Леярски отпадъци. Диаграма на процеса на механична регенерация

Кривицки В.С.

Източник: Леярна.-1991.-No.12.-P.42

Рециклиране леярна – действителен проблем производство на метал и рационално използване на ресурсите. При топенето се получават големи количества отпадъци (40–100 kg на 1 тон), някои от които са дънни шлаки и дънни зауствания, съдържащи хлориди, флуориди и други метални съединения, които в момента не се използват като вторични суровини, но се извозват на сметища. Съдържанието на метал в този вид сметища е 15 - 45%. По този начин тонове ценни метали се губят и трябва да бъдат върнати в производството. Освен това се случва замърсяване и засоляване на почвата.

В Русия и в чужбина са известни различни методи за преработка на металосъдържащи отпадъци, но само някои от тях се използват широко в промишлеността. Трудността се крие в нестабилността на процесите, тяхната продължителност и нисък добив на метал. Най-обещаващите са:
- топене на богати на метали отпадъци със защитен поток, смесване на получената маса за диспергиране в малки, еднородни по размер и равномерно разпределени по обема на стопилката, капки метал, последвано от коанселация;
-Разреждане на остатъци със защитен поток и изливане през сито разтопена маса при температура под температурата на тази стопилка;
-Механично разпадане със сортиране на отпадъчни скали;
-Мокро разпадане чрез разтваряне или отделяне на потоци и метали;
-Центрифугиране на течни остатъци от топене. Експериментът е проведен в предприятие за производство на магнезий. При изхвърляне на отпадъци се предлага да се използва съществуващото оборудване на леярни.

Същността на метода за мокро дезинтегриране е да се разтварят отпадъците във вода, чиста или с катализатори. В механизма за преработка разтворимите соли се трансформират в разтвор, докато неразтворимите соли и оксиди губят своята якост и се рушат, металната част на дънната канализация се освобождава и лесно се отделя от неметалната. Този процес е екзотермичен, протича с отделянето на голямо количество топлина, придружено от кипене и отделяне на газове. Добивът на метал в лабораторни условия е 18 - 21,5%. По-обещаващ метод е топенето на отпадъци. За да се изхвърлят отпадъци с метално съдържание най-малко 10%, първо е необходимо отпадъците да се обогатяват с магнезий с частично отделяне на солената част. Отпадъците се зареждат в подготвителен стоманен тигел, добавя се поток (2 - 4% от теглото на заряда) и се стопява. След разтопяването на отпадъците течната стопилка се рафинира със специален поток, чийто разход е 0,5 - 0,7% от теглото на заряда. След утаяване добивът на подходящ метал е 75 - 80% от съдържанието му в шлаките.

След източване на метала остава дебел остатък, състоящ се от соли и оксиди. Съдържанието на метален магнезий в него е не повече от 3 - 5%. Целта на по-нататъшната обработка на отпадъците беше да се извлече магнезиев оксид от неметалната част чрез обработката им с водни разтвори на киселини и основи. Тъй като процесът води до разлагане на конгломерата, след изсушаване и калциниране може да се получи магнезиев оксид с до 10% примеси. Част от останалата неметална част може да се използва при производството на керамика и строителни материали. Тази експериментална технология дава възможност да се използват над 70% от масата на изхвърлените преди това отпадъци в сметища.

Обобщавайки всичко по-горе, можем да кажем, че въпреки продължителното проучване на този проблем, оползотворяването и преработката на промишлени отпадъци все още не се извършва на правилното ниво. Тежестта на проблема, въпреки достатъчния брой решения, се определя от увеличаването на нивото на образуване и натрупване на промишлени отпадъци. Усилията на чужди държави са насочени предимно към предотвратяване и минимизиране на образуването на отпадъци, а след това и към тяхното рециклиране, вторична употреба и развитие ефективни методи окончателна преработка, неутрализация и окончателно обезвреждане и обезвреждане само на отпадъци, които не замърсяват заобикаляща среда... Всички тези мерки несъмнено намаляват нивото на отрицателно въздействие на индустриалните отпадъци върху природата, но не решават проблема с прогресивното им натрупване в околната среда и следователно нарастващата опасност от навлизане на вредни вещества в биосферата под въздействието на техногенни и природни процеси.

Леярната използва отпадъци от собственото си производство (циркулиращи ресурси) и отпадъци, идващи отвън (стокови ресурси). При подготовката на отпадъците се извършват следните операции: сортиране, разделяне, рязане, пакетиране, дехидратация, обезмасляване, сушене и брикетиране. Индукционните пещи се използват за претопяване на отпадъците. Технологията на претопяване зависи от характеристиките на отпадъците - клас на сплавта, размера на парчетата и т.н. Специално внимание необходимо е да се обърне внимание на претопяването на чиповете.

АЛУМИНИЕВИ И МАГНЕЗИЕВИ СПЛАВИ.

Повечето голяма група алуминиевите отпадъци се състоят от стърготини. Масовата му част в общото количество отпадъци достига 40%. Първата група алуминиеви отпадъци включва скрап и отпадъци от нелегиран алуминий;
във втората група - скрап и отпадъци от деформируеми сплави с ниско съдържание на магнезий [до 0,8% (тегл. фракция)];
в третия - скрап и отпадъци от ковани сплави с повишено (до 1,8%) съдържание на магнезий;
в четвъртия - отпадъци от леярски сплави с ниско (до 1,5%) съдържание на мед;
пето - леене на сплави с високо съдържание на мед;
в шестата - деформируеми сплави със съдържание на магнезий до 6,8%;
в седмия - със съдържание на магнезий до 13%;
в осмия - ковани сплави със съдържание на цинк до 7,0%;
девето - леене на сплави със съдържание на цинк до 12%;
в десетия - останалите сплави.
За претопяването на големи бучки отпадъци се използват индукционни тигели и канални електрически пещи.
Размерите на зарядните части по време на топене в тигелни индукционни пещи не трябва да бъдат по-малки от 8-10 cm, тъй като именно при тези размери на зарядните части се получава максимално освобождаване на мощност поради дълбочината на проникване на тока. Поради това не се препоръчва да се извършва топене в такива пещи с използване на малък заряд и стърготини, особено при топене с твърд пълнеж. Големите отпадъци от собственото производство обикновено имат повишено електрическо съпротивление в сравнение с оригиналните първични метали, което определя реда на зареждане на заряда и последователността на въвеждане на компонентите по време на процеса на топене. Първо се зареждат големи бучки от собствено производство, а след това (когато се появи течната баня) - останалите компоненти. При работа с ограничена номенклатура от сплави, най-икономичното и продуктивно топене с прехвърляща течна баня - в този случай е възможно да се използват малки заряди и стърготини.
В индукционните пещи се топят отпадъци от първи клас - дефектни части, блокове, големи полуфабрикати. Отпадъците от втори клас (стърготини, пръски) се претопяват предварително в индукционен тигел или горивни пещи с отливане в блокове. Тези операции се извършват, за да се предотврати интензивно обрастване на канали с оксиди и влошаване на работата на пещта. Повишеното съдържание на силиций, магнезий и желязо в отпадъците има особено отрицателен ефект върху свръхрастежа на каналите. Консумацията на електроенергия за топене на плътен скрап и отпадъци е 600-650 kWh / t.
Стружките от алуминиеви сплави или се претопят с последващо леене в блокове, или се добавят директно към шихтата при подготовката на работната сплав.
При зареждане на основната сплав чипсът се вкарва в стопилката или в брикети, или в насипно състояние. Брикетирането увеличава добива на метал с 1,0%, но въвеждането на насипни стърготини е по-икономично. Въвеждането на повече от 5,0% чипове в сплавта е непрактично.
Претопяването на стърготини с отливане в блокове се извършва в индукционни пещи с "блато" с минимално прегряване на сплавта над температурата на ликвидуса с 30-40 ° C. По време на целия процес на топене във ваната се подава поток на малки порции, най-често със следния химичен състав,% (масова част): KCl -47, NaCl-30, NO3AlF6 -23. Потреблението на потока е 2,0-2,5% от теглото на партидата. Когато се разтопят окислените стърготини, се образува голямо количество суха шлака, тигелът се обраства и освободената активна мощност намалява. Нарастването на шлака с дебелина 2,0-3,0 см води до намаляване на активната мощност с 10,0-15,0%. Количеството на предварително претопените чипове, използвани в шихтата, може да бъде по-голямо, отколкото при директното добавяне на чипове към сплавта.

Огнеупорни сплави.

За претопяване на отпадъци от огнеупорни сплави най-често се използват електронно-лъчеви и дъгови пещи с мощност до 600 kW. Най-ефективната технология е непрекъснато претопяване с преливане, когато топенето и рафинирането са отделени от кристализацията на сплавта, а пещта съдържа четири до пет електронни оръдия с различна мощност, разпределени върху охлажданото с вода огнище, плесен и кристализатор. Когато титанът се претопи, течната баня се прегрява със 150-200 ° C над температурата на ликвидуса; изтичащият чучур на матрицата се загрява; формата може да бъде неподвижна или въртяща се около оста си с честота до 500 об / мин. Топенето става при остатъчно налягане от 1,3-10 ~ 2 Pa. Процесът на топене започва със сливане на черепа, след което се въвеждат скрап и консумативен електрод.
При топене в дъгови пещи се използват електроди от два вида: неразходни и разходни. Когато се използва неразходен електрод, зарядът се зарежда в тигел, най-често с водно охлаждане на мед или графит; графит, волфрам или други огнеупорни метали се използват като електрод.
При дадена мощност топенето на различни метали се различава по скоростта на топене и работния вакуум. Топенето се разделя на два периода - нагряването на електрода с тигела и действителното топене. Масата на дренирания метал е с 15–20% по-малка от масата на натоварения метал поради образуването на череп. Отпадъците от основните компоненти са 4,0-6,0% (май. Дял).

НИКЕЛОВИ, МЕДНИ И МЕДНО-НИКЕЛОВИ СПЛАВИ.

За да се получи феро-никел, претопяването на вторични суровини от никелови сплави се извършва в електрически дъгови пещи. Кварцът се използва като поток в количество 5-6% от теглото на заряда. Тъй като зарядът се топи, зарядът се утаява, поради което е необходимо да се презареди пещта, понякога до 10 пъти. Получените шлаки имат повишено съдържание на никел и други ценни метали (волфрам или молибден). Впоследствие тези шлаки се обработват заедно с окислена никелова руда. Добивът на фероникел е около 60% от масата на твърдия заряд.
За обработка на метални отпадъци от топлоустойчиви сплави се извършва топене на окисление-сулфидиране или екстрахиране на топене в магнезий. В последния случай магнезият извлича никел, като практически не извлича волфрам, желязо и молибден.
При обработката на отпадъчната мед и нейните сплави най-често се получават бронзи и месинг. Топенето на калаени бронзове се извършва в реверберационни пещи; месингови - в индукция. Топенето се извършва в трансферна баня, чийто обем е 35-45% от обема на пещта. При топене на месинг, стружките и потокът се зареждат първо. Добивът на подходящ метал е 23-25%, добивът на шлаки е 3-5% от теглото на заряда; консумацията на електроенергия варира от 300 до 370 kWh / t.
При топенето на калаен бронз на първо място се зарежда и малък заряд - стърготини, щампования, мрежи; на последно място - обемисти скрап и отпадъци от бучки. Температурата на метала преди отливането е 1100-1150 ° C. Извличането на метал в готови продукти е 93-94,5%.
Неръждаемите бронзове се топят в ротационни отразяващи или индукционни пещи. За да се предпазите от окисляване, използвайте въглен или криолит, флуоров шпат и калцинирана сода. Дебитът на потока е 2-4% от масата на заряда.
На първо място, флюс и легиращи компоненти се зареждат в пещта; не на последно място - отпадъци от бронз и мед.
Повечето вредни примеси в медни сплави се отстраняват чрез издухване на банята с въздух, пара или въвеждане на медна скала. Като дезоксидиращи средства се използват фосфор и литий. Фосфорната дезоксидация на месинги не се използва поради високия афинитет на цинка към кислорода. Дегазацията на медни сплави се свежда до отстраняване на водорода от стопилката; извършва се чрез продухване с инертни газове.
За топене на медно-никелови сплави се използват пещи с индукционен канал с киселинна облицовка. Не се препоръчва добавянето на стружки и други малки отпадъци към зареждането без предварително претопяване. Тенденцията на тези сплави към карборизация изключва използването на въглища и други материали, съдържащи въглерод.

ЦИНКОВИ И ЛЕКОСТОЛЕНИ СПЛАВИ.

Претопяването на отпадъци от цинкова сплав (струйки, стърготини, пръски) се извършва в реверберационни пещи. Сплавите се пречистват от неметални примеси чрез рафиниране с хлориди, продухване с инертни газове и филтриране. При рафиниране с хлориди, 0,1-0,2% (тегловни) амониев хлорид или 0,3-0,4% (тегловни) хексахлороетан се вкарват в стопилката с помощта на звънец при 450-470 ° C; в същия случай, рафинирането може да се извърши чрез разбъркване на стопилката, докато отделянето на реакционните продукти спре. След това се извършва по-дълбоко пречистване на стопилката чрез филтриране през финозърнести филтри, направени от магнезит, сплав от магнезий и калциеви флуориди и натриев хлорид. Температурата на филтриращия слой е 500 ° C, височината му е 70–100 mm, а размерът на зърната е 2-3 mm.
Претопяването на отпадъчни калай и оловни сплави се извършва под слой въглен в чугунени тигли на пещи с всякакво нагряване. Полученият метал се рафинира от неметални примеси с амониев хлорид (добавя се 0,1-0,5%) и се филтрира през гранулирани филтри.
Претопяването на кадмиевите отпадъци се извършва в чугунени или графитно-шамотни тигли под слой въглен. Магнезият се въвежда за намаляване на окисляемостта и загубите на кадмий. Слоят въглен се сменя няколко пъти.
Необходимо е да се спазват същите мерки за безопасност, както при топене на кадмиеви сплави.

Леярницата е основната база за снабдяване на машиностроенето. Около 40% от всички заготовки, използвани в машиностроенето, се произвеждат чрез отливане. Леярницата обаче е една от най-неблагоприятните за околната среда.

Леярницата използва над 100 технологични процеса, над 40 вида свързващи вещества и над 200 незалепващи покрития.

Това доведе до факта, че във въздуха на работната зона има до 50 вредни вещества, регулирани от санитарните стандарти. По време на производството на 1 тон чугунени отливки се открояват:

10..30 кг - прах;

200..300 kg - въглероден оксид;

1..2 кг - азотен оксид и сяра;

0.5..1.5 г - фенол, формалдехид, цианиди и др .;

3 m 3 - замърсените отпадъчни води могат да попаднат във водния басейн;

0.7..1.2 t - смети за отпадъци в сметището.

По-голямата част от леярските отпадъци се състои от отработени формовъчни и сърцевинни пясъци и шлака. Изхвърлянето на това леярско производство на отпадъци е най-спешно, тъй като няколкостотин хектара от земната повърхност са заети от смесите, изнасяни ежегодно за сметището в района на Одеса.

За да се намали замърсяването на почвата от различни индустриални отпадъци, в практиката на опазване на земните ресурси се предвиждат следните мерки:

рециклиране;

обезвреждане чрез изгаряне;

погребение на специални депа;

организация на подобрени депа.

Изборът на метод за неутрализиране и обезвреждане на отпадъците зависи от техния химичен състав и степента на въздействие върху околната среда.

Така че отпадъците от металообработващата, металургичната, въглищната промишленост съдържат частици пясък, скали и механични примеси. Следователно сметищата променят структурата, физикохимичните свойства и механичния състав на почвата.

Посочените отпадъци се използват при строителството на пътища, засипване на ями и разработени кариери след дехидратация. В същото време отпадъците от машиностроителни предприятия и химически предприятия, съдържащи соли на тежки метали, цианиди, токсични органични и неорганични съединения, не подлежат на обезвреждане. Тези видове отпадъци се събират в утайките, след което се пълнят, трамбоват и озеленяват мястото на погребението.

Фенол- най-опасното токсично съединение, открито в формовъчните и сърцевинни пясъци. В същото време проучванията показват, че повечето фенолсъдържащи смеси, преминали през наливането, практически не съдържат фенол и не представляват заплаха за околната среда. Освен това фенолът, въпреки високата си токсичност, бързо се разлага в почвата. Спектралният анализ на отработените смеси върху други видове свързващи вещества показва липсата на силно опасни елементи: Hg, Pb, As, F и тежки метали. Тоест, както показват изчисленията на данните от изследванията, отработените формовъчни пясъци не представляват заплаха за околната среда и не изискват никакви специални мерки за тяхното обезвреждане. Отрицателен фактор е самото съществуване на сметища, които създават грозен пейзаж, нарушават пейзажа. Освен това прахът, издухан от сметищата от вятъра, замърсява околната среда. Не може обаче да се каже, че проблемът със сметищата не се решава. В леярната има редица технологично оборудване, което ви позволява да регенерирате леярски пясъци и да ги използвате многократно в производствения цикъл. Съществуващи методи Регенерациите традиционно се разделят на механични, пневматични, термични, хидравлични и комбинирани.

Според Международната комисия за регенерация на пясъка през 1980 г. от 70 анкетирани леярни в Западна Европа и Япония 45 са използвали инсталации за механична регенерация.

В същото време смесите за леярски отпадъци са добри суровини за строителни материали: тухли, силикатен бетон и продукти, направени от него, хоросани, асфалтобетон за пътни настилки, за изхвърляне на железопътни коловози.

Изследвания на учени от Свердловск (Русия) показват, че отпадъците от леярството имат уникални свойства: те могат да обработват утайки от отпадъчни води (съществуващите сметища на леярни са подходящи за това); защита стоманени конструкции от корозия на почвата. Специалистите на завода за промишлени трактори Чебоксари (Русия) използваха прахообразни отпадъци от регенерация като добавка (до 10%) при производството на силикатни тухли.

Много сметища за леярни се използват като вторични суровини в самата леярна. Например киселинната шлака за производство на стомана и ферохромната шлака се използват в технологията за формоване на хлъзгане при леене за инвестиции.

В някои случаи отпадъците от машиностроителната и металургичната промишленост съдържат значително количество химически съединения, които могат да бъдат ценни като суровини и използвани като добавка към заряда.

Разгледаните въпроси за подобряване на екологичната ситуация при производството на отливки ни позволяват да заключим, че много сложни екологични проблеми могат да бъдат цялостно решени в леярството.

Екологични проблеми на леярната
и начини за тяхното развитие

Проблемите на околната среда в момента излизат на преден план в развитието на индустрията и обществото.

Технологичните процеси на изработване на отливки се характеризират с голям брой операции, по време на изпълнението на които се отделят прах, аерозоли и газове. Прахът, чийто основен компонент в леярните е силициев диоксид, се образува по време на подготовката и регенерирането на формовъчни и сърцевинни пясъци, топене на леярски сплави в различни топилни агрегати, изхвърляне на течен метал от пещта, неговата външна обработка и изливане във форми, в участъка на изливане стърчене и почистване на отливки, при подготовката и транспортирането на насипни суровини.

Във въздуха на леярни, с изключение на прах, в големи количества има въглеродни оксиди, въглероден диоксид и сярни газове, азот и неговите оксиди, водород, аерозоли, наситени с железни и манганови оксиди, въглеводородни пари и др. ...

Един от критериите за опасност е оценката на нивото на миризми. На атмосферен въздух представлява повече от 70% от всички вредното въздействие на леярната. /1/

При производството на 1 тон отливки от стомана и чугун, около 50 кг прах, 250 кг въглеродни оксиди, 1,5-2 кг сяра и азотни оксиди и до 1,5 кг други вредни вещества (фенол, формалдехид, ароматни въглеводороди, амоняк, цианиди ). До водния басейн се подават до 3 кубически метра отпадъчни води, а до 6 тона отпадъци от формовъчни пясъци се изхвърлят в сметища.

По време на топенето на метали се генерират интензивни и опасни емисии. Емисии на замърсители химичен състав прахът и отпадъчните газове са различни и зависи от състава на металния заряд и степента на неговото замърсяване, както и от състоянието на облицовката на пещта, технологията на топене и избора на енергийни носители. Особено вредни емисии от топенето на сплави от цветни метали (пари на цинк, кадмий, олово, берилий, хлор и хлориди, водоразтворими флуориди).

Използването на органични свързващи вещества при производството на пръти и форми води до значително отделяне на токсични газове по време на процеса на сушене и особено при изливане на метал. В зависимост от класа на свързващото вещество, в атмосферата на цеха могат да се отделят такива вредни вещества като амоняк, ацетон, акролеин, фенол, формалдехид, фурфурол и др. въздушна среда токсични компоненти е възможно на всички етапи от технологичния процес: по време на производството на смеси, втвърдяване на пръти и форми и охлаждане на пръчките след изваждането им от инструменталната екипировка. / 2 /

Помислете за токсичния ефект върху хората от основните вредни емисии на леярницата:

• Въглероден окис (клас на опасност - IV) - измества кислорода от кръвния оксихемоглобин, което предотвратява преноса на кислород от белите дробове към тъканите; причинява задушаване, има токсичен ефект върху клетките, нарушавайки дишането на тъканите и намалява консумацията на кислород в тъканите.
• Азотни оксиди (клас на опасност - II) - имат дразнещ ефект върху дихателните пътища и кръвоносните съдове.
• Формалдехид (клас на опасност - II) е общо токсично вещество, което дразни кожата и лигавиците.
• Бензен (клас на опасност - II) - има наркотично, частично конвулсивно действие върху централната нервна система; хроничното отравяне може да доведе до смърт.
• Фенол (клас на опасност - II) - силна отрова, има общо токсичен ефект, може да се абсорбира в човешкото тяло през кожата.
• Бензопирен С 2 0Н 12 (клас на опасност - IV) е канцероген, който причинява генни мутации и рак. Образува се при непълно изгаряне на гориво. Бензопиренът има висока химическа устойчивост и е силно разтворим във вода; той се разпространява от отпадъчни води на големи разстояния от източници на замърсяване и се натрупва в дънни утайки, планктон, водорасли и водни организми. / 3 /

Очевидно в условията на леярството се проявява неблагоприятен кумулативен ефект на сложен фактор, при който вредното въздействие на всяка отделна съставка (прах, газове, температура, вибрации, шум) се увеличава рязко.

Литейните твърди отпадъци съдържат до 90% от отработените формовъчни и сърцевинни пясъци, включително форми за скрап и сърцевини; те също съдържат разливи и шлаки от утаителите на уредите за почистване на прах и смеси; леярски шлаки; абразивен и ронлив прах; огнеупорни материали и керамика.

Количеството феноли в сметищата надхвърля съдържанието на други токсични вещества. Феноли и формалдехиди се образуват в процеса на термично разрушаване на формовъчните и сърцевинни пясъци, в които синтетичните смоли са свързващо вещество. Тези вещества са силно разтворими във вода, което създава опасност от попадането им във водни тела при измиване от повърхностни (дъждовни) или подпочвени води.

Отпадъчните води идват предимно от инсталации за хидравлично и електрохидравлично почистване на отливки, хидрорегенерация на отпадъчни смеси и мокри прахоуловители. Като правило отпадъчните води от линейно производство едновременно се замърсяват с не едно, а редица вредни вещества. Друг вреден фактор е нагряването на вода, използвана при топене и изливане (водно охлаждани форми за леене под налягане, шприцоване, непрекъснато леене на оформени заготовки, охлаждане на намотките на индукционни тигелни пещи).

Попадането на топла вода в открити водни тела води до намаляване на нивото на кислород във водата, което влияе неблагоприятно върху флората и фауната, а също така намалява способността за самопочистване на водните тела. Изчисляването на температурата на отпадъчните води се извършва, като се вземат предвид санитарните изисквания, така че лятната температура на речната вода в резултат на изтичането на отпадъчни води да не се повиши с повече от 30 ° C. / 2 /

Разнообразните оценки на екологичната обстановка на различни етапи от производството на отливки не позволяват да се оцени екологичното състояние на цялата леярна, както и техническите процеси, използвани в нея.

Предлага се да се въведе единен показател за екологична оценка на производството на отливки - специфичните емисии на газ от 1-ви компонент до намалените специфични емисии на газ по отношение на въглеродния диоксид (парникови газове) / 4 /

Изчисляват се емисиите на газ на различни етапи:

• при топене - умножаване на специфичните газови емисии (по отношение на диоксид) по масата на стопения метал;
• при производството на форми и сърцевини - чрез умножаване на специфичните газови емисии (по отношение на диоксид) по масата на пръчката (матрицата).

Отдавна е прието в чужбина да се оценява екологичността на процесите на леене на форми с метал и втвърдяване на отливката с използване на бензен. Установено е, че условната токсичност въз основа на еквивалента на бензола, като се вземе предвид отделянето не само на бензен, но и на вещества като CO X, NO X, фенол и формалдехид в пръчки, получени по метода "Hot-box", е с 40% по-висока от тази на пръчки, получени по метода "Cold-box-amin". / пет /

Особено остър е проблемът с предотвратяването на изпускането на опасности, тяхното локализиране и неутрализиране, изхвърлянето на отпадъци. За тези цели се използва комплекс екологични дейностивключващи използването на:

• за почистване от прах - искрогасители, мокри прахоуловители, електростатични прахоуловители, скрубери (купола), тъканни филтри (купола, дъгови и индукционни пещи), колектори от трошен камък (дъгови и индукционни електрически пещи);
• за изгаряне на куполови газове - рекуператори, газопречиствателни системи, инсталации за нискотемпературно окисляване на CO;
• за намаляване на емисиите на вредни пясъци от формоване и сърцевина - намаляване на консумацията на свързващи, окислителни, свързващи и адсорбиращи добавки;
• за дезинфекция на сметища - монтаж на депа, биологична рекултивация, покриване с изолационен слой, консолидация на почвата и др .;
• за пречистване на отпадъчни води - механични, физикохимични и биологични методи за почистване.

Сред най-новите разработки се обръща внимание на абсорбционните и биохимични инсталации, създадени от беларуски учени за почистване на вентилационния въздух от вредни органична материя в леярни с капацитет 5, 10, 20 и 30 хиляди кубически метра / час / 8 /. По отношение на общата ефективност, екологосъобразността, икономичността и надеждността на експлоатацията, тези агрегати значително превъзхождат съществуващите традиционни газопречистващи устройства.

Всички тези дейности са свързани със значителни разходи. Очевидно е, че на първо място трябва да се борим не с последиците от щетите, причинени от вреда, а с причините за тяхното възникване. Това трябва да бъде основният аргумент при избора на приоритетни насоки за развитие на определени технологии в леярската индустрия. От тази гледна точка използването на електричество при топене на метал е най-предпочитано, тъй като емисиите от самите топилни агрегати са минимални ...

Статия: Екологични проблеми леярна и начини за тяхното развитие
Автор на статията: Кривицки В.С. (ЗАО ЦНИИМ-Инвест)

Осветенадпроизводствоотносноdstvo, една от индустриите, чиито продукти са отливки, получени в леярски форми при пълнене с течна сплав. Средно около 40% (тегловни) заготовки за машинни части се произвеждат чрез леярски методи, а в някои отрасли на машиностроенето, например в машиностроенето, делът на отливките е 80%. От всички произведени отливки, машиностроенето консумира около 70%, металургичната промишленост - 20%, производството на санитарно оборудване - 10%. Отливните части се използват в металообработващи машини, двигатели с вътрешно горене, компресори, помпи, електрически двигатели, парни и хидравлични турбини, валцови мелници и селскостопанска промишленост. автомобили, автомобили, трактори, локомотиви, вагони. Широкото използване на отливки се обяснява с факта, че тяхната форма е по-лесна за приближаване на конфигурацията на готовите продукти, отколкото формата на заготовки, произведени по други методи, например коване. Леенето може да произведе заготовки с различна сложност с малки квоти, което намалява разхода на метал, намалява разходите за механична обработка и в крайна сметка намалява цената на продуктите. Продукти с почти всякакво тегло могат да бъдат направени чрез отливане - от няколко r до стотици т, със стени от десети от фракцията mm на няколко м. Основните сплави, от които се правят отливките: сиво, ковко и легирано желязо (до 75% от всички отливки по тегло), въглеродни и легирани стомани (над 20%) и цветни сплави (мед, алуминий, цинк и магнезий). Областта на приложение на отливките непрекъснато се разширява.

Леярски отпадъци.

Класификацията на производствените отпадъци е възможна според различни критерии, сред които следните могат да се считат за основни:

по промишленост - черна и цветна металургия, добив на руда и въглища, нефт и газ и др.

по фазов състав - твърди (прах, утайки, шлаки), течни (разтвори, емулсии, суспензии), газообразни (въглеродни оксиди, азот, сярни съединения и др.)

по производствени цикли - по време на добива на суровини (открити и овални скали), по време на обогатяване (хвостохранилища, утайки, изхвърляне), в пирометалургия (шлаки, утайки, прах, газове), в хидрометалургия (разтвори, утайки, газове).

В металургичен завод със затворен цикъл (чугун - стомана - валцуван метал) твърдите отпадъци могат да бъдат два вида - прах и шлака. Често се използва мокро почистване на газ, тогава утайката е отпадък вместо прах. Най-ценни за черната металургия са отпадъците, съдържащи желязо (прах, утайки, котлен камък), докато шлаките се използват главно в други отрасли.

По време на работата на основните металургични агрегати се образува по-голямо количество фино диспергиран прах, състоящ се от оксиди от различни елементи. Последният се улавя от съоръжения за пречистване на газ и след това се подава към акумулаторен шлам или се изпраща за по-нататъшна обработка (главно като компонент на агломерационния заряд).

Примери за леярски отпадъци:

Леярен изгорен пясък

Дъгова пещ шлака

Скрап от цветни и черни метали

Отработено масло (отработени масла, грес)

Формоване на изгорял пясък (формовъчна пръст) - отпадъци от леярна, близки до пясъчни глинести по физико-механични свойства. Образува се в резултат на метода за леене на пясък. Състои се предимно от кварцов пясък, бентонит (10%), карбонатни добавки (до 5%).

Избрах този вид отпадъци, тъй като изхвърлянето на използвания формовъчен пясък е един от най-важните проблеми в леярството от гледна точка на околната среда.

Формовъчните материали трябва да са предимно огнеупорни, газопропускливи и пластмасови.

Огнеупорността на формовъчния материал е неговата способност да не се слее и да не се агломерира при контакт с разтопен метал. Най-достъпният и евтин формовъчен материал е кварцов пясък (SiO2), който е достатъчно огнеупорен за леене на най-огнеупорните метали и сплави. От примесите, придружаващи SiO2, особено нежелани са алкалите, които, действайки върху SiO2, подобно на потоци, образуват с него ниско топими съединения (силикати), които се придържат към отливката и затрудняват почистването. При топене на чугун и бронз вредните примеси, вредните примеси в кварцов пясък не трябва да надвишават 5-7%, а за стоманата - 1,5-2%.

Газопропускливостта на формовъчния материал е способността му да пропуска газове. Ако газопропускливостта на формовъчната земя е лоша, в отливката могат да се образуват газови джобове (обикновено със сферична форма) и да причинят дефекти при отливането. Черупките се намират по време на последващата обработка на отливката, когато се отстранява горният слой на метала. Газопропускливостта на формовъчната земя зависи от нейната порьозност между отделните пясъчни зърна, от формата и размера на тези зърна, от тяхната еднородност и от количеството глина и влага в нея.

Пясъкът със заоблени зърна има по-висока газопропускливост от пясъка със заоблени зърна. Малките зърна, разположени между големите, също намаляват газопропускливостта на сместа, намалявайки порьозността и създавайки малки изкривени канали, които възпрепятстват изтичането на газове. Глината със своите изключително фини зърна запушва порите. Излишната вода също запушва порите и освен това, изпарявайки се при контакт с горещия метал, излят в матрицата, се увеличава количеството газове, които трябва да преминат през стените на матрицата.

Силата на формовъчната смес се състои в способността да поддържа формата, която й се придава, съпротивляваща се на действието на външни сили (удар, удар на струя течен метал, статично налягане на метала, излят в матрицата, налягане на газове, освободени от матрицата и метала по време на изливането, натиск от свиване на метала и др. .).

Силата на формовъчната смес се увеличава с увеличаване на съдържанието на влага до определена граница. С по-нататъшно увеличаване на количеството влага, якостта намалява. При наличие на глинести примеси („течен пясък“) в леярския пясък якостта се увеличава. Мазният пясък изисква по-високо съдържание на влага от пясъка с ниско съдържание на глина („слаб пясък“). Колкото по-фино е пясъчното зърно и колкото по-ъглова е неговата форма, толкова по-голяма е силата на пясъка. Тънък свързващ слой между отделните пясъчни зърна се постига чрез задълбочено и непрекъснато смесване на пясък с глина.

Пластичността на формованата смес е способността за лесно възприемане и точно поддържане на формата на модела. Пластичността е особено необходима при производството на художествени и сложни отливки, за да се възпроизведат най-малките детайли на модела и да се запазят отпечатъците им по време на леене на метал. Колкото по-фини са пясъчните зърна и колкото по-равномерно са заобиколени от слой глина, толкова по-добре те запълват най-малките детайли от повърхността на модела и запазват формата си. При прекомерна влага свързващата глина се втечнява и нейната пластичност рязко намалява.

При съхранение на отпадъци от формовъчни пясъци в сметището възникват прах и замърсяване на околната среда.

За да се реши този проблем, се предлага да се регенерират отработени формовъчни пясъци.

Специални добавки. Един от най-често срещаните видове леярски дефекти е изгарянето на формоването и пясъка на сърцевината към отливката. Причините за изгарянето са различни: недостатъчна огнеупорност на сместа, едрозърнест състав на сместа, неправилен подбор на незалепващи бои, липса на специални незалепващи добавки в сместа, некачествено оцветяване на форми и др. Има три вида изгаряне: термично, механично и химично.

Термичното изгаряне е сравнително лесно за отстраняване при почистване на отливки.

Механично изгаряне се образува в резултат на проникването на стопилката в порите на формовъчната смес и може да бъде отстранено заедно със сплавената кора, съдържаща импрегнирани зърна на формовъчния материал.

Химическото изгаряне е формация, циментирана от ниско топящи се съединения като шлаки, произтичащи от взаимодействието на формовъчните материали със стопилката или нейните оксиди.

Механичните и химически изгаряния се отстраняват или от повърхността на отливките (необходим е голям разход на енергия), или отливките накрая се отхвърлят. Предотвратяването на изгарянето се основава на въвеждането на специални добавки в формовката или сместа на сърцевината: смлени въглища, азбестови стърготини, мазут и др., Както и покриване на работните повърхности на матриците и сърцевините с незалепващи бои, прах, триене или пасти, съдържащи силно огнеупорни материали (графит, талк), които не взаимодействат с оксидите на стопилките при високи температури или материали, които създават редуцираща среда (смлени въглища, мазут) в матрицата, когато се излива.

Разбъркване и овлажняване. Компонентите на формовъчната смес се смесват старателно в суха форма, за да се разпределят равномерно глинести частици по цялата маса на пясъка. След това сместа се навлажнява чрез добавяне на точното количество вода и отново се смесва, така че всяка от пясъчните частици да се покрие с филм от глина или друго свързващо вещество. Не се препоръчва да се навлажняват компонентите на сместа преди смесване, тъй като пясъците с високо съдържание на глина се навиват на малки топчета, които трудно се разхлабват. Смесването на големи количества материали на ръка е голяма и отнемаща време работа. В съвременните леярни съставните смеси се смесват по време на процеса на подготовка във винтови смесители или смесителни бегачи.

Специални добавки в формовъчни пясъци. Специални добавки се въвеждат в формовъчните и сърцевинни пясъци, за да се осигурят специалните свойства на сместа. Така, например, чугунната изстрел, въведена в формовъчната смес, увеличава своята топлопроводимост и предотвратява образуването на свиваемост в масивни отливки по време на тяхното втвърдяване. Дървесни стърготини и торф се въвеждат в смеси, предназначени за производството на форми и пръти, които трябва да се сушат. След изсушаване, тези добавки, докато намаляват обема си, увеличават газопропускливостта и гъвкавостта на формите и сърцевините. Сода каустик се въвежда в формовъчните бързи втвърдяващи се смеси върху течно стъкло, за да се увеличи трайността на сместа (сместа се елиминира от слепване).

Подготовка на формовъчни пясъци.Качеството на художественото леене до голяма степен зависи от качеството на формовъчната смес, от която се приготвя отливката му. Следователно, изборът на формовъчни материали за сместа и нейната подготовка в технологичния процес за получаване на отливка е от голямо значение. Формовъчната смес може да бъде приготвена от пресни формовъчни материали и използван пясък с малко добавяне на пресни материали.

Процесът на приготвяне на формовъчни смеси от пресни формовъчни материали се състои от следните операции: подготовка на сместа (избор на формовъчни материали), смесване на компонентите на сместа в суха форма, овлажняване, смесване след овлажняване, отлежаване, разхлабване.

Компилация. Известно е, че леярски пясъци, които отговарят на всички технологични свойства на формовъчния пясък, рядко се срещат в естествени условия. Следователно смесите, като правило, се приготвят чрез подбор на пясъци с различно глинено съдържание, така че получената смес да съдържа необходимото количество глина и да има необходимите свойства за обработка. Този избор на материали за приготвяне на смес се нарича смесване.

Разбъркване и овлажняване. Компонентите на формовъчната смес се смесват старателно в суха форма, за да се разпределят равномерно глинести частици по цялата маса на пясъка. След това сместа се навлажнява чрез добавяне на точното количество вода и отново се смесва, така че всяка от пясъчните частици да се покрие с филм от глина или друго свързващо вещество. Не се препоръчва овлажняване на компонентите на сместа преди смесване, тъй като пясъците с високо съдържание на глина се навиват на малки топчета, които трудно се разхлабват. Смесването на големи количества материали на ръка е голяма и отнемаща време работа. В съвременните леярни компонентите на сместа се смесват по време на нейното приготвяне във винтови смесители или смесителни бегачи.

Смесителните пътеки имат фиксирана купа и две гладки ролки, разположени на хоризонталната ос на вертикален вал, свързани с конусна предавка към редуктор на електродвигател. Между ролките и дъното на купата е направена регулируема междина, която предпазва ролките от смачкване на зърната на пластичността на сместа, газопропускливостта и огнеустойчивостта. За възстановяване на загубените свойства към сместа се добавят 5-35% от свежите формовъчни материали. Такава операция при приготвянето на формовъчна смес обикновено се нарича освежаване на сместа.

Процесът на приготвяне на формовъчна смес с използване на отработена смес се състои от следните операции: приготвяне на отработена смес, добавяне на пресни формовъчни материали към отработената смес, смесване в суха форма, овлажняване, смесване на компонентите след овлажняване, втвърдяване, разхлабване.

Съществуващата компания Heinrich Wagner Sinto от концерна Sinto серийно произвежда новото поколение формовъчни линии от серията FBO. На новите машини се произвеждат форми без колби с хоризонтална разцепена равнина. Повече от 200 от тези машини работят успешно в Япония, САЩ и други страни по света. " С размери на формата от 500 x 400 mm до 900 x 700 mm, машините за формоване FBO могат да произвеждат от 80 до 160 форми на час.

Затвореният дизайн избягва разливи от пясък и осигурява удобно и чисто работно място. При разработването на уплътнителната система и транспортните устройства се полагат големи грижи нивата на шума да се сведат до минимум. Растенията на FBO отговарят на всички екологични изисквания за ново оборудване.

Системата за пълнене с пясък дава възможност за производство на прецизни форми, използващи бентонит свързващ пясък. Автоматичният механизъм за контрол на налягането на устройството за подаване и пресоване на пясък осигурява равномерно уплътняване на сместа и гарантира висококачествено производство на сложни отливки с дълбоки джобове и ниска дебелина на стената. Този процес на уплътняване позволява височината на горната и долната половина на формата да се променят независимо една от друга. Това гарантира значително по-нисък разход на смес, което означава по-икономично производство поради оптималното съотношение метал-плесен.

Според състава и степента на въздействие върху околната среда използваните формовъчни и сърцевинни пясъци са разделени на три категории опасност:

На практика съм инертен. Смеси, съдържащи глина, бентонит, цимент като свързващо вещество;

II - отпадъци, съдържащи биохимично окисляеми вещества. Това са смеси след изливане, в които синтетичните и естествените състави са свързващо вещество;

III - отпадъци, съдържащи ниско токсични вещества, слабо разтворими във вода. Това са смеси от течно стъкло, неотгърнени пясъчно-смолни смеси, смеси, втвърдени със съединения от цветни и тежки метали.

В случай на разделно съхранение или погребение, депата за използвани смеси трябва да бъдат разположени на изолирани, свободни от застрояване места, които позволяват прилагането на мерки, изключващи възможността за замърсяване на населените места. Полигоните трябва да се поставят в райони със слабо филтриращи се почви (глина, сулинка, шисти).

Отработеният формовъчен пясък, избит от колбите, трябва да бъде предварително обработен преди повторната употреба. В немеханизираните леярни се пресява на обикновено сито или на подвижна смесителна инсталация, където се отделят метални частици и други примеси. В механизираните цехове отработената смес се подава изпод избиващата решетка чрез лентов транспортьор към отдела за подготовка на сместа. Големите бучки от сместа, които се образуват след избиване на матриците, обикновено се омесват с гладки или набраздени ролки. Металните частици се разделят с магнитни сепаратори, инсталирани в зоните, където отработената смес се прехвърля от един конвейер в друг.

Регенерация на изгорена земя

Екологията остава сериозен проблем за леярството, тъй като при производството на един тон отливки от черни и цветни сплави се отделят около 50 кг прах, 250 кг въглероден оксид, 1,5-2,0 кг серен оксид, 1 кг въглеводороди.

С появата на технологии за оформяне, използващи смеси със свързващи вещества, направени от синтетични смоли от различни класове, отделянето на феноли, ароматни въглеводороди, формалдехиди, канцерогенни и амонячни бензопирен е особено опасно. Подобряването на леярското производство трябва да бъде насочено не само към решаване на икономически проблеми, но и поне към създаване на условия за човешка дейност и живот. Според експертни оценки днес тези технологии създават до 70% от замърсяването на околната среда от леярни.

Очевидно в условията на леярната се проявява неблагоприятен кумулативен ефект на сложен фактор, при който вредното въздействие на всяка отделна съставка (прах, газове, температура, вибрации, шум) се увеличава рязко.

Мерките за модернизация в леярната са както следва:

подмяна на куполи с нискочестотни индукционни пещи (докато размерът на вредните емисии намалява: прах и въглероден диоксид с около 12 пъти, серен диоксид с 35 пъти)

въвеждане в производството на ниско-токсични и нетоксични смеси

инсталиране на ефективни системи за улавяне и неутрализиране на отделените вредни вещества

отстраняване на грешки в ефективната работа на вентилационните системи

използване на модерно оборудване с намалени вибрации

регенерация на отработени смеси в местата на тяхното образуване

Количеството феноли в сметищата надхвърля съдържанието на други токсични вещества. Феноли и формалдехиди се образуват по време на термичното разрушаване на формовъчните и сърцевинни пясъци, в които синтетичните смоли са свързващо вещество. Тези вещества са силно разтворими във вода, което създава опасност от попадането им във водни тела при измиване от повърхностни (дъждовни) или подпочвени води.

Икономически и екологично е нерентабилно да се изхвърля използваният формовъчен пясък след избиване на сметищата. Най-рационалното решение е регенерирането на студено-втвърдяващи се смеси. Основната цел на регенерацията е да се отстранят свързващите филми от зърната на кварцовия пясък.

Най-широко разпространен е механичният метод на регенерация, при който отделянето на свързващите филми от зърната на кварцовия пясък се дължи на механичното смилане на сместа. Свързващите филми се разпадат, превръщат се в прах и се отстраняват. Преработеният пясък се изпраща за по-нататъшна употреба.

Диаграма на процеса на механична регенерация:

избиване на плесен (отливката се подава към избиващата се решетъчна кърпа, където се унищожава поради вибрационни удари.);

раздробяване на парчета формовъчен пясък и механично смилане на сместа (Сместа, преминала през изхвърлящата се решетка, влиза в системата за пречистване на сито: стоманен екран за големи бучки, клиновидно сито и фино прочистващо сито-класификатор. Вградената система на ситото смила формовъчния пясък до необходимия размер и отсява метални частици и други големи включвания.);

охлаждане на регенерата (Вибриращият асансьор осигурява транспортиране на горещ пясък до охладителя / прахоуловителя.);

пневматично прехвърляне на регенериран пясък към формовъчната секция.

Технологията за механична регенерация осигурява възможност за повторна употреба от 60-70% (алфа-набор процес) до 90-95% (фуран-процес) регенериран пясък. Ако за процеса на Фуран тези показатели са оптимални, то за процеса с набор от алфа повторната употреба на регенерата само на ниво 60-70% е недостатъчна и не решава екологични и икономически проблеми. За да се увеличи процентът на използване на регенериран пясък, е възможно да се използва термична регенерация на смеси. Регенерираният пясък не отстъпва по качество на пресния пясък и дори го надминава поради активирането на повърхността на зърната и издухването на прахообразни фракции. Пещите за термична регенерация работят на принципа на кипящ слой. Нагряването на възстановения материал се извършва чрез странични горелки. Топлината на димните газове се използва за нагряване на въздуха, подаван към образуването на флуидизирания слой и за изгарянето на газ за нагряване на регенерирания пясък. За охлаждане на регенерираните пясъци се използват инсталации с кипящ слой, оборудвани с водни топлообменници.

По време на термична регенерация смесите се нагряват в окислителна среда при температура 750-950 ºС. В този случай има изгаряне на филми от органични вещества от повърхността на пясъчните зърна. Въпреки високата ефективност на процеса (възможно е да се използват до 100% от регенерираната смес), той има следните недостатъци: сложност на оборудването, висока консумация на енергия, ниска производителност, висока цена.

Преди регенерация всички смеси се подлагат на предварителна подготовка: магнитно отделяне (други видове почистване от немагнитни отпадъци), смачкване (ако е необходимо), пресяване.

С въвеждането на процеса на регенерация количеството твърди отпадъци, изхвърлени в сметището, се намалява няколко пъти (понякога те се елиминират напълно). Количеството на вредните емисии във въздушната атмосфера с димни газове и прашен въздух от леярната не се увеличава. Това се дължи, първо, на доста висока степен на изгаряне на вредни компоненти по време на термична регенерация, и второ, на висока степен на пречистване на димните газове и отработения въздух от прах. За всички видове регенерация се използва двойно почистване на димните газове и отработения въздух: за термично - центробежни циклони и мокри прахосмукачки, за механични - центробежни циклони и торбични филтри.

Много машиностроителни предприятия имат свои собствени леярни, които използват формовъчна пръст при производството на отливки от леене на метални части за производството на отливни форми и сърцевини. След използването на отливни форми се образува изгорена земя, чието изхвърляне е от голямо икономическо значение. Формиращата земя се състои от 90-95% висококачествен кварцов пясък и малки количества различни добавки: бентонит, смлени въглища, сода каустик, течно стъкло, азбест и др.

Регенерацията на изгорялата земя, образувана след отливането на продукти, се състои в отстраняване на прах, фини фракции и глина, която е загубила своите свързващи свойства под въздействието на висока температура при запълване на формата с метал. Има три начина за регенериране на изгорена земя:

• електро-корона.

Мокър начин.

При мокрия метод на регенерация изгорената земя влиза в системата на последователни утаителни резервоари с течаща вода. Когато преминава през утаителните резервоари, пясъкът се утаява на дъното на басейна и малки фракции се отнасят от водата. След това пясъкът се изсушава и се връща в производството за изработване на отливки. Водата преминава към филтриране и пречистване и също се връща към производството.

Сух метод.

Сухият метод за регенериране на изгоряла земя се състои от две последователни операции: отделяне на пясък от свързващи добавки, което се постига чрез издухване на въздух в барабана със земята и отстраняване на прах и малки частици чрез изсмукването им от барабана заедно с въздуха. Въздухът, излизащ от барабана, съдържащ прахови частици, се почиства чрез филтри.

Електрокоронарен метод.

При регенерация с електрокоронка отпадъчната смес се разделя на частици с различни размери с помощта на високо напрежение. Зърната пясък, поставени в полето на електрокоронен разряд, се зареждат с отрицателни заряди. Ако електрическите сили, действащи върху песъчинка и привличащи я към събиращия електрод, са по-големи от силата на гравитацията, тогава пясъчните зърна се утаяват на повърхността на електрода. Чрез промяна на напрежението върху електродите е възможно да се отдели пясъкът, преминаващ между тях, на фракции.

Регенерирането на формовъчни пясъци с течно стъкло се извършва по специален начин, тъй като при многократно използване на сместа в нея се натрупват над 1-1,3% алкали, което увеличава изгарянето, особено върху чугунните отливки. Сместа и камъчетата се подават едновременно във въртящия се барабан на регенерационния блок, който, изливайки се от лопатките по стените на барабана, механично разрушава течния стъклен филм върху пясъчните зърна. Чрез регулируеми жалузи въздухът влиза в барабана, който се засмуква заедно с прах в мокър прахоуловител. След това пясъкът заедно с камъчетата се подават в барабанно сито за отсяване на камъчета и големи зърна с филми. Добрият пясък се транспортира от ситото до склада.