Окружающей среды и природопользования
Простая механическая переработка песка, отвердевающего в холодном состоянии
жүктеу/скачать 9.9 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 8.8.4 Холодная механическая переработка с помощью шлифовального круга
- 8.8.5 Холодная механическая переработка с помощью ударного барабана
- 8.8.6 Холодная переработка с помощью пневмосистемы
- 8.8.7 Термическая переработка
- 8.8.8 Комбинированная переработка (механическая-термическая-механическая) смешанных органическо-бентонитовых песков
- 8.8.9 Влажная регенерация песка
- 8.8.10 Регенерация песка, после использования жидкого стекла, с помощью пневматических систем
- 8.8.11 Внутреннее повторное использование неотвердевшей стержневой смеси
- 8.8.13 Внешнее использование отработанной формовочной смеси и отходов песка в рабочем цикле и процессах переработки
8.8.3 Простая механическая переработка песка, отвердевающего в холодном состоянииОписание Для переработки монопесков, отвердевающих в холодном состоянии (например, песка с фурфураном), и незатвердевающей стержневой смеси используются простые механические методы. Эти методы включают размалывание больших кусков песка, сегрегацию гранул песка и очистку с помощью трения между гранулами, с последующим обеспыливанием и охлаждением до рабочей температуры. Используются различные типы дробилок и мельниц, например ударная дробилка, щековая дробилка, шаровая мельница. Экологические эффекты от внедрения метода Снижение количества песка, требующего утилизации, и уменьшение потребления свежего первичного песка. Воздействие на различные среды Переработка песка требует дополнительной энергии и вызывает образование дополнительных выбросов пыли и остаточной пыли, требующей утилизации. Эксплуатационные данные Для монопесков, для которых использовалась фурфурановая смола с холодным отверждением, коэффициент регенерации составляет, приблизительно, 78 %. Применимость Эта технология может использоваться для всех песков, для которых использовалась фурфурановая смола с холодным отверждением, исключая кварцевый песок. Восстановленный песок может быть повторно использован в том же самом цикле формовки, с небольшими добавками свежей формовочной смеси, необходимой для выравнивания качественных потерь. Эта технология может использоваться для не затвердевающей стержневой смеси с органическими связывающими составами. Восстановленный песок может повторно использоваться для изготовления стержней с помощью того же самого типа связывающего состава, после смешивания со свежей формовочной смесью. Он также может использоваться, с определенными ограничениями, для восстановления формовочной смеси.
Законодательство, поощряющее снижение количества отходов, путем увеличения затрат на их утилизацию. Примеры заводов Простая механическая переработка песка, для которого использовалась фурфурановая смола, применяется на многих литейных заводах по всей Европе, и особенно широко распространена в Германии и Финляндии. Справочная литература [101], [7] 8.8.4 Холодная механическая переработка с помощью шлифовального кругаОписание Это - широко используемая система измельчения (смотрите рисунок 8.26). Система первоначально была разработана для восстановления смешанных бентонитово-органических песков. В этой системе для удаления твердых овальных бентонитовых частиц из песка используется горизонтально вращающийся шлифовальный круг. При измельчении из гранул песка также могут удаляться химические вяжущие соединения. Вокруг шлифовального круга медленно вращающееся колесо с лопатками, которые непрерывно подают песок на шлифовальный круг. Над ним расположен блок обеспыливания, в котором улавливается пыль и мелкие фракции. Перед поступлением на обработку песок должен быть высушен. Предварительная сушка, использующая сушилку с жидким слоем или сушилку другого типа, используется для снижения влажности до уровня ниже 0,2 %. 
Рисунок 8.26 - Холодная механическая переработка песка путем измельчения [37] Поток отходящих газов из регенератора обеспыливается с помощью циклона и рукавного фильтра. Отфильтрованная пыль содержит остаточный активный бентонит и каменноугольную пыль. Она может быть повторно использована при изготовлении стержней, таким образом, сокращая потребность в первичном углероде. Кроме того, литейные формы демонстрируют лучшие технические характеристики (предел прочности во влажном состоянии, текучесть), из-за остаточного бентонита, что, кроме этого, способствует уменьшению количества бракованных литейных форм и облегчает конечную обработку отливок. Экологические эффекты от внедрения метода Снижение количества песка, требуемого утилизации, и потребления свежего первичного песка, уменьшение потребления первичного углерода, в случае сырой формовочной смеси. Улучшение свойств формовочной смеси способствует уменьшению числа бракованных литейных форм и уменьшению отходов при обработке отливок. Воздействие на различные среды Регенерация песка требует дополнительной энергии и регенерирует дополнительные выбросы и остаточную пыль, требующую утилизации. Однако использование восстановленного песка в процессе формовки позволяет уменьшить потребление первичного углерода. Эксплуатационные данные Для песка, связываемого с помощью глины, максимальный коэффициент регенерации составляет 65 - 75 %. Это соответствует содержанию кварцевых зерен в материале песка. Для химически связываемых песков количество годного для повторного использования кварцевого песка составляет 90 – 95 %. Полный поток циркулирующего песка и потребность в свежей формовочной смеси зависят от количества используемых стержней (и стержневой смеси). Поэтому, данные касающиеся используемого песка очень индивидуальны. На рисунке 8.27 представлены данные для завода в Нидерландах.
Отфильтрованная пыль содержит около 40% активного бентонита, который теряет уровень воспламенения (LOI) до 17 % и содержит 43% мелких фракций. Повторное использование пыли способствует уменьшению потребления первичного углерода на 30 %. Результаты улучшения качества песка, полученные на примере приведенного литейного завода, показывают, что количество бракованных литейных форм фактически оказалось в два раза меньше. Пыль из циклона (20 % веса восстановленной сырой формовочной смеси) содержит 25% – 30% бентонита и высокий уровень органики, но его химический состав не соответствует заданной спецификации, что запрещает его повторное использование в качестве вторичного строительного материала. В Нидерландах требуется применение специальных покрытий для мест хранения отходов. В других регионах эта фракция требует утилизации. Однако, законодательство, ограничивающее содержание органических веществ в отходах, может ограничить возможность их утилизации. Измельчение песка вызывает ускоренное измельчение его гранул. Это и переработка отфильтрованной пыли вызывает перераспределение в размерах гранул песка. Полный состав песка, следовательно, требует соответствующего контроля и жесткого реагирования. Применимость Холодная механическая переработка в основном используется для удаления бентонитовых частиц из сырой формовочной смеси, и для удаления химических вяжущих составов в процессах, не использующих обжиг. Метод измельчения является наиболее широко применяемой технологией холодной механической переработки. Вибрационные и ударные системы также используется для химически связанных песков, но при их использовании получается песок только низкого или среднего качества. Эти методы более соответствуют условному циклу обращения песка (первичная переработка). Вторичная переработка сырой формовочной смеси имеет ограниченное применение. Экономические показатели Инвестиционные затраты для блока, производительностью 50 тонн/день, включая сушку, охлаждение, модуль регенерации, циклон и рукавный фильтр, составляют, приблизительно, 1135000 ЕВРО. Данные полученные из Германии, определяют инвестиционные затраты в 600000 ЕВРО для установки, производительностью 1,5 тонны/час. Ниже представлены уровни потребления (основаны на ежегодных средних значениях): Электроэнергия: 39 кВт час/тонна Природный газ: 3 Нм³/тонну (в зависимости от потребности в сырой формовочной смеси) Сжатый воздух: 36 Нм³/тонна Износ: 1,18 ЕВРО/тонна Нормативная численность рабочих: 0 % Обслуживание: штатное Кривые затрат для системы механической переработки песка с органическими связующими составами представлены на рисунке 8.28. Фиксированные расходы изменяются в зависимости от суммарной мощности и инвестиций. Переменные затраты могут доходить до 11 ЕВРО/тонну, хотя фактические затраты зависят от конкретной установки и местных условий. Общие затраты (фиксированные, плюс переменные) колеблются от 12 до 40 ЕВРО/тонну восстановленного песка, в зависимости от размера и типа оборудования. 
Рисунок 8.28 - Фиксированные расходы в ЕВРО на тонну восстановленного песка, для механической переработки песка с ХТС [103] Движущая сила внедрения Законодательство поощряет снижение количества отходов, путем увеличения затрат на их утилизацию. Примеры заводов - De Globe, Weert, Нидерланды, завод, производительностью 60 тонн в день, использующий две линии, работает с 1995 г. - Eisenwerk Brühl, Brühl; D (1,5 тонны/час), 1999 г. - Giesserei Fritz Winter GmbH & Co KG, Stadtallendorf, D (9,5 тонн/час) - Mercedez-Benz AG, Mannheim, D (9 тонн/час).
Эта механическая технология переработки основана на измельчении гранул песка и дает наилучшие результаты при переработке химически связанного песка. Песок подается в барабан с вращающейся внутренней осью, оборудованной небольшими лопатками. Гранулы песка соударяются со стенками барабана и друг с другом. Эти соударения подобны механическому воздействию при пескоструйной очистке. Мелкие фракции удаляются с выходящими газами. Ударный барабан работает в режиме обработки партии загруженного материала. Установка двух блоков позволяет осуществлять непрерывную работу. При ее использовании для переработки смешанного бентонито-органического песка, перед переработкой песок проходит магнитный сепаратор, чтобы удалить сырую формовочную смесь. Благодаря наличию не прореагировавшего бентонита, сырая формовочная смесь имеет очень слабые магнитные свойства, что позволяет осуществлять магнитное разделение смеси. Система переработки позволяет проводить добавку ограниченного количества (15 %) не отвердевшей стержневой смеси (размолотые стержни). Комбинация магнитной сепарации и ударной очистки в барабане позволяет осуществлять оптимизированную переработку химически связанного песка в смешанном потоке, с повторным использованием восстановленного песка для изготовления стержней.
Внутреннее повторное использование стержневой смеси, следовательно, уменьшение количества материала, требующего утилизации, и сокращения потребности в сырье. Воздействие на различные среды Регенерация песка требует дополнительной энергии и способствует образованию дополнительных выбросов пыли и остаточной пыли, требующей утилизации. Эксплуатационные данные Барабан, используемый для переработки, имеет пакетный режим, позволяющий осуществлять обработку каждых 1,5 тонн исходного песка в течение 20 минут. Расход энергии для всей установки (включая магнитную сепарацию, обработку отходящих газов, транспортировку песка) составляет 55 кВтч/тонну обработанного песка, причем 35 % расходуется на транспортировку. Установка использует сжатый воздух в количестве 48 нм³/тонну песка. Восстановленный песок имеет следующее качество: - средний размер гранул: 0,30 – 0,33 мм - доля мелких фракций: 0,4 – 1 % - pH: 8,7 - потеря способности к возгоранию: 0,25 – 0,5 %. Стержни, изготовленные из 100 % восстановленного песка, имеют хорошие свойства. Практически, для изготовления новых стержней используются 10 – 70 % восстановленного песка, причем реальное количество зависит от типа стержней. На образование пыли в установке растрачивается 10 % от входного материала. Эта пыль собирается с помощью циклона (90 %) и рукавного фильтра (10 %).
Комбинированная технология переработки и разделения может использоваться при регенерации потока сырой формовочной смеси и химически связанного песка. Регенерация осуществляется для химически связанного песка и может включать обработку неотвердевшей стержневой смеси. Эта технология может использоваться на новых и существующих установках. Экономические показатели Капитальные затраты для установок, производительностью 3 тонны/час, с 1 ударным барабаном, магнитным сепаратором, системой обеспыливания отходящего газа и системой транспортировки, составляют 1.3 миллиона ЕВРО. Эксплуатационные затраты для этой установки составляют 10 ЕВРО/тонну. Они включают затраты на электроэнергию, износ и замену деталей, обслуживание и утилизацию отходов. При этом чистая прибыль составляет 37 ЕВРО/тонну, что сравнимо с затратами на приобретение свежей формовочной смеси и утилизацию отходящего песка (включая транспортировку). Для блока, производительностью 380 тонн/день, установленного во Франции, эксплуатационные затраты составили 15 ЕВРО/тонну. Для этого завода чистая прибыль составляет 18 ЕВРО/тонну, что сравнимо с затратами на приобретение свежей формовочной смеси и утилизацию отходящего песка (включая транспортировку).
Законодательство способствует снижению количества отходов, путем увеличения затрат на их утилизацию. Примеры заводов Эта метод используется на следующих заводах: - PSA, Sept-Fons (F): 6 магнитных сепараторов и 2 измельчителя, работают по очереди - GF, Leipzig (D): 2 магнитных сепаратора и 1 измельчитель - Döktas – Турция: 5 магнитных сепараторов и 2 измельчителя.
При использовании пневматической системы связывающий состав удаляется из гранул песка, при их взаимном трении и соударениях друг о друга. Кинетическая энергия обеспечивается с помощью сжатого воздуха. Это способствует одновременному обеспыливанию песка. Преимущество систем такого типа состоит в том, что направление и скорость песка может контролироваться. Благодаря низкой энергетической эффективности процесса сжатия воздуха, расход энергии увеличиться, по сравнению с обычной механической переработкой. Схема работы установки представлены на рисунке 8.29. 
Рисунок 8.29 - Холодная механическая переработка с помощью пневмосистемы [107] Установка использует псевдоожиженный слой с центральной трубой вертикальной подачи. Песок подается в трубу с помощью сжатого воздуха и сталкивается либо с резиновым отражателем, либо с коническим отбойником. Оттуда песок падает вниз, и цикл начинается снова. Очистка происходит при взаимном трении между гранулами песка, соударениями с отбойником и путем 'чистого' соударения. Форма отбойников определяет основной механизм очистки: путем соударений (в форме колокола) или абразивный (конус). Образовавшаяся пыль удаляется воздушным потоком в рукавный фильтр. Обработка осуществляется в пакетном режиме или с помощью серии сдвоенных пневматических блоков. В этом случае, очищенный песок выводится из реактора через дефлектор, расположенный под отбойником. Экологические эффекты от внедрения метода Уменьшение количества песка, требующего утилизации, и потребления нового первичного песка. Воздействие на различные среды Переработка песка требует дополнительной энергии и вызывает образование дополнительных выбросов пыли и отходов, требующие утилизации. Общая оценка внутренней переработки, по сравнению с переработкой внешней, и соответствующие Воздействие на различные среды обсуждается ниже.
Неиспользованная смесь сырого формовочного песка и химически связанной стержневой смеси, имеющая следующие характеристики: 8 – 12% мелкие фракции, 3 – 5% LOI, влажность < 2%; позволяет осуществлять регенерацию при следующих параметрах: - выход после переработки, в основном SiO2 из отходов песка: 70 – 80 % - супер мелкие фракции (< 0,063 мм): максимум 2 % - мелкие фракции: < 2 % - потеря на воспламенение: < 0,5 % - средняя степень грануляции: неизменна. В этой технологии используется модульный принцип работы, с помощью базовых блоков, производительностью 0,8 – 1,2 т/час. Поставщик декларирует расход электроэнергии в диапазоне 15 – 20 кВт/час (исключая оборудование обеспыливания). Эксплуатационные данные, полученные в Германии, показывают расход электроэнергии 41 кВт час для блоков, производительностью 8 т/час и 62 кВт/час для блоков производительностью 0,75 т/час. По предоставленной информации, эффективность регенерации песка, основанная на входном количестве песка, колеблется от 65 % до 85 %. Данные по Испании показывают полный расход энергии 120 кВтч/т восстановленного песка для блоков, производительностью 1,2 т/час. Применимость Пневмосистема может использоваться для регенерации песков, смешанных с органическими веществами и смесей песков, содержащих бентонит. Это также широко применяется для предварительной и вторичной обработки в комбинированном механическо-термичеком-механическом процессе. В этом случае, ее главная функция состоит в удалении остаточной пыли их гранул песка и охлаждения. Песок, восстановленный с помощью простой механической переработки может использоваться для создания литейных форм (с использованием 100 % восстановленного песка) или смешиваться со свежей формовочной смесью для изготовления стержней (с использованием 40 - 60 % восстановленного песка). Кроме того, эта технология может применяться для регенерации стержневой смеси, созданной на основе состава CO2-жидкое стекло, на литейных заводах по производству алюминиевых отливок. Это обсуждается ниже.
Капитальные затраты для одного блока, производительностью 0,8 – 1,2 тонн/час, составляют 330000 ЕВРО. Эксплуатационные затраты составляют 22 ЕВРО/тонну, что дает полную стоимость регенерации 36,5 ЕВРО/тонну песка. Движущая сила внедрения Законодательство способствует снижению количества отходов, путем увеличения затрат на их утилизацию. Примеры заводов Этот тип оборудования изготавливается различными поставщиками: например, KGT Jet Reclaimer, Künkel-Wagner GmbH Turbo Dry, Kernfest Webac AB. Эта технология используется на нескольких заводах в Западной Европе и Китае. Справочная литература [1], [103], [102], [13], [107], [37] 8.8.7 Термическая переработкаОписание При термической переработке требуется тепловая энергия для воспламенения вяжущих составов и загрязняющих примесей. Все тепловые процессы требуют предварительного этапа механической обработки, на котором песок приобретает соответствующую степень грануляции и проводится удаление всех металлических примесей. Такая предварительная обработка также может включать (частичную) абразивную обработку бентонита и удаление пыли. Нагревание песка обычно осуществляется с помощью печи с разжиженным слоем, работающей при температуре в диапазоне 700 - 800 ºC. Также используются роторные печи для обжига или многоподовые печи. Тепловая энергия также может обеспечиваться путем сжигания газа, электрообогревателями или инфракрасными излучателями. Производительность таких систем колеблется от 250 кг/час, до более чем 5 т/час. Выходящие газы воспламеняются для удаления монокиси углерода и всех ЛОС, которые могут присутствовать. Это может осуществляться в верхней части печи, если она достаточно большая, путем подачи дополнительного воздуха или в, работающих на газе, камерах дожигания. Если температура отходящих газов не достаточно высока или если время, в течение которого газы находятся при высокой температуре, не достаточно, то требуется установка отдельной системы дожигания. Во всех случаях выбросы можно рассматривать как незначительные. Отходящие газы фильтруются, главным образом с помощью тканевых фильтров. Поэтому необходимо охлаждение, которое может быть осуществлено путем инжекции воды, теплообменника (регенеративного) или путем смешивания с наружным воздухом, попадающим через люки/щели и т.д. При охлаждении может проводиться предварительный подогрев увлажняющего воздуха. Экологические эффекты от внедрения метода Уменьшение количества песка, требующего утилизации и снижение потребления нового первичного песка. Воздействие на различные среды Термическая переработка требует топлива и способствует образованию выбросов пыли и горючих соединений (NOx, CO; и в случае использования масла: SO2). Высокий расход энергии и сложность установки компенсируются низким уровнем отходов песка и переработкой пыли в термически инертную форму. Термическая переработка песка, связанного с помощью фурфурана, при использовании в качестве отвердителя паратолуоловых сульфокислот, требует очистки отходящего газа: то есть дожигания СО и адсорбции SO2. Эксплуатационные данные Песок обычно нагревается до температуры 700 – 850 ºC. Теоретически, это требует энергии 200 кВтч/т. Практически, потребление энергии составляет 150 – 350 кВтч/т, в зависимости от рекуперации энергии и теплотворной способности песка. Эксплуатационные данные по 3-м заводам, использующим термическую переработку, обрабатывающим различные типы песка и имеющие разную производительность, представлены в таблице 8.68. Таблица 8.64 - Эксплуатационные данные по 3-м немецким заводам, применяющим термическую переработку песка [101]
Характеристики технологии переработки и требования к качеству восстановленного песка оценивались на основе местных условий. Конкретные данные описаны в справочной литературе: [108], [109], [110]. Применимость Термические системы обычно используются для переработки химически связанных песков и смесей песка, при условии, что доля химически связанных песков (стержневые смеси) достаточно высока. Однако, следует различать: - некоторые вяжущие составы могут оставлять на поверхности гранул песка остатки неорганических солей. При увеличении температуры выше точки плавки, они растекаются по поверхности песка и могут вызвать спекание гранул после охлаждения. Известными примерами являются резольная смола и кварцевые пески, связанные с помощью смолы - термическая переработка фурфурановых смол вызывает эмиссию SO2, если в качестве отвердителей используются сульфокислоты. Температура в системе вытяжной вентиляции должна быть достаточно высокой, чтобы предотвратить конденсацию серной кислоты. Если количество выбросов большое, то может понадобиться влажная очистка отходящего газа. Фосфор (из фосфорной кислоты, используемой в качестве отвердителя) не испаряется, но остается на поверхности в форме соли. Это может привести к накоплению P в процессе переработки. Если концентрация фосфора превышает 0,5 – 0,7 %, то может начаться металлургическая реакция, приводящая к выбраковке отливок. Уровень переработки термической регенерации низок, по сравнению с механической. В Германии, в 1999 г. только 10 заводов использовали эту технологию (по сравнению с 200-ми механическими установками). Блок термической переработки фирмы Siempelkamp в Крефельде позволяет перерабатывать пыль литейного завода, наряду с отходами песком. Также проводились испытания и для других типов минеральных отходов. Экономические показатели Капитальные затраты изменяются в зависимости от размера и типа оборудования и представлены на рисунке 8.30. Данные касаются термических систем с предварительной или последующей механической обработкой, а так же с интенсивной механической переработкой (например, мельницы). Установки более мелкого масштаба имеют производительность 0,75 т/час или 1500 т/год. Литейный завод среднего размера имеет производительность в районе 2500 - 5000 т/год. Для блока более мелкого масштаба капитальные затраты (при амортизации в течение 8 лет и 8-процентной ставке) составляют 55 ЕВРО/т. Эти затраты не включают расходы на энергию, персонал и на утилизацию отходов. 
Рисунок 8.30 - Фиксированные расходы в евро на тонну восстановленного песка для термической и механической переработки высокого уровня для смешанных песков [103] Движущая сила внедрения Законодательство способствует снижению количества отходов, путем увеличения затрат на их утилизацию. Примеры заводов - С использованием псевдоожиженного слоя, Metaalgieterij Giesen, Нидерланды - Завод по централизованной переработке, использующий псевдоожиженный слой, Bielefeld, Германия, - VAW Alucast GmbH, Dilingen, Германия, система CEC/VAW - Werner Rietschle GmbH, Schopfheim, Германия, система Richards - Siempelkamp Giesserei gmbH & Co, Krefeld, Германия, система Siempelkamp - Sofogir, Ronchamp (F), система Regetherm 500 - Duranton Sicfond, Vénissieux (F), система Richards - FOAM, Leumann (I), система Eco-rec - Fonderie Bréa, Montluçon (F). Справочная литература [111], [1], [112], [37], [100], [108], [109], [110] 8.8.8 Комбинированная переработка (механическая-термическая-механическая) смешанных органическо-бентонитовых песковОписание В смешанных органическо-бентонитовых песках, затвердевшие бентонитовые и органические вяжущие составы находятся на поверхности гранул песка. Пыль состоит из активного и отвердевшего бентонита, угольной пыли (только для чугунолитейных цехов), мелких фракций кварца и остатков органических вяжущих составов. Смешанные пески имеются в основном на чугунолитейных заводах и составляют, приблизительно 75 % от полного количества отработанной формовочной смеси. Переработка может проводиться с помощью механических, пневматических, термических или комбинированных систем. Песок подвергается предварительной обработке (просеивание, магнитная сепарация) и высушивается для уменьшения содержания влаги до <1 %. После этого песок механически или пневматически очищается для удаления части вяжущих составов. В тепловой стадии обработки сжигаются остатки органических соединений, а неорганические частицы переносятся в пыль или сгорают на гранулах. На конечной стадии механической обработки эти частицы удаляются механическим или пневматическим способом и выдуваются как пыль. Типичная схема системы, использующей пневматическую обработку и термическую обработку в псевдоожиженном слое, представлена на рисунке 8.31.
Уменьшение количества песка, требующего утилизации, и потребления нового первичного песка. Воздействие на различные среды Регенерация песка требует дополнительной энергии и способствует образованию дополнительных выбросов пыли и остаточной пыли, требующей утилизации. Общая оценка внутренней переработки по сравнению с повторным использованием за пределами завода, и соответствующие Воздействие на различные среды, обсуждаются ниже.
Рабочие данные для комплексной переработки (механической-термической-механической) представлены в таблице 8.65. Таблица 8.65 - Эксплуатационные данные по комплексной системе переработки (механической-термической-механической) (пневмобработка - псевдоожиженный слой - пневмобработка) [102]
Данные, полученные на немецком заводе, производительностью 85000 тонн/год (13 - 15 тонн/час), показывают следующий состав отходящих газов: - SO2: 118 мг/Нм³ - NOx: 150 мг/Нм³ - общее содержание C: 10 мг/Нм³ - CO: 30 мг/Нм³
Эта технология переработки используется для смешанных песков, содержащих бентонит. Экономический и технический эффект от переработки зависит от выбора восстанавливаемого песка. Она не подходит для восстановления всего объема песка. Песок, который не поврежден при температуре, может быть повторно использован непосредственно для подготовки свежей формовочной смеси. Его переработка не требуется, так как в этом случае будут удалены активные частицы связывающего состава и добавки. Выбор и разделение должны проводится во время просеивания, но до гомогенизации. Эта технология не может использоваться для стержневых смесей, так как при этом разрушаются свойства бентонита (вяжущие составы на основе кислоты) или изменяются характеристики сырой формовочной смеси (например, песок с использованием жидкого стекла). Восстановленный песок может использоваться для первоначального изготовления стержней, для изготовления стержней с низкими или средними геометрическими характеристиками. Его использование для изготовления стержней зависит от начального количества химически связанного песка. Его Применимость с другими связывающими составами должна проверяться в каждом конкретном случае. Кроме того, эти пески могут использоваться без ограничений для возмещения потерь в циклах формовки с помощью сырого формовочного песка. Ограничения могут появиться в процессах, где используется жидкое стекло, или метилформальдегитные смолы. В последние годы, были разработаны различные типы установок для переработки смешанных песков, но они еще не нашли широкого применения в этом секторе промышленности. Только немногие из них работают в качестве эксперимента. Другие были разработаны для конкретных литейных заводов, и с их помощью производится переработка песка, пригодного для повторного использования только в том же самом процессе, а результаты использования не могут применяться на других предприятиях. Экономические показатели Затраты на монтаж установки, имеющей 3 стадии обработки (механическая, термическая и механическая), использующей пневматическую очистку в качестве механического этапа (3 трубы в 1 камере, типа KGT Jet Reclaimer (реактивный регенератор)), с допустимой нагрузкой 2,5 тонны/час, составляют: эксплуатационные расходы (энергозатраты, оплата персонала, обслуживание) - 21 ЕВРО/т, капитальные затраты (амортизация 8 лет) - 30 ЕВРО/т. Таким образом общие затраты равны 51 ЕВРО/тонну. Уровни потребления следующие: -Электроэнергия: 50 кВтчас/т - Природный газ: 18 Нм³/т (в зависимости от влажности песка) - Сжатый воздух: 60 Нм³/т - Износ деталей: 5 ЕВРО/т
Законодательство способствует снижению количества отходов, путем увеличения затрат на их утилизацию. Примеры заводов Halberg Guss GmbH, Saarbrucken (D), термическая и механическая система. Этот завод перерабатывает 13 – 15 т/час песчаной смеси, содержащей 30% органики, 70% неорганических соединений. Песок, для которого использовались органические вяжущие составы, смешан в соотношении 50/50 из песка с технологией кронинг и холодного стержневого ящика. Выход после переработки, рассчитанный по количеству использованного песка, составляет 78 %. Восстановленный песок используется для изготовления стержней (100%-ый кронинг; 70 – 100% холодный стержневой ящик). Механическая первичная обработка + выделение хромита (из стержней) и кварцевый песок (оба химически связанные) + тепловая/механическая обработка кварцевого песка были продемонстрированы в экспериментальном масштабе в Германии (1993 г.). Разделение обоих типов песка было необходимо, так как в смеси присутствовали спеченные частицы и эвтектика. Позже, завод был закрыт по другим экономическим причинам.
После удаления металла, песок смешивается с водой для образования осадка, в котором осаждаются вяжущие составы, что позволяет осуществить их простое удаление, и для последующего влажного просеивания (1,6 мм). Удаление осадка, содержащего вяжущий состав, выполняется в блоке влажной регенерации при интенсивном трении гранул песка между собой. Остатки связывающего состава удаляются промывочной водой. Отмытый песок высушивается до уровня влажности, максимум, 0,3 %, просеивается в сухом состоянии (ячейка 1,2 мм), а затем охлаждается. Этот процесс может сопровождаться дополнительной магнитной сепарацией и окончательным сбором пыли. Остатки вяжущих составов отделяются из суспензии и обрабатываются для дальнейшего хранения или утилизации. Главное преимущество процесса над механическим и термическим методами состоит в том, что он позволяет осуществлять контроль реальной продолжительности процесса. Путем контроля pH, возможна непрерывная обратная связь с процессом, что позволяет, при необходимости, проводить его корректировку в реальном времени, и получать постоянное качество переработанного песка. Эта технология позволяет удалять частицы вяжущих составов путем механического воздействия во влажном состоянии, при необходимости комбинированное с химическим воздействием, не повреждая гранулы песка. Процесс главным образом используется для уменьшения овальности гранул использованной формовочной смеси (LOI максимум 1 %) и содержание кислоты. Экологические эффекты от внедрения метода Уменьшение количества песка, требующего утилизации, и потребления нового первичного песка. Воздействие на различные среды При использовании влажного процесса переработки образуются осадок, требующий утилизации, и сточные вод. Серьезной проблемой в этом потоке сточных вод является плохая седиментация бентонита, и его сложное удаление из сточных вод. В сточных водах после регенерации песков, использующих жидкое стекло, присутствуют щелочные ионы. Выделение их из сточных вод представляет собой большую сложность. Применимость Влажная система регенерации может использоваться только для сырой формовочной смеси и песков, связанных с помощью силикатов или CO2. Регенерация с помощью этих типов процесса позволяет полностью использовать восстановленный песок для изготовления, как литейных форм, так и стержней. Испытания, проведенные на восстановленной сырой формовочной смеси, показали возможность изготовления стержней по технологии холодного стержневого ящика с хорошим качеством, с приемлемым количеством вяжущих составов (всего 1,8 %). Экономические показатели На итальянском рынке централизованный завод по влажной регенерации может предложить восстановленный песок по цене ниже цены свежей формовочной смеси. Движущая сила внедрения По имеющейся информации, эта технология способна справиться с изменением качества отработанной формовочной смеси лучше, чем механические или термические процессы. Это позволяет использовать ее для внедрения на централизованных заводах по переработке песка. Примеры заводов Централизованный завод Safond для влажной переработке сырой формовочной смеси, работающий с 1981 г., обрабатывает 230000 тонн/год отработанной формовочной смеси. Один польский литейный завод (Odlewnia Zeliwa Srem s.a., Srem (PL)), осуществляет влажную регенерацию песка, связанного фурфурановой смолой. Его работа зависит от местных факторов, и его методику нельзя рассматривать в качестве универсальной для внедрения на других предприятиях.
Песок, после использования жидкого стекла, традиционно представляется трудным для восстановления. Использование пневматической системы позволило достичь 60%-ого уровня регенерации. Системы, использующие тот же принцип, уже обсуждались выше (смотрите раздел 8.8.6). Для этого типа вяжущих составов, перед переработкой песок должен быть нагрет до температуры 220 ºC, чтобы сделать частицы силиката ломким. Песок перед переработкой должен иметь влажность ниже 0,3 %. Восстановленный песок может быть повторно использован в той же самой системе. Что иметь возможность работать со сложным эфиром, восстановленный песок должен быть охлажден до температуры ниже 20 ºC, перед его возвращением на стадию формовки. Системы регенерации песка, после использования жидкого стекла, включают следующие этапы: размол – сушка/нагревание – восстановление (пневматическое)– охлаждение - фильтрация. Эта технология имеет более низкие характеристики, по сравнению с термической переработкой органически связанных песков. Существуют следующие ограничения: - низкая прочность на сжатие - более короткое время использования смесей для изготовления стержней - потеря свойств после хранения стержней - потеря достигнутой прочности, особенно при использовании вяжущих составов с высокой усадкой. Чтобы компенсировать эти проблемы, необходимо произвести изменения в схеме процесса или в составе вяжущих реагентов. Экологические эффекты от внедрения метода Использование жидкого стекла в качестве связующего реагента оказывает слабое воздействие на окружающую среду, по сравнению с применением органических вяжущих составов. Эта технология позволяет проводить регенерацию (частичную) песка, после использования жидкого стекла, и таким образом снижает потребность в утилизации отработанной формовочной смеси и потребление первичного сырья. Воздействие на различные среды Чтобы нагреть песок, используется природный газ. По оценочным данным, соответствующие выбросы CO2 составляют 18 кг/тонну отработанной формовочной смеси. Также существуют выбросы NOx. Эксплуатационные данные Немецкий завод, приведенный в качестве примера, имеет пневматический блок в ступенчатом процессе. Песок сначала высушивается с помощью горячего воздуха (5 минут при температуре 220 ºC). После этого начинается пневматическая очистка путем импульсной подачи сжатого воздуха (70 мин.). Она сопровождается конечной фазой обеспыливания, во время которой подается увлажненный воздух (2 минуты). Необходимость в дальнейшем охлаждении отсутствует, так как песок остывает до рабочей температуры. По имеющейся информации, выход восстановленного песка за один цикл работы составляет 85 % от начального веса (на основе SiO2). Чтобы изготовить прочные стержни, принимая во внимание дальнейшего снижение качества песка после второго цикла регенерации, может быть достигнут максимальный выход после переработки, равный 62 % (оставшиеся 38% добавка свежей формовочной смеси). Уровни удельного расхода следующие (при производительности установки 1500 тонн/год; 0,5 тонн/час): - потребление природного газа: 104,4 кВтч/т отработанной формовочной смеси. - потребление электроэнергии: 74,5 кВтч/т отработанной формовочной смеси. Польский завод, приведенный в качестве примера (цех на сталелитейном заводе), имеет в своем составе следующие блоки: вибрационная дробилка – сушилка – регенератор с ударной плитой – каскадная система обеспыливания – электромагнитный сепаратор. Технические детали установки представлены в таблице 8.68. Восстановленный песок повторно используется при подготовке связанной силикатом формовочной смеси. Песок с силикатом используется в качестве наполнителя при изготовлении литейных форм, вместе со щелочным песком, используемым в качестве вяжущего элемента. Суммарный баланс песка (ежегодный) показывает использованию 45 - 47 % восстановленного песка.
Испанский завод, приведенный в качестве примера (сталелитейный завод), сообщает о повторном использовании 80 - 88 % (с ежегодной средней добавкой свежей формовочной смеси 12.5 %) восстановленного песка, после использования сложного эфира силиката на линии ручной формовки, используемой для отливки больших деталей. Система переработки состоит из: вибрационной дробилки – системы подогрева, использующей термореактор (‘quemador’ (топка (исп.)) с газовой горелкой в боковой камере) – охлаждение в водоохладительной теплообменной колонне– системы ударной очистки во вращающейся смесительной камере. Итальянские заводы, приведенные в качестве примера, также используют специальное оборудование для подогрева песка до температуры 140 ºC - 150 ºC, что позволяет устранять дефекты и уменьшать хрупкость пленки жидкого стекла. После этого проводиться механическая обработка во вращательном очистителе, обеспыливание и, наконец, охлаждение. Схема роторного блока регенерации представлена на рисунке 8.32. 
Рисунок 8.32 - Роторный механический блок регенерации [3] Оборудование имеет расход энергии 35 кВт/тонну восстановленного песка. Рабочие потери песка составляет приблизительно 5 %. Для смесей, используемых для формовки и изготовления стержней, может использоваться более 90 % восстановленного песка. Достижимый выход переработки зависит от интенсивности, времени регенерации и рабочих потерь песка. Потери песка происходят во время каждого этапа цикла смешивания, подготовки, транспортировки, производства литейной формы и переработки. Применимость Применимость системы переработки песков, после использования жидкого стекла, зависит от используемого катализатора. При использовании классических полиацетатных сложных эфиров глицерина, регенерация возможна только после определенного числа циклов. При использовании углеродсодержащих сложных эфиров регенерация возможна и даже проще, чем для песка, для связывания которого используется силиката и CO2. Если песок не может быть охлажден ниже 20 ºC до его подачи в мешалку, то следует использовать медленно реагирующие сложные эфиры. Они не могут быть восстановлены. Такая ситуация может произойти в летнее время в теплых климатических зонах. Повторное использование восстановленного песка для подготовки органически связываемых литейных форм или стержней, после использования жидкого стекла, проблематично. Содержание электролитов (вяжущих составов) запрещает их использование при применении других отвердителей при изготовлении стержней. Остатки жидкого стекла, имеющие ярко выраженные свойства оснований, оказывают отрицательное воздействие на вяжущие составы и прочность стержней, при использовании в качестве отвердителей как нейтральных, так и щелочных составов. Применение в цикле переработки сырой формовочной смеси и при изготовлении стержней с использованием кислотных отвердителей еще не было успешно реализовано. Это может быть обусловлено пониженным интересом к разработке такого применения. Из-за низкого качества вторично восстановленного песка, необходимо во время размола стержней и сбора песка четко следить за количеством восстановленного песка и началом его переработки (например, число циклов), и затем отбраковывать весь непригодный песок. Из-за высокой стоимости и относительно низкого выхода переработанного песка, амортизация установки за разумный период времени может гарантироваться только для заводов с допустимой нагрузкой > 2500 тонн/год.
Затраты на внедрение этой технологии на немецком заводе составили, приблизительно 60 ЕВРО/тонну. Такие высокие затраты стоимость стали причиной того, что один владелец закрыл свой цех и возвратился к утилизации песка, после использования жидкого стекла, которую он мог осуществлять при более низких затратах 30 ЕВРО/тонну. По имеющейся информации, эксплуатационные затраты для испанского завода, приведенного в качестве примера, составили 10 ЕВРО/тонну. Движущая сила внедрения Получение возможности переработки песка, после использования жидкого стекла, что имеет хорошие экологические показатели в определенных условиях. Примеры заводов - KGT Jet Reclaimer - централизованный завод по переработке для 4 литейных заводов, созданный в 1998 г. в Fa. Bröer, Schwetzingen (D), но остановленный в 2001 г. - Metalodlew s.a., Krakow (PL) - Lur Sue s.l., Lora Del Rio (E) - Fonderia Arno Metallurgia, S. Vittore Olona (I) - Faser Spa, Rogeno (I) - Talleres De Amurrio S.A. Amurrio (E) - Daros Piston Rings AB, Partilla (S). Справочная литература [37], [33], [115], [114], [116], [3], [228] 8.8.11 Внутреннее повторное использование неотвердевшей стержневой смесиОписание При производстве стержней образуются остатки песка в форме разрушенных стержней, стержней с небольшими погрешностями и избыточного песка из установок по изготовлению стержней. Избыточный песок может быть подвергнут термообработке в специальном модуле. В дальнейшем различные неиспользованные потоки стержневой смеси подаются в блок размола. Получающийся песок может быть смешан со свежей формовочной смесью для производства новых стержней. Экологические эффекты от внедрения метода Внутренняя рециркуляция 5 - 10 % стержневой смеси, которая в противном случае требовала бы утилизации. Воздействие на различные среды Воздействие на различные среды не наблюдаются. Применимость Эта технология используется для полиуретановых (холодный стержневой ящик) и фурфурановых смол, используемых в качестве связывающего состава для формовочного песка. Другие вяжущие составы не позволяют использовать эту технологию. Внедрение этой технологии требует изменений в управлении технологическим процессом. Оптимальное соотношение восстановленного песка и свежей формовочной смеси должно определяться для каждого случая. Могут понадобиться дополнительные изменения в составе вяжущих реагентов или их смесей.
Эта технология требует инвестиционных затрат 250000– 500000 ЕВРО, при внедрении системы комбинированной переработки и блока размола. Эксплуатационные затраты составляют около 12 ЕВРО/т. Эти затраты компенсируются уменьшением затрат на утилизацию отходов и приобретение свежей формовочной смеси. Эта технология жизнеспособна только для интенсивного производства стержней. Движущая сила внедрения Оптимизация использования первичных материалов и уменьшение количества отходов, требующих утилизации. Примеры заводов Эта технология используется на нескольких крупномасштабных литейных заводах. Справочная литература [103], [13] 8.8.12 Повторное использование пыли, образовавшейся при подготовке сырой формовочной смеси для изготовления литейных формОписание Пыль собирается с помощью фильтрации отходящих газов после установки выбивки отливок из форм и после дозирования и подготовки сухой сырой формовочной смеси. Собранная пыль содержит активные вяжущие составы и может быть введена в контур подготовки сырой формовочной смеси. Экологические эффекты от внедрения метода Уменьшение использования вяжущих составов (бентонит), и присадок (углерод), с помощью внутренней рециркуляции. Воздействие на различные среды Воздействие на различные среды не наблюдаются. Эксплуатационные данные Литейный завод по производству чугунных отливок для автомобильной промышленности, использующий автоматизированную линию формовки производительностью 8000 т отливок в год производит 480 т пыли в год. Этот песок собирается, охлаждается и подается в смеситель формовочной смеси. Собранная пыль содержит 23% активного бентонита и 10% угля. 50 % пыли может повторно введено в процесс без риска потери качества, благодаря высокой дисперсности пыли. Применимость Эта технология может использоваться на новых и существующих установках, использующих сырую формовочную смесь. Экономические показатели Эта технология требует инвестиционных затрат 25000 ЕВРО для приобретения оборудования для транспортировки и хранения. Период амортизации составляет 8 лет, при учетной ставке 8 %, для установки, производительностью 240 тонн/год, что приводит к капитальным затратам 17 ЕВРО/тонну переработанного песка. Дополнительные эксплуатационные затраты отсутствуют, так как режим работы всей установки не меняется. Движущая сила внедрения Оптимизация использование первичных материалов и уменьшение количества отходов, требующих утилизации. Примеры заводов Литейный завод по производству чугунных отливок для автомобильной промышленности в Германии. Справочная литература [103] 8.8.13 Внешнее использование отработанной формовочной смеси и отходов песка в рабочем цикле и процессах переработкиОписание Отработанная формовочная смесь и отходы песка в рабочем цикле или в процессе переработки могут найти применение за пределами завода. Основными сферами применения являются: - строительная промышленность (дорожное строительство, строительство автомагистралей) - промышленность строительных материалов (производство цемента, кирпича, известняка) - для заполнения пустот горной промышленности - в строительстве свалок (дороги на свалку, постоянные укрытия). Пределы такого применения определяются в зависимости от технических требований на строительные материалы, либо от экологических требований. Экологические требования обычно основываются на щелочных свойствах продукта и содержания органических веществ. Они различны для разных областей Европы. Отходящие формовочные смеси обычно имеют низкое содержание металла со щелочными свойствами. Превышение предельных значений может наблюдаться для материалов с высоким содержанием органических вяжущих составов или специальных присадок, например, чистый углерод. Из-за высокого содержания кварца и соответствующего распределения по размеру гранул, отработанная формовочная смесь может использоваться в качестве замены песка в дорожном строительстве. Использование в производстве строительных материалов (бетон, кирпичи, черепица, стекловата, …) технически выполнимо, но требует высокого уровня контроля и логистики. Испытания в промышленном масштабе успешно проводились в качестве: - дорожных насыпей - наполнителя - дренажных материалов - элементов из бетона - производство цемента (в зависимости от потребности кремния в процессе. В Германии такое применение имеет большое значение) - заполнение пустот горной промышленности (из-за хорошей стойкости к опорным нагрузкам. Отработанная формовочная смесь используется в таком качестве в Германии) - окончательное покрытие свалок (при смешивании с жидким стеклом и другими отходами, примеры этого есть в Нидерландах) - строительные материалы для укрепления плотин - стеклование опасных отходов. Более подробная информация по различным типам песка, представлена в разделе 8.9. Другие области применения – это изготовление кирпичей, плавление вторичной меди и переработка цинка. Необходимо отметить, что обсуждения типов внешнего использования не попадает в область применения данного справочного документа. Однако, в общем случае, можно утверждать, что песок обычно не требует никакой предварительной обработки и поступает с литейных заводов после сбора и промежуточного складирования. Обычно, чтобы гарантировать постоянное качество материала, может быть разработана отдельная система сбора и хранения. Кроме того, качество материалов должно контролироваться путем регулярных проверок. Экологические эффекты от внедрения метода При внешнем использовании, отработанная формовочная смесь может заменить, и поэтому способствует сохранению природных материалов. Обычно, внешнее применение не требует никакой подготовки песка и, следовательно, не создает энергетических проблем для литейного завода. Воздействие на различные среды Остатки органических покрытий являются потенциальными источниками ароматических углеводородов. Применимость Эта технология используется на новых и существующих заводах, если они смогут найти покупателя для отходов песка. Использование излишков формовочного песка не снижает стойкость к износу асфальтобетонного покрытия. Их использование вместе с пылью, образовавшейся в том же процессе литейного завода, возможно в производстве бетона из Портландцемента. Использование излишков формовочного песка вместе с золой и шлаком возможно в производстве минеральной ваты. Использование излишков формовочного песка в процессе утилизации биологических отходов не оказывает отрицательного воздействия на экологические или технические свойства верхнего слоя почвы. Использование отходов сырой формовочной смеси для минеральных покрытий технически и экологически возможно на верхних слоях покрытия свалок.
Затраты на внешнее использование зависят от состояния местного рынка и необходимых затрат на транспортировку и хранение. Капитальные затраты на сбор и хранение отходов песка минимальны. Часто они могут быть реализованы с помощью организационных мер. Эксплуатационные затраты на анализ и администрирование могут составлять до 5000 ЕВРО/год. В зачет прибыли идет снижение затрат на утилизацию (до 125 ЕВРО /тонну).
Законодательство способствует снижению количества отходов, путем увеличения затрат на их утилизацию. Примеры заводов Известно о множественных примерах по всей Европе, например в Финляндии, Нидерландах, Бельгии, Германии, Великобритании. Справочная литература [103], [13], [37], [65], [46] жүктеу/скачать 9.9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
