиболее близким к заявляемому является способ приготовления формовочных песчано-глинистых смесей, при котором обработку ингредиентов производят во вращающейся цилиндрической чаше вращающимся ротором с лопатками, скорость вращения которых в 5-8 раз превышает скорость вращения чаши, т.е. приготовление смеси выполняется лопатками, а вращение чаши обеспечивает подачу следующих порций ингредиентов для обработки /2/. Существенным недостатком данного способа также является низкое качество производимых смесей ввиду недостаточной адгезионной связи между зернами основы и глиной и загрязнения их пылью зерновой основы и материала лопаток смесителя в результате их абразивной обработки.

Технической задачей, которую решает предлагаемое изобретение, является повышение качества производимых песчано-глинистых смесей.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе приготовления формовочных песчано-глинистых смесей обработку ингредиентов производят во вращающейся цилиндрической чаше вращающимся ротором с лопаткой, при этом чашу вращают со скоростью, создающей давление в смеси, равное 0,14-0,9 от максимальной прочности смеси на сжатие, а лопатку относительно чаши вращают со скоростью, равной -1,5... +1,0 от скорости вращения чаши.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что при вращении чаши со скоростью, создающей давление в смеси, равное 0,14-0,9 от максимальной прочности смеси на сжатие, сжатая смесь срезается лопаткой, в результате чего усиливается адгезионная связь между зернами основы и глиной, создается равномерное распределение связующего по объему смеси, обеспечивается одинаковая толщина пленки глины на каждом зерне, а вращение лопатки относительно чаши со скоростью, равной -1,5... +1,0 от скорости вращения чаши, позволяет получать смеси повышенного качества без абразивного износа зерен основы и лопатки.

Вращение чаши со скоростью ω ₀ (рад/с) меньшей, чем создающей давление в смеси р, составляющее 0,14 от максимальной прочности смеси на сжатие σ maxсж

, не обеспечивает равномерного распределения ингредиентов по объему смеси, при этом качество смеси понижается. Вращение чаши со скоростью большей, чем создающей давление в смеси, составляющее 0,9 от σ maxсж, не приводит к повышению качества смеси. Если скорость вращения лопатки относительно чаши ω ₁, определяемая по формуле ω ₁=ω _1н-ω ₀, где ω _1н - скорость вращения лопатки в неподвижной системе отсчета, составляет менее чем -1,5 или более чем +1,0 от скорости вращения чаши, то возникает повышенный абразивный износ зерен основы и лопатки, смесь насыщается продуктами износа, снижается ее качество.

Способ осуществляют следующим образом. Приводят во вращение чашу и лопатку, при этом чашу вращают со скоростью, создающей давление в смеси, равное 0,14-0,9 от максимальной прочности смеси на сжатие, а лопатку вращают относительно чаши со скоростью равной -1,5... +1,0 от скорости вращения чаши; загружают порцию огнеупорной основы - кварцевого песка, далее - порцию глины и после сухого перемешивания в течение 5-20 секунд вводят в смесь воду и выполняют окончательное смешивание в течение 10-100 секунд.

Для оценки влияния условий вращения на свойства смесей выполнен эксперимент на лабораторной установке с объемом рабочей цилиндрической чаши 5 дм³, имеющей отдельные приводы вращения чаши и лопатки в виде управляемых двигателей постоянного тока. Выполнялось приготовление смеси следующего состава: песок кварцевый марки 1К02 - основа, глина формовочная - 5%, вода – 3%. Масса каждой дозы составляла 4 кг, время приготовления - 30 секунд. Плотность ρ смеси составляла после уплотнения 3 ударами стандартного копра 1600±50 кг/м³. Наибольшее давление в слое смеси определялось по соотношению /3/

р_н=ρ · ω 2 0

·^{(r20-r2с)/2,}

где ω ₀ - скорость вращения чаши, рад/с,

r₀=0,115 м - радиус чаши,

r_с=0,072 м - радиус свободной поверхности слоя смеси в чаше.

В процессе приготовления такой же смеси в лабораторных бегунах марки 017 в течение 10 мин получены следующие свойства: σ _сж=48 кПа, газопроницаемость 103.

Результаты приготовления формовочной смеси приведены в таблице.

Примечания:

1. Величина отношения р/σ maxсж

рассчитана с учетом максимального значения прочности смеси, полученного в эксперименте №13 (σ maxсж=71 кПа).

2. В экспериментах №18, 19, 20 направление режущей кромки лопатки было обратным по сравнению с предыдущими экспериментами, т.к. при таких условиях вращающаяся лопатка обгоняет смесь, прижатую центробежными силами к стенкам чаши.

3. При приготовлении смеси в условиях, находящихся за оговоренными выше пределами, ее свойства не отвечают возможностям по ее практическому использованию. Например, в эксперименте №1 скорость вращения рабочей чаши недостаточна для создания требуемого уровня давления в смеси, поэтому получается смесь с малой прочностью. В экспериментах №8, 9, 17, 20 в смеси образуется избыточное количество пыли, поэтому существенно снижается газопроницаемость смеси.

Таким образом, при вращении чаши и лопатки с указанными скоростями происходит резание смеси лопаткой, в процессе которого в срезаемых слоях смеси возникают сдвиговые деформации, обеспечивающие активацию зерен основы смеси и равномерность распределения связующего, причем изменение скорости вращения лопатки в указанных пределах позволяет повысить качество приготовления формовочных песчано-глинистых смесей.

Источники информации

1. Матвеенко И. В., Тарский В. Л. Оборудование литейных цехов. - М.: Машиностроение, 1985. - С.46-53.

2. Frans Hoffman und Frans Szatmari. Schaffhausen Hinweise zur Pruning und praktischen Anwendung kalthartender Gissereisande // Gisserei 60 (1973) №5. - С.112-117.

3. Юдин С. Б. и др. Центробежное литье. - М.: Машиностроение, 1972. - С.18.

Изобретение относится к литейному производству. Ингредиенты смеси загружают во вращающуюся цилиндрическую чашу с вращающимися лопатками. Чашу вращают со скоростью, создающей давление в смеси, равное 0,14-0,9 от максимальной прочности смеси на сжатие. Лопатки вращают относительно чаши со скоростью, составляющей (-1,5) - (+1,0) от скорости вращения чаши. Такие параметры вращения обеспечивают получение смесей повышенного качества без абразивного износа зерен основы смеси и лопатки. 1 табл.

Способ приготовления формовочных песчано-глинистых смесей, при котором обработку ингредиентов производят во вращающейся цилиндрической чаше вращающимся ротором с лопаткой, отличающийся тем, что чашу вращают со скоростью, создающей давление в смеси, равное 0,14-0,9 от максимальной прочности смеси на сжатие, а лопатку относительно чаши вращают со скоростью (-1,5) - (+1,0) от скорости вращения чаши.