Отходы литейного производства что относится. Установка эффективных системам улавливания и нейтрализации выделяющихся вредных веществ. Смотреть что такое "отходы литейного производства" в других словарях

Острой проблемой в литейном производстве считается неудов­летворительное состояние воздушной среды. Химизация литей­ного производства, способствуя созданию прогрессивной техно­логии, одновременно ставит задачи по оздоровлению воздушной среды. Наибольшее количество пыли выделяется от оборудования для выбивки форм и стержней. Для очистки выбросов пыли при­меняют циклоны разных типов, полые скрубберы и циклоны-промыватели. Эффективность очистки в этих аппаратах находится в пре­делах 20-95 %. Применение в литейном производстве синтетиче­ских связующих особенно остро ставит проблему очистки воздуш­ных выбросов от токсичных веществ, главным образом от органи­ческих соединений фенола, формальдегида, оксидов углерода, бензола и др. Для обезвреживания органических паров литейного производства применяют различные способы: термическое сжига­ние, каталитическое дожигание, адсорбцию активированным уг­лем, окисление озоном, биоочистку и др.

Источником сточных вод в литейных цехах служат, главным образом, установки гидравлической и электрогидравлической очистки литья, мокрой очистки воздуха, гидрогенерации отрабо­танных формовочных смесей. Огромное экономическое значение для народного хозяйства имеет утилизация сточных вод и шлама. Количество сточных вод можно значительно снизить путем при­менения оборотного водоснабжения.

Твердые отходы литейного производства, поступающего в от­валы, представляют собой в основном отработанные литейные, пе­ски. Незначительную часть (менее 10 %) составляют металличе­ские отходы, керамика, бракованные стержни и формы, огнеупо­ры, бумажный и древесный мусор.

Основным направлением уменьшения количества твердых от­ходов в отвалы следует считать регенерацию отработанных ли­тейных песков. Использование регенератора обеспечивает сниже­ние расхода свежих песков, а также связующих и катализаторов. Разработанные технологические процессы регенерации позволяют регенерировать песок с хорошим качеством и высоким выходом целевого продукта.

При отсутствии регенерации отработанные формовочные смеси, а также шлаки необходимо использовать в других отраслях про­мышленности: отработанные пески - в дорожном строительстве в качестве балластного материала для выравнивания рельефа и устройства насыпей; отработанные песчано-смоляные смеси - для изготовления холодного и горячего асфальтобетонов; мелкую фракцию отработанных формовочных смесей - для производства стройматериалов: цемента, кирпича, облицовочных плиток; отра­ботанные жидкостекольные смеси - сырье для строительных це­ментных растворов и бетона; шлак литейного производства - для дорожного строительства в качестве щебня; мелкая фракция - в качестве удобрения.

Захоронение твердых отходов литейного производства целесо­образно проводить в овраги, отработанные карьеры и шахты.

ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ

В современной технике используют литые детали из очень многих сплавов. В настоящее время в СССР доля стального литья в общем балансе отливок составляет примерно 23 %, чугунного - 72 %. Отливки из сплавов цветных металлов около 5 %.

Чугун и литейные бронзы являются «традиционными» литей­ными сплавами, применяемыми с давних времен. Они не обладают достаточной пластичностью для обработки давлением, изделия из них получают литьем. Вместе с тем для получения отливок ши­роко используют и деформируемые сплавы, например, стали. Возможность использования сплава для получения отливок оп­ределяется его литейными свойствами.

Кривицкий В.С.

Источник: Литейное производство.-1991.-№12.-С.42

Утилизация отходов литейного производства – актуальная проблема производства металла и рационального ресурсопользования. При плавке образуется большое количество отходов (40– 100 кг на 1 т), определенную часть которых составляют донные шлаки и донные сливы,содержащие хлориды, фториды и другие соединения металлов, которые в настоящее время неиспользуются как вторичное сырье, а вывозятся в отвалы. Содержание металла в подобного рода отвалах составляет 15 – 45 %. Таким образом, теряются тонны ценных металлов,которые должны быть возвращены в производство. Кроме этого, происходит загрязнение и засаливание почв.

В России и за рубежом известны различные способы переработки металлсодержащих отходов, но только некоторые из них получили широкое применение в промышленности. Сложность заключается в нестабильности процессов, их длительности малом выходе металла. Наиболее перспективными являются:
-Плавление богатых металлом отходов с защитным флюсом, перемешивание полученной массы для диспергирования на мелкие, однородные по величине и равномерно распределенные по объему расплава капли металла с последующей коанселяцией;
-Разбавление остатков защитным флюсом и разливка через сито расплавленной массы при температуре ниже температуры данного расплава;
-Механическая дезинтеграция с сортировкой пустой породы;
-Мокрая дезинтеграция путем растворения или флюса и отделения металла;
-Центрифугирование жидких остатков плавки. Опыт проводился на предприятии магниевого производства. При утилизации отходов предлагается использование действующего оборудования литейных цехов.

Суть метода мокрой дезинтеграции заключается в растворении отходов в воде, чистой или с катализаторами. В механизме переработки растворимые соли перезодят в раствор, а нерастворимые соли и оксиды теряют прочность и рассыпаются, металлическая часть донного слива освобождается и легко отделяется от неметаллической. Данный процесс является экзотермическим, протекает с выделением большого количества тепла, сопровождаясь бурлением и выделением газов. Выход металла в лабораторных условиях составляет 18 – 21,5%. Более перспективным является способ плавки отходов. Для утилизации отходов с содержанием металла не менее 10 % сначала необходимо обогащение отходов магнием с частичным отделением солевой части. Отходы загружаются в подготовительный стальной тигель, добавляется флюс (2 – 4 % массы шихты) и плавится. После плавления отходов производится рафинирование жидкого расплава специальным флюсом, расход которого составляет 0,5 – 0,7 % от массы шихты. После отстаивания выход годного металла составляет 75 – 80 % от содержания его в шлаках.

После слива металла остается густой остаток, состоящий из солей и оксидов. Содержание металлического магния в нем не более 3 – 5 %. Цель дальнейшей переработки отходов состояла в извлечении из неметаллической части оксида магния путем обработки их водными растворами кислот и щелочей. Так как в результате процесса происходит разложение конгломерата, после просушивания и прокаливания можно получить оксид магния с содержанием до 10 % примесей. Часть оставшейся неметаллической части можно использовать в производстве керамики и стройматериалов. Данная опытная технология позволяет утилизировать свыше 70 % массы отходов, ранее сбрасываемых в отвалы.

Подводя итог всему вышесказанному, можно сказать, что, несмотря на длительность изучения настоящей проблемы, утилизация и переработка отходов промышленности по- прежнему не ведется на должном уровне. Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду. Все эти мероприятия, бесспорно, уменьшают уровень негативного воздействия отходов промышленности на природу, но не решают проблему прогрессирующего их накопления в окружающей среде и, следовательно, нарастающей опасности проникновения в биосферу вредных веществ под влиянием техногенных и природных процессов.

Литейное производство является основной заготовительной базой машиностроения. Около 40% всех заготовок, используемых в машиностроении, получают литьем. Однако, литейное производство является одним из наиболее экологически неблагоприятных.

В литейном производстве применяется более 100 технологических процессов, более 40 видов связующих, более 200 противопригарных покрытий.

Это привело к тому, что в воздухе рабочей зоны встречается до 50 вредных веществ, регламентированных санитарными нормами. При производстве 1т чугунных отливок выделяется:

10..30 кг - пыли;

200..300 кг - оксида углерода;

1..2 кг - оксида азота и серы;

0.5..1.5 г - фенола, формальдегида, цианидов и др.;

3 м 3 - загрязненных сточных вод может поступить в водный бассейн;

0.7..1.2 т - отработанных смесей в отвал .

Основную массу отходов литейного производства составляют отработанные формовочные и стержневые смеси и шлак. Утилизация этих отходов литейного производства наиболее актуальна, т.к. несколько сот гектаров поверхности земли занимают вывозимые ежегодно в отвал смеси , в Одесской области.

В целях снижения загрязнения почв различными промышленными отходами в практике охраны земельных ресурсов предусматриваются следующие мероприятия:

утилизация;

обезвреживание методом сжигания;

захоронение на специальных полигонах;

организация усовершенствованных свалок .

Выбор метода обезвреживания и утилизации отходов зависит от их химического состава и степени влияния на окружающую среду.

Так, отходы металлообрабатывающей, металлургической, угольной промышленности, содержат частицы песка, породы и механические примеси. Поэтому отвалы изменяют структуру, физико-химические свойства и механический состав почв.

Указанные отходы используют при строительстве дорог, засыпке котлованов и отработанных карьеров после обезвоживания. В тоже время отходы машиностроительных заводов и химических предприятий, содержащие соли тяжелых металлов, цианиды, токсичные органические и неорганические соединения, утилизации не подлежат. Эти виды отходов собирают в шламонакопители, после чего их засыпают, утрамбовывают и озеленяют место захоронения .

Фенол - наиболее опасное токсичное соединение, находящееся в формовочных и стержневых смесях. В тоже время исследования показывают, что основная часть фенолсодержащих смесей, прошедших заливку, практически не содержит фенола и не представляет собой опасности для окружающей среды. Кроме того, фенол, несмотря на его высокую токсичность, быстро разлагается в почве . Спектральный анализ отработанных смесей на других видах связующего показал отсутствие особоопасных элементов:Hg, Pb, As, F и тяжелых металлов . Т.е., как показывают расчеты данных исследований, отработанные формовочные смеси не представляют собой опасности для окружающей среды и не требуют каких-либо специальных мероприятий по их захоро­нению . Негативным фактором является само существование отвалов, которые создают неприглядный пейзаж, нарушают ландшафт. Кроме того, пыль, уносимая с отвалов ветром, загрязняет окружающую среду . Однако, нельзя сказать, что проблема отвалов не решается. В литейном производстве существует целый ряд технологического оборудования, позволяющего проводить регенерацию формовочных песков и использовать их в производственном цикле неоднократно. Существующие методы регенерации традиционно делятся на механические, пневматические, термические, гидравлические и комбинированные.

По данным Международной комиссии по регенерации песков, в 1980 г. из 70 опрошенных литейных предприятий Западной Европы и Японии 45 использовали установки механической регенерации .

В тоже время, литейные отработанные смеси - хорошее сырье для стройматериалов: кирпича, силикатного бетона, и изделий из него, строительных растворов, асфальтобетона для дорожных покрытий, для отсыпки полотна железных дорог .

Исследования Свердловских ученых (Россия) показали, что отходы литейного производства обладают уникальными свойствами: ими можно обрабатывать осадки сточных вод (для этого пригодны существующие отвалы литейного производства); защищать стальные конструкции от почвенной коррозии . Специалисты Чебоксарского завода промышленных тракторов (Россия) использовали пылевидные отходы регенерации в качестве добавки (до 10%) при производстве силикатного кирпича .

Многие литейные отвалы используются как вторичное сырье в самом литейном производстве. Так, например, кислый шлак сталелитейного производства и феррохромовый шлак применяются в технологии шликерного формообразования при литье по выплавляемым моделям .

В ряде случаев отходы машиностроительных и металлургических производств содержат значительное количество химических соединений, которые могут представлять ценность как сырье и использоваться в виде дополнения к шихте .

Рассмотренные вопросы улучшения экологической обстановки при производстве литых деталей позволяет сделать вывод о том, что в литейном производстве можно комплексно решать весьма сложные экологические проблемы.

Лит е йное произв о дство , одна из отраслей промышленности, продукцией которой являются отливки, получаемые в литейных формах при заполнении их жидким сплавом. Методами литья изготовляется в среднем около 40% (по массе) заготовок деталей машин, а в некоторых отраслях машиностроения, например в станкостроении, доля литых изделий составляет 80%. Из всех производимых литых заготовок машиностроение потребляет примерно 70%, металлургическая промышленность - 20%, производство санитарно-технического оборудования - 10%. Литые детали используют в металлообрабатывающих станках, двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах, электродвигателях, паровых и гидравлических турбинах, прокатных станах, с.-х. машинах, автомобилях, тракторах, локомотивах, вагонах. Широкое применение отливок объясняется тем, что их форму легче приблизить к конфигурации готовых изделий, чем форму заготовок, производимых др. способами, например ковкой. Литьём можно получить заготовки различной сложности с небольшими припусками, что уменьшает расход металла, сокращает затраты на механическую обработку и, в конечном счёте, снижает себестоимость изделий. Литьём могут быть изготовлены изделия практически любой массы - от нескольких г до сотен т, со стенками толщиной от десятых долей мм до нескольких м. Основные сплавы, из которых изготовляют отливки: серый, ковкий и легированный чугун (до 75% всех отливок по массе), углеродистые и легированные стали (свыше 20%) и цветные сплавы (медные, алюминиевые, цинковые и магниевые). Область применения литых деталей непрерывно расширяется.

Отходы литейного производства.

Классификация отходов производства возможна по различным признакам, среди которых основными можно считать следующие:

по отраслям промышленности - черная и цветная металлургия, рудо - и угледобывающая промышленность, нефтяная и газовая и т. д.

по фазовому составу - твердые (пыли, шламы, шлаки), жидкие(растворы, эмульсии, суспензии), газообразные (оксиды углерода, азота, соединение серы и др.)

по производственнным циклам - при добыче сырья (вскрышные и овальные породы), при обогащении (хвосты, шламы, сливы), в пирометаллургии (шлаки, шламы, пыли, газы), в гидрометаллургии (растворы, осадки, газы).

На металлургическом комбинате с замкнутым циклом (чугун - сталь - прокат) твердые отходы могут быть двух видов - пыли и шлаки. Довольно часто применяется мокрая газоочистка, тогда вместо пыли отходом является шлам. Наиболее ценными для черной металлургии являются железосодержащие отходы (пыль, шлам, окалина), в то время как шлаки в основном используются в других отраслях промышленности.

При работе основных металлургических агрегатов образуется большее количество тонкодисперсной пыли, состоящей из оксидов различных элементов. Последняя улавливается газоочистными сооружениями и затем либо подается в шламонакопитель, либо направляется на последующую переработку (в основном как компонент аглошихты).

Примеры отходов литейного производства:

Литейный горелый песок

Шлак от дуговой печи

Лом цветных и черных металлов

Нефтеотходы (отработанные масла, смазки)

Песок формовочный горелый (земля формовочная) - отходы литейного производства, по физико-механическим свойствам приближающиеся к супеси. Образуется в результате применения способа литья в песчаные формы. Состоит преимущественно из кварцевого песка, бентонита (10 %), карбонатных добавок (до 5 %).

Я выбрала этот вид отходов потому, что вопрос утилизации отработанной формовочной смеси – один из важных вопросов литейного производства с экологической точки зрения.

Формовочные материалы должны обладать главным образом огнеупорностью, газопроницаемостью и пластичностью.

Огнеупорностью формовочного материала называется способность его не сплавляться и спекаться при соприкосновении с расплавленным металлом. Наиболее доступным и дешевым формовочным материалом является кварцевый песок (SiO2), достаточно огнеупорной для отливки самых тугоплавких металлов и сплавов. Из примесей, сопровождающих SiO2, особенно нежелательны щелочи, которые, действуя на SiO2, как флюсы, образуют с ним легкоплавкие соединения (силикаты), пригорающие к отливки и затрудняющие ее очистку. При плавке чугуна и бронзы вредные примеси вредные примеси в кварцевом песке не должны превышать 5-7%, а для стали - 1,5-2%.

Газопроницаемостью формовочного материала называется его способность пропускать газы. При плохой газопроницаемости формовочной земли в отливке могут образовываться газовые раковины (обычно сферической формы) и вызывать брак отливки. Раковины обнаруживаются во время последующей механической обработки отливки при снятии верхнего слоя металла. Газопроницаемость формовочной земли зависит от ее пористости между отдельными зернами песка, от формы и величины этих зерен, от их однородности и от количества в ней глины и влаги.

Песок с округлыми зернами обладает большей газопроницаемостью, нежели песок с округлыми зернами. Мелкие зерна, располагаясь между крупными, также уменьшают газопроницаемости смеси, снижая пористость и создавая мелкие извилистые каналы, затрудняющие выход газов. Глина, имея чрезвычайно мелкие зерна, закупоривает поры. Излишек воды также закупоривает поры и, кроме того, испаряясь при соприкосновении с залитым в форму горячим металлом, увеличивает количество газов, которые должны пройти через стенки формы.

Прочность формовочной смеси заключается в способности сохранять приданную ей форму, сопротивляясь действию внешних усилий (сотрясения, удар струи жидкого металла, статическое давление залитого в форму металла, давление газов, выделяющихся из формы, и металла при заливке, давление от усадки металла и т.д.).

Прочность формовочной смеси возрастает при повышении содержания влаги до определенного предела. При дальнейшем повышении количества влаги прочность падает. При наличии в формовочном песке примеси глины ("жидкий песок") прочность повышается. Жирный песок требует большого содержания влаги, чем песок с малым содержанием глины ("тощий песок"). Чем мельче зерно песка и чем угловатее его форма, там больше прочность формовочной смеси. Тонкая связующая прослойка между отдельными зернами песка достигается тщательным и продолжительным перемешиванием песка с глиной.

Пластичность формовочной смеси называется способность легко воспринимать и точно сохранять форму модели. Пластичность особенно необходима при изготовлении художественных и сложных отливок для воспроизведения мельчайших подробностей модели и сохранения отпечатков их во время заливки формы металлом. Чем мельче зерна песка и чем равномернее они окружены прослойкой глины, тем лучше они заполняют мельчайшие детали поверхности модели и сохраняют форму. При излишней влажности связующая глина разжижается и пластичность резко снижается.

При хранении отработанных формовочных смесей на свалке происходит пыление и загрязнение окружающей среды.

Для решения этой проблемы предлагается проводить регенерацию отработанных формовочных смесей.

Специальные добавки. Одним из наиболее распространенных видов брака отливок является пригар формовочной и стержневой смеси к отливке. Причины, порождающие пригар, разнообразны: недостаточная огнеупорность смеси, крупнозернистый состав смеси, неправильный подбор противопригарных красок, отсутствие в смеси специальных противопригарных добавок, некачественная окраска форм и др. Различают три вида пригара: термический, механический и химический.

Термический пригар сравнительно легко удаляется при очистке отливок.

Механический пригар образуется в результате проникновения расплава в поры формовочной смеси и может быть удален вместе с коркой сплава, содержащей вкрапленные зерна формовочного материала.

Химический пригар представляет собой образование, сцементированное легкоплавкими соединениями типа шлаков, возникающими при взаимодействии формовочных материалов с расплавом или его окислами.

Механический и химический пригары или удаляются с поверхности отливок (требуется большая затрата энергии), или же отливки окончательно бракуют. Предупреждение пригара основано на введении в формовочную или стержневую смесь специальных добавок: молотого угля, асбестовой крошки, мазута и др., а также покрытии рабочих поверхностей форм и стержней противопригарными красками, припылами, натирками или пастами, содержащими в своем составе высокоогнеупорные материалы (графит, тальк), не взаимодействующие при высоких температурах с окислами расплавов, или материалы, создающие восстановительную среду (молотый уголь, мазут) в форме при ее заливке.

Приготовление формовочных смесей. Качество художественной отливки во многом зависит от качества формовочной смеси, из которой приготовлена ее литейная форма. Поэтому подбор формовочных материалов для смеси и ее приготовление в технологическом процессе получения отливки имеет важное значение. Формовочная смесь может быть приготовлена нз свежих формовочных материалов и отработанной смеси с небольшой добавкой свежих материалов.

Процесс приготовления формовочных смесей из свежих формовочных материалов состоит из следующих операций: составления смеси (подбор формовочных материалов), перемешивания составляющих смеси в сухом виде, увлажнения, перемешивания после увлажнения, вылеживания, разрыхления.

Составление. Известно, что формовочные пески, отвечающие всем технологическим свойствам формовочной смеси, в природных условиях встречаются редко. Поэтому смеси, как правило, приготовляют путем подбора песков с различным содержанием глины, так, чтобы полученная смесь содержала нужное количество глины и обладала необходимыми технологическими свойствами. Такой подбор материалов для приготовления смеси называют составлением смеси.

Перемешивание н увлажнение. Составляющие формовочной смесн тщательно перемешивают в сухом виде с целью равномерного распределения частиц глины по всей массе песка. Затем смесь увлажняют, добавляя нужное количество воды, и снова перемешивают так, чтобы каждая из частиц песка покрылась пленкой глины или другого связующего. Увлажнять компоненты смеси до перемешивания не рекомендуется, так как при этом пески с высоким содержанием глины скатываются в небольшие шарики, трудно поддающиеся разрыхлению. Перемешивание большого количества материалов вручную - большая и трудоемкая работа. В современных литейных цехах составляющие смеси в процессе ее приготовления перемешивают в шнековых смесителях или смешивающих бегунах.

Смешивающие бегуны имеют неподвижную чашу и два гладких катка, сидящих на горизонтальной оси вертикального вала, соединенного конической передачей с редуктором электродвигателя. Между катками и дном чаши делается регулируемый зазор, предотвращающий дробление катками зерен смеси пластичность, газопроницаемость и огнеупорность. Для восстановления утраченных свойств в смесь добавляют 5-35 % свежих формовочных материалов. Такую операцию при приготовлении формовочной смеси принято называть освежением смеси.

Специальные добавки в формовочные смеси. Специальные добавки вводятся в формовочные и стержневые смеси для обеспечения особых свойств смеси. Так, например, чугунная дробь, вводимая в формовочную смесь, увеличивает ее теплопроводность и предупреждает образование усадочной рыхлоты в массивных узлах отливок при их затвердевании. Древесные опилки и торф вводят в смеси, предназначенные для изготовления форм и стержней, подвергающихся сушке. После сушки указанные добавки, уменьшаясь в объеме, увеличивают газопроницаемость и податливость форм и стержней. Едкий натр вводится в формовочные быстротвердеющие смеси на жидком стекле для повышения долговечности смеси (устраняется комкование смеси).

Процесс приготовления формовочной смеси с использованием отработанной смеси состоит из следующих операций: подготовки отработанной смеси, добавления в отработанную смесь свежих формовочных материалов, перемешивания в сухом виде, увлажнения, перемешивания составляющих после увлажнения, вылеживания, разрыхления.

Существующая компания Heinrich Wagner Sinto концерна Sinto серийно производит новое поколение формовочных линий серии FBO. На новых машинах изготавливаются безопочные формы с горизонтальной плоскостью разъема. Более 200 таких машин успешно работают в Японии, США и других странах мира». При размерах формы от 500 х 400 мм до 900 х 700 мм формовочные машины FBO могут производить от 80 до 160 форм в час.

Закрытая конструкция позволяет избегать просыпей песка и обеспечивает удобные условия и чистоту на рабочих местах. При разработке системы уплотнения и транспортных устройств большое внимание уделялось тому, чтобы свести уровень шума до минимума. Установки FBO отвечают всем требованиям по экологичности, предъявляемым к новому оборудованию.

Система заполнения смеси позволяет изготовлять точные формы с применением формовочной смеси с бентонитовым связующим. Автоматический механизм контроля давления устройства подачи и прессования песка обеспечивает равномерное уплотнение смеси и гарантирует качественное изготовление сложных отливок с глубокими карманами и малой толщиной стенок. Такой процесс уплотнения позволяет варьировать высоту верхней и нижней полуформы независимо друг от друга. Это обеспечивает существенно более низкий расход смеси, а значит более экономичное производство благодаря оптимальному соотношению металл-форма.

По своему составу и степени воздействия на окружающую среду отработанные формовочные и стержневые смеси подразделяют на три категории опасности:

I – практически инертные. Смеси, содержащие в качестве связующего глину, бентонит, цемент;

II – отходы, содержащие биохимически окисляемые вещества. Это смеси после заливки, связующим в которых являются синтетические и природные композиции;

III – отходы, содержащие малотоксичные, малорастворимые в воде вещества. Это жидкостекольные смеси, неотожженные песчано – смоляные смеси, смеси, отверждаемые соединениями цветных и тяжелых металлов.

При отдельном складировании или захоронении полигоны отработанных смесей, следует располагать в обособленных, свободных от застройки местах, которые допускают осуществление мероприятий, исключающий возможность загрязнение населенных пунктов. Полигоны следует размещать на участках со слабо фильтрующими грунтами (глина, сулинок, сланцы).

Отработанная формовочная смесь, выбитая из опок, перед повторным использованием должна быть предварительно переработана. В немеханизированных литейных цехах ее просеивают на обычном сите или на передвижной смесеприготовительной установке, где происходит отделение металлических частиц и других посторонних примесей. В механизированных цехах отработанная смесь подается из-под выбивной решетки ленточным транспортером в смесеприготовительное отделение. Крупные комки смеси, образующиеся после выбивки форм, обычно разминают гладкими или рифлеными вальцами. Металлические частицы отделяют магнитными сепараторами, установленными на участках передачи отработанной смеси с одного транспортера на другой.

Регенерация горелой земли

Серьёзной проблемой литейного производства остаётся экология, так как при производстве одной тонны литья из чёрных и цветных сплавов выделяется около 50 кг пыли, 250 кг окиси углерода, 1,5- 2,0 кг окиси серы, 1 кг углеводородов.

С появлением технологий формообразования с использованием смесей со связующими сделанными из синтетических смол разных классов особенно опасны выделения фенолов, ароматических углеводородов, формальдегидов, канцерогенного и аммиачного бензопирена. Усовершенствование литейного производства обязано быть направлено не только на разрешение экономических проблем, но и не в меньшей мере на создание условий для деятельности и проживания человека. По экспертной оценке, на сегодняшний день эти технологии создают до 70% загрязнений природы от литейных цехов.

Очевидно, в условиях литейного производства проявляется неблагоприятный кумулятивный эффект комплексного фактора, при котором вредное воздействие каждого отдельного ингредиента (пыли, газов, температуры, вибрации, шума) резко увеличивается.

Модернизирующие мероприятия в литейном производстве выделяют следующие:

замена вагранок индукционными печами низкой частоты (при этом размер вредных выбросов уменьшается: пыли и двуокиси углерода приблизительно в 12 раз, двуокиси серы в 35 раз)

внедрение в производство малотоксичных и не токсичных составов смесей

установка эффективных системам улавливания и нейтрализации выделяющихся вредных веществ

отладка эффективной работы вентиляционных систем

применение современного оборудования с пониженной вибрацией

регенерации отработанных смесей на местах их образования

Количество фенолов в отвальных смесях превышает содержание других токсичных веществ. Фенолы и формальдегиды образуются в процессе термодеструкции формовочных и стержневых смесей, в которых связующим являются синтетические смолы. Эти вещества хорошо растворимы в воде, что создает опасность попадания их в водоёмы при вымывании поверхностными (дождевыми) или грунтовыми водами.

Выбрасывать отработанную формовочную смесь после выбивки в отвалы является экономически и экологически невыгодно. Наиболее рациональным решением является регенерация холоднотвердеющих смесей. Основной целью регенерации является удаление пленок связующего с зерен кварцевого песка.

Наибольшее распространение получил механический способ регенерации, при котором происходит отделение пленок связующего от кварцевых песчинок за счет механического перетирания смеси. Пленки связующего разрушаются, превращаются в пыль и удаляются. Регенерированный песок поступает на дальнейшее использование.

Технологическая схема процесса механической регенерации:

выбивка формы (Залитая форма подается на полотно выбивной решетки, где происходит ее разрушение за счет вибрационных ударов.);

раздробление кусков формовочной смеси и механическое перетирание смеси (Прошедшая сквозь выбивную решетку смесь поступает в систему оттирочных сит: стальной грохот для крупных комков, сито с клинообразными отверстиями и мелкое оттирочное сито-классификатор. Встроенная система сит измельчает формовочную смесь до необходимого размера и отсеивает металлические частицы и другие крупные включения.);

охлаждение регенерата (Вибрационный элеватор обеспечивает транспортировку горячего песка в охладитель/обеспыливатель.);

пневмопередача регенерированного песка на участок формовки.

Технология механической регенерации обеспечивает возможность повторного использования от 60-70% (Альфа-сет процесс) до 90-95% (Фуран-процесс) регенерированного песка. Если для Фуран-процесса данные показатели являются оптимальными, то для Альфа-сет процесса повторное использование регенерата лишь на уровне 60-70% является недостаточным и не решающим экологический и экономический вопросы. Для увеличения процента использования регенерированного песка возможно использование термической регенерации смесей. Регенерированный песок по качеству не уступает свежему песку и даже превосходит его за счет активации поверхности зерен и выдувания пылевидных фракций. Печи для термической регенерации работают по принципу кипящего слоя. Нагрев регенерируемого материала производится боковыми горелками. Тепло дымовых газов используется для нагрева воздуха, поступающего на формирование кипящего слоя и на сжигание газа для нагрева регенерируемого песка. Для охлаждения регенерируемых песков используются установки кипящего слоя, снабженные водяными теплообменниками.

При термической регенерации происходит нагрев смесей в окислительной среде при температуре 750-950 ºС. При этом происходит выгорание пленок органических веществ с поверхности зерен песка. Несмотря на высокую эффективность процесса (возможно использование до 100% регенерированной смеси) у него имеются следующие недостатки: сложность оборудования, большой расход энергии, низкая производительность, высокая стоимость.

Все смеси перед регенерацией проходят предварительную подготовку: магнитную сепарацию (другие виды очистки от немагнитного скрапа), дробление (при необходимости), просев.

При внедрении процесса регенерации количество твердых отходов, выбрасываемых в отвал, в несколько раз сокращается (иногда они ликвидируются полностью). Количество вредных выбросов в воздушную атмосферу с дымовыми газами и запыленным воздухом из литейного цеха не увеличивается. Это связано, во-первых, с достаточно высокой степенью сгорания вредных компонентов при термической регенерации, во-вторых, с высокой степенью очистки дымовых газов и отработанного воздуха от пыли. Для всех видов регенерации используется двойная очистка дымовых газов и отработанного воздуха: для термической - центробежные циклоны и мокрые пылеочистители, для механической - центробежные циклоны и рукавные фильтры.

На многих машиностроительных предприятиях имеется свое литейное производство, использующее при изготовлении формованных литых металлических деталей формовочную землю для изготовления литейных форм и стержней. После исполь­зования литейных форм образуется горелая земля, утилизация которой имеет важное экономическое значение. Формовочная земля состоит на 90-95 % из высококачественного кварцевого песка и небольших количеств различных добавок: бентонита, молотого угля, едкого натра, жидкого стекла, асбеста и др.

Регенерация горелой земли, образовавшейся после отливки изделий, состоит в удалении пыли, мелких фракций и глины, потерявшей связующие свойства под влиянием высокой температуры при заполнении формы металлом. Существуют три способа регенерации горелой земли:

• электрокоронный.

Мокрый способ.

При мокром способе регенерации горелая земля поступает в систему последовательных отстойников с проточной водой. При прохождении отстойников песок оседает на дне бассейна, а мелкие фракции уносятся водой. Песок затем просушивается и возвращается в производство для изготовления литейных форм. Вода поступает на фильтрацию и очистку и также возвращается в производство.

Сухой способ.

Сухой способ регенерации горелой земли состоит из двух последовательных операций: отделения песка от связующих добавок, что достигается продувкой воздуха в барабан с землей, и удаления пыли и мелких частиц путем отсоса их из барабана вместе с воздухом. Выходящий из барабана воздух, содержащий пыле­видные частицы, очищается с помощью фильтров.

Электрокоронный метод.

При электрокоронной регенерации отработанная смесь разделяется на частицы разных размеров с помощью высокого напряжения. Песчинки, помещенные в поле электрокоронного разряда, заряжаются отрицательными зарядами. Если электрические силы, действующие на песчинку и притягивающие ее к осадительному электроду, больше силы тяжести, то песчинки оседают на поверхности электрода. Изменяя напряжение на электродах, можно разделять песок, проходящий между ними, по фракциям.

Регенерация формовочных смесей с жидким стеклом осуществляется специальным способом, так как при многократном использовании смеси в ней накапливается более 1-1,3% щелочи, что увеличивает пригар, особенно на чугунных отливках. Во вращающийся барабан установки для регенерации подают одновременно смесь и гальку, которые, пересыпаясь с лопастей на стенки барабана, механически разрушают пленку жидкого стекла на зернах песка. Через регулируемые жалюзи в барабан поступает воздух, отсасываемый вместе с пылью в мокрый пылеуловитель. Затем песок вместе с галькой подают в барабанное сито для отсеивания гальки и крупных зерен с пленками. Годный песок из сита транспортируют на склад.

Помимо регенерации горелой земли возможно также ее использование при изготовлении кирпичей. С этой целью формующие элементы предварительно разрушаются, и земля пропускается через магнитный сепаратор, где от нее отделяются частицы металла. Очищенная от металлических включений земля полностью заменяет кварцевый песок. Использование горелой земли повышает степень спекания кирпичной массы, т. к. в ней содержатся жидкие стекло и щелочь.

В основе работы магнитного сепаратора заложена разница между магнитными свойствами различных компонентов смеси. Суть процесса заключена в том, что из потока общей движущейся смеси выделяются отдельные металломагнитные частицы, которые изменяют свой путь в направлении действия магнитной силы.

Кроме этого, горелую землю используют при производстве бетонных изделий. В бетоносмесительную установку (БСУ), а именно, в планетарный смеситель принудительного действия, через систему электронных весов и оптических дозаторов поступает сырье (цемент, песок, пигмент, вода, добавка)

Так же отработанную формовочную смесь применяют при производстве шлакоблока.

Шлакоблоки изготавливают из формовочной смеси с содержанием влаги до 18%, с добавлением ангидритов, известняка и ускорителей схватывания смеси.

Технология производства шлакоблоков.

Приготавливается бетонная смесь из отработанной формовочной смеси, шлака, воды и цемента. Перемешивают в бетономешалке.

Приготовленный шлакобетонный раствор загружают в форму (матрицу). Формы (матрицы) бывают разных размеров. После закладки смеси в матрицу производят ее усадку при помощи прижима и вибрации, затем матрица поднимается, а шлакоблока остается в поддоне. Полученное высыхающее изделие держит форму за счет жесткости раствора.

Процесс набора прочности. Окончательно шлакоблок затвердевает в течении месяца. После окончательного затвердевания готовый продукт складируют для дальнейшего набора прочности, которая, согласно ГОСТа, должна быть не менее 50% от проектной. Далее шлакоблок отгружают потребителю или применяют на собственной площадке.

Германия.

Установки для регенерации смеси марки KGT. Они обеспечивают литейной промышленности экологически и экономически выгодную технологию вторичного использования литейных смесей. Оборотный цикл позволяет сократить потребление свежего песка, вспомогательных материалов и площади под складирование отработанной смеси.

3/2011_МГСу ТНИК

УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ ЛИТЕИИОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

RECYCLING OF THE WASTE OF FOUNDRY MANUFACTURE AT MANUFACTURING OF BUILDING PRODUCTS

B.B. Жариков, B.A. Езерский, H.B. Кузнецова, И.И. Стерхов V. V. Zharikov, V.A. Yezersky, N.V. Kuznetsova, I.I. Sterhov

В настоящих исследованиях рассматривается возможность утилизации отработанной формовочной смеси при использовании ее в производстве композиционных строительных материалов и изделий. Предложены рецептуры строительных материалов, рекомендованные для получения строительных блочков.

In the present researches possibility of recycling of the fulfilled forming admixture is surveyed at its use in manufacture of composite building materials and products. The compoundings of building materials recommended for reception building блочков are offered.

Введение.

В ходе технологического процесса литейное производство сопровождается образованием отходов, основной объем которых составляют отработанные формовочные (ОФС) и стержневые смеси и шлак. В настоящее время до 70 % этих отходов ежегодно вывозятся в отвал . Экономически нецелесообразным становится складирование промышленных отходов и для самих предприятий, так как вследствие ужесточения экологических законов за 1 тонну отходов приходится платить экологический налог, величина которого зависит от вида складируемого отхода. В связи с этим появляется проблема утилизации накопившихся отходов. Одним из вариантов решения этой проблемы является использование ОФС в качестве альтернативы природному сырью при производстве композиционных строительных материалов и изделий.

Использование отходов в строительной индустрии позволит снизить экологическую нагрузку на территории полигонов и исключить непосредственный контакт отходов с окружающей средой, а также повысить эффективность использования материальных ресурсов (электроэнергии, топлива, сырьевых материалов). Кроме того, производимые материалы и изделия с использованием отходов соответствуют требованиям эколого-гигиенической безопасности, так как цементный камень и бетон являются детоксикантами для многих вредных ингредиентов, включая даже золы от мусоросжи-гания, содержащие диоксины.

Целью настоящей работы является подбор составов многокомпонентных композиционных строительных материалов, обладающих физико-техническими параметра-

ВЕСТНИК 3/2011

ми, сопоставимыми с материалами, производимыми с использованием природного сырья.

Экспериментальное исследование физико-механических характеристик композиционных строительных материалов.

Компонентами композиционных строительных материалов являются: отработанная формовочная смесь (модуль крупности Мк=1,88), которая представляет из себя смесь вяжущего (Этилсиликат-40) и заполнителя (кварцевый песок различных фракций), используемая для полной или частичной замены мелкого заполнителя в смеси композиционного материала; портландцемент М400 (ГОСТ 10178-85); кварцевый песок с Мк=1,77; вода; суперпластификатор С-3, способствующий снижению водопо-требности бетонной смеси и улучшению структуры материала.

Экспериментальные исследования физико-механических характеристик цементного композиционного материала с использованием ОФС проводились с применением метода планирования эксперимента.

В качестве функций отклика были выбраны следующие показатели: прочность на сжатие (У), водопоглощение (У2), морозостойкость (!з), которые определялись по методикам соответственно. Этот выбор обусловлен тем, что при наличии представленных характеристик получаемого нового композиционного строительного материала можно определить область его применения и целесообразность использования.

В качестве влияющих факторов рассматривались следующие: доля содержания измельченной ОФС в заполнителе (х1); отношение вода/вяжущее (х2); отношение заполнитель/ вяжущее (х3); количество добавки пластификатора С-3 (х4).

При планировании эксперимента диапазоны изменения факторов принимались исходя из максимальных и минимальных возможных значений соответствующих параметров (табл. 1).

Таблица 1. - Интервалы варьирования факторов

Факторы Диапазон изменения факторов

х, 100% песок 50% песок+ 50% измельченная ОФС 100% измельченная ОФС

х4, % масс. вяжущего 0 1,5 3

Изменение смесевых факторов позволит получать материалы с широким диапазоном строительно-технических свойств.

Предполагалось, что зависимость физико-механических характеристик может быть описана приведенным полиномом неполного третьего порядка, коэффициенты которого зависят от значений уровней смесевых факторов (х1, х2, х3, х4) и описываются, в свою очередь, полиномом второго порядка.

В результате проведения экспериментов были сформированы матрицы значений функций отклика Уь У2, У3. С учетом значений повторных опытов для каждой функции было получено 24*3=72 значения.

Оценки неизвестных параметров моделей находились при помощи метода наименьших квадратов, то есть минимизируя сумму квадратов отклонений значений У от вычисленных по модели . Для описания зависимостей У=Дхь х2, х3, х4) использовались нормальные уравнения метода наименьших квадратов:

)=Хт ■ У, откуда: <0 = [хт X ХтУ,

где 0- матрица оценок неизвестных параметров модели; X - матрица коэффициентов; X - транспонированная матрица коэффициентов; У - вектор результатов наблюдений.

Для вычисления параметров зависимостей У=Дхь х2, х3, х4) использовались формулы, приведенные в для планов типа N.

В моделях при уровне значимости а=0,05 с помощью ¿-критерия Стьюдента выполнялась проверка значимости коэффициентов регрессии. Исключением незначимых коэффициентов определялся окончательный вид математических моделей.

Анализ физико-механических характеристик композиционных строительных материалов.

Наибольший практический интерес представляют зависимости прочности на сжатие, водопоглощения и морозостойкости композиционных строительных материалов при следующих фиксированных факторах: В/Ц отношение - 0,6 (х2=1) и количество заполнителя по отношению к вяжущему - 3:1 (х3=-1). Модели исследуемых зависимостей имеют вид: прочность на сжатие

у1 = 85,6 + 11,8 х1 + 4,07 х4 + 5,69 х1 - 0,46 х1 + 6,52 х1 х4 - 5,37 х4 +1,78 х4 -

1,91- х2 + 3,09 х42 водопоглощение

у3 = 10,02 - 2,57 х1 - 0,91-х4 -1,82 х1 + 0,96 х1 -1,38 х1 х4 + 0,08 х4 + 0,47 х4 +

3,01- х1 - 5,06 х4 морозостойкость

у6 = 25,93 + 4,83 х1 + 2,28 х4 +1,06 х1 +1,56 х1 + 4,44 х1 х4 - 2,94 х4 +1,56 х4 + + 1,56 х2 + 3,56 х42

Для интерпретации полученных математических моделей были построены графические зависимости целевых функций от двух факторов, при фиксированных значениях двух других факторов.

«2Л-40 ПЛ-М

Рисунок - 1 Изолинии прочности на сжатие композиционного строительного материала, кгс/см2, в зависимости от доли ОФС (Х1) в заполнителе и количества суперпластификатора (х4).

I Ц|1и|Мк1^|Ь1||ми..1 |||(| 9 ^ ______1|ЫИ<1ФС

Рисунок - 2 Изолинии водопоглощения композиционного строительного материала, % по массе, в зависимости от доли ОФС (х\) в заполнителе и количества суперпластификатора (х4).

□змо ■зо-Э5

□ 1ЕИ5 ■ ЫН) В 0-5

Рисунок - 3 Изолинии морозостойкости композиционного строительного материала, циклы, в зависимости от доли ОФС (хх) в заполнителе и количества суперпластификатора (х4).

Анализ поверхностей показал, что при изменении содержания ОФС в заполнителе от 0 до 100 % наблюдается в среднем рост прочности материалов на 45 %, снижение водопоглощения на 67 % и увеличение морозостойкости в 2 раза. При изменении количества суперпластификатора С-3 от 0 до 3 (% масс.) наблюдается в среднем рост прочности на 12 %; водопоглощение по массе изменяется в пределах от 10,38 % до 16,46 %; при заполнителе, состоящим из 100 % ОФС, морозостойкость увеличивается на 30 %, но при заполнителе, состоящим из 100 % кварцевого песка, морозостойкость уменьшается на 35 %.

Практическая реализация результатов экспериментов.

Анализируя полученные математические модели, можно выявить не только составы материалов с повышенными прочностными характеристиками (таблица 2), но и определить составы композиционных материалов с заранее заданными физико-механическими характеристиками при уменьшении в составе доли вяжущего (таблица 3).

После проведенного анализа физико-механических характеристик основных строительных изделий было выявлено, что рецептуры полученных составов композиционных материалов с использованием отходов литейной промышленности подойдут для производства стеновых блоков. Данным требованиям соответствуют составы композиционных материалов, которые приведены в таблице 4.

Х1(состав заполнителя,%) х2(В/Ц) Х3 (заполнитель/ вяжущее) х4 (супер пласти фикатор, %) ^сж, кгс/см2 Ш, % Морозостойкость, циклы

песок ОФС

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

Таблица 3 - Материалы с заранее заданными физико-механическими _характеристиками_

х! (состав заполнителя, %) х2 (В/Ц) х3 (заполнитель/ вяжущее) х4 (суперпластификатор, %) Лсж, кгс/см2

песок ОФС

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

Таблица 4 Физико-механические характеристики строительных композиционных

материалов с использованием отходов литейной промышленности

х1 (состав заполнителя,%) х2(В/Ц) х3 (заполнитель/ вяжущее) х4 (супер пласти фикатор, %) ^сж, кгс/см2 ш, % Р, гр/см3 Морозостойкость, циклы

песок ОФС

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

Таблица 5 - Технико-экономические характеристики стеновых блоков

Строительные изделия Технические требования к стеновым блокам по ГОСТ 19010-82 Цена, руб/шт

Прочность на сжатие, кгс/см2 Коэффициент теплопро водности, X , Вт / м 0 С Средняя плотность, кг/м3 Водопогло-щение, % по массе Морозостойкость, марка

100 по ТУ производителя >1300 по ТУ производителя по ТУ производителя

Пескобетонный блочок ООО «Там-бовБизнесСтрой» 100 0,76 1840 4,3 И00 35

Блочок 1 с использованием ОФС 100 0,627 1520 4,45 Б200 25

Блочок 2 с использованием ОФС 110 0,829 1500 2,8 Б200 27

ВЕСТНИК 3/2011

Предложен способ вовлечения техногенных отходов взамен природных сырьевых ресурсов в производство композиционных строительных материалов;

Исследованы основные физико-механические характеристики композиционных строительных материалов с использованием отходов литейного производства;

Разработаны составы равнопрочных композиционных строительных изделий с уменьшенным расходом цемента на 20 %;

Определены составы смесей для изготовления строительных изделий, например, стеновых блоков.

Литература

1. ГОСТ 10060.0-95 Бетоны. Методы определения морозостойкости.

2. ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определении прочности по контрольным образцам.

3. ГОСТ 12730.3-78 Бетоны. Метод определения водопоглощения.

4. Зажигаев Л.С., Кишьян А.А., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента.- М.: Атомиздат, 1978.- 232 с.

5. Красовский Г.И., Филаретов Г.Ф. Планирование эксперимента.- Мн.: Изд-во БГУ, 1982. -302 с.

6. Малькова М.Ю., Иванов А.С. Экологические проблемы отвалов литейного производства// Вестник машиностроения. 2005. №12. С.21-23.

1. GOST 10060.0-95 Concrete. Methods of definition of frost resistance.

2. GOST 10180-90 Concrete. Methods durability definition on control samples.

3. GOST 12730.3-78 Concrete. A method of definition of water absorption.

4. Zajigaev L.S., Kishjan A.A., Romanikov JU.I. Method of planning and processing of results of physical experiment. - Mn: Atomizdat, 1978. - 232 p.

5. Krasovsky G.I, Filaretov G.F. Experiment planning. - Mn.: Publishing house BGU, 1982. - 302

6. Malkova M. Ju., Ivanov A.S. Environmental problem of sailings of foundry manufacture//the mechanical engineering Bulletin. 2005. №12. p.21-23.

Ключевые слова: экология в строительстве, ресурсосбережение, отработанная формовочная смесь, композиционные строительные материалы, заранее заданные физико-механические характеристики, метод планирования эксперимента, функция отклика, строительные блоки.

Keywords: a bionomics in building, ресурсосбережение, the fulfilled forming admixture, the composite building materials, in advance set physicomechanical characteristics, method of planning of experiment, response function, building blocks.