Оборудование для сушки песка и глины

Сушка – процесс удалений влаги с зерен материала. Различают влагу свободную, расположенную на поверхности, и влагу связанную – капиллярную, адсорбционную, химическую, осмотическую. При сушке песка или глины необходимо удалить только свободную влагу, так как удаление связанной влаги ведет к изменению технологических свойств материалов. В литейных цехах применяется следующее сушильное оборудование: сушильные плиты и трубчатые сушила; горизонтальные одноходовые и трехходовые барабанные сушила; вертикальные многоподовые сушила; установки для сушки песка в пневмопотоке; установки для сушки песка в кипящем слое.

Сушильные плиты и трубчатые сушила. При небольшой потребности в свежих формовочных материалах применяют сушильные печи, представляющие собой боров, перекрытый плоскими чугунными плитами. На таких плитах сушат как песок, так и глину. Толщина слоя сушимого материала около 150 мм. Нагружают материал на плиту и разгружают его вручную. Во время сушки материал следует возможно чаще перемешивать во избежание перегрева. При перегреве глина теряет связующую способность.

Сушильные плиты имеют полезную площадь сушки (площадь плиты) 5 – 15 м². Производительность плит составляет 60 – 100 кг/ч на 1 м² площади плиты при сушке песка с влажностью 15%. Для глины с влажностью 25% производительность составляет 30 – 50 кг/ч на 1 м². Расход условного топлива 100 – 120 кг на 1 т песка и 300 – 350 кг на 1 т глины.

Для сушки песка при небольшой потребности применяют также печи в виде вертикальных камер с дымогарными трубками. Сырой песок загружают вручную сверху на решетку, которой перекрыта печь. По мере высыхания песок просыпается между трубками и высыпается сбоку в приямок. Производительность таких трубчатых печей 1 – 1,5 т/ч песка. Расход условного топлива составляет 75 – 90 кг/т при влажности песка 15%. Расстояние между трубами в одном горизонтальном ряду 80 – 100 мм, расстояние между рядами труб по вертикали 160 – 190 мм, диаметр труб 100 – 125 мм. Число рядов труб по вертикали 5 – 6.

Горизонтальные барабанные сушила. При значительной потребности в песке и глине в современных литейных цехах применяют горизонтальные и вертикальные механические сушильные печи. Горизонтальное сушило (рис. 1.1.1.1) представляет собой барабан, имеющий ось с наклоном около 5° к горизонту. Барабан вращается; на катках с частотой вращения 2 – 10 об/мин и приводится при помощи зубчатой передачи от электродвигателя через редуктор. Сушимый материал (песок или глину) загружают в распределительную часть барабана, где имеются винтовые лопатки. Эти лопатки распределяют песок по отдельным продольным каналам барабана, образованным системой продольных перегородок. Ячейковая насадка барабана разделяет песок на ряд отдельных струй, благодаря чему ускоряется процесс сушки. Варианты ячейковой насадки барабана таких печей с пересыпанием песка с полки на полку показаны на рис. 1.1.1.1, б. Пройдя всю длину барабана, песок или глина высыхает и выходит наружу.

Горизонтальные барабанные сушила делают диаметром до 2 – 2,5 м и длиной до 10 м; их применяют для сушки как песка, так и глины. Производительность таких сушил до 10 т/ч по песку и до 3,5 т/ч по глине. Расход условного топлива 50 – 100 кг на 1 т песка или 100 – 150 кг на 1 т глины.

Горизонтальные барабанные сушила делают обычно с попутным потоком топочных газов и сушимого материала, хотя с теплотехнической стороны значительно более эффективен противоток теплопередающей и теплопоглощающей сред. Однако при противотоке в случае слишком высокой температуры газов может перегреться сушимый формовочный материал и произойти дегидратация глинистой составляющей. При попутном же потоке газов и песка наиболее горячие газы соприкасаются с влажным песком, и таким образом глинистая составляющая защищена от перегрева скрытой теплотой испарения влаги песка.

Недостаток горизонтальных барабанных сушил – большая их длина. Однако их можно делать двух- и трехбарабанными, вставляя один барабан в другой и пропуская сушимый продукт последовательно через эти барабаны.

Рис. 1.1.1.1. Схема горизонтального барабанного сушила (а)

и варианты насадки барабана (б):

1 – топка на газе или мазуте; 2 – габарит топки на угле; 3 – барабан;

4 – привод; 5 – дымосос; 6 – загрузка песка; 7 – выход песка

Трехходовое барабанное сушило (рис. 1.1.1.2) состоит из топки 3, загрузочной воронки 1, трехходового барабана 2, разгрузочного желоба 5 и механизма вращения 4 барабана. Барабан 2 состоит из корпуса, представляющего собой три усеченных конуса, вставленных друг в друга. Благодаря такой конструкции путь перемещения материала при сушке в барабане в 3 раза больше его длины, а значит, одна и та же производительность достигается при меньших габаритных размерах.

Процесс сушки в барабанных сушилах зависит от следующих факторов: влажности и размера кусков исходных материалов; температуры топочных газов и скорости их движения; объема и конструкции барабана (длина, диаметр, конструкция ячеек, угол наклона и частота вращения); эффективности работы вытяжной вентиляции.

Рис. 1.1.1.2. Устройство трехходового барабанного сушила для сушки песка

Для современных конструкций барабанных сушил исходные куски глины должны быть размером в поперечном сечении 70×70 мм. Конечная влажность высушенной глины составляет 3 – 5%.

На практике, особенно при сушке глины, сушило, часто не обеспечивает заданную производительность и влагосодержание просушенного материала. В этом случае следует проверить крупность исходных кусков глины, температуру топочных газов, эффективность вытяжной вентиляции, частоту вращения барабана и привести их в соответствие с паспортными данными.

Вертикальные многоподовые сушила. Вертикальные сушила для песка строят по типу многоподовых печей (рис. 1.1.1.3). Песок в них пересыпается с вращающихся тарелок на неподвижные кольца, а с колец снова на тарелки и т.д. Пересыпание осуществляется с помощью скребков, которые в плане рекомендуется очерчивать по логарифмической спирали, чтобы наклон элемента скребка в каждой точке к направлению радиуса был одинаковым. Рекомендуется к одному из колец подвешивать на кривошипе бегунок для разминания комьев спекающегося при сушке материала.

Вертикальные сушила делают обычно с противотоком – топочные газы движутся навстречу песку. Поэтому такие печи применяют лишь для сушки кварцевых и тощих малоглинистых песков. Для жирных песков и глины их не применяют еще и вследствие налипания этих материалов на большие горизонтальные поверхности тарелок и колец, в результате чего приходится часто останавливать печи для чистки.

Такие сушила строят производительностью до 4 т/ч. Расход условного топлива в вертикальных сушилах составляет 40 – 60 кг на 1 т песка.

Рис. 1.1.1.3. Схема вертикального многоподового сушила производительностью 2 т/ч песка:

1 – вращающиеся тарелки; 2 – неподвижные кольца; 3 – скребки; 4 – бегунок; 5 – привод; 6 – топка; 7 – загрузка песка; 8 – выход песка; 9 – дымовая труба

Установка для сушки песка в пневмопотоке изображена на рис. 1.1.1.4. Известно, что интенсивность сушки твердых тел зависит не только от температуры воздуха, с которым они соприкасаются, но и от величины поверхности соприкосновения. Влага с поверхности зерен удаляется тем быстрее, чем выше температура и скорость воздуха, омывающего частицы материала. Таким образом, сушка в потоке горячего воздуха будет происходить гораздо быстрее, чем в барабанных сушилах. Кроме того, этот метод позволяет реализовать многие преимущества пневматического транспорта: возможность совмещения по времени сушки и транспортирования, а также одновременного обеспыливания песка, компактность установки и др. В одной из таких установок (рис. 1.1.1.4) сырой песок из расходного бункера 10 при помощи дискового 9 и ленточного 8 питателей подается в сушильную трубу 1, температура в которой достигает 500 °С. Разрежением, создаваемым вентилятором 4, сырой песок увлекается вверх со скоростью 15 – 17 м/с и, проходя по трубе, в горячем газе быстро высыхает. Установка снабжена батарейным циклоном-осадителем 2 и скруббером 3 для сбора пыли. Из циклона-осадителя высушенный песок поступает в бункер 6, с которого подается на вибрационное сито 5, где просеивается и частично охлаждается. В качестве источника тепла рекомендуется использовать газ, подводимый к горелкам 7.

Рис. 1.1.1.4. Установка для сушки песка в пневмопотоке

Установка для сушки песка в вихревых аппаратах (рис. 1.1.1.5) представляет вертикальную камеру 2 с расширением в верхней части. Влажный песок в потоке горячих газов вводится в нижнюю зону камеры 1, где, закручиваясь, приобретает вихревое движение. Двигаясь таким образом вверх, частицы песка высушиваются и направляются диафрагмой 3 вдоль стенок в нижнюю зону камеры и бункер, откуда снова поднимаются в верхнюю зону, и так до тех пор, пока не завершится процесс сушки.

Рис. 1.1.1.5. Схема верхнего аппарата для сушки песка

Установки для сушки и охлаждения песка в псевдокипящем слое. Сущность процесса сушки песка в псевдокипящем слое заключается в следующем. Слой песка 2 (рис. 1.1.1.6), лежащий на перфорированной решетке 3, продувается горячими топочными газами с температурой 500 – 700 °С, в результате чего образуется «кипящий» слой песка. Благодаря большой скорости многочисленных струй горячих топочных газов и омыванию ими почти каждой песчинки, расположенной на решетке, слой песка почти мгновенно высыхает. Сухие зерна песка «всплывают» кверху и через верх регулирующей заслонки 12 перетекают в желоб 11, а сырые частицы, комья песка, мелкие камни и кусочки глины опускаются вниз к горячей решетке, к более горячим топочным газам. Попавшие на решетку комья сырого песка быстро переходят в псевдокипящее состояние и поднимаются вверх, а мелкие камни и кусочку сухой глины движутся по наклонной решетке и через щель между решеткой и регулирующей заслонкой 12 удаляются из кипящего слоя.

Установка работает непрерывно: по мере сушки и удаления сухого песка через желоб 11 сырой песок добавляется через загрузочную воронку 1. Установка представляет собой сварной вертикальный барабан из трех камер. В камере 8 сжигается газ, в камере 9 топочные газы с температурой 1100 – 1200 °С разбавляются до температуры 600 – 800 °С холодным воздухом, поступающим через фурмы 10. Боковые стенки камеры 13 (камера сушки) изготовляют из толстолистовой стали, а наклонную решетку 3 – из жаростойкой стали. В решетке проходное сечение отверстий диаметром 2,5 – 3 мм составляет около 6 – 7 % ее площади.

Рис. 1.1.1.6. Установка для сушки (охлаждения) песка в кипящем слое:

1 – загрузочная воронка; 2 – слой песка; 3 – перфорированная решетка;

4 – нагнетающий воздухопровод; 5 – газопровод; 6 – дутьевой вентилятор;

7 – газовые двухпроводные горелки; 8 – камера сжигания; 9 – камера смешивания; 10 – фурмы; 11 – желоб; 12 – регулирующая заслонка;

13 – камера сушки; 14 – трубопровод отходящих газов;

15 – тяга регулирующей заслонки

Рядом с установкой для сушки монтируют установку для охлаждения песка. Сухой и нагретый песок поступает из печи по жёлобу 11 в охладительную камеру с дутьевым подом, наклонной решеткой и двухзонной регулирующей заслонкой такой же конструкции, как и в сушильной печи. Воздух для охлаждения песка подается в охладительную камеру вентилятором.

В установках для сушки и охлаждения формовочного песка в кипящем слое расход условного топлива составляет около 10 кг на 1 т песка. Сечение камеры аппарата принимается из расчета съема с 1 м² решетки 8 – 10 т/ч сухого песка. Из аппарата для сушки песок выходит с температурой 110 – 120 °С, из аппарата для охлаждения – с температурой 20 – 30 °С. Влажность высушенного песка 0,1% при начальной влажности 8 – 12 %. Оптимальная высота кипящего слоя 400 – 450 мм. Скорость газов, отнесенная к полному сечению камеры, в аппаратах для сушки составляет 0,8 – 1,0 м/с, а скорость воздуха в аппаратах для охлаждения 1,1 – 1,9 м/с. Гидравлическое сопротивление кипящего слоя (без учета сопротивления решетки) 300 – 400 мм вод. ст.