Chlazení bentonitových formovacích směsí
Vibrofluidní chladnička ALEX

Úvod

V současné době má při zvyšování produktivity práce ve slévárnách a při zvyšování jakosti odlitků zásadní význam strojní formování. Pro hromadnou hospodárnou výrobu kvalitních odlitků je nutná automatizovaná formovací linka. Takovéto linky mohou pracovat s velmi vysokými rychlostmi formování. Tak například formovací stroje a linky DISAMATIC dosahují rychlosti až 440 forem za hodinu. Vysoký takt formovací linky, snaha o maximální využití formy a malý objem rychle obíhající formovací směsi jsou hlavními příčinami růstu formovací směsi.

Problematikou teploty formovacích směsí se podrobně zabývají např. Steinforth, Hohn a Wolf v Giesserei 84, 1997, č. 21. Již při zvýšení teploty bentonitové směsi o pouhých 10-15°C nad teplotu okolí vznikají těžkosti s nerovnoměrnými vlastnostmi formy, zvýšeným sklonem k zálupům, větší lepivostí, osycháním povrchu a zvýšeným tlakem par v dutině formy. Teplota směsi o 35-40°C nad teplotou okolí snižuje pevnost v tlaku formy na polovinu. Teplota směsi za vytloukacím zařízením automatizovaných linek může přitom dosahovat více než 130° C. Takováto teplota prakticky znemožňuje regeneraci vratné směsi. Přirozené chlazení na dopravních trasách, přesypech a v silech je nedostačující a je nutné přistoupit k cílenému chlazení.

Způsoby chlazení

K chlazení bentonitových formovacích směsí je v převážné míře využíváno chlazení vodním odparem, kdy výparné teplo vody snižuje teplotu směsi. Používané stroje přitom plní i další funkce, související buď výhradně s úpravami vratné směsi (mechanické, fluidní, vibrofluidní chladničky) nebo i s vytloukáním odlitků (rotační nebo vibrační bubny). Z hlediska regenerace směsi je kromě chlazení žádoucí homogenizování směsi a úprava její vlhkosti. Kromě pozitivního vlivu na kvalitu směsi to následně umožní zkrátit dobu cyklu mísiče. Výhody a nevýhody jednotlivých typů strojů je vhodné posuzovat v kontextu konkrétní situace.

Vytlučená formovací směs je vlhkostně i teplotně silně nehomogenní. Obsahuje mimo jiné hrudky různých velikostí. Pokud je to nutné, musí být tyto hrudky odloučeny a drceny v dritiči hrudek. Vibrační a rotační bubny mají určitou drtící schopnost. V minimální míře mají tuto schopnost také vibrační vytloukací rošty. V praxi se však často setkáváme s požadavkem, aby právě vytloukací rošt hrál úlohu drtiče hrudek. Dále musí být separovány části kovu a zbytky jader ve vratné směsi.

V porovnání s jinými typy strojů dosahují největší účinnosti chlazení vibrofluidní chladničky. Dosahovaná účinnost vyvažuje i omezenou schopnost těchto strojů rozbíjet hrudky ve vratné směsi. Intenzita homogenizace směsi (neobsahující již velké a pevné hrudky) je vzhledem k použitému principu nesrovnatelně větší, než u  jiných typů chladniček.

Princip činnosti vibrofluidní chladničky

Základní součástí vibrofluidní chladničky je vibrační žlab, kmitající s lineárním tvarem kmitu. Vratná směs je přivedena na začátek žlabu a rozprostře se na celou jeho šířku. Působením usměrněné vibrace je materiál uveden do vznosu a je dopravován směrem k výstupu ze stroje. Důležitými parametry je výška vrstvy, velikost amplitudy a frekvence kmitů vibračního pohybu a tím i dopravní rychlost. Materiál je do stroje přiváděn a dávkován zpravidla pasovým podavačem.

Dno vibračního žlabu je tvořeno speciální průdušnou (tzv. fluidní) plochou. Typ použité plochy a velikost, tvar, množství a orientace jejích otvorů tvoří základní know-how výrobce. Pod touto plochou je jako součást vibračního žlabu vytvořena tlaková komora, do níž je přiváděn vzduch o určitém množství a tlaku. Vzduch proudí poměrně velkou výtokovou rychlostí otvory ve fluidní ploše do vibrované vrstvy horkého písku. Tak dojde k  vytvoření vibrofluidní vrstvy. Při pohledu na ni vzniká dojem, že písek “vaří”. Velikost a orientace otvorů fluidní plochy a výtoková rychlost vzduchu přitom ovlivňují výšku vrstvy, intenzitu turbulencí ve vrstvě a její celkovou dopravní rychlost. V závislosti na teplotě vstupujícího vzduchu již pouze tímto procesem dochází ke chlazení. Existují takto fungující chladničky materiálů, do nichž není možné a žádoucí dávkovat vodu (výrobny maltových směsí apod.).

Do fluidní vrstvy materiálu je několika řadami trysek rozprašována voda, která se po dopadu na horký materiál odpaří a tím chlazenému materiálu odebere teplo. Při správně seřízeném stroji se nemění vlhkost písku, neboť veškerá voda se odpaří. Výrobci chladniček používají různě dokonalé systémy řízeného dávkování vody. Jednoduché dávkovací systémy zajišťují ochlazení vstupního materiálu o konstantní hodnotu, přičemž výstupní teplota kolísá podle teploty vstupní. Dokonalejší řídící systémy umožňují udržení nejen výstupní teploty, ale i vlhkosti v úzkých tolerancích a to i při velkých změnách vstupní teploty.

Nad vibračním žlabem je umístěna stabilní uklidňovací komora, v níž dochází ke zmenšení rychlosti proudění vzduchu a tím se z větší části zabraňuje nežádoucímu úletu jemných podílů. Tato komora musí být odsávána. Množství vzduchu, přiváděného do chladničky je dáno potřebou vytvoření fluidní vrstvy a dále nutností odvodu vodních par, resp. nepřekročení určité vlhkosti odváděného vzduchu. Množství vzduchu, který je nutno odsávat z uklidňovací komory, je větší než množství vzduchu přiváděného, protože dochází k ohřevu vzduchu a ke zvětšení jeho objemu. Kromě toho je nutné v komoře vytvořit mírný podtlak, aby nedocházelo k prášení. Z tohoto důvodu musí být odsávané množství vzduchu o cca. 30% větší množství dodávané. Jemné částice, které odcházejí spolu s odsávaným vzduchem, se vrací z cyklonu zpět do vratné větve. Úlety prachových částic z cyklonu zachycují filtry. Vibrofluidní chladnička není při správném seřízení zdrojem prašnosti ve slévárně.

Vibrofluidní chladnička ALEX 06

Renomovanými evropskými výrobci vibrofluidních chladniček jsou firmy Schenk, George Fischer a Uhde. Koncem osmdesátých let se vývojem vibrofluidní chladničky zabývala skupina ing. P. Kastnera na bývalém podniku Československého uranového průmyslu (posléze DIAMO) VZUP, o.z. na Kamenné. Firma TECHKON, s.r.o Příbram se v roce 1996 vrátila k myšlence tuzemské výroby tohoto stroje a vyvinula a realizovala vibrofluidní chladničku s typovým označením ALEX. TECHKON, s.r.o. se zabývá vývojem, výrobou a dodávkami speciálních vibračních strojů pro průmysl a jedním z oborů její činnosti je i slévárenství.  Při vývoji byla hlavní pozornost věnována klíčové části stroje – fluidní ploše. Za tím účelem byla provedena řada měření na v tuzemsku provozovaných strojích a  srovnávací studie známých vibrofluidních chladniček.

Vibrofluidní chladnička ALEX se při kompletní dodávce sestává z těchto částí:

Chlazený materiál je do chladničky dávkován pasovým podavačem, který může tvořit dno zásobníku, situovaného nad chladničkou. V případě použití reverzačního dopravníku je uklidňovací komora stroje připravena pro realizaci obchvatu chladničky, kdy písek propadá komorou přímo do výstupu ze stroje. Pasový dopravník je ovládán řídícím systémem chladničky v návaznosti na signalizaci hladinových čidel v zásobníku.

Základní technické parametry ALEX 06

Cílem dalšího vývoje je vytvoření výkonnostně odstupňované řady chladniček. Největší plánovaný typ ALEX 10 bude umožňovat chlazení s výkonností 70 t/hod.

Pořizovací cena chladničky ALEX je podstatně nižší než u srovnatelných strojů evropských výrobců, jimž se technickými parametry vyrovná. Investice vložené do vibrofluidní chladničky písku se vrátí zpět kvalitou odlitků a snížením zmetkovitosti.

Chladnička ALEX 06 ve Zlievarni SEZ, a.s. Krompachy

V červenci roku 1996 vyhrála firma TECHKON výběrové řízení na dodávku chladničky do rozšiřované Zlievarně SEZ, a.s. v Krompachoch ve Slovenské republice. Od podepsání kontraktu byla chladnička instalována za čtyři měsíce. Oživení chladničky a uvedení do provozu proběhlo koncem ledna 1998. Při chodu chladničky činí maximální teplota vratné směsi před vstupem do chladničky 70°C. Výstupní teplota z chladničky se pohybuje okolo 30°C. Na základě ročního provozu vibrofluidní chladničky ALEX 06 lze podle vyjádření uživatele konstatovat, že chladnička splňuje zadání a je v současné době nepostradatelná při výrobě na bezrámovém formovacím stroji DISAMATIC.