Рециклинг песка при литье по газифицируемым моделям с вынесением пескооборота за территорию литейного цеха

В. С. Дорошенко, ФТИМС НАНУ, г. Киев, dorosh@inbox.ru

Среди некапиталоемких гибких, повышающих культуру производства технологий, литье по газифицируемым моделям (ЛГМ) как способ изготовления металлоотливок показывает опережающую динамику и географию распространения в литейном производстве стран мира, сегодня выпуск отливок достигает 1,5 млн. т в год. Этот способ литья в наиболее популярном варианте состоит в замещении расплавленным металлом одноразовой пенопластовой модели, заформованной в сухом кварцевом песке без связующего, при вакуумировании формы в течение 1-5 мин. с разрежением около минус пол-атмосферы (50 кПа). Институт ФТИМС НАН Украины (отдел ФХПФ) более тридцати лет совершенствует эту технологию как научно-техническую "фирменную" специализацию, обладает более сотней патентов на ее разновидности и поставляет для литейных цехов типовые комплексы оборудования производительностью 100...5000 т отливок в год, проектируя участки под площади завода-заказчика с последующим внедрением.

ЛГМ можно отнести к высоким материалосберегающим технологиям литейного производства. Эта технология вопреки стереотипам, которые сложились еще со студенческих лет, свидетельствует, что высокие технологии - это не обязатольно сложные малодоступные процессы. Примером может служить многократный рециклинг формовочного кварцевого песка при ЛГМ и применяемое оборудования пескооборота. Если в вузах на протяжении нескольких лет изучают для традиционных технологий десятки литейных связующих, множество составов формовочных и стержневых смесей, способов их уплотнения с соответствующим формовочным орудованием и оснасткой, планировки цехов, где смесеприготовление занимает до четверти (с регенерацией смесей до трети) площади цеха, а выбивное оборудование часто напоминает чудо техники при том, что существенной проблемой литейного производства является утилизация твердых отходов, из которых 90% составляют отработанные формовочные и стержневые смеси (1,5-2,0 т/т литья), относящиеся к 4-й категории опасности, то не удивительно, что может быть не понятно, как без всего этого можно получать отливки.

Оборотное охлаждение песка при ЛГМ ведут в пневмопотоке или с применением простейших конвейеров, в линии обычно стоит железоотделитель, сито и система частичного отбора песка для дожигания в нем несгоревших остатков полистирола, эти металлоконструкции для экономии помещений часто монтируют с внешней стороны стены цеха, где сухой песок в силосе сохраняется "не боясь" мороза. Такая линия установлена в литейном цехе ФТИМС производительностью 50 т отливок в месяц. От нее на формовочном участке в цехе стоит еще две еденицы оборудования: вибростол для формовки (моделей в контеннерных опоках) с трубопроводом засыпки песка в форму, а также приемное устройство с решеткой для высыпки из контейных опок отработанного песка (после заливки форм металлом и охлаждения в них отливок).

Проблема недостаточно широкого внедрения технологии ЛГМ в производство России и Украины во многом основывается на недостаточной осведомленности литейщиков и промышленников об этом способе литья, слабом освещении в технической литературе и периодике довольно несложных принципов замещения модели расплавом металла, роли вакуумируемой песчаной формы в этой операции, его экологических и материалосберегающих преимуществ. Например, 1 м3 пенополистирола модели весит 25 кг, если он замещается 7 т жидкого чугуна (или стали), то при этом на 1 т литья расходуется 25/7=3,6 кг полимера. Тогда как в формах из смоляных ХТС при потреблении 3% связующего в смеси на 3 т смеси на 1 т такого литья расход составляет 0,03х3000=90 кг полимерного связующего, или в 90/3,6=25 раз больше. Причем, при ЛГМ форма вакуумируется, и почти все продукты разложения полимера отсасываются из формы, традиционные формы дымят в помещении, как ни вентилируй рабочую зону цеха. Типовые нормы расхода на 1 тонну годного литья состоят из четырех модельно-формовочных (неметаллических) материалов: кварцевый песок - 50 кг, противопригарные покрытия - 25 кг, пенополистирол - 6 кг (с обрезками и отходами) и пленка полиэтиленовая - 10 кв.м. Отсутствие связующего в песке – именно то преимущество, которое позволяет осуществлять его многократный рециклинг, добавляя всего 4-5% свежего песка с учетом отсева в линии оборота мелких фракций и просыпей, ушедших с отливкой. Вероятно, когда об ЛГМ-процессе будут знать как о сырой формовке и задействуют его в цехах, то он с выгодой для заводов обеспечит не менее 30% тоннажа выпускаемых отливок. Расчеты показывают, что созданные институтом такие комплексы оборудования для ЛГМ только на заводах Минпромполитики Украины позволят при монтаже их на реконструируемых литейных предприятиях создать производственные мощности с суммарным выпуском литья свыше 150 тыс. тонн/год, в частности, отливок для авто – тракторной техники, техники для АПК, нефтегазовой промышленности,  арматуро- и насосостроения, военной техники. Популярность в мире этой технологии также подтверждают сотни патентов, поток которых от ведущих компаний точного машиностроения имеет тенденцию к возрастанию.

Совершенствуя оборудование, особенно для механизированных линий, и "обкатывая" его в цехе института за последние 1,5 года разработана КД и изготовлено следующее оборудование: осушитель подвспененного пенополистирола в бункере вылеживания, эжекторный транспортер пенополистирола для питания пресс-автоматов, регенератор песка без псевдожижения, осушитель газов от водокольцевого вакуумного насоса, установка каталитического дожигания газов без контакта с пламенем горелки, поворотный стол 1200х1200 с механической загрузкой-выгрузкой, приводной секционный рольганг 1200х4000, водяной осадитель пыли для предохранения водокольцевых насосов от абразивного износа, силос с осадителем пыли/песка для пневмотранспорта (в системе рециклинга песка) всасывающего типа, объемный дозатор 0,5-1,5 куб.м. песка для засыпки в контейнерные опоки, вибростолы 600х900 с подъемником (h=25 мм) для линий формовки и 1200х1200 с виброколебаниями в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Способ ЛГМ, по которому одно из первых изобретений (Авторское свидетельство СССР №136014, В22 С 9/04, опубл. 1961) получено инж. Чудновским (из г. Одесса) и среди достоинств которого – применение сберегающего как минеральные материалы так и окружающую среду рециклинга сухого песка, относят его к отечественным технологиям, которые позволяют шире использовать то преимущество, что наши страны (Россия и Украина) относятся к немногочисленным странам в мире с полным замкнутым металлургическим циклом производства металлов из собственных руд и могут успешно конкурировать в сфере производства наукоемкой металлопродукции.

Опубликовано 04.05.2009