Способ регенерации формовочной и стержневой смеси с вяжущими в виде гидроалюмината или гидрограната кальция

Способ регенерации формовочной и стержневой смеси с вяжущими в виде гидроалюмината или гидрограната кальция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советснин

Социалистических

Реслублин

О П И С А Н И Е ()921664

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву(22)Заявлено 25.04.80 (21) 2915345/22-02 (()ф((л с присоединением заявки ¹В 22 С 5/00 (23 ) П р нори тет1аеудерственный каинтет

СССР по делам нзобретеннй н еткрытнй

Опубликовано 23.04.82. бюллетень № 15

gl,àòà опубликования описания 23 .04.82 (53) УДK621. У42. . .55.06 (088.8) 1

А. И. Алексеев, В. Я. Абрамов, В. Il.ÀëôåðoB, „ В.А. Бэрвнов, Ю. Ф. Боровский, А. С. Ковалев, В. С. Одинец, В. H. Смирнов и А.А.Толпегин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ФОРМОВОЧНОГ1 И СТЕРХ<НЕВОЙ

СМЕСИ С ВЯЖУЩИМИ В ВИДЕ ГИДРОАЛОМИНАТА

ИЛИ ГИДРОГРАНАТА КАЛЪЦИЯ

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для регенерации отработанных смесей, содержащих в качестве вяжущих гидроалюминаты или гидрогранаты кальS ция.

Известен способ регенерации отработанной формовочной и стержневой смеси, заключающийся в том, что отработанную смесь сначала измельчают, затем помещают в водный раствор, содержащий 5 мас.Ф: НаОН при 100 С; одновременно смесь обрабатывают ультразвуком частотой 25 кГц в течение.

40 мин, до тех пор, пока раствор

NB0H не закипит. Обработанный таким способом песок промывают и сушат 11).

Основным недостатком данного способа является то, что технология регенерации сложна и не позволяет регенерировать формовочную смесь, в которой в качестве вяжущего используются ги,-„рогранаты и гидроалюминаты иальция. Такая технология позволяет восстанавливать только один компонент смеси — кварцевый песок.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ регенерации отработанных стержневых и формовочных смесей, заключающийся в том, что отработанная смесь подвергается дроблению, сепарации, прокаливанию и дополнительному селективному измельчению минеральных вяжущих (2}.

Однако данный способ характеризуется неполным восстановлением вяжущего в процессе регенерации. Данная технология не решает главного вопроса — создания безотходной замкнутой технологии использования формовочных и стержневых смесей.

Цель изобретения - восстановление механических и технологических свойств отработанной смеси.

Для достижения поставленной цели предлагается способ регенерации фор3 921664 мовочной и стержневой смеси с вяжущим в виде гидроалюмината или l-Hppol-раНата кальция, включающий дробление, сепарацию и прокаливание отработанной смеси, заключающийся в том, что отработанную смесь после дробления и сепарации обрабатывают водой или водяным паром при 25-180 С и при весог вом соотношении в г>олученной пульпе твердого к жидкому 1:(2-5) в те ение

1 — 5 ч при интенсивном перемешинании с последующим отделением из пульпы твердого осадка и прокаливание» его при 300-410 С до получения части>но и дегидратиронанного вл>кущего и охлаждением до 18-25 С, н

При этом отработанную смесь обрабатывают водой при 2 -100 С в те >ение

3-5 ч.

Причем Обработанную смесь обраба- @ тывают водяным паром при 110-180 C под давлением 0,5-9 атм н течен;е

1-2,5

Кроме того, отработанну1а смесь обрабатывают водяным паром, при 145180 С под давлением 3-9 атм. н течео ние 1-1, 5 ч.

Сущность описываемого способа состоит в восстановлении исходной вяжущей системы 3 СаО А1 О хВiÎ (1,5-2() Н О из соединения типа 3 СаО А1 О. xSi0, „3 3 содержащегося в отработанной смеси, Фл>IIB R Описании исполь зyуетсл сокращеHHзл (приня гая в специальной г>итературе) форма обозначения этих

35 соединений, а также промежуточного соединения, При обработке содержащегося в отработанной смеси соединения С Ä ASx водой или водяным паром при 25-180 С г> образуется промежуточное соедин ние

C ASx(6-2х) Нг>О

Указанный -,å>ëïåðàòópíûé интенвал обработки конкретизируется B зависимости от того, чем обрабатывают отра45 ботанную смесь — водой или водя->ым паром, а так>ке при каком давлении производят обрабг тку нодяньил парам.

При обработке водой тем> ература последней выбирается в интервале 25100 С, 50

В соответствии с теоретическими и практическими данными скорость реакции гидратации соединений вида С А и C>ASX возрастает с увеличением температуры воды, однако при температуре воды выше 95 С скорость реакции

* 0 существенно не увеличивается, поэтому эта температура является оптималь-

Д нОй с точки зрения экОНОмичности про цесса. При температуре в.>д;1 25" С процесс гидратации идет в тс -ние

5 ч, а при температуре нине 25"C требуется значительно большее время и процесс станонитсл нс экономичным.

При темг>ературе воды 100С С процесс гидратации протекает за 3 ч, но требует больших затрат энергии на подд f.—. Iç>!.aí> I е та кой температуры нОды и 3

3 а бол ьшогО г1арообразонания . ЯснО также, что температура воды свыше

100 "С при нормальном давлс>нии является недостижимой.

Гидрохимическую Обработxy C A r

Г;ASx можнс проводить в тгэердой фазе путем подачи насыщенного водяного nat" ра с температурой 110-180 С.

Длг> .гемператур 110 С и 180 С давление 1>асыщенного нодяного пара составляет соответственно, 0,5 ати и 9 ати, Выбор име IHo этого интервала температур обуслонлен возможностью г>олучения насыщенного пара с такими

-.араметрами на предприятиях металлургической промышленности. При обработке CyASx водяным насыценным паром при 110 С и давлении равном 0,5 а,м время реакции гидратации сокращается до 2,5 ч. В качестве оптимального зн;>чения следует принять водяной пар с параметрами t=140 С, P=2,6 ати, как наиболее часто получаемый в условиях промышленных предприятий.При параметрах насыценного пара t=.180 С

Р=- 9 ати время сбработки снижаетсл до 1 ч. Если брать для гидратации пар температурой ниже 110 С (давлением ниже 0,5 ати), то скорость

l>Doqecca снижается до 3 ч, что примерно соответствует времени обработки водой при 95 С,В этих условиях удобнее 1>спользовать горячую воду, >ем flap. Паг> с температурой выше

180 С (давлением выше 9 атм) не целесообразно I!plменять по причине низкого коэффициента его использования, поскольку такой пар обладает высокой динамической скоростью и время его контакта с массой невелико.

К наиболее рациональным процессам гидратации отработзнной формовочной смеси с получением CgASx(66-2х) Н»О

\ следует отнести автоклавную обработку. "Ip> ". òîì пар с температурой 145О

180" С служит в качестве нагревающего агента, подаваемого в автоклав.

При 145С>C (давлением 3 ати) время полной гидратации смеси составляет

Таблица 1 от жидкой. Так например, при Т:Ж=1:5 можно использовать фильтровальную аппаратуру (барабанный вакуумный зо фильтр), а при Т:Н=1:5,5 необходимо у>(e использовать отстойники с большой поверхностью разделения, что существенно усложняет технологию. Наиболее целесообразным Т:Ж является отношениез

1:3, поскольку в этом случае разделение пульпы осуществляется с высокими технико-экономическими показателями на барабанных вакуумных фильтрах.

Следующей стадией процесса явля- 4о ется частичная дегидратация соединения Сз ASx(6-2х) Н О в составе отработанной смеси до получения соединения С ЛБХ(1,5-х) Н О.

Оптимальная темПоказатель X (Содержание SiO в С yASx (б-2х )

Н О), мольные доли пература прокаливания, С о

300

320

0,1

340

0,25

0,5"

360

380

0,79

410

1,0

5 92

1,5 ч, при 80 С (давлением 9 ;,ти)

1 ч. При этом процесс гидратации смеси при температуре ниже 145 С (давлением ниже 3 ати) проходит свыше 2 ч, а выше-180 С (давлением выше 9 ати) процесс становится экономически нецелесообразным вследствие необходимости использования дорогостоящих автоклавных установок. Оптимальное значение температуры и давления пара определяется из заданной экономичности процесса и реальных условий производства.

Указанную обработку проводят при весовом соотношении твердого к жидкому 1:(2-5).

Выбор T:Æ в пределах 1:(2-5) для процесса гидратации обусловлен необходимостью выполнения гидродинамических условий. При Т:Ж ниже 1:2, получаемая пульпа практически не перемешивается и процесс гидратации длится значительное время (более 10 ч) °

Верхний предел Т:Ж обусловлен тем минимальным соотношением, которое необходимо поддерживать для последующей операции отделения твердой фазы

При этом следует отметить, что полностью дегидратированные соединения типа C ASx не могут быть под действием воды и водяного пара переведены непосредственно в частично дегидратированные соединения C ASx(1,5-x)

Н О вследствие разности кристаллических структур CgASx(1,5-х) Н О и

C ASx (6-2х) Н О.

При обработке CSASx водой или водяным паром получается CgASx(6-2x )

НуО, а не C ASx(1,5-Х) Н О и только после специальной термообработки из

1664 6

CgASx(6-2х ) Н О получается С АЬх(1,5-x) Н О.

Частично дегидрацию соединения

CgASx(6-2õ) Н 0 в составе отработанной смеси в соответствии с предлагаемым способом проводят путем прокаливания твердого осадка, после отделения жидкой водной составляющей при

300-410 С. Выбор конкретной температуры прокаливания внутри указанного температурного интервала зависит от величины показателя Х, т.е. от содержания Si0 в промежуточном соединении С АВ (6-2х) Н О. В табл. 1 приведены оптимальные значения температуры прокаливания в зависимости от величины показателя Х. При оптимальном значении температуры выход требуемой формы С Р5 {1,5-Х) Н О из ! промежуточного соединения C ASx (6-2х) Н О является максимальным.

Оптимальные значения температуры прокаливания в зависимости от величир ны показателя.

Учитывая, что в промежуточном соединении С ASx (6-2х ) Н О вели чина Х составляет 0 до 1, можно сделать вывод что при температуре прокаливания

) о ниже нижнего (300 С) и выше верхнего (410 С) пределов выход требуемой формы C ASx(1,5-x) Н О снижается, а это отрицательно сказывается на технологических свойствах получаемого pere9216 нерата и ухудшает экономические показатели способа регенерации.

Таким образом, в процессе регенерации и повторного использования смесей с вяжущим в виде гидроалюминатов или гидрогранатов кальция имеет место следующий цикл превращений минералогических форм вяжущего: в исходной смеси для изготовления форм и стержней о

C>ASx (1,5-X) H 0 ,в отработанной смеси до регенерации

C3ASX в процессе проведения регенерации (до термообработки) 15

C ASx(6-Ix) Н О в готовом к использованию регенерате

СЗАЬх(1 5 x) H O

При этом обеспечивается полное >0 восстановление вяжущих, механических и технологических свойств отработанной смеси и создается замкнутая безотходная технология изготовления отливок с использованием форм и стержней из смесей с указанным вяжущим.

Пример . Отработанную смесь в количестве 10 5 кг, содержащую

10 кг кварцевого песка и 0 5 кг

ЗС О А1 0 0,2S10),подвергают размо- 30 лу и сепарации через сито с размером ячеек 3 3 мм до ее полного прохождения через эти ячейки. Затем смешивают с 31,5 л воды (жидкость: твердая

64 8

Фаза = 3:1) при 95 С и выдерживают пульпу при интенсивном перемешивании в течение 3 ч. После этого пульпу разделяют на лабораторном сгустителе на воду, содержащую глинистую составляющую, кварцевый песок и сгущенный продукт. Воду от глинистой составляющей отделяют на лабораторном наливном фильтре для последующей регенерации. В результате водной обработки получают 10,8 кг твердого осадка, включающего 10 кг кварцевого песка и 0,8 кг гидрогранатов кальция состава ЯС О А1 0 0,2S10 5,8 Н О который, подвергают термообработке при 350 С в течение 6 ч. При этом получают 10,6 кг смеси состава: 10 кг кварцевого песка и 0,6 кг дегидратированных промежуточных соединений состава 3С О А1 0 О, 25 i 0 1,3 Н О.

Полученный регенерат охлаждают до

25 С и смешивают с концентратами о, сульфитно-дрожжевой бражки в количестве 7,5 вес.ч. бражки на 100 вес.ч регенерата. Смешение производят в смесителе в течение 2 мин с получением готовой смеси. Аналогичные результаты были получены при регенерации смеси водяным паром под давлением 0,5-9 атм. при 110-180 С, а также водяным паром под давлением 39 атм. при 145- 180 С Состав и технологические свойства регенерированных смесей приведены в табл.2.

921664

1 ! 1

1 ! ф

1 М

1 1

1 Ф

1 Е

1 С

1 gj и

1 Ю

1

1 1 о

I а с о

1 «>б

1 fg

X о

g!

Е

fg ф бv

>Х о

Ig

Ф

М

Ф о

Ц о

z х

Ф

IФ

Х

Ф

z

fg х

Ф

I о е

1" Z

v x

Ф Е

У!

I

1

1 !

I оМ

Ю

1v о

СО о

» о! с о

CD сХ

Ф в

Ф о е V х о

z Е

« б о

1 С4

Е о

СО

1 сО о

«М

СО

Y!

1

1 .б

v о

З о а

1»

I и о

LA И

l» a; и

1:Т

4>

Х Ф

5«

lg а ь ! о ifg

> z о fg

Ф «1. е х о

K CL о а а

CX I

М\

1 х

I о

IX е

О 4>

Ю «

>» и с

>.О Б — io !о

Q. — 1z х е о =т и z е о

1:: Y м

X и

Cg

X и

Ф

lg

1и о

ID

z

Щ

Ф о

z е

X

fg х

Cg и е

X и

Ф о

Е«;1

Ф <О е

vxr а е

«>) е !

x I- e!

g а о

O Cg fg

Е Х Е 1XLO % о а

% о о а

° X

°вЂ” о !

41 Хап

V & !

Р 41r !

Г и>! и

g.

fg Я Y

z I- 36

lg lg е аа

1- l-e о z !

О> Q >X

fg =го аz а

1- о е

О У %

1 е О>

l е о аО X с е е <«! х

Cg lg и fg е ае

ЕЕ а

ore

I

ЯЭ 1

1

iО 1

» о

I

I

C>4 !

° I

° I

1 б

1

1 б«Ъ I

1 1 м

1!

С4 1

I

СО 1 в

CD !!

I

I

1

I

I б

I

1 е I

% 1

I о 1! в I!

1

° > 1

I о

Х !

1и е !

Ф е c>l !

X .X

1 о о с

Формула изобретения

Составитель С.Тепляков

Редактор A.Øàíäîð Техред Л.Пекарь

Корректор Л.Бокшан

Заказ 2443/10 Тираж 853 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

11 92166

Из данных табл.2 видно, .что механические и технологические свойства смеси, полученной из регенерата практически идентичны аналогичным свойствам смеси, приготовленной на свежих исходных материалов и в то же время существенно превосходят свойства смеси, полученной на регенерате согласно известному способу.

Предлагаемый способ регенерации 1о смесей с вяжущими в виде гидроалюминатов и гидрогранатов кальция позволяет создать замкнутую безотходную технологию, что особенно ценно в условиях истощения природных запасов формовочных песков. Этот способ позволяет снизить расход вяжущего с

5 вес.ч. до 0,5 вес.ч. (для восполнения естественных потерь) при многократном использовании снизить рас- о ход свежего кварцевого песка на 95, Высокая прочность и газопроницаемость позволяет изготавливать из регенерированной смеси мелкие, средние и крупные стержни и формы. 25

1. Способ регенерации формовочной и стержневой смеси с вяжущими в виде гидроалюмината или гидрограната кальция, включающий дробление, сепарацию и прокаливание отработанной смеси, отличающийся тем,что, с целью восстановления механических и технологических свойств отработанной смеси, отработанную смесь после дробления и сепарации обрабатывают водой или водяным паром при 25-180оC и при весовом соотношении в полученной пульпе твердого к жидкому 1:(2-5) в течение 1-5 ч при интенсивном перемешивании с последующим отделением из пульпы твердого осадка и прокаливанием его при 300-410 С до получения частично дегидратированного вяжущего и охлаждением до 18-25оС

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что отработанную смесь обрабатывают водой при 25- !00 C в течение 3-5ч, 3. Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что отработанную смесь обрабатывают водяным паром при

110-180оС под давлением 0,5-9 ати. в течение 1-2,5 ч.

4. Способ по п,1 и 3, о т л и ч а ю шийся тем, что отработанную смесь обрабатывают водяным паром при 145-180 С под давлением 3-9 ати. в течение 1-1,5 ч.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии h" 53-118224, кл, 11 А 211, опублик.1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Ы 302165, кл. В 22 С 5/04. 1968.