Окружающей среды и природопользования
Производство литейных форм и стержней
жүктеу/скачать 9.9 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 7.6.2 Плавление с использованием песка на глиняной связке (плавление с использованием зеленого песка)
- 7.6.3 Изготовление форм с использованием несвязанного песка (V-процесс)
- 7.6.4 Изготовление форм и стержней с использованием химически связанного песка
- 7.6.5 Нанесение формовочной краски на формы и стержни из химически связанного песка
- 7.6.6 Литье в невосстановимые формы (Литье по газифицируемым / цельным моделям)
7.6 Производство литейных форм и стержней7.6.1 ВведениеПроизводство литейных форм и стержней подразумевает использование песка с различными химическими веществами, иногда сопровождающееся последующим нагревом. Происходит выброс газообразных и летучих продуктов реакции, а также избыточных реагентов. В Таблице 7.28 представлен обзор выбросов и прочих сильных воздействий на окружающую среду во время смешивания, затвердевания и хранения литейных форм и стержней. В последующих разделах приводятся дальнейшие обсуждения уровней выбросов и потребления для каждого из типов связующих веществ. Таблица 7.28 - Значительные воздействия на окружающую среду со стороны систем связующих веществ [4], [21], [58], [59]
В обзоре итальянских литейных производств были собраны данные по качественному составу выбросов пыли в литейных цехах. Результаты предлагаются в Таблице 7.29 Все системы очистки отработанных газов достигают уровня <15 мг/Нм3. Таблица 7.29 - Значения выбросов и интенсивность выбросов при выбросах пыли в плавильных цехах после очистки отработанных газов [45]
Выбросы, указанные в Таблице 7.28, относятся к стадиям смешивания, затвердевания и хранения форм и стержней. Большинство выбросов устойчиво образуется во время заливки металла и на стадиях охлаждения литья, но теперь уже с добавлением продуктов пиролиза. Это будет рассмотрено в Разделе 3.10.1. В Таблице 7.30 приводятся данные от проведенной немецкой кампании по измерениям выбросов пыли. Анализ пыли производился по фракциям ТЧ10, ТЧ2,5 и ТЧ1.
7.6.2 Плавление с использованием песка на глиняной связке (плавление с использованием зеленого песка)
Состав бентонита, добавляемого к песку, зависит от характерных свойств как песка, так и бентонита, а также от необходимой прочности газовой проницаемости изготовленной формы. В Таблице 7.31 указываются некоторые параметры песка на глиняной связке, полученные от 105 образцов песка, взятых на выбор на чугунолитейных заводах. Таблица 7.31 - Типичные свойства зеленого песка, замеренные у 105 образцов песка со 105 чугунолитейных заводов [30]
В смесь зеленого песка также добавляются следующие присадки: - Угольная пыль. Как правило, используется на чугунолитейных заводах, но также, хотя и в меньшей степени, при литье некоторых цветных металлов. Уровни угольной пыли в зеленом песке изменяются в диапазоне от 2 или 3% для небольшого литья до 7 или 8% для производства толстостенных отливок. Слишком большое количество угольной пыли может привести к возникновению отверстий в литье или к дефектным отливкам. Существуют различные продукты для замещения угольной пыли. В основном они подмешиваются несколько в иных концентрациях по сравнению с угольной пылью. - Крепители на основе крахмала. Крахмал и декстрин, как правило, используются в сталелитейном производстве для предотвращения дефектов, вызванных увеличением количества силикатов, а также для контроля избыточной влажности в песчаной смеси. Наиболее эффективны добавки крепителей на основе крахмала в новые облицовочные смеси из зеленого песка в объеме 0,5 и 0,75%. В секционных зеленых песках часть крахмала разрушается во время процесса литья. Рекомендуется на каждый повторный цикл добавлять от 0,1 до 0,25%, в зависимости от выгоревшего крахмала, а также от разбавления стержнями и новым песком.[3], [10]. 7.6.3 Изготовление форм с использованием несвязанного песка (V-процесс)
Тепловой удар, производимый при контакте с расплавленным металлом, разрушает зерна песка, порождая пыль, которая, в основном, выбрасывается во время выбивки. Оставшуюся в песке пыль необходимо удалять, чтобы обеспечить повторное использование песка для изготовления литейных форм. Если придерживаться данного метода, то лишь небольшое количество пыли должно образовываться во время заполнения литейных ящиков. Этот способ интересен своим очень малым воздействием на окружающую среду. Тем не менее, его производственный цикл состоит из множества стадий, поэтому скорость литья низкая и существует большой временной интервал между началом каждого нового отличающегося литья. Как следствие, данный процесс имеет лишь ограниченное применение. 7.6.4 Изготовление форм и стержней с использованием химически связанного песка
7.6.4.1 Уровни потребления химических веществ В Таблице 7.32 приводятся уровни потребления различных типов связующих веществ, отвердителей, катализаторов и присадок. Таблица 7.32 - Уровни потребления различных смол, катализаторов, отвердителей и присадок для приготовления химически связанного песка [3], [10]
7.6.4.2 Коэффициенты вредности производства Использование химических связующих веществ приводит к образованию различных химических компонентов во время смешивания, изготовления форм и стержней, хранения, разливки и охлаждения, как указывается в Таблице 7.30. В таблицах 7.33 и 7.34 приводятся некоторые индикативные коэффициенты вредности производства для определенных процессов. Таблица 7.33 - Коэффициенты вредности производства при изготовлении литейных форм [13]
Таблица 7.34 - Коэффициенты вредности производства при изготовлении литейных стержней [13]
7.6.4.3 Выбросы во время процессов отверждения на холоде Выбросы во время процессов отверждения на холоде могут быть описаны следующим образом: - Фенольные. Пары формальдегида и фенола находятся под большим давлением, поэтому возможны выбросы паров этих компонентов. Но при температуре окружающей среды происходит полимеризация, давление этих паров снижается, и с учетом норм потребления, выбросы оказываются незначительными. - Фурановые. Пары формальдегида, фенола, фурфурилового спирта и спиртов находятся под большим давлением, поэтому возможны выбросы паров этих компонентов. Но при температуре окружающей среды происходит полимеризация, давление этих паров снижается, и с учетом норм потребления, выбросы оказываются незначительными. - Полиуретановые. Пары формальдегида, фенола, изоцианата и ароматических растворителей находятся под большим давлением, поэтому возможны выбросы паров этих компонентов. Но при температуре окружающей среды происходит полимеризация, давление этих паров снижается, и с учетом норм потребления, выбросы оказываются незначительными. В зоне изготовления литейных форм могут порождаться неприятные запахи, но снаружи они едва ли вызовут неудобства. - Резол-эфирные. Смола содержит не вступившие в реакцию фенол и формальдегид, но их выбросы предельно малы и с точки зрения окружающей среды не представляют интереса. - Алкидно-масляные. Во время изготовления литейных форм и стержней проблем с выбросами нет, если только они не подвергаются термической вулканизации. В этом случае могут возникнуть проблемы с запахом. - Эфир-силикатные. Данный процесс не порождает каких-либо проблем с выбросами.[1] 7.6.4.4 Выбросы во время процессов отверждения газом Выбросы во время процессов отверждения газом могут быть описаны следующим образом: - Холодный ящик. Несмотря на то, что пары формальдегида, фенола, изоцианата и ароматических растворителей находятся под небольшим давлением, происходит выброс этих паров в небольших количествах. Наибольший выброс ароматических растворителей происходит во время продувки. Самые большие выбросы – у аминов, порог определения запаха у которых низкий. Амины – это опасные вещества со сравнительно низким пределом экспозиционного числа и обладающие сильным характерным запахом даже в очень низких концентрациях. - Резол-эфирный. Смола содержит не вступившие в реакцию фенол и формальдегид, но уровни их выбросов очень низкие, даже во время периодов выдувания газа и продувки. Метилформиат нетоксичен, не имеет неприятного запаха и предел экспозиционного числа у него сравнительно высокий. - Резол-СО2. Смола содержит небольшое количество не вступивших в реакцию фенола и формальдегида, и уровни их выбросов очень низкие, даже во время периодов выдувания газа и продувки. - Фенольная и фурановая смола, отвержденная SO2. Смолы и подготовленный песок образовывают выбросы формальдегида. Главная проблема выбросов вызвана сернистым газом, который очень опасен. - Эпоксидная/акриловая, отвержденная SO2. Во время процесса изготовления литейных стержней образовываются минимальные выбросы. - СО2 силикатный. Данный процесс не порождает каких-либо проблем с выбросами во время изготовления литейных форм и стержней.[1] 7.6.4.5 Выбросы во время процессов горячего отверждения Выбросы во время процессов горячей вулканизации могут быть описаны следующим образом: - Выбросы из горячего ящика. Модели для литья в основном обогреваются газовыми горелками на открытом воздухе, дающими выбросы сгоревших газов. Отходящий газ может содержать фенол, мочевину, формальдегид и моноизоцианаты (если смола содержит азот). - Выбросы из теплого ящика. По сравнению с горячим ящиком, выбросы значительно ниже. В них не содержится фенол или мочевина, а выбросы формальдегида снижены в 4 раза. Так как температура литейных моделей также ниже той, которая используется в процессах с горячим ящиком, то и эксплуатационные условия улучшились. Считается, что вредное воздействие на окружающую среду сравнительно невелико. - Выбросы из оболочки. По сравнению с процессом с использованием горячего ящика, потребление отвержденного песка очень низкое. Тем не менее, предварительно покрытый песок содержит в 2 – 3 раза больше смолы. Но так как температура литейных моделей приблизительно такая же, то и вредное воздействие на окружающую среду схожее. - Выбросы льняного масла. Так как масла часто находятся в органических растворителях, таких как лигроин или керосин, то при вулканизации может образовываться большое количество летучих органических веществ. А это может вызвать снаружи неудобства от запаха. Данная проблема сильнее проявляется при разливке. Все эти проблемы, а также низкая производительность, являются одними из причин снижения интереса к использованию данного процесса.[1] В Таблице 7.35 указывается материальный баланс для цеха по изготовлению литейных стержней с использованием горячего ящика. Данные были собраны в цеху по изготовлению литейных сердечников на производстве литья латуни под слабым давлением. [50] Таблица 7.35 - Данные по балансу массы у стержней для литья латуни с использованием процесса, в котором применяется горячий ящик [50]
7.6.5 Нанесение формовочной краски на формы и стержни из химически связанного песка
7.6.6 Литье в невосстановимые формы (Литье по газифицируемым / цельным моделям)7.6.6.1 Несвязанный песок – Пенная одноразовая форма
При изготовлении алюминиевого литья расходуется приблизительно 15 кг гранулированного пенополистерола на тонну хорошего литья. Потребление огнеупорного покрытия составляет около 20 кг на тонну хорошего литья. В Таблице 7.36 приводится сравнительный анализ производств литья алюминия по-сырому и по газифицируемым моделям. Оба производства выпускают по 5490 т качественного литья в год. Необходимо отметить, что указанные значения не принимают в расчеты внутреннюю регенерацию. На практике оба типа производств применяют регенерацию. Таким образом, значительно снижается количество отходов.
В Таблице 7.37 приводятся данные по органическим компонентам. Они позволяют сравнить литейное производство алюминия по газифицируемым формам, изготавливающее 1,5 т/час, с производством литья алюминия по-сырому, производящим 1,2 т/час. Потребление стержней для холодных ящиков составляет 1,9 т/час. Производство литья по газифицируемым формам было оборудовано пылеуловительной камерой с рукавными фильтрами и блоком последующего дожигания. В случае литья по-сырому данные относятся к блоку с пылеуловительной камерой. Данные показывают, что литье по газифицируемым формам, использующее более интенсивную очистку топочного газа, имеет более высокие уровни выбросов BTEX и формальдегида, но явно более низкий уровень органического углерода. Последующее дожигание отходящих литейных газов необходимо для разложения продуктов от пиролиза пенополистерола после разливки. Таблица 7.37 - Данные по выбросам из дымовой трубы для производств литья алюминия по-сырому и по газифицируемым моделям [60]
7.6.6.2 Химически связанный песок – цельная модель
Считается, что массовый расход выбросов от процессов литья в цельные и пустотелые формы будет одинаковым. Это можно видеть на Рисунке 7.4, где показан массовый расход органического углерода как функция времени после разливки. Время «0:00»соответствует началу разливки. Данные были собраны при использовании песков, связанных фураном, для изготовления как цельных, так и пустотелых литейных форм. Процесс изготовления цельных литейных моделей характеризуется большими выбросами после разливки. Пик выбросов приходится на первые же минуты после разливки, затем уровень падает в течение часа. Процесс изготовления пустотелых литейных моделей характеризуется меньшими начальными выбросами, но зато снижение уровня происходит медленнее и занимает до 2 часов. Таким образом выходит, что общее количество выбросов органических углеродов в течение всей стадии охлаждения оказывается одинаковым для обоих процессов. Дополнительные измерения показали, что та же картина свойственна для бензола, этилбензола, фенола и фурфурилового спирта. Для стирола и толуола максимум выбросов происходит через 15 – 30 минут. Это объясняется начальной конденсацией молекул на более холодных частях литейной формы. [61]
жүктеу/скачать 9.9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
