25/14 Solidilication of Metal~ and Alloys, No 25, 1995 Knepniecie Metali i Stopów, Nr 25, 1995 PAN - Oddział Katowice PL ISSN 0208-9386 TECHNICZNE I EKONOMICZNE ASPEKTY REGENERACJI MAS BENTONITOWYCH PEZARSKl Franciszek, MANIOWSKJ Zbigniew, IZDEBSKA-SZANDA Irena Instytut Odlewnictwa, 30-418 Kraków, ul. Zakopiańska 73, POLAND ROBAK Henryk, JESIONOWSKI Krzysztof Zakład Odlewniczy WIF AMA, 92-320 Łódź, ul. Ni ciamiana 51, POLAND STRESZCZENIE W referacie przedstawiono opis technologii mas formierskich i rdzeniowych oraz nowo wybudowanego stanowiska ich regeneracji wg metody mechanicznej w Zakładzie Odlewniczym WIF AMA w Łodzi. Przedstawiono właściwości techniczno - technologiczne materiałów z regeneracji oraz wpływ zastosowanego procesu regeneracji na poprawę warunków ekonomicznych i ekologicznych odlewni. l. WSTĘP Odlewnie polskie zużywają obecnie blisko 1 mln ton świeżych materiałów formierskich, takich jak : piasek kwarcowy, bentonit, pył węglowy, szkło wodne, żywice i mne. Zużyte materiały formierskie w większości wywożone są na różnego rodzaju składowiska, wpływając niekorzystnie na środowisko naturalne. Tylko kilka procent zużytych mas formierskich podlega regeneracji i jest ponownie wykorzystywane do produkcji mas formierskich. W eksploatowanych stanowiskach regeneracji w Polsce, w większości regeneruje się masy ze szkł em wodnym i ze spoiwami żywicznymi. Masy te bez regeneracji mogą być używane tylko jednokrotnie. W przypadku mas bentonitowych zazwyczaj stosuje się je Jako masy obiegowe, a odlewnie przykładają mniejszą wagę do możliwości ich regeneracji. Dotychczas tylko dwie odlewnie regenerowały masy bentonitowe- jedna na sucho i jedna na mokro.
90 Odwałowe masy odlewnicze zawierają użyteczne składniki, które po regeneracji mogą być ponownie wykorzystane do celów formierskich. W przypadku mas ze spoiwami organicznymi i ze szkłem wodnym użytecznym składnikiem jest piasek, który w procesie regeneracji musi być w maksymalnym stopniu oczyszczony od szkodliwych zawartości spoiwa, utwardzaczy i innych zanieczyszczeń. Masy formierskie bentonitowe, po zalaniu metalem najczęściej kierowane są do ponownego użytku, jako masy obiegowe. Jednak część mas w postaci odsiewów, brył i nadmiaru masy kierowana jest na odwał. Odwałowe masy bentonitowe zawierają użyteczne składniki, takie jak piasek kwarcowy, bentonit, pył węglowy, które na drodze odpowiedniej regeneracji mogą być ponownie wykorzystane w odlewni. 2. REGENERACJA MAS BENTONITOWYCH WG METODY MECHANICZNEJ LODZI. W ZAKł~ADZIE ODLEWNICZYM WIFAMA W Zakład Odlewniczy WIF AMA w Łodzi produkuje odlewy z że l iwa szarego i sferoidalnego w formach z mas bentonitowych jednolitych, z zastosowaniem rdzem sporządzanych z piasków otaczanych oraz częściowo z mas ze szk ł em wodnym utwardzanych CO,. Ilość rdzeni w stosunku do masy formierskiej nie przekracza lo%. Do odświeżania masy bentonitowej stosowany jest ptasek gruboztarmsty z kopalni Grudzeń Las. Rdzenie wykonywane są z piasku otaczanego drobno i średnioziarnistego. Pomimo stosowania odświeżania masy formierskiej, w 1992 roku Odlewnia odprowadziła na odwał 2000 ton zużytej masy. Był to rok minimalnej produkcji odlewów w Odlewni, wy nikł y z ogólnego kryzysu produkcji odlewniczej w kraju. W 1993 roku Zakład Odlewniczy jako wykonawca i Instytut Odlewnictwa - Kraków jako realizator, wykonały projekt celowy KBN [ 1], którego wynikiem jest oddana do eksploatacji produkcyjnej linia do regeneracji bentonitowych mas formierskich. Na rysunku l przedstawiono schemat technologiczny oddanego do eksploatacji stanowiska regeneracji mechanicznej. RegeneraCJI poddaje się odsiewy masy z linii wybijania odlewów oraz nadmiar masy odwał owej W procesie regeneracji masa odwałowa podlega dwustopniowemu kruszeniu w kruszarkach walcowo - wahliwej i młotkowo - udarowej, oddzieleniu części metalowych i przesianiu. Tak przygotowaną masę poddaje się regeneracji właściwej w regeneratorze mechanicznym talerzowym i odpylaniu w odpylaczu kaskadowym. Poszczególne węzły regeneracji są zabudowane 1 odpylane za pomoca filtra suchego pulsacyjnego typu ZP Linia regeneracji została wybudowana przy wykorzystaniu niektórych elementów ciągu przerobu masy Otrzymywany w wyniku regeneracji regenerat podawany jest na strugę masy zwrotnej i poprzez układ przenośników taśmowych kierowany jest do zbiornika masy zwrotnej. Masa formierska przeznaczona do wykonywania form na automatycznych liniach formierskich pracujących pod wysokimi naciskami, sporządzana jest w 4 mieszarkach pobocznicowych MP-120 pracujących w układzie podwójnym. Każdy zespół mieszarek wyposażony jest w oddzielne zbiorniki dodatków, tj. na piasek, bentonit, pył węglowy, masę zwrotną i regenerat
91 Masa odwałowa Kruszarka walcowa Nadziarno Przesiewacz ( 16 x 16 mm ) 1-----+1 Oddzielacz metalu F Do przerobu masy Rys.!. Schemat technologiczny regeneracji mechanicznej w ZO "WIF AMA" w Łodzi. Technological scheme ofthe mechanical reclamation at ZO "WIFAMA" Łódź. W tablicy l przedstawiono wyniki badań próbek materiałów pobranych w czasie eksploatacji linii regeneracji z grudnia 1993 i kwietnia 1994. Skład nadawy masy formierskiej przed uruchomieniem regeneracji przedstawiał się następująco : masa zwrotna piasek świeży bentonit pył węglowy woda do wilgotności 97,275% 2,0 ~ 0,5 % 0,225 % 3,5-4,0%
92 Po uruchomieniu linii regeneracji masy odwałowej na drodze kolejnych prób produkcyjnych, skład porcji masy został ustalony następująco : masa zwrotna + regenerat 98,66 % piasek świeży 1,0 % bentonit 0,24 % pył węglowy O, 10 % woda do wilgotności 3,5-4,0% Wszystkie inne elementy procesu technologicznego wykonywania masy, np czas m1eszama, pozostają bez zmian Tabela l Wyniki badail próbek materiałów z linii mechanicznej regeneracji w Z.O. WIFAMA r Odsiewy (g ), wyniki oznaczeń l. 1 Numery Sit, i oznaczema XII 1993 IV 1994 i masa regenerat masa regenerat pyły odwałowa odwało wa z filtra -- 1,60 - - 0,40 - - 0,80 0,72 0,60 1,20 0,60 0,06 0,63 1,80 1,55 1,60 1,60 0,32 0,40 8,92 9,30 12,20 11,20 1,40 0,32 10,58 11,40 13,00 15,00 1,80 0,20 28,80 32,85 31,20 34,00 6,90 O, 16 10,08 10, 16 9,20 9,40 4,16 0,10 12,40 10,40 9,00 9,20 9,40 0,071 6,00 6,36 3,40 3,60 13,06 0,056 2,70 1,72 2,00 1,00 11,36 denko 2,00 1,36 2,80 2,40 13,80 suma 84,00 85,70 86,00 88,00 62,26 zawartość 16,00 14,30 14,00 12,00 37,74 lepiszcza,% numery Sit 0,20/0, l 0/0, 16 0,20/0,32/0, l o 0,20/0,32/0,40 0,20/0,32/0,40 denko/0,07 1/ frakcji głównej /0,056 wskaźnik jed- 61 64 66 68 61 norodno ści,% zawartość gli- 8,14 7,71 7,40 6,90 16,00 ny aktywnej,% straty 5,24 3,77 5,15 4,90 15,17 prażenia,% wilgotność,% 2,24 2,15 2,10 2,05 5,25
93 W wyniku regeneracji mechanicznej masy odwałowej w ZO WIF AMA odzyskuje s ię materiał o obniżo nej ilości lepiszcza i podziarna, zawierający zbliżone do świeżej masy formierskiej ilości gliny aktywnej oraz pyłu węglowego. Dodatek regeneratu przy sporządzaniu mas formierskich odświeżanych pozwolił na ograniczenie dodatku świeżego piasku, bentonitu i pyłu węglowego, przy utrzymaniu własności technologicznych mas zgodnych z wymaganiami zakładowej instrukcji technologicznej. Istnieje możliwość dalszego zwiększenia udziału regeneratu w masie odświeżanej i zmniej szenia dodatku świeżego piasku. Wiąże się to ze zwiększeniem wielkości ziarn piasku stosowanego na rdzenie. Po roku stosowania regeneracji uzyskano następujące efekty wymierne. Zużycie na l t Zużycie na l t Wielkość Materiał dobrego dobrego Cena średnia produkcji w Efekt odlewu przed odlewu po w 1994 r 1994 r regeneracją regeneracji /kg/ /kg/ zł/kg /Mg/ /z l/ --- -- -- ~ ---- - - piasek 700,00 444,00 0,0!7 2836,0 12342,27 kwarcowy -- bentonit!23,75 72,85 0,630 2836,0 90942,01 1---- pył węglowy 40,45 20,89 0,264 2836,0 14644,65 c.- Suma : 117928,93 Dodatkowe efekty uzyskane z tytułu ograniczenia o l 025 Mg zrzutów masy odwałowej na wysypisko wy no s iły w 1994 r około 9!73, 75 zł. Razem efekty wymierne zastosowania regeneracji za rok 1994 wynoszą około 127.102 zł Zastosowanie regeneracji masy o dwałowej ohmżyło ilość wad w odlewach, które nie uw zg lędnwno przy obliczaniu efektów ekonomicznych Dz1ęki zastosowamu obudów poszczególnych urząd zeń do regeneracji, a także niektórych ciągów trensportowych zu żyt ej masy 1 podłączeniu 1ch do instalacji filtrującej powietrza uzyskano wyraź n e obn1zemc zapylema powietrza w tej czę ś ci hali Odlewni. W Odlewni zmmejszeniu ul eg ł o zuzyc1e gazu stosowanego dotychczas do suszenia większych ilości św i eżego p1asku d zięki cz.::mu z mniej szy ł a s 1 ę ilość gazów 1 pyłów emitowanych z suszarek p1asku W oddanej do użytku hnn regeneracji mechamcznej uzysk regeneratu w stosunku do nadawy odwałowej masy wynosi od 93 do 97% i Jest uzależniony w znacznym stopniu od mtensywno śc 1 odpylama Regenerat zachowuje wysoką zawartoś ć gliny aktywnej i pyłu w9glowego W odróznien1u od wielu firm zachodmch oferugcych złożo ne metody regeneracji mas lornllerskjch bentonitowych. s tarając yc h s1ę oczyśc ić ziarna p1asku ze spoiwa w maksymalnym stopniu, w rozwiązaniu regeneracji zastosowanym w ZO WIF AMA starano się oczyścić ziarna piasku tylko z części spoiwa meaktywnego, zac h owując maksymalną ilość spoiwa aktywnego. Z badań Instytutu Odlewmctwa w Krakowie 1 danych literaturowych [2], [3 J wynika, że zastosowani e nawet najbardziej intensywnych metod regeneracji takich Jak termicznych czy wodnych do mas formierskich bentonitowych, nie gwarantuje uzyskania regeneratu, który mo że w p e łni być zastosowany w miejsce świeżego piasku do mas rdzeniowych W przypadku
94 gdy udział rdzeni w stosunku do masy formierskiej" jest niewielki, zastosowanie drogich metod regeneracji, takich jak termiczna czy mokra wydaje się niecelowe. Wykonane w trakcie realizacji projektu celowego badania wykazały, ż~ przez zastosowanie suszenia zużytej masy formierskiej w czasie regeneracji możliwe jest nieco lepsze oczyszczenie ziarn piasku. Jednak proces suszenia wpływa na zmniejszenie uzysku regeneratu, zwiększenia ilości odpadowych pyłów i na większą utratę zdolności wiążących bentonitu. LITERATURA [l J. Projekt Celowy KBN nr 772389 92 C/090 l pt. Ekologiczna technologia regeneracji bentonitowych mas formierskich - praca zbiorowa. [2]. Izdebska-Szanda i inni: Ocena fizyko-chemicznych własności mieszanin zużytych mas formierskich ze spoiwami organicznymi 1 nieorganicznymi, poddanych regeneracjj mechanicznej. Prace Instytutu Odlewnictwa, 1993, z.l-2. (3]. Sympozjum w Instytucie Odlewnictwa pt: Odlewnicze technologie jutra (firmy Kuttner), l O. l 994 Kraków TECHNICAL AND ECONOMIC ASPECTS OF THE BENTONITE SAND RECLAMA TION PROCESS ABSTRAKT The technology o f moulding and co re san d preparation i s disclosed. and t he newly constructcd installation for their reclamation in a mechanical process at the Wifama Foundry Plant in Lód ż i s described. T he technical and technological characteristics o f t he reclaim and an effect o f t he applied reclamation process on further unprovement in economic and ecological conditions are related.