PL169703B1

PL169703B1 - Sposób i urzadzenie do wytwarzania zwiazanych zywicami syntetycznymi form i rdzeni piaskowych do odlewania metali PL PL PL

Info

Publication number: PL169703B1
Application number: PL92296917A
Authority: PL
Inventors: Wolfgang Kullik; Jacob Beller; Guenter Hertlein
Original assignee: Dossmann Gmbh Eisengiesserei U; Dossmann Gmbh Eisengiesserei Und Maschinenfabrik
Priority date: 1991-04-18
Filing date: 1992-04-20
Publication date: 1996-08-30
Also published as: WO1992018267A1; EP0580691B1; SK112393A3; JPH06504234A; DE59201923D1; JPH0712519B2; DE4112701A1; DE4291170C1; PL296917A1; ATE120990T1; CZ218293A3; EP0580691A1

Abstract

1. Sposób w ytw arzania zwiazanych zywicami synte- t ycznym i form i rdzeni piaskowych do odlew ania m etalu, w edlug którego ksztaltuje sie rdzenie w dw óch etapach w ytw arzania, polegajacy na form ow aniu ksztaltek z m asy piaskow ej przez napelnianie elem entu form ier- skiego m asa piaskow a skladajaca sie z m ieszaniny piasku form ierskiego z plynna wiazaca zywica syntetyczna, któ- rej skladnik ze sztucznej zywicy jest utw ardzony za pom oca skladnika utw ardzajacego w postaci gazowej przechodzacej przez ksztaltke piaskow a w pierwszym etapie w ytw arzania, a nastepnie na przeprow adzeniu reakcji utw ardzania ksztaltek piaskowych przez przega zo wanie ich gazem utw ardzajacym w szczelnym urzadze- niu, do którego na górze i na dnie przylaczone jest urza- dzenie, umozliwiajace obieg kolowy gazu, przy czym reakcje prow adzi sie w ten sposób, ze skladnik utw ardza- jacy reaktyw na zywice syntetyczna w prow adza sie do obiegu gazowego i za pom oca pom py gazowej przepu- szcza w ielokrotnie przez elem ent form ierski w postaci gazu utw ardzajacego - co stanowi drugi etap, znamienny tym, ze przed rozpoczeciem drugiego etapu zaw artosc gazu zm ieszanego z pow ietrzem pod cisnieniem atm osfe- rycznym w szczelnie zam knietym ukladzie zmniejsza sie, przez w ypom pow anie z przynajm niej jednego zbiornika podcisnieniow ego (15), podlaczonego do elem entu for- m ierskiego (1), (19) i wlaczonego w uklad (11) przew o- dów kolowego obiegu gazów, przy czym cisnienie pow ie- trza w elemencie form ierskim (1), (19) zmniejsza sie przy podjeciu czesciowego odpow ietrzenia elem entu form ier- skiego (1), (19), odpom pow ujac Fig 1 PL PL PL

Description

Zakres techniki: Wynalazek dotyczy dziedziny techniki odlewania metali oraz sposobu i urządzeń do wytwarzania rdzeni i form piaskowych w postaci elementów formierskich, które są oblewane lub wypełniane płynnymi metalami i ulegają zniszczeniu przy tym procesie odlewania. Te elementy formierskie wykonuje się z piasku wymieszanego z płynnymi żywicami syntetycznymi, które są utwardzane w rdzennicy lub skrzynce formierskiej na drodze reakcji z gazami zawierającymi składnik utwardzający.

Ściślej wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do wytwarzania elementów formierskich z piasku związanego utwardzonymi żywicami syntetycznymi, zwłaszcza rdzeni piaskowych w rdzennicy, dwustopniowo. Mianowicie w pierwszej operacji wypełnia się rdzennicę lub skrzynkę formierską masą piaskową, składającą się z piasku wymieszanego z płynną żywicą syntetyczną, a następnie przeprowadza się reakcję utwardzającą przez doprowadzenie gazu utwardzającego w szczelnie zamkniętym systemie, który obejmuje rdzennicę lub skrzynkę formierską i zawiera w górnej oraz dennej części dołączone obwodowe doprowadzenie gazu oraz pompę doprowadzającą ten gaz - w ten sposób, że składnik powodujący reakcję chemiczną utwardzenia żywicy syntetycznej wprowadza się albo w środowisko obojętnego nośnika gazowego, albo też doprowadza w postaci cieczy do obwodu doprowadzającego gaz, odparowuje składnik ciekły i przy pomocy pompy mieszaninę gazową utwardzającą przepuszcza się kilkakrotnie przez rdzennicę lub skrzynkę formierską - co stanowi drugi etap procesu.

Stan techniki: Wytwarzanie piaskowych elementów formierskich przeprowadza się w dużych seriach w rdzeniarkach dwustopniowo w następujący sposób. W pierwszej operacji do maszyny wprowadza się pustą rdzennicę albo skrzynkę formierską, której wewnętrzna przestrzeń albo pojemność odpowiada konturom formy piaskowej lub rdzenia. Następnie przykrywa urządzeniem do doprowadzenia masy formierskiej i wypełnia tą masą. Przy tym znany jest również proces techniczny polegający na tym, ze masę formierską lub rdzeniową wdmuchuje się sprężonym powietrzem do wnętrza - przy ciśnieniu do 7 barów. Odpowiednią rdzeniarkę (lub maszynę formierską) nazywa się rdzeniarką pneumatyczną, rdzeniarką dmuchającą lub rdzeniarką strzałową, a płytę zamykającą rdzennicę płytą zamykającą rdzeniarki , strzałowej lub pneumatycznej.

W drugiej operacji - pozostając przy tym samym przykładzie formowania rdzenia - płytę zamykającą zamienia się na urządzenie (płytę z dyszami) do doprowadzenia gazu i przepuszcza się mieszaninę gazów zawierającą czynnik reaktywny utwardzający zmieszaną z piaskiem żywicę syntetyczną, zalezme do rodzaju użytego środka wiążącego oraz składników gazu utwardzenie przebiega w ciągu sekund lub minut. Następnie wyjmuje się rdzennicę z rdzeniarki i gotowy do

169 703 użycia rdzeń z najczęściej dwudzielnej rdzennicy. Proces przepuszczania gazu utwardzającego przez mieszaninę piaskową nazywa się zwykle przegazowaniem.

Dla utwardzenia masy formierskiej albo kształtek z masy formierskiej na gotowe elementy można stosować kombinację dwóch zasad. Według jednej z tych zasad składnik wiążący tj. gotowa żywica synretyczna powstaje z dwóch składników żywicznych, które nie reagują ze sobą bezpośrednio, a które doprowadza się do reakcji chemicznej powodującej utwardzenie przez małą katalityczną ilość trzeciej substancji - zwanej katalizatorem - zawartej w gazach utwardzających. Według drugiej zasady masa piaskowa zawiera tylko jeden ciekły składnik z dwóch elementów żywicy syntetycznej - natomiast cały drugi składnik zawarty jest w doprowadzanej mieszaninie gazowej - zostaje z niej pobrany do reakcji powodując powstawanie utwardzonej żywicy.

Przy obu zasadach przebiegają, korzystnie już w normalnej temperaturze szybkie reakcje utwardzenia, przy czym dla przegazowania masy formierskiej dostarcza się strumień gazowy albo pod ciśnieniem albo też wsysa się go do rdzennicy lub skrzynki formierskiej przez podciśnienie.

Jako znane sposoby utwardzenia rdzeni przebiegające w temperaturze normalnej wymienia się proces przy pomocy CO 2 (ze szkłem wodnym jako substancją wiążącą), proces przy pomocy SO2 (z użyciem żywic furanowych lub furanowo-fenolowych), proces tzw. „zimnej skrzynki (żywice fenyloeterowe lub poliizocyjamany jako składniki wiążące, dwumetylo- lub trójmetyloaminą jako utwardzacz).

Zbliżony do procesu tzw. „zimnej skrzynki jest tzw. proces „Beta-set, w którym środkiem wiążącym wymieszanym z piaskiem jest żywica fenolowoformaldehydowa typu rezolu, a składnikiem utwardzającym jest ester kwasu mrówkowego z alkoholem o 1- 3 atomach węgla, a zwłaszcza mrówczan metylu. Mrówczan metylu może na przykład być pobierany ze zbiornika przez przepływające powietrze - i jako utwardzająca mieszanka gazowa doprowadzony do rdzennicy. Reakcja zachodząca w metodzie zwanej „Beta-set oraz cały proces opisane są na przykładzie opisu patentowego europejskiego EP 0086615 klasa Bi, który zawiera również przegląd kilku metod utwardzania.

Według konwencjonalnych metod utwardzania, z jednym wyjątkiem, który omawia się poniżej - gazowy składnik utwardzający stosuje się w wysokim nadmiarze w porównaniu do stosunku ilości obliczonej do żywicy syntetycznej wymieszanej z masą piaskową. Proces prowadzi się zwykle w ten sposób, że przepuszcza się strumień wciąż świeżego utwardzacza gazowego przez elementy z masy piaskowej.

Oczywistą wadą takiego stosowania utwardzacza gazowego w dużym nadmiarze jest to, że w odróżnieniu od nieszkodliwego gazu CO 2 podczas prowadzenia procesu utwardzenia trzeba stosować specjalne środki dla oczyszczenia powietrza i unieszkodliwiania nadmiaru nieobojętnych dla środowiska chemikalii jak np. SO2, alkiloaminy, alkilomrówczany i inne, nadmiar tych gazowych czynników utwardzających musi być oddzielony i wyłapany, co nastręcza znaczne trudności techniczne i zwiększa koszty prowadzenia procesu. Często stosuje się dodatkowo szczelną obudowę całych rdzeniarek lub maszyn formierskich dla zapobieżenia zanieczyszczenia atmosfery dużymi ilościami szkodliwych składników gazowych.

Oczywiście zanieczyszczenie środowiska oraz nakłady dla usunięcia tych gazowych środków utwardzających są szczególnie wysokie, jeżeli składniki te występują w gazach utwardzających nie tylko w ilościach katalitycznych, lecz w wielkich ilościach jako jeden ze składników reakcyjnych, do reakcji utwardzającej z wymieszanym w masie piaskowej drugim ciekłym składnikiem żywicy syntetycznej.

Mimo, że od dziesięcioleci wytwarzanie rdzeni prowadzi się przy użyciu gazowych składników utwardzających w nadmiarze stechiometrycznym i w związku z tym podejmowano znaczne wysiłki, aby nadmiar tych składników zbierać, unieszkodliwiać - a w żadnym wypadku nie wypuszczać do atmosfery, problem ten aż do dzisiaj nie znalazł zadowalającego rozwiązania. O ile dotychczas usiłowano, dla utwardzenia rdzeni, zmniejszyć potrzebną ilość gazu utwardzającego - zwykle te usiłowania ograniczały się do poprawienia przepływu tego gazu przez masą formierską, w celu przyspieszenia reakcji utwardzenia i lepszy kontakt między składnikiem ciekłym żywicy syntetycznej i utwardzaczem zawartym w gazie. Ponadto łączono z tym stosowanie gazu w możliwie szczelnie zamkniętym systemie, z czym łączyła się konieczność zbierania nadmiaru pozostałego po procesie gazu i następnie jego przerobu, polegającego na wydzieleniu składnika czynnego.

169 703

Stan techniki określają reprezentatywnie następujące opisy patentowe niemieckie: DE 25 26 875 (klasa B1), 26 20 303 (B2), 25 50 588 (B1), opis pantetowy europejski EP 0 128 974 (B1) oraz opis patentowy francuski FR 2 437 894.

O ile można oprzec się na tych dokumentach, ujawnione w nich procesy odnoszą srę do systemów żywic, które utwardza się katalitycznie działającymi gazami utwardzającymi, a nie są przedstawione żadne syntezy, przy których użyciu zawarty w masie piaskowej pierwszy składnik żywicy syntetycznej reaguje z drugim składnikiem reakcji, zawartym w gazie utwardzającym tworząc dwuskładnikową żywicą - jak to ma miejsce na przykład w tak zwanej metodzie „Beta-set“.

W opisie niemieckim DE 2526875 B1 oraz w związanym z nim opisie niemieckim DE 26 20 303 B2 i także w opisie niemieckim DE 25 50 588 B1 ujawnione są sposoby oraz urządzenia, których celem jest, nie wypuszczanie do atmosfery dodanego do mieszaniny gazów utwardzających katalizatora, lecz wykorzystanie go ponownie w nowym procesie utwardzania rdzeni.

Według opisów niemieckich DE 25 26 875 B1 i przynależnego DE 2620 303 B2, a poza tym według opisu niemieckiego DE 25 50588 B1 znane są sposoby i urządzenia, które mają na celu zastosowaną w znacznym nadmiarze mieszaninę gazu nośnego z katalizatorem gazowym, po jednorazowym przepływie poprzez układ piaskowy nie wypuszczanie do atmosfery, lecz użycia przy następnym nowym procesie utwardzania rdzeni.

Natomiast w przypadku opisu niemieckiego DE 25 50 588 B1 opuszczająca rdzennicę mieszanka gazowa zawierająca katalizator gazowy oraz gaz nośny jest poddawana frakcjonowanej destylacji, a odzyskaną frakcję, zawierającą katalizator dodaje się do zapasu katalizatora. Ten proces wymaga aparatury złożonej z trzech oddzielnych, zamkniętych obiegów gazowych, z odpowiednim rozgałęzieniem i połączeniami, a mianowicie: obiegu gazu przez rdzennicę we właściwym procesie utwardzania, obiegu dla wydzielania katalizatora i obiegu dla wytwarzania i wpuszczania nowej mieszanki gazów utwardzających. Dlatego konieczne urządzenia dla tego sposobu są odpowiednio skomplikowane i złożone w budowie.

Według opisu patentowego europejskiego EP 0 128 974 B1, który dotyczy maszyny do wytwarzania form odlewniczych i rdzeni z piaskowej masy formierskiej przy zastosowaniu zasady wstrzałowego ładowania próżniowo-pneumatycznego, rezygnuje się z ponownego stosowania w nadmierze przepuszczonego przez zamkniętą rdzeniarkę katalizatora gazowego, przy czym gaz ten, częściowo wraz z powietrzem płuczącym rdzeniarkę po utwardzeniu masy piaskowej, kieruje się do rur zbiorczych i następnie do urządzenia absorbującego o dużych wymiarach. Transport gazu do absorbera odbywa się przy pomocy urządzenia podciśnieniowego (0,95 bara), które powoduje łagodny przepływ gazu utwardzającego przez rdzennicę. Urządzenie opisane w opisie patentowym europejskim EP0 128974 B1 ma na celu spełnienie zmiennych warunków, związanych z różnymi gatunkami masy piaskowej i w związku z tym z różnymi warunkami procesu przy wstrzeliwaniu i zagęszczaniu masy piaskowej dla nadania jej większej wytrzymałości, a z drugiej strony ponadto przyspieszenie czasu utwardzania uformowanych kształtek przez równomierny przepływ gazu utwardzającego. W tym celu rdzennica wyposażona jest w bocznych ścianach i dnie w dysze szczelinowe, które prowadzą do dwu bocznych i jednej dolnej komór gazowych, z których niezużyty gaz utwardzający wsysany jest do absorbera. Rdzennicę należy obsługiwać odpowiednimi wentylami w taki sposób, żeby zużyte do transportu pneumatycznego wstrzeliwane masy powietrza przechodzące przez rdzennicę odprowadzane były do atmosfery i by w procesie przegazowania i następnego płukania powietrzem mieszanka gazów oraz powietrze uchodzące z rdzennicy skierowane były do absorbera.

Wreszcie według francuskiego opisu patentowego FR24 37 894 opisane jest urządzenie do utwardzania rdzeni przy pomocy katalizatora (np. aminy), przy którym w przeciwieństwie do omówionych poprzednio procesów strumień gazu utwardzającego nie przepływa tylko jednorazowo, lecz jest wielokrotnie przepompowywany przez rdzennicę. Prowadzi się to przy pomocy urządzenia do obiegu kołowego gazów, które przyłączone jest do dna oraz góry rdzennicy i zaopatrzone w pompę wymuszającą wielokrotny obieg gazu. Celem tego sposobu jest zapewnienie równomiernego i dobrego kontaktu między elementami z masy piaskowej i gazu, dokładnego przegazowania całej zawartości rdzennicy. Jednocześnie usiłuje się w ten sposób ograniczyć zużycie katalizatora. Proces wykonuje się w ten sposób, ze dowolną metodą (lecz raczej nie na drodze wstrzałowej) załadowaną piaskiem formierskim rdzennicę podłącza się do gazowego obiegu koło6

169 703 wego, na początku zawarte w zamkniętym układzie powietrze przy pomocy pompy gazowej przepompowującej obiegowo układ, wprowadza do zamkniętego układu w postaci gazowej lub płynnej katalityczne ilości utwardzacza po stronie zasysającej pompy.

Wydaje się jednak, że proces według patentu francuskiego FR 2 437 894, przy którym przepuszczanie mieszanki powietrza zmieszanego z katalizatorem utwardzającym prowadzi się w obiegu kołowym, nie znalazł praktycznego zastosowania przy wytwarzaniu rdzeni.

Opisany we francuskim opisie patentowym FR 2 437 894 sposób wykonania nie nadaje się też do stosowania w przypadku rdzennic i skrzynek formierskich napełnianych techniką wstrzeliwania pneumatycznego, która najbardziej stosowana jest w produkcji wielkoseryjnej. Ponadto sposób i urządzenie opisane we francuskim opisie patentowym FR 2 437 894 nie nadaje się do utwardzania rdzeni w przypadku systemów, w których masa piaskowa zawiera tylko jeden ze składników żywicy syntetycznej, natomiast drugi składnik do reakcji wytwarzania żywicy dostarczany jest w strumieniu gazu utwardzającego. A więc trzeba go dostarczyć w dużych ilościach. Opisane urządzenie, przeznaczone do przyjęcia małej ilości składnika katalitycznego, nie jest w stanie przyjąć dużych ilości gazu, stosowanych jako składnik reakcji. Dla zilustrowania tego - w przykładzie podanym we francuskim opisie patentowym FR 2 437 894 do utwardzania kształtki z masy formierskiej o wadze 400 g stosuje się 17 ml katalizatora dodanego do nośnika gazowego cyrkulującego w zamkniętym układzie - około 101 powietrza pod ciśnieniem atmosferycznym. Ten niewielki dodatek praktycznie nie zmienia wielkości ciśnienia.

Natomiast w przypadku utwardzania rdzeni w oparciu o dwuskładnikową komponentę ze sztucznej żywicy, pierwszy składnik reakcyjny zostaje wmieszany w masę piaskową, zaś drugi składnik reakcyjny, gaz utwardzający, zostaje zwykle doprowadzany w gazie nośnym, przy czym wprowadzenie tak wielkich ilości gazów, które mogą się zmieścić w przestrzeni zamkniętego układu, urządzenie według opisu patentowego francuskiego FR 2 437 894 wogóle nie byłoby w stanie pomieścić takich koniecznych ilości gazu utwardzającego.

Ponadto zasadniczą niedogodnością sposobu według francuskiego patentu FR 2 437 894 jest to, że nie byłoby możliwe pierwsze przegazowanie kształtek z masy piaskowej mieszaniną gazów zawierającą wysokie stężenie czynnika utwardzającego - gdyż składnik utwardzający byłby znacznie rozcieńczony dużą ilością powietrza jeszcze przed pierwszym kontaktem z masą formierską.

Należy stwierdzić, że środowisko fachowe pomimo znajomości francuskiego opisu patentowego FR 2 437 894 nie odstąpiło od praktyki utwardzania kształtek formowanych z masy piaskowej nadal przez jednorazowe tylko przepuszczenie mieszaniny gazowej utwardzającej. Z drugiej strony nie zdołano przewidzieć i doprowadzić do rozwoju odpowiednich mieszanin, które przy zastosowaniu podanych we francuskim opisie patentowym FR 2 437 894 zasad pozwalałyby na uzyskanie wysokiego stopnia wykorzystania mieszaniny gazów utwardzających w przypadku jeżeli mieszanina ta zawiera nie tylko katalizator, lecz rzeczywisty składnik reakcji potrzebny do syntezy żywicy w reakcji z drugim składnikiem zawartym w masie formierskiej, ponadto zaś, przez składnik gazowy reakcji podawany w wysokim nadmiarze stechiometrycznym.

W przeciwieństwie do przedstawionego stanu techniki celem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania elementów z masy formierskiej piaskowej związanej żywicą syntetyczną przez utwardzanie kształtek z masy formierskiej lub rdzeniowej w skrzynkach formierskich lub rdzennicach przy pomocy nośnej mieszaniny utwardzającej powietrzno-gazowej, stanowiącej składnik reakcji, doprowadzonej w wielkich objętościach i w taki sposób, żeby po przeprowadzeniu reakcji utwardzenia wolne gazy mogły być wypuszczane wprost do atmosfery, bez konieczności stosowania specjalnych środków dla zniszczenia lub usunięcia szkodliwych dla zdrowia składników z tej mieszaniny gazowej lub ich wyizolowania w celu ponownego zużycia. To zadanie odnosi się w szczególności do dwuskładnikowych układów reaktywnych, w których jeden składnik reaktywny pozwalający na wytworzenie żywicy znajduje się w kształtowanej masie formierskiej, a drugi składnik reakcji doprowadzony jest w gazowej mieszaninie utwardzającej, przy czym doprowadzony w ilości takiej, która nie przekracza lub tylko w niedużym stopniu przekracza ilość odpowiadającą teoretycznemu stosunkowi zużycia. Tak więc po przeprowadzeniu procesu utwardzania i otwarciu zamkniętego systemu do atmosfery uwalniane są w tym procesie gazy zawierające na tyle niską koncentrację szkodliwych składników, że nie przekracza ona dopuszczalnych norm emisji. W ten sposób wynalazek służy celowi, który pozwala na wytwarzanie rdzeni w technice napełniania rdzennicy metodą pneumatyczno-wstrzałową.

169 703

Wychodząc z podanej w patencie francuskim FR 2 437 894 techniki utwardzania przedmiotów z masy formierskiej rozwiązuje się zadanie utwardzania tej masy według procesu określonego w zastrzeżeniu 1 przy pomocy urządzenia określonego w zastrzeżeniu 6.

Istota wynalazku, którym jest sposób wytwarzania związanych żywicami syntetycznymi form i rdzeni piaskowych do odlewania metalu w maszynach kształtujących rdzenie w dwóch etapach wytwarzania, a mianowicie formowania kształtek z masy piaskowej przez napełnianie elementu formierskiego masą piaskową, składającą się z mieszaniny piasku formierskiego z płynną wiążącą żywicą syntetyczną, której składnik ze sztucznej żywicy jest utwardzony za pomocą składnika utwardzającego w postaci gazowej przechodzącej przez kształtkę piaskową w pierwszym etapie wytwarzania, a następnie na przeprowadzeniu reakcji utwardzania kształtek piaskowych przez przegazowanie ich gazem utwardzającym w szczelnym urządzeniu, do którego na górze i na dnie przyłączone jest urządzenie, umożliwiające obieg kołowy gazu, przy czym reakcję prowadzi się w ten sposób, ze składnik utwardzający reaktywną żywicę syntetyczną wprowadza się do obiegu gazowego i za pomocą pompy gazowej przepuszcza wielokrotnie przez element formierski w postaci gazu utwardzającego- co stanowi drugi etap, polega na tym, że przed rozpoczęciem drugiego etapu zawartość gazu zmieszanego z powietrzem pod ciśnieniem atmosferycznym w szczelnie zamkniętym układzie zmniejsza się, przez wypompowanie z przynajmniej jednego zbiornika podciśnieniowego, podłączonego do elementu formierskiego i włączonego w układ przewodów kołowego obiegu gazów, przy czym ciśnienie powietrza w elemencie formierskim zmniejsza się przy podjęciu częściowego odpowietrzenia elementu formierskiego odpompowując ogólnie tyle powietrza, by ta ilość w przybliżeniu odpowiadała ilości doprowadzonej następnie do układu urządzenia gazowej mieszanki, składającej się z nośnika gazowego i gazu utwardzającego albo też objętości po zupełnym odparowaniu dostarczonego w postaci płynnej czynnika utwardzającego i że przy wykonywaniu drugiego etapu prawie równocześnie z wprowadzeniem czynnika utwardzającego do obiegowego przewodu gazowego w pobliżu wejścia do elementu formierskiego zamkniętego układu odpowietrza się element formierski przez otwarcie zbiornika podciśnieniowego zmniejszając ciśnienie powietrza, aż do zassania gazu reakcyjnego do wnętrza urządzenia i poprzez kształtki z masy piaskowej jako pierwszej części drugiego etapu, a następnie wielokrotne przepompowywanie gazów pompą przez kształtkę z masy piaskowej aż do jej właściwego utwardzenia w zamkniętym urządzeniu - co stanowi drugi etap przegazowania.

Korzystne jest, gdy dla utwardzenia kształtek z masy piaskowej stosuje się reaktywną żywicę syntetyczną złożoną z dwóch składników, z których jeden znajduje się w masie piaskowej, a drugi składnik stanowi substancję-utwardzającą.

Również korzystne jest, gdy używany w ciekłej postaci składnik utwardzający wtryskuje się do ogrzewanego odparowalnika, osadzonego w przewodzie obiegu kołowego gazów, a przepompowywanie gazu w zamkniętym obiegu rozpoczyna się przed momentem zakończenia dodawania całej ilości składnika utwardzającego.

Korzystne jest też, gdy w pierwszym etapie operacji przegazowania, przetłacza się gaz utwardzający przewodem gazu utwardzającego przez kształtkę z masy piaskowej w kilku impulsach, między którymi występują przerwy.

Poza tym korzystne jest, gdy dla napełnienia rdzennicy lub skrzyni formierskiej stosuje się technikę pneumatycznego wstrzeliwania masy piaskowej, przy ciśnieniu powietrza korzystnie do 7 barów.

Sposób ten w drugim etapie realizowany jest przy zastosowaniu elementu formierskiego w postaci rdzeniarki, rdzennicy, skrzynki formierskiej, z płytą do przegazowania i podłączonej z jednej strony do płyty, a z drugiej do dna elementu formierskiego, przewodu obiegowego gazu z wbudowną pompą gazową, a elementy formierskie, współpracujące ze sobą mają przynajmniej jedną boczną oraz co najmniej jedną denną komorę odbiorczą gazu, przy czym komory połączone są z elementami formierskimi przez dysze szczelinowe w ścianach elementów formierskich, którego istota polega na tym, że co najmniej jeden zbiornik podciśnieniowy, znajdujący się na przewodzie obiegowym gazu z zaworami i z pompą gazową, mającą wielodrożny zawór, ma odpowiedniej wielkości pojemność, zaś elementy formierskie, mają połączony z boczną komorą zawór oraz umieszczony w dolnej, dennej komorze gazowej wielodrożny zawór, połączony z kanałem obiegowym gazów, przy czym zawory, łącznie z podłączoną pompą, są połączone z wielodrożnym

169 703 zaworem, poza tym elementy formierskie, stanowiące otwartą od góry płytę formierską, mającą dysze szczelinowe na dnie, połączone do zintegrowanego ze skrzynią i obejmującego ją kanału przepływu gazu, oraz płytę do przegazowania, szczelnie zamykającą skrzynię formierską, zaopatrzoną w kanał gazowy, przy czym kanały są ze sobą połączone, a przewód, przeprowadzony przez płytę do przegazowania, połączony z przewodem gazowym, łączy płytę do przegazowania z kanałem.

Korzystne jest, gdy zbiornik podciśnieniowy stanowi kilka, równolegle połączonych zbiorników o różnej pojemności.

Również korzystne jest, gdy przewód gazowy i przewód doprowadzający mają zawory jednostronne. Także korzystne jest, gdy na przewodzie gazowym przed płytą przegazowującą usytuowany jest odparowywalnik z urządzeniem dawkującym.

Wynalazek objaśnia się na przykładach oraz na czterech przykładowych i schematycznych rysunkach ogólnie, a następnie szczegółowiej.

Rysunki przedstawiają:Fig. 1 .Zasadnicze podstawy budowy urządzenia według wynalazku do przegazowania uformowanego w rdzennicy przedmiotu z masy piaskowej przy pomocy mieszaniny gazów zawierającej nośnik oraz czynnik utwardzający (doprowadzony z nieoznaczonego na rys. źródła).Fig.2.- Odmiana urządzenia, przedstawionego na fig. 1 przystosowana do przegazowania kształtek z masy piaskowej składnikiem utwardzającym, wprowadzonym do urządzenia w postaci cieczy odparowywanej. Fig. 3.- Rdzennica odpowiadająca przedstawionym na fig. 1 i 2 urządzeniom (lecz o zmienionych konturach wewnętrznej przestrzeni) wraz z kilkoma współpracującymi z nią dodatkowymi urządzeniami, służącymi do napełniania rdzennicy masą piaskową na drodze pneumatyczno-wstrzalowej i następnie przegazowanie uformowanych kształtek z tej masy, więcej szczegółowo. Fig. 4. - Otwarta od góry skrzynka formierska ze szczelnie nałożoną płytą do przegazowania metodą według wynalazku wytworzonych w tej skrzynce kształtek z formierskiej masy piaskowej.

Drogi wykonywania wynalazku. Objaśnienie wynalazku odnośnie aspektów procesu według tego wynalazku dla przegazowania kształtek piaskowych w celu utwardzenia przedmiotów z masy piaskowej związanej przez żywicę syntetyczną, w dwóch operacjach przegazowania następuje na podstawie fig. 1 i 2 i przy uwzględnieniu objaśnień całego procesu wytwarzania utwardzonych i związanych żywicą syntetyczną rdzeni piaskowych - a więc w rdzeniarce wstrzałowo-pneumatycznej, przez wstrzeliwanie masy rdzenia i następnie utwardzenie na drodze przegazowania w rdzennicy.

Ukazana na fig. 1 do 3 rdzennica 1 służy do wytwarzania rdzeni z masy piaskowej przez formowanie pneumatyczno-wstrzałowe i następnie przegazowanie w zamkniętym układzie w pustej przestrzeni 2 rdzennicy 1 uformowanej kształtki piaskowej (nie zaznaczonej na rys.) gazem utwardzającym, który powoduje utwardzenie wiążącej piasek żywicy syntetycznej, przy czym w dwustopniowej operacji wpierw przepuszcza, się gaz utwardzający przez tę kształtkę z masy piaskowej - a następnie w drugim przepompowaniu przetłacza się jeszcze kilkakrotnie zawarty w systemie gaz, zawierający pozostałą resztę nie zużytego składnika utwardzającego aż do pełnego utwardzenia masy.

Dla osiągnięcia powyższego celu, zasadnicze części konwencjonalnej rdzennicy 1 są przyłączone do nie pokazanej na rysunku rdzeniarki, przy czym na fig. 1 i 2 pokazano rdzennicę w stanie gotowym do pracy, przykrytą szczelnie płytą do przegazowania 3, podobnie jak w wymienionym w stanie techniki patencie europejskim EP 1 128 974 B1, z trzema komorami do przejęcia gazu 5 i 6, z których dwie 5 przylegają po przeciwnych stronach do rdzennicy 1, zaś pozostała 6 jest usytuowana pod jej dnem, a równocześnie komory 5 są wyposażone, względnie połączone z zaworami 7, zaś komora 6 z zaworem 8.

Powyższe rozwiąznie szczegółowo pokazano na fig. 3, na której wnętrze 2 rdzennicy 1 jest połączone z komorami 5 poprzez dysze szczelinowe 9, zaś z komorą 6 za pośrednictwem dyszy szczelinowych 10 - dla umożliwienia przepływu gazu. Jak dotąd wyżej opisany zestaw odpowiada w zasadzie znanym urządzeniom, przy czym dla wykonania wynalazku rdzennica 1 może stanowić konstrukcyjną całość wraz z komorami 5 i 6, względnie też komory te mogą stanowić odrębne części rdzeniarki.

169 703

Przyłączone do komór 5 zawory 7 stanowią zawory odcinające, otwierające się do „atmosfery, natomiast połączony z komorą 6 zawór 8 jest zaworem dwu lub trójdrożnym, pozwalającym między innymi - albo na wypuszczenie przepływających gazów do „atmosfery, albo na zawrócenie ich do obiegu kołowego (cyrkulacji) przewodem 11.

Obiegowy przewód gazowy 11 prowadzi na końcu do płyty do przegazowania 3 i przechodzi przez zbiornik próżniowy 15, który może być odpowietrzany poprzez połączoną z nim pompę 12. Odpowietrzenie zbiornika 15 następuje albo przez ustawienie w odpowiedniej pozycji trójdwudrożnego zaworu 8 tak, żeby przewód gazowy 11 był zamknięty, albo też za pomocą usytuowanego przed zbiornikiem zaworu odcinającego 16, w takim wypadku wypompowane ze zbiornika próżniowego 15 powietrze kierowane jest do atmosfery za pomocą zamontowanego za pompą 12, w przewodzie gazowym 11 trój-dwudrożnego zaworu 17. Po odpowietrzeniu zbiornik podciśnieniowy 15 ma taką pojemność, że wystarcza ona do pomieszczenia całej objętości gazu znajdującego się w układzie przy zachowaniu ciśnienia tego systemu. Jest to zbliżone do tej ilości gazu, jaką musi pomieścić zamknięty układ przy wprowadzaniu gazu utwardzającego (tzn. mieszaniny nośnika gazu i gazu utwardzającego względnie w przypadku stosowania dodatku płynnej substancji utwardzającej ilość par jaka w niej powstaje).

Do doprowadzenia początkowego strumienia gazu utwardzającego ze źródła tego gazu obwodowego cyrkulacyjnego przewodu 11 (na fig. 1) służy doprowadzenie gazu 4 z jednokierunkowym przepustem - zaworowym 14, przy czym przewód obwodowy 11 przed złączeniem z przewodem 4 jest również zaopatrzony w zawór z jednostronnym przepustem 13.

W przypadku wprowadzenia ciekłej substancji utwardzającej do przewodu obiegowego 11 (fig. 2) służy najlepiej działające dawkowo urządzenie dozujące 23, które ciekłą substancję utwardzającą zasysa ze zbiornika 241 wtryskuje do znajdującego się w przewodzie obiegowym 11 gazu ogrzewanego odparowywacza 25. Zawór zwrotny 13 nie jest konieczny w przewodzie obwodowym 11 gazu.

Przewód cyrkulacyjny 11 może być poza tym również zaopatrzony w filtr usuwający pył i wyłapujący inne zanieczyszczenia 18, który służy zwłaszcza do ochrony pompy gazowej 12.

Wytwarzanie rdzeni piaskowych przy pomocy urządzeń przedstawionych na fig. 1 i 2 zaczyna się od uformowania kształtek z masy piaskowej w rdzennicy 1. W tym celu mieszaninę piasku formierskiego z wiążącą żywicą syntetyczną wstrzeliwuje się pneumatycznie w znany sposób do rdzennicy 1, przy czym powietrze transportujące masę oraz nadmiar powietrza transportujące*go masę oraz nadmiar powietrza wypartego z wnętrza rdzennicy 1 przechodzi przez dysze szczelinowe 9 i 10 do komór 5, 6, a z nich przez otwarte zawory 7 i 8 do atmosfery.

Dla przygotowania przegazowania uformowanych w rdzennicy kształtek z masy piaskowej wymienia się płytę wstrzałową na płytę 3 do przegazowania, zamyka zawory 7, a zawór 8 przełącza się tak żeby otworzyć przelot do przewodu cyrkulacyjnego 11 albo też tak, żeby również przewód 11 był odcięty. Jeżeli zawór 8 jest otwarty do przewodu 11, to należy zamknąć zawór 16. Potem odpowietrza się zbiornik podciśnieniowy 15 przy pomocy pompy gazowej 12 przez zawór 17 do atmosfery i utrzymuje podciśnienie w tym zbiorniku 15 albo przy pracującej pompie 12, albo też, po wyłączeniu pompy 12 przez przełączenie zaworu 17 tak, że ten zawór odcina połączenie z przewodem 11.

Następnie rozpoczyna się proces przegazowania w ten sposób, że wraz z rozpoczęciem doprowadzenia gazu utwardzającego do szczelnie zamkniętego układu gazowego, korzystnie synchronicznie z tym albo z małym wyprzedzeniem lub opóźnieniem, przy pracującej pompie 12 i przy otwartym zaworze 17 prowadzącym do przewodu 11 otwiera się również zamknięte dotąd zawory 8 względnie 16 do przewodu 11 i odpowietrzony zbiornik podciśnieniowy napełnia się przy tym natychmiast gazem. W tym czasie kierunek strumienia gazu do zbiornika 15 prowadzi z rdzennicy 1 i przylegającej do jej dna komory 6, z której natychmiast pod działaniem wysokiego podciśnienia odessana zostaje również część pozostałego uprzednio w rdzennicy powietrza i doprowadzony do układu gaz utwardzający, przeciągnięty zostaje przez kształtkę z masy piaskowej.

Wprowadzenie utwardzającej substancji następuje przy urządzeniu przedstawionym na fig. 1 przez doprowadzenie mieszaniny gazowej nośnika i właściwego utwardzacza, przewodem 4, przy

169 703 czym ciśnienie przed płytą 3 nakrywającą rdzennicę wynosi korzystnie około lub nawet powyżej 1,5 bara.

Dla uniknięcia nieporozumień wyjaśnia się, że wszystkie ciśnienia podane w opisie i zastrzeżeniach patentowych podawane są w wartościach absolutnych - to znaczy pełna próżnia 0 bar, ciśnienie atmosferyczne 1,0 bar.

W przypadku urządzenia według fig. 2 doprowadza się substancję utwardzajcą w postaci ciekłej, przy czym urządzenie dozujące 23 ze zbiornika zapasowego 24 wtryskuje określoną ilość ciekłego utwardzacza do ogrzewanego odparowalnika, w którym utwardzacz przechodzi w postać gazową i jako składnik gazu utwardzającego zostaje doprowadzony do płyty 3 do przegazowania.

Kiedy już cały dodatek substancji utwardzającej przeniknie przez kształtkę lub kształtki z masy piaskowej pod wpływem ssania wypełniającego się gazem utwardzającym ze zbiornika próżniowego 16, przechodząc przez kształtkę rdzennicy 1, oznacza to zakończenie pierwszego etapu przegazowania. Operację tą kontynuuje się w drugim etapie przez przepompowywanie znajdującej się w układzie mieszaniny gazów utwardzających, utrzymując cyrkulację w układzie mieszaniny gazowej przez czas ustalony doświadczalnie aż do chwili, kiedy kształtka z masy piaskowej zostanie utwardzona na użyteczny rdzeń.

W przypadku techniki wprowadzania utwardzacza jako mieszaniny gazów składającej się z nośnika gazowego oraz właściwego reaktywnego gazu utwardzającego - w urządzeniu według fig. 1, drugi etap procesu przegazowania rozpoczyna się dopiero po zakończeniu etapu pierwszego, kiedy według sposobu utwardzacz wtryskuje się w postaci płynnej do odparowalnika - urządzenia według fig. 2, może być korzystne włączenie pompy gazowej przepompowującej i rozpoczęcie cyrkulacji gazu - a więc formalnie drugiego etapu operacji - zanim jeszcze w pełni zakończy się wtryskiwanie całej ilości płynnej substancji utwardzającej, ponieważ wówczas znajdująca się w odparowalniku 25 powstająca mieszanka gazowa utwardzająca może zostać wprowadzona przez płytę 3 do przegazowania pod wyższym ciśnieniem.

Po zakończeniu przegazowania wyłącza się obieg gazów przez wyłączenie pompy gazowej 12 oraz/albo otwarcie co najmniej jednego z zaworów 7, 8, 17, wyjmuje się następnie rdzennicę z rdzeniarki, a potem utwardzony rdzeń z rdzennicy.

Wymieniony wyżej kierunek obiegu gazów z komory dennej 6 rdzennika 1 do wypełniającego się zbiornika podciśnieniowego 15 jest uwarunkowany urządzeniem według fig. 2 działaniem pompy gazowej 12 albo też działaniem przy zamknięciu przewodu obiegowego 11 zaworem 17, a ponadto na urządzeniu według fig. 1 kierunek ten jest zabezpieczony zaworem zwrotnym 13.

Podczas prowadzenia procesu przegazowania z powodu zamkniętych zaworów 7 nie zachodzi zassanie gazu utwardzającego do komór 5 zasysających gaz ani fałszywego powietrza z komór 5 zasysających gaz w znaczniejszym zakresie, tak, że całkowity strumień gazu utwardzającego przechodzącego przez kształtkę piaskową poprzez płytę 3 w komorze rdzennicy 1 i przez szczeliny przegazowujące 10 zostają wypuszczone z komory rdzennicy 1.

Przy dokonywaniu drugiego etapu przegazowania przez przepompowywanie gazu zamkniętego układu obwodowego według fig. 1 i 2 za pomocą pompy 12 panuje praktycznie przed pompą 12 ciśnienie 0,5 bara, a za pompą 12 ciśnienie 1,5 bara.

W stanie techniki, dotyczącym konwencjonalnego przegazowania przez tylko jednorazowe przepuszczenie gazu utwardzającego przez rdzennicę lub skrzynkę formierską znane jest wprowadzenie mieszanki gazów utwardzających w sposób impulsowy (kilka taktów), tak aby przechodząc przez kształtkę z masy piaskowej gaz utwardzający przebywał w niej przez dłuższe okresy czasu, miał lepszy kontakt i dłuższy czas reakcji. Taki sposób prowadzenia procesu możliwy jest również przy zastosowaniu procesu oraz urządzenia według wynalazku.

W przypadku stosowania mieszaniny gazów składającej się z gazowego nośnika oraz gazu utwardzającego (fig. 1) można gazy te wprowadzać z ich źródła impulsami w ten sam znany sposób, albo też- do chwili kiedy zbiornik podciśnieniowy 15 jeszcze się nie wypełni, przez okresowe zamykania i otwieranie jednego z zaworów 8 i 16, nie przerywając przy tym dopływu strumienia gazowego ze źródła, jest to jednocześnie korzystne z tego powodu, że wówczas w rdzennicy i

169 703 11 kształtkach z masy piaskowej występuje pulsujące ciśnienie okresami podwyższone - co wpływa na zwiększenie wymiany gazowej i podnosi czynne stężenie składnika utwardzającego.

W przypadku stosowania płynnej substancji utwardzającej (fig. 2), którą przeprowadza się w fazę gazową w odnarowalniku 25, można pulsujące doprowadzenie gazu utwardzającego zapewnić w czasie pierwszego etapu reakcji przy działającej pompie gazowej 12 również przez okresowe zamykanie i otwieranie jednego z zaworów 8 i 16. Można to również uzyskać przez wtryskiwanie płynnego składnika utwardzającego nie w sposób ciągły, ale w kilku porcjach - w takim jednak przypadku nie następują pauzy w przepływie gazu przez utwardzane kształtki piaskowe.

Jak się okazało przy dalszym rozwinięciu sposobu przegazowywania według wynalazku, właśnie silne odessanie powietrza zawartego w samej masie piaskowej i w całym układzie, jeszcze przed pierwszym kontaktem gazu utwardzającego z utwardzanymi kształtkami z masy piaskowej, przyspiesza szybkość i całkowitość reakcji utwardzenia zawartej w masie piaskowej żywicy syntetycznej gazem utwardzającym jako drugiego składnika reakcji, tak że rzeczywiście, stosując prawie że dokładnie ilościowo obliczoną substancję utwardzającą w stosunku do części wiążącej masę piaskową uzyskuje się całkowite wysycenie tej substancji wiążącej, jak to wykazują niżej podane przykłady przeprowadzonych prób. Na te wyniki ma wpływ, dzięki możliwościom stworzonym przez wynalazek, również możliwość całkowitego odciągnięcia powietrza ze wszystkich przewodów i przestrzeni całego układu aparatury tak, że gaz utwardzający dochodzi do działania w stężeniu możliwie obniżonym przez domieszkę powietrza.

Jak to opisano powyżej, usunięcie powietrza jest przy tym uwarunkowane głównie odpowietrzeniem zbiornika 15 i jest zależne od jego pojemności oraz od stopnia odciągnięcia powietrza. Jak to wynika z wyżej podanych wyjaśnień - ilość wypompowanego powietrza powinna odpowiadać mniej więcej ilości gazu, która zostaje następnie doprowadzona do układu lub też w nim wytworzona, w celu przegazowania kształtek z masy piaskowej. To oznacza, że w układzie po wprowadzeniu gazu utwardzającego powinna znajdować się w przybliżeniu taka ogólna ilość gazów, że ich ciśnienie teoretycznie powinno odpowiadać ciśnieniu atmosferycznemu. W praktyce warunki są jednak inne, ponieważ gaz utwardzający reaguje z pierwszym składnikiem żywicy syntetycznej zawartym w mieszaninie piskowej i z tego powodu jego ilość w układzie musi się zmniejszać, co powoduje oczywiście stopniowy spadek ciśnienia w zamkniętym układzie.

Ten spadek ciśnienia może po prostu być tolerowany, gdyż nie wpływa on w znaczny sposób na wynik utwardzania rdzeni. Można mu również w pewnym stopniu przeciwdziałać w ten sposób, że ilość odciągniętego powietrza przy użyciu zbiornika 15 reguluje się w taki sposób, aby uwzględnić ubytek gazów zachodzący przy procesie utwardzania przynajmniej w pewnym stopniu. Jakkolwiek przedstawiają się praktyczne warunki, przy sposobie według wynalazku, w którym proces prowadzi się przy użyciu dopełniania gazów w zamkniętym urządzeniu, pomijając wszystko inne, tak by odpowiadało ciśnieniu normalnemu albo pewnemu podciśnieniu lub też pewnemu nadciśnieniu. Jednak nawet przy takiej ilości gazu, która w odniesieniu do objętości urządzenia odpowiada ciśnieniu normalnemu panują przy działającej pompie gazowej 12 w różnych częściach układu różnice ciśnienia zwykle od około 1,5 bara do 0,5 bara.

Należy jednak unikać zbyt dużych nadciśnień, by nie zachodziło wydobywanie się zbyt dużej ilości gazów, a zwłaszcza składnika reaktywnego utwardzającego z aparatury, gdzie rdzennica 1 jest złożona z kilku części i uszczelniona przez dociśniętą płytę 3 do nagazowania.

Aby użyteczność przedstawionych na fig. 1 i 2 urządzeń dopasować lepiej do różnych ilości gazów, które trzeba wprowadzać do systemu dla przegazowania wyrobów przy zmianach produkcji, można zamiast jednego zbiornika próżniowego 15, zastosować kilka równolegle włączonych zbiorników 15, z których każdy zaopatrzony jest w zawór odcinający 16. W ten sposób powstaje wiele możliwości dopasowywania układu aparatury do przegazowania do zróżnicowanych warunków - gdy na przykład wielkość wytwarzanych kształtek formierskich i ewentualnie ilość stosowanej żywicy utwardzającej (na przykład w zależności od ilości środka wiążącego w masie piaskowej) zmieniając się w każdej z serii produkowanych kształtek, lub gdy podciśnienie do wchłonięcia gazu utwardzającego w postępowaniu przegazowywania musi być nastawione na inne wartości wyjściowe.

Ponieważ każdy z tych, ewentualnie różniących się zbiorników podciśnieniowych 15, można dowolnie podłączać, albo też stosować dowolną kombinację kilku z tych zbiorników 15, włączając niektóre, a wyłączając inne z akcji.

169 703

Na koniec podaje się jeszcze jedną możliwość, w myśl wynalazku dostosowania ilości gazu obojętnego układu przegazowującego w stosunku do stężenia gazu utwardzającego - utrzymując je niskie, a potem korzystnego zwiększenia podciśnienia w aparaturze, umożliwiającego lepsze doprowadzenie gazów reakcyjnych przy pierwszym przegazowaniu. Oba te efekty korzystnie można rozwinąć, jeżeli nie tylko odpowietrza się sam zbiornik 15, ale ponadto wysysa się również częściowo powietrze z obszaru samej rdzennicy 1 przed przegazowaniem. Wykonuje się to po nałożeniu płyty do przegazowania 3 również przez włączenie pompy 12 poprzez zbiornik 15, następnie zamyka się zawór 8 lub 16 i zbiornik, albo też kilka zbiorników podciśnieniowych 15 odpowietrza się az do końca.

Urządzenie przedstawione na fig. 4 (zbiornik ewentualnie zbiorniki podcIśnienIowt, zawory oraz inne szczegóły nie uwidocznione) przedstawia skrzynię formierską 19 otwartą od góry, przystosowaną do wytwarzania kształtek piaskowych 2a o prostych kształtach i niezbyt dużej grubości. Skrzynka formierska 19 nadaje się do stosowania również w rdzeniarce i po napełnieniu jej na drodze pneumatyczno-wstrzałowej - albo przez załadowanie w jakikolwiek inny konwencjonalny sposób masą piaskową pomieszaną z żywicą syntetyczną, nakrywa się płytą do przegazowania 20. Przy zastosowaniu według fig. 1 i 2 przedstawionej techniki przegazowania kształtka piaskowa zostaje tak przegazowana, że mieszanka gazowa po zakończeniu dostarczania gazu utwardzającego (pierwszy etap procesu przegazowania) zostaje przetransportowana przez tę kształtkę 2a. Mieszanina gazów - gazu utwardzającego i nośnika gazowego przechodzi przewodemcyrkulacji obwodowej 11 łączącym się z wylotem doprowadzającym 4 (z nie przedstawionego źródła gazu) do płyty do przegazowania 20, następnie poprzez kształtkę piaskową utwardzaną 2a i przez dysze szczelinowe 10 na dnie skrzynki formierskiej 19 do jednego lub kilku przewodów odprowadzających gazy 21, które otaczają skrzynkę formierską i są z nią zintegrowane, a stąd do jednego lub kilku kanałów 22, zintegrowanych z płytą do przegazowania 20, które łączą się z przewodami 21 tworząc jeden system obiegowy - dalej z kanału 22 do przewodu cyrkulacyjnego 11 i za pośrednictwem pompy 12 znowu wracają do płyty do przegazowania 20 i tak powtarzając aż kształtka piaskowa 2a zostanie utwardzona na użyteczną formę piaskową. Opisane na fig. 3 drogi przepływu strumieni umożliwiają w specjalny sposób prace przy niewielkich ciśnieniach nie działających niekorzystnie na konsystencję ksztawłtk piaskowych.

Przykłady wykonania.

Poniżej podaje się pięć próbnych przykładów wytwarzania rdzeni z masy piaskowej w urządzeniu według fig. 1 (przykłady 1-4) i w urządzeniu według fig. 2 (przykład 5).

Przy wszystkich próbach stosowano system żywicy dwuskładnikowej, której jeden składnik wiążący znajdował się w mieszaninie formierskiej wymieszany z piaskiem, a drugi składnik stanowił gaz utwardzający. Jako substraty reakcji służą, zgodnie z procesem „Beta-set“,

-jako składnik wiążący żywica fenowowa (rezol) o gęstości 1,2 g/cm³ przy 20°C i o lepkości 300 nPa/s (przy 20°C),

-jako składnik utwardzający mrówczan metylu (ester metylowy kwasu mrówkowego) o gęstości 0,97 g/cm³, temperaturze wrzenia 32°C i ciśnieniu par 640 mbar w 20°C. Masa molowa mrówczanu metylu wynosi 60,05 g/mol,

-teoretyczne zużycie środka utwardzającego (mrówczan metylu) dla całkowitego przereagowania ze składnikiem wiążącym (rezol) wynosi 12,6 g środka utwardzającego na 100 g składnika wiążącego.

Zawartość składnika wiążącego w masie piaskowej w przykładzie 1 wynosiła 1,8% wagowych, w przykładach 2-5 2% wagowych.

Uformowanie kształtek piaskowych we wszystkich przykładach przeprowadzono przez pneumatyczne wstrzelanie masy rdzeniowej przy zastosowaniu analogicznych warunków pracy.

W przypadkach, gdzie przeprowadzano próby porównawcze (przykłady 1-3) odnoszące się do stanu techniki - prowadzono je na tej samej rdzeniarce i przy zastosowaniu tego samego źródła mieszaniny gazów składającej się z tego samego nośnika gazowego i gazu utwardzającego przy zastosowaniu tego samego urządzenia doprowadzającego i identycznych warunków pracy.

Urządzenie do wykonywania procesu sposobem według wynalazku różni się od urządzenia do przeprowadzenia sposobu konwencjonalnego zasadniczo tylko przyłączeniem przewodów do obiegu kołowego gazów.

169 703

Przeprowadzony proces konwencjonalny odpowiadał standardowemu przegazowaniu rdzenia piaskowego przez jednokrotne przepuszczenie mieszaniny gazów - gaz nośny i gaz reakcyjny utwardzający przez rdzennicę, po czym wychodzące z rdzennicy gazy wypuszcza się ponad dachem.

Przykład 4 utwardzenia rdzenia piaskowego według wynalazku przeprowadzono przy pomocy mieszaniny gazów nośnego i utwardzającego, dotyczy sprawdzenia emisji gazów wylotowych z mieszanki używanej do seryjnej produkcyjnej pracy rdzeniarki. Badania te były wymagane, gdyż rdzeniarki wymagają w Niemczech uzyskania zezwolenia według czwartego zarządzenia wykonawczego Związkowego prawa ochronnego przed emisjami i technicznej instrukcji utrzymywania czystości powietrza.

Przykład 5 podaje dane ruchowe i wyniki z bieżącej praktycznej produkcji seryjnej rdzeni piaskowych przy zastosowaniu procesu z wstrzykiwaniem substancji utwardzającej (mrówczan metylu), przy czym te dane ruchowe zostały podjęte dopiero po wykonaniu pomiaru według przykładu 4, na podstawie dalszego rozwoju wynalazku.

Przykład 1. Próby porównawcze produkcji rdzeni piaskowych z 21 kg piaskowej masy rdzeniowej z zawartością 1,8% żywicy wiążącej (rezol) wykonane przy pomocy mrówczanu metylu jako składnika gazu utwardzającego, przy zastosowaniu mieszanki gazów składającej się z nośnika i gazu utwardzającego, przy ciśnieniu gazów mierzonym przed płytą do przegazowania 1,5 bara.

	konwencjonalnie	wg wynalazku ^1/
Czas przepuszczania gazu utwardzającego (s)	25	10 (pierwszy etap przegazowania)
Kolejność impulsów doprowadzania gazu utwardzającego²⁷ dodawanie (s) przerwa (s)	2/2 (7 impulsów)	1/1 (5 impulsów)
Czas przerwy po zakończeniu dodawania gazu utwardzającego (s)	25	40³/ (drugi etap przegazowania)
Ilość żywicy wiążącej na rdzeń	378	378
Ilość doprowadzonego utwardzacza (g)	132	59,2⁴/
w % stosunku do żywicy utwardzającej	35	15
Teoretyczne zużycie utwardzacza	47,6	47,6
Teoretyczna ilość me zużytego utwardzacza	84	11,6

1/ Próby odnoszą się do 125 wyprodukowanych rdzeni.

2/ Przez przerwy w doprowadzaniu strumienia gazu ze źródła utwardzacza.

3/ Czas przerwy rozumie się jako czas obiegu gazu przy pompowaniu Na podstawie wydajności pompy (około 25 m³/godz.) i objętości gazu w zamkniętym układzie - około 201przyjmuje się, ze zawarta mieszanina gazowa obiegła kołowo zamknięty układ około 13 razy

4/ Wartość średnia ze 125 prób. Określona przez utratę wagi źródła gazów utwardzających.

Przykład 2. Próba porównawcza wytwarzania rdzeni piaskowych z 1,62 kg masy piaskowej o zawartości 2% wagowych środka wiążącego (rezol), przy użyciu mrówczanu metylu jako gazu utwardzającego stosowanego w mieszaninie gazów składającej się z gazu utwardzającego i nośnika gazowego, przy ciśnieniu mierzonym przed płytą do przegazowania 1,5 bara.

konwencjonalnie	wig wynalazku ^1/
Czas doprowadzania gazu utwardzającego (s)		6 (pierwszy etap
	12	przegazowa.n ia)
Kolejność impulsów doprowadzania gazu
utwardzającego2^/	2/2	0,4/1,6
dodanie (s) przerwa (s)	(3 impulsy)	(3 impulsy)
Czas przerwy po zakończeniu doprowadzania gazu	6	12³/ (drugi etap
utwardzającego (s)		przegazowania)

169 703

Ilość żywicy wiążącej na rdzeń (g)	32,4	32,4
Ilość dodanego utwardzacza (g) w stosunku do żywicy	31,3	7,8
(% wag.)	96,7	24,0
Teoretyczne zużycie utwardzacza (g)	3,9
Teoretyczna ilość nie zużytego utwardzacza (g)	27,4	3,9

1/ Próby odnoszą się do 4165 wyprodukowanych rdzeni.

2/ Przerywanie w doprowadzaniu strumienia gazowego ze źródła utwardzacza.

3/ Czas oczekiwania rozumie się jako czas obiegu gazu przy pompowaniu Na podstawie wydajności pompy (około 25 m³/godz ) i objętości gazu zamkniętego w układzie (około 201) przyjmuje się, ze mieszanina gazów obiegała kołowo aparaturę 4 do 5 razy

Przykład 3. Wytwarzanie próbnych sztabek o wymiarach 22 mm X 22 mm X 170 mm (po 4 sztabki w każdej rdzennicy - sztabki ustawiano wzdłużnie w kierunku przepływu strumienia gazu) po 132,5 g masy piaskowej o zawartości 2% wagowych żywicy wiążącej (rezol) utwardzane mrówczanem metylu przy zastosowaniu wyjściowej mieszaniny gazów, nośnika i gazu utwardzającego przy ciśnieniu mierzonym przed płytą do przegazowania 1,5 bara.

	konwencjonalnie	wg wynalazku
Czas doprowadzania gazu (s)	15	5 (pierwszy etap przegazowania)
Kolejność^ impulsów doprowadzania gazu utwardzającego²/ dodawanie (s) przerwa (s)	1/1 (8 impulsów)	0,8,/1,2 (3 impulsy)
Czas przerwy po zakończeniu dodawania gazu		10 (drugi etap
utwardzającego (s)		przegazowania)
Wytrzymałość na zginanie po 3 godz. (N/cm2)	12, 17, 18, 16,	13, 12, 13, 11,
7 próbek	16, 18,12	12, 11,13
Średnia wartość (N/cm2)	15,6	12,1
Wytrzymałość na zginanie po 72 godz. (N/cm2)	13, 12, 15, 15,	13, 14, 13,
7 próbek	13, 12, 14,	12, 12, 8, 14
Średnia wartość (N/cm2)	13,4	12,3

1/ Z czasu doprowadzania gazu utwardzającego i impulsów można oszacować, ze ilość doprowadzonego gazu utwardzającego w sposobie według wynalazku przegazowanych próbek wynosiła około 1 /3 zuzycia gazu utwardzającego w stosunku do konwencjonalnie przegazowanych próbnych sztabek

Przykład 4. Według przepisów prawnych o utrzymaniu czystości powietrza przeprowadzono pomiary emisji gazów przy produkcji według wynalazku rdzeni z masy piaskowej o zawartości 2% wagowych żywicy wiążącej i zastosowaniu mrówczanu metylu jako gazu utwardzającego w postaci wyjściowej mieszaniny gazowej składającej się z nośnika gazowego i gazu utwardzającego, przy ciśnieniu mierzonym przed płytą do przegazowania 1,5 bara.

Wartość emisji określano z przeciętnych wartości co pół godziny.

Warunki pracy rdzeniarki:

Wydajność nominalna (kg/godz) 200

Przerób masy piaskowej (kg/h) 132

Ilość przerobionej żywicy wiążącej (kg/h) 2,6

Szacunek zużycia mrówczanu metylu (kg/h) 0,55

169 703

Wartość emisji:

Największy zmierzony strumień masy (kg/h) mrówczan metylu 0.069 fenol ' 0,131 formaldehyd 03575

Najniższa/najwyższa zmierzona koncentracja masy (mg/m³) Dopuszczalna granica mrówczan metylu 23,8/30,5 110) fenol 0,074/0,080 20 formaldehyd 0,14/0,23 20

Przykład 5. Wytwarzanie rdzeni piaskowych z masy piaskowej o zawartości 2% żywicy wiążącej (rezol) przez wstrzeliwanie i następnie przegazowanie według wynalazku przy zastosowaniu ciekłego mrówczanu metylu jako utwardzacza. Utwardzacz wprowadzono w jednej do trzech porcji kolejno (przy przerwach od 5-8 sekund między porcjami), w okresie czasu od 30-38 sekund, przy czym obieg i pompowanie gazu trochę opóźniono w stosunku do początku wstrzykiwania utwardzacza i mniej więcej 15 sekund po zakończeniu wtryskiwania wyłączono pompę. Wyniki odnoszą się każdorazowo do produkcji dziennej (od 300 do 350 rdzeni) tych samych modeli rdzeni.

Numer próby 1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Ilość masy piaskowej na rdzeń (kg)	14,0	6,4	7,79	6,02	4,95	4,27	22,0	21,5	22,0	7,5	8,0	21,1
Ilość żywicy wiążącej na rdzeń (g)	280	128	155,8	120,4	99	85,4	440	430	440	150	160	422
Teoretyczne zuzycie utwardzacza (g)	35,3	16,1	19,6	15,2	12,5	10,8	55,4	54,2	55,4	18,9	20,2	53,2
Rzeczywiste zużycie utwardzacza (ml) (g)	35/34,0	29/28,1	28/27,2	28/27,2	21/20,4 22/21,3	60/58,2	60/58,2	75/72,8	20/19,4	36/34,9	44/42,7
Teoretyczny nadmiar utwardzacza (%)	—	74,5	38,8	78,9	63,2	97,2	5,0	7,4	31,4	2,6	72,8	—
Szacunkowa obliczona objętość par użytego utwardzacza (1)1	13,0	10,5	10,2	10,2	7,6	7,9	21,7	21,7	27,0	7,2	13,0	15,9

’ Obliczenie z zastosowanej ilości utwardzacza i masy molowej z mrówczanu metylowego według idealnego prawa gazowego, w myśl którego objętość gazu (idealnego) wynosi 22,4L/mol (przy temperaturze 20°C) Podane wartości mają przedstawić orientacyjnie objętości gazu jakie ma wchłonąć zamknięty układ przegazowujący (około 201 wolnej objętości) przy wprowadzaniu utwardzacza.

Próbne przykłady od 1-5 podają wyniki, które znakomicie spełniają cel wynalazku.

Według wynalazku utwardzone rdzenie względnie kształtki formierskie z masy piaskowej można produkować równie szybko jak w znanych dotąd metodach, w których gazy utwardzające przepuszcza się przez kształtki piaskowe tylko jednorazowo. Jednak według stanu techniki w przypadku użycia środka wiążącego złożonego z sztucznej żywicy (utwardzacz z żywicy fenolowoformaldehydowej) (rezol) i mrówczanu metylu jako utwardzacza potrzebne są nadmiary utwardzacza od 200 do 700% w stosunku do ilości obliczonej (przykłady 1 i 2). Natomiast sposób według wynalazku polegający na wprowadzeniu tego utwardzacza wraz z nośnikiem gazowym do zamkniętego układu utwardzacza jako mieszanka nośnik gazowy- gaz utwardzający, umożliwia zmniejszenie zużycie utwardzacza do ilości, tylko umiarkowanie przekraczających teoretyczne zużycie (25 -100% nadmiaru utwardzacza - przykłady 1i 2). Z tego powodu możliwe stają się duże oszczędności utwardzacza oraz utrzymanie czystości powietrza w zakresie dopuszczalnej wartości emisji dla substancji utwardzającej mrówczanu metylu (przykład 4) bez potrzeby stosowania specjalnych środków dla uchwycenia, izolowania albo przerabiania gazów wylotowych. Wreszcie jak wskazują wyniki z bardziej dopracowanych prób według wynalazku, mianowicie przy wprowadzaniu utwardzacza bezpośrednio w postaci ciekłej do zamkniętego układu.

Sposób według wynalazku daje się zastosować do wytwarzania dobrze związanych żywicą syntetyczną kształtek z masy piaskowej użytecznych dla odlewnictwa metali nawet przy stechiometrycznym, lub prawie stechiometrycznym (próby 1, 5, 10), a nawet mniejszym od stechiometrycznego (próba 12) zużyciu utwardzacza. Wytrzymałość i stabilność kształtek z masy piaskowej wykonanych nowym sposobem według wynalazku nie ustępują wykonanym metodami konwencjonalnymi - wykazują to wyniki badań w przykładzie 3.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania związanych żywicami syntetycznymi form i rdzeni piaskowych do odlewania metalu, według którego kształtuje się rdzenie w dwóch etapach wytwarzania, polegający na formowaniu kształtek z masy piaskowej przez napełnianie elementu formierskiego masą piaskową składającą się z mieszaniny piasku formierskiego z płynną wiążącą żywicą syntetyczną, której składnik ze sztucznej żywicy jest utwardzony za pomocą składnika utwardzającego w postaci gazowej przechodzącej przez kształtkę piaskową w pierwszym etapie wytwarzania, a następnie na przeprowadzeniu reakcji utwardzania kształtek piaskowych przez przegazowanie ich gazem utwardzającym w szczelnym urządzeniu, do którego na górze i na dnie przyłączone jest urządzenie, umożliwiające obieg kołowy gazu, przy czym reakcję prowadzi się w ten sposób, że składnik utwardzający reaktywną żywicę syntetyczną wprowadza się do obiegu gazowego i za pomocą pompy gazowej przepuszcza wielokrotnie przez element formierski w postaci gazu utwardzającego - co stanowi drugi etap, znamienny tym, że przed rozpoczęciem drugiego etapu zawartość gazu zmieszanego z powietrzem pod ciśnieniem atmosferycznym w szczelnie zamkniętym układzie zmniejsza się, przez wypompowanie z przynajmniej jednego zbiornika podciśnieniowego (15), podłączonego do elementu formierskiego (1), (19) i włączonego w układ (11) przewodów kołowego obiegu gazów, przy czym ciśnienie powietrza w elemencie formierskim (1), (19) zmniejsza się przy podjęciu częściowego odpowietrzenia elementu formierskiego (1), (19), odpompowując ogólnie tyle powietrza, by ta ilość w przybliżeniu odpowiadała ilości doprowadzonej następnie do układu urządzenia gazowej mieszanki, składającej się z nośnika gazowego i gazu utwardzającego oraz objętości po zupełnym odparowaniu dostarczonego w postaci płynnej czynnika utwardzającego i że przy wykonywaniu drugiego etapu prawie równocześnie z wprowadzeniem czynnika utwardzającego do obiegowego przewodu gazowego (11) w pobliżu wejścia do elementu formierskiego (1), (19) zamkniętego układu odpowietrza się element formierski (1), (19) przez otwarcie zbiornika podciśnieniowego (15) zmniejszając ciśnienie powietrza, aż do zassania gazu reakcyjnego do wnętrza urządzenia i poprzez kształtki z masy piaskowej jako pierwszej części drugiego etapu, a następnie wielokrotne przepompo wywanie gazów pompą (12) przez kształtkę z masy piaskowej aż do jej właściwego utwardzenia w zamkniętym urządzeniu - co stanowi drugi etap przegazowania.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla utwardzenia kształtek z masy piaskowej stosuje się reaktywną żywicę syntetyczną złożoną z dwóch składników, z których jeden znajduje się w masie piaskowej, a drugi składnik stanowi substancję utwardzającą.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że używany w ciekłej postaci składnik utwardzający wtryskuje się do ogrzewanego odparowalnika (25), osadzonego w przewodzie obiegu kołowego (11) gazów, a przepompowywanie gazu w zamkniętym obiegu rozpoczyna się przed momentem zakończenia dodawania całej ilości składnika utwardzającego.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w pierwszym etapie operacji przegazowania, przetłacza się gaz utwardzający przewodem gazu utwardzającego przez kształtkę z masy piaskowej w kilku impulsach, między którymi występują przerwy.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że dla napełnienia elementu formierskiego (1), (19) stosuje się technikę pneumatycznego wstrzeliwania masy piaskowej, przy ciśnieniu powietrza korzystnie do 7 barów.
6. Urządzenie do wytwarzania związanych żywicami syntetycznymi form i rdzeni piaskowych do odlewania metalu przy zastosowaniu elementu formierskiego w postaci rdzeniarki, rdzennicy, skrzynki formierskiej z płytą do przegazowania i podłączonego z jednej strony do płyty, a z drugiej do dna elementu formierskiego, przewodu obiegowego gazu z wbudowaną pompą gazową, a elementy formierskie, współpracujące ze sobą mają przynajmniej jedną boczną oraz co najmniej jedną denną komorę odbiorczą gazu, przy czym komory połączone są z elementami formierskimi przez dysze szczelinowe w ścianach elementów formierskich, znamienne tym, że co najmniej jeden

169 703 zbiornik podciśnieniowy (15), znajdujący się na przewodzie obiegowym gazu (11) z zaworami (8) i (16), z pompą gazową (12), mającą wielodrożny zawór (17), ma odpowiedniej wielkości pojemność, zaś elementy formierskie (1), (19) mają połączony z boczną komorą (5) zawór (7) oraz u_nr

UUl.

zSnnoi >vj, xu.vxiiivj i\x ./iz oa *^cj on inwo-r· nłer*-rgm? α L-nnołpryi luYVvi yyjf, p/v/icj vz_\_/i.± j KciiitiiCiii obiegowym gazów (U), przy czym zawory (7) i (8) łącznie z podłączoną pompą (12), są połączone z wielodrożnym zaworem (17), poza tym elementy formierskie, stanowiące otwartą od góry płytę formierską (19), mającą dysze szczelinowe (10) na dnie, połączone do zintegrowanego ze skrzynią (19) i obejmującego ją kanału przepływu gazu (21), oraz płytę (20) do przegazowania, szczelnie zamykającą skrzynię formierską (19), zaopatrzoną w kanał gazowy (22), przy czym kanały (21) i (22) są ze sobą połączone, a przewód (4), przeprowadzony przez płytę do przegazowania (20), połączony z przewodem gazowym (11), łączy płytę do przegazowania (20) z kanałem (22).
7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że zbiornik podciśnieniowy (15) stanowi kilka, równolegle połączonych zbiorników o różnej pojemności.
8. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że przewód gazowy (11) i przewód (4) mają zawory jednostronne (13) i (14).
9. Urządzenie według zatrz. 6, znamienne tym, że na przewodzie gazowym (11), przed płytą przegazowującą (3) usytuowany jest odparowywalnik (25) z urządzeniem dawkującym (23).