Окружающей среды и природопользования

7.7 Литье

7.7.1 Литье, охлаждение и выбивка с использованием одноразовых форм

Во время предварительного подогрева разливочных ковшей вырабатываются газообразные продукты сгорания, как следствие использования природного газа в качестве общепринятого источника энергии.

Во время разливки могут образовываться следующие типы выбросов:

- термически разлагаемые компоненты, такие как экзотермические шлейфы, дымы, образующиеся в результате реакций, и/или пары;

- химические компоненты от связующего вещества и некоторых систем чернения, которые могут высвобождаться в результате термического разложения и/или улетучивания, например, газообразные продукты сгорания, водяные пары и летучие органические соединения. Некоторые продукты разложения могут иметь неприятный запах.

Эксперименты показывают, что максимальные выбросы (относящиеся ко всему С) происходят в первые 10 минут или чуть больше сразу после разливки. Основным компонентом является СО, и его уровень представляется индикативным для высвобождения остальных компонентов. [13]

Во время охлаждения и выбивки продолжаются процессы термического разложения и образования летучих компонентов, в основном, определяемых степенью диффузии и испарения.

При удалении (выбивке) песчаных моделей и стержней из литья образуется много пыли, потому что приходится, по крайней мере, частично разрушать модели.

На стадии вторичного охлаждения нет никаких выбросов от этих заводов за исключением водяного пара, потому что струя воды используется в качестве вспомогательного средства для охлаждения. [1]

Типы выбросов во время литья определяются типом используемого связующего вещества. Эти выбросы сопоставимы с такими же на стадии смешивания, но с добавлением продуктов пиролиза, появляющимися в момент контакта с горячим металлом. В Таблице 7.38 предлагаются результаты качественных наблюдений за выбросами, относящимися к различным типам связующих веществ.

В Таблице 7.39 приводятся коэффициенты вредности производства литья чугуна в песчаные формы с отверждением на холоде, применяемые в Бельгии.

Коэффициенты вредности производства во время разливки, охлаждения и выбивки для смешанных песчаных систем были определены в соответствии с интенсивной программой измерений на двух автомобильных заводах в Мехико. Заводы, участвовавшие в изучении, производили литье чугуна с использованием сырых форм и стержней из химически связанного песка. Коэффициенты вредности производства во многом определяются применяемым процессом. Они отличаются в зависимости от изменений химического состава литейных форм или стержней, параметров процесса, таких как время охлаждения, или от применяемой технологии, например, типа приспособления, использующегося для выбивки. Тем не менее, полученные коэффициенты вредности производства предоставляют полезную информацию относительно типа выбросов и соответствующей важности различных этапов процесса. На Рисунке 7.5 представлены коэффициенты вредности производства для наиболее значимых обнаруженных загрязнителей воздуха. Данные указывают на то, что наибольшее количество выбросов происходит во время выбивки, и лишь небольшие выбросы замечены во время разливки. Основными источниками выбросов РАН являются нафталин и монометиловые нафталины. Дальнейший анализ данной категории выявил, что многие канцерогенные РАН, такие как бензо(а)пирен, не были обнаружены.

Среди металлов в выбросах больше всего присутствуют марганец, свинец, никель, медь и хром, причем лидируют свинец и марганец. [62]

Рисунок 7.5 - Уровни выбросов загрязняющих веществ после разливки, охлаждения и выбивки для литейного производства чугуна по-сырому [62]
На Рисунке 7.6 приводятся коэффициенты вредности производства для твердых частиц. Они основываются на измерении всей пыли - ТЧ₁₀ (частицы с размерами, меньшими или равными 10 мкм) и ТЧ_2,5 (частицы с размерами, меньшими или равными 2,5 мкм). Обратите внимание, что ТЧ_2,5 подпадает под определение ТЧ₁₀. [62]

Рисунок 7.6 - Уровни выбросов для твердых частиц после разливки, охлаждения и выбивки для литейного производства чугуна по-сырому

(Всего = ТЧ₁₀ + ТЧ_>10) [62]

На приводимых выше рисунках цифры относятся к неочищенному газу. В обзоре итальянского сектора были собраны данные по выбросам для очищенных отработанных газов. Они указываются в Таблице 7.40 [45]. Все типы очистки отработанных газов достигают уровня выбросов <20 мг/Нм³. Наилучшие характеристики у мокрых скрубберов. Следует, однако, заметить, что данные основываются только на трех измерениях.

Чрезмерное количество песка в литейных системах приводит к неоправданным капитальным и эксплуатационным расходам. Малое соотношение песка к жидкому металлу снизит общее количество песка в системе, а значит, и снизит потребление новых материалов.

На Рисунке 7.7 показано распределение соотношений песка к жидкому металлу для зеленого песка в чугунолитейном производстве. Данные были взяты из британского сектора литейной промышленности. Несмотря на то, что среднее соотношение песка к жидкому металлу в этом секторе составляет 9:1, некоторые литейные производства работают либо значительно выше, либо значительно ниже этого показателя. Как правило, более низкие соотношения связываются с определенными типами металлических литейных форм или с поштучными литейными производствами, где легче оптимизировать комбинации «размер ящика - литье». Более высокие соотношения, в основном, объясняются тем, что работа либо нерегулярная, либо кратковременная (мелкосерийность). В этих случаях неизбежно множество сильно различающихся конфигураций литья (а значит и конфигураций моделей). Возможно также, что с момента проектирования завода оригинальные изделия/номенклатура продукции претерпели значительные изменения.

Рисунок 7.7 - Соотношение зеленого песка к жидкому металлу на чугунолитейных производствах [27]
На Рисунке 7.8 показано распределение всех соотношений песка к жидкому металлу для зеленого песка в медном секторе, где среднее соотношение песка к жидкому металлу составляет приблизительно 4:1. Причиной того, что данное значение ниже, чем в чугунном секторе, в основном, является тот факт, что большинство производств по литью меди имеют производственную ориентацию с оптимизированным размером ящика.

Рисунок 7.8 - Соотношение зеленого песка к жидкому металлу на производствах по литью меди [27]

На Рисунке 7.9 приводятся данные по соотношению химически связанного песка к жидкому металлу для различных типов металлов.

Выход годного металла – это соотношение количества расплавленного металла к весу окончательно обработанных качественных отливок. На выход годного металла влияют пять основных факторов, таких как:

- требования к качеству;

- выбор размера модели – ящика;

- протяженность систем литников и питателей;

- усадка металла;

- количество бракованного литья.

Выход годного металла не имеет прямого влияния на использование песка. Тем не менее, увеличение выхода может привести к уменьшению количества изготавливаемых моделей. А это означает, что снижается общее потребление песка. Более низкий выход металла, в основном, связывается с выпуском изделий с повышенным уровнем интеграции, где могут потребоваться исключительные стандарты качества. А это требует более экстенсивной питательной системы. Низкий выход также может указывать на повышенное количество скрапа и чрезмерные питательные системы. При таких обстоятельствах литейные производства должны пересмотреть свои методы управления процессами и изготовления моделей. В Таблице 7.41 приводится средний выход годного металла для основных секторов сплавов.

Данные были взяты из обзора по британскому сектору литейного производства и у Португальской ассоциации литейного производства (в последнем случае данные относятся к стали). Значительное количество респондентов в обзоре отказались предоставить данные по выходу годного металла, особенно в алюминиевом и медном секторах. Тем не менее, можно сделать некоторые общие комментарии по выходу годного металла:

- диапазон выходов годного металла, заявленных для чугуна с пластинчатым графитом и чугуна с шаровидным графитом, был от 40% до 90%;

- выходы годного металла, заявленные производствами по литью алюминия, были довольно равномерно распределены между 40% и 80%. Однако, более 50% производств по литью алюминия предпочли не предоставлять данных;

- половина из небольшого количества производств по литью меди, предоставивших данные, достигает выхода годного металла в объеме от 50% до 60%, хотя заявленный диапазон составляет от 30% до более чем 90%.[64]

7.7.1.4 Использованный формовочный песок

В Финляндии был проведен обзор и изучение качества и химического состава отходов формовочного песка. Данные были собраны в литературе и из собственных экспериментов [65].

В нескольких исследованиях были выполнены химические анализы использованного формовочного песка из различных источников. В Таблице 7.42 приводится краткое изложение наиболее значительных результатов. Данные показывают, что содержание металлических и органических вредных веществ в использованном формовочном песке, как правило, низкое. В общем случае, содержание металлических и органических вредных веществ в зеленом песке выше по сравнению с химически связанными песками. Неорганические пески, в основном, очень чистые.
Таблица 7.42 - Результаты анализов использованных формовочных песков от различных источников [65]

Компонент	Зеленый песок (мг/кг)	Песок, обработанный органикой (мг/кг)	Кварцевый песок (мг/кг)
Ba	35 – 118	2,4 – 5,5	нет данных
Cr	1,7 – 13,5	1,2 – 7,2	<5
Fe	2950 – 21000	640 – 16300	530 – 1700
Zn	1,5 – 1450	1,6 – 49	<10 – 30,0
Cd	0,03 – 6,7	0,01 – 0,03	0,02
Pb	1,6 – 390	0,4 – 2,1	1,3
Cu	4,7 – 5,0	2,7 – 4,4	<1,5 – 6,0
Ni	<2,5 – 20,0	0,3 – 8,5	2,5 – 8,3
Mn	76 – 78	22 – 79	25 – 34
As	0,2 – 2,1	0,2 – 1,8	<0,5 – 0,51
Фенол	1,1 – 29,6	0,1 – 14	0,03
Всего РАН	1,0 – 206,6	0,1 – 8,8	<1,75

Центр Исследования Литья (ЦИЛ) проанализировал значения по ПАУ (общее ПАУ, нафталиновое и канцерогенное ПАУ) и содержание фенола в различных использованных формовочных песках. Результаты приводятся в Таблице 7.43. Для какой-либо указанной линии по производству песка изменения содержания ПАУ и фенола сравнительно небольшие.

Тесты на выщелачивание показали, что выщелачивание металлов, как правило, небольшое и что выщелачиванием хрома, вызванным присутствием хромитового песка, можно пренебречь [65].

7.7.2 Литье в постоянные формы

Потребляемые ресурсы - разделительный состав на водяной основе - охлаждающая жидкость - расплавленный металл - стержни

На выходе - литье - масляный туман от распыления разделительного состав - органические загрязняющие - вещества от термического разложения связующего вещества стержней - пыль, содержащая оксиды металлов из выдерживающих печей - пыль от выбивки сердечников - отработанная вода

В Таблице 7.44 приводятся данные по материальному балансу для трех различных литейных производств, использующих литье алюминия под давлением.

Таблица 7.44 - Данные по материальному балансу, химическому составу выбросов и отходов для установок для литья алюминия под давлением [7], [50]

	Производство А	Производство В	Производство С
Потребляемые ресурсы
Вода	802 л/т	935 л/т	1709 л/т
разделительный состав	16 л/т	8,26 л/т	1,12 л/т
Электричество	1103 кВтчас/т	1380 кВтчас/т	652 кВтчас/т
На выходе
Отработанная вода1 химическое потребление кислорода (ХПК) pH взвешенные твёрдые частицы Масло и смазка биохимическая потребность в кислороде (БПК) Al	18000 мг/л 7,5 1300 мг/л 3000 мг/л 2000 мг/л 5 мг/л	122 л/т	126 мг/л 7,5 1 мг/л 1 мг/л (всего углеводородов) 78 мг/л 0,6 мг/л
Отработанный газ NOx Летучие органические вещества Пыль		0,006 кг/т 0,28 кг/т 1,8 кг/т	0,14 – 0,27 кг/т 0,030 – 0,16 кг/т
Все значения указаны в пересчете на тонну хорошего литья или в мг на л отходов 1 Для Производства С улучшение качества отработанной воды обеспечивается дистиллирующей установкой и градирнями

В современной практике литья под давлением разделительный состав на водяной основе распыляется по открытой металлической форме после разбавления до соотношения 1:50 – 1:200. Кроме того, что такое разбрызгивание обволакивает литейную форму, оно ее еще и охлаждает. Этим объясняется разница в потреблении воды, указанная в таблице. Данная технология ведет к разливу и потерям воды. До 40% воды/состава утекает в систему отработанной воды литейного производства.

Уровни выбросов и потребления для процессов литья в постоянные формы определяются типом используемого сплава, площадью поверхности расплава, количеством песчаных стержней, вставленных в литейную форму, и соотношением поверхности литья к его объему. Литейные стержни являются основными источниками выбросов. Не существует каких-либо значимых различий между отдельными технологиями литья. Из-за большого разнообразия процессов и применений невозможно предоставить усредненные данные. [7]

Потребление электричества зависит от параметров процесса, таких как сила закрытия крышки литейной формы; они определяются на технической основе.

В Таблице 7.45 указываются коэффициенты загрязнения производства для литья бронзы, латуни и ЦАМа, выполняемого в Бельгии.
Таблица 7.45 - Индикативные коэффициенты загрязнения производства для литья бронзы, латуни и ЦАМа [13]

Сплав	CuO	SnO	PbO	ZnO	Al2O3	MnO
Бронза	0,06	0,04	2 – 20	625 – 6250
Латунь	0,01		0,007 – 1	125 – 21500
ЦАМ				0,004	0,2	0,01
*Все данные указаны в пересчете на г/т расплавленного металла

жүктеу/скачать 9.9 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: