32. Kaavaushiekan elvytys Raimo Keskinen Pekka Niemi - Tampereen ammattiopisto Tiukentunut jätehuolto on pakottanut myös tehostamaan hiekkojen kierrättämistä. Uuden hiekan kustannus on aina ylimääräinen kustannus, mikäli valettua hiekkaa voidaan käyttää uudestaan joko sellaisenaan tai käsiteltynä siten että se on käyttökelpoista. Tätä valussa olleen hiekan käsittelyä kutsutaan hiekan elvyttämiseksi. Hiekka kiertää valimossa hiekan kaavaushiekan valmistusjärjestelmästä muotin valmistukseen ja valun jälkeen elvyttämiseen seuraavassa tyypillinen tuorehiekkajärjestelmä. Kuva. Tuorehiekkajärjestelmä 17.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Kaavaushiekan elvytys - 1
Toimintaperiaatteina on yleensä terminen ja ei-terminenmenetelmä ja niissä käytetään pneumaattista ja hiertoon perustavia laitteistoja. Pelkkä terminen menetelmä ei suinkaan ole paras vaihtoehto, sillä ei ole järkeä polttaa kallista bentoniitti tms. sideainetta korkeassa kuumuudessa.hartsihiekkaelvytyksessä terminen elvytys käy edelleen hyvin. On myös laitteistoja joissa perinteisen mekaanisen elvyttimen perään asennetaan lisäelvytin, jolla saavutetaan hehkutushäviö pienemmäksi ja sitä kautta kiertohiekan kiertoprosentti korkeammiksi Muotin ja keernan pintahiekka joutuu valussa suuren lämpörasituksen alaiseksi. Sideaineet palavat tai menettävät osittain sitomiskykynsä. Osa rakeista liimautuu yhteen ja muodostaa ylisuuria rakeita ja kokkareita. Tuorehiekkakaavauksessa joudutaan lisäämään sideainetta kaavattavuuden ylläpitämiseksi ja hartsihiekkakaavauksessa sen on välttämätöntä, jossa sitomiskyky katoaa valussa kokonaan, joskin ns. jäämiä jää hiekkarakeeseen. Kiertäessään valimossa hiekkarakenteet osittain kuluvat ja murtuvat. Aikaa myöten hiekan ominaispinta-ala kasvaa ja sideaineen tarve lisääntyy, eikä hiekka muutenkaan enää täytä sille asetettavia vaatimuksia. Näistä syistä kiertohiekka on joko korvattava uudella hiekalla tai käsiteltävä siten, että se soveltuu uudelleen käytettäväksi, eli se elvytettävä. Kuva. Hiekan valmistus elvytyslaitos Elvytyksessä hiekka voi saada ominaisuuksia, jotka ovat parempia kuin uuden hiekan vastaavat ominaisuudet. Elvytetyn hiekan lämpölaajeneminen on pienempi, joten vaara, että muottiin tulee kuoriutumavikoja on vähäisempi. 17.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Kaavaushiekan elvytys - 2
Myös hartsin kulutus saattaa olla vähäisempi, koska aikaisempi, jo turmeltunut hartsikerros täyttää hiekkarakenteiden kolot, ja näin niiden kokonaispinta-ala muodostuu pienemmäksi. Tämä kuitenkin edellyttää tehokasta pölynpoistoa hiekasta. Valimon hiekankiertojärjestelmä riippuu käytössä olevan elvytetyn hiekan määrästä. A. Kertahiekkajärjestelmää käytetään silloin, kun voidaan käyttää halpaa raakahiekkaa tai valimon kokonaishiekan tarve on pieni, eikä ole taloudellista hankkia elvytykseen tarvittavia laitteita. Tätä järjestelmää käyttävät myös esim. eräät vesilasi- ja sementtihiekkaa käyttävät valimot, koska näiden hiekkojen elvytettävyys on huono. B. Puolisuljetulla järjestelmällä tarkoitetaan hiekkakiertoa, jossa on osa hiekasta palautetaan elvytyksen jälkeen hiekkakiertoon ja osa ajetaan kaatopaikalle. Uutta hiekkaa lisätään järjestelmään tai sitä tule keernojen mukana. Vaativassa terävalussa joudutaan usein käyttämään puolisuljettua järjestelmää kaavaus- ja keernahiekoille asetettavien suurten vaatimusten vuoksi. C. Suljetussa järjestelmässä pyritään siihen, että ainoastaan hiekkahukka korvataan uudella hiekalla. Mitä suljetumpi hiekkajärjestelmä on, sitä enemmän rikastuu hiekkaan haitallisia aineita. Kuinka paljon uutta hiekkaa kiertohiekan joukkoon lisätään, riippuu valettavasta metallista ja käytettävästä hiekkalaadusta. Esimerkiksi teräsvalimossa sekä hartsi- että bentoniittihiekkakaavauksessa uutta hiekkaa saatetaan mallihiekkoihin lisätä 50-100 %; käyttää esim. seosheikkaa 30/70 %, tms. seossuhdetta. Sen sijaan täytehiekkana voidaan usein käyttää pelkkää kiertohiekkaa. Kaavaushiekan elvytys voidaan jakaa kolmeen vaiheeseen; esikäsittely, johon kuuluu hiekkakokkareiden murskaus ja rautametallisten kappaleiden, esimerkiksi hiekkakoukkujen, poisto magneettierottimella rakeiden puhdistus, jossa hiekkarakeet pyritään kuorimaan sideaineesta, joka on tarttunut pintaan jälkikäsittely, johon kuuluu pölyn erotus sekä hiekan kuivaus ja jäähdytys 17.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Kaavaushiekan elvytys - 3
Kuva. Hiekan jäähdytin Mainittuja vaiheita ei aina voida erottaa toisistaan, vaan ne voivat olla toisiinsa yhdistyneinä. Esimerkiksi tehokkaassa murskauksessa tapahtuu aina melkoista rakeiden puhdistusta. Mekaanisen elvytyksen tavoitteena on, että tärytyhjentimen, murskaimen ja seulojen avulla saadaan hiekkarakeet puhdistetuiksi tehottomista side- ja lisäaineista, jotka johdetaan pölynpoistojärjestelmään. Mekaaninen elvytys alkaa jo tärytyhjentimen ristikolla. Kuva. Tärytyhjennin Kuva. Tärytyhjentimen kaaviokuva Tyhjennysristikkoa kannattava kehys on asennettu kierrejousien varaan siten, että ristikko pääsee värähtelemään vapaasti kaikkiin suuntiin. Jousien alapäät on kiinnitetty laitteen kiinteään runkoon. Kehyksen keskikohdalle on laakeroitu akseli, jonka kummassakin päässä on säädettävä epäkesko. Moottori pyörittää akselia kiilahihnojen välityksellä. Epäkeskojen pyörimisnopeus on 17.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Kaavaushiekan elvytys - 4
900-1500 1/min, Tärinän laajuutta voidaan säätää epäkeskojen asentoa muuttamalla. Joissakin tärytyhjennin-malleissa saadaan värähtely aikaan ristikkoon kiinnitetyillä epäkeskomoottoreilla. Valetun muotin mukana tullut hiekka murskautuu kokkareiksi tärytyhjentimen ristikon päällä tärinän vaikutuksesta. Kokkareiden suuruuden määrää ristikon reikäsuuruus, joka voi olla esimerkiksi 50 x 70 mm. Kuva. Täryristikko Kuva. Kehästä irronnut hiekka putoaa täryristikon läpi Murskautumista voidaan auttaa laskemalla seuraava tyhjennettävä muotti kokkareiden päälle tai käyttämällä erityistä levypainoa. Ristikon läpi pudonnut hiekka kuljetetaan hihnakuljettimilla yhden tai useamman magneettierottimen ohi. Magneettierottimet erottavat hiekasta rautapitoisen aineksen. Kuten hiekkakoukut ja valuroiskeet, jotka saattaisivat vahingoittaa laitteistoa hiekan käsittelyn myöhemmissä vaiheissa. Erottimet voivat olla joko rumpu- tai pintamagneetteja. Rumpumagneetti erottaa parhaiten ne rautaesineet, jotka ovat lähellä hihnaa. Pintamagneetti, joka kulkee tavallisesti hiekkaa kuljetettavan hihnan päällä poikittain, erottaa hiekan pinnassa olevat magneettiset esineet. Magneettierottimilta kokkareisen hiekan matka jatkuu esimerkiksi hihnakuljettimen avulla elevaattoriin, joka nostaa hiekan kokkaremurskaimeen. Murskain rikkoo kokkareet alle 10 mm:n läpimittaisiksi. 17.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Kaavaushiekan elvytys - 5
Kuva. Rumpumagneettierotin Kuva. Pintamagneettierottimen toimintaperiaate Iskumurskaimessa olevaa rumpua pyöritetään kehänopeudella 25 50 m/s, jolloin rumpuun kiinnitetyt iskulista lyövät kokkareet rikki iskulevyjä vasten. Iskulevyjen etäisyys listoista on kulumisen vuoksi usein säädettävä. Kuvan kokkaremurskaimessa rikotaan hiekkakokkareet sinkoamalla ne keskipakovoimaa apuna käyttäen suurella nopeudella laitteen sisällä olevia tankoja vasten. Hiekka putoaa alla olevalle hihnakuljettimelle. Kuva. Iskumurskain Kuva. Iskumurskaimen toimintaperiaate 17.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Kaavaushiekan elvytys - 6
Kromiittihiekkaa paljon käyttävät valimot voivat myös ottaa kalliin kromiittihiekan talteen kromiittihiekan erottimella. Tässä kromiittihiekka erotetaan muusta kiertohiekasta ja käytetään uudestaan oman puhdistusprosessinsa jälkeen. Kuva. Kromiittihiekkaerotin 17.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Kaavaushiekan elvytys - 7
Murskaimesta hiekka johdetaan seulalle. Rumpuseula on eräs seulatyyppi. Varsinainen seula on siinä monikulmion muotoinen. Seulan pyöriessä jo pieniksi käyneet kokkareet lentävät seulatasolta toiselle ja hienontuvat hyvin. Samalla seula elvyttää hiekkaa. Hiekkarakeiden pinnassa irtautuu hankauksen vaikutuksesta tehotonta sideainetta. Koteloidusta laitteesta imetään syntynyt pöly pois, jolloin hiekka myös jäähtyy virtaavan ilman vaikutuksesta. Seulalta murskautunut hiekka johdetaan varastosiiloihin. Tässä vaiheessa se on vielä varsin kuumaa, joten se on jäähdytettävä alle 30 C: seen ennen kaavausta. Jäähdytys voi tapahtua aikaisemmin selostetuilla laitteilla. Kuva. Rumpuseula 17.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Kaavaushiekan elvytys - 8
2. 1. 3. Kuva. Hiekkasiilo valimon ulkopuolella Kuva. Hiekkasiilot sisällä valimohallissa. 1. sekoittimen siilo 2. Uuden hiekan siilo 3. Kiertohiekan siilo Hiekkasiilon sijoituksella on merkityksensä. Jos siilo on ulkona, hiekan lämpötilaan siellä vaikuttaa ulkolämpötila talvella kylmentävästi ja kesällä esim. jäähtyminen on hitaampaa. Hiekan lämpötilan muuttuminen siilossa ei ole kovin nopeaa. Kuitenkin jos hiekka kesällä tulee kuumana siiloon, niin se ei jäähdy siellä kovin nopeasti. Toisaalta jos lämmin hiekka tulee kovalla pakkasella ulkosiiloon, se jäähtyy kyllä siellä. Tämä lämpötilan vaikutus aiheuttaa tiukkoja vaatimuksia hiekan vastaanottolämpötilaan ja siiloon lähettämisen suhteen Hiekkasiilojen sijoittaminen sisälle onkin lämpötilan hallinnan kannalta hyvä asia. Märkäelvytyksessä esimurskattu hiekka sekoitetaan veteen. Sakeassa hiekka-vesiseoksessa erikoisrakenteiset siipisekoittimet saavat aikaan voimakkaan hiertoliikkeen, jonka vaikutuksesta sideaineet ja muut epäpuhtaudet irtoavat. Puhdistunut märkä hiekka käsitellään keskipakoerottimessa, jolloin vesipitoisuus laskee noin 5 %:iin. Lopuksi hiekka kuivataan esimerkiksi pyörivässä rumpu-uunissa. Hiekkojen märkäelvytys on kallista laitteiden hankinta- ja käyttökustannusten vuoksi. Sen vuoksi menetelmän käyttö on rajoittunut 17.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Kaavaushiekan elvytys - 9
Kuva. Kaaviokuva erään valimon hiekanelvytyslaitoksesta. 1 Tärytyhjennin, 2 Magneettierotin, 3 Hihnakuljetin, 4 Elevaattori tai Pneumaattinen lähetin, 5 Kokkaremurskain, 6 Seula, 7 Kuuma elvytetty hiekka, 8 Hiekan jäähdytin, 9 Pneumaattinen kuljetin, 10 Jäähtynyt elvytetty hiekka, 11 Uusi hiekka 17.11.2011 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Kaavaushiekan elvytys - 10