4.8. Masy formierskie: regeneracja, recykling, ponowne użycie i składowanie

Transkrypt

1 4.8. Masy formierskie: regeneracja, recykling, ponowne użycie i składowanie Wprowadzenie Od czasu, kiedy odlewnie zintensyfikowały użycie masy formierskiej jako podstawowego materiału wejściowego, jej regeneracja stałą się punktem uwagi w części działań dotyczących ochrony środowiska. Należy wyraźnie rozróżnić masy syntetyczne do formowania na wilgotno od mas wiązanych chemicznie. Masa do formowania na wilgotno może być łatwo zregenerowana po użyciu. Dodatkowo będąca w obiegu masa posiada lepsze właściwości technologiczne niż masa świeża. Większość odlewni formujących w masach na wilgotno stosuje regenerację wstępną. Regeneracja wstępna, znana też jako rozcieranie lub rozdrabnianie, powoduje powrót masy formierskiej lub rdzeniowej do oryginalnej ziarnistości. Obejmuje ona przesianie masy, usunięcie pozostałości metalowych i oddzielenie oraz usunięcie frakcji drobnych (podziarna) i nadziarna. Po tych zabiegach masa jest przed zmagazynowaniem schładzana, powraca do obiegu lub jest mieszana ze świeżą masą. W tym stadium ziarna masy zawierają pozostałości spoiwa. Ma to wpływ na ilość regeneratu, który może być użyty do wykonywania form, a w szczególności rdzeni. Następnie dodawana jest świeża masa dla zapewnienia, że uzyskana mieszanka pozwoli na wykonanie form i rdzeni o odpowiedniej wytrzymałości i w rezultacie odpowiedniej jakości odlewów. Wstępnie zregenerowana masa, bez dalszej obróbki polegającej na usunięciu resztek spoiwa z osnowy ziarnowej nie posiada dostatecznej jakości, aby stosować ja do wykonywania rdzeni, tak że w zasadzie jest wykorzystywana do produkcji form. Podstawowymi technikami regeneracji wstępnej są; wibracja, bębnowanie lub śrutowanie. Regeneracja właściwa (wtórna) wymaga dalszej obróbki uprzednio rozdrobnionej masy w celu usunięcia pozostałości spoiwa. Masa jest przywracana do podobnej lub lepszej jakości niż masa świeża. Odlewnie stosujące regenerację właściwą nie mają w niektórych przypadkach zapotrzebowania na masę świeżą. Dla usunięcia pozostałości spoiwa, potrzebne są bardziej agresywne techniki niż w przypadku regeneracji wstępnej. Głównymi technikami regeneracji właściwej są: - obróbka mechaniczna na zimno: nisko energetyczne ścieranie: tarcie, uderzanie (dla mas z żywicami utwardzanymi na zimno), wysoko energetyczne ścieranie: ścieranie pneumatyczne, rozcieranie, ścieranie odśrodkowe, - obróbka termiczna ( zazwyczaj w złożu fluidalnym), - płukanie mokre. Masy z żywicami utwardzanymi na zimno mogą być regenerowane przy użyciu prostych technik obróbczych, z uwagi na kruchość warstwy spoiwa. Systemy regeneracji mechanicznej (np. systemy w złożu fluidalnym) bazują na wzajemnym ocieraniu się cząstek masy lub uderzaniu. Masy wiązane z żywicami utwardzanymi gazem lub termoutwardzalnymi wymagają bardziej intensywnej obróbki dla usunięcia warstewki spoiwa. Obejmuje ona rozcieranie, ścieranie pneumatyczne lub odśrodkowe. Masy na spoiwie krzemianowym mogą być tylko regenerowane mechanicznie przy użyciu obróbki pneumatycznej. Obróbka termiczna obejmuje wypalanie spoiwa organicznego. Bentonit jest dezaktywowany przez wysoką temperaturę obróbki. Dlatego też dla strumieni mas formowanych na wilgotno obróbka termiczna powinna być łączona z obróbką mechaniczną.

2 Regeneracja mokra obejmuje usunięcie spoiwa przez międzycząstkowe ścieranie. Technika ta ma zastosowanie tylko do mas na wilgotno, ze szkłem wodnym lub utwardzanych CO 2 i nie jest szeroko stosowana. Regeneracja właściwa dla mas jednolitych na wilgotno znajduje ograniczone zastosowanie. Dla mas wiązanych chemicznie, regeneracja mechaniczna jest szerzej stosowana (> 200 instalacji w Niemczech w 1991 r.) [80, ERM Lahmeyer International GmbH, 1999]. Podsumowanie zastosowania różnych technik regeneracji dla różnych mas zawarto w Tabeli 4.59 (masy jednolite) i Tabeli 4.60 (mieszaniny mas). Każda ze stosowanych technik będzie omówiona w rozdziale następnym bardziej szczegółowo. Najważniejsze strumienie mas jednolitych poddawanych regeneracji właściwej dotyczą mas rdzeniowych w odlewniach metali nieżelaznych. Z uwagi na niskie obciążenie cieplne są one łatwo oddzielane z masy na wilgotno. Ponadto masy jednolite są wytwarzane w formierni i rdzeniarni w czystych technologiach organicznych takich jak proces skorupowy, żywica furanowa i proces uretanowy cold-box. Mniejszy przepływ masy jednolitej jest w przypadku nieutwardzonej masy rdzeniowej, wynikający z obecności uszkodzonych lub odrzuconych rdzeni w rdzeniarni i pozostałości masy przy rdzeniarkach. Mieszanki mas ogólnie zawierają masy z bentonitem, jak również masy wiązane chemicznie. Głównie pochodzą one z odlewni stopów żelaza i reprezentują około 75 % całkowitej produkcji mas zużytych.

3 Rodzaj masy Masy z żywicami utwardzane na zimno Cold-box, SO 2, Hot-box, masy skorupowe Masy utwardzane mrówczanem metylu Technika regeneracji Wyposażenie do regeneracji Wykorzystanie Masy jednolite ze spoiwami organicznymi Mechaniczna Mechaniczna: -Do wykonywania lub termiczna ścieranie, mas z użyciem uderzanie, o- żywic cieranie utwardzanych na pneumatyczne zimno Termiczna: złoże % zastąpienie turbulentne, złoże świeżej fluidalne lub piec masy dla rdzeni obrotowy. utwardzanych na Mechaniczna lub termiczna Mechaniczna Masy jednolite ze spoiwami nieorganicznymi Masy do Mechaniczna formowania na wilgotno Masy z krzemianem sodu Mechaniczna Mechaniczna: ocieranie pneumatyczne, ścieranie odśrodkowe, ocieranie w złożu fluidalnym Termiczna: złoże turbulentne, złoże fluidalne lub piec obrotowy. Mechaniczna: Ścieranie, uderzenie, ocieranie pneumatyczne Ocieranie pneumatyczne, ścieranie zimno W rdzeniarni zastępuje świeżą masę Ograniczone dla form z mas utwardzanych mrówczanem metylu Warunki brzegowe -Mechaniczna tylko jeżeli spoiwo jest po zalaniu dostatecznie kruche -Musi być uzyskana założona jakość regeneratu -Mechaniczna tylko jeżeli spoiwo jest po zalaniu dostatecznie kruche -Musi być uzyskana orientacyjna jakość regeneratu - ponowne użycie podziarna Wzrost kruchości składników spoiwa Odświeżanie masy -Wymaga w obiegu dla masy podsuszenia - do formowania na ponowne użycie wilgotno podziarna Tylko do Wzrost kruchości wykonywania składników form i rdzeni z spoiwa w mas na krzemianie temperaturze sodu 200 o C Minimalna wydajność (t/godz.) Tabela Zakres stosowania różnych systemów regeneracji dla mas jednolitych [128, IHOBE, 1998], [225, TWG, 2003]

4 Rodzaj masy Mieszanki mas ze spoiwami organicznymi Mieszanki mas zawierających bentonit Technika regeneracji Mechaniczna lub termiczna Mechaniczna lub mechanicznotermicznomechaniczna Wyposażenie do regeneracji Mechaniczna: ocieranie pneumatyczne, ściera- nie odśrodkowe, ocie- ranie w złożu fluidalnym Termiczna: : złoże turbulentne, złoże fluidalne lub piec obrotowy Wykorzystanie - W rdzeniarni zastępuje świeżą masę Mechaniczna: - - W rdzeniarni ścieranie, ocieranie pneumatyczne, ocieranie w złożu fluidalnym Termiczna: złoże turbulentne, złoże fluidalne lub piec obrotowy zastępuje świeżą masę -Odświeżanie masy w obiegu masy na wilgotno - - Warunki brzegowe -Mechaniczna tylko jeżeli spoiwo jest po zalaniu dostatecznie kruche -Musi być uzyskana orientacyjna jakość regeneratu -ponowne użycie podziarna - Wymaga podsuszenia - kombinowana regeneracja termiczna wymaga dostatecznej obróbki mechanicznej dla usunięcia bentonitu aktywnego - ponowne użycie podziarna Minimalna wydajność (t/godz.) Tabela Zakres zastosowania różnych systemów regeneracji dla mieszanek mas [128, IHOBE, 1998] Zakres stosowania różnych systemów regeneracji przedstawiono w Tabeli 4.61 i będzie omówiony w dalszym rozdziale dotyczącym zastosowań.

5 Proste systemy mechaniczne Ścieranie Bębnowa-nie Ocieranie pneumatyczne Regeneracja mokra Regeneracja termiczna Mechaniczno termicznomechaniczna Mechaniczna na zimno Masy jednolite Utwardzane na zimno x x x x x x 0 Cold-box, SO 2, hot-box, skorupowe 0 x x x 0 x 0 Krzemianowe (CO 2 lub estry) x x 0 0 Masy do formowania na wilgotno x (wstępna) Masy do formowania na wilgotno 0 x 0 x x 0 0 (wtórna) Mieszanki mas Mieszankai mas ze spoiwami 0 x x x 0 x 0 organicznymi Mieszanka mas do formowania na 0 x 0 x x 0 x wilgotno + ze spoiwami organicznymi x: Stosowalna; 0: Nie ma zastosowania Tabela Zastosowanie różnych systemów regeneracji dla różnych rodzajów mas Zastosowanie obu wstępnej i właściwej regeneracji w odlewni stosującej mieszanki mas dla osiągnięcia całkowitej regeneracji w wymiarze 92 % przedstawiono na rysunku Uproszczony schemat nie bierze pod uwagę licznych strat w poszczególnych etapach obróbki. Dodatek świeżego piasku może być zredukowany do minimum przez wprowadzenie (po usunięciu nadziana) pyłów masy z filtrów (z odciągów nad linią formowania ręcznego, wybijania rdzeni, zasobników magazynujących itd.). Rys Diagram bilansu masy dla systemu regeneracji termicznej/mechanicznej [79, ETSU, 1998]

6 Zimna rdzennica Bentonitowa Krzemianowa Utwardzana na zimno Gorąca rdzennica Skorupowa Mrówczan metylu Amina Podany powyżej wskaźnik regeneracji 92 % jest wartością normalną dla mieszanek mas na wilgotno i mas wiązanych chemicznie. W niektórych odlewniach zanotowano nawet wskaźniki na poziomie 98%. Wskaźnik regeneracji w znacznym stopniu jest zależny od ilości i rodzaju użytych rdzeni stosowanych w formie. Dla mas z żywicą furanową wiązanych na zimno zanotowano wskaźnik na poziomie 78%. Ogólnie rzecz biorąc mieszanie różnych rodzajów mas ma negatywny wpływ na wytrzymałość form i rdzeni wykonywanych z regeneratu, za wyjątkiem kilku przypadków. Następnie w celu wytworzenia regeneratu o dobrej jakości bardzo ważnym jest utrzymanie odrębności mas o niespójnych typach. Optymalizacja potencjału regeneracji może przez to wprowadzać zmiany w systemach dla zapewnienia zgodności spoiwa w przypadku stosowania mieszanek mas lub zastosowanie technik (wybijania), które pozwolą na oddzielenie różnych typów mas. Tablica 4.62 przedstawia zależności kompatybilności. System docelowy Zimna rdzennica System źródłowy SO2 Bentonitowa Krzemianowa Utwardzana na zimno Gorąca rdzennica Skorupowa Mrówczan metylu Amina SO : Kompatybilny, 0: Kompatybilność ograniczona, -: Nie kompatybilny Tabela Kompatybilność regeneratów mas z różnymi spoiwami [37, Winterhalter, et al., 1992], [225, TWG, 2003] [37, Winterhalter, et al., 1992], [70, ETSU, 1998], [128, IHOBE, 1998], [138, Metaalgieterij Giesen B.V., 1996], [153, Umweltbundesamt, 2002], [202, TWG, 2002], [225, TWG, 2003] Regeneracja mas na wilgotno w optymalnych warunkach (regeneracja wstępna) Opis Jedną z głównych zalet stosowania formowania w masach na wilgotno jest możliwość wielokrotnego użycia zregenerowanej po zalaniu masy. Dodatkowo dla utrzymania jakości masy formierskiej wystarczy minimalny procent świeżej masy. Ilość dodanej masy świeżej jest określana przez wprowadzenie masy rdzeniowej i straty w procesie. Dla formowania bezrdzeniowego, średni udział świeżej masy wynosi od 2 5 %. W procesie odlewniczym, w którym stosuje się rdzenie, odświeżanie zależy od udziału w obiegu masy rdzeniowej. W każdym razie nadmiar masy jest usuwany z obiegu po wybiciu na kracie lub z zasobnika magazynującego. Ogólny schemat obróbki jest przedstawiony na rysunku Ten wewnętrzny obieg mas na wilgotno z minimalna obróbką odnosi się do regeneracji wstępnej. Regeneracja ta ma w zasadzie 3 zadania: (1) rozkruszenie masy do jej pierwotnej granulacji lub małych cząstek, (2) usunięcie podziarna i (3) schłodzenie masy przed zmieszaniem z masą świeżą.

7 Różnorodne techniki są stosowane do rozdrabniania i oddzielania: - Wibracja: Krata wibracyjna lub sito są najszerzej używanymi technikami dla celów regeneracji wstępnej. Przesiana masa jest przekazywana do następnej obróbki np. do schłodzenia, klasyfikacji ziarnowej czy regeneracji termicznej, a pozostały materiał jest granulowany. - Obróbka w bębenie: Wybita masa jest załadowywana do bębna obrotowego z prętami podrzucającymi i transportującymi. W czasie przepływu masy wzdłuż bębna akcja podrzucania powoduje ocieranie się wzajemne cząstek masy i ich rozdrobnienie na pojedyncze ziarna. Ziarna masy przechodzą przez sito umieszczone u wylotu bębna, a nadziano jest usuwane i przekazywane na składowisko. - Śrutowanie: Forma i odlewy są bezpośrednio załadowywane do oczyszczarki strumieniowej (wirnikowej). W wyniku akcji oczyszczania masa jest całkowicie rozdrobniona, a powierzchnia odlewu oczyszczona. Piasek i śrut są następnie oddzielane. Technika ta jest bardzo popularna. Podczas chłodzenia odlewów, masa ulega podgrzaniu. W kolejności, aby osiągnąć dobre warunki mieszania masa powinna być schłodzona do temperatury o C. Do tego celu stosuje się chłodziarki wyposażone w złoże turbulentne lub fluidalne jak również wymienniki ciepła. Jeżeli wybijanie odlewów odbywa się na przenośnikach wibracyjnych lub w bębnach obrotowych, chłodzenie może odbywać się w czasie ich pracy. Jeżeli stosuje się chłodziarki fluidyzacyjne, powietrze suszące może być podgrzewane gazowo lub elektrycznie. Średni czas obróbki w złożu fluidalnym wynosi około 10 minut. Generalnie masa kierowana na złoże fluidalne ma 2 3% wilgotności oraz temperaturę o C. Pomiar temperatury i wilgotności może odbywać się przed wprowadzeniem do chłodziarki i jeżeli jest to konieczne dodaje się odpowiednią wyliczona ilość wody. Powoduje to zminimalizowanie ilości frakcji pyłowych usuwanych podczas suszenia fluidyzacyjnego. Cząstki te zawierają bentonit, który może być reaktywowany. Poziom wilgotności w masie zwracanej do obiegu powinien być utrzymany w przedziale 2 i 2,2% przy temperaturze 35 o C. W konsekwencji podczas magazynowania, bentonit zawarty w schłodzonej i wilgotnej masie uaktywnia się co powoduje, że podczas mieszania potrzebna ilość świeżego bentonitu i wody, jak również czas cyklu ulegają obniżeniu. Dobre ujednorodnienie masy prowadzi do stałej jej jakości i lepszego oraz łatwiejszego jej przygotowania. Systemy ujednorodnienia polegają na użyciu kilku mniejszych zasobników zamiast jednego dużego lub zapewnieniu cyrkulacji masy w zasobniku. W systemach, w których stosuje się masy rdzeniowe ze spoiwami wiązanymi chemicznie mieszanie ich może mieć negatywny wpływ na jakość, zależnie od użytego spoiwa i ilości zmieszanej masy rdzeniowej. Negatywny wpływ jest bardziej widoczny dla rdzeni ze spoiwami o charakterze kwasowym i zasadowym niż obojętnym (SO 2 - epoksydowe, fenolowo-uretanowy cold box). Podczas wybijania masa formierska i rdzeniowa powinna być dobrze zmieszana. Jednakże rdzenie nie związane i nie rozkruszone powinny być usunięte z masy obiegowej przed poddaniem jej procesowi wstępnej regeneracji. Osiągnięte korzyści dla środowiska Zmniejszenie zużycia świeżych materiałów (piasek i bentonit), zmniejszenie ilości materiałów odpadowych. Oddziaływanie na środowisko Urządzenia do regeneracji wykorzystują energię elektryczną, dlatego ich obecność zwiększa zapotrzebowanie odlewni na energię elektryczną. Ze względu na stosowanie głównie

8 mechanicznych metod regeneracji wzrost zapotrzebowania energii nie jest jednak bardzo duży. Procesy chłodzenia piasku i oddzielania frakcji pyłowych prowadzą do generowania gazów wylotowych z dużą zawartością pyłów. Gazy muszą podlegać procesom filtracji w celu zapobiegania emisji pyłów. Zmagazynowane pyły są kierowane do składowania lub ponownie wykorzystywane (patrz rozdział ). Dane eksploatacyjne Chociaż poziom dodatku świeżego piasku zależy od wielu czynników, zazwyczaj wynosi on 10 20% ciężaru zalewanego metalu. Dlatego też bardziej wygodne, jest określenie jego dodatku jako procentowego w stosunku do wydatku masy. Dla większości procesów odlewniczych 5% dodatek jest uważany za wystarczający, lecz wiele odlewni stosuje niższy procent. Dla systemów jednolitych mas do formowania na wilgotno można osiągnąć 98% współczynnik regeneracji. Systemy z większym udziałem nie kompatybilnych mas rdzeniowych mogą osiągnąć współczynnik regeneracji 90 94%. Możliwości zastosowania Technologia powyższa ma zastosowanie we wszystkich odlewniach stosujących masy na wilgotno, w nowych i istniejących instalacjach. Aspekty ekonomiczne Potencjalne korzyści finansowe z wprowadzenia regeneracji dla odlewni nie stosującej obecnie regeneracji podsumowano w Tabeli Opis Średnia cena piasku kwarcowego Średni koszt składowania zużytej masy Całkowity koszt zakupu piasku i składowania zużytej masy Szacunkowa wartość amortyzacji rocznej urządzeń Średnie koszty eksploatacyjne Przewidywane oszczędności kosztów w pierwszym roku Przewidywane oszczędności kosztów w kolejnych latach Koszt (EURO/ t masy) Tabela Korzyści finansowe przy zastosowaniu regeneracji wstępnej (odświeżania) (Wielka Brytania, prognoza 1995) Inwestycja dotycząca zainstalowania mieszarki, urządzenia dozującego i urządzeń sterowania to wydatek miliona EUR. Koszty inwestycji dla kruszarki do rdzeni to około 0.1 mln EUR pomimo, że jest tylko stosowana do rozkruszenia wstępnego, które nie mogłoby być zrealizowane w dostępnych regeneratorach mechanicznym lub pneumatycznym. Koszty eksploatacyjne (w przedziale rocznym) szacuje się na 5 10% kosztów inwestycji. Powód wdrożenia Wielu zarządców odlewni uważa obniżenie kosztów jako poważny argument dla wprowadzenia programów regeneracji dla różnych mas. Przepisy narzucają ograniczenia co do ilości materiałów odpadowych poprzez wzrost kosztów ich utylizacji. Zakłady referencyjne Regeneracja wstępna jest stosowana w wielu odlewniach piaskowych wykorzystujących masy do formowania na wilgotno i jej techniki są szeroko zróżnicowane: od prostych

9 wykonywanych ręcznie operacji do w pełni zautomatyzowanego i sterowanego komputerowo wyposażenia. Literatura [73, ETOSU, 1995]; [128,IHOBE, 1998]; [108, FEAF, 1999]; [110, Vito, 2001]; [140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001]; [143, Inasmet and CTIF, 2002] Prosta regeneracja mechaniczna mas ze spoiwami utwardzanymi na zimno Opis Proste techniki mechaniczne są stosowane dla regeneracji mas jednorodnych ze spoiwami utwardzanymi na zimno (np. mas z żywicami furanowymi) i nie utwardzonych mas rdzeniowych. Techniki te zawierają rozkruszenie brył masy, segregację ziarnową i oczyszczenie poprzez międzyziarnowe ścieranie. Stosuje się do tego celu różne rodzaje kruszarek i młynów, np. kruszarki udarowe, szczękowe, młyny kulowe. Osiągnięte korzyści dla środowiska Zmniejszenie ilości odpadowej masy i zużycia świeżego piasku. Oddziaływanie na środowisko Regeneracja zużytych mas wymaga dodatkowych ilości energii oraz powoduje dodatkową emisję frakcji pylistych i powstawanie odpadów pyłowych do składowania. Dane eksploatacyjne Notuje się wskaźnik regeneracji 78% dla jednorodnych mas utwardzanych na zimno z żywicami furanowymi. Możliwości zastosowania Technika powyższa może być zastosowana do wszystkich mas wiązanych na zimno, za wyjątkiem mas krzemianowych. Regenerat może być użyty w tym samym cyklu formowania z niewielkim dodatkiem świeżego piasku na poziomie strat jakości. Technika może być zastosowana dla nie utwardzonych mas rdzeniowych ze spoiwami organicznymi. Regenerat może być użyty do produkcji rdzeni z tym samym typem spoiwa po zmieszaniu ze świeżym piaskiem. Może też być użyty w ograniczonym zakresie do odświeżenia masy formierskiej. Powód wdrożenia Ustawodawstwo nakładające wysokie opłaty za składowanie, co sprzyja działaniom zmniejszenia ilości odpadów do składowania. Zakłady referencyjne Prosta regeneracja mechaniczna mas z żywicami furanowymi jest stosowana w wielu europejskich odlewniach i szczególnie w szerokim zakresie w Niemczech i Finlandii. Literatura referencyjna [153, Umweltbundesamt, 2002]; [202, TWG, 2002] Regeneracja mechaniczna na zimno z zastosowaniem ściernicy Opis

10 Jest to szeroko stosowany komercyjny system ścierania (patrz rysunek 4.26). System ten oryginalnie był dostosowany do regeneracji mieszanek mas z bentonitem ze spoiwami organicznymi. Technika ta stosuje poziomo obracającą się ściernicę dla usunięcia twardej zoolityzowanej warstewki bentonitu z ziaren piasku. Ścieranie może też usunąć z ziaren masy spoiwa chemiczne. Wokół kołowej ściernicy znajduje się wolno obracające się koło łopatkowe, które w sposób ciągły przemieszcza masę na ściernicy. Ponad nim urządzenie odpylające odciąga pył i drobne cząstki. Na potrzeby procesu dostarczana masa powinna być sucha. Dlatego stosuje się wstępne podsuszenie masy dla obniżenia zawartości wilgoci poniżej 0,2 %, używając złoża fluidalnego lub innej suszarki. Rys Regeneracja mechaniczna na zimno z zastosowaniem ściernicy [128, IHOBE, 1998] Wylotowa struga powietrza z regeneratora jest odpylana przy użyciu cyklonu i filtra workowego. Pył z filtra zawiera pozostałości bentonitu aktywnego i pyłu węglowego. Mogą być one skierowane do rdzeniarni co powoduje obniżenie zużycia węgla błyszczącego. Ponadto formy wykazują lepszą jakość technologiczną (wytrzymałość na wilgotno, płynność), z uwagi na zawartość pozostałości bentonitu, który w dalszej kolejności wpływa na obniżenie ilości wadliwych form oraz obniżenie żyłek na odlewach. Osiągnięte korzyści dla środowiska Obniżenie ilości masy odpadowej i zużycia świeżego piasku. Obniżenie zużycia węgla błyszczącego w przypadku mas na wilgotno. Pewien wzrost właściwości masy formierskiej, wpływający na obniżkę ilości odrzucanych form i wadliwych odlewów. Oddziaływanie na środowisko Regeneracja mas wymaga dodatkowej energii i powoduje dodatkową emisję pyłu i pozostałości pylistych do składowania. Jakkolwiek, stosowanie regeneratu w procesie formowania prowadzi do obniżenia użycia węgla błyszczącego. Dane eksploatacyjne

11 Dla mas z glinką maksymalny współczynnik regeneracji wynosi 65 75%. Odpowiada to zawartości ziaren kwarcu w materiale. Dla mas wiązanych chemicznie ilość piasku kwarcowego wracającego do obiegu wynosi %. Całkowity przepływ masy i zapotrzebowanie na świeży piasek, zależą od ilości użytych rdzeni (i masy rdzeniowej). Dlatego dane o obiegu mas są bardzo skomplikowanym procesem. Rysunek 4.27 przedstawia dane z odlewni w Holandii. Rys Diagram obiegu masy w holenderskiej odlewni stosującej masy na wilgotno [140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001] Ogólnie odpadowe masy na wilgotno zawierają około 80% piasku kwarcowego i około 20% materiałów drobnych (bentonit, pył węglowy, itd.). Ze 100% masy odpadowej ok. 70 % jest zawracane do wytwarzania rdzeni z regeneratu. Stopień uzysku ze względu na kwarc wynosi 88%. Pył z filtra zawiera w przybliżeniu 40% bentonitu aktywnego, który ma straty prażenia (LOI) 17% i zawiera 43% frakcji drobnych. Ponowne użycie pyłu w przygotowaniu mas obniża zapotrzebowanie na węgiel błyszczący do 30%. W rezultacie poprawy jakości masy w przykładowej odlewni pokazano zmniejszenie o połowę ilości odrzuconych form. Pył z cyklonu (20% ciężarowych regenerowanej masy na wilgotno) zawiera 25 30% bentonitu i wysoki poziom substancji organicznych. Skład chemiczny wybiega poza specyfikację powtórnego użycia jako materiału konstrukcyjnego. W Holandii są specjalne wymagania dotyczące warstw pokrywających składowiska odpadów. W innych regionach ta frakcja może być składowana. Jednak przepisy dotyczące zawartości substancji organicznych w składowanym materiale mogą ograniczać możliwość ich składowania. Ścieranie masy powoduje przyspieszone zużycie ziaren piasku. To oraz powtórny obieg pyłu z filtra są przyczyną zmiany składu ziarnowego piasku. Całkowity skład masy wymaga zatem dobrej kontroli i uzupełniania. Możliwości zastosowania Regeneracja mechaniczna na zimno jest głównie stosowana dla usunięcia warstewki bentonitu z ziaren osnowy piaskowej oraz usunięcia spoiw chemicznych w masach utwardzanych na zimno. Technika ścierania jest najszerzej stosowaną mechaniczną obróbką na zimno. Systemy wibracji i udarowe są także stosowane dla mas wiązanych chemicznie, ale dają w rezultacie

12 regenerat o niskiej lub średniej jakości. Techniki te są bardziej odpowiednie dla obiegów konwencjonalnych mas (regeneracja wstępna). Regeneracja właściwa mas na wilgotno ma ograniczone zastosowanie. Aspekty ekonomiczne Koszty inwestycyjne dla urządzenia o wydajności 50 ton / dzień, włączając suszenie, chłodzenie, regenerator, cyklon i filtr workowy wynoszą około EUR. Dane z Niemiec, podają koszt inwestycji dla jednostki o wydajności 1,5 t/h odpowiednio EUR. Poziomy zużycia przedstawiają się następująco (na podstawie średnich rocznych): Prąd elektryczny 39 kwh/tonę Gaz ziemny 3 Nm 3 /tonę (w zależności od wilgotności masy na wejściu) Sprężone powietrze 36 Nm 3 /tonę Części zużywające się 1.18 EUR/tonę Obsługa 0% Utrzymanie ruchu rutynowe Krzywe kosztów dla regeneracji mechanicznej mas ze spoiwami organicznymi przedstawiono na rysunku Koszty stałe różnią się w zależności od wydajności całkowitej i inwestycji. Koszty zmienne mogą wynosić do około 11 EUR/t, jakkolwiek koszty rzeczywiste zależą od specyfiki instalacji i warunków lokalnych. Koszty całkowite (stałe plus zmienne) w zakresie EUR/tonę regenerowanej masy zależą od wielkości i typu urządzeń. Rys Stałe koszty regeneracji na tonę regeneratu w EUR/t, dla mechanicznej regeneracji mas ze spoiwami utwardzanymi na zimno [82, IfG Instytut für Gieβereitechnik, 1996] Powód wdrożenia Ustawodawstwo nakładające wysokie opłaty za składowanie w celu obniżenia ilości odpadów do usunięcia. Zakłady referencyjne

13 - De Globe, Weert, Holandia, instalacja o wydajności 60 ton dziennie przy użyciu dwóch linii, działa od Eisenwerk Brühl, Brühl; Niemcy (1.5 t/h), Giesserei Fritz Winter GmbH & Co KG, Stadtallendorf, Niemcy (9.5 t/h) - Mercedes-Benz AG, Mannheim, Niemcy (9 t/h) Literatura [82, IfG Instytut für Gieβereitechnik, 1996], [110, Vito, 2001], [128, IHOBE, 1998], [133, De Globe B.V., 1999], [140, Thematic Network foundry Wastes, 2001], [151, Gemco, 1999] Regeneracja mechaniczna na zimno przy użyciu bębna udarowego Opis Ta technika regeneracji mechanicznej bazuje na między ziarnowym ścieraniu i daje najlepsze rezultaty w przypadku jednorodnych mas wiązanych chemicznie. Masa jest podawana do bębna ze skręconą osią wewnętrzną wyposażoną w małe łopatki. Ziarna masy są uderzane o ścianę bębna i o siebie wzajemnie. Uderzanie to wytwarza mechaniczną akcję oczyszczania ściernego. Podziarno jest usuwane z gazami odlotowymi. Bęben działa w systemie załadunku ustalonego wsadu. Instalacja składająca się z dwóch urządzeń zapewnia ciągłość operacji. Kiedy stosuje się mieszaninę mas z bentonitem - mas ze spoiwami organicznymi regeneracja poprzedzana jest separatorem magnetycznym dla usunięcia masy na wilgotno. Z uwagi na obecność nie aktywnego bentonitu masa ta wykazuje bardzo słaby magnetyzm, co pozwala na jej oddzielenie magnetyczne. System regeneracji pozwala na wprowadzenie ograniczonej ilości (15%) nieutwardzonej masy rdzeniowej (pochodzącej z uszkodzonych rdzeni). Połączenie oddzielania magnetycznego i oczyszczania w bębnie udarowym pozwala na optymalizację regeneracji mas wiązanych chemicznie w obiegu mieszanej masy z zastosowaniem regeneratu do wytwarzania rdzeni. Osiągnięte korzyści dla środowiska Wewnętrzne ponowne wykorzystanie masy rdzeniowej, co ogranicza ilość masy odpadowej i zużycie surowców. Oddziaływanie na środowisko Regeneracja mas wymaga dodatkowej energii i powoduje dodatkową emisję pyłu i odpady pozostałości pylastych. Dane eksploatacyjne Bęben do regeneracji ma swój reżim wydajności, który wynosi 20 minut obróbki dla każdego 1.5 tonowego załadunku. Zużycie energii przez całą instalację (włącznie z separatorem magnetycznym, odciągami i transportem masy) wynosi 55 kwh/t obrabianej masy, z czego 35% może przypadać na transport masy i dozowanie. Instalacja zużywa sprężone powietrze w ilości 48 Nm 3 /t masy. Regenerat posiada następujące właściwości: - średnia wielkość ziarn mm - zawartość podziarna 0,4 1 % - ph straty prażenia % Rdzenie wykonywane z zastosowaniem 100% regeneratu wykazują zadawalające właściwości. W praktyce, do produkcji świeżych rdzeni stosuje się 10 70% regeneratu, rzeczywista ilość zależy od typu rdzenia.

14 Ilość wytwarzanego podczas procesu pyłu wynosi 10% w stosunku do ilości masy wejściowej. Pył jest wyłapywany w cyklonie (90%) oraz w filtrze workowym (10%). Możliwości zastosowania Technika łączona oddzielania i regeneracji może być stosowana do obróbki mieszanin mas na wilgotno i wiązanych chemicznie. Regeneracja zachodzi w obiegu mas wiązanych chemicznie i może dotyczyć też nieutwardzonej masy rdzeniowej. Technika może być stosowana w nowych oraz istniejących instalacjach. Aspekty ekonomiczne Koszty inwestycyjne dla jednostki o wydajności 3 t/h z 1 bębnem udarowym, separatorem magnetycznym, odpylaczem oraz urządzeniami transportu i załadunku wynoszą 1.3 miliona EUR. Koszty operacyjne dla powyższego stanowiska wynoszą 10 EURO/t. Zawierają one koszty zużycia energi, części zamienne, utrzymanie ruchu i gospodarkę odpadami. Przedstawia to zysk netto 37 EUR/t, biorąc pod uwagę koszty świeżego piasku i koszty składowania zużytej masy (włączając w obu przypadkach transport). Dla instalacji o wydajności 380 t/dzień zainstalowanej we Francji zanotowano koszty operacyjne na poziomie 15 EURO/tonę; daje to oszczędność netto 18 EUR/t, biorąc pod uwagę koszty świeżego piasku i koszty składowania zużytej masy (włączając w obu przypadkach transport). Powody wdrożenia Ustawodawstwo nakładające wysokie opłaty za składowanie w celu obniżenia ilości odpadów do składowania. Zakłady referencyjne Opisana technika jest stosowana w następujących zakładach: - PSA, Sept-Fons (F): 6 separatorów magnetycznych i 2 bębny, pracujące na zmianę - GF, Leipzig (D): 2 separatory magnetyczne i 1 bęben - Döktas Turcja: 5 separatorów magnetycznych i 2 bębny. Literatura [185, Spitz, 2002], [122, Kirst, 1999], [153, Umweltbundesamt, 2002] Regeneracja pneumatyczna na zimno Opis W systemie pneumatycznym, spoiwa są usuwane z ziaren masy przez ścieranie i uderzanie. Energia kinetyczna pochodzi od strugi sprężonego powietrza. Powoduje to jednoczesne odpylenie. Korzyścią systemu jest możliwość sterowania kierunkiem i prędkością masy. Z uwagi na niska wydajność energetyczną sprężonego powietrza, zużycie energii jest wyższe w porównaniu z czystą obróbka mechaniczną. Na rysunku 4.29 przedstawiono przykład takiego reaktora.

15 Rysunek Regeneracja mechaniczna na zimno w systemie pneumatycznym [122, Kirst, 1999] W reaktorze zastosowano złoże fluidalne z centralnym przewodem zasilającym. Masa jest wdmuchiwana do rury przy użyciu sprężonego powietrza i uderza o gumową kierownicę lub stożkową płytę odbojnika. Stąd masa spada w dół i cykl startuje ponownie. Oczyszczanie następuje w wyniku międzyziarnowego ścierania się, ścierania o płytę i czystego uderzania. Kształt płyty określa podstawowy mechanizm oczyszczania: uderzanie (kształt dzwonowy) lub ścieranie (stożek). Powstający pył jest odciągany przez filtr workowy. Obróbka jest prowadzona w systemie porcjowym lub kaskadowym w serii połączonych jednostek pneumatycznych. W tym przypadku oczyszczana masa jest zasysana poprzez dzwon pod płytą odbojową. Osiągnięte korzyści dla środowiska Zmniejszenie ilości masy odpadowej i zużycia świeżego piasku. Oddziaływanie na środowisko Regeneracja mas wymaga dodatkowej energii i powoduje dodatkową emisję pyłu i odpady pozostałości pylistych do składowania. Ogólna ocena regeneracji w porównaniu z ponownym wykorzystaniem masy na zewnątrz wraz z oddziaływaniem na środowisko będzie dyskutowana oddzielnie w dalszej części. Dane eksploatacyjne Zużyta mieszanka masy do formowania na wilgotno z masą rdzeniową wiązaną chemicznie o charakterystyce: 8-12% podziarna, 3-5% strat prażenia, < 2% wilgotności, daje regenerat z następującą charakterystyką: - uzysk regeneracji, na podstawie zawartości SiO 2 w masie zużytej 70 80% - zawartość frakcji pylistych (< mm) maks. 2% - ilość podziarna < 2% - straty prażenia < 0.5% - średnia wielkość ziarna bez zmian

16 Technika stosuje modułowe jednostki o wydajności 0,8 1,2 t/h. Dostawca podaje zużycie energii elektrycznej na poziomie kwh/t (z wyłączeniem urządzeń odpylających). Niemieckie dane podają zużycie energii elektrycznej w ilości 41 kwh/t dla jednostki o wydajności 8t/h oraz 62 kwh/t dla urządzenia o wydajności 0,75 t/h. Zanotowany uzysk bazujący na masie wejściowej wynosił od 65 do 85 %. Dane hiszpańskie podają całkowity pobór energii elektrycznej na poziomie 120 kwh/t masy regenerowanej w urządzeniu o wydajności 1,2 t/h. Możliwości zastosowania System pneumatyczny może być użyty dla regeneracji jednolitych mas ze spoiwami organicznymi, ich mieszanin oraz mieszanin mas z bentonitem. Znajduje też zastosowanie jako wstępna lub końcowa obróbka w systemie regeneracji mechaniczno termiczno mechanicznej. W tym przypadku głównym powodem stosowania jest usunięcie pozostałości pyłu z ziaren oraz chłodzenie. Regenerat z prostej mechanicznej regeneracji może być użyty do wytwarzania form (zastosowanie 100% regeneratu) lub może być zmieszany ze świeżym piaskiem w masie rdzeniowej (stosowanie 40 60% regeneratu). Ponadto, technika może być stosowana do regeneracji masy rdzeniowej ze szkłem wodnym utwardzanej CO 2 w odlewni aluminium. Ten przypadek opisano oddzielnie w dalszej części. Aspekty ekonomiczne Koszty inwestycyjne dla urządzenia o wydajności 0,8 1,2 t/h wynoszą EUR. Koszty operacyjne są na poziomie 22 EUR/t, co daje całkowity koszt 36,5 EUR/t masy. Powód wdrożenia Ustawodawstwo nakładające wysokie opłaty za składowanie powodujące obniżenie ilości odpadów do usunięcia. Zakłady referencyjne Ten typ wyposażenia jest produkowany przez wielu dostawców: KGT Jet Reclaimer, Künkel- Wagner GmbH Turbo Dry, Kernfest Webac AB. Te techniki są stosowane w kilku odlewniach w Zachodniej Europie i Chinach. Literatura [32, CAEF, 1997], [82, IfG - Institut für Gießereitechnik, 1996], [108, FEAF, 1999], [110, Vito, 2001], [122, Kirst, 1999], [128, IHOBE, 1998] Regeneracja termiczna Opis Regeneracja termiczna wykorzystuje ciepło do wypalania spoiw i zanieczyszczeń. Wszystkie procesy termiczne wymagają początkowej obróbki mechanicznej dla uzyskania odpowiedniej granulacji masy wejściowej i oddzielenia zanieczyszczeń metalowych. Obróbka wstępna może również dotyczyć (częściowo) otarcia bentonitu i odpylenia. Podgrzanie masy jest zazwyczaj realizowane w piecu w złożu fluidalnym o temperaturze pracy pomiędzy 700 a 800 o C. Stosuje się także piece obrotowe oraz piece wielotrzonowe. Ciepło może pochodzić od spalania gazu, grzałek elektrycznych lub emitorów krótkofalowych promieni podczerwonych. Wydajność takich systemów wynosi w od 250 kg/h do ponad 5 t/h.

17 Powstające gazy są spalane dla wyeliminowania tlenku węgla i LZO, które mogą być obecne. Może się to odbywać w wolnej przestrzeni pieca i jeśli jest odpowiednie miejsce przez zastosowanie dopalania powietrzem lub palnikami gazowymi. Jeżeli temperatura spalin jest za niska lub czas, w którym gazy znajdują się w wysokiej temperaturze nie jest dostateczny, stosuje się dodatkowe urządzenie dopalające. W każdym przypadku emisja może być uważana za nieznaczną. Gazy odlotowe są oczyszczane przeważnie przy użyciu filtrów tkaninowych. Dlatego istnieje potrzeba ich chłodzenia, co można realizować przy użyciu natrysku wodnego, wymiennika ciepła lub mieszanie z naturalnie wprowadzanym przez otwory/szczeliny powietrzem itp. Chłodzenie może być połączone z podgrzewaniem powietrza fluidyzacyjnego. Osiągnięte korzyści dla środowiska Zmniejszenie ilości masy odpadowej i zużycia świeżego piasku. Oddziaływanie na środowisko Regeneracja termiczna wymaga paliwa i generuje emisję pyłu oraz odpowiednich produktów spalania (NO x, SO 2, CO). Wysokie zużycie energii i kompleksowość instalacji są zbilansowane małym uszkodzeniem ziaren masy i odzyskiem pyłu w termicznie obojętnej formie. Regeneracja termiczna mas z żywicami furanowymi utwardzanymi kwasem paratoulenosulfonowym wymaga oczyszczania spalin, tj. dopalenia CO i adsorpcji SO 2. Dane eksploatacyjne Masa jest zwykle podgrzewana do temperatury o C. Teoretycznie, wymaga to energii w ilości 200 kwh/t. W praktyce notuje się zużycie od kwh/t, w zależności od wartości kalorycznej masy i odzyskiwanej energii. Dane operacyjne z 3-ch stanowisk regeneracji termicznej, dla różnych typów mas i wydajności podano w tabeli Właściwość Jednostki Stanowisko Zakład Odlewnia K Odlewnia L Odlewnia M referncyjny Rodzaj masy Urządzenia zimnej rdzennicy cold-box Dostawca urządzenia do regeneracji, Technika Formowanie w masach na wilgotno, rdzenie z zimnej rdzennicy cold-box Formowanie ręczne w masach żywicami furanowymi CEC/VAW Richards Siempelkamp Piec wielotrzonowy (500 o C) z przesiewaniem i klasyfikacją Piec ze złożem fluidalnym (780 o C), kruszenie mechaniczne i odpylanie Fluidalna komora spalania z oddzielaniem magnetycznym; jednoczesna obróbka masy i pyłu z regeneracji mechanicznej masy z żywicą furanową Wydajność t/godz masy zużytej, 0.5 pyłu Zdolność t/rok produkcyjna Wydajność % (99 1) ) 95 regeneratu w stosunku do masy zużytej

18 Zastosowanie regeneratu Kryteria jakości dla regeneratu Zużycie energii elektrycznej Zużycie gazu ziemnego Produkcja odpadów Końcowe wykorzystanie odpadów Wydatek gazów odlotowych Temperatura gazów odlotowych Do wytwarzania rdzeni Pył < 1 % AFS Straty prażenia < 0.1% kwh/t m 3 /t Do wytwarzania rdzeni Identyczne jak świeży piasek F33 Na formy i rdzenie Straty prażenia < 0.5% ph wytrzymałość masy przy dodaniu 1% spoiwa i 0.3% utwardzacza: 350 N/cm 2 po 24 godzinach t/rok 660 Pył: 10 Bentonit: Wypełnianie Produkcja cementu Przemysł budowlany/ wyrobisk składowisko N m 3 /godz. o C Właściwość Jednostki Stanowisko Zakład Odlewnia K Odlewnia L Odlewnia M referncyjny Typ filtra Dopalanie i filtr Filtr tkaninowy Wtrysk wapna + filtr tkaninowy tkaninowy Poziomy emisji (2) - pyłu - C całkowity - CO - O 2 - PCDD/F mg/ Nm 3 % ng TEQ/ Nm brak danych brak danych brak danych (1) Wyższy odzysk (99%) jest osiągany tylko w przypadku regeneracji masy rdzeniowej wewnętrznej Wartość 95% odnosi się do mieszaniny mas rdzeniowych wewnętrznej i zewnętrznej (2) Poziomy emisji są obliczane jako średnie wartości z danych ciągłego monitoringu w przedziale kilku godzin, podczas pobierania próbek pyłu lub na PCDD/F Tabela Dane z 3 odlewni niemieckich stosujących regenerację termiczną mas [153, Umweltbundesamt, 2002] Stosowane techniki regeneracji i wymagania jakościowe dla regeneratu są określane na podstawie specyficznych uwarunkowań lokalnych. Specyficzne dane mogą być uzyskane z odnośnej literatury: [186, Stephan, 1996], [187, Stephan, 1997], [188, Stephan, 2000]. Możliwości zastosowania Systemy termiczne są stosowane powszechnie do mas wiązanych chemicznie i mieszanek mas, gdzie udział mas wiązanych chemicznie (rdzenie) jest wystarczająco wysoki. Niemniej jednak można zróżnicować: - niektóre spoiwa mogą pozostawiać na powierzchni ziaren nieorganiczne pozostałości solne. Gdy temperatura wzrośnie powyżej punktu topnienia, wydzielają się one na powierzchni masy i mogą powodować spiekanie się ziaren masy po schłodzeniu. Znane przykłady to masy z żywicą rezolową i masy ze spoiwem krzemianowym, - termiczny recykling mas z żywicą furanową powoduje emisję SO 2, gdy utwardzaczem jest kwas sulfonowy. Temperatura w systemie odciągowym musi być dostatecznie wysoka, aby zapobiec kondensacji kwasu siarkowego. Jeżeli emisja jest wysoka, może

19 zaistnieć potrzeba mokrego oczyszczania spalin. Fosfor (z kwasu fosforowego użytego jako utwardzacz) nie odparowuje lecz pozostaje na powierzchni w postaci soli. Może to prowadzić do nagromadzenia się P podczas odzysku. Jeżeli koncentracja P wzrośnie powyżej %, może zajść reakcja metalurgiczna powodująca wybrakowanie odlewu. Skala zastosowania regeneracji termicznej w porównaniu z mechaniczną jest niska. W Niemczech zanotowano tylko 10 takich instalacji w roku 1999 (w porównaniu z 200 instalacjami mechanicznymi). Stanowisko regeneracji termicznej Siempelkamp w Krefeld posiada zdolność do obróbki pyłów odlewniczych wraz z masą odpadową. Przeprowadzono także badania na innych odpadach mineralnych. Aspekty ekonomiczne Koszty inwestycyjne bardzo różnią się w zależności od wymiarów i typu wyposażenia i są przedstawione na rysunku Dane odnoszą się do systemów termicznych z wstępnym i końcowym etapem obróbki mechanicznej, jak również z intensywną regeneracją mechaniczną (np. urządzenia ścierające). Instalacje mają małe wydajności 0.75 t/godz. lub 1500 t/ rok. Średnia odlewnia powinna posiadać instalacje o wydajności od 2500 do 5000 t/rok. Dla małych urządzeń koszt całkowity (z 8-mio letnią amortyzacją i 8% stopą procentową) powinien wynosić 55 EUR/t. Koszty te nie uwzględniają wydatków na energię, obsługę i składowanie odpadów. Rys Stałe koszty w EUR na tonę regenerowanej masy dla regeneracji termicznej i regeneracji mechanicznej na wysokim poziomie mieszanek mas [82, IfG -Instytut für Gieβereitechnik, 1996] Powód wdrożenia Ustawodawstwo nakładające wysokie opłaty za składowanie dla zmniejszenia ilości odpadów do składowania.

20 Zakłady referencyjne - Złoże fluidalne, Metaalgieterij Giesen, Holandia - Stanowisko centralne regeneracji ze złożem fluidalnym, Bielefeld, Niemcy - VAW Alucast GmbH, Dilingen, Niemcy, system CEC/VAW - Werner Rietschle GmbH, Schopfheim, Niemcy, system Richards - Siempelkamp Giesserei GmbH & Co, Krefeld, Niemcy, system Siempelkamp - Sofogir, Ronchamp, Francja, system Regetherm Duranton Sicfond, Vénissieux, Francja, system Richards - FOAM, Leumann, Włochy, system Eco-rec - Fonderie Bréa, Montluçon, Francja Literatura [9, Schneider, 1993], [32, CAEF, 1997], [80, Lahmeyer International GmbH, 1999], [128, IHOBE, 1998], [138, Metaalgieterij Giesen B.V., 1996], [186, Stephan, 1996], [187, Stephan, 1997], [188, Stephan, 2000] Regeneracja wielostopniowa (mechaniczno termiczno mechaniczna) mieszanek mas ze spoiwami organicznymi i z bentonitem Opis W mieszankach mas ze spoiwami organicznymi i z bentonitem na ziarnach osnowy piaskowej występują bentonit oraz spoiwa organiczne. Pył składa się z aktywnego spieczonego bentonitu, pyłu węglowego (tylko w odlewniach żeliwa), podziarna kwarcowego i pozostałości spoiw organicznych. Mieszaniny mas występują głównie w odlewniach stopów żelaza i reprezentują około 75% całkowitej stosowanej produkcji mas. Regeneracja może być przeprowadzona przy użyciu systemów: mechanicznego, pneumatycznego, termicznego lub ich kombinacji. Masa poddawana jest obróbce wstępnej (przesiewanie, oddzielanie magnetyczne) i suszeniu w celu obniżenia zawartości wilgoci do < 1%. Następnie masa jest oczyszczana mechanicznie lub pneumatycznie w celu usunięcia spoiwa. W cyklu termicznym, składniki organiczne są spalane, a nieorganiczne przechodzą do pyłu lub są przypalone do ziaren. W końcowym stadium obróbki mechanicznej te warstewki przypalonego spoiwa są usuwane mechanicznie lub pneumatycznie i tworzą pył. Typowy przebieg regeneracji pneumatycznej połączonej z termiczną w złożu fluidalnym przedstawiono na rys. 4.31

21 Rys Urządzenie do regeneracji mas formierskich w systemie mechaniczno termiczno mechanicznym [108, FEAF, 1999] Osiągnięte korzyści dla środowiska Zmniejszenie ilości masy odpadowej i zużycia świeżego piasku. Oddziaływanie na środowisko Regeneracja mas wymaga dodatkowej energii i powoduje dodatkową emisję pyłu i odpady pozostałości pylistych do składowania. Ogólna ocena regeneracji w porównaniu z ponownym wykorzystaniem masy na zewnątrz wraz z oddziaływaniem na środowisko będzie dyskutowana oddzielnie w dalszej części. Dane eksploatacyjne Dane eksploatacyjne dla regeneracji mechaniczno termiczno mechanicznej podano w Tabeli 4.65 Parametr Jednostki Odlewnia N Odlewnia O Odlewnia P Obieg masy (t/godzinę) Maksymalna wilgotność masy wejściowej (%) Całkowita moc elektryczna zainstalowana (kw) Gaz ziemny (Nm 3 /godz.) Obróbka termiczna średni wydatek powietrza (Nm 3 /godz.) (fluidyzacja + spalanie) Temperatura obróbki ( o C) Średni czas obróbki (min) Strumień gazów odlotowych (Nm 3 /godz.) Chłodzenie - typ - wydatek wody w obiegu (m 3 /godz.) Złoże fluidalne z obiegiem wodnym

22 Temperatura masy na wyjściu ( o C) Całkowite zużycie energii - elektrycznej gazu Wydatek sprężonego powietrza (Nm 3 /godz.) Sprawność instalacji 70 80% Jakość regeneratu - ziarnistość - straty prażenia Użycie ponowne regeneratu - do wykonywania form - do wykonywania rdzeni nie zmieniona 0.1 % 100% 70 80% Tabela Dane eksploatacyjne dla regeneracji mechaniczno termiczno mechanicznej (pneumatyczna złoże fluidalne pneumatyczna) [108, FEAF, 1999] Dane niemieckie dla instalacji o wydajności t/rok (13 15 t/godz.) podają następujący skład chemiczny spalin: - SO mg/nm 3 - NO x 150 mg/nm 3 - Całkowity C 10 mg/nm 3 - CO 30 mg/nm 3 Możliwości zastosowania Ta technika regeneracji jest stosowana dla mieszanek mas zawierających masy z bentonitem. Ekonomiczny i techniczny sukces zależy od slekcji mas, które mogą być regenerowane. Nie jest właściwe regenerowanie całej objętości masy. Ta część masy, która nie jest termicznie uszkodzona może być bezpośrednio użyta do przygotowania świeżej masy. W tym przypadku regeneracja nie jest odpowiednia, ponieważ mogłaby zostać usunieta aktywna część spoiwa i dodatki. Selekcja i oddzielenie powinno zostać zrealizowane podczas wybijania, przed homogenizacją. Ta technika nie może być stosowana dla mas rdzeniowych, które pogarszają właściwości bentonitu (spoiwa o charakterze kwaśnym), lub które zmieniają właściwości mas z bentonitem (np. masy ze szkłem wodnym). Regenerat może być użyty do wytwarzania rdzeni w tej samej technologii, dla rdzeni prostych i średnio skomplikowanych geometrycznie. Możliwość wykorzystania jest powiązana z początkową zawartością masy ze spoiwami wiązanymi chemicznie. Zastosowanie do innych technologii mas musi być każdorazowo przebadane. Co więcej regenerat ten można stosować bez ograniczeń dla uzupełnienia strat w obiegu masy do formowania na wilgotno. Pewne ograniczenia mogą dotyczyć technologii mas ze szkłem wodnym i utwardzanych mrówczanem metylu. W ostatnich latach, opracowano różne typy instalacji do obróbki mieszanek mas, lecz nie znalazły one szerokiego zastosowania w sektorze. Niektóre pracuję w formie stanowisk pilotowych. Inne opracowano dla specyficznych warunków odlewni i regenerat stosowany był do tego samego procesu, lecz rezultaty nie mogły być transponowane dla innych odlewni. Aspekty ekonomiczne Koszty 3 stopniowej instalacji (mechaniczno termiczno mechanicznej) stosującej oczyszczanie pneumatyczne w stopniu mechanicznym (3 przewody w 1 komorze, regenerator typu Jet KGT) o wydajności 2.5 t/godz. są następujące: koszty eksploatacyjne (zużycie, obsługa, utrzymanie ruchu) wynoszą 21 EUR/t, a koszty inwestycyjne (przy 8-mio letniej amortyzacji) wynoszą 30 EUR/t, co daje koszt całkowity regeneracji na poziomie 51 EUR/t.

23 Poziomy zużycia są jak podano niżej: - elektryczność 50 kwh/t - gaz ziemny 18 Nm 3 /t (w zależności od wilgotności masy) - sprężone powietrze 60 Nm 3 /t - części zużywalne 5 EUR/t Powód wdrożenia Ustawodawstwo nakładające wysokie opłaty za składowanie skłaniające do zmniejszenia ilości odpadów do usunięcia. Zakłady referencyjne Halberg Guss GmbH, Saarbrucken Niemcy, system termiczno mechaniczny. Stanowisko regeneruje mieszankę mas zawierającą 30% ze spoiwami organicznymi i 70% ze spoiwami nieorganicznymi z wydajnością t/godz. Masy ze spoiwami organicznymi są mieszanką 50/50 masy skorupowej i cold-box (zimnej rdzennicy). Efektywność regeneracji w odniesieniu do ilości wejściowej masy wynosi 78 %. Regenerat jest stosowany do produkcji rdzeni (100% skorupowe; % cold-box). Regeneracja wstępna mechaniczna + oddzielanie chromitu (z rdzeni) i piasku kwarcowego (z mas wiązanych chemicznie) + termiczno/mechaniczna obróbka piasku kwarcowego była zaprezentowana na stanowisku pilotowym w Niemczech (1993). Oddzielenie obu typów mas było wymagane z uwagi na pojawiające się spiekanie i tworzenie się eutektyk w mieszance mas. Stanowisko zostało zamknięte z przyczyn natury ekonomicznej. Literatura referencyjna [11, Schachtner and Müller-Späth, 1993], [37, Winterhalter, et al., 1992], [108, FEAF, 1999], [122, Kirst 1999], [128, IHOBE, 1998], {153, Umweltbundesamt, 2002], [225, TWG, 2003] Regeneracja mokra Opis Po usunięciu metalu, masa formierska jest mieszana z wodą tworząc pulpę w celu łatwiejszego oddzielenia spoiwa i korzystniejszego przesiania na mokro (1.6 mm). Usunięcie pozostałości spoiwa z osnowy odbywa się w regeneratorze mokrym przez intensywne obmywanie ziaren. Spoiwo pozostaje w płuczce wodnej. Przemyta osnowa poddawana jest suszeniu w celu uzyskania końcowej wilgotności maksimum 0.3 %, przesianiu przez sito (oczka 1.2 mm) i schłodzeniu. Potem można kolejno zastosować oddzielanie magnetyczne cząstek ferromagnetycznych i końcowe odpylenie. Pozostałość spoiwa jest oddzielana z zawiesiny i obrabiana w celu bezpiecznego usunięcia Główna korzyścią procesu mokrego, w porównaniu z regeneracją mechaniczną i termiczną, jest możliwość monitorowania na bieżąco w czasie rzeczywistym. Poprzez kontrolę ph jest możliwość ciągłego śledzenia przebiegu, pozwalające na korektę podczas trwania procesu w celu uzyskania stałej jakości regeneratu. Technologia pozwala usunięcie warstewki spoiwa w czasie akcji przemywania, w połączeniu w razie potrzeby z działaniem chemicznym, bez zużywania się osnowy ziarnowej. Proces głównie zmierza do zmniejszenia stopnia oolityzacji masy wybitej (maks. straty prażenia 1%) i zmniejszenia zawartości kwasu. Osiągnięte korzyści dla środowiska

24 Redukcja ilości masy zużytej kierowanej do składowania oraz zużycia świeżego piasku. Oddziaływanie na środowisko Proces mokry wytwarza szlam do usunięcia i zanieczyszczoną wodę (ścieki) w obiegu. Możliwości zastosowania Regeneracja mokra może być stosowana tylko dla mas na wilgotno i wiązanych krzemianem lub utwardzanych CO 2. Regeneracja tego typu dostarcza w pełni użytecznego regeneratu zarówno do mas formierskich, jak i rdzeniowych. Badania regenerowanych mas na wilgotno wykazały możliwość produkcji dobrej jakości rdzeni metoda zimnej rdzennicy z akceptowalną ilością spoiwa (1.8% ogółem). Aspekty ekonomiczne Na wewnętrznym rynku włoskim centralna stacja regeneracji mokrej oferuje regenerat w cenie niższej niż świeży piasek. Powód wdrożenia System jest postrzegany jako ten, który może się zmagać ze zmianami w jakości masy zużytej lepiej od procesu mechanicznego lub termicznego dając powtarzalne wyniki. To czyni go właściwym w przypadku rozważenia centralnej stacji regeneracji masy. Zakłady referencyjne Centralna stacja regeneracji mokrej mas syntetycznych na wilgotno Safond od roku 1981 przerobiła t/rok masy wybitej. Jedna z odlewni polskich (Odlewnia Żeliwa Śrem S.A., Śrem, (PL)) stosuje regenerację mokrą mas z żywica furanową. Technika jest specyficzna dla danej odlewni i nie nadaje się do transferu dla innych odlewni. Literatura [37, Winterhalter, et al., 1992], [140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001], [225, TWG, 2003] Regeneracja pneumatyczna mas ze szkłem wodnym Opis Masy ze szkłem wodnym pozostają tradycyjnie trudne do regeneracji. Użycie systemu regeneracji pneumatycznej pozwala na uzyskanie 60% wydajności regeneracji. System działa na takich samych zasadach jak wyżej opisany (patrz Rozdział 4.8.6). Dla tego rodzaju spoiwa jednak masa wymaga podgrzania do temperatury około 220 o C przed regeneracją, dla uzyskania kruchości warstewki spoiwa. Przed regeneracją masa powinna mieć wilgotność poniżej 0.3%. Regenerat może być ponownie użyty w tym samym systemie. Następnie dla poprawnego działania estrów regenerat powinien być schłodzony poniżej 20 o C, przed powrotem do cyklu formowania. Systemy regeneracji mas ze szkłem wodnym obejmują następujące stopnie procesu: kruszenie suszenie/podgrzewanie regenerację (pneumatyczną) chłodzenie odpylanie. Technika ta ma niższe osiągi niż regeneracja termiczna mas ze spoiwami organicznymi. Mogą wystąpić następujące ograniczenia: - niższa początkowa wytrzymałość na ściskanie, - krótsza żywotność mas rdzeniowych, - utrata stabilności wymiarowej magazynowanych rdzeni, - utrata końcowej wytrzymałości na ściskanie, szczególnie przy użyciu spoiw o wysokiej podatności.