автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Сепарация отработанной формовочной смеси при литье немагнитных сплавов

/ , ---с--'

Государственный ком1'тет FCICP ио делам науки и вькией г "ялы Московский автомехаиичес1ш!1 институт

IIa правах рукописи

ГУБЕРНАТОРОВ Виталия Владимирович

УДК 621. 742. Б. 06

СЕПАРАЦИЯ ОТРАБОТАН.jfi ООРМОВОЧШ СМЕСИ ПРИ ЛИТЪЕ НЕМАГНИТНЫХ СПЛАВОВ

Специальность 05.36.04 - Литейное производство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученей степени кандидата технических наук

Москва - 1090

т*абота выполнена на '¡-¿Ледре "Иаиини н технология лчтей-ного производства" Цчскопсюто автомеханического ннститути. Научнии руководитель - кандидат техничесгах наук,

доцгнт

В. С. Шесвсклй

.фщиалыше оппоненты : доктор технических наук, профэссор Я. Л. №дБедев

1сандидат технических наук В. 1А Чнкунов

Ведущее предприятие - Волгоградский научно-последо-

вательаснй институт технологии машностррения

-2^у^^ 1&д/г_

¡Защита состоится ^' * в / & часов на воседании Специаливированного Совета К 063.49.02 при Московском автомеханическим институте по адресу: Москва, Б. Семеновская ул., 38, ауд. Б-301.

С диссертацией можно ознакомиться ■ н научно-технической библиотеке института

Отвыв ка автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направить по адресу: 105830, ГСП. Шсква, Б. Семеновская ул., 38, МАМИ.

Автореферат разослан ^о- 189/г.

Ученый секретарь Специалиаироьанного Совета

К 063. 49.СЕ, к. т. н., доцент • ' км. Зуев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В аспекта ресурсосбережения и охрани природы актуальна задача восстановления свойств отработанной формовочной смеси па песчаной основе с целью ее максимального повторного использования. Важной составной частью itcíí задачи яг "яется отдело.ше от смеси немагнитного скрапа, что позволит повторно '"^пользовать значительное количество • (сотни тысяч тонн по стране) дорогого - цветного и высоколегированного - металла.

Известно, что скрап снияает физико-механическиэ свойства формовочной смеси, причем сн"жениэ прошюсти по сырому связано с таких; видами брака, как обвал и засор формы, которые при получении отливок из немагнитных сплавов составляют до 20% брака форм. Особую опасность для !<ач ?тва литья скр i представляет при массовом производстве тонкостенных отливок, где применяются единые формовочные с еси.

Присутствие в смеси скрапа ведет к повышенному износу и сиижшчс надежности работы сх;есеприготоаительного и формовочного оборудования.

Устройства, которые мо.тао использовать для отделешга немагнитного скрапа от отработанно, формовочной смеси, имеют существенные недостатки, что препятствует их широкому внедрению. Шэтому шетуальна задача исследования способа и раз-' работки устройства для Солее полного отделения немагнитного скрапа.

Цель работа Целью работы является создание отвечающей потребностям производства новой гакструкцил сепаратора для отделения ке-лапнитного скрапа от сыпучей отработанной форме-

почной смеси на посчаной основе научно обоснованно!» гютоди-. ки инженерного расчета сепаратора

Научная новизна работ Разработана и экспериментально подтверадена опирающаяся на предложенные гипотезы о взаимо-дейстр"и частицы смеси с воздухом теория процесса инерциоино-гравитационной сепарации отработочной формовочной смеси при ограничении начальной обььмной концентрации емзси величиной 0,05 и установлены следующие закономерности:

- в струе формовочной смеси есть попутное смеси движ .ше . воздуха, приводящее к ухудшению качества отделения скрапа

иди (при заданном качестве отделения скрапа) требующее суще-

I

•ственного увеличения габаритов сепаратора; с ростом удельной (на единицу рабочей ширина) производительности сепаратора влияние попутного смеси движения воздуха увеличивается: при изменении удельной производительности от 5 до 100 т/(ч. м) длина зоны разделения возрастает на 502;

- {'Активным средством улучшения характеристик сепаратора при удельной производительности более 25 -т/( ч. м) «оказали себя поперечные воздушные потоки: при удельной производительности 100 т/( ч. м) они позволяю!" сократить длину зоны разделения на 35.1;

- турОулизирующзе действие частиц смеси, приводящее при числах Рейнсльдса для основной фракции смеси в диапазоне от 60 до 1000 к переходному режиму обтекиния, непригодному для сепарации из-аа значительного колебания силы сопротивления по величине и направлению, вне этого диапазона чисел Рейнольде а не окагиваэт заметною влияния на качество сепарации.

Практическая ценность:

- изучение яые^ий, происходя®и> при сзпарации, позволиг

ло предложить способ и устройство для сепарашш отроотпнной формовочной смеси (а. с. СССР H 1175604, 1183200), устраняюсь недостатки существующего сепаратора;

- рэализиваннйя в виде программы метолита расчета позволяет. исходя из заданных технологических параметров, вести вычисление основных параметров процесса сепарации на SEM;

- создана.' 7 компановоч..ая схема и методика инженерного расчета сепаратора, ocirванная на использовании разработанной программы, позволяют вести научно обоснованное проектирование высокопроизводительного устройства для отделения немагнитных металлических включений от отраОотанной формовочной смеси.

Реализация результатов работы. Результаты исследо; ний позволили на основании договора с Каширским литейным заводом "Центролит" с применением разработанной метс. ..1ки слроекгирс вать сепаратор для отделения немагнитного скрапа от отработанной формовочной снеси производите; ностью 25 т/ч, который был принят к внедрению на заводе. Гарантированный экономический Эффект от внедрения одного сепаратора составит 15,3 тыс. рублей в год без учета снижения брака отливок.

Апробация работь:. Основные результаты работы должны и обсуждены на научно-технической конкуренции МАМИ (г. Москва, 1982 г. ), на республиканской научно-технической конференции "Пути интенсификации технического перевооружения литейного производства и задача повышения качества и снижения ¡¿еталло-еыкости" (г. Ташкент, 1984 г. ) и на аукционе "Ковке технологические процесса литейного производства и оборудование дли них" (г. Кашира, 1987 г. ).

Публикации. По теме диссертации опублжоЕачы 3 работы

и полнено 2 авторских свидетельства на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, обших выводов, списка использованных, источников, включающего Й1 наименование и приложений на 24 страницах. Основная часть работы содержит 131 страницу машинописного текста, 39 рисуиксз, 21 таблицу.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧА ИССЛЕДОВАНИЯ

Отработанная сирая песчано-глшшстая формовочная с: ось после подсушки образует с включениями сыпучую механическую смесь. Задача сводится к разделению механической смеси на '.компоненты. Наиболее перспективен для решения вадачи роторный сепаратор. Опробование роторного сепаратора при производительности 2,3 кг/с и рабочей ширине ротора 0,1м показало, что,-вопреки расчетам, он не отделяет около 50% скрапа.

Для выяснения при'зш плохой работы сепаратора проведен вдали? механики процесса сепарации.

Для одиночных частиц (при этом удельная производитель ность сепаратора Р стремится к нулю) форма траектории определяется отношением К ..сил сопротивления и гравитации, а в качестве характеристики частицн, определяющей' соотношение этих сил, выступает коэффициент парусности Сп:

К»СПУ|'С .

где Сп-3р1 Сх/( ¿'¿¿Л,. V., -скорость частицы; е-гравитациокное ускорение;р1, 92 " плотность воздуха и смеси; ^-коэффициент сопротивления; ¿-диаметр частицы.

При одинаковом исходной ■ галопе кинетической энергии частица с больией парусностью встречает большее сопротивлэ-

Д1 /яется медленпеэ. ее траектория сильнее искривляется.

гравитационно:! силой, чю используется для разделения.

Существующая теория сепаратора учитывает этот факт:

tgB С о gC о

у-у0~—г(х-х )- —5-я--я—(х-х - р-б- ■•'--(х-х )°,(1)

° д 0 2ô~V|0cos<:B0 ° 3S^V|0cos В0 0

где х, у, xQ, у - координаты и начальные координаты; В0-угол

(для струи смеси средний угол) метания; У2о-скорость метания;

ô - 1,029 для смеси.

Однако в реальном процессе в струе ьмеси движется не од-, • на частица, а коллектив частиц, которые, передавая импульс, приводят воздух в струе смеси в движение. Анализ механики процесса сепарации показал, что причина плохой работы сепаратора - следующие явления: во-первых, попутное смеси течение воздуха, появляющееся из-за получения им импульса от ча^иц смеси, что снижает разделяющее воздействие силы сопротивления, Ео-вторых, турбулизирующее действие колл ктива частиц, что при скорости метания 6 м/с (Re - ¿0. ..120) приводит к работе сепаратора в.неблагоприятной для разделения области переходного режима обтекания со значительными колебаниями силы сопротивления по величине и направлению, в-третьих, столкновение частиц, в-четвертых, разброс включений из-за нецэн-рального удара по ним лопасти ротора.

Предложены меры по устранению обнаруженных недостатков:

- для торможения попутного смеси- течения воздуха использовать поперечные воздушные потоки (ас. N 1175604, 1183200);

• - дл* снижения влияния столкновений и турбулизкругацего действия коллектива частиц смеси ограничить их начальную объемную концентрацию величиной 0,05;

- использовать для работы сепаратора режим по числу РеА-нольдса без существенного колебания силы сопротивления;

- 8 -

- использовать безударный метатель.

Существующая теория не учитывает эти явления. Поэтому актуальна задача разработки новой теории и, методики расчета.

ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ИНЕРЦИОН-НО-ГРАШЛЦИОННОЙ СЕПАРАЦИИ ФОРМОЕОЧНОЙ СМЕСИ

Введение. При разработке теории предлагаем использовать новый в данном зопросе подход к механике процесса сепарации формовочной смеси. Суть его состоит в следующем: частицы ^а-имодействукл с подвижной воздушной средой, а движение воздуха определяется, в частности, его взаимодействием с частица-1 ми, т. е. струю смеси рассматриваем 1сак дисперсную среду.

Основные допущения, которыми мы будем пользоваться в дополнение к оощэпринятым для феноменологического подхода допущениям, состоят в следующем:

- частицы смеси имеют одинаковый диаметр с1 (допущение 3 );

- начальная осЗьемная концентрация частиц ограничена (с^-п,0о); обьемная концентрация частиц постоянна в любой точке данного поперечного сечения струи смеси (допущение 4);

•• процесс изотермический (допущение 11) и изобарный (допущение 9), плоткосги смеси и воздуха постоянны (допущение в); ■ • - процесс стационарный (допущение 10);

- пограничный слоя у струи сьеси отсутствует; при отсутствии поперечного - лдушого потока направление вектора скорости воздуха и его приращения совпадает с направлением вектора скорости частицы, а модули скорости и приращения скорости воздуха одинаковы для любой точки данного поперечного сечения струи смисч; скорости воздуха и смеси в начальном поперечном осчеиил струи смеси рагиы (допущение 12);

- приращение скорост.1 воздуха, вызванное поперечным воздушным потоком, одинаково для любой точки данного поперечного сечения струи смеси (допущение 13);

- при огриличении объемной концентрации частиц не учитываем их столкновения (допущение 6) и турбулиэирющее действие на коэффициент сопротивления (допущение 14);

- скорость "оздуха измеь этея ьследствии аддитивного действия трех причин: сили сопротивления (, изменения доли • поперечного сечения струи смеси, приходящейся на воздух (7^), и поперечного воздушного потока (?1у) (допущение 16);

- при действии поперечного воздушного потока масса воздуха, поступающего со струей смеси в элементарный обьем, заключенный между двумя бесконечно близкими поперечными се четями струи смеси, равна массе воздуха,выходящего из элементарного объема со струей смеси (допущение 18);

Известно предложенное Р. И. Нигматулиным общее описание движения монодисперсной среды при указа: чых допущениях, представляющее собой уравнения сохранения массы к импульса. Для единицы :сбьема это описание можно представить следуэдим образом:'

Зх д/

дх ду

02

+ - гу +

Ъг

О

- О

12 г + ®

' 12 '-Ш

(2)

?12 " п2Р , К - Сх?1Ус?0^2/8 ,

«о

Ох - ПЯо) , аь - Ш3п-/о' ,

Ре -

?1''оа/гГ

где Oj, о¡п -объемная концентрация зоздуха и частиц; V^, 7g -. скорость воздуха и частиц; Vjj , 1-1,2, j~x,y,z - проекции скорости воздуха и частиц на оси системы координат; Р^g-плотность силы сопротивления; F^-плотность массовых сил; R- сила сопротивления, движению частицы; п^-число частиц з единице обь-ема; rj-динамическая вязкость возг *ха.

Эти соотношения в нашем случае нуждаются в конкретизации и развитии ввиду следующих соображений:

- взаимодействие частиц с воздухом при их'большой об! мной концентрации ведет к тому, что для последующей частицы смеси движение воздуха является возмущенным его взаимодействием' с предшествующей частицей, т.е. VQ - var;

- отсутствует описание поперечного воздушного потока;

■ Будем считать эти факторы независимыми, и рассмотрю! их отдельно.

Движение свободной (У„- 0) струи смеси. Стационарность процес л (допущение 10) позволяет использовать подход Лагран-т.е. рассчитывать параметры движения частицы смеси в отдельных течках пространства, двигаясь вместе с ней по траектории.

Ив независимости составляющих ^(допущение 16) следует:

c<l?lV " Cûn3t • R " 0 ' Vv " 0 • (3)

1'де 9у-скорость поперечного воздушного потока; F-вектор площади поперечного се »екия струи смеси, ориентированный по V^. Из допущений 4, 10 имеем уравнение сохранения массы смеси:

- P/(3,692hV2) , где Р -удельная производительность; h-толщича струи смеси.

Разложим движение частицы смеси на составляющие:

где ускорение частицы, вызванное массовыми ( гравита-

ционной и выталкившсщзй ) силами; Vg^- ускоренно, вызванное силой сопротивления. Очевидно, что v2M-к(1 - Pl/?2). •

Ввиду большой насыщенности струи частицами они движутся * возмущенной пздушной сре„.>. Для того, чтобы вести расчет по осреднному значению "еравномерного Пи объему поля скоро- .• сти воздуха и строить теорию сепаратора известными методами теории движения дисперсных сред, введем гипотезы о массе воздуха, взаимодействующего с одной частицей масссй nig.

Гипотеза 1. Масса п^ взаимодействующего с частицей воздуха не превосходит массу воздуха, в котором происходит ас-сяние импульса, приходящуюся на одну частицу: mj < Vr'N .

где Mj- масса воздуха, з |сотором рассеивается импульс от N частиц; М^- а^сШ^.Н - количество че тиц смеси в обьеме di?; N - ngdn ; d01- dn(l + h ); dfl - hbVgdt; t^- условное увеличение'толщины (¡труи смеси, учитывающее увеличение•Mj при действии поперечного воздушного потека вследствие унос-а импульса из струи смеси за счет поперечного перетекания воз, духа; при ? - 0 (свободная струя см^ ;и) h^" 0 .

Гипотеза 2. Когда удовлетворено соотношение гипотезы 1, масса взаимодействующего с частицей воздуха определяется объемом ' пронзаемым" частицей за время dt:

;nl - fl^i , где dy^ - TTd2V2dt/4.

Сумма гипотез 1 и li определяет m^:

• I PidVi если ?id4'i i Mj/N • 1 1 t^/M , если > M/N •

- 12 -

Я. -за большой насыщенности струи частицами для получения устойчивости расчетной схемы при численном расчете введем естественное ограничение на изменение цкорости воздуха относительно частицы за время dt.

Гипотеза 3. Воздух не может обогнать частицу:

IV1RI + |V2R| < - V2I /dt.

to гипотез:

. / R/nv, . если R/mg < VgR ^ . 2R l^Rnax.' если R/mg > ?2R ш .

. r«e V2R max " (V1 " VV((ml+ m2)dt)'

Очевидно, что

Дифференцируя (3), получим

. da« dh

V - - ßq( h3t + al 3E

Для свободной струй смеси можем вести расчет параметров в такой последовательности: используя допущение 16, определяем Y^t+dt) и V2(t+dt), затем радиус-вектор частицы r2(t+ 't) и переходим к следующей -точке траектории этой частицы.

Движение струи смеси в зоне поперечного воздушного потока. В силу допущений о движении воздуха (допущения 14, 1618) в зоне потока действительны все соотношения, выведенные для свободной струи смеси, но в общем случае в них скорость поперечного воздушного потока Vv и величина hj не равны нулю.

Определение Задачу о пересечении струи смеси по-

перечным БО&душным потоком сведем к задаче пересечения двух воздушных струй: частицы снеси "ошуш/шг" результат действия поперечного воздушного потока только через изменение скорости шелуха е струе..смеси.

Известна решения задачи о пересечении двух струя воздуха, предложенные Г. II Абрамовичем, а также .1 А. Вулисом и В. И Кагакарознм. Используем подход близкий к подходу Л. А. Еулиса и В. П. Кашкарова: предполагая, что давление воздуха р-сэпзЬ (допущение 9), опишем слияние двух бесконечно малых стр/ек массой .суммированием импульсов р4(1—1, v): с1рс - ^ + Оц, , | с1тс - + с!ту , J где ¿п^ - о^. У^сЦ-^сИ , с1р1 - 1-е, 1, л\

Тогда

- (Ф} + ¿Руу/Ып^ + с!^.) .

При расчете полагаем струю смеси элементарной струйкой, т.е. аЬ^-И, а <3!\у определяем как разность текущего и прошлого (Ь-йЬ) расстояний от частицы до ближней к метателю плоскости, ограничиваю^" 1 поперечный воздушный поток. Тогда

Определение Ь^. По определению величины принимаем за ее значение расстояние мел\у исходной и смещенной за Еремя сИ из-за поперечного движения воздуха нидаей (всегда Уу < 0) •граничной'поверхностью воздуха в струе смеси. Учитывая, что

'г " (V ху полУчаек|

где , 1-1,2 - проекции скорости воздуха и частицы- на

плоскость ОХУ, и - угол между 92 и ^Рху •

Основные соотношения системы уравнений движения_¿го¡21

смеси. Система уравнений, описываются движение люоой частицы формовочной смеси, включает ь себя вспомогательный соотношения, определяющие плотность и дина/ическу» вязкость ьоадха

j зависимости от внешних условий, скорость воздуха для t-той частицы, исходя из допущения 12., геометрические соотношения.

Пятимо вспомогательных соэтношениий и уравнен"й, вошедших в (2), е систему урвнений, описывающих движение частицы в струе смеси, входят следующее основные соотноиения:

' \ " V2M + ?2R ' ?2М - g(l - pj/pj,)

. (R/n^ , если R/mg i r,Tax*^l"Vml/^(rnl+'n2)dt)

2R lV2R rax • если ^ > V2P max

4 ' f 'lfia + '^lv

- ;V2K У"! . (< Jm^ - 91'EcJ2V2dt/4 , если r^ < m^

^ I m^' - a^ 1П(1 (■ hj/hJ/N , если iiJ > m^'

drt- hQVodt/P

N - (Qdt/3,6) /(Ог>ТЙ^/6)

V-

• hi -K VxyslnUldt

- - "p/dt

da, dh

V - - t V + ai d-L I

- «SoV2oho''(V2^ ' ho - РАЗ.ео^У^) , j

где Q-проиавздительность сепаратора.

Исходные данные для расчета параметров процесса сепара-

%

ции. Из полной системы уразнений получим, что для' расчета параметров процесса сепарации формовочной смеси ну;кны следующие величины, определяющие: внешние условия (Т, , р, g ), отработанную Лормокочнуга смесь ( d , dA , dB . , dM , j>g , pff ); границы зоны и скорость поперечного воздушного потока (хп, hv , . "i , Vy), параметры метателя в начальном поперечном сечении струи смеси ( v, , BQl UB, z<Zq, Р ), параметры расчета ( ft, dx, xmin , х^ . ynin . Упйх ).

где м - относительная влажность воздуха; <1д, с1в, Л^- диаметры частиц смеси; с1м- диаметр частицы гключепий; плотность смеси; плотность включений; х^ - точка пересечения оси поперечного воздушного потока к оси ОХ; - толщина поперечного воздушного потока; уюл между осью ОХ и проекцией Уу на ОХУ; у- угол меаду ?у и ОХУ; АВ - сектор углов мота; шд в плоскости ОХУ; , хга>. , ут(п , у^- границы го-нь. расчета.

Методика расчета параметров процесса сепарации. -Ведем численное интегрирование уравнений движения на ЭВМ. Для наглядности используем метод Эйлера: он позволяет нам сохранить тот ;ке вид уравнений, но вместо бесконечно малой величины <ДС •) Судет теперь обозначать конечное прирашеьие за шаг интегрирования.

Последо. ательность определяемых величин в одном нате численного расчета перемещения частицы смеси в следующую точку: Г), ¿И, Ь1, ¿П , а2, о^, ску^, гг^, У^-, Не, С , К,

Ч' ^ьг V ч^Ш.^си-ац.

Процесс расчета упраь .дется алгоритмом, который ( ;еспе-чивает квазиодновременное движение пяти частиц, по следующим траекториям: средней, верхней и нижней траекториям основной фракции смеси, траекториям определяющей (наиболее трудно разделимой) пары частиц включений й смеси, находящихся при этом в одной плоскости поперечного сечения струи смеси, и запоминание параметров движения при пересечении частицами определенных линий. ■

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА С 'ПАРАМИ

Задача эксперимента - подтверждение разработанных тео-

рии и методики расчета

Список параметров эксперимента совпадет со списком исходных .данных для расчета за исключением временны} л пространственных параметров расчета. Ш?сть наиболее интересных параметров (Р, АВ, о^.В ) оставлены в качестве факторов эксперимента. Все параметры, за исключением температуры воздуха (Т"20+С,5°С), соответствуют условиям производства.

Траекторию частицы приближенно рассматриваем как извест- . ную деформированную сопротивлением воздуха параболу (1). Она задается четырьмя точками. Стартовая точке известна. В качестве функции отклика выбираем оставшиеся три точки на высота* -0,3 , -0,0 и -1,0 м на трех основных траекториях: верхней и нижней траекториях основной фракции смеси и траектории частицы включений из определяющей пары частиц.

В качестве, плана эксперимента используем полуреплику такую, что Хд- Х^Х^Хд. Модель ище.и в виде

У - Ь0 + Ь1Х1 Л .. + Ь6Х6. + Ь12>^ .. + Ь^Хд Количество повторений опытов N - 2. Использовали экспериментальную установку и такие приборы, кап набор сит, лг "ю-раторные веси, теодолит.

Для получения значений функции отклика используем ячей-пи установленные на заданной высоте с серединам ячеек в окрестности расчетного расстояния по горизонтали.

Граница выпадения исследуемой фракции при допустимой потере фракции 2,5% на каждой границе определяется пс формуле линейкой интерполяции.

Обработка результатов. В связи о аестим^рностью факторного пространства результач'ы опытов графически не илдюстри-

руем. Обработку результатов ведем методом наименьших квадратов в прецполо;иении, что функция отклика - случайная величина, имеющая нормальный закон распределения.

Экспериментальное подтвержденио разработанных теории к методики расчета. Для полученной эмпирической модели выдвигаем гипотезу о незначимости разности теоретического (расчетного) и эмпирического значений с вероятностью ШХ :

Совпадений этих величин с точностью до размера доверительного интервала при выбранной доверительной вероятности.' подтвердило правильность разработанных теории и методики расчета.

Данные опытов в первом приближении подтверждают также нормальность распределения слу^лйяой величины V.

Область применимости существующей теории. Сопоставим результаты двух теорий при различной удельной производительности Р от С до 100 т/(ч. м)) и следующих' значениях других параметров-У2о-2 м/с, Во«350, ¿В=1°,'7у-0 или 1,Г м/с. 'гу-0,25 м, с^-130о и ^30° или с^-ЭО0 и У-30°

. Расчеты показали, что точки В1 и М1 близки к точк^ разделения. В силу этого »южно сказать, что доверительный интервал в окрестности точки разделения равен доверительному интервалу в точках В1 к №.. При доверительной вероятности 90%. он составляет:

- для основной фракции частиц смеси - 32 мм;

- для включений - 24 мм.

Совпадение расчетной дальности в точке В1 прс отсутствии поперечных воздушных потоков с точностьг до величины доверительного интервала с принятой доверительной' вероятностью определяет область согласия существующей и разработан-

ной теорий. Тогда можно утьерздать, что при Р-Б. ..10 т/(ч.м) результаты теорий совпадают, а при Р-25... 1^0 т/(ч. м) сущэ-ствутошд.. теория дает большую ошибку в определении дальности метания (до 50Z при Р -ICO т/(ч. м)).

Расчеты показывают роль удельной производительности в увеличен'"! габаритов сепаратора: при Р-100 т/(ч. м) длина рабочей зоны на 702 больше, чем при Р-0,01 т/(ч. м).

Применение поперечных воздушных потоков позволяет сократить длину рабочей зоны (при Р--100 т/(ч.ы) на 35%).

ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА СЕПАРАТОРА

Компоновочная схе-д сепаратора. Компоновочная схема сепаратора отличается от известных схем метательных устройств наличием воздушных узлов и лотковым метателем.

Основные, функциональные узлы сепаратора: штате ль, разделительный ñopo., воздушный узел.

Методика расчета основных ■ конструктивных параметров важнейших -узлов сепаратора.Основные параметры процесса сепарации вычисляем по программе, реализующей разработанную методику расчета.

Расчет по программе. Основными выходными данными расчета по программе являются: координаты точки разделения, тангенс угла наклона к горизонту траектории определяющей частицы смеси, координаты траекторий всех частиц, значения числа Рейнольдса, проекции и модуль скорости воздуха для всех час; -тиц.

Если число Рейкольдса для основной Фракции смеси в зоне (до точки) разделения попадает в запретную область 50...1000,

следует изменить скорость метания и воздушных потоков.

Расчет метателя. Задавшись скоростью метания и профилем поверхности лотка, определяем длину его наклонной плоскости 1 и расчитываем амплитуду перемещения направляющего узла А.

Расчет разделительного порога. Вершина разделительного порога соответствует точке р&зделекнл, а тангенс угла наклона - тангенсу угла наклоча траектории частицы смеси из опре-д мющей пары частиц з точке разделения, полученным в резуль • татэ счета по программе. Для разделительного порога находим его положения, определяющее пределы регулирования порога, меходл из внешних условий и изменений удельной производительности.

Расчет вездушного узла. В состав иоздушчого узла входят: элементы воздушной арматуры, центробежный вентилятор, ци'слон.

В расче е определяем производительность, толщину Есасы-Еающего воздуховода, потерю напора в рабочей зоне узла. Пс • производительности, пользуясь методигой И. Б. Идельчика, определяем размеры циклона и потерю напора е нем. По сумке потерь напоров в узле, приведена : к одному поперечному сече по, по методике И. Е. ИДельчика определяем потребный напор. Для подходящего по напору и условиям работы типа вентиля юта по его производительности и наперу, пользуясь методикой С. А. Гысина, подбираем типоразмер вентилятора и электродвигатель.

ОБЩИЕ вывода

1. По литературным и производственным данным при получении отливок из немагнитных сплавов в формах на песчаной основе существующие методы не позволяют достаточно полно удалять

жроп; наличие скрапа в формовочной смеси приводит к существенному росту брата отливок (до 207. брака форм), повышенному расхпду формовочных материалов и заметным потерям металла (со~чи тысяч тонн по стране); поэтому исследование способа и разработка устройства для более полного удаления скрапа является весьма актуальной задачей.

2. Анализ литературы показал, что наиболее перспективным для отделения от формовочной смеси немагнитного скрапа является мэтательный инерци-лно-граъитационный сепаратор, но опробование существующего роторного сепаратора еыявило, что при производительности 2,8 кг/с и рабочей ширине ротора 0,1м он не обеспечивает отделение около 50% скрапа.

3. При Еыясне' ш причин этого явления стало очевидно, что, во-первых, передача импульса от частиц смеси вызывает попутное им движение гоздуха, ведущее к с нижний разделяющего действия силы сопротивления, 'зо-вторьх, коллектив частиц, действуя как турбу: изагор, уменьшает значение нижнего критического числа Рейнольдса, вследствие чего сепаратор при скорости метания 6 м/с работает, в области переходного режима обтекания, непригодного для сепарации из-за значительного (в пто раз) колебания коэффициента сопротивления.

4. Полученное представление о явлениях, происходящих при сепарации, позволило предложить меры, направленные на устранение обнарул..шых недостатков:

- для противодействия попутному смеси течению Еоздуха используем воздушную завесу - поперечные воздушные потоки;

- для уменьшения турбулизирующэго действия частиц ограничиваем их объемную концентрацию величиной 0,05;

- для стабилизации условий полета частиц смеси избегаем

области переходного режима обтекания (50 < Re < 1000) для их основной фракции.

5. Существующая теория не учитывает попутного частицам смеси движения воздуха, турбулизиругацего действия коллектива частиц и не может дать обоснованные рекомендации по устранению неблагоприятного влияния этих факторов.

6. Разработанные на основе фундаментальных исследований пс движению дисперсных сред феноменологическая теория и методика расчета параметров процесса сепарации опираются на предложенную нами упрощенную модель взаимодействия струек еозду-ха в зоне попеоечноги воздушного потока и на сформулированные нами гипотезы о взаимодействии фаз, позволяющие определить массу непосредственно взаимодействующего с частицей воздуха и массу Еоздуха, на который распределяется полученный от частицы и"пульс.

7. Эксперимент, проведенный на воздушно-сухом песке марки 1К02А при удельной производительности метателя 10-40 т/(ч м) и условиях, близких к условиям производства, подтвердил правильность разработанных те :рии .и методики расчета, в- шость наших представлений о механике процесса и правомерность принятых допущений. Доверительный интервал дальности метания в окрестности точки разделения для основной фракции частиц смеси составил 32 мм, а для включений - 24 мм при доверительной вероятности 902.

8. Эффективным средством улучшение характеристики сзпаоа-тора при удельной производительности более 25 т/(ч. м) показали себя поперечные воздушные потоки: при удельной производительности 100 т/(ч. м) они позволяют сократить длину зоны рай-деления на 35%.

0. Расчеты и опыта, проведенные при Яе < 50 для основной фракции частиц смеси, показали,- что ошибка ч определении дально! :и метания смеси по существующей теории пр: удельной производительности 25-100 т/(ч. м) мои достигать 50% (при 100 т/(ч. м)); при удельной производительности 5-10 т/(ч. м) результр^ы существующей и разработанной теорий совпадают.

10. Рекомендуем для отделения немагнитного скрапа от сыпучей формовочной смеси вместо известного роторного сепаратора применять разработанный нами сепаратор, содержащий воздушные узлы и лотковый метатель с направляющем узлом.

11. Созданная методика инженерного расчета, содержащая рекомендации по применению разработанной теории процесса разделения при проектировании метательного инерционно-гравитационного сепаратора, позволяет обоснованно определить основные конструктивные параметры сепаратора с удельной производительностью 10-40 т,,ч. м) и провести оценочн э расчеты для сепаратора с удельной прдизводктельцсстью до 100 ?/(ч. м). .

. 12. Результаты исследований позволили на основании договора с Каширским литейным заводом "Центролит" спроектировать с применением разработанной методики сепаратор для отделения немагнитного скрапа от отработанной формовочной- смэси-прсиз-водительностью 25 т/ч, который был приьят к внедрению на заводе. Гарантированный экономический эффект ст внедрения одного сепаратора составит 15/3 тыс. рублей в год без учета снижения брака отливок..

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Теоретические основы рабочего процесса инерциоигс-грави-

ташюнпого сепаратора для отделения немагнитных металлических вюгючениП от отработанной формовочной смеси / Губернаторов ЕВ., Мысовский ас. - 1,1.1985.- 33 е. - Деп. в ЦШИТЭИтлж-маш N 1557-тм. - Опубл. в Библ. ук-^е ВИНИТИ "Деп. науч. работы" II 2 (172), 1936.- С. 140.

2. Сопоставление инерционно-гравитационного и магнитно-импульсного сепараторов для отделения немагнитных металличес-K1..C включений от отработанной формовочной смеси / Губериато--роз Е В., Мысовский ЕС.- М. ,1965. - 12 е.- Деп. в ЦНКИТЗИтяд-маш N 1556-тм. - Опубл. в Библ. у»;-ле ВИНИТИ "Деп. науч. работы" H 2 (172), 1986.- С. 140.

4

3. А. с. 1175604 СССР, MCI В 22 С 5/G6. Устройство дня выделения немагнитных металлических включений из отработанной формовочной смеси / ЕВ. Губернаторов, ЕС. Мыоовский (СССР). - N 3698566/..2-02; Заявлено 28.11.83; Опубл. 30.08.85. Бал.

H 32 // Открытия, изобретения. - 1985.- N 32. С. 48.

4

4. А. с. 1183200 СССР,' МКИ В. 07 В 4/00. Способ изйлечения немагнитных металлических включений из отработанной формовочной сме'си / ЕЕ Губернаторов, ЕС. Мысовсклй ( ХР).-N 3614211/29-03; Заявлено 04.07. 83; Опубл. 07.10. е5. Бюл.

N 37 // Открытия, изобретения, - 1Э85. - N 37. С. 39.

5. Губернаторов Е Е, Мысовский Е С. Роторный инерционно-гравитационный сепаратор:. Тезисы доклада / Республиканская научно-техническая конференция "Пути интенсификации технического перевооружения литейного производства и задачи повышения качества и снижения металлоемкости", Ташкент, 15-16 ноября 1984 г. - Ташкент, 1984.- С. 164-165.