ODDZIAŁYWANIE NA ŚRODOWISKO NATURALNE PROCESÓW WYTAPIANIA I ODLEWANIA STOPÓW METALI NIEŻELAZNYCH Z WYKORZYSTANIEM NAJLEPSZYCH DOSTĘPNYCH TECHNIK

Transkrypt

1 KOMISJA BUDOWY MASZYN PAN ODDZIAŁ W POZNANIU Vol. 28 nr 1 Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 2008 MARIUSZ HOLTZER, JÓZEF DAŃKO, RAFAŁ DAŃKO ODDZIAŁYWANIE NA ŚRODOWISKO NATURALNE PROCESÓW WYTAPIANIA I ODLEWANIA STOPÓW METALI NIEŻELAZNYCH Z WYKORZYSTANIEM NAJLEPSZYCH DOSTĘPNYCH TECHNIK Artykuł dotyczy najlepszych dostępnych technik (NDT) stosowanych w procesach wytapiania i odlewania stopów metali nieżelaznych. Wykorzystanie tych technik pozwala na spełnienie wymagań, zalecanych w dokumencie referencyjnym BREF, dotyczących dopuszczalnego poziomu emitowanych zanieczyszczeń, zużycia surowców czy energochłonności procesów, a tym samym w znaczący sposób wpływa na ograniczenie niekorzystnego oddziaływania przemysłu na środowisko naturalne. Spełnienie określonych wymagań stanowi dla odlewni niezbywalny warunek uzyskania pozwoleń zintegrowanych wprowadzonych dyrektywami unijnymi IPPC. Słowa kluczowe: metale nieżelazne, odlewnictwo, topienie, najlepsze dostępne techniki, emisja zanieczyszczeń do powietrza 1. WPROWADZENIE Dyrektywa 96/61/WE [1] dotycząca zintegrowanego zapobiegania zanieczyszczeniom i ich ograniczenia, zwana potocznie dyrektywą IPPC (Integrated Pollution Prevention and Control), wprowadza system pozwoleń zintegrowanych. Nowe zintegrowane podejście do ochrony środowiska przed negatywnym oddziaływaniem przemysłu kładzie nacisk na zapobieganie, redukcję oraz, o ile to możliwe, eliminację zanieczyszczeń przez przyznanie priorytetu zapobieganiu powstawania zanieczyszczeń u źródła (a nie stosowanie techniki końca rury ) przy jednoczesnym zapewnieniu rozważnej gospodarki zasobami naturalnymi. Podejście to uwzględnia także aspekty ekonomiczne. Zapobieganie zanieczysz- Prof. dr hab. Prof. dr hab. inż. Wydział Odlewnictwa Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Dr inż. Publikacja naukowa finansowana ze środków na naukę w latach jako projekt badawczo-rozwojowy nr R

2 48 M. Holtzer, J. Dańko, R. Dańko czeniom, ich redukcja i eliminacja muszą bowiem uwzględnić rachunek kosztów korzyści. Do osiągnięcia tych celów dyrektywa wprowadza dwa podstawowe instrumenty. Są to najlepsze dostępne techniki NDT (ang. BAT Best Available Techniques) i pozwolenia zintegrowane. Prowadzenie działalności zgodnie z wymogami NDT oznacza stosowanie takich technik dostępnych dla danej gałęzi przemysłu, które pozwolą na osiągnięcie ogólnie efektywnego wysokiego poziomu ochrony środowiska z jednoczesnym uwzględnieniem kryterium ekonomicznego. Zasada pozwoleń zintegrowanych jest podstawowym narzędziem administracyjnym, wprowadzonym dyrektywą IPPC. Pozwolenie zintegrowane jest decyzją administracyjną, stanowiącą szczegółową licencję na prowadzenie instalacji i regulującą wszystkie aspekty oddziaływania instalacji na środowisko. Podstawami dyrektywy IPPC [1] w odniesieniu do procesów odlewniczych są: emisja zanieczyszczeń do powietrza, efektywne wykorzystanie surowców i energii, redukcja odpadów w połączeniu z recyklingiem oraz ponownym ich wykorzystaniem. W niniejszym artykule omówiono techniki, które należy rozpatrywać w odniesieniu do procesów wytapiania i odlewania stopów metali nieżelaznych, gdyż spełniają kryteria najlepszych dostępnych technik. Dokument referencyjny Najlepsze dostępne techniki w kuźnictwie i przemyśle odlewniczym [6, 8, 9] w zakresie metali nieżelaznych obejmuje tylko proces topienia wlewków i złomu wewnętrznego, ponieważ jest to standardowa praktyka w odlewniach metali nieżelaznych. 2. TOPIENIE ALUMINIUM I JEGO STOPÓW Do topienia aluminium i jego stopów stosowane są piece różnych typów. Dobór pieca jest oparty na kryteriach technicznych (tj. warunki pracy, wymagana wydajność, sposób zalewania i rodzaj linii do zalewania). W jednej odlewni może być kilka rodzajów pieców. Praktyka wskazuje, że w dużych odlewniach scentralizowane topienie w piecach o większej wydajności charakteryzuje się lepszą sprawnością energetyczną niż topienie w małych tyglach. W tablicy 1 zebrano dane (charakterystyka, zużycie energii i emisja zanieczyszczeń) dotyczące typowych pieców stosowanych do topienia aluminium. Poziom zużycia energii zależy w dużym stopniu od pojemności pieca i warunków jego eksploatacji (temperatura ciekłego metalu, kawałkowość złomu itp.).

3 Oddziaływanie na środowisko naturalne procesów wytapiania i odlewania 49 Charakterystyka typowych pieców stosowanych do topienia aluminium i wielkość emisji zanieczyszczeń Typical furnace properties and impurities emission data for aluminium melting Tablica 1 Parametry Jednostki Piec obrotowy Źródła energii paliwa (ciekłe, gazowe) Piec trzonowy jedna komora paliwa (ciekłe, gazowe) Piec szybowy ogrzewany paliwem paliwa (ciekłe, gazowe) paliwa (ciekłe, gazowe) Piec tyglowy ogrzewany oporowo indukcyjny elektryczność elektryczność Wydajność cieplna a) % < Pierwotna wydajność cieplna b) % < Zapotrzebowanie na energię c) kw h/t Al Praca okresowa/ciągła okresowa okresowa ciągła okresowa okresowa okresowa Pojemność przy topieniu Mg ,5 30 0,5 4 ( 15) 0,1 1,2 0,1 0,4 0,2 25 Pojemność przy wytrzymywaniu Mg b.d. b.d. 1,5 10 0,1 1,5 0,1 1,5 0,15 6 Czas wytopu ,5 1 0, ,2 0,5 Możliwość świeżenia mała mała mała dobra bardzo dobra mała Strata w wyniku utleniania % b.d. b.d Emisja pyłu kg/mg Al d) b.d. <1 <1 <1 średnia średnia NO x e) kg/mg Al d) b.d. <1 6 <1 6 <1 6 b.d. b.d. Koszty inwestycji f) EUR 000 b.d. b.d Koszty eksploatacji EUR 000 b.d. b.d niekonieczne niekonieczne Techniki oczyszczania filtry workowe w większych instalacjach a) filtry workowe w większych instalacjach filtry workowe w większych instalacjach przeważnie niekonieczne ze względu na małą wielkość pieców Definicja: zależność pomiędzy ciepłem zawartym w kąpieli metalowej a ciepłem dostarczonym przez paliwo; wskazane wartości obrazują rząd wielkości, ale w dużym stopniu zależą od warunków eksploatacji, takich jak temperatura metalu. b) c) d) e) f) Wydajność wytwarzania energii elektrycznej (paliwa) przyjęto 35%. Zależy od pomiarów odzysku ciepła; ważne tylko dla etapu topienia; wartości podane w [3] zaznaczono kursywą. Jednostka na tonę Al odnosi się do 1 Mg ciekłego stopu aluminium. Zależy od projektu komory spalania i charakterystyki pracy. Zależy od pomiaru odzysku ciepła; ważny tylko dla etapu topienia.

4 50 M. Holtzer, J. Dańko, R. Dańko Gdy stosuje się czyste materiały wsadowe oraz nagrzewanie elektryczne lub opalanie gazem, wówczas emisja zanieczyszczeń podczas topienia jest stosunkowo mała. Piec szybowy. W tablicy 2 podano zużycie materiałów i energii oraz ilość emitowanych zanieczyszczeń w przeliczeniu na tonę dobrych odlewów dla pieca szybowego o zdolności topienia 3 Mg/h. Podano również poziom emisji poszczególnych składników w surowych gazach odlotowych (bez oczyszczania). Współczynniki emisji zanieczyszczeń zostały opracowane dla wartości emisji w przeliczeniu na tonę dobrych odlewów przy następujących założeniach: średni uzysk ciekłego metalu 70% (odlewy/ciekły metal), średni udział złomu 5% (złom z wykańczania/odlewy), całkowity uzysk metalu 0,7 0,95 = 65% (dobre odlewy/ciekły metal). Bilans materiałowy procesu wytapiania aluminium w piecu szybowym [7] Input and output for aluminium melting in a shaft furnace [7] Tablica 2 Materiały wchodzące W przeliczeniu na megagramy W przeliczeniu na metr sześcienny (w warunkach normalnych) Gąski aluminium 1503 kg/mg Gaz ziemny 717 kw h/mg Energia elektryczna 172 kw h/mg Całkowite zużycie energii 889 kw h/mg Materiały wychodzące Żużel (zawierający 35 40% Al) 40,3 kg/mg Zużyta wykładzina ogniotrwała 0,3 kg/mg Emisja (bez oczyszczania gazów spalinowych) Cząstki stałe 0,12 kg/mg 112 mg/m 3 NO x 0,18 kg/mg 113 mg/m 3 LZO 0,12 kg/mg SO 2 0,04 kg/mg CO 150 mg/m 3 Pb + Cr + Cu 0,98 mg/m 3 Cd + Hg 0,01 mg/m 3 As + Ni 0,03 mg/m 3 Dane są przeliczone na 1 Mg dobrych odlewów. Piec indukcyjny. Piece indukcyjne stosowane do topienia aluminium mają zwykle pojemność od 500 kg do 2 Mg i pracują przy częstotliwości Hz. Są to sprawne energetycznie urządzenia do topienia. Zużycie energii na stopienie zależy od wielkości kawałków (gęstości) wsadu i przyjętej praktyki topienia. Topienie porcjami jest mniej efektywne niż użycie ciekłego wsadu (zaczynu). Topienie jest najbardziej efektywne, gdy stosuje się 50% ciekłego wsadu. Zużycie energii zmienia się od 540 kw h/mg dla wsadu o dużej gęstości

5 Oddziaływanie na środowisko naturalne procesów wytapiania i odlewania 51 (drobny złom i gąski) do 600 kw h/mg, gdy gęstość topionego złomu jest mniejsza (układy wlewowe z odlewów ciśnieniowych i gąski). O ile zużycie energii w piecach indukcyjnych jest małe, o tyle koszty topienia mogą być wyższe niż w przypadku pieców opalanych gazem, ponieważ na ogół koszt energii elektrycznej jako źródła ciepła jest większy [3]. Piec trzonowy. Istnieje szeroki zakres wielkości i kształtów pieców trzonowych (lub płomieniowych). Duże piece trzonowe umożliwiają szybkie topienie i mogą pomieścić duże ilości materiałów wsadowych, ale bezpośredni kontakt materiałów wsadowych z płomieniem może prowadzić do dużych strat metalu, wychwytywania gazów przez metal i znacznego zanieczyszczenia tlenkami. Może być również utrudniona kontrola temperatury. Tego typu piece są używane rzadziej ze względu na ich stosunkowo małą sprawność cieplną (około 1100 kw h/mg). Piece trzonowe są również stosowane do topienia stopów miedzi. W tablicy 3 podano dane odnośnie do emisji zanieczyszczeń z pieca trzonowego opalanego olejem o wydajności 450 kg/h, stosowanego do wytapiania aluminium i pracującego bez systemu obróbki gazów spalinowych. Tablica 3 Dane odnośnie do wartości emisji z pieca trzonowego opalanego olejem przy topieniu Al [4] Emission data for an oil-fired hearth type furnace melting Al [4] Składnik Poziom emisji [mg/m 3 ] (w warunkach normalnych) Masowe natężenie przepływu [g/h] Roczne masowe natężenie przepływu [t/rok] O 2 17,6% CO 2 2,2% CO <4 <24 <0,0438 NO x ,4928 SO ,1424 Pył 1 6 0,011 OWO ,0548 Al 0,092 0,552 0,001 Strumień gazów spalinowych (suchych): 6000 m 3 /h (w warunkach normalnych); godziny pracy: 1825 h/rok. Piec tyglowy (oporowy i opalany paliwem). Piece tyglowe są nagrzewane pośrednio za pomocą palników paliwowych lub oporników elektrycznych. Efektywność cieplna tygli nagrzewanych palnikami paliwowymi nie jest tak duża jak innych pieców do topienia, ponieważ trudno jest wykorzystać ciepło produktów spalania. Piece te są stosunkowo niedrogie, a ponieważ płomień nie ma bezpośredniego kontaktu z ciekłym metalem, straty metalu są małe, a jakość metalu dobra. Można również łatwo zmieniać gatunek wytapianego stopu. Przy topieniu stopów aluminium ilość emitowanych cząstek wynosi w przybliżeniu około 0,3 kg/t ciekłego metalu [8]. W tablicy 4 podano zużycie energii i materiałów

6 52 M. Holtzer, J. Dańko, R. Dańko oraz wartość emisji zanieczyszczeń w przeliczeniu na tonę dobrych odlewów dla pieca tyglowego o wydajności 3 t/h wytapianego aluminium. Tablica 4 Zużycie energii i materiałów oraz emisja zanieczyszczeń przy wytapianiu aluminium w piecu tyglowym Consumption and impurities emission data for the crucible melting of aluminium Materiały wchodzące Gaz ziemny Elektryczność Całkowity wkład energii Materiały wychodzące Żużel Wyłożenie ogniotrwałe Emisja (po użyciu filtrów workowych) NO x SO 2 LZO Pył Ilość 538 kw h/mg 414 kw h/mg 952 kw h/mg 61 kg/mg 6,87 kg/mg 0,18 kg/mg 0,04 kg/mg 0,12 kg/mg 0,12 kg/mg Wszystkie dane są przeliczone na 1 Mg dobrych odlewów. Obróbka ciekłego aluminium. Do odgazowania i rafinacji ciekłego metalu metodą barbotażową stosuje się na ogół mieszaninę argonu lub azotu z dodatkiem 3% Cl 2. Do samego odgazowania stosuje się na ogół Ar i N 2 bez dodatku Cl 2. Przepływ strumienia gazu i czas odgazowania zależy od gatunku stopu oraz wielkości kadzi, w której prowadzona jest obróbka. Zużycie modyfikatorów, dodatków rozdrabniających ziarno i topników zależy od gatunku stopu, ale na ogół wynosi od 100 g do 1 kg / 50 kg ciekłego metalu. 3. WYTAPIANIE I ODLEWANIE MAGNEZU I JEGO STOPÓW Magnez i jego stopy są topione w piecach tyglowych. Jako gaz ochronny do zabezpieczenia ciekłego magnezu przed utlenianiem stosuje się SF 6 i SO 2. Od lat siedemdziesiątych XX wieku, kiedy to wprowadzono SF 6, jest on preferowany jako gaz ochronny, ponieważ jest łatwiejszy w transporcie i użyciu niż toksyczny SO 2, który dodatkowo wywołuje korozję urządzeń. Jednak SF 6 ma bardzo wysoki potencjał globalnego ocieplenia klimatu wynoszący (potencjał globalnego ocieplenia klimatu dla CO 2 wynosi 1) oraz okres życia w atmosferze 3200 lat. Z powyższych względów prowadzone są intensywne prace nad nowymi gazami ochronnymi do wytapiania i odlewania magnezu i jego stopów.

7 Oddziaływanie na środowisko naturalne procesów wytapiania i odlewania 53 W ostatnich latach jako gazy ochronne z powodzeniem przetestowano następujące mieszaniny [5]: AM-Cover zawierającą HFC-134a (CF 3 CH 2 F), NOVEC 612 zawierającą nadfluroketon C 3 F 7 C(O)C 2 F 5, system Magshield wykorzystujący BF 3 powstający ze stałego fluoroboranu sodu lub potasu, COOLCOM generującą stały CO 2. W tablicy 5 podano zużycie SF 6 w różnych warunkach odlewania ciśnieniowego, a w tablicy 6 podczas odlewania kokilowego. Podane stężenia gazu ochronnego powinny być utrzymywane przy powierzchni kąpieli metalowej. W praktyce przemysłowej czasami stosuje się większe stężenia SF 6 (np. 99,4% CO 2, 0,6% SF 6 ) [8]: Tablica 5 Zużycie SF 6 w procesie odlewania ciśnieniowego prowadzonego w różnych warunkach [2] The use of SF 6 in pressure die-casting operations under various operating conditions [2] Temperatura kąpieli [ C] Atmosfera nad kąpielą [% obj.] Mieszanie powierzchni Pozostałość topnika a) Ochrona kąpieli b) powietrze/0,04 SF 6 nie nie doskonała powietrze/0,2 SF 6 tak nie doskonała powietrze/25 CO 2 /0,2 SF 6 tak tak doskonała powietrze/50 CO 2 /0,3 SP 6 tak nie doskonała powietrze/50 CO 2 /0,3 SF 6 tak tak bardzo dobra a) Może pochodzić z wcześniejszych operacji. b) Minimalne stężenie w kontrolowanych warunkach. Uwaga: w mieszance powinno być stosowane suche powietrze (<0,1% H 2 O). Zużycie SF 6 w procesie odlewania kokilowego grawitacyjnego [2] Use of SF 6 in gravity die-casting operations [2] Tablica 6 Średnica tygla [cm] Kąpiel spokojna (topienie/przetrzymywanie), małe natężenie przepływu gazu Kąpiel mieszana (dodatek składników stopowych/odlewanie), duże natężenie przepływu gazu SF 6 [ml/min] CO 2 [l/min] SF 6 [ml/min] CO 2 [l/min] , , Uwaga: sugerowane natężenie przepływu 1,7 2% SF 6 obj.

8 54 M. Holtzer, J. Dańko, R. Dańko 4. WYTAPIANIE I ODLEWANIE MIEDZI I JEJ STOPÓW Miedź i jej stopy są na ogół wytapiane w piecach tyglowych. Piece te mają następujące parametry: pojemność kg, wydajność kg/h, zużycie energii (olej) 0,4 dm 3 /kg, zużycie energii (butan) 0,3 m 3 /kg (w warunkach normalnych). Tablica 7 Bilans masowy dla odlewni mosiądzu niskociśnieniowej (operacje topienia i odlewania kokilowego) [7] Mass balance data for a brass low-pressure die-casting foundry (melting + die casting operations) [7] Materiały wejściowe Ilość Energia elektryczna 1360 kw h Propan 14 Sprężone powietrze 48 kw h Woda 85,71 Tabletki odgazowujące 0,6 jedn. Odtleniacz 0,9 jedn. Stop miedzi 0,44 Topniki pokrywające 0,31 Rdzenie 286 Powłoka grafitowa 3,4 Materiały wyjściowe Niezalana masa 101 Zalana masa 6,7 Powłoka grafitowa 61,41 Pył cynkowy 0,075 Żużel 36,3 Mosiężny złom 57,1 Mosiężne wióry 18,4 Emisja (bez oczyszczania gazów spalinowych) Pył 3,9 LZO 3,3 SO 2 0,1 NO x 0,03 Miedź 0,081 Cynk 26,3 Wszystkie dane w przeliczeniu na 1 Mg sprzedanego odlewu; dane w kilogramach, jeśli nie podano innych jednostek.

9 Oddziaływanie na środowisko naturalne procesów wytapiania i odlewania 55 Stosowane są również piece indukcyjne średniej częstotliwości z wykładziną krzemionkową lub alundową lub piece trzonowe. W tablicy 7 podano bilans masowy dla odlewni mosiądzu produkującej zawory. Dane te odnoszą się do operacji topienia i odlewania niskociśnieniowego (bez operacji wykańczania i wykonywania rdzeni). Wszystkie dane zostały podane w przeliczeniu na 1 Mg sprzedanych dobrych odlewów. Topienie prowadzono w piecu tyglowym opalanym gazem o wydajności 1 Mg/h. Ilość cząstek stałych emitowanych przy topieniu stopów miedzi w dużym stopniu zależy od zawartości cynku w stopach. Ilość powstającego żużla i zgarów wynosi około 60 kg/mg ciekłego metalu. Ilość odpadów zużytego wyłożenia ogniotrwałego wynosi 8 0 kg/mg ciekłego metalu przy topieniu w piecu indukcyjnym. 5. WYTAPIANIE I ODLEWANIE CYNKU I JEGO STOPÓW W tablicy 8 podano bilans materiałowy dla odlewni cynku stosującej technologię odlewania ciśnieniowego (stopy ZnAl 4 Cu1 i ZnAl 4 ). Wlewki stopu cynku topione są razem z wybrakowanymi odlewami i nadlewami w piecu tyglowym opalanym gazem, współpracującym z maszyną do odlewania. Tablica 8 Bilans materiałowy i energetyczny procesu wykonywania odlewów ciśnieniowych z cynku Typical mass and energy data for zinc pressure die-casting Materiały wejściowe Ilość Stop cynku 1040 Wybrakowane odlewy 50 Nadlewy 450 Środek antyadhezyjny 201 Woda 1 m 3 Energia elektryczna 700 kw h Gaz ziemny 70 N m 3 Materiały wyjściowe Dobre odlewy 1000 Wióry 3 Zgary 30 Szlam z mycia i szlifowania 2 Gazy odlotowe (w warunkach normalnych) m 3 Cząstki stałe 1 Wszystkie dane w przeliczeniu na 1 Mg dobrych odlewów; dane w kilogramach, jeśli nie podano innych jednostek.

10 56 M. Holtzer, J. Dańko, R. Dańko 6. NAJLEPSZE DOSTĘPNE TECHNIKI TOPIENIA METALI NIEŻELAZNYCH Piece indukcyjne do topienia aluminium, miedzi i cynku. W odniesieniu do pieców indukcyjnych NDT obejmują: 1. Stosowanie właściwej praktyki przy załadunku i pracy pieca: optymalizacja jakości wsadu: chodzi tu o unikanie wsadu zardzewiałego i zabrudzonego, o stosowanie optymalnej ilości wsadu mającego optymalną gęstość nasypową kawałków; wszystkie te działania skracają czas wytopu, zmniejszają jednostkowe zużycie energii niezbędnej do stopienia wsadu i zmniejszają ilość tworzącego się żużla; stosowanie szczelnych pokryw pieca: stopień utlenienia wsadu można ograniczyć, unikając źle uszczelnionych pokryw, zbędnego i przedłużonego otwierania pokryw, dokonując szybko załadunku lub stosując powłokę gazu obojętnego (N 2 ) nad kąpielą; dobrze dopasowana pokrywa ogranicza straty ciepła do 1% całkowitej mocy dostarczonej do pieca; pracując przy zamkniętej pokrywie, należy zważać, aby nie przegrzać pieca; ograniczenie do minimum okresu przetrzymywania metalu w piecu; optymalizacja pobierania próbek, badania ich i korygowania składu chemicznego kąpieli istotnie przyczynia się do ograniczenia czasu wytrzymywania; prowadzenie wytopu przy maksymalnej mocy dostarczonej do pieca; należy tu również uwzględnić zmniejszenie liczby startów wytopowych z zimnym tyglem pieca, stworzenie możliwości rozpoczynania kolejnych wytopów tuż po zakończeniu poprzednich oraz zastosowanie komputerowego sterowania piecem; unikanie zbyt wysokiej temperatury metalu i zbędnego przegrzewania go; minimalizowanie i kontrolowanie zużywania się materiału tygla; trwałość tygla zależy od stosowanego materiału ogniotrwałego, temperatury pracy, dbałości wykonania nowego tygla i jego prawidłowej eksploatacji. 2. Stosowanie pieców średniej częstotliwości i wymiana istniejących pieców zwykłej częstotliwości na piece średniej częstotliwości. Piece średniej częstotliwości (250 Hz) charakteryzują się większą gęstością przykładanej mocy (do 1000 kw/mg) niż piece sieciowej (50 Hz) częstotliwości (300 kw/mg). Sprawność energetyczna pieców średniej częstotliwości jest o 10% większa od sprawności pieców sieciowej częstotliwości. 3. Ocena możliwości odzysku ciepła odpadowego i wdrożenie systemu jego odzysku, jeżeli jest to możliwe. Znaczna część energii elektrycznej dostarczanej do topienia w piecu indukcyjnym jest zamieniana na ciepło odpadowe. Około 20 30% całej energii dostarczanej do instalacji jest rozpraszana przez system chłodzący. Ciepło zawarte w układzie chłodzącym pieca może być wykorzystane do ogrzewania pomieszczeń, wody i suszenia surowców. 4. Minimalizowanie emisji zanieczyszczeń do dopuszczalnego poziomu, a jeżeli konieczne jest wychwytywanie gazów odlotowych, to maksymalizowanie

11 Oddziaływanie na środowisko naturalne procesów wytapiania i odlewania 57 stopnia ich wychwycenia podczas całego cyklu pracy i stosowanie suchych metod oczyszczania. Piece obrotowe do topienia aluminium. W odniesieniu do pieców obrotowych NDT obejmują wdrożenie sposobów optymalizacji wydajności pieca przez: zwiększenie jego sprawności w wyniku zmiany: sposobu załadowania pieca, składu chemicznego metalu, temperatury metalu; zastosowanie palników tlenowo-gazowych, wychwytywanie gazów odlotowych blisko wylotu z pieca z zachowaniem poziomu emisji zanieczyszczeń zgodnego z NDT. Piece trzonowe do topienia aluminium i miedzi. Przy stosowaniu pieców trzonowych NDT to: wychwytywanie gazów odlotowych blisko wylotu z pieca z zachowaniem poziomu emisji zanieczyszczeń zgodnego z NDT, ograniczanie emisji zanieczyszczeń niezgodnej z zasadami NDT oraz stosowanie okapów. Piece szybowe do topienia aluminium. Przy stosowaniu pieców szybowych NDT to skuteczne wychwytywanie gazów odlotowych podczas przechyłu pieca i usuwanie ich przez komin ze zwróceniem uwagi na poziom emisji zgodny z NDT. Odgazowanie i rafinacja aluminium. Przy tej operacji NDT to stosowanie instalacji do barbotażu z ruchomym lub stałym wirnikiem z wykorzystaniem mieszanek gazowych Ar/Cl 2 lub N 2 /Cl 2. Dodatek chloru wynosi około 3%. Używanie heksachloroetanu do rafinacji stopów aluminium zostało zakazane w krajach UE od 30 czerwca 2003 r. (dyrektywa 97/16/EC zakazująca stosowania heksachloroetanu w metalurgii metali nieżelaznych). Przy topieniu magnezu NDT to: stosowanie SO 2 jako gazu ochronnego lub zastępowanie SF 6 ditlenkiem siarki; dotyczy to instalacji o rocznej wydajności 500 t lub więcej odlewów; w mniejszych odlewniach stosowanie SO 2 jako gazu ochronnego lub minimalizowanie zużycia i emisji SF 6 ; zużycie SF 6 powinno wynosić < 0,9 kg/mg dobrych odlewów wykonywanych w formach piaskowych oraz < 1,5 kg/mg dobrych odlewów wykonywanych w kokilach; obecnie na skalę przemysłową sprawdzane są inne gazy ochronne, będące alternatywą dla SO 2 i SF POZIOM EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ ZWIĄZANY ZE STOSOWANIEM NAJLEPSZYCH DOSTĘPNYCH TECHNIK Dla omówionych NDT związanych z topieniem i odlewaniem metali nieżelaznych i ich stopów określono ściśle dopuszczalny poziom emisji zanieczyszczeń. Poziom emisji pyłu przy stosowaniu NDT w powyższych procesach wyno-

12 58 M. Holtzer, J. Dańko, R. Dańko si 1 20 mg/m 3 (w warunkach normalnych). Współczynnik emisji pyłu związany ze stosowaniem NDT przy topieniu aluminium wynosi 0,1 1 kg/mg ciekłego aluminium. Aby osiągnąć takie wartości emisji zanieczyszczeń związane ze stosowaniem NDT, konieczne jest zainstalowanie systemu oczyszczania gazów odlotowych. W tym przypadku NDT są suche metody oczyszczania gazów odlotowych. W tablicy 9 podano poziom emisji zanieczyszczeń związany ze stosowaniem najlepszych dostępnych technik w procesach topienia metali nieżelaznych. Tablica 9 Poziom emisji zanieczyszczeń związany ze stosowaniem NDT w procesach topienia i obróbki metali nieżelaznych [8] Impurities emission to air level, associated with the use of BAT for melting of non ferrous metals [8] Rodzaj operacji Parametr Poziom emisji [mg/m 3 ] (w warunkach normalnych) Ogólnie pył 1 20 Wytapianie aluminium chlor 3 Piec szybowy do wytapiania aluminium Piec trzonowy do wytapiania aluminium SO 2 NO x CO LZO (lotne związki organiczne) SO 2 NO x CO OWO (ogólny węgiel organiczny LITERATURA [1] Dyrektywa 96/61/WE Integrated Pollution Prevention and Control z dnia 24 września [2] Erickson S.E., King J.F., Mellerud T., Recommended practices for the conservation of sulphur hexafluoride in magnesium melting operations, International Magnesium Association, Technical Committee Report. [3] Eurofine European Foundry Internet Network, dostęp (2002). [4] Goovaerts L., Emission data from site visits, Vito, Personal communication [5] Holtzer M., Bobrowski A., Atmosfery ochronne stosowane przy topieniu i odlewaniu stopów magnezu, Przegląd Odlewnictwa, 2008, nr 3, s [6] Przewodnik w zakresie najlepszych dostępnych technik dla przemysłu odlewniczego, red. M. Holzer, Ministerstwo Środowiska 2005, [7] Silva Ribeiro C.A., Mass balance data for non-ferrous foundries, Associaçăo Portuguesa de Fundiçăo [8] Reference Document on Best Available Techniques in Smitheries and Foundries Industry, European Commission, May 2005.

13 Oddziaływanie na środowisko naturalne procesów wytapiania i odlewania 59 [9] Zintegrowane zapobieganie i ograniczenie zanieczyszczeń. Dokument referencyjny Najlepsze dostępne techniki w kuźnictwie i przemyśle odlewniczym, tłumaczenie wykonane na zlecenie Ministerstwa Środowiska Praca wpłynęła do Redakcji Recenzent: prof. dr hab. inż. Michał Szweycer INFLUENCE OF NON-FERROUS METALS MELTING PROCESSES ON ENVIRONMENT USING BAT Summary The object of the article is the problem of Best Available Techniques (BAT) utilized in processes of melting and pouring of non-ferrous metals. It is possible, with help of these method, to fulfill the accessible emission values as well as raw materials and energy consumptions value recommended in the Reference Document BREF and thus reduce considerably the negative influence of melting processes on the environment. The fulfilling of the above requirements is an indispensable condition for foundries to get the integrate permissions according to the EU Directive IPPC. Key words: non-ferrous metals, casting, melting, Best Available Techniques, emission to air