Odlewnia jest główną bazą zakupową dla inżynierii mechanicznej. Około 40% wszystkich półfabrykatów stosowanych w inżynierii mechanicznej jest produkowanych metodą odlewania. Jednak odlewnia jest jedną z najbardziej nieprzyjaznych dla środowiska.
Odlewnia wykorzystuje ponad 100 procesów technologicznych, ponad 40 rodzajów spoiw oraz ponad 200 powłok nieprzywierających.
Doprowadziło to do tego, że w powietrzu obszaru pracy znajduje się do 50 substancji niebezpiecznych, regulowanych normy sanitarne... Podczas produkcji 1 tony odlewów żeliwnych wyróżniają się:
10..30 kg - kurz;
200..300 kg - tlenek węgla;
1..2 kg - tlenek azotu i siarka;
0.5..1.5 d - fenol, formaldehyd, cyjanki itp .;
3 m 3 - zanieczyszczone ścieki mogą dostać się do zbiornika wodnego;
0.7..1.2 t - mieszanki odpadów na wysypisku.
Większość odpadów odlewniczych to zużyte piaski formierskie i rdzeniowe oraz żużel. Utylizacja tej produkcji odlewniczej odpadów jest najbardziej istotna, ponieważ kilkaset hektarów powierzchni ziemi zajmują mieszanki eksportowane corocznie na składowiska w rejonie Odessy.
W celu ograniczenia zanieczyszczenia gleby różnymi odpadami przemysłowymi w praktyce ochrony zasoby ziemi przewiduje się następujące działania:
sprzedaż;
usuwanie przez spalanie;
pochówek na specjalnych składowiskach;
organizacja ulepszonych składowisk.
Wybór metody unieszkodliwiania i unieszkodliwiania odpadów zależy od ich skład chemiczny oraz stopień oddziaływania na środowisko.
Odpady z przemysłu metalurgicznego, hutniczego, węglowego zawierają więc cząstki piasku, skał i zanieczyszczeń mechanicznych. W związku z tym hałdy zmieniają strukturę, właściwości fizykochemiczne i skład mechaniczny gleby.
Wymienione odpady wykorzystywane są do budowy dróg, zasypywania wyrobisk i urabianych kamieniołomów po odwodnieniu. Jednocześnie nie podlegają utylizacji odpady z zakładów budowy maszyn i zakładów chemicznych zawierające sole metali ciężkich, cyjanki, toksyczne związki organiczne i nieorganiczne. Odpady tego typu gromadzone są w kolektorach osadów, po czym są uzupełniane, ubijane i zazielenione miejsce pochówku.
Fenol- najbardziej niebezpieczny toksyczny związek występujący w masach formierskich i rdzeniowych. Jednocześnie badania pokazują, że większość mieszanin zawierających fenol, które przeszły przez odlewanie, praktycznie nie zawiera fenolu i nie stanowi zagrożenia dla środowiska. Ponadto fenol, pomimo swojej wysokiej toksyczności, szybko rozkłada się w glebie. Analiza spektralna zużytych mieszanin na innych rodzajach lepiszcza wykazała brak szczególnie niebezpiecznych pierwiastków: Hg, Pb, As, F i metale ciężkie. Oznacza to, że jak wynika z obliczeń danych badawczych, zużyte masy formierskie nie stanowią zagrożenia dla środowiska i nie wymagają specjalnych zabiegów przy ich utylizacji. Negatywnym czynnikiem jest samo istnienie hałd, które tworzą nieestetyczny krajobraz, zakłócają krajobraz. Ponadto kurz wywiewany przez wiatr ze składowisk zanieczyszcza środowisko. Nie można jednak powiedzieć, że problem zrzutów nie jest rozwiązany. W odlewni znajduje się szereg urządzeń technologicznych pozwalających na regenerację mas formierskich i wielokrotne wykorzystanie ich w cyklu produkcyjnym. Istniejące metody regeneracji tradycyjnie dzieli się na mechaniczne, pneumatyczne, termiczne, hydrauliczne i kombinowane.
Według Międzynarodowej Komisji Regeneracji Piasków w 1980 r. na 70 przebadanych odlewni Zachodnia Europa a Japan 45 używało mechanicznych jednostek odzysku.
Jednocześnie odlewnicze mieszanki odpadowe są dobrym surowcem na materiały budowlane: cegły, silikatbeton i wyroby z niego wykonane, zaprawy, asfaltobeton do nawierzchni drogowych, do wysypywania torów kolejowych.
Badania przeprowadzone przez naukowców ze Swierdłowska (Rosja) wykazały, że odpady odlewnicze unikalne właściwości: potrafią przerabiać osady ściekowe (do tego nadają się istniejące wysypiska odlewni); chronić konstrukcje stalowe przed korozją gleby. Specjaliści fabryki ciągników przemysłowych w Czeboksary (Rosja) zastosowali pyłopodobne odpady regeneracji jako dodatek (do 10%) w produkcji cegieł silikatowych.
Wiele hałd odlewniczych jest wykorzystywanych jako surowce wtórne w samej odlewni. Na przykład żużel stalowniczy kwaśny i żużel żelazochromowy są wykorzystywane w technologii formowania ślizgowego w odlewaniu metodą traconego wosku.
W niektórych przypadkach odpady z przemysłu maszynowego i metalurgicznego zawierają znaczne ilości związki chemiczne, które mogą być cenne jako surowce i wykorzystywane jako dodatek do wsadu.
Rozważane kwestie poprawy sytuacja ekologiczna w produkcji części odlewanych pozwala stwierdzić, że w odlewni możliwe jest kompleksowe rozwiązywanie bardzo złożonych problemów środowiskowych.
OświetlonymiprodukcjaOdstvo, jednej z branż, której produktem są odlewy otrzymywane w formach odlewniczych po wypełnieniu ciekłym stopem. Średnio około 40% (wagowo) półfabrykatów części maszyn wytwarzanych jest metodami odlewniczymi, aw niektórych gałęziach budowy maszyn, np. w budowie maszyn, udział odlewów wynosi 80%. Spośród wszystkich produkowanych kęsów odlewanych inżynieria mechaniczna zużywa około 70%, przemysł metalurgiczny - 20%, produkcja urządzeń sanitarnych - 10%. Części odlewane znajdują zastosowanie w maszynach do obróbki metali, silnikach spalinowych, sprężarkach, pompach, silnikach elektrycznych, turbinach parowych i hydraulicznych, walcowniach oraz w przemyśle rolniczym. samochody, samochody, traktory, lokomotywy, wagony. Powszechne stosowanie odlewów tłumaczy się tym, że łatwiej jest ich kształtem przybliżyć do konfiguracji produkt końcowy niż kształt półfabrykatów wytwarzanych innymi metodami, np. kuciem. Odlewanie może wytwarzać przedmioty o różnej złożoności z małymi naddatkami, co zmniejsza zużycie metalu, zmniejsza koszty obróbki i ostatecznie obniża koszty produktów. Z odlewania można wytwarzać produkty o niemal każdej wadze - od kilku g do setek T, ze ścianami z dziesiątych części ułamka mm do kilku m. Główne stopy, z których wykonywane są odlewy: żeliwo szare, ciągliwe i stopowe (do 75% masy wszystkich odlewów), stale węglowe i stopowe (ponad 20%) oraz stopy metali nieżelaznych (miedź, aluminium, cynk i magnez) . Zakres zastosowania części odlewanych stale się poszerza.
Odpady odlewnicze.
Klasyfikacja odpadów produkcyjnych jest możliwa według różnych kryteriów, wśród których za główne można uznać:
według branży - czarny i metalurgia metali nieżelaznych, wydobycie rud i węgla, ropy i gazu itp.
według składu fazowego - stały (pył, szlam, żużel), ciecz (roztwory, emulsje, zawiesiny), gaz (tlenki węgla, azot, związki siarki itp.)
według cykli produkcyjnych - podczas wydobycia surowców (nadkład i skały owalne), podczas wzbogacania (odpady, szlamy, szlamy), w pirometalurgii (żużle, szlamy, pyły, gazy), w hydrometalurgii (roztwory, osady, gazy).
W zakładzie metalurgicznym z zamkniętym cyklem (żeliwo - stal - walcowany metal) odpady stałe mogą być dwojakiego rodzaju - pył i żużel. Często stosuje się oczyszczanie na mokro gazem, wtedy szlam jest odpadem zamiast pyłu. Najcenniejsze dla hutnictwa żelaza są odpady zawierające żelazo (pył, szlam, zgorzelina), natomiast żużle wykorzystywane są głównie w innych gałęziach przemysłu.
Podczas pracy głównych jednostek hutniczych powstaje większa ilość drobno zdyspergowanego pyłu składającego się z tlenków różnych pierwiastków. Ten ostatni jest wychwytywany przez oczyszczalnie gazu, a następnie kierowany do kolektora osadu lub kierowany do dalszego przerobu (głównie jako składnik wsadu spiekalniczego).
Przykłady odpadów odlewniczych:
Piasek wypalany w odlewni
Żużel z pieca łukowego
Złom metali nieżelaznych i żelaznych
Oleje odpadowe (oleje odpadowe, smary)
Piasek formierski wypalony (ziemia formierska) to odpad odlewniczy, który pod względem właściwości fizycznych i mechanicznych zbliżony jest do gliny piaszczystej. Powstały w wyniku odlewania metodą piaskową. Składa się głównie z piasku kwarcowego, bentonitu (10%), dodatków węglanowych (do 5%).
Wybrałem ten rodzaj odpadów, ponieważ utylizacja zużytej masy formierskiej jest jedną z najważniejszych kwestii w odlewnictwie z punktu widzenia ochrony środowiska.
Materiały do formowania muszą być głównie ogniotrwałe, przepuszczalne dla gazów i plastyczne.
Ogniotrwałość materiału do formowania to jego zdolność do nie stapiania się i spiekania w kontakcie z roztopionym metalem. Najbardziej dostępnym i tanim materiałem formierskim jest piasek kwarcowy (SiO2), który jest wystarczająco ogniotrwały do odlewania najbardziej ogniotrwałych metali i stopów. Spośród zanieczyszczeń towarzyszących SiO2 szczególnie niepożądane są alkalia, które działając na SiO2, podobnie jak topniki, tworzą z nim związki topliwe (krzemiany), które przyklejają się do odlewu i utrudniają jego czyszczenie. Podczas topienia żeliwa i brązu szkodliwe zanieczyszczenia, szkodliwe zanieczyszczenia w piasku kwarcowym nie powinny przekraczać 5-7%, a dla stali - 1,5-2%.
Przepuszczalność gazu przez materiał do formowania to jego zdolność do przepuszczania gazów. Przy słabej przepuszczalności gazu przez ziemię formierską, w odlewie mogą tworzyć się kieszenie gazowe (zwykle kuliste) i powodować wady odlewu. Skorupy znajdują się podczas późniejszej obróbki odlewu, gdy górna warstwa metalu jest usuwana. Przepuszczalność gazowa ziemi formierskiej zależy od jej porowatości pomiędzy poszczególnymi ziarnami piasku, kształtu i wielkości tych ziaren, ich jednorodności oraz od ilości gliny i wilgoci w niej zawartej.
Piasek o okrągłych ziarnach ma wyższą przepuszczalność gazów niż piasek o okrągłych ziarnach. Drobne ziarna, znajdujące się pomiędzy dużymi, również zmniejszają przepuszczalność gazów przez mieszankę, zmniejszając porowatość i tworząc małe kręte kanaliki, które utrudniają ulatnianie się gazów. Glina ze swoimi niezwykle drobnymi ziarnami zatyka pory. Nadmiar wody również zatyka pory, a dodatkowo odparowując w kontakcie z rozgrzanym metalem wlewanym do formy, zwiększa się ilość gazów, które muszą przejść przez ścianki formy.
Wytrzymałość mieszanki formierskiej polega na zdolności do zachowania nadanego jej kształtu, opierania się działaniu sił zewnętrznych (wstrząs, uderzenie strumienia ciekłego metalu, ciśnienie statyczne metalu wlewanego do formy, ciśnienie gazów uwalnianych z formy forma i metal podczas odlewania, nacisk spowodowany skurczem metalu itp.).
Wytrzymałość masy formierskiej wzrasta wraz ze wzrostem wilgotności do określonej granicy. Wraz z dalszym wzrostem ilości wilgoci wytrzymałość maleje. W obecności zanieczyszczeń gliniastych („piasek płynny”) w piasku formierskim wytrzymałość wzrasta. Tłusty piasek wymaga większej wilgotności niż piasek o niskiej zawartości gliny ("chudy piasek"). Im drobniejsze ziarno piasku i im bardziej kanciasty kształt, tym większa wytrzymałość piasku. Cienką warstwę spajającą pomiędzy poszczególnymi ziarnami piasku uzyskuje się poprzez dokładne i ciągłe mieszanie piasku z gliną.
Plastyczność mieszanki formowalnej to zdolność do łatwego postrzegania i dokładnego utrzymywania kształtu modelu. Plastyczność jest szczególnie potrzebna przy wytwarzaniu odlewów artystycznych i skomplikowanych, aby odtworzyć najdrobniejsze szczegóły modelu i zachować ich odcisk podczas odlewania metalu. Im drobniejsze ziarna piasku i im bardziej równomiernie otoczone są warstwą gliny, tym lepiej wypełniają najdrobniejsze szczegóły powierzchni modelu i zachowują swój kształt. Przy nadmiernej wilgoci wiążąca glina upłynnia się, a plastyczność gwałtownie spada.
Podczas składowania odpadowych mas formierskich na składowisku dochodzi do zapylenia i zanieczyszczenia środowiska.
Aby rozwiązać ten problem, proponuje się regenerację zużytych mas formierskich.
Specjalne dodatki. Jednym z najczęstszych rodzajów wad odlewniczych jest wypalanie masy formierskiej i rdzeniowej do odlewu. Przyczyny wypalania są różne: niewystarczająca ogniotrwałość mieszanki, gruboziarnisty skład mieszanki, niewłaściwy dobór farb nieprzywierających, brak specjalnych dodatków nieprzywierających w mieszaninie, słaba jakość zabarwienia form, itp. Istnieją trzy rodzaje wypalania: termiczne, mechaniczne i chemiczne.
Wypalenie termiczne jest stosunkowo łatwe do usunięcia podczas czyszczenia odlewów.
Przypalenie mechaniczne powstaje w wyniku wnikania wytopu w pory masy formierskiej i może być usuwane wraz ze skorupą stopową zawierającą zaimpregnowane ziarna tłoczywa.
Wypalanie chemiczne to formacja cementowana przez niskotopliwe związki typu żużla, powstające w wyniku oddziaływania materiałów formierskich ze stopem lub jego tlenkami.
Oparzenia mechaniczne i chemiczne są albo usuwane z powierzchni odlewów (konieczny jest duży nakład energii), albo odlewy są ostatecznie odrzucane. Zapobieganie wypalaniu polega na wprowadzeniu do masy formierskiej lub rdzeniowej specjalnych dodatków: mielonego węgla, wiórów azbestowych, oleju opałowego itp. talku), które w wysokich temperaturach nie wchodzą w interakcję ze stopionymi tlenkami lub materiałami tworzącymi środowisko (mielony węgiel, olej opałowy) w formie podczas jej nalewania.
Mieszanie i nawilżanie. Składniki masy formierskiej są dokładnie wymieszane na sucho w celu równomiernego rozprowadzenia cząstek gliny w całej masie piasku. Następnie mieszankę zwilża się dodając odpowiednią ilość wody i ponownie miesza tak, aby każda z drobinek piasku była pokryta warstwą gliny lub innego spoiwa. Nie zaleca się zwilżania składników mieszanki przed mieszaniem, ponieważ piaski o dużej zawartości gliny zwijają się w małe kulki, które są trudne do rozluźnienia. Ręczne mieszanie dużych ilości materiałów to duża i czasochłonna praca. W nowoczesnych odlewniach mieszanki składowe są mieszane podczas ich przygotowania w mieszarkach ślimakowych lub rynnach mieszających.
Specjalne dodatki do mas formierskich. Do mas formierskich i rdzeniowych wprowadzane są specjalne dodatki, które zapewniają specjalne właściwości mieszanki. I tak np. śrut żeliwny wprowadzony do masy formierskiej zwiększa jej przewodność cieplną i zapobiega powstawaniu luzów skurczowych w masywnych węzłach odlewów podczas ich krzepnięcia. Trociny drzewne i torf wprowadzane są do mieszanek przeznaczonych do produkcji form i prętów poddawanych suszeniu. Po wysuszeniu dodatki te, zmniejszając objętość, zwiększają przepuszczalność gazów i giętkość form i rdzeni. Soda kaustyczna jest wprowadzana do mas formierskich szybkoutwardzalnych na płynnym szkle w celu zwiększenia trwałości mieszanki (eliminacja zbrylania się mieszanki).
Przygotowanie mas formierskich. Jakość odlewów artystycznych w dużej mierze zależy od jakości mieszanki formierskiej, z której przygotowywana jest forma odlewnicza. Dlatego też dobór materiałów formierskich do mieszanki i jej przygotowanie w procesie technologicznym otrzymywania odlewu ma ogromne znaczenie. Mieszankę formowalną można przygotować ze świeżych materiałów formowalnych i zużytych form z niewielkim dodatkiem świeżych materiałów.
Proces przygotowania mas formierskich ze świeżych mas formierskich składa się z następujących operacji: przygotowanie mas (dobór mas formierskich), mieszanie składników masy na sucho, zwilżanie, mieszanie po zwilżeniu, leżakowanie, spulchnianie.
Kompilacja. Wiadomo, że piaski formierskie spełniające wszystkie właściwości technologiczne masy formierskiej rzadko występują w warunkach naturalnych. Dlatego mieszanki z reguły przygotowuje się poprzez dobór piasków o różnej zawartości gliny, tak aby powstała mieszanina zawierała wymaganą ilość gliny i posiadała wymagane właściwości przetwórcze. Ten wybór materiałów do przygotowania mieszanki nazywa się mieszaniem.
Mieszanie i nawilżanie. Składniki masy formierskiej są dokładnie wymieszane na sucho w celu równomiernego rozprowadzenia cząstek gliny w całej masie piasku. Następnie mieszankę zwilża się dodając odpowiednią ilość wody i ponownie miesza tak, aby każda z drobinek piasku była pokryta warstwą gliny lub innego spoiwa. Nie zaleca się zwilżania składników mieszanki przed mieszaniem, ponieważ piaski o dużej zawartości gliny zwijają się w małe kulki, które są trudne do rozluźnienia. Ręczne mieszanie dużych ilości materiałów to duża i czasochłonna praca. W nowoczesnych odlewniach składniki mieszanki podczas jej przygotowania miesza się w mieszarkach ślimakowych lub rynnach mieszających.
Mieszalniki posiadają nieruchomą misę i dwie gładkie rolki osadzone na poziomej osi pionowego wału połączonego przekładnią stożkową z przekładnią silnika elektrycznego. Pomiędzy wałkami a dnem dzieży wykonana jest regulowana szczelina, która zapobiega kruszeniu ziaren mieszanki przez wałki, plastyczność, przepuszczalność gazów i ognioodporność. Aby przywrócić utracone właściwości, do mieszanki dodaje się 5-35% świeżych materiałów formierskich. Taka operacja przygotowania masy formierskiej nazywana jest zwykle odświeżaniem mieszanki.
Proces przygotowania mieszanki formierskiej ze zużytej mieszanki składa się z następujących operacji: przygotowanie zużytej mieszanki, dodanie świeżych materiałów formierskich do zużytej mieszanki, wymieszanie na sucho, zwilżenie, wymieszanie składników po zwilżeniu, utwardzenie, rozluźnienie.
Istniejąca firma Heinrich Wagner Sinto z koncernu Sinto produkuje seryjnie nową generację linii formierskich serii FBO. Na nowych maszynach produkowane są formy bezskrzynkowe z poziomą płaszczyzną dzieloną. Ponad 200 tych maszyn z powodzeniem działa w Japonii, USA i innych krajach świata.” Przy rozmiarach form od 500 x 400 mm do 900 x 700 mm, maszyny formierskie FBO mogą wyprodukować od 80 do 160 form na godzinę.
Zamknięta konstrukcja zapobiega rozsypywaniu się piasku i zapewnia wygodne i czyste miejsce pracy. Podczas opracowywania systemu uszczelniającego i urządzeń transportowych, dołożono wszelkich starań, aby ograniczyć poziom hałasu do minimum. Fabryki FBO spełniają wszystkie wymagania środowiskowe dotyczące nowego sprzętu.
System napełniania piaskiem pozwala na wykonanie precyzyjnych form z bentonitowego spoiwa. Automatyczny mechanizm regulacji docisku urządzenia podającego i dociskającego piasek zapewnia równomierne zagęszczenie mieszanki i gwarantuje wysokiej jakości produkcję skomplikowanych odlewów z głębokimi kieszeniami i małą grubością ścianek. Ten proces zagęszczania umożliwia niezależne zmienianie wysokości górnej i dolnej połowy formy. Zapewnia to znacznie mniejsze zużycie mieszanki, co oznacza bardziej ekonomiczną produkcję dzięki optymalnemu stosunkowi metalu do formy.
Ze względu na skład i stopień oddziaływania na środowisko zużyte masy formierskie i rdzeniowe dzielą się na trzy kategorie zagrożenia:
Jestem praktycznie bezwładny. Mieszaniny zawierające glinę, bentonit, cement jako spoiwo;
II - odpady zawierające substancje biochemicznie utlenialne. Są to mieszanki po wylaniu, w których spoiwem są kompozycje syntetyczne i naturalne;
III - odpady zawierające substancje niskotoksyczne, słabo rozpuszczalne w wodzie. Są to mieszanki płynne szkła, masy niewyżarzane – żywice, mieszanki utwardzane związkami metali nieżelaznych i ciężkich.
W przypadku oddzielnego składowania lub zakopywania, składowiska mieszanek odpadów powinny być zlokalizowane w odizolowanych, wolnych od zabudowy miejscach, umożliwiających realizację działań wykluczających możliwość zanieczyszczenia osiedli. Składowiska powinny być umieszczane na obszarach o słabo filtrujących glebach (glina, sulinka, łupek).
Odpadowy piasek formierski, wytrącony z kolb, przed ponowne użycie musi być wstępnie przetworzony. W odlewniach niezmechanizowanych przesiewa się go na zwykłym sicie lub w mobilnej mieszarni, gdzie oddzielane są cząstki metalu i inne zanieczyszczenia. W warsztatach zmechanizowanych zużyta mieszanka jest podawana spod wybijanego rusztu przenośnikiem taśmowym do działu przygotowania mieszanki. Duże grudki mieszanki powstałe po ubiciu form są zwykle ugniatane wałkami gładkimi lub rowkowanymi. Cząsteczki metalu oddzielane są separatorami magnetycznymi zainstalowanymi w miejscach, w których zużyta mieszanina jest przenoszona z jednego przenośnika na drugi.
Regeneracja spalonej ziemi
Ekologia pozostaje poważnym problemem dla odlewni, gdyż przy produkcji jednej tony odlewów ze stopów żelaznych i nieżelaznych około 50 kg pyłu, 250 kg tlenku węgla, 1,5-2,0 kg tlenku siarki, 1 kg węglowodorów wydany.
Wraz z pojawieniem się technologii kształtowania z użyciem mieszanin ze spoiwami z żywic syntetycznych różnych klas, szczególnie niebezpieczne jest uwalnianie fenoli, węglowodorów aromatycznych, formaldehydów, rakotwórczego i amoniakalnego benzopirenu. Udoskonalanie odlewni musi mieć na celu nie tylko rozwiązywanie problemów ekonomicznych, ale przynajmniej tworzenie warunków dla działalności i życia człowieka. Według szacunków ekspertów, dziś technologie te powodują do 70% zanieczyszczenia środowiska z odlewni.
Oczywiście w warunkach odlewniczych objawia się niekorzystny skumulowany efekt złożonego czynnika, w którym gwałtownie wzrasta szkodliwe działanie każdego pojedynczego składnika (kurz, gazy, temperatura, wibracje, hałas).
Działania modernizacyjne w odlewni są następujące:
wymiana żeliwiaków na piece indukcyjne niskiej częstotliwości (przy zmniejszaniu wielkości szkodliwych emisji: pyłu i dwutlenku węgla ok. 12-krotnie, dwutlenku siarki ok. 35-krotnie)
wprowadzenie do produkcji mieszanek niskotoksycznych i nietoksycznych
instalacja skuteczne systemy wychwytywanie i neutralizowanie emitowanych szkodliwych substancji
debugowanie sprawnej pracy systemów wentylacyjnych
korzystanie z nowoczesnego sprzętu o obniżonych wibracjach
regeneracja zużytych mieszanin w miejscach ich powstawania
Ilość fenoli w mieszankach wysypiskowych przewyższa zawartość innych substancji toksycznych. Fenole i formaldehydy powstają podczas termicznej destrukcji mas formierskich i rdzeniowych, w których spoiwem są żywice syntetyczne. Substancje te są dobrze rozpuszczalne w wodzie, co stwarza niebezpieczeństwo przedostania się ich do wód powierzchniowych (deszcz) lub gruntowych.
Utylizacja zużytej masy formierskiej po jej wyrzuceniu na wysypisko jest nieopłacalna ekonomicznie i ekologicznie. Najbardziej racjonalnym rozwiązaniem jest regeneracja mieszanek utwardzanych na zimno. Głównym celem regeneracji jest usunięcie warstw spoiwa z ziaren piasku kwarcowego.
Najbardziej rozpowszechniona jest mechaniczna metoda regeneracji, w której na skutek mechanicznego rozdrabniania mieszanki następuje oddzielenie warstewek spoiwa od ziaren piasku kwarcowego. Folie wiążące rozpadają się, zamieniają w pył i są usuwane. Zregenerowany piasek trafia do dalszego wykorzystania.
Schemat procesu regeneracji mechanicznej:
wybijanie formy (forma odlewana jest podawana do wybijanej tkaniny kratowej, gdzie ulega zniszczeniu w wyniku wstrząsów wibracyjnych.);
kruszenie kawałków masy formierskiej i mechaniczne rozdrabnianie mieszanki (Mieszanka przepuszczona przez wybijany ruszt trafia do systemu sit szorujących: sito stalowe na duże grudki, sito klinowe oraz drobnoziarnisty sortownik sitowy. -w systemie sitowym rozdrabnia masę formierską do wymaganej wielkości oraz odsiewa cząstki metalu i inne duże wtrącenia.);
chłodzenie regeneratu (winda wibracyjna zapewnia transport gorącego piasku do chłodnicy/odpylacza.);
pneumatyczny transfer zregenerowanego piasku do sekcji formierskiej.
Technologia regeneracji mechanicznej zapewnia możliwość ponownego wykorzystania od 60-70% (proces Alpha-set) do 90-95% (proces Furan) zregenerowanego piasku. Jeżeli dla procesu Furan wskaźniki te są optymalne, to dla procesu Alpha-set ponowne wykorzystanie regeneratu tylko na poziomie 60-70% jest niewystarczające i nie rozwiązuje problemów środowiskowych i ekonomicznych. W celu zwiększenia procentowego wykorzystania zrekultywowanego piasku można zastosować regenerację termiczną mieszanek. Piasek regenerowany nie ustępuje jakością piaskowi świeżemu, a nawet go przewyższa dzięki aktywacji powierzchni ziaren i przedmuchiwaniu frakcji pylistych. Piece termoregeneracyjne działają na zasadzie złoża fluidalnego. Odzyskany materiał jest podgrzewany palnikami bocznymi. Ciepło gazów spalinowych jest wykorzystywane do ogrzania powietrza dostarczanego do formowania złoża fluidalnego oraz do spalania gazu do ogrzania zregenerowanego piasku. Do chłodzenia mas regenerowanych stosowane są instalacje fluidalne wyposażone w wodne wymienniki ciepła.
Podczas regeneracji termicznej mieszanki są podgrzewane w środowisku utleniającym w temperaturze 750-950 ºС. W tym przypadku dochodzi do wypalenia warstw substancji organicznych z powierzchni ziaren piasku. Pomimo wysokiej wydajności procesu (możliwe wykorzystanie do 100% regenerowanej mieszanki) ma on następujące wady: złożoność sprzętu, wysokie zużycie energii, niska wydajność, wysoki koszt.
Wszystkie mieszanki przed regeneracją przechodzą wstępne przygotowanie: separację magnetyczną (inne rodzaje czyszczenia ze złomu niemagnetycznego), kruszenie (w razie potrzeby), przesiewanie.
Wraz z wprowadzeniem procesu regeneracji ilość odpadów stałych wrzucanych na składowisko zmniejsza się kilkukrotnie (czasami są one całkowicie eliminowane). Ilość szkodliwych emisji do atmosfery wraz ze spalinami i zapylonym powietrzem z odlewni nie wzrasta. Wynika to po pierwsze z dość wysokiego stopnia spalania szkodliwych składników podczas regeneracji termicznej, a po drugie z wysokiego stopnia oczyszczenia spalin i powietrza wylotowego z pyłów. Do wszystkich rodzajów regeneracji stosuje się podwójne oczyszczanie spalin i powietrza wywiewanego: do termiczno – odśrodkowych cyklonów i odpylaczy mokrych, do mechaniczno – odśrodkowych cyklonów i filtrów workowych.
Wiele zakładów budowy maszyn posiada własne odlewnie, które wykorzystują ziemię formierską do produkcji odlewanych części metalowych do produkcji form odlewniczych i rdzeni. Po zastosowaniu form odlewniczych powstaje ziemia palona, której utylizacja ma duże znaczenie gospodarcze. Ziemia do formowania składa się w 90-95% z wysokiej jakości piasku kwarcowego oraz niewielkich ilości różnych dodatków: bentonitu, miału węglowego, sody kaustycznej, płynnego szkła, azbestu itp.
Regeneracja wypalonej ziemi powstałej po odlaniu wyrobów polega na usunięciu pyłu, drobnych frakcji i gliny, która pod wpływem wysokiej temperatury podczas napełniania formy metalem utraciła swoje właściwości wiążące. Istnieją trzy sposoby regeneracji spalonej ziemi:
elektro-korona.
Mokry sposób.
Przy regeneracji metodą mokrą wypalona ziemia trafia do systemu kolejnych osadników z bieżącą wodą. Podczas przechodzenia przez osadniki piasek osadza się na dnie basenu, a drobne frakcje są unoszone przez wodę. Piasek jest następnie suszony i zawracany do produkcji w celu wykonania form odlewniczych. Woda trafia do filtracji i oczyszczania, a także wraca do produkcji.
Metoda sucha.
Sucha metoda regeneracji wypalonej ziemi składa się z dwóch następujących po sobie operacji: oddzielenia piasku od dodatków wiążących, co osiąga się poprzez wdmuchiwanie powietrza do bębna wraz z ziemią, oraz usunięcia pyłu i drobnych cząstek poprzez odessanie ich z bębna wraz z powietrzem. Powietrze wydostające się z bębna, zawierające cząsteczki kurzu, jest oczyszczane przez filtry.
Metoda elektrowieńcowa.
W przypadku regeneracji elektro-koronowej zużyta mieszanina jest rozdzielana na cząstki o różnej wielkości za pomocą wysokiego napięcia. Ziarna piasku umieszczone w polu wyładowania elektrokoronowego są naładowane ładunkami ujemnymi. Jeżeli siły elektryczne działające na ziarno piasku i przyciągające je do elektrody zbiorczej są większe niż siła grawitacji, to ziarna piasku osiadają na powierzchni elektrody. Zmieniając napięcie na elektrodach, można rozdzielić przechodzący między nimi piasek na frakcje.
Regeneracja mas formierskich płynnym szkłem odbywa się w sposób szczególny, gdyż przy wielokrotnym stosowaniu mieszanki gromadzi się w niej ponad 1-1,3% alkaliów, co zwiększa wypalanie, zwłaszcza na odlewach żeliwnych. Mieszanka i kamyki są jednocześnie podawane do obracającego się bębna zespołu regeneracyjnego, który wysypując się z łopatek na ścianki bębna, mechanicznie niszczą ciekłą szklaną warstwę na ziarnach piasku. Poprzez regulowane żaluzje powietrze dostaje się do bębna, które wraz z pyłem jest zasysane do mokrego odpylacza. Następnie piasek wraz z kamykami jest podawany na sito bębnowe w celu przesiania kamyków i dużych ziaren z filmami. Dobry piasek z sita jest transportowany do magazynu.
Krywicki V.S.
Źródło: Odlewnia.-1991.-Nr.12.-P.42
Utylizacja odpadów odlewniczych - rzeczywisty problem produkcja metali i racjonalne wykorzystanie zasobów. Podczas topienia duża liczba odpady (40–100 kg na 1 tonę), z których część to żużle denne i zrzuty denne zawierające chlorki, fluorki i inne związki metali, które nie są obecnie wykorzystywane jako surowce wtórne, ale są składowane na wysypiskach. Zawartość metalu w takich wysypiskach wynosi 15 - 45%. W ten sposób tony cennych metali są tracone i muszą zostać zwrócone do produkcji. Ponadto dochodzi do zanieczyszczenia gleby i zasolenia.
Znany w Rosji i za granicą różne sposoby przetwarzanie odpadów zawierających metal, ale tylko niektóre z nich znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle. Trudność polega na niestabilności procesów, czasie ich trwania i niskiej wydajności metalu. Najbardziej obiecujące to:
- Topienie odpadów bogatych w metale z topnikiem ochronnym, mieszanie powstałej masy do dyspersji na małe, jednorodne wielkości i równomiernie rozłożone w objętości stopu, krople metalu, a następnie konselekcja;
-rozcieńczanie pozostałości topnikiem ochronnym i przelewanie przez sito stopionej masy w temperaturze niższej od temperatury tego stopu;
-Rozdrabnianie mechaniczne z sortowaniem skały płonnej;
- Rozpad na mokro przez rozpuszczanie lub rozdzielanie topnika i metalu;
-Wirowanie płynnych pozostałości po wytopie. Doświadczenie przeprowadzono w przedsiębiorstwie produkującym magnez. Przy unieszkodliwianiu odpadów proponuje się wykorzystanie istniejącego wyposażenia odlewni.
Istotą metody dezintegracji na mokro jest rozpuszczanie odpadów w wodzie czystej lub z katalizatorami. W mechanizmie przetwórczym sole rozpuszczalne zamieniają się w roztwór, natomiast sole nierozpuszczalne i tlenki tracą wytrzymałość i kruszą się, część metalowa odpływu dennego jest uwalniana i łatwo oddzielana od części niemetalicznej. Proces ten jest egzotermiczny, przebiega z uwolnieniem dużej ilości ciepła, któremu towarzyszy wrzenie i wydzielanie się gazu. Wydajność metalu w warunkach laboratoryjnych wynosi 18 - 21,5%. Bardziej obiecującą metodą jest wytapianie odpadów. Aby zutylizować odpady o zawartości metalu co najmniej 10%, należy najpierw wzbogacić odpady magnezem z częściowym oddzieleniem części solnej. Odpady ładowane są do stalowego tygla przygotowawczego, dodawany jest topnik (2 - 4% masy wsadu) i topiony. Po stopieniu odpadów płynny stop jest rafinowany specjalnym topnikiem, którego zużycie wynosi 0,5 - 0,7% masy wsadu. Po osadzeniu uzysk dobrego metalu wynosi 75 - 80% jego zawartości w żużlach.
Po odsączeniu metalu pozostaje gęsta pozostałość składająca się z soli i tlenków. Zawartość metalicznego magnezu w nim nie przekracza 3 - 5%. Cel dalsze przetwarzanie odpady polegały na ekstrakcji tlenku magnezu z części niemetalicznej poprzez traktowanie ich wodnymi roztworami kwasów i zasad. Ponieważ w wyniku procesu następuje rozkład konglomeratu, po wysuszeniu i prażeniu można otrzymać tlenek magnezu o zawartości do 10% zanieczyszczeń. Część pozostałej części niemetalicznej można wykorzystać do produkcji ceramiki i materiałów budowlanych. Ta eksperymentalna technologia pozwala na zagospodarowanie ponad 70% masy odpadów wcześniej składowanych na składowiskach.
Podsumowując powyższe, można stwierdzić, że pomimo długotrwałych badań tego problemu, utylizacja i przetwarzanie odpadów przemysłowych nadal nie jest prowadzone na odpowiednim poziomie. O powadze problemu, pomimo wystarczającej liczby rozwiązań, decyduje wzrost poziomu powstawania i akumulacji odpadów przemysłowych. Wysiłki zagranicy ukierunkowane są przede wszystkim na zapobieganie i minimalizowanie wytwarzania odpadów, a następnie na ich recykling, wtórne zastosowanie i rozwój skuteczne metody końcowe przetwarzanie, unieszkodliwianie i ostateczne unieszkodliwianie oraz unieszkodliwianie tylko odpadów nie zanieczyszczających środowiska. Wszystkie te działania niewątpliwie zmniejszają poziom negatywnego wpływu odpadów przemysłowych na przyrodę, ale nie rozwiązują problemu ich postępującej akumulacji w środowisku i w konsekwencji rosnącego niebezpieczeństwa przedostawania się szkodliwych substancji do biosfery pod wpływem działalności człowieka i naturalne procesy.
Odlewnia wykorzystuje odpady z własnej produkcji (zasoby obiegowe) oraz odpady pochodzące z zewnątrz (zasoby towarowe). Podczas przygotowywania odpadów wykonywane są następujące operacje: sortowanie, separacja, cięcie, pakowanie, odwadnianie, odtłuszczanie, suszenie i brykietowanie. Do powtórnego topienia odpadów stosuje się piece indukcyjne. Technologia przetopu zależy od właściwości odpadu – gatunku stopu, wielkości kawałków itp. Szczególną uwagę należy zwrócić na przetopienie wiórów.
STOPY ALUMINIUM I MAGNEZU.
Najbardziej duża grupa odpady aluminiowe składają się z wiórów. Jego udział masowy w całkowitej ilości odpadów sięga 40%. Pierwsza grupa odpadów aluminiowych obejmuje złom i odpady aluminium niestopowego;
w drugiej grupie - złom i odpady stopów do obróbki plastycznej o niskiej zawartości magnezu [do 0,8% (udział masowy)];
w trzecim - złom i odpady stopów do obróbki plastycznej o podwyższonej (do 1,8%) zawartości magnezu;
w czwartym - odpady ze stopów odlewniczych o niskiej (do 1,5%) zawartości miedzi;
w piątym - stopy odlewnicze o wysokiej zawartości miedzi;
w szóstym - stopy odkształcalne o zawartości magnezu do 6,8%;
w siódmym - z zawartością magnezu do 13%;
w ósmym - stopy do obróbki plastycznej o zawartości cynku do 7,0%;
w dziewiątym - stopy odlewnicze o zawartości cynku do 12%;
w dziesiątym - reszta stopów.
Do przetapiania dużych kawałków odpadów stosuje się indukcyjne tygle i elektryczne piece kanałowe.
Rozmiary kawałków wsadu podczas topienia w tyglowych piecach indukcyjnych nie powinny być mniejsze niż 8-10 cm, ponieważ to przy tych rozmiarach kawałków wsadu następuje maksymalne uwalnianie mocy, ze względu na głębokość penetracji prądu. Dlatego nie zaleca się prowadzenia topienia w takich piecach przy użyciu małego wsadu i wiórów, zwłaszcza przy topieniu z wypełnieniem stałym. Duże odpady własnej produkcji mają zwykle podwyższoną oporność elektryczną w porównaniu z pierwotnymi metalami pierwotnymi, co determinuje kolejność ładowania wsadu i kolejność wprowadzania składników w procesie wytopu. Najpierw ładowane są duże grudkowate odpady z własnej produkcji, a następnie (gdy pojawia się płynna kąpiel) - pozostałe składniki. Podczas pracy z ograniczoną nomenklaturą stopów, najbardziej ekonomiczne i wydajne topienie z kąpielą cieczy transferowej - w tym przypadku możliwe jest zastosowanie małego wsadu i wiórów.
W indukcyjnych piecach kanałowych przetapiane są odpady pierwszego gatunku - wadliwe części, wlewki, duże półprodukty. Odpady drugiego gatunku (wióry, odpryski) przetapiane są w tyglu indukcyjnym lub piecach paliwowych z odlewaniem we wlewki. Operacje te wykonywane są w celu zapobieżenia intensywnemu zarastaniu kanałów tlenkami oraz pogorszeniu pracy pieca. Podwyższona zawartość krzemu, magnezu i żelaza w odpadach ma szczególnie negatywny wpływ na zarastanie kanałów. Zużycie energii elektrycznej przy topieniu gęstego złomu i odpadów wynosi 600-650 kWh/t.
Wióry ze stopów aluminium są albo przetapiane, a następnie odlewane we wlewki, albo dodawane bezpośrednio do wsadu podczas przygotowania stopu roboczego.
Podczas ładowania stopu podstawowego wióry są wprowadzane do wytopu w postaci brykietów lub luzem. Brykietowanie zwiększa uzysk metalu o 1,0%, ale wprowadzenie wiórów luzem jest bardziej ekonomiczne. Wprowadzenie ponad 5,0% wiórów do stopu jest niepraktyczne.
Przetapianie wiórów z odlewaniem we wlewki odbywa się w piecach indukcyjnych z „bagnem” z minimalnym przegrzaniem stopu powyżej temperatury likwidusu o 30-40 °C. W trakcie całego procesu topienia do kąpieli wprowadzany jest w małych porcjach, najczęściej o składzie chemicznym,% (ułamek masowy): KCl -47, NaCl-30, NO3AlF6 -23. Zużycie topnika wynosi 2,0-2,5% masy partii. Podczas topienia utlenionych wiórów powstaje duża ilość suchego żużla, tygiel zarasta, a uwalniana moc czynna maleje. Rozrost żużla o grubości 2,0-3,0 cm prowadzi do spadku mocy czynnej o 10,0-15,0% Ilość wstępnie przetopionych wiórów stosowanych we wsadzie może być wyższa niż przy bezpośrednim dodaniu wiórów do stopu.
STOPY OGNIOTRWAŁE.
Do przetopu odpadów stopów ogniotrwałych najczęściej stosuje się piece elektronowe i łukowe o mocy do 600 kW. Najbardziej wydajna technologia ciągłego przetapiania z przelewem, gdy topienie i rafinacja są oddzielone od krystalizacji stopu, a piec zawiera cztery do pięciu działa elektronowe o różnej mocy, rozprowadzane na chłodzonym wodą palenisku, formie i krystalizatorze. Podczas przetapiania tytanu kąpiel płynna ulega przegrzaniu o 150-200 °C powyżej temperatury likwidusu; dziobek spustowy formy jest podgrzewany; forma może być nieruchoma lub obracająca się wokół własnej osi z częstotliwością do 500 obr/min. Topienie następuje pod ciśnieniem resztkowym 1,3-10 ~ 2 Pa. Proces wytapiania rozpoczyna się od stopienia czaszki, po czym wprowadza się złom i elektrodę zużywalną.
Podczas topienia w piecach łukowych stosuje się elektrody dwóch rodzajów: nie zużywające się i zużywalne. W przypadku użycia elektrody nie zużywającej się, ładunek jest ładowany do tygla, najczęściej chłodzonej wodą miedzi lub grafitu; Jako elektrodę stosuje się grafit, wolfram lub inne metale ogniotrwałe.
Przy danej mocy topienie różnych metali różni się szybkością topienia i próżnią roboczą. Topienie dzieli się na dwa okresy – nagrzewanie elektrody tyglem i topienie właściwe. Masa odsączonego metalu jest o 15-20% mniejsza niż masa załadowanego metalu z powodu tworzenia się czaszki. Odpady głównych komponentów to 4,0-6,0% (udział majowy).
STOPY NIKLU, MIEDZI I STOPÓW MIEDZIO-NIKLOWYCH.
W celu uzyskania żelazoniklu przetapia się surowce wtórne stopów niklu w elektrycznych piecach łukowych. Kwarc jest stosowany jako topnik w ilości 5-6% masy partii. Gdy mieszanina topi się, wsad osadza się, dlatego konieczne jest ponowne załadowanie pieca, czasami nawet do 10 razy. Powstające żużle mają zwiększoną zawartość niklu i innych cennych metali (wolframu lub molibdenu). Następnie żużle te są przetwarzane razem z utlenioną rudą niklu. Wydajność żelazoniklu wynosi około 60% masy ładunku stałego.
Do przetwarzania żaroodpornych stopów metali odpadowych prowadzi się wytapianie utleniająco-siarczkowe lub wytapianie ekstrakcyjne w magnezie. V ten drugi przypadek magnez ekstrahuje nikiel, praktycznie nie ekstrahując wolframu, żelaza i molibdenu.
Przetwarzając miedź odpadową i jej stopy, najczęściej otrzymuje się brąz i mosiądz. Wytop brązów cynowych odbywa się w piecach płomiennych; mosiądze - w indukcji. Topienie odbywa się w kąpieli transferowej, której objętość wynosi 35-45% objętości pieca. Podczas topienia mosiądzu ładowane są przede wszystkim wióry i topnik. Wydajność odpowiedniego metalu wynosi 23-25%, wydajność żużli wynosi 3-5% masy wsadu; zużycie energii elektrycznej waha się od 300 do 370 kWh/t.
Przy wytopie brązu cynowego ładowany jest przede wszystkim niewielki wsad - wióry, wytłoczki, siatki; last but not least – złom wielkogabarytowy i odpady w kawałkach. Temperatura metalu przed odlewaniem wynosi 1100-1150 ° C. Wydobycie metalu w gotowe produkty wynosi 93-94,5%.
Brązy bezcynowe topi się w obrotowych piecach refleksyjnych lub indukcyjnych. Aby zapobiec utlenianiu, użyj węgla drzewnego lub kriolitu, fluorytu i sody kalcynowanej. Szybkość przepływu strumienia wynosi 2-4% masy ładunku.
Przede wszystkim do pieca ładowane są topniki i składniki stopowe; last but not least - odpady brązu i miedzi.
Większość szkodliwych zanieczyszczeń w stopach miedzi jest usuwana przez przedmuchanie kąpieli powietrzem, parą lub wprowadzenie kamienia miedzi. Fosfor i lit są używane jako środki odtleniające. Odtlenianie fosforowe mosiądzu nie jest stosowane ze względu na wysokie powinowactwo cynku do tlenu. Odgazowanie stopów miedzi ogranicza się do usunięcia wodoru ze stopu; przeprowadza się przez przedmuchiwanie gazami obojętnymi.
Do topienia stopów miedzi z niklem stosuje się indukcyjne piece kanałowe z wyłożeniem kwasowym. Nie zaleca się dodawania do wsadu wiórów i innych drobnych odpadów bez wstępnego przetopienia. Tendencja tych stopów do nawęglania wyklucza użycie węgla drzewnego i innych materiałów zawierających węgiel.
STOPY CYNKU I LEKKO FUSION.
Przetapianie odpadów stopów cynku (wlewki, wióry, odpryski) odbywa się w piecach płomiennych. Stopy są oczyszczane z zanieczyszczeń niemetalicznych poprzez rafinację chlorkami, przedmuchiwanie gazami obojętnymi i filtrowanie. Podczas rafinacji za pomocą chlorków do stopu wprowadza się za pomocą dzwonu 0,1-0,2% (wagowo) chlorku amonu lub 0,3-0,4% (wagowo) heksachloroetanu w temperaturze 450-470 °C; w tym samym przypadku rafinację można przeprowadzić przez mieszanie stopu aż do ustania oddzielania produktów reakcji. Następnie prowadzi się głębsze oczyszczenie wytopu poprzez filtrację przez drobnoziarniste filtry wykonane z magnezytu, stopu fluorków magnezu i wapnia oraz chlorku sodu. Temperatura warstwy filtrującej wynosi 500°C, jej wysokość 70-100 mm, a wielkość ziarna 2-3 mm.
Przetop odpadowych stopów cyny i ołowiu odbywa się pod warstwą węgla drzewnego w tyglach żeliwnych pieców z dowolnym ogrzewaniem. Powstały metal jest rafinowany z niemetalicznych zanieczyszczeń chlorkiem amonu (dodaj 0,1-0,5%) i filtrowany przez filtry ziarniste.
Przetapianie odpadów kadmu odbywa się w tyglach żeliwnych lub grafitowo-szamotowych pod warstwą węgla drzewnego. Magnez wprowadzany jest w celu zmniejszenia utlenialności i strat kadmu. Warstwa węgla drzewnego jest kilkakrotnie zmieniana.
Konieczne jest przestrzeganie tych samych środków bezpieczeństwa, co podczas topienia stopów kadmu.
3 / 2011_MGSu TNIK
UTYLIZACJA ODPADÓW Z PRODUKCJI LITEWSKIEJ PODCZAS WYTWARZANIA WYROBÓW BUDOWLANYCH
RECYKLING ODPADÓW Z PRODUKCJI ODLEWNICZEJ PRZY PRODUKCJI WYROBÓW BUDOWLANYCH
NOCLEG ZE ŚNIADANIEM. Żarikow, BA Jezerski, H.B. Kuzniecowa, I.I. Sterkhov V. V. Zharikov, V.A. Jezerski, N.V. Kuzniecowa, I.I. Sterhov
W niniejszych badaniach rozważa się możliwość wykorzystania zużytej masy formierskiej do wykorzystania jej w produkcji kompozytowych materiałów i wyrobów budowlanych. Zaproponowano receptury materiałów budowlanych rekomendowanych do otrzymywania cegiełek.
W obecnych badaniach badana jest możliwość recyklingu spełnionej domieszki formującej pod kątem jej wykorzystania w produkcji kompozytowych materiałów i wyrobów budowlanych. Oferowane są mieszanki materiałów budowlanych zalecane do bloczków recepcyjnych.
Wstęp.
W trakcie procesu technologicznego odlewni towarzyszy powstawanie odpadów, których główną objętość stanowią wypraski (OFS) oraz mieszanki rdzeniowe i żużel. Obecnie do 70% tych odpadów jest utylizowanych rocznie. Magazynowanie odpadów przemysłowych dla samych przedsiębiorstw staje się ekonomicznie nieopłacalne, ponieważ ze względu na zaostrzenie przepisów dotyczących ochrony środowiska za tonę odpadów trzeba zapłacić podatek ekologiczny, którego wysokość zależy od rodzaju składowanych odpadów. W związku z tym pojawia się problem utylizacji nagromadzonych odpadów. Jedną z możliwości rozwiązania tego problemu jest wykorzystanie OFS jako alternatywy dla surowców naturalnych w produkcji kompozytowych materiałów i wyrobów budowlanych.
Wykorzystanie odpadów w budownictwie zmniejszy obciążenie środowiska na terenie składowisk i wykluczy bezpośredni kontakt odpadów z środowisko, a także zwiększenie efektywności wykorzystania zasobów materialnych (energia elektryczna, paliwo, surowce). Ponadto materiały i produkty wytwarzane z odpadów spełniają wymogi bezpieczeństwa środowiskowego i higienicznego, ponieważ kamień cementowy i beton są środkami odtruwającymi wiele szkodliwych składników, w tym nawet popiół ze spalania zawierający dioksyny.
Celem pracy jest dobór składów wieloskładnikowych kompozytowych materiałów budowlanych o parametrach fizycznych i technicznych -
BIULETYN 3/2011
m, porównywalne z materiałami wytwarzanymi przy użyciu naturalnych surowców.
Badania eksperymentalne właściwości fizycznych i mechanicznych kompozytowych materiałów budowlanych.
Składnikami kompozytowych materiałów budowlanych są: zużyta masa formierska (moduł rozdrobnienia Mk = 1,88), która jest mieszaniną spoiwa (krzemian etylowy-40) i kruszywa (piasek kwarcowy różnych frakcji), służąca do całkowitej lub częściowej wymiany drobnego kruszywo w mieszance kompozytowej; Cement portlandzki M400 (GOST 10178-85); piasek kwarcowy o Mk = 1,77; woda; superplastyfikator S-3, który pomaga zmniejszyć zapotrzebowanie mieszanki betonowej na wodę i poprawić strukturę materiału.
Badania eksperymentalne Charakterystykę fizyko-mechaniczną cementowego materiału kompozytowego z wykorzystaniem OFS przeprowadzono metodą planowania eksperymentu.
Jako funkcje odpowiedzi wybrano następujące wskaźniki: wytrzymałość na ściskanie (Y), nasiąkliwość (V2), mrozoodporność (!S), które zostały określone odpowiednio metodami. Wybór ten wynika z faktu, że w obecności przedstawionych cech powstałego nowego kompozytu materiał budowlany możliwe jest określenie zakresu jego zastosowania i celowości jego użycia.
Jako czynniki wpływające uznano następujące czynniki: udział zawartości pokruszonych OFS w kruszywie (x1); stosunek wody do spoiwa (x2); stosunek kruszywo/spoiwo (x3); ilość dodatku plastyfikatora C-3 (x4).
Planując eksperyment, zakresy czynników przyjęto na podstawie maksymalnych i minimalnych możliwych wartości odpowiednich parametrów (tab. 1).
Tabela 1. - Przedziały zmienności czynników
Czynniki Czynniki Zakres zmienności
x, 100% piasek 50% piasek + 50% kruszony OFS 100% kruszony OFS
x4,% masy. spoiwo 0 1,5 3
Zmiana czynników mieszania pozwoli na otrzymanie materiałów o szerokiej gamie właściwości konstrukcyjnych i technicznych.
Założono, że zależność właściwości fizykomechanicznych można opisać za pomocą zredukowanego wielomianu niepełnego trzeciego rzędu, którego współczynniki zależą od wartości poziomów czynników mieszających (x1, x2, x3, x4) i są z kolei opisane przez wielomian drugiego rzędu.
W wyniku przeprowadzonych eksperymentów powstały macierze wartości funkcji odpowiedzi V1, V2, V3. Biorąc pod uwagę wartości powtórzonych eksperymentów dla każdej funkcji uzyskano 24*3 = 72 wartości.
Oszacowania nieznanych parametrów modeli uzyskano metodą najmniejszych kwadratów, czyli minimalizując sumę kwadratów odchyleń wartości Y od obliczonych przez model. Do opisu zależności Y = Dx1 x2, x3, x4) wykorzystano równania normalne metody najmniejszych kwadratów:
) = Xm ■ Y, skąd:<0 = [хт X ХтУ,
gdzie 0 jest macierzą oszacowań nieznanych parametrów modelu; X jest macierzą współczynników; X - transponowana macierz współczynników; Y to wektor wyników obserwacji.
Do obliczenia parametrów zależności Y = Dx1 x2, x3, x4) wykorzystano wzory podane w planach typu N.
W modelach o poziomie istotności a = 0,05 istotność współczynników regresji sprawdzono za pomocą testu t-Studenta. O wykluczeniu nieistotnych współczynników decydowała ostateczna postać modeli matematycznych.
Analiza właściwości fizycznych i mechanicznych kompozytowych materiałów budowlanych.
Największym zainteresowaniem praktycznym są zależności wytrzymałości na ściskanie, nasiąkliwości i mrozoodporności kompozytowych materiałów budowlanych z następującymi stałymi współczynnikami: współczynnikiem W/C - 0,6 (x2 = 1) i ilością kruszywa w stosunku do spoiwa - 3 : 1 (x3 = -1)... Modele badanych zależności mają postać: wytrzymałość na ściskanie
y1 = 85,6 + 11,8 x1 + 4,07 x4 + 5,69 x1 - 0,46 x1 + 6,52 x1 x4 - 5,37 x4 +1,78 x4 -
1.91-x2 + 3.09x42 absorpcja wody
y3 = 10,02 - 2,57 x1 - 0,91-x4 -1,82 x1 + 0,96 x1 -1,38 x1 x4 + 0,08 x4 + 0,47 x4 +
3.01-x1 - 5.06 x4 mrozoodporność
y6 = 25,93 + 4,83 x1 + 2,28 x4 +1,06 x1 +1,56 x1 + 4,44 x1 x4 - 2,94 x4 +1,56 x4 + + 1,56 x2 + 3, 56 x42
W celu interpretacji otrzymanych modeli matematycznych zbudowano graficzne zależności funkcji celu od dwóch czynników, przy stałych wartościach dwóch innych czynników.
„2L-40 PL-M
Rysunek - 1 Izolinie wytrzymałości na ściskanie kompozytowego materiału budowlanego, kgf / cm2, w zależności od udziału CFC (X1) w wypełniaczu i ilości superplastyfikatora (x4).
I C | 1u | Mk1 ^ | L1 || mi..1 ||| (| 9 ^ ______ 1 | ЫИ<1ФС
Rysunek - 2 Izolinie nasiąkliwości kompozytowego materiału budowlanego, % wagowo, w zależności od udziału OFS (x \) w kruszywie i ilości superplastyfikatora (x4).
□ zmo ■ zo-E5
□ 1EI5 ■ NN) V 0-5
Rysunek - 3 Izolinie mrozoodporności kompozytowego materiału budowlanego, cykle w zależności od udziału CFC (xx) w kruszywie i ilości superplastyfikatora (x4).
Analiza powierzchni wykazała, że przy zmianie zawartości OPS w kruszywie od 0 do 100% następuje średni wzrost wytrzymałości materiałów o 45%, spadek nasiąkliwości o 67% oraz wzrost mrozoodporności o 2 razy. Gdy ilość superplastyfikatora C-3 zmienia się od 0 do 3 (wag.), obserwuje się średni wzrost wytrzymałości o 12%; nasiąkliwość wodą waha się od 10,38% do 16,46%; z kruszywem składającym się w 100% z OFS mrozoodporność wzrasta o 30%, natomiast z kruszywem składającym się w 100% z piasku kwarcowego mrozoodporność spada o 35%.
Praktyczna realizacja wyników eksperymentalnych.
Analizując otrzymane modele matematyczne można zidentyfikować nie tylko składy materiałów o podwyższonych właściwościach wytrzymałościowych (tab. 2), ale również określić składy materiałów kompozytowych o założonych właściwościach fizyko-mechanicznych przy zmniejszeniu udziału spoiwa (Tabela 3).
Po analizie właściwości fizyko-mechanicznych głównych wyrobów budowlanych stwierdzono, że formulacje otrzymanych kompozycji materiałów kompozytowych z wykorzystaniem odpadów z przemysłu odlewniczego nadają się do produkcji bloczków ściennych. Kompozycje materiałów kompozytowych, które przedstawiono w tabeli 4, odpowiadają tym wymaganiom.
X1 (skład kruszywa,%) x2 (W / C) X3 (kruszywo / spoiwo) x4 (super plastyfikator,%) ^ komp, kgf / cm2 W,% Mrozoodporność, cykle
piasek OFS
100 % 0,4 3 1 3 93 10,28 40
100 % 0,6 3 1 3 110 2,8 44
100 % 0,6 3 1 - 97 6,28 33
50 % 50 % 0,6 3 1 - 88 5,32 28
50 % 50 % 0,6 3 1 3 96 3,4 34
100 % 0,6 3 1 - 96 2,8 33
100 % 0,52 3 1 3 100 4,24 40
100 % 0,6 3,3:1 3 100 4,45 40
Tabela 3 - Materiały o określonych _właściwościach fizycznych i mechanicznych_
NS! (skład kruszywa,%) x2 (W/C) x3 (kruszywo/spoiwo) x4 (superplastyfikator,%) Lszh, kgf/cm2
piasek OFS
100 % - 0,4 3:1 2,7 65
50 % 50 % 0,4 3,3:1 2,4 65
100 % 0,6 4,5:1 2,4 65
100 % 0,4 6:1 3 65
Tabela 4 Właściwości fizyczne i mechaniczne kompozytu budowlanego
materiały wykorzystujące odpady z przemysłu odlewniczego,
х1 (skład kruszywa,%) х2 (W / C) х3 (kruszywo / spoiwo) х4 (super plastyfikator,%) ^ komp, kgf / cm2 w,% P, g / cm3 Mrozoodporność, cykle
piasek OFS
100 % 0,6 3:1 3 110 2,8 1,5 44
100 % 0,52 3:1 3 100 4,24 1,35 40
100 % 0,6 3,3:1 3 100 4,45 1,52 40
Tabela 5 - Charakterystyka techniczna i ekonomiczna bloczków ściennych
Produkty budowlane Wymagania techniczne dla bloków ściennych zgodnie z GOST 19010-82 Cena, rub / szt
Wytrzymałość na ściskanie, kgf / cm2 Współczynnik przewodzenia ciepła, X, W / m 0 С Średnia gęstość, kg / m3 Absorpcja wody,% masy Mrozoodporność, klasa
100 wg specyfikacji producenta > 1300 wg specyfikacji producenta wg specyfikacji producenta
Blok z betonu piaskowego Tam-bovBusinessStroy LLC 100 0,76 1840 4,3 I00 35
Blok 1 przy użyciu OFS 100 0,627 1520 4,45 B200 25
Blok 2 przy użyciu OFS 110 0,829 1500 2,8 B200 27
BIULETYN 3/2011
Proponuje się metodę włączenia odpadów technogenicznych zamiast surowców naturalnych do produkcji kompozytowych materiałów budowlanych;
Zbadano główne właściwości fizyczne i mechaniczne kompozytowych materiałów budowlanych z wykorzystaniem odpadów odlewniczych;
Opracowano kompozycje kompozytowych wyrobów budowlanych o jednakowej wytrzymałości o obniżonym zużyciu cementu o 20%;
Określono składy mieszanek do produkcji wyrobów budowlanych, np. bloczków ściennych.
Literatura
1. GOST 10060.0-95 Beton. Metody określania mrozoodporności.
2. GOST 10180-90 Beton. Metody określania wytrzymałości próbek kontrolnych.
3. GOST 12730.3-78 Beton. Metoda oznaczania nasiąkliwości wodą.
4. Zazhigaev L.S., Kishyan A.A., Romanikov Yu.I. Metody planowania i przetwarzania wyników eksperymentu fizycznego.- Moskwa: Atomizdat, 1978.- 232 s.
5. Krasovsky G.I., Filaretov G.F. Planowanie eksperymentu, Mińsk: Wydawnictwo BSU, 1982, 302 s.
6. Malkova M.Yu., Iwanow A.S. Problemy środowiskowe wysypisk odlewniczych // Vestnik mashinostroeniya. 2005. nr 12. S.21-23.
1. GOST 10060.0-95 Beton. Metody definiowania mrozoodporności.
2. GOST 10180-90 Beton. Określanie trwałości metod na próbkach kontrolnych.
3. GOST 12730.3-78 Beton. Metoda definicji absorpcji wody.
4. Zajigaev L.S., Kishjan A.A., Romanikov JU.I. Metoda planowania i przetwarzania wyników doświadczenia fizycznego. - Mn: Atomizdat, 1978 .-- 232 s.
5. Krasovsky G.I, Filaretov G.F. Planowanie eksperymentu. - Mn .: Wydawnictwo BGU, 1982 .-- 302
6. Malkova M. Ju., Iwanow A.S. Problem środowiskowy żeglugi zakładów odlewniczych // Biuletyn inżynierii mechanicznej. 2005. nr 12. s.21-23.
Słowa kluczowe: ekologia w budownictwie, oszczędność zasobów, odpadowa masa formierska, kompozytowe materiały budowlane, ustalone właściwości fizyczne i mechaniczne, metoda planowania eksperymentu, funkcja odpowiedzi, cegiełki.
Słowa kluczowe: bionomia w budownictwie, ochrona zasobów, spełniona domieszka formująca, kompozytowe materiały budowlane, z góry ustalone właściwości fizykomechaniczne, sposób planowania eksperymentu, funkcja odpowiedzi, elementy budulcowe.