Статьи

Эффективные методы охлаждения формовочных материалов

Оборотное охлаждение в литейном производстве, позволяющее многократно использовать формовочные материалы, особенно при технологии литья по пенополистироловым  моделям (ЛГМ) и технологии вакуумно-плёночной формовки (ВПФ), является одной из главных составляющих в цепочке получения качественного, дешёвого литья.

В настоящее время существует большое количество разновидностей охладителей песка, использующих в своей работе одни и те же хладагенты: воздух и воду.

Рассмотрим основные методы охлаждения сыпучих материалов и способы повышения эффективности их работы.

Практически во всех существующих охладителях песка используется в качестве хладагента — воздух. Создание псевдоожиженного слоя («кипящего») создает интенсивное перемешивание песка и за счёт принудительной конвекции тепло от горячего песка передаётся воздуху. Особенностями «кипящего» слоя являются его большая теплоёмкость и теплопроводность. К, сожалению ,теплоёмкость песка многократно превышает объёмную теплоёмкость воздуха, что, в существующих установках проходного типа, не позволяет обеспечить требуемую скорость охлаждения.

Для увеличения скорости охлаждения песка повсеместно применяют воду, как для непосредственного контакта с горячим песком, так и  через водоохлаждаемые металлические конструкции охладителя. Разные конструкции водоохлаждаемых перегородок, труб, корпусных элементов, за счёт прямого контакта горячего песка с ними, позволили увеличить скорость его охлаждения.

Применение же метода охлаждения песка увлажнённым воздухом ещё сократило время охлаждения материала и конечно же комплексное использование разных хладагентов в охладителях песка, повышает их коэффициент полезного действия (КПД).

Давайте проанализируем эффективность данных методов:

1)  «Кипящий» слой — снизу, через слой горячего песка толщиной 30-50см проходит воздух под избыточным давлением. Происходит теплообмен горячего песка с воздухом. Псевдоожиженный слой песка «течёт» от загрузочного лотка к выгрузке и чем длиннее этот путь, тем лучше охлаждение, но выше энергоёмкость установки и больше площадь занимаемая охладителем. Я не случайно указал слой песка в охладителе, так как теплообмен песка и воздуха может происходить только в зоне контакта, а это 50-80см (с учётом «кипящего» слоя). Замерьте температуру воздуха на выходе из охладителя, замерьте температуру песка в охладителе, и сравнивая их Вы получите КПД воздуха, как хладагента, в данной установке. Идеальный вариант, когда средняя температура воздуха на выходе и температура песка в охладителе совпадают. Реально же средняя температура воздуха на выходе гораздо ниже температуры охлаждаемого песка.

2)  Водоохлаждаемые элементы охладителя — пустотелые перегородки, стенки, системы трубок разных конструкций. На встречу движению псевдоожиженного потока горячего песка, либо песка перемещающегося за счёт силы тяжести, движется хладагент — вода. За счёт контакта горячего песка с металлическими водоохлаждаемыми элементами, имеющими высокую теплопроводность. Происходит интенсивный отбор тепла.

Какие же недостатки присущи данному методу:

a) необходимость в идеальной герметичности водоохлаждаемых элементов;

b) необходимость очистки водяных каналов от накипи и осадков;

c) необходимость дополнительной схемы регенерации воды: охлаждение, очистка, хранение, подпитка и перекачка;

d) низкий КПД — если при загрузке песок имеет среднюю температуру 300-500С, то на выходе вода, будет не выше 70С (при повышении температуры воды растворённые в ней элементы выпадут в осадок).

3)  Охлаждение увлажнённым воздухом — отличием от первого метода является то, что с подачей воздуха, при вертикальных конструкциях охладителей, в него распыляется вода до мелкодисперсного состояния и подаётся вентилятором навстречу движущемуся потоку песка.

Прямой контакт хладагента (воды) с горячим песком — самый эффективный способ охлаждения, ведь при испарении воды поглощается намного больше тепла, чем при её нагреве. К, сожалению, существующие конструкции таких охладителей не исключают первичное охлаждение песка водоохлаждаемыми элементами и соответственно их недостатки. Также  увлажнение воздуха ограничено в виду возможности чрезмерного смачивания материалов, и невозможности регулирования объёмов распыляемой воды, что даёт не совсем желаемый результат.

, Эффективные методы охлаждения формовочных материалов

В поисках более эффективного использования хладагентов и повышения КПД охладителя нами была разработана и внедрена установка охлаждения песка пневмопотоком (рис1).

Горячий песок с выбивки через запорное устройство подаётся в инжектор. Так же в инжектор подаётся воздух с избыточным давлением- образуется «кипящий» слой, при этом происходит отделение крупных фракций песка и скраба от основного материала. За счёт создания разности напора воздуха внутри инжектора создаётся восходящий поток, который ,через пневмопровод, увлекает за собой охлаждаемый материал.

Вместе с воздухом песок транспортируется в разгрузитель песка где происходит его охлаждение от пылевидной составляющей. Воздух с пылью поступает в пневмоциклон и через установку мокрой очистки в атмосферу. Песок из разгрузителя  поступает в аэрожёлоб и транспортируется обратно в бункер-накопитель.

За счёт чего же происходит быстрое охлаждение песка?

При подобранных режимах потока воздуха, как для витания частиц («кипящий» слой), так и для их транспортировки (поток воздуха подбирается из учёта транспортировки максимальной используемой фракции песка ,его объёма и высоты пневмопровода), скорость движения воздуха намного превышает скорость движения переносимого материала. Кроме того, объём проходящего воздуха через пневмопровод в сотни раз превышает объём переносимого песка. Воздух обволакивая частицы песка выталкивает их в разгрузитель и по длине всего пневмопровода происходит его постоянное перемешивание и интенсивный отбор тепла. Поэтому в разгрузителе температура воздуха приближается к температуре песка.

Данная установка была внедрена на нашем предприятии и она показала высокую эффективность работы.

Что же даёт такая установка:

1.  Транспортировку материалов

2.  Увеличение скорости и степени охлаждения материалов

3.  Уменьшение расхода воздуха

4.  Разделение материалов на три основных фракции:

a) комки и скраб

b) рабочая фракция

c) пыль

Для повышения КПД данной установки предлагается дополнительно использовать:

1.  Забор воздуха над поверхностью открытых водоёмов (повышение влажности воздуха)

2.  забор воздуха (в летний период) с подземных помещений (понижение температуры используемого воздуха)

3.  наружное «смачивание» пневмотранспорта тонким слоем воды с последующим её испарением (дополнительный отбор тепла за счёт испарения воды).

Для повышения эффективности использования существующих установок охлаждения сыпучих материалов ,предлагается производить распыление воды на горячий материал при регулировании величины её распыления (исходя из расчёта температуры поступающего материала и его объемов).

За счёт прямого контакта воды и горячего материала происходит испарение воды и значительный отбор тепла (рис.2).

, Эффективные методы охлаждения формовочных материалов

Применение данного способа позволит:

1.  сократить энергозатраты на охлаждение материалов

2.  исключить систему регенерации воды

3.  сократить использование производственных площадей

4.  исключить возможность залипания материалов из-за избыточного объёма подачи воды

По данному способу охлаждения, нами проводились опытные работы, показавшие высокую степень его эффективности.

%d такие блоггеры, как: