RIGENERAZIONE DELLA SABBIA DI ANIME SPARATE CON SISTEMA LEGANTE INORGANICO RELATORI: Dott. Cesare MINGARDI Ing. Mauro FAVINI 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 1
SISTEMA LEGANTE INORGANICO Sistema bi-componente composto da: Legante CORDIS Additivo ANORGIT soluzione di silicati modificati additivi in polvere inorganici sintetici e naturali Sabbia O Na Si Na + O - Na + Na + - O Si O - O - Na + Sabbia 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 2
PRINCIPI APPLICATIVI DEL SISTEMA INORGANICO IN CONFRONTO CON IL SISTEMA COLD-BOX POLIURETANICO Resina COLD BOX parte 1 Resina fenolica in solventi CORDIS Legante Soluzione acquosa di silicati modificati Sabbia Resina COLD-BOX parte 2 Poliisocianato in solventi Miscelazione ANORGIT Additivo in polvere Miscela di refrattari sintetici e naturali P Gasaggio con ammina + aria 80-120 C Gasaggio con aria calda 100 200 C Cassa d anima fredda Cassa d anima riscaldata 130-180 C
SARAANIME PER SISTEMA INORGANICO MARTINREA HONSEL MEXICO 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 4
SARAANIME PER SISTEMA INORGANICO MARTINREA HONSEL MEXICO 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 5
TRAMOGGIA SABBIA CHIUSA E DOTATA DI SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 6
DOPPIO RISCALDATORE DELL ARIA CHE VIENE INIETTATA A TEMPERATURA COSTANTE 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 7
TUBO SABBIA, CAMPANA DI SPARO E PIASTRA DI SPARO CON CIRCUITI DI RAFFREDDAMENTO AD ACQUA 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 8
CASSA D ANIMA CON SISTEMA DI RISCALDAMENTO AD OLIO 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 9
PROVE DI RIGENERAZIONE IN LABORATORIO La sabbia di risulta dalla sterratura anime formate in CORDIS è stata trattata termicamente a varie temperature in una muffola di laboratorio. Sui campioni di sabbia ottenuti è stato analizzato il ph e la richiesta acida. 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 10
CARATTERISTICHE CHIMICHE DELLA SABBIA DOPO TRATTAMENTO TERMICO CAMPIONE Temperatura di tratt. Termico [ C] Note sul campione dopo trattamento termico ph Richiesta acida a ph [ml NaOH N/10] 3 4 5 7 Colore (vedi foglio con rilievi fotografici) Campione N 0 Sabbia di sterratura anime 135 Campione non trattato termicamente: 135 C è la temperatura di formatura delle anime. 10,48 23,5 22,63 21,63 18,48 Grigio scuro Campione N 1 450 Campione N 2 500 Campione N 3 550 Campione N 4 600 Campione N 5 650 Campione N 6 700 Campione N 7 750 Dopo trattamento si presenta quasi completamente sciolta 9,99 10,98 10,07 8,08 7,23 Grigio Dopo trattamento si presenta quasi completamente sciolta anche se leggermente più tenace di quella a 450 C 9,9 9,51 8,51 6,51 5,26 Grigio chiaro La sabbia rimane compatta ma solo sollevando il setaccio si sfalda completamente. 9,24 7,86 6,85 5,0 3,52 grigio "biancastro" La sabbia rimane compatta ed ha una consistenza che basta una leggera pressione perché si sfaldi completamente. 8,68 5,4 4,45 2,9 2,0 biancastra Una volta sul setaccio si è frantumata facilmente e completamente. 7,5 5,0 3,65 2,1 1,54 A freddo la sabbia e si è frantumata per semplice setacciatura manuale. 7,7 4,9 3,47 2,0 1,49 La sabbia fredda si presenta in un unico blocco. Si frantuma facilmente già setacciando manualmente. 7,5 4,8 3,52 1,9 1,48 leggermente più bianca della precedente leggermente più bianca della precedente Bianca (più della francese originale) 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 11
CARATTERISTICHE CHIMICHE: ph DELLA SABBIA DOPO TRATTAMENTO TERMICO A VARIE TEMPERATURE [ ph ] 12 ph dopo trattamento termico 11 10 9 8 7 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 ph sabbia dopo trattamento termico [ C ] 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 12
[ ml/ HCl N/10] 25 CARATTERISTICHE CHIMICHE: RICHIESTA ACIDA A ph 3, 4, 5 E 7 DELLA SABBIA DOPO TRATTAMENTO TERMICO A VARIE TEMPERATURE 20 15 10 5 0 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 [ C ] Rich.acida ph 3 Rich. Acida ph 4 Rich. Acida ph 5 Rich. Acida ph 7 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 13
RISULTATI DELLE PROVE DI RIGENERAZIONE IN LABORATORIO Da tale indagine è stato riscontrato che: il ph tende a scendere all aumentare della temperatura di trattamento Il ph si stabilizza con temperature superiori ai 650 C. La richiesta acida diminuisce con l aumentare della temperatura La richiesta acida si stabilizza con temperature superiori ai 650 C 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 14
NECESSITA DI TRATTAMENTO MECCANICO SUCCESSIVO A QUELLO TERMICO Il trattamento termico ha solo la capacità di modificare le caratteristiche chimico / fisiche del sistema legante ma non di eliminarlo. Durante il trattamento termico alcuni granelli di sabbia possono agglomerarsi tra loro a causa di microfusioni del legante inorganico. L eventuale riutilizzo in formatura, per più volte, della sabbia rigenerata comporterebbe un accumulo di legante sui granelli di sabbia che andrebbe a modificare la granulometria della stessa e renderebbe più fragile la formatura Per tali motivi si rende perciò necessario un successivo trattamento meccanico di spoglio 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 15
FOTO AL SEM DI UNA FORMATURA IN CORDIS 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 16
SCHEMA IMPIANTO RIGENERAZIONE Sgrumatore e vaglio vibrante Rigenerazione termica Scrubber pneumatico 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 17
FORNO IMF DI TRATTAMENTO TERMICO DI RIGENERO L impianto pilota di trattamento termico è costituito da un forno a letto fluido da 500 kg/h abbinato ad un raffreddatore 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 18
RAFFREDDATORE La sabbia dopo trattamento termico subisce un raffreddamento mediante passaggio in un raffreddatore a scambiatore termico ad acqua 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 19
TRATTAMENTO MECCANICO L impianto pilota di trattamento meccanico, Scrubber Pneumatico, lavora in modo discontinuo dove si può impostare sia la quantità di sabbia da trattare che i tempi di trattamento. 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 20
CARATTERISTICHE CHIMICHE DELLA SABBIA DOPO TRATTAMENTO TERMICO A 600 C E TRATTAMENTO MECCANICO A VARI TEMPI CAMPIONE Temperatura di Tratt. termico Trattamento meccanico per x minuti ph Richiesta acida a ph 3 4 5 7 Granulo m. DIN Conten. fini Campione N 1 Sabbia dopo trattamento termico a 600 C Non trattata meccanicamente 8,85 9,3 7,4 3,9 2,9 52 0,3 Campione N 2 Sabbia dopo trattamento termico a 600 C Trattamento meccanico per 1 minuto 8,8 7,4 5,11 1,7 2,2 53 0,4 Campione N 3 Sabbia dopo trattamento termico a 600 C Trattamento meccanico per 3 minuti 8,97 8,2 6,76 3,5 1,93 53 0,49 Campione N 4 Sabbia dopo trattamento termico a 600 C Trattamento meccanico per 5 minuti 9,27 8,3 6,5 3,3 2,0 54 0,97 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 21
CARATTERISTICHE CHIMICHE DELLA SABBIA DOPO TRATTAMENTO TERMICO A 650 C E TRATTAMENTO MECCANICO A VARI TEMPI CAMPIONE Temperatura di Tratt. termico Trattamento meccanico per x minuti ph Richiesta acida a ph 3 4 5 7 Granulo m. DIN Conten. fini Campione N 5 Sabbia dopo trattamento termico a 650 C Non trattata meccanicamente 9,13 5,9 4,2 3,5 2,37 53 0,27 Campione N 6 Sabbia dopo trattamento termico a 650 C Trattamento meccanico per 1 minuto 9,28 5,7 4,5 1,6 0,64 53 0,33 Campione N 7 Sabbia dopo trattamento termico a 650 C Trattamento meccanico per 3 minuti 9,41 7,2 6,03 2,8 1,22 54 0,86 Campione N 8 Sabbia dopo trattamento termico a 650 C Trattamento meccanico per 5 minuti 9,53 6,8 5,2 2,5 1,31 55 1,93 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 22
[ph] ph DELLA SABBIA DOPO TRATTAMENTO TERMICO A 600 C E 650 C E TRATTAMENTO MECCANICO CON SCRUBBER PNEUMATICO 12 11 10 9 8 7 0 1 2 3 4 [ Minuti] 5 ph >Tratt. Term. 600 C +Simpson Scrubber Pneumatico ph ph > > tratt. Tratt. Term. Term. 640 C 650 C + + Simpson Scrubber Pneumatico 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 23
[ml HCl N/10] 12 RICHIESTA ACIDA DELLA SABBIA A PH 3 DOPO TRATTAMENTO TERMICO A 600 C E 650 C E TRATTAMENTO MECCANICO CON SCRUBBER PNEUMATICO 10 8 6 4 2 0 0 1 2 3 4 5 [ Minuti] Rich. Acida a ph 3 dopo tratt. A 600 C Rich.Acida Acida a ph a 3 ph dopo 3 dopo tratt.a tratt. 640 Ca 650 C 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 24
[ml HCl RICHIESTA ACIDA DELLA SABBIA A PH 4 DOPO TRATTAMENTO TERMICO A 600 C E 650 C E TRATTAMENTO MECCANICO CON SCRUBBER PNEUMATICO 12 10 8 6 4 2 0 0 1 2 3 4 5 [ Minuti] Rich. Acida a ph 4 dopo tratt.a 600 C Rich. Acida a a ph ph 44 dopo tratt.a a 640 C 650 C 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 25
[ml HCl RICHIESTA ACIDA DELLA SABBIA A PH 7 DOPO TRATTAMENTO TERMICO A 600 C E 650 C E TRATTAMENTO MECCANICO CON SCRUBBER PNEUMATICO 12 10 8 6 4 2 0 0 1 2 3 4 5 [ Minuti] Rich.Acida a ph 7 dopo tratt.a 600 C Rich.Acida a a ph ph 7 7 dopo tratt.a 640 C a 650 C 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 26
[AFS 57 INDICE DI FINEZZA DOPO TRATTAMENTO TERMICO A 600 C E 650 C E TRATTAMENTO MECCANICO CON SCRUBBER PNEUMATICO 56 55 54 53 52 [ Minuti] 0 1 2 3 4 5 Scrubber indice di finezza dopo tratt. Term.a 600 C + SIMPSON Pneumatico Indice di di finezza dopo tratt. Term.a a 640 C 650 C + + SIMPSON SCRUBBER 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 27
CONTENUTO FINI DOPO TRATTAMENTO TERMICO A 600 C E 650 C E TRATTAMENTO MECCANICO CON SCRUBBER PNEUMATICO 3 [% 2 1 0 0 1 2 3 4 5 [ Minuti] Scrubber Contenuto fini dopo tratt. Term.a 600 C + SIMPSON Pneumatico Contenuto fini fini dopo tratt. Term.a 640 C a 650 + C SIMPSON + SCRUBBER 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 28
FOTO SABBIA RIGENERATA A 600 C DA FORMATURA CORDIS NON TRATTATA CON SCRUBBER PNEUMATICO 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 29
FOTO SABBIA RIGENERATA A 600 C DA FORMATURA CORDIS TRATTATA 5 MINUTI CON SCRUBBER PNEUMATICO 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 30
FOTO PARTICOLARE GRANO DI SABBIA RIGENERATA A 600 C DA FORMATURA CORDIS TRATTATA 5 MINUTI CON SCRUBBER PNEUMATICO 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 31
PROVE TECNOLOGICHE CON SABBIA RIGENERATA TERMICAMENTE E MECCANICAMENTE PROVA TECNICA SABBIA QUANTITA' 5 Kg TEMPERATURA SABBIA C 21 TEMPO DI MISCELAZIONE ANORGIT 30 secondi TEMPERATURA AMBIENTE C 20 TEMPO DI MISCELAZIONE CORDIS 1 minuto UMIDITA' RELATIVA % 55 PRESSIONE DI SPARO 5 atm PRESSIONE DI GASAGGIO 3 atm DATA 22/23-04-14 TEMPERATURA CASSA D'ANIMA C 180 RESP. PROVA AP TEMPERATURA ARIA GASAGGIO C 180 TEMPO GASAGGIO [s] 30 INVECCHIAMENTO MISCELA SUBITO (1)* (A) (B) (C) NOTE 2,0% CORDIS 1,0% ANORGIT ROTTURA PROVINO (h) (gg) SUBITO 1h 24h 7gg ermetico 14 gg ermetico 7 gg 50 60%UR 14 gg 50 60%UR 24 h 100% UR 5 gg 100% UR Tipo di sabbia utilizzato CORDIS 8593 ANORGIT 8608 200 395 390 378 360 294 270 195 0 SABBIA LA 32 CORDIS 8593 ANORGIT 8608 215 395 350 355 345 269 260 260 0 RIGENERATA 600 C + SCRUBBER 1 m CORDIS 8593 ANORGIT 8608 210 395 390 385 350 305 290 240 0 RIGENERATA 600 C + SCRUBBER 3 m CORDIS 8593 ANORGIT 8608 200 395 395 363 315 325 295 235 0 RIGENERATA 600 C + SCRUBBER 5 m CORDIS 8593 ANORGIT 8608 205 365 350 350 345 290 260 235 0 RIGENERATA 650 C + SCRUBBER 1 m CORDIS 8593 ANORGIT 8608 195 365 360 350 360 295 270 255 0 RIGENERATA 650 C + SCRUBBER 3 m CORDIS 8593 ANORGIT 8608 190 370 375 355 345 305 260 265 0 RIGENERATA 650 C + SCRUBBER 5 m (*) A= Provino stoccato in contenitore ermetico e rotto (1) dopo 7 gg e (2) rotto dopo 15gg. B= Provino stoccato in laboratorio e rotto (1) dopo 7 gg e (2) dopo 15 gg (*)= rottura a flessione non realizzabile, provini completamente rinvenuti C= Provino a 100% UM e rotto (1) dopo 24 h e (2) dopo 5 gg. 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 32
PROVE TECNOLOGICHE CON SABBIA RIGENERATA TERMICAMENTE E MECCANICAMENTE SCRUBBER 1 min. SCRUBBER 3 min. SCRUBBER 5 min. SCRUBBER 1 min. SCRUBBER 3 min. SCRUBBER 5 min. 400 350 300 250 200 150 100 50 0 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 33
CONCLUSIONI Dalla prova con impianto pilota della IMF la rigenerazione termico / meccanica della sabbia esausta da processo CORDIS permette di ottenere una sabbia che può essere impiegata per un nuovo ciclo di formatura con il sistema inorganico. WORK IN PROGRESS E già stata programmata una nuova sperimentazione dove sarà rigenerato un quantitativo di sabbia tale da permettere la produzione di una serie di anime che saranno poi impiegate in colata presso una fonderia. 20/12/2014 Congresso Assofond Brescia - 21/22 novembre 2014 34