Najbolje dostupne tehnikeza livnice

ograničenja i mogućnosti

Prof. dr. Srđan MarkovićTehnološko-metalurški fakultet Univerziteta u Beogradu

Srpsko livačko društvosrdjan@tmf.bg.ac.rs

Metalurgija i Integrisana dozvolapostupak pribavljanja, obuka operatera sa posebnim osvrtom na

postrojenja u Srbiji

8. decembra 2011. godine, Tehnološko-metalurški fakultet

Livnice u Srbiji

Proces livenja

Coremaking

Molding

Melting

Metallcharge

Pouring

Preparationof moldsmixture

Preparationof coremixture

Shakeout

Qualitycontrol

Coa

t

Sla

g

Molds

Refractory materials

Casting

s

Spoiledcastings

Gating system

Circle material

Used materials

Primary raw materials

Additives

Solidifi-cation

Finishingoperations

Castingswithgates

Energy formelting

Melter

Co

res

Pat

tern

s

Add

itiv

esB

ond

New

san

dR

ecla

mat

ed s

and

Coat

Core mixtureCoreboxes Core sand

BondAdditives

Use

d sa

nd

Fra

me

plat

eMolds

Molds mixture

Loose ofsand

Ladlerefining

Moltenmetall

Tehnološki tok u livnici

Produkti

sirovi odlivci

Završna obrada -odsecanje i odlamanje -brušenje -čišćenje-peskiranje

Kontrola kvaliteta -dimenziona -bez razaranja -fizičko-hemijska -mehanicka ispitivanja -

Topiteli Vatrostalije Egz.mase Rafinatori

Dodaci

Gotovi odlivci

Metalni uložak

-primarne sirovine -stari materijal -kružni materijal -legure za sastav

Tok materijala

Tok operacija

Izgubljeni %

peska / m

ešavine

šljaka

Priprema jezgrene mešavine

Priprema kalupne mešavine

Izrada jezgara-jezgrenici

Izrada kalupa-kalupnici i modeli

Sklapanje kalupa

Prerada upotrebljene

mešavine -mag.separacija -drobljenje -prosejavanje -hlađenje

istresanje

Regeneracija peska

-mokra -suva -termička

kalupnici

Regenerisani-povratni pesak

toplljenje dorada u loncu

hlađenje kalupa

ulivni sistemi

škart odlivci

termička obrada

Površinska i estetska dorada

Jezgreni pesak Vezivo Dodaci Premaz

Gas Voda

Novi pesak Povratni pesak

Vezivo Dodaci Premaz Voda

Kontrola kvaliteta peska

Kontrola kvaliteta mešavine

kružni materijal

– Šema procesa u lončastoj indukcionoj peći

Proces livenja gvožđa

Livnice čelika

– Šeme procesa u elektrolučnoj peći sa a) kiselom oblogom, b) baznom oblogom i c) lončastoj indukcionoj peći

a) b) c)

Rapid prototyping

~ Proizvodnju fizičih objekata direktno iz CAD podataka

~ Jedinstven metod koji dodaje i spaja materijale u slojeve formirajući objekte– Objekti kompleksne geometrije bez zahteva za podešavanja

mašine i finalnog sastavljanja.

– Rapid Prototyping sistem smanjuje konstrukciju kompleksnih objekata obezbeđujući jasan i relativno brz proces.

~ Rapid Prototypinig nije rešenje za svaki problem proizvodnje

~ Materijali u RP su ograničeni i zavise od izabrane metode

Sirovine-prijem i skladištenje

~ Osnovne sirovine• Ingoti• Livački povrat• Pesak

~Pomoćne sirovine• dodaci za kalupe i jezgra

(veziva, katalizatori, premazi, prahovi i dr.)• pomoćni materijali

(soli.topitelji, hranitelji, modifikatori i dr.)~ Podela livnica

• Livnice obojenih metala• Livnice gvožđa i čelika

~ Topljenje eksternog otpada posebna aktivnost~ Prva faza po prijemu je hemijska analiza

• Različite vrste otpada se odvojeno skladište• Kontrola šarže

Sirovine-prijem i skladištenje

Potencijalno zagađenje zemljišta od sirovina za livnice gvožđa i čelika

Aktivnosti Zagađivači od značaja Mogući uticaj Skladištenje sirovog materijala

Rastresit materijala u otpadu – metali i prevlake

Lokalno zagađenje površinskog sloja zemlje

Ulja – mogu da uključuju: - PAH iz ulja motora - PCB iz kondenzatora (uglavnom iz šrederovanih delova, osim u slučaju efikasne faze uklanjanja PCB-a)

Skladište otpada – na otvorenom, često na zemljištu

Emulzije za obradu metala – mogu biti hlorovani

Procurivanje u tlo sa luženjem u podzemne i okolne površinske vode

Podzemni tankovi Naftni derivati, npr. lož ulje, dizel Curenje u tlo sa luženjem u podzemne i površinske vode

Rukovanje, transfer i korišćenje sirovog materijala Fenolne smole Sadržaj

slobodnog fenola od 0.5 do 5%

Rastvoran u vodi; može da se izluži u podzemne vode. Brza degradacija ako je koncentracija < 400 ppm. Pri izlivanju veće koncentracije i količine, degradacija je sporija usled tosičnosti na bakterije

Rastvarači u smolama

Npr. metanol do 20% zapremine

Rastvoran u vodi; može da se izluži u podzemne vode.

Uretanske smole Aromatični rastvarači 1

Rastvarači mogu da se izluže u podzemne vode.

Furanski učvršćivači

Toluen-, ksilen-, benzen- sulfonske kiseline

Mogu da se izluže u podzemne vode i izmene karakteristike zemljišta, npr. mobilizacija metala

Smole na bazi uree

Amonijak Može da se luži u površinske i podzemne vode

Proizvodi hemijskih veziva - slučajno izlivanje i curenje

Silikatne smole Bazna pH Mogu da se izluže u podzemne vode i izmene karakteristike zemljišta, npr. mobilizacija metala

Premazi za kalupe Izopropil alkohol (IPA) Rastvoran u vodi; može da se izluži u podzemne vode

Goriva, proizvodi za održavanje: -slučajno izlivanje i curenje (posebno na mestima pretakanja) -namerno odlaganje u tlo

Lož ulje, dizel, benzin sa PAH i SO42- posle sagorevanja; Maziva i hidraulična ulja; Ulja za kaljenje; Trafo ulje (mogućnost za PCB)

Ulja mogu da se izluže u zemljište i površinsku vodu. Oslobađanje PAH i SO42- u vazduh pri sagorevanju lož ulja. SO42- se luži u dubinu zemljišta. PAH i PCB teže da se absorbuju na zemljištu.

1 prethodni oblik je sadražao PAH (uglavnom naftalin), ali je razvijen osiromašeni oblik naftalina, čime je uklonjen ovaj zagađivač.

Indukciona peć-konstrukcija

Priprema peska

Tipovi mešalicaŠema tipičnepripreme peska

Kaljenje

~ Hlađenje velikim brzinama potapanjem u vodu ili ulje ili pod dejstvom vazduha

~ Delovi se moraju hladiti ravnomerno:– Cirkulacija fluida ili pomeranje komada

– Vazduh koji se duva mora da se ravnomerno rasporedi po celoj površini komada

Materijalni i energetski bilans

Parametri materijalnog i energetskog bilansa u livnicama

Emisija

– Osnovne osobine peći za topljenje i nivoi emisija

Indukciona peć-emisije i gubitak energije

Prosečani podaci o emisiji iz indukcionih peći za topljenje gvožđa i čelika

Emisija prašine iz indukcionih peći i raspodela veličina čestica

Prečišćavanje gasova

~ Postoje različite tehnike prema BAT-u• Topli i vlažni elektrostatički taložnik

• Ciklon

• Vrećasti filter

• Skruber

~ Izbor zavisi od procesa i agregata

Primeri nivoa emisijeu zavisnosti od

procesa prečišćavanjagasova

Rad sa penušavom troskom

– Trenutno se koristi u metalurgiji čelika

– Simultano injektiranje kiseonika i ugljene prašine u šljaku na kraju procesa topljenja

– Nastaje dejstvom mehurića CO nastalih oksidacijom ugljenika u metalu

– Rad sa penušavom troskom obezbeđuje zaštitu ozida od zračenja električnog luka i poboljšan prenos toplote sa luka u metalno kupatilo.

– Zbog veće stabilnosti električnog luka i smanjene radijacije korišćenje penušave šljake u ELP obezbeđuje smanjenje potrošnje električne energije, elektroda, smanjuje ukupan nivo buke i povećava produktivnost.

Prema BAT-u do sada nisu uočeni nikakavinegativni efekti pri radu sa penušavom šljakom.

Rad sa penušavom troskom

– Uštede enerije pri radu

PrimerSirmium Steel d.o.o.

Sremska Mitrovica

Kiseonični gorionik

– Temperatura plamena se povećava primenom kiseoničnog gorionika→efikasniji prenos toplote na rastop čime se smanjuju energetski gubici

– Ukupna količina procesnih gasova manja, pa samim tim potreban i sistem otprašivanja nižeg kapaciteta

– Korišćenje kiseoničnih gorionika nudi mogućnost rada sa penušavom troskom kada se koristi u kombiniciji sa injektiranjem sprašenog koksa.

– Druga prednost korišćenja kiseoničnog gorionika je i smanjenje količine ugljenika (dekarburizacija) rastopljenog metala i uklanjanje fosfora i silicijuma, kao nepoželjnih komponenti.

Upotreba kiseoničnih gorionika spada u standardnepreporuke BAT-a za metalurgiju uopšte.

PrimerSirmium Steel d.o.o.

Sremska Mitrovica

Indukciona peć-optimizacija rada

– Kontrolisati materijal šarže

– Zatvarati poklopac peći

– Zadržavanje svesti na minimum

– Rad sa maksimalnom snagom

– Izbegavati povećanu temperaturu i pregrevanje

– Optimizovati topljenje na visokim temperaturama radi lakšeg uklanjanja šljake

– Minimizacija količine šljake

– Povećati kontrolu i minimizirati potrošnju vatrostalnih materijala

Emisije po fazama u livnicama

Emisije u vazduh po fazama procesa u livnicama gvožđa i čelika

Fugitivne emisije

~ Neuhvaćene emisije u postrojenju

~ Potencijalni izvori fugitivnih emisija:• skladišne oblasti, utovar i istovar transportnih kontejnera

• transport materijala iz npr. peći u lonac

• premazi za kalupe (rastvarači)

• transportne trake

• slučajna ispuštanje zagađujućih materija ili izlivanja

~ Mere za smanjenje fugitivnih emisija• prekrivanje posuda

• izbegavanje nepokrivenih skladišta i odlaganja na otvorenom

• pranje točkova i puteva

• korišćenje zatvorenih prenosnih traka, pneumatskih traka

• odsisavanje i odprašivanje kalupa

• korišćenje sistema automatskog zatvaranja i zavesa

Elektrolučna peć

~ Sakupljanje procesnih gasova prema BAT-u– a) ELP sa četvrtom rupom i haubom sa sakupljanje

sekundarnih emisija,

– b) ELP oklopljena i

– c) ELP sa četvrtom rupom i sakupljanjem gasova u celom postrojenju preko haube na krovu

Elektrolučna peć-optimizacija

Otpadne vode

~ Mere za sprečavanje generisanja otpadnih voda– Korišćenje sistema za otprašivanje

– Korišćenje biofiltera

– Interna prerada procesnih voda

– Recirkulacija i ponovna upotreba prerađene vode

– Upotreba otpadne toplote za uparavanje otpadne vode

– Sprečavanje formiranja otpadnih voda u skladištu otpada

– Sprečavanje formiranja organskih halogenida u otpadnim vodama

– Skladištiti odvojeno različite tipove voda

Utilizacija toplote

~ Značajna količina električne energije koja se koristi za indukciono topljenje postaje otpadna toplota

~ 20-30% ukupne energije se gubi kroz sistem za hlađenje

~ Otpadna toplota se može koristiti za:– Sušenje ulaznih

materijala

– Zagrevanje prostorija

Pesak: regeneracija, reciklaža, upotreba

~ Inertna sirovina, velike količine~ Regeneracija značajna stavka u očuvanju životne sredine

– Razlika između sirovog i regenerisanog peska~ Primarna regeneracija

– Isresanje kalupa– Magnetna separacija(uklanjanje metalnog otpatka)– Drobljenje– Prosejavanje– Hladjenje

~ Skundarna regeneracija– Niskoenergetski mehanicki tretman udarnim trenjem– Visokoenergetski meh.tretman penumatsko-protiv strujnim

udaranjem i trenjem– Termicki tretman u fluo-sloju(smole)– Mokri tretman trenjem_ Oprema:drobilice,trakasti separatori,pneumo-udaraci,vibro

sita,istresne resetke,rotacioni bubnevi,elevatori i kuleri.itd.

Pesak: ponovna upotreba

Kratak pregledrazličitih primena

čvrstog otpada iz livnica

Legenda:x -dokazana ponovna upotreba sa

uspešnim projektima u UK+ -ponovna upotreba dokazana u

teoriji, ali bez aktivnih projekata u UK

o -neodgovarajuća ponovana upotreba bez prethodnog tretmana

Filterska prašina elektrolučne peći

~ Generisan prašina se skladišti u zatvornim silosima~ Prašina se može aglomerisati korišćenjem veziva i kao takva dodavati

sa ostalim materijalom u šaržu– Iskorišćenje metala u ovom slučaju iznosi preko 90%

~ Prašina se može i ustupati drugim firmama koje ovu sirovinu koriste u svojim proizvodnim procesima (npr. opekarska industrija).

~ Preporuka BAT-a je da se zbog povećane količine cinka u prašini ona koristi kao sirovina za njegovo dobijanje

~ Međutim u BAT-u stoji da se prašinepodjednako koriste za:

– dobijanje cinkaVelc postupkom (32%),

– kao ulazni materijaliu drugim industrijama (34%) i

– deponovanje (34%).

KomponentaPrašina iz proizvodnje

ugljeničnog/niskolegiranog čelika, mas.%

BAT SirmiumSteel

Feukup. 10-40 17,75

SiO20,6-5,1 10,46

CaO 3-17 13,70

Al2O30,3-3 0,51

MgO 0,5-6 7,93

Cr2O30,13-2 0,08

Zn 21-43 30,34

Pb 0,4-10 3,52

Cd 0,02-0,18 0,10

Cu 0,08-0,5 0,18

Ni 0,01-0,05 0,01

Cl 0,8-5 0,98

Naučno-istraživački projekti

~ Mogućnosti za buduće naučno-istraživačke projekte– Monitoring dioksina i furana i njihovo uklanjanje– Čistija proizvodnja– Smanjenje emisija žive– Kiseonični gorionici i mogućnost njihovog korišćenja u kupolnim pećima– Alternativa SF6 gasu pri topljenju magnezijuma– Reciklažne tehnologije za različite vrste otpada koji nastaju– ...

~ Evropska Komisija finansijski podržava istraživačko-razvojne projekte koje se bave čistim tehnologijama, tretmanom otpada i tehnologijama reiklaže

http://cordis.europa.eu/home_en.html