35/14 Soidification ofmctas and aoys, No.35, 1998 Krzepnięcie Metai i Stopów, Nr 35, 1998 PAN- Oddział Katowice PL. ISSN 0208-9386 JAN KACZKOWSKI", GRZEGORZ NOGL y, ZBIGNIEW TO MANEK" OCENAREZULTATÓW WDROŻENIA KOMPONENTU BENTONITU GRECKIEGO I NOŚNIKA WĘGLA BŁYSZCZĄCEGO ORAZ ZMIAN TECHNOLOGII SPORZĄDZANIA MAS RDZENIOWYCH W ODLEWNI ŻELIWA "PAWŁA" ŻORY Z PERSPEKTYWY CZTERECH LAT STOSOWANIA. MOTYWY WPROWADZENIA ZI\IIAN W PROCESACH CERAMICZNYCH NA TLE OCENY STANU POPRZEDNIEGO Stosowane procesy ceramiczne w odewni przysparzay szere kłopotów natury techniczno-ospodarczej i oranizacyjnej, a w szczeóności przy masach: formierskich opartych o bentonit krajowy i pył węłowy stwierdzano stay wzrost zużycia materiałów i związaną z nim iość odpadów, iczność wad powierzchni surowej odewów (łównie pochodzenia azoweo) oraz nadmierne zapyenie i obcoość tenku węa na stanowiskach pracy w tym formierskich; rdzeniowych reaiwwanych w technooii CMS wystc;powaa podwyżswna materiałochłonność, enerochłonność i pracochłonność rdzeniowania, przy czym ta ostania wynikała z niskiej wybijaności. Notowano ponadto na stanowisku wybijania rdzeni wieokrotne przekroczenia NOS i NON szczeónie w zakresie zapyenia, hałasu i wibracji. Wybita masa rdzeniowa nie znajdowaa daszeo zastosowania w odewni z tytułu nadmiemeo zbryawania i wysokiej zasadowości jej odczynów wodnych, kwaifikujący powstały opad do II kateorii uciążiwości. Pojawienie się stosownych ofert w zakresie nowych materiałów formierskich, w tym zwłaszcza bentonitów o wyższej sie wiązania oraz spoiw do mas rdzeniowych umożiwiających kontynuowanie metody "no bake" w wytwarzaniu rdzeni, stworzyło warunki do wypróbowania i wdrożenia nowych procesów ceramicznych ikwi dując ych szere nicdoodności technooii uprzednio stosowanych w tym zakresie. Odewnia Żeiwa "PAWŁA" w Żorach
126 2. TERMINARZ I ZAKRES WDROŻONYCH ZMIAN Pierwsze próby zastosowania komponentu o symbou B 80-75 RZ rozpoczęto w ipcu 1993 roku w masie przymodeowej na wyodrębnionym stanowisku formowania maszynoweo rozszerzając sukcesywnie jeo stosowanie na inne stanowiska. Z początkiem rudnia teoż roku zmieniono masę rdzeniową CMS na SMS opartą o żywicę mocznikowo-formadehydową utwardzaną chemicznie. Z tą chwią wybita masa rdzeniowa zastąpiła świeży piasek kwarcowy w procesie sporządzania mas formierskich, szczeółnie w obieowych, a zwłaszcza jednoitych. Czasokres pełneo wdrożenia zmian w procesach ceramicznych obrazuje następujące zestawienie: rodzaj masy/daty stosowania Lp. stanowiska formowania przymodel wypełniająca wybita z rdzeni jednoita (obieowa) SMS formierki wstrz. 5.07. 93 - - 1.07. 94 prasujjące 2 fonnierka z 1.08. 93 - - 1.07.94 obrotowem stołem 3 formierki FRPGA 1.09_ 93 1.10.93 3.12.93 1.07.94 30(1inia kadłubów) 4 Disamatic 2013-1.10.93 3.12.93 107.94 5 ręczneo 1.10.93-3.12.93 - " masa przymodełowa Jako Jedno h ta ze stanowisk o. p. 3 1 4 Panowane składy mas obrazuje zestawienic I. Składy rzeczywiście uzyskane ujmuje poniższa tabea masa masa jednoita L. p. materia masa przymodeowa wypełniająca do czasu bez komponentu z zastosowania (uprzednia) komponentem masv jednoitej piasek 27-40 36-20 3,2-3,0 sporadycznie kwarcowy świeży 2 bentonit 5- O - - - (Zębiec) 3 pył węowy 3-6 - - - 4 komponent - 5,8-3,0 o 9- o - 1,4 5 masa wybita dopełnienie dopełnienie dopełnienie dopełnienie, w tym z rdzeni SMS
127 Uzyskane własności mas sa nasteouiace: parametr masa masa masa jednoita i jednostka miary przymode. wypełniając z a do czasu komponente m zastosowani a masy ienoitei po Rew [MPa~ 0,11-0,12 0,12-0,13 O, 12- O, 13 w dr o- p.iq-s(m pa s-1) 1 00-120o.3> 150-180 190-200 w as- żeni u WIo/o 3,6-3,8 3 5-4 5 3 5-4,5 n o ś ci uzyski- Ww [MPa\ 0,13-0,135-0,128 0,129 2 0,123 3 wane p.iq-s(m pa s-1) 110-140 0.3> - 245,1 228, 213 w f% 1 3 6-3,8-3 8 4,3 40 Uwaa: ) średma hpca 1995 2) średma hpca 1996 3) średma hpca 1997 Porównując powyższa dane dotyczące składu mas z panowanymi do uzyskania (zestawienie I) naeży stwierdzić, że nie uzyskano pełneo obniżenia udziału komponentu w masach z przyczyn wynikających ze zmian asortymentowych w produkcji oraz braku możiwości daszej modernizacji przerobu mas. Własności mas poza nieznacznym wahaniem przepuszczaności naeży uznać za wyrównane. Odnotowano pewną zaeżność w zużyciu bentonitu od udziałów w obieu świeżych piasków i rdzeniachłonnych technooii formowania w danym okresie, czyi od zrzutu wybitych mas rdzeniowych z zarysowanym trendem oszczędności komponentu. Powyższe iłustruje rys. 4. J. UZYSKANE WYNIKI PRAKTYCZNE I EFEKTY Rezutaty praktyczne wdrożenia bentonitu reckieo z dodatkiem węła błyszcząceo (komponentu) oraz zmiany technooii w W)twarzaniu rdzeni przedstawiono w zestawieniach II i III oraz zobrazowano na rys. 1,2 i3. Są one zbiżone do oczekiwanych pomimo występowania szereu przeszkód stojących na drodze do pełneo wydobycia optymanych własności mas sporządzanych na bazie komponentu. Do łównych przeszkód zaiczyć naeży: - brak homoenizacji masy wybitej, w tym oraniczone możiwości stymuowania jej przeci~tncj wiotności na zaecanym poziomie 2 %, - niedostateczne schładzanie tej masy, której zaparowane i orące porcje pojawiają się już po 30 cykach mieszania to jest po otrzymaniu zaedwie 15-procentoweo zapotrzebowania dzienneo na masę jednoitą da inii DISAMATIC i kadłubów (180 cyki mieszania średnio na dobę). Zastosowanie omawianych zmian pozwoiło w szczeóności i w odniesieniu:
128 - do mas formierskich : *poprawić środowisko pracy poprzez 2-3 krotne obniżenie zapyenia oraz oraniczyć emisji( tenku w(a podczas zaewania form, *oraniczyć braki odewnicze. - do mas rdzcnio")'ch : - radykanie poprawić wybijauość rdzeni, a tym samym zikwidować odnośne stanowisko pracy powodujące wieokrotne przekroczenia dopuszczanych norm zapyenia, hałasu i wibracji. Dało to oszczędność ok. 2000 rb średniorocmie i wstrzymało wydatkowanie panowanych nakładów na modernizację teo stanowiska. - zikwidować zabie podsuszania rdzeni. Dzięki równoczesnemu zastosowaniu omawianych zmian uzyskano: - zmniejszenie zużycia śwsieżych materiałów formierskich i rdzeniowych w przeiczeniu na tonę wyprodukowanych dobrych odewów o ca 2, 7 razy - oraniczenie iości powstałych odpadów w przeiczeniu na ton~ ciekeo metau o 2, 75 razy, przy czym udział tych odpadów w odpadach oółem zmaał z 62 %do 40 %. - zmniejszenie kosztów transportu związanych z mniejszym zapotrzebowaniem na materiał y i wywozem oraniczonej iości odpadów. Szczeółowe wyiczenie efektów ekonomicmych, w tym na okoicmość udziału w konkursie ołoszonym przez Prezesa STOP pt. : "Nowoczesność technooii odewniczej podstawą rozwoju przemysłu" w 1995 roku wykazało maczące oszczędności w stosunkowo maej odewni o rząd 101,24 tys.zł (1.012,4 mn starych z) uzyskane w 1994 roku w porównaniu do roku 1993. Anałoicme efekty wystąpiły również w druim roku (1995) stosowania nowych technooii i to pomimo wyższeo poziomu kosztów materiałowych średnio o 25, %w stosunku do stanu sprzed zmian, które iustruje w warunkach porówn)'wanych rys. 3. Na koszt ten niewątpiwie rzutują zmieniające się ceny komponentu, któreo koszt tony wynosił 556,50 zi w chwii wdrażania (ipiec 1993} i osiąnął wysokość 950 zi (ipiec 1997) co omacza wzrost o 71 %. 4. PODSU!\IOW ANIE WNIOSKI Rezutat wdrożenia do produkcji noweo bentonitu łącmie z inną niż do tej pory technooią wytwarzania rdzeni, dostarczającą wybitą masę w miejsce świeżych piasków kwarcowych do sporządzania mas formierskich, naeży ocenić pozyt)'wfiie. Do takieo podsumowania upoważniają autorów niniejszeo opracowania uzyskane wyniki praktycme. Nasuwają się również nastqpującc wnioski:
129. Pomimo stosowania droższych materiałów można uzyskać znaczące efekty ekonomiczne rozpatrując procesy ceramiczne i ich skutki całościowo. 2. Koejnym krokiem po zastosowaniu materiałów winno być poszukiwanie sposobów zmniejszania zyżycia bazując na dążeniu do pełniejszeo wykorzystania ich właściwości. Wymaana jest tu też pewna modernizacja związana z okreśonym poziomem nakładów (np. w naszej odewni rozpatrywana jest homoenizacja wybitej masy). 3. Daszy wzrost cen materiałów, w tym komponentu, może niweować uzyskiwane efekty i doprowadzić do zaprzestania ich stosowania. 5. LITERATIJRA. Prospekty producentów zstosowanych metriaów 2. Dane ewidencyjne wynikające ze stosowania instrukcji wewnętrznych : zamówienie, ewidencjonowanie, anaizy zużycia i kosztów oraz składowania i transportu materiałów odewniczych Nr OŻP/02/93- Procesy ceramiczne - Masy formierskie i rdzeniowe Nr OŻP/02/95 Wniosek na konkurs Prezesa STOP: "Nowoczesność technooii odewniczej podstawą rozwoju przemysłu " z uteo 1995 r.
ZEST A WIEI'iE I Masa przymodeowa- fonnowanie maszynowe- panowane zmiany składów (Stanowiska wydzieone) w o Składniki masy Stary cyk Koejne cyke wdrażania i zmiany składu (pan) stosowany Skład masy (wyjściowy) uprzednio I II III IV V k % k % k % k % k % k % k % 2 3 4 5 6 7 8 9 O Ił 12 13 14 15 16 masa zwrotna 2ł4,2 59,5 210 58,2 235 65,1 280 77,1 320 88,2 335 93 198 94,29 2 piasek kwarcowy świeży ł02,6 28,5 130 36 IIO 30,5 70 19,3 35 9,6 20 5,6 O 4,76 3 4 5 komponent 88075RZ - - 2ł 5,8 16 4,4 13 3,6 2,2 5 bentonit 27 7,5 - - - - - - - - - py węowy 16,2 4,5 - - - - - - - - - 1,4 - - 2 0,95 - - - - Razem 360 100 361 100 361 100 363 100 363 100 360 100 210 100 W ramach komponentu: 6 bentonit (7,5) 4,35 3,3 2,7,65 1,05 0,71 7 nośnik węa błyszcząceo (4,5) 1,45 1,1 0,9 0,55 0,35 0,24 8 koszt porcji (naboju) masy w z 9,80 12,82 9,86 7,84 4,76 2,96 Uwai:. Zaecany czas trwania cyku O dn1 2. Wiotność masy 3,3-3,6% 3. Przy dodawaniu wody do mieszarki naeży uwzędnić zawartość wioci w masie obieowej i piasku kwarcowym 4. Koszt porcji masy obiczono z zastosowaniem obowiązujących wówczas (III kw. 1993r.) cen: -piasek kwarcowy- 8,70ztonę -komponent 0, 5565złk -bentonit 0,2 z!!k -py węowy 0,20zk 1,20
ZESTAWIENIE II Iościowe i wartościowe zestawienie materiałów odzwierciedające zmiany zastosowane w procesach ceramicznych za ata 1992 ( II półrocze)- 1997 (I półrocze). Zu.tycie w atach t'ony) Wartość por6wnywa In a w z. Ceny Lp. MATERIAŁ 1992 1993 1994 1995 1996 1997 rudnia 1992 11 p. 1993 1994 1995 1996 1997 p. 1994 1 2 4 5 6 8 9 O 11 12 1 14 15 MASY FORM IERSK IE 1 P iasek kw. dr 225.3 378.1 76.4 1 s o o 8.9 200.17 3365.09 679.96 133.50 o o 2 Ben ton~ (kraj) 150.6 77.8 o o o o 290.04 43674 00 22562.00 o o o o 3 S 80-75 Rz o 38.5 97.3 11 o 111 44.5 800 o 30800.00 77840.00 88000.00 88800.00 35600.00 4 Spoiw o DEKO 7.3 2.94 2 78 o o o 988.8 7218.24 2907.07 2748.86 o o o 5 Pyfwęowy 27.9 29.2 o o o o 260 7254.00 7592.00 o o o o 6 Grafit 0.1 1 0.68 0.84 0.87 111 1645 164.50 1645.00 1118.60 1381.80 1431.15 1825.95' 7 RAZEM 411.2 52 7.54 177.16 125.8 111.87 45.61 60315 68871 62367 69515 90231 3 7 4 26: 8 Na 1tonę dobrych 577.8 315.3 118.5 71.4 62.7 59.2 84.75 41.66 55.1 o 50.81 50.57 48.60 odew ów (k.zł) 11 MASY RDZ~NIOWE (CMS i SMS). 1 Piasek kw sr 258.4 645.1 279.2 379.3 343.0 154.1 10.20 2635.68 6580.00 2847.64 3868.86 3498.60 1571.82 2 Szkłowodne 7.1 21.4 o o o o 271.00 1924.1 o 5799.40 o o o o 3 Utw. U-10 6.2 16.0 o o o o 652.80 4047.36 10458.00 o o o o 4 FLOTOL C 1.04 1.46 o o o o 681.00 708.24 944.26 o o o o 5 S po. UREFUR 3 o 0.56 5.1 5.25 5.26 2.41 5180.00 o 2900.80 26418.00 27195.00 27246.80 12483.80 6 'utw. PU-2 o 0.49 4.6 5.8 3.96 20 2860.00 o 1401.40 13156.00 14528.80 11325.60 5720.00 ' 7 ZELIOD P 4.44 7.08 5.98 5 64 6.37 2.28 164000 7281.80 11611.20 980 7.20 9249.60 10446.80 3739.20 8 Spoiw o DEKQ 2 3 7 4.0 1.64 988.80 234 3.50 3955.20 1621.60 9 RAZEM i 277.2 692.1 294.88 397.64 362.59 162.43 16597.00 39745.10 52229.00 57165.00 564 73.00 25136.00 10 Na 1 tonę dobrych 389.5 413.7 197.2 225.7 203.2 21 o 9 23.32 23.76 34.93 32.46 31.65 32.64 odew ów (k,z) III :' 1 ~9: OGÓŁEM 688.4 1219.6 472 523.4 474 2 208 76912 106616 134616 146700 146704 62562 + 11 Na 1 tonę dob rych 967.3 729 315.7 270.1 108.07 64.92 90.03 63.26 82.21 81.2 3 odew ów J 65.75 oółem -- w
132 UWAGI:. Piasek kwarcowy drobny początkowo z kopani Grudzień Las, później Biała Góra - stosowany do mas przymodeowych do I kw. 1995 oraz do mas rdzeniowych na spoiwie "DEKO" o frakcji K 0,10-0,16-0,071. 2. Piasek kwarcowy średni początkowo z kopani Poraj obecnie Biała Góra stosowany do mas rdzeniowych technooią CMS (do istopada 1993 ), a następnie sporządinych na bazie żywicy "UREFUR 3" (no bake) o frakcji IK 0,20-0,32-0,40. 3. *) masy rdzeniowe na spoiwie,,deko" przypisano odpowiednio do stosowaneo piasku kwarcoweo. 4. Wskaźniki odniesiono do produkcji dobrych odewów w atach odpowiednio: 1992(IIp)- 711,7 t ~ 1993-1673 t; 1994-1495,3 t; 1995-1761,9 t; 1996-1784,4 t oraz 1997(Ip)- 770,15 t. 5. Zestawienie traktuje o zużyciu świeżych materiałów formierskich i rdzeniowych. Okreśenie iości ZESTAWJENIE III odpadów stałych w atach 1992 ( i i półrocze) - 1997 ( i półrocze) na podstawie zużycia materiałów wykazaneo w zestawieniu II. Zużycie w atach ~ony) Iość odpadów ~ony) z uwzędnieniem strat Przyjęte 1992 1993 1994 1995 1996 1997 straty i 199211 p. ip. p. ubytki 1993 1994 1995 1996 19971p. w% Lp. MATERIAŁ, - 2 3 4 5 e 7 8 10 11 12 1 14 15 MASY FORIIIIERSKIE 1 Pasek kw. dr 225.3 376.1 76.4 15 o o 4 216.3 363.0 73.3 14.4 o o Bentonit krai 150.6 77.6 c--2 o o o o 10 135.5 70.0 o o o o 3 s 80-75 Rz o 38.5 97.3 110 111 44.5 6 o 36.2 91.5 103.4 104.3 41.6 4 Sporwo DEKO 7.3 2.94 2.76 o o o 50 3.7 1.5 1.4 o o o - 5 Pvł w eoow v 27.9 29.2 o o o o 40 16.7 17.5 o o o o 6 Grafit 0.1 1 0.66 0.84 0.67 1.11 10 0.1 0.9 0.6 0.6 0.6 0.9 7 RAZEM 4112 527.54 177.16 125.8 11167 4561 372.3 469.1 166.8 118.6-105.1 42.7 Na 1tonę 6 dobrych 577.8 315.3 116.5 71.4 62.7 59.2 523.1 292.3 111.5 67.3 56.9 55.4 odew ów (k.zł) 11 MASY RDZENIOWE (CMS i SMS). 1 Piasek kw. sr. 258.4 645.1 2792 379.3 3430 154.1 4 246.1 619.3 268.0 364.1 329.3 147.9 2 Szkb wodne 7.1 21.4 o o o o 6 6.7 20.1 o o o o 3 Utw LJ.10 6.2 18.0 o o o o 5 5.9 15.2 o o o o 4 FLOTOL C 1.04 1.46 o o o o 50 0.5 0.7 o o o o 5 Spo. UREFUR 3 o 0.58 5.1 5.25 5.26 2.41 95 o 0.03 0.3 0.3 0.3 0.1 6 Utw. PU-2 o 0.49 4.6 5.8 3.96 2.0 95 o 0.02 0.2 0.3 0.2 0.1 7 ZaiOD P 4.44 7.08 5.96 5.84 6.37 2.26 50 2.2 3.5 3.0 3.0 3.2 1.1 8 Sporwo OEJ<O 2.37 4.0 1.64 50 o o o 1.2 2.0 0.6 9 RAZEM 11 2772 692.1 294.88 397.64 362.59 162.43 263.4 658.85 271.6 368.9 335.0 1492 Na 1 tonę 10 dobrych 389.5 413.7 1972 225.7 2032 210.9 370.1 3936 161.6 209.4 167.7 193.7 - - III ~ew ów (k.zł) OGÓŁEM + 11 668.4 1219.6 472 523.4 4742 208 635.7 1148 436.6 467.5 440.1 191.9 1 Na 1 tonę dobrych odewów oółem 967.3 729 315.7 297.1 265.75 270.1 694.1 6862 2933 276.7 246.6 249.1
133 Zestawienie IV Zużyc ie materiaów i okre ś enie iości odpadów w przeiczeniu na tonę ciekeo metau. <RPA Zuż}cie rrrjeri aótma 1 tr:nę cie<ej tfiii'.b Fł:Mstciy o;t:a:i re 1 tr:nę cif#ej tfiiv.s ~SI< rm~fjł..o/ia 19921/p 1993 11994 1199511900 11997/p % 9921/p199311994 1995 1900 19977p: R::Rv11R1<E~ 3745 :;me 78.1 428 33.1 345 92-61!BID E5 100.S 735 41.3 33.4 321 FUINO/\E~crę ::B2S a57.1 13).0 135... 125.E 124.:.:1 94-61.6 2<()... )..ffi3 254..< 119E 125.5 116.0 114~ RA2EM SZ1.7.f70.7 <m1 178.( 164.3 193 \Mym I3ENTThi1Y 137.3 44.9 429 37.Ą :B.3 34.1 )-57.9 97-95.4 579.1 443.0 193.:: 1E5E 1524 1455. Wskaźniki odniesiono do ciekeo żeiwa w tonach w at: 1992(1Ip.)- 1.096,7, 1993,2. 591,5, 1994-2.268,5, 1995-2.940, 1, 1996-2.887,3,997(1p.)- 1.306,4.
134 1100 1000 900 800 700 k 600 M 500 400 300 ----- ---- 6.. 5 ---- 6?.., 4 6? _.., 2 57 8 o G ó Ł E M k M k 200 100 o 1992(11 pór. 1993 1994 - da mas formiersk. --+-- zużycie oóe m ata 1995 1996 1997(1 pór.) D da mas rdzeniow. bentonity (k) 10 Rys. ZUZycie świezych materiałów formierskich na ton~ dobrych odewów w atach 1992-1997.
135 k 1 M 1992(11 p) 1993 - odpady z mas form. D mat do mas rdzeń. 1994 1995 1996 ata - mat. do mas form. - odpady oółem 1997(1 p) - odpady z mas rdzeń. ~ materiay oóem Rys. 2 Zużycie świeżych materiałów formierskich oraz iość powstałych odpadów z teo tytułu w przeiczeniu na tonę ciekeo metau w atach 1992-1997.
136 150 140 130 120 110 p R 100 o c E N 90 T Y OA, 80 70 60 :W:.7 ', r3p '',,,,' ',,.:z,ę 3 /. '---------1~,_6 1_2,1,'... 1t?.......... 12.1 _,_4_ /. /. 11$i.7. 1... 6'1.~ ---- -- _ ę~s 50 40 30 1993 1994 1995 ata...- Masy rdzeniowe Masy formierskie 1996 19970 półr.) - e - Masy oóem - - Stosunek%braków~) Rys. 3 Poziom kosztów materiaowych i braków na odewni przy założeniu 00% wykonania w 1993 roku.
137 80 7!!._3 711,.2 46...... n,.~...!.17 70 44 4 9 k 42 60 M p R 40 o c 50 o k E 3 N 38 e ' T Y 40 Q '.1 30 ~ ~ '',,, 345 7 36 m '',,,' ~3 --------- - - - - ----- -- ~ o 1 t a 34 u ' 20 1JJ_ 32 11,~ - -.. -. Jf.. - 1.\,~ - 10 30 1994 1995 1996 1997(1 p.) LATA zu:t:.bentontu pas.otaczany(%) udział techno.('.4) zut.a.pas<ów('-1) Rys. 4 Kształtowanie się zużycia bentonitu (komponentu) w przeiczeniu na tonę ciekeo metau w atach 1994-1997 na te udziałów procentowych: O - piasków oółem (kwarcoweo i otaczaneo) stosunku c a ości zużywanych świeżych materiałów fomierskich. -+ - - piasku otaczaneo w stosunku do zużywanych świeżych materiałów -- formierskich. -produkcji dobrych odewów w technooii rdzcniochonnych ( fonnowanie ręczne i maszynowe na inii kadłubów) w stosunku do produkcji oółem.