Охладитель формовочного песка
FORMING SAND COOLER

Настоящее изобретение относится к устройству для охлаждения горячего литейного формовочного песка. Такие устройства называются также охладителями формовочного песка.
Использованный литейный формовочный песок может быть использован снова, если он подвергается приготовлению. Для этого использованный песок необходимо охладить.
Такое устройство известно, например, из DE 1508698. Описанное там устройство состоит из смесительного бака и имеет два расположенных вертикально приводных вала, на которых держится смесительный инструмент. Подлежащий охлаждению литейный формовочный песок вносится в смесительный бак с одной стороны и извлекается с другой стороны. В то время, когда подлежащий охлаждению литейный песок находится в устройстве, он перемешивается с помощью смесительных инструментов. Дополнительно в смесительном баке, непосредственно на дне бака в стенке бака, имеется отверстие для подачи воздуха.
С помощью этого устройства пытаются получить пронизываемый потоком воздухом, орошаемый водой, поддерживаемый механически вихревой слой, чтобы с помощью испарительного охлаждения охладить нагретый предыдущим процессом литья до 150°С литейный песок до температуры применения, составляющей около 45°С.
В последующем смесителе соответственно охлажденный формовочный песок при добавлении нового песка, бентонита, углерода и воды может быть доведен до состояния пригодности к последующему применению.
В уровне техники описанное охлаждение происходит в разных вариантах, которые могут осуществляться в непрерывных процессах и в периодических процессах. Для этого применяются холодильные барабаны, охладители с псевдоожиженным слоем или смешивающие охладители, в которые приготавливаемый формовочный песок подается непрерывно или в которые соответствующий формовочный песок подается порциями, то есть периодически.
Общим для описанных охладителей является то, что введенный в охладитель, в общем случае в песочную камеру, горячий и сухой песок увлажняется посредством опрыскивания водой и затем посредством пропускания через него и проведения над ним больших количеств воздуха охлаждается от температуры около 70-100°С до приблизительно 45°С.
Соответственно охлажденный песок выходит из охладителя с влажностью около 1-2%. Соответствующие охладители имеют в общем случае песочную камеру, в которой имеется впуск воздуха, при необходимости с вентилятором, для подачи воздуха в песочную камеру и выпуск воздуха, при необходимости с вентилятором, для отсоса воздуха из песочной камеры.
Однако, прежде всего, при применении охладителей с псевдоожиженным слоем и смешивающих охладителей вследствие образования турбулентных завихрений подлежащего охлаждению песка введенным газовым потоком из засыпки захватываются частицы твердых веществ, которые выводятся через выпуск воздуха и затем должны быть отделены в подсоединенных последовательно газовых циклонах или фильтрах, как это было описано, например, в DE 19925720. Отделенные таким образом твердые вещества добавляются к выведенному охлажденному песку и в последующем процессе приготовления подаются в смеситель.
Для того чтобы достичь эффективного охлаждения с помощью испарительного охлаждения, необходимо, однако, пропускать через формовочный песок очень большие объемы газового потока. В охладителях с псевдоожиженным слоем вследствие обусловленных принципом действия очень высоких скоростей занесения текучей среды в псевдоожиженный слой песка содержание твердых веществ в отходящем газовом потоке составляет вплоть до 15%. При применении смешивающих охладителей вследствие полученного механическом способом псевдоожиженного слоя достаточна малая скорость занесения, так что вынос твердых веществ меньше, но все еще значителен. Во всех случаях из охладителя удаляется значительное количество песка и на отдельном этапе работы после соответствующего охлаждения оно должно быть снова возвращено в процесс. Это нежелательно в принципе.
Поэтому, исходя из описанного уровня техники, задачей настоящего изобретения является предоставление усовершенствованного охладителя формовочного песка, в котором вынос песка через выпуск воздуха во время процесса охлаждения значительно снижен.
Согласно изобретению данная задача решена посредством того, что предусмотрен динамический, выполненный с возможностью вращения вокруг оси воздушный сепаратор, который расположен таким образом, что по существу весь выходящий из песочной камеры через выпуск воздуха воздушный поток направляется через динамический воздушный сепаратор.
Динамический воздушный сепаратор построен таким образом, что посредством него создается поле центробежных сил. Тогда нагруженный, возможно, частицами песка воздух всасывается внутрь динамического воздушного сепаратора против действия центробежной силы. Поэтому с помощью воздушного сепаратора, если он работает с соответственно высокой скоростью вращения, можно удалять из отходящего воздушного потока частицы твердых веществ, чтобы они оставались в песочной камере или могли быть возвращены в нее.
В предпочтительной форме выполнения динамический воздушный сепаратор имеет выполненное с возможностью вращения вокруг оси вращения колесо сепаратора, которое имеет по существу окружающий ось вращения выпуск, который соединен с выпуском воздуха, и имеет по меньшей мере один впуск, который расположен не на оси вращения. Колесо сепаратора может иметь, например, форму цилиндра, конуса или усеченного конуса, причем по меньшей мере один впуск расположен на боковой поверхности колеса сепаратора. Однако колесо сепаратора имеет, как правило, большое количество впускных проемов. Например, боковая поверхность может иметь большое количество отверстий. Альтернативно этому колесо сепаратора может иметь большое количество ламелей, которые отстоят одна от другой, так что за счет расстояний между ламелями образуются впуски. Вследствие вращения колеса сепаратора в нем образуется поле центробежных сил, так что на все частицы, которые находятся внутри колеса сепаратора, действует направленная наружу центробежная сила. Центробежной силе противостоит сила, которая посредством воздушного потока воздействует на частицы по направлению внутрь, в колесо сепаратора. Так как центробежная сила увеличивается пропорционально массе частиц, то воздушным сепаратором отклоняются частицы с определенным предельным размером, так как действующая на них центробежная сила больше, чем сила воздействия воздушного потока.
По сути дела, с помощью такого динамического воздушного сепаратора можно отделять один от другого грубый и мелкий материалы, так как мелкий материал преодолевает центробежную силу и проходит через воздушный сепаратор, в то время как грубый материал отклоняется колесом сепаратора и падает обратно в песочную камеру.
Ось вращения может быть ориентирована вертикально, горизонтально или наклонена относительно вертикали.
В другой особо предпочтительной форме выполнения охладитель формовочного песка имеет по меньшей мере два динамических воздушных сепаратора, так как оказалось, что с помощью большего количества воздушных сепараторов снижение выноса песка можно осуществлять эффективнее. Альтернативно, также можно было бы, конечно, выполнить единственный воздушный сепаратор больше по размеру. Тем не менее, выполнение охладителя формовочного песка с несколькими воздушными сепараторами оказалось более эффективным.
В охладителе формовочного пуска может иметься, например, впуск формовочного песка, через который в песочную камеру может подаваться формовочный песок, и выпуск формовочного песка, через который формовочный песок может извлекаться из песочной камеры, причем тогда один воздушный сепаратор располагается лучше всего ближе к выпуску формовочного песка, чем другой воздушный сепаратор. Прежде всего, в случае непрерывного режима работы воздушные сепараторы могут иметь разную величину и/или эксплуатироваться с разными скоростями вращения, чтобы принимать в расчет прогрессирующее охлаждение и связанное с этим изменение консистенции формовочного песка во время непрерывного процесса охлаждения.
В другой предпочтительной форме выполнения предусмотрено, что в охладителе формовочного песка дополнительно имеется статический воздушный сепаратор, преимущественным образом инерционный сепаратор. При этом является особо предпочтительным, если статический воздушный сепаратор подключен перед динамическим воздушным сепаратором. Статический воздушный сепаратор отличается от динамического воздушного сепаратора тем, что этот сепаратор не вращается для того, чтобы создавать поле центробежных сил. Вместо этого для разделения грубого и мелкого материалов может быть использована, например, сила гравитации и вызванная воздушным потоком сила сопротивления потока. Альтернативно, может быть применен также инерционный сепаратор, который использует разделение за счет действия сил инерции при изменении направления движения. Текущий поток следует изменению направления движения, так что в области изменения направления движения доходит до действия сил инерции, что приводят к разделению грубого и мелкого материалов. В целом, статические воздушные сепараторы не так эффективны, как динамические воздушные сепараторы. Прежде всего, при поступлении очень больших количеств песка, которые выносятся вместе с воздухом, быстро достигается максимальная производственная мощность динамического воздушного сепаратора. За счет подключения перед динамическим воздушным сепаратором статического воздушного сепаратора, который уже выполняет предварительный отбор грубого материала можно разгрузить динамический воздушный сепаратор.
В особо предпочтительной форме выполнения охладитель формовочного песка имеет сепараторную камеру, в которой расположен динамический воздушный сепаратор. При этом песочная камера соединена с сепараторной камерой через проточный канал, причем поперечное сечение проточного канала в направлении сепараторной камеры уменьшается. За счет сужения поперечного сечения потока происходит повышение скорости течения. Проточный канал расположен с преимуществом таким образом, что направленный из песочной камеры через проточный канал в колесо сепаратора поток текучей среды направляется на стенку сепараторной камеры, а не на динамический сепаратор. За счет этого вызывается резкое изменение направления движения газового потока, так как воздух отсасывается через воздушный сепаратор.
В другой предпочтительной форме выполнения предусмотрено, что сепараторная камера соединена с песочной камерой через канал рециркуляции, причем, преимущественным образом, предусмотрена транспортировочная установка, а именно лучше всего шнековый транспортер, чтобы транспортировать собравшийся на дне сепараторной камеры сыпучий материал в песочную камеру.
Вследствие того, что в сепараторной камере реализован статический воздушный сепаратор, происходит накапливание сыпучего материала, который был возвращен обоими сепараторами. Этот сыпучий материал может быть внесен в охладитель формовочного песка. Для этого наряду с транспортировочной установкой может быть предусмотрен, например, клапан или двойной клапан, с помощью которого собравшийся сыпучий материал может быть направлен из сепараторной камеры обратно в песочную камеру. Особо предпочтительной является форма выполнения, в которой транспортировочная установка транспортирует собравшийся сыпучий материал обратно в песочную камеру продолжительно или через равные промежутки времени.
В другой предпочтительной форме выполнения предусмотрен блок скорости вращения для управления скоростью вращения динамического воздушного сепаратора или ее регулировки. Посредством изменения скорости вращения динамического воздушного сепаратора может быть настроено разделение грубого и мелкого материала. Чем быстрее вращается воздушный сепаратор, тем большая доля песка возвращается воздушным сепаратором. Вследствие принципа функционирования воздушных сепараторов частицы, размеры которых превышают определенный предельный размер, возвращаются обратно, в то время как более мелкие частицы могут беспрепятственно пройти через воздушный сепаратор. Предельный размер может быть настроен посредством скорости вращения. Чем выше скорость вращения, тем меньше предельный размер, и наоборот. Предпочтительно, блок скорости вращения выполнен таким образом, чтобы скорость вращения была настолько высокой, что происходило бы полное выделение всех частиц в песочную камеру.
В другой предпочтительной форме выполнения может быть предусмотрен блок регистрации расхода воздуха через выпуск воздуха, причем зарегистрированный расход воздуха предоставляется в распоряжение блоку скорости вращения, так что блок скорости вращения может управлять скоростью вращения или регулировать ее в зависимости от зарегистрированного расхода воздуха. Описанный предельный размер, то есть размер, начиная с которого частицы возвращаются воздушным сепаратором, определяется не только скоростью вращения воздушного сепаратора, но также и скоростью течения воздушного потока от впуска воздуха к выпуску воздуха. Поэтому, если, например, скорости течения снижается, то скорость вращения воздушного сепаратора тоже может быть снижена, что экономит энергию.
Прежде всего, при применении охладителя формовочного песка с периодическим режимом работы, или же порционного охладителя формовочного песка, блок скорости вращения может быть выполнен также таким образом, чтобы во время охлаждения формовочного песка скорость вращения повышалась. Прежде всего, во время наполнения песочной камеры подлежащим охлаждению формовочным песком или при ее опорожнении скорость вращения может быть снижена или вращение может быть вообще остановлено. Затем в ходе охлаждения формовочного песка скорость вращения может быть повышена и адаптирована к разным фазам приготовления.
Помимо этого, может быть предусмотрен блок регистрации выноса частиц через выпуск воздуха и/или распределения частиц по размеру, причем зарегистрированный вынос частиц предоставляется в распоряжение блоку скорости вращения, так что блок скорости вращения может быть выполнен таким образом, что скорость вращения управляется или регулируется в зависимости от зарегистрированного выноса частиц.
Помимо этого, может быть предусмотрен блок подачи воды в песочную камеру, причем, преимущественным образом, предусмотрен блок управления подачей воды, в распоряжение которого предоставляется зарегистрированный вынос частиц и, при необходимости, скорость вращения динамического воздушного сепаратора и который выполнен таким образом, что количество поданной воды зависит от зарегистрированного выноса частиц и, при необходимости, от скорости вращения динамического воздушного сепаратора. По сути дела, регистрация выноса частиц косвенно служит здесь в качестве измерения влажности. Чем суще песок в охладителе, тем больше вынос твердых веществ через воздушный сепаратор. Поэтому, если констатируется большой вынос частиц, это означает, что песок относительно сухой и, при необходимости, должна быть еще добавлена вода.
В другой предпочтительной форме выполнения предусмотрен датчик влажности для регистрации влажности песка в песочной камере, причем датчик влажности, преимущественным образом, связан с блоком скорости вращения, и блок скорости вращения выполнен таким образом, что скорость вращения регулируется или управляется в зависимости от зарегистрированной влажности. Если, как здесь описано, имеется датчик влажности, то не обязательно дополнительно должен иметься датчик выноса частиц, потому что вследствие взаимосвязи между влажностью и выносом частиц для управления блоком скорости вращения может быть применен также датчик влажности.
В другой предпочтительной форме выполнения предусмотрено, что блок скорости вращения выполнен таким образом, что он управляет скоростью вращения или регулирует ее так, что большие частицы, размер зерна которых больше, чем предопределенный предельный размер зерна, отделяются воздушным сепаратором, тогда как меньшие частицы с размером зерна, который меньше, чем предопределенный предельный размер зерна, вытягиваются через выпуск воздуха. В качестве предельного размера зерна выбирается, преимущественным образом, размер между 120 мкм и 10 мкм, и особо предпочтительно между 30 мкм и 60 мкм.
За счет этой меры можно, например, удалять из приготовляемого формовочного песка только добавляемые материалы, как, например, углерод и бентонит, тогда как составные части песка остаются в формовочном песке. Извлеченные таким образом, не содержащие песка бентонит и углерод могут быть снова добавлены в последующем процессе приготовления.
Другие преимущества, признаки и возможности применения становятся понятными из последующего описания нескольких предпочтительных форм выполнения и из относящихся к ним фигур.
Показано на:
Фиг. 1 схематическое изображение первой формы выполнения изобретения,
Фиг. 2 схематическое изображение второй формы выполнения изобретения,
Фиг. 3 схематическое изображение третьей формы выполнения изобретения,
Фиг. 4 схематическое изображение четвертой формы выполнения изобретения,
Фиг. 5 схематическое изображение пятой формы выполнения изобретения,
Фиг. 6 схематическое изображение шестой формы выполнения изобретения.
На фиг. 1 показана первая форма выполнения охладителя 1 формовочного песка. В нем имеется песочная камера 2, а также впуск 3 воздуха с соответствующим вентилятором 4, а также выпуск 5 воздуха с соответствующим вентилятором 6.
Помимо этого, предусмотрен впуск 7 формовочного песка, через который в песочную камеру 2 может быть внесен подлежащий охлаждению формовочный песок, и выпуск 8 формовочного песка, через который формовочный песок может быть извлечен из камеры. Внутри песочной камеры 2 расположены два приводимых в действие двигателями смесительных инструмента 9. К верхней стенке песочной камеры 2 подведено соединение для выпуска 5 воздуха. В этой области расположен динамический воздушный сепаратор 10, который может вращаться вокруг своей вертикальной оси. Сепаратор состоит здесь по существу из цилиндрического колеса, на боковой поверхности которого расположено большое количество отстоящих одна от другой ламелей, так что воздух может течь через ламели радиально внутрь, чтобы быть высосанным через выпуск 5 воздуха.
Так как при эксплуатации динамический воздушный сепаратор 10 вращается вокруг своей вертикальной оси, для чего применяется двигатель 11, в области ламелей возникает поле центробежных сил, которое может быть преодолено только частицами, размер которых меньше, чем определенный предельный размер зерна.
Помимо этого, в показанной форме выполнения имеется датчик 14 расхода воздуха, с помощью которого может быть измерено отсосанное через выпуск 5 воздуха количество воздуха. В дополнение к этому предусмотрен датчик 13 выноса частиц, который может быть выполнен, например, в виде трибоэлектрического прибора контроля фильтрации или же счетчика частиц или в виде прибора для измерения размера частиц в режиме онлайн. Дополнительно в области песочной камеры 2 расположен датчик 15 влажности. Все датчики соединены с блоком 12 управления и регулирования, который обрабатывает соответствующие сигналы измерений и на основе измерений настраивает скорость вращения двигателя 11, чтобы настроить необходимый предельный размер зерна.
На фиг. 2 показана вторая форма выполнения изобретения, которая отличается от формы выполнения согласно фиг. 1 по существу тем, что здесь расположено два динамических воздушных сепаратора 10' и 10'', каждый из которых соединен с выпуском 5 воздуха через отдельный подводящий трубопровод. Динамический воздушный сепаратор 10' расположен ближе к впуску 7 формовочного песка, чем другой динамический воздушный сепаратор 10''. В этой форме выполнения видно, что может быть выбрана разная форма динамического воздушного сепаратора. В то время как воздушный сепаратор 10' имеет форму усеченного конуса и тоже имеет ламели, динамический воздушный сепаратор 10'' выполнен снова в виде цилиндра, однако имеет на своей боковой поверхности большое количество отверстий.
Геометрия динамического воздушного сепаратора может быть адаптирована в зависимости от желаемого хода процесса.
На фиг. 3 изображена третья форма выполнения изобретения. От предыдущих форм выполнения она отличается по существу тем, что здесь два динамических воздушных сепаратора 10'', которые выполнены идентично, соединены с выпуском воздуха через один и тот же трубопровод 5 для вывода воздуха.
На фиг. 4 показана четвертая форма выполнения изобретения. Здесь сепаратор 10 расположен не внутри песочной камеры 2, а в отдельной сепараторной камере 16. Сепараторная камера 16 соединена с песочной камерой 2 через сужающийся в направлении течения соединительный канал 17. За счет сужающегося выполнения соединительного канала 17 скорость течения воздушного потока в направлении сепараторной камеры 16 возрастает. Вследствие изображенного здесь расположения на конце соединительного канала 17 образуется резкое изменение направления движения, так что часть песка, а именно по существу частицы песка, которые в области резкого изменение направления движения вследствие сил инерции не могут следовать за воздушным потоком, отскакивают от стенки 18 и затормаживаются. Затем эти частицы песка падают на дно сепараторной камеры 16. После этого оставшийся воздушно-песчаный поток направляется через вращающийся здесь вокруг горизонтальной оси сепаратор 10, посредством которого возвращаются также частицы песка, диаметр которых больше, чем предельный размер зерна. Частицы, диаметр которых меньше, выводятся через выпуск 5 воздуха. Собравшиеся на дне сепараторной камеры 16 частицы с помощью выполненной здесь в виде шнекового транспортера транспортировочной установки 17 транспортируется обратно в песочную камеру 2.
На фиг. 1-4 были показаны формы выполнения, в которых охлаждение формовочного песка может осуществляться как непрерывно, так и периодически. В случае периодического режима работы в песочную камеру 2 вносится определенное количество формовочного песка, затем формовочный песок охлаждается и после этого весь формовочный песок извлекается через выпуск 8 формовочного песка, так что на следующем этапе камера может снабжаться следующей порцией формовочного песка.
На фиг. 5 показана пятая форма выполнения, в которой охлаждение формовочного песка осуществляется непрерывно. Здесь внутри песочной камеры 2 расположен псевдоожиженный слой 19, так что формовочный песок, который вносится через впуск 7 формовочного песка, постепенно, но непрерывно транспортируется через псевдоожиженный слой 19 в направлении выпуска 8 формовочного песка. Во время этой транспортировки большое количество воздуха подается в песочную камеру через впуск 3 воздуха и затем выводится через выпуск 5 воздуха. В промежутке подключен динамический воздушный сепаратор 10.
На фиг. 6 показана шестая форма выполнения изобретения. С помощью этой формы выполнения может быть разъяснен весь процесс приготовления формовочного песка. Использованный формовочный песок 20 вносится здесь в песочную камеру 2 через впуск 7 формовочного песка. Охладитель формовочного песка соответствует здесь по существу форме выполнения согласно фиг. 1, причем, правда, предусмотрена регулировка скорости вращения, за счет которой соответствующим изобретению образом выполняется разделение грубого и мелкого материала. Подлежащий охлаждению в песочной камере формовочный песок при необходимости смешивается с водой и затем через него проходит большое количество воздуха, который вносится в песочную камеру 2 через впуск 3 воздуха. Воздух направляется через динамический сепаратор 10, через соединительный трубопровод 25, а также через фильтр 23 и выпуск 5 воздуха. С помощью блока управления сепаратор 10 настроен таким образом, что доля песка, т.е частицы с размером, который больше чем 100 мкм, возвращается сепаратором, а более мелкие частицы пропускаются сепаратором. Это по существу бентонит и углерод. Они отфильтровываются в фильтре 23 и направляются на весовое устройство 24. Количество отделенной бентонито-углеродной смеси взвешивается весовым устройством 24 и, при необходимости, корректируется посредством добавления нового бентонита 21 или углерода 22. Когда формовочный песок будет охлажден в песочной камере 2 до необходимой температуры, составляющей около 45°С, этот песок через выпуск 8 формовочного песка может быть передан на весовое устройство 27. Затем на весовое устройство 27 через весовое устройство 24 могут быть подведены бентонит и углерод в необходимом составе. При необходимости, должен быть добавлен также новый песок 20. После этого полученная смесь подается в подготовительный смеситель 28 и, при необходимости, в подготовительном смесителе 28 за счет запаса воды 29 корректируется доля воды в формовочном песке.