INSTALACJA REGENERACJI MAS FORMIERSKICH I RDZENIOWYCH J. FURMANEK

Transkrypt

1 6/3 Archives of Foundry, Year 2002, Volume 2, 3 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2002, Rocznik 2, Nr 3 PAN Katowice PL ISSN INSTALACJA REGENERACJI MAS FORMIERSKICH I RDZENIOWYCH J. FURMANEK STRESZCZENIE Uzasadniono potrzebę odzysku piasku z mas formierskich i rdzeniowych na drodze ich regeneracji. Przeprowadzono analizę różnych systemów regeneracji. Zaprezentowano instalacje regeneracji pneumatycznej i mechanicznej oferowane przez PRODLEW Warszawa. Zwrócono uwagę na możliwość ewentualnego odzysku piasku chromitowego w oferowanych instalacjach. Podkreślono zalety stosowanych systemów regeneracji w aspekcie ekonomicznym. Key words: Moulding sand, reclamation, reclaim, recycling Stałe tendencje zmierzające w kierunku obniżania kosztów produkcji w odlewniach, a tym samym zwiększenia konkurencyjności wyrobów utrzymują się w polskim odlewnictwie od wielu lat. Obecnie, problemem w obniżeniu kosztów produkcji, a często także w możliwości funkcjonowania zakładu staje się ochrona środowiska naturalnego. Wieloletnie zaniedbania w tej dziedzinie doprowadziły do stanu, kiedy odlewnie, nie posiadając instalacji i technologii przyjaznych środowisku, płacą wysokie kary za jego zanieczyszczanie, m. in. składując odpady na wysypiskach bez ich utylizacji. Problemem dla wielu z nich staje się także ich lokalizacja, często w centrum miasta. Powoduje to, że odlewnie te posiadają okresowo wydawane pozwolenia na kontynuowanie działalności pod warunkiem podjęcia inwestycji proekologicznych. Jednym ze sposobów złagodzenia tych problemów jest wprowadzenie odzysku i ponownego wykorzystania w procesie produkcyjnym surowców wyjściowych. Rozwiązanie to ma obecnie duże znaczenie, gdy Polska dostosowuje swoje prawo do aktów i normatywów dotyczących ochrony środowiska, obowiązujących w krajach Unii Europejskiej. W momencie wejścia naszego kraju do Unii musi nastąpić zmiana warunków, w których przyjdzie funkcjonować odlewniom. Zakłady będą musiały zwrócić większą uwagę na zminimalizowanie negatywnego oddziaływania na środowisko naturalne a także na poprawę warunków pracy w odlewni. Podjęcie konkretnych kroków, zmierzających do ograniczenia emisji oraz ilości wytwarzanych odpadów,

2 43 wymaga dokładnej analizy wszystkich etapów procesu produkcyjnego pod względem technologicznym, ekologicznym i toksykologicznym. Kompleksowe podejście do zagadnienia pozwala na wprowadzenie konkretnych rozwiązań i wdrożenie technologii przyjaznych dla środowiska. Jednym z szeregu rozwiązań przyjaznych dla środowiska w odlewnictwie jest wprowadzenie procesu regeneracji mas formierskich i rdzeniowych. Wprowadzenie technologii regeneracji, czyli odzysku piasków, pozwala nam uzyskać wymierne korzyści ekologiczne i ekonomiczne. Wykorzystując piasek odzyskany redukujemy ilość wytwarzanych odpadów (masa wybita) oraz zmniejszamy ilość kupowanych piasków stosowanych do produkcji. Do metod regeneracji najczęściej stosowanych w przemyśle, zaliczamy regenerację pneumatyczno-mechaniczną, mechaniczną i termiczną. Dla najczęściej stosowanych gatunków mas jednorodnych istnieją praktycznie sprawdzone konstrukcje urządzeń działających wg systemu regeneracji mechanicznej lub termicznej. Przed każdym zamierzeniem regeneracji powinny zostać ustalone wymagania jakościowe regeneratu, które będą wynikiem użycia odpowiedniej techniki. Względy finansowe, techniczne i aspekty dotyczące ochrony środowiska często wykluczają możliwość zastosowania metody regeneracji termicznej. W takich przypad - kach optymalnym rozwiązaniem jest wybór regeneracji pneumatyczno-mechanicznej lub mechanicznej. Oferowany przez Prodlew Warszawa system pneumatyczno-mechanicznej regeneracji mas pozwala uzyskać wymierne efekty ekonomiczne i ekologiczne, uwzględniając także problem zagospodarowania pyłów pochodzących z instalacji odpylania linii regeneracji. Do mas, które najlepiej dają się regenerować systemem pneumatyczno-mechanicznym lub mechanicznym, należą masy wiązane chemicznie, szczególnie z zastosowaniem żywicy furanowej. Już w formie, na skutek działania wysokiej temperatury odlewu, masa formierska i rdzeniowa ulega swoistej regeneracji termicznej. Spoiwa przywarte do ziaren piasku ulegają częściowemu przepaleniu albo twardnieją na ich powierzchni. Masa staje się sypka, zawiera niewiele grudek i odznacza się małymi stratami prażenia. Dzięki tym cechom nadaje się ona jako dobry materiał wyjściowy do regeneracji mechanicznej. Jeżeli w formie do odlewu przylegają różne gatunki mas, to przy wybijaniu odlewu wskazany jest selektywny rozdział tych mas przed ich dalszą obróbką. Jeżeli jest to masa jednorodna (wiązana chemicznie), to może ona być kierowana w całości, bez rozdziału, do regeneracji mechanicznej lub pneumatyczno-mechaniczej. W modelowej instalacji regeneracji (rys. 1), oferowanej przez Prodlew Warszawa, możemy wyróżnić następujące grupy urządzeń: 1. grupa regeneracji wstępnej, 2. grupa doczyszczania i chłodzenia regeneratu, 3. grupa separacji piasku chromitowego (wariant), 4. grupa dystrybucji regeneratu.

3 44 7 7a regenerat Sio 2 piasek świeży Cr Sio regeneracja wstępna 1. Krata wibracyjna 2. Podajnik wibracyjny z separatorem magnetycznym 3. Kruszarka wibracyjna 4. Sito wibracyjne 5. Chłodziarka masy 6. Transport pneumatyczny oczyszczanie regeneratu i separacja piasku chromitowego 7. Zbiornik buforowy 7a. Regenerator pneumatyczny (opcja) 8. Chłodziarka klasyfikator 9. Zbiornik pośredni 10. I stopień separacji piasku chromitowego 11. Zbiorniki pośrednie 12. Podajnik wibracyjny 13. Separator piasku chromitowego (stopnie 2-4) 14. Transport pneumatyczny Rys. 1. Modelowy schemat instalacji regeneracji mas formierskich. Fig.1. Model diagram of installation of moulding sand reclamation. dystrybucja regeneratu SiO 2 i Cr 2 O 3 oraz świeżego SiO Zbiorniki magazynowe regeneratu i świeżego piasku 16. Transport pneumatyczny 17. Zbiorniki nad mieszarko-nasypywarkami 18. Mieszarko-nasypywarka na formierni lub rdzeniarni Do grupy urządzeń regeneracji wstępnej zaliczamy: kratę wstrząsową, podajnik wibracyjny, separator magnetyczny, kruszarkę wibracyjną, sito wibracyjne, chłodziarkę wstępną, transport pneumatyczny. Wstępnie rozkruszona na kracie i oczyszczona z zanieczyszczeń magnetycznych masa formierska ulega dokładnemu rozdrobnieniu w wibrokruszarce; tam też następuje otarcie otoczki spoiwa znajdującego się na ziarenkach piasku. Części niemagnetyczne i inne zanieczyszczenia, które znajdują się w masie wybitej i nie ulegną rozkruszeniu w kruszarce, zostają oddzielone na sicie znajdującym się wewnątrz kruszarki i są okresowo wygarniane na zewnątrz, do umieszczonego obok pojemnika. W kruszarce piasek zregenerowany jest podawany na sito wibracyjne w celu oddzielenia nadziarna i zanieczyszczeń, np. ceramicznych, pochodzących głównie z kształtek układów wlewowych. Przesiany piasek wpada do zbiornika pośredniego nad podajnikiem transportu pneumatycznego, z którego jest transportowany do zbiornika buforowego. W przypadku zbyt wysokiej temperatury masy zbiornik pośredni może spełniać rolę chłodziarki wstępnego chłodzenia masy (po adaptacji). W zbiorniku buforowym może być umieszczony regenerator pneumatyczny stanowiący dodatkowy stopień regeneracji. W urządzeniu tym odbywa się doczyszczanie regeneratu na skutek uderzania rozpędzonych ziaren piasku o metalową kopułę, co zwiększa efektywność regeneracji o ok. 20%.

4 45 Odpylenie i chłodzenie regeneratu odbywa się w urządzeniu okresowego działania o nazwie chłodziarko-klasyfikator. Dozowanie regeneratu do chłodziarkoklasyfikatora odbywa się porcjami ze zbiornika buforowego. Porcję regeneratu poddaje się fluidyzacji w celu odpylenia oraz schłodzenia do założonej temperatury. Zwiększenie skuteczności odpylania uzyskuje się wykorzystując zjawisko rozładowania elektrostatycznego ziarenek piasku i drobnego pyłu przy kontakcie z zab udowaną wewnątrz chłodziarki uziemioną wężownicą, chłodzoną wodą. Porcja regeneratu przebywa w chłodziarce do czasu osiągnięcia żądanych parametrów. Gwarantuje to tym samym stabilność temperatury regeneratu, która jest bardzo ważnym parametrem przy produkcji mas samoutwardzalnych. Takiej stabilności temperatury regeneratu nie gwarantują inne chłodziarki o działaniu ciągłym. Osiągana temperatura regeneratu, wynosząca od 12 do 15 C, jest wyższa od temperatury czynnika chłodzącego. Tak otrzymany regenerat może być użyty w produkcji. Dla odlewni stosujących piasek chromitowy celowe jest zainstalowanie w układzie regeneracji urządzenia do jego separacji, ponieważ piasek chromitowy, poddany działaniu wysokiej temperatury (powyżej 300 C), ulega degradacji przy dostępie powietrza i stanowi zanieczyszczenie. Przy ciągłym stosowaniu piasku chromitowego jego ilość w obiegu, zarówno dobrego jak i zdegenerowanego, będzie narastała, co w konsekwencji wpłynie na zwiększenie ilości braków i pogo rszenie jakości odlewów. Urządzenie do separacji piasku chromitowego wykorzystuje właściwości paramagnetyczne piasków zawartych w strumieniu masy kierowanej do separato ra. Regenerat podawany jest do separacji po wcześniejszej obróbce w chłodziarko - klasyfikatorze. Proces separacji piasku odbywa się w czterostopniowym separatorze. Poszczególne stopnie separacji zapewniają zarówno pod względem działania jak i wydajności taki stopień rozdzielenia, że w jednym przejściu masy zwrotnej przez urządzenie otrzymuje się regenerat piasku kwarcowego, regenerat piasku chromitowego i odpady. Przepływ strumienia materiałów przedstawiono na rys. 2. Dzięki czterostop - niowej budowie separatora możliwe jest usunięcie z piasku chromitowego składników szkodliwych, które powstały w procesie wykonywania odlewów i piasku kwarcowego. Dla odlewni, które stosują piasek chromitowy w niewielkich ilościach nieopłacalne ekonomicznie jest stosowanie czterostopniowej instalacji odzysku piasku chromitowego. W tym przypadku zalecamy stosowanie tylko pierwszego stopnia separacji. Najważniejszą zaletą tego rozwiązania jest możliwość usunięcia z oczyszczanej masy piasku chromitowego jako odpadu wraz ze składnikami szkodliwymi. Uzyskany w ten sposób regenerat piasku kwarcowego i chromitowego (opcjonalnie) jest przes yłany do zbiorników magazynowych lub bezpośrednio na stanowisko formowania, do zbiorników nad mieszarko-nasypywarkami. Omówiony system regeneracji został sprawdzony w wielu odlewniach europejskich, dając regenerat o największym stopniu czystości i jakości. Najlepszy efekt regeneracji uzyskuje się, regenerując masy z żywicą furanową. Możliwości zastosowania regeneratu do produkcji w zależności od jego przeznaczenia wynoszą:

5 46 Materiał wejściowy - piasek kwarcowy - piasek chromitowy - składniki szkodliwe I stopień - bęben magnetyczny KHP II stopień ruszt fluidyzacyjny III stopień sito IV stopień bęben magnetyczny HPG odwał (składniki regenerat piasku regenerat piasku szkodliwe) chromitowego kwarcowego Rys. 2. Przepływ strumienia materiałów w separatorze czterostopniowym. Fig.2. Material flow in four stages separator. 1. dla masy wypełniającej (regenerat piasku kwarcowego) 100%; 2. dla masy przymodelowej (regenerat piasku kwarcowego i chromitowego) 80%; 3. dla masy rdzeniowej (regenerat piasku kwarcowego) 50%; 4. dla masy chromitowej (regenerat piasku chromitowego) 80%. Wydajność linii może się kształtować w przedziale od ~3t/h do ~25t/h. W zależności od potrzeb klienta układ ten może być modyfikowany. Przed podjęciem decyzji o wprowadzeniu regeneracji należy rozpatrzyć ewentualne wprowadzenie nowej technologii formowania, tak aby zapewnić powstawanie jak najmniejszej ilości odpadów i w maksymalnym stopniu wykorzystać aspekty ekonomiczne i ekologiczne wprowadzenia regeneracji, np. zastąpić masy na szkle wodnym masami furanowymi. Dla takiego właśnie przypadku przedstawiona została analiza porównawcza kosztów

6 Stan po wprowadzeniu regeneracji z opłatami za składowanie odpadów Stan obecny bez regeneracji (masy na szkle wodnym) z opłatami za składowanie masy wybitej 47 wytwarzania mas formierskich przed wprowadzeniem regeneracji (na podstawie danych uzyskanych z krajowych odlewni) oraz efektu, jaki można uzyskać, wprowadzając regenerację (tab. 1). Tabela 1. Koszty wytwarzania mas formierskich i rdzeniowych przed wprowadzeniem regeneracji i po jej wprowadzeniu. Table 1. Moulding and core sand manufacture costs before and after reclamation process application Ilość masy do regeneracji t/r * Koszt wytwarzania masy formierskiej i rdzeniowej Koszt wytwarzania masy formierskiej i rdzeniowej zł/r zł/t Ilość masy do składowania t/r Opłata za składowanie zł/r RAZEM zł/r Koszt wytwarzania masy formierskiej i rdzeniowej zł/r Ilość masy do składowania t/r Opłata za składowanie zł/r RAZEM zł/r ZYS K zł/r *) w ilości t/r zawarty jest piasek chromitowy, który jest odzyskiwany w procesie separacji. Zużycie piasku chromitowego około 450 t/rok. Przedstawiona analiza pokazuje, jak wymierne korzyści można osiągnąć, stosując regenerację mas. Zysk możliwy do osiągnięcia nie jest proporcjonalny do wzrostu ilości przerabianej masy, co obrazują kolumny 3 i 5; wiąże się to z tym, że odlewnie nabywają piasek w różnych cenach a każdy przypadek w analizie to odlewnia z innego regionu kraju. W takim przypadku występują także różnice w opłatach za składowanie odpadów. Odlewnia przerabiająca ton/rok masy (patrz tab. 1, kolumna 4) stosuje piasek chromitowy do rdzeni i masy przymodelowej, co ma bezpośredni wpływ na powiększanie kosztów produkcji - jak wiadomo, piasek chromitowy jest drogi, dlatego też zastosowanie urządzenia do separacji chromitu w instalacji regeneracji pozwala uzyskać jeszcze większe oszczędności przy wytwarzaniu mas formierskich i rdzeniowych.

7 48 Na podstawie naszych doświadczeń i przeprowadzonych analiz można stwierdzić, że koszt instalacji regeneracji może zwrócić się po trzech latach eksploatacji. Opisana powyżej instalacja regeneracji zrealizowana przez firmę PRODLEW Warszawa pracuje od roku 1996 w Odlewni Staliwa Vitkowice. Otrzymywany regenerat, zarówno piasku kwarcowego jak i chromitowego, ch arakteryzuje się wysokimi parametrami jakościowymi, porównywalnymi z parametrami świeżego piasku. Dzięki temu, że instalacja regeneracji jest w maksymalnym stopniu zhermetyzowana i odpylana za pomocą odpylacza tkaninowego, staje się ona przyjazną dla środowiska, a także dla osób pracujących w odlewni. W celu zagospodarowania pyłów powstających w instalacji możliwe jest jej wyposażenie w urządzenie do granulacji pyłów. Granulat może być wytwarzany na bazie różnych typów spoiw, np. cemento - wego lub wapniowego. Tak przygotowany materiał może być wykorzystany, na przykład w przemyśle budowlano-drogowym lub spalany. LITERATURA [1] G. Müller-Späth, R. Schlechtinger, W. Dinges, J. Müller-Späth: Chromerzsandtrennung - Erfahrungen, Anlagentechnik und Resultate, Giesserei-Erfahrungssustausch 6/96. [2] G. Müller-Späth, R. Schlechtinger, J. Müller-Späth: Informationen zum Thema Chromerzsandtrennung, materiały informacyjne firmy GUT, r. [3] J. Müller-Späth, G. Müller-Späth: Minimalizacja zawartości składników szkodliwych w procesie separacji piasku chromitowego w 4-czterostopniowym urządzeniu według systemu GUT, referat, Sympozjum "Nowe technologie odlewnicze", Warszawa, czerwiec [4] L. Wisłocki: Regeneracja mas samoutwardzalnych z żywicą furanową oraz separacja chromitu w odlewni staliwa w Hucie Vitkowice w Czechach. Referat, Sympozjum "Ekologiczna masa samoutwardzalna z żywicą syntetyczną wdrożona w Hucie Małapanew S.A. w ramach projektu celowego KBN, Ozimek, wrzesień 1998 r. [5] J.L. Lewandowski: Tworzywa na formy odlewnicze, Akapit, Kraków, 1997, s [6] M. Holtzer, I. Kargulewicz, B. Grabowska, M. Bilska: Dopuszczalne stężenia i progi wyczuwalności substancji szkodliwych w warunkach pracy w odlewni. Materiały VIII Międzynarodowej Konferencji Współpraca 2002 Řeka, kwiecień 2002, s. 63.

8 49 SYSTEM OF RECLAMATION OF THE MOULDING AND CORE MAKING SANDS SUMMARY The need for recycling of moulding and core making sands using their reclamation was justified. Different systems of reclamation were discussed.. Installations for the system of pneumatic and mechanical reclamation offered by PRODLEW in Warsaw have been discussed in detail by taking here into account the eventual separation of the chromite sand in the case of its use in the foundry. At the end of the paper the economic advantages of using the technology of reclamation of moulding sands were presented. Recenzent: prof. dr hab. inż. Józef Dańko.