Integrovaná prevence a kontrola znečistění. Referenční materiál nejlepších dostupných technik pro kovárny a slévárny. Květen 2005

EUROPEAN COMMISSION

Integrovaná prevence a kontrola znečistění Referenční materiál nejlepších dostupných technik pro kovárny a slévárny Květen 2005

Pro Ministerstvo průmyslu a obchodu přeložil Svaz sléváren České republiky

Full title Reference Document on Best Available Techniques for Intensive Rearing of Poultry and Pigs Reference Document on the General Principles of Monitoring Reference Document on Best Available Techniques for the Tanning of Hides and Skins Reference Document on Best Available Techniques in the Glass Manufacturing Industry Reference Document on Best Available Techniques in the Pulp and Paper Industry Reference Document on Best Available Techniques on the Production of Iron and Steel Reference Document on Best Available Techniques in the Cement and Lime Manufacturing Industries Reference Document on the Application of Best Available Techniques to Industrial Cooling Systems Reference Document on Best Available Techniques in the Chlor – Alkali Manufacturing Industry Reference Document on Best Available Techniques in the Ferrous Metals Processing Industry Reference Document on Best Available Techniques in the Non Ferrous Metals Industries Reference Document on Best Available Techniques for the Textiles Industry Reference Document on Best Available Techniques for Mineral Oil and Gas Refineries Reference Document on Best Available Techniques in the Large Volume Organic Chemical Industry Reference Document on Best Available Techniques in the Waste Water and Waste Gas Treatment/Management Systems in the Chemical Sector Reference Document on Best Available Techniques in the Food, Drink and Milk Industry Reference Document on Best Available Techniques in the Smitheries and Foundries Industry Reference Document on Best Available Techniques on Emissions from Storage Reference Document on Best Available Techniques on Economics and Cross-Media Effects Reference Document on Best Available Techniques for Large Combustion Plants Reference Document on Best Available Techniques in the Slaughterhouses and Animals By-products Industries Reference Document on Best Available Techniques for Management of Tailings and Waste-Rock in Mining Activities Reference Document on Best Available Techniques for the Surface Treatment of Metals Reference Document on Best Available Techniques for the Waste Treatments Industries Reference Document on Best Available Techniques for the Manufacture of Large Volume Inorganic Chemicals (Ammonia, Acids and Fertilisers) Reference Document on Best Available Techniques for Waste Incineration Reference Document on Best Available Techniques for Manufacture of Polymers Reference Document on Energy Efficiency Techniques Reference Document on Best Available Techniques for the Manufacture of Organic Fine Chemicals Reference Document on Best Available Techniques for the Manufacture of Specialty Inorganic Chemicals Reference Document on Best Available Techniques for Surface Treatment Using Solvents Reference Document on Best Available Techniques for the Manufacture of Large Volume Inorganic Chemicals (Solids and Others) Reference Document on Best Available Techniques in Ceramic Manufacturing Industry

Souhrn

SOUHRN Dokument BREF (nejlepší dostupné techniky) pro kovárny a slévárny odráží výměnu informací realizovanou v článku 16(2) Směrnice 96/61/EC. Doporučujeme používat tento souhrn společně s úvodem k dokumentu BREF, který vysvětluje strukturu tohoto dokumentu, jeho cíle, použití a právní termíny. Souhrn popisuje hlavní výsledky nejdůležitějších závěrů BAT, přičemž je zde zároveň poskytnut přehled o úrovních emisí a spotřeby, jež jsou komplementární jednotlivým výsledkům. Z toho důvodu může být souhrn dokumentu BREF pokládán za samostatný dokument a jako takový může být i používán. Je však třeba upozornit, že souhrn nepostihuje veškerou složitost dokumentu BREF a z toho důvodu nebylo cílem, aby soubor definoval a postihl všechny BREF směrnice v rámci rozhodování BAT. Rozsah dokumentu BREF Tento dokument odráží výměnu informací týkající se činností, jež jsou zahrnuty v příloze I, kategorie 2.3 (b), 2.4 a 2.5 (b) Směrnice IPPC, tj. 2.3. Zařízení na zpracování železných kovů: (b) kovárny s buchary o energii větší než 50 kJ na jeden buchar, kde činí spotřeba tepelné energie více než 20 MW. 2.4. Slévárny železných kovů o výrobní kapacitě větší než 20 tun denně. 2.5. Zařízení: (b) pro tavení, včetně slévání slitin neželezných kovů, včetně přetavovaných produktů (rafinace, výroba odlitků apod.) o kapacitě tavení větší než 4 t denně u olova a kadmia nebo 20 tun denně u všech ostatních kovů. Po srovnání výše uvedených popisů s aktuálními kapacitami již existujících instalací v Evropě nastínila TWG pracovní oblast, která zahrnuje následující: • odlévání železných materiálů, tj. litiny s lupínkovým grafitem (LLG – šedé litiny, pozn. překl.), temperované litiny a litiny s kuličkovým grafitem (LKG – tvárné litiny, pozn. překl.) a oceli • odlévání neželezných kovů, tj. hliníku, hořčíku, mědi, zinku, olova a jejich slitin. Z tohoto dokumentu byly vyloučeny kovárny, protože nebyly nahlášeny žádné evropské kovárny, které by splňovaly podmínky stanovené v příloze I 2.3.(b) (směrnice IPPC – pozn.překl.). Tento dokument se proto zabývá pouze slévárenskými postupy. Slévárny kadmia, titanu a vzácných kovů, stejně tak jako slévárny, které odlévají zvony a umělecké odlitky, byly z kapacitních důvodů z dokumentu rovněž vyňaty. Kontinuální lití (tyčí a desek) již bylo zahrnuto do příslušného dokumentu BREF týkajícího se výroby železa, výroby oceli a průmyslu neželezných kovů, a proto se jím již tento dokument nezabývá. Při zahrnutí neželezných kovů do tohoto dokumentu se za začátek postupu považuje tavení ingotů a šrotu, nebo dodání tekutého kovu z jiného provozu. Z pohledu výrobního procesu jsou v tomto dokumentu zahrnuty následující kroky slévárenského postupu: - výroba modelu - skladování surového materiálu a manipulace s ním - tavení a zpracování kovu - výroba forem a jader, technologie formování - odlévání, nebo lití a chlazení - vytloukání odlitků z forem - povrchová úprava /obrábění/ - tepelné zpracování.

BREF – Kovárny a slévárny

i

Souhrn Slévárenství Slévárny taví železné kovy, neželezné kovy a slitiny. Přetváří je ve výrobek konečného tvaru, nebo blízký jejich konečnému tvaru, a to odléváním roztaveného kovu nebo slitiny a jeho ztuhnutím ve formě. Slévárenství je oblast zasahující do mnoha oborů průmyslu. Skládá se ze široké řady použití technologií pro výrobu malých odlitků až po velmi velké odlitky. Každá z kombinací technologií a jednotkových operací je zvolena tak, aby vyhovovala vstupu, velikosti sérií a typům výrobků, které jsou vyráběny určitým zařízením. Organizace práce v tomto odvětví je založena na typu vsázky s hlavním rozdílem mezi slévárnami železných a neželezných kovů. Protože odlitky jsou všeobecně polotovary, jsou slévárny umístěny v blízkosti svých zákazníků. Evropský slévárenský průmysl je třetím největším na světě, co se týče odlitků ze železa, druhé místo zaujímá v produkci odlitků z neželezných kovů. Roční produkce odlitků v rozšířené Evropské unii činí 11,7 mil. tun odlitků ze železa a 2,8 mil. tun odlitků z neželezných kovů. Německo, Francie a Itálie patří mezi tři největší producenty v Evropě. Každá z těchto zemí přesahuje produkci 2 mil. tun odlitků ročně. V nedávných letech předstihlo Španělsko na čtvrtém místě Velkou Británii, přičemž obě tyto země vykazují produkci odlitků vyšší než 1 mil. tun ročně. Společně pak těchto pět jmenovaných zemí představuje více než 80 % celkové výroby odlitků v Evropě. Ačkoliv zůstal objem výroby za posledních několik let relativně stabilní, došlo k poklesu v celkovém počtu sléváren (nyní celkem okolo 3 000 jednotek). Tento pokles se odráží v počtu zaměstnanců (nyní celkem okolo 260 000 lidí). Tento jev je zdůvodněn pokračující modernizací a automatizací sléváren. Slévárenství je však stále průmyslovým oborem s převážně středními a malými podniky (tj. s méně než 250 zaměstnanci), malými podniky, zhruba 80 % společností zaměstnává méně než 250 lidí. Hlavními odběrateli slévárenského průmyslu jsou automobilový průmysl (50% podíl na trhu s odlitky), všeobecné strojírenství (30% podíl) a stavební průmysl (10% podíl). Vzrůstající tendence automobilového průmyslu používat lehčí vozy se odrazila i v nárůstu prodeje odlitků z hliníku a hořčíku. Zatímco odlitky z litin ve většině případů (tj. > 60 %) směřují do automobilového průmyslu, odlitky z oceli směřují do stavebního průmyslu a průmyslu vyrábějícího strojní zařízení a armatury. Slévárenský postup Obecné schéma slévárenského postupu je znázorněno na níže uvedeném obrázku. Postup může být rozdělen do následujících hlavních činností: • tavení a zpracování taveniny – tavírna • příprava forem a jader – formovna • odlévání tekutého kovu do forem, chlazení z důvodu tuhnutí a vyjmutí odlitku z formy – slévárna • konečná úprava surového odlitku - čistírna a další dokončovací dílny. V závislosti na typu kovu, velikosti sérií a typu výrobku, mohou být používány různé postupy. Hlavní rozdělení v tomto oboru je obecně založeno na typu kovu (železný nebo neželezný) a na používaném typu forem (jednorázové nebo trvalé formy). Je možné použít jakoukoliv kombinaci. Slévárny železných kovů ve velké míře používají jednorázové formy (tj. formování do písku) a slévárny neželezných kovů většinou užívají trvalé formy (tj. tlakové lití a gravitační lití). V rámci každé z těchto základních možností postupů existují různé technologie podle typu pece, systému výroby forem a jader (bentonit nebo různá chemická pojiva), podle používaného systému odlévání a konečné úpravy. Každá z těchto možností má své technické, ekonomické a životního prostředí se týkající vlastnosti, výhody a nevýhody. Kapitoly 2, 3 a 4 tohoto spisu se věnují technologickým postupům a popisují různé operace a to od výroby modelu až po konečnou úpravu a tepelné zpracování. Jsou popsány používané technologie,


ii

Souhrn uvedeny hodnoty emisí a spotřeby. Jsou tu uvedeny metody snížení negativních dopadů na životní prostředí. Uspořádání kapitoly 5 je uspořádáno podle typu kovu a typem formování. Slévárenský postup

Suroviny, chemikálie, modely, kokily

Tavení • • • • • • • •

železných kovů: kuplovna indukční pec el. odporová pec rotační pec neželezných kovů: indukční pec šachtová pec kelímková pec plamenná pec

Údržba trvalých forem

Výroba metodou jednorázové formy •

model dřevěný, umělohmotný, kovový ztracený model • polystyren, vosk

-

písková forma

-

pískové jádro

Ruční formování Formovací automat

Úpravna kovu

Lití - gravitační

- vysokotlaké - odstředivé - kontinuální

- licí automaty - nízkotlaké

Chlazení Příprava formovací a jádrové směsi Vytloukání / vyjmutí Regenerace písku

Konečná úprava - odstranění licího systému - čištění povrchu - apretura odlitků - tepelné zpracování

Hotový odlitek Legenda: --------- písek (ostřivo)

Klíčové otázky životního prostředí Slévárenský průmysl je jedním z hlavních výrobních oborů při recyklaci kovů. Ocelový, litinový a hliníkový šrot je znovu přetaven do nového výrobku. Možné negativní dopady na životní prostředí, které jsou spojené s činností sléváren, souvisejí v největší míře s přítomností tepelných procesů


iii

Souhrn a s používáním minerálních přísad. Dopady na životní prostředí jsou proto převážně spojeny s vývinem odpadních plynů a spalin, s jejich opětovným používáním nebo s likvidací zbytků minerálů. Emise, které jsou vypouštěny do ovzduší, jsou klíčovým problémem životního prostředí. Slévárenský postup vytváří minerální látky znečištěné kovem, kyselé sloučeniny, zplodiny neúplného spalování a prchavé organické látky. Hlavním problémem je prach, protože je přítomen ve všech krocích postupu. Vznikají různé typy prachu s různým složením. Prach je emitován při tavení kovu, formování, odlévání i při dokončovacích operacích. Jakýkoli vytvořený prach může obsahovat kov nebo oxidy kovu. Používání koksu, plynu nebo topného oleje jako paliva v hořácích může způsobit emise zplodin spalování, jako jsou NOx a SO2. Dodatečně může vytvářet některé škodlivé zplodiny také používání koksu a přítomnost nečistot (např. oleje, nátěry…) ve šrotu při nedokonalém spalování i nové sloučeniny (jako např. PCDD/F) a prach. Při výrobě forem a jader jsou k pojení ostřiva používány různé přísady. Při pojení ostřiva a odlévání kovu jsou vytvářeny zplodiny reakce a rozkladu. Tyto obsahují anorganické a organické (např. aminy, VOC) sloučeniny. Vytváření zplodin rozkladu (hlavně VOC) dále pokračuje během chlazení odlitků a vytloukání forem. Zplodiny mohou rovněž způsobit nepříjemnosti se zápachem. Při slévárenském procesu unikají emise do vzduchu na několika místech. Proces zahrnuje různé zdroje emisí (např. z horkých odlitků, ostřiva, horkého kovu). Klíčovou otázkou ve snižování emisí není pouze zpracování proudu odpadních plynů a spalin, ale také jejich zachycení. Formování zahrnuje velký objem ostřiva s hmotnostními poměry : písek-tekutý kov pohybujícími se obvykle od 1 : 1 až do 20 : 1. Použité ostřivo může být regenerováno a opětovně použito, nebo zlikvidováno. Další minerální zbytky, jako jsou struska a kouř, se vytvářejí ve fázi tavení při odstraňování nečistot z taveniny. Tyto mohou být buď znovu použity, nebo zlikvidovány. Protože slévárenská výroba v sobě zahrnuje také tepelné procesy, jsou energetická účinnost a využití uvolněného tepla důležitými hledisky životního prostředí. Kvůli velkému množství přepravy, manipulaci s horkým materiálem (tj. kovem) i kvůli jeho pomalému ochlazování není znovuzískání tepla vždy snadné. Slévárny mohou mít vysokou spotřebu vody, např. pro chlazení a kalení. Ve většině sléváren oblast vodohospodářství zahrnuje interní cirkulaci vody, přičemž větší část vody se odpaří. Voda je obvykle používána v chladicích systémech elektrických pecí (indukčních nebo obloukových) nebo v kuplovnách. Konečný objem odpadní vody je obecně velmi malý. Pokud jsou používány metody mokrého odprašování, vyžaduje odpadní voda zvláštní pozornost. Při tlakovém (vysokotlakém) lití se tvoří odpadní voda, kterou je nutno upravit. Před její likvidací musí být odstraněny organické sloučeniny (fenol, olej). Hodnoty spotřeby a emisí Všeobecný přehled vstupů a výstupů slévárenského postupu je uveden na dalším obrázku. Krok „odlévání“, který je zmíněn uprostřed obrázku, zahrnuje rovněž všechny nezbytné činnosti formování. Hlavními vstupními toky jsou kov, energie, pojiva a voda. Hlavními emisemi jsou prach, aminy, VOC, pro určité typy pecí také SO2, dioxiny a NOx. Fáze tavení spotřebuje 40 – 60 % vstupu energie. Spotřeba energie závisí na typu kovu a na typu použité pece. Vstup energie pro tavení se pohybuje od 500 do 1 200 kWh/t vsázky kovu pro železné kovy a od 400 do 1 200 kWh/t vsázky kovu pro hliník. Množství a typy použitých pojiv, chemikálií a písku jsou do značné míry závislé na typu vyráběného odlitku, zvláště na jeho velikosti a tvaru, zda se jedná o sériovou výrobu nebo výrobu po dávkách.


iv

Souhrn Spotřeba vody velkou měrou závisí na typu pece, na typu čištění spalin a způsobu lití. Prach se vytváří v každém kroku slévárenského postupu, i když s rozdílnými hladinami minerálních látek, kovů a oxidů kovů. Hladiny prachu pro tavení kovu se pohybují od nejnižších hodnot, které jsou dány citlivostí měřicích metod pro určité neželezné kovy až po 10 kg/t pro tavení litiny v kuplovnách. Množství ostřiva použitého při odlévání na jednorázovou formu má za následek emise prachu během různých fází formování. Aminy jsou používány jako katalyzátory ve většině běžně užívaných systémů výroby jader. To má za následek řízené emise aminů ze vstřelovacích strojů na výrobu jader a rozptýlené emise aminů, které vznikají při manipulaci s jádry. Emise těkavých organických sloučenin (hlavně rozpouštědel, BTEX a v menší míře fenol, formaldehyd atd.) jsou výsledkem používání materiálů, např. pryskyřic, organických rozpouštědel nebo nátěrů vyráběných na organické bázi a použitých při formování a výrobě jader. Organické sloučeniny jsou tepelně rozkládány během odlévání kovu a jsou emitovány také při vytloukání a chlazení. V tomto dokumentu jsou uváděny hodnoty emisí mezi 0,1 – 0,5 kg/t odlitků. Přehled materiálového toku ve slévárenském postupu Energie palivo elektřina teplo

Voda chlazení - čištění

Kov šrot/ingot y Energie

Ostřivo a chemikálie přísady tavení a úpravy kovu pojiva/separátory oleje a lubrikanty

Slévárenský postup tavení – lití – konečná úprava

Odlitek Hluk

- teplo - pára - horká voda

Voda - organické látky - kovový prach

Zápach

Pevný odpad - prach - použité ostřivo - odpad - struska

Vzduch -

zplodiny spalování a reakce pevné částice zplodiny tepelného rozkladu a odpařování

Metody, které by se měly zvážit při určení BAT Minimalizace emisí, účinné využití surovin a energie, optimální využití chemického procesu, regenerace, recyklace odpadů a náhrada škodlivých látek jsou důležitými principy Směrnice IPPC. Pro slévárny jsou ústředním problémem emise unikající do vzduchu, dále účinné využití surovin, energie a snížení množství odpadů ve spojení s možností recyklace a opětovného použití.


v

Souhrn Výše zmíněné otázky životního prostředí je možno řešit užíváním různých metod. Tyto metody integrují výrobní postupy a metody, které řeší tzv. „koncový bod“. V tomto spisu je uvedeno přes 100 způsobů prevence a kontroly znečištění. Jsou uspořádány do následujících 12 tematických celků a jsou ve velké míře založeny na krocích technologického postupu: 1. Skladování surovin a manipulace s nimi. Metody skladování materiálu a manipulace s ním se zaměřují na prevenci znečištění půdy, vody a optimalizaci interní recyklace šrotu. 2. Tavení kovu a zpracování taveniny. Pro každý typ pece lze zvážit různé technologie, optimalizace výkonnosti pece a minimalizace tvorby odpadu. Tyto většinou zahrnují opatření během výrobního postupu. Při výběru pece bychom měli brát zřetel i na životní prostředí. Zvláštní pozornost je věnována čištění hliníkové taveniny a tavení hořčíku pro vysoký potenciál znečištění životního prostředí do nedávné doby používaných prostředků (HCE a SF6). 3. Výroba forem a jader včetně přípravy směsi. Pro každý typ pojivového systému a pro minimalizaci spotřeby materiálu mohou být použity opatření a postupy vycházející z nejlepších zkušeností. Pro snížení VOC a emisí pachu ze systému jednorázových forem, lze uvažovat o užití nátěrů buď na bázi vody, nebo organiky. Zatímco nátěry na bázi vody jsou běžně používány, upotřebitelnost organických nátěrů při výrobě jader je omezena. Při formování jsou aplikovány rozdílné postupy. 4. Odlévání kovu. Aby se zlepšila účinnost postupu odlévání, mohou být zvážena opatření zaměřená na zvýšení využití kovu (tj. hmotnostní poměr taveného kovu k dokončenému odlitku). 5. Zachycení kouře, spalin, odváděného vzduchu a jejich úprava. Protože ve všech různých fázích slévárenského postupu dochází k emisím unikajícím do vzduchu, je třeba, aby byl použit přiměřený systém jímání a úpravy kouře, spalin a odváděného vzduchu. Podle chodu jednotky mohou být zváženy různé metody v závislosti na typu vylučovaných sloučenin, objemu spalin a snadnosti jímání. Technologie používané pro zachycení spalin hrají důležitou roli při snižování uniklých emisí. Škodlivý vliv uniklých emisí může být minimalizován účinnými opatřeními. 6. Prevence vzniku odpadních vod a jejich zpracování. V mnoha případech je možno vyhnout se vzniku odpadní vody, nebo minimalizovat její množství přijetím opatření během procesu. Odpadní voda, jejímuž vzniku nelze předejít, bude obsahovat minerály nebo kovový prach, aminy, sulfáty, olej, případně maziva podle použitého zdroje během procesu. Použitelné způsoby zpracování jsou odlišné u jednotlivých uvedených sloučenin. 7. Energetická účinnost. Tavení kovu představuje spotřebu 40 – 60 % energetického vstupu slévárny. Opatření energetické účinnosti by měla vzít v úvahu jak tavení, tak i ostatní používané postupy v procesu (např. výroba stlačeného vzduchu, uvedení závodu do chodu, hydraulika). Potřeba chlazení pece a spalin vytváří horkou vodu, nebo horký vzduch, který umožňuje interní či externí využití tepla. 8. Ostřivo: regenerace, recyklace, opětovné použití a likvidace. Protože slévárny intenzivně používají ostřivo jako inertní prvotní materiál, je regenerace a opětovné použití tohoto ostřiva důležitým faktorem. Pro regeneraci ostřiva se používají různé metody (tj. zpracování a opětovné interní použití jako ostřiva do formovacích směsí). Volba metody závisí na typu pojiva a složení ostřiva. Pokud ostřivo není regenerováno, může být zvážena možnost jeho externího využití v různých výrobních oblastech, aby se předešlo jeho likvidaci. 9. Prach a pevný odpad: zpracování a opětovné použití. Pro minimalizaci prachu a odpadu by měly být zváženy technologie a provozní opatření během procesu. Nahromaděný prach, struska a jiný pevný odpad může nalézt interní, nebo externí opětovné využití. 10. Snížení hluku. Různé činnosti ve slévárně jsou zdrojem hluku. Slévárny, které se nacházejí v blízkosti bytové zástavby, tak mohou způsobovat nepříjemnosti svým sousedům. Je proto vhodné zvážit přijetí a uskutečňování plánu na snížení hluku zahrnující jak všeobecná opatření, tak opatření týkající se přímo zdroje hluku. 11. Vyřazování z provozu. Směrnice IPPC vyžaduje, aby byla věnována pozornost možnému znečišťování při vyřazování zařízení z provozu. V této fázi představují slévárny určité riziko pro znečištění půdy. Existuje řada všeobecných opatření, která se týkají nejen sléváren, ale také potřeby zajistit, aby se ve stadiu vyřazování slévárny z provozu zabránilo znečištění.


vi

Souhrn 12. Nástroje řízení životního prostředí. Systémy řízení životního prostředí jsou užitečným nástrojem při předcházení znečištění z průmyslových činností všeobecně. Jejich představení je proto standardní součástí každého spisu BREF. BAT pro slévárny Kapitola o BAT (Kapitola 5) popisuje technologie, které TWG považuje za BAT v obecném smyslu pro slévárenský průmysl, jež jsou založeny na informacích v kapitole 4 s přihlédnutím k definici „nejlepší dostupné techniky“ v článku 2 (11) a úvahy uvedené v příloze IV ke Směrnici. Kapitola o BAT neustavuje ani nenavrhuje limitní hodnoty emisí, ale uvádí hodnoty emisí, které jsou spojeny s použitím BAT. Během výměny informací TWG vyvstalo mnoho otázek, které byly projednány. Jsou zdůrazněny v tomto souhrnu. Následující odstavce shrnují klíčové závěry BAT vztahující se k nejdůležitějším otázkám životního prostředí. Prvky BAT je nutné přizpůsobit typu slévárny. Slévárna se v podstatě skládá z tavírny a formovny. Obě části provozu mají svůj vlastní řetězec činností. Pro slévárnu, jež používá technologii jednorázové formy, zahrnuje tento řetězec procesy veškeré činnosti, které se vztahují k výrobě forem a jader. V kapitole BAT je rozlišeno tavení železných a neželezných kovů, odlévání do jednorázových a trvalých forem. Každá slévárna může být klasifikována jako kombinace kategorie tavení s kategorií formování. BAT jsou zde uvedeny pro každou kategorii. Jsou zde rovněž uvedeny obecně použitelné BAT pro všechny slévárny. Obecně použitelné BAT Některé prvky BAT jsou obecně použitelné, uplatňují se ve všech slévárnách, a to bez ohledu na postupy, které používají, a na typ výrobku, který vyrábějí. Týkají se materiálových toků, dokončování odlitků, hluku, odpadních vod, řízení životního prostředí a vyřazování z provozu. BAT slouží k optimalizaci řízení a kontroly interních toků, aby se zabránilo znečištění životního prostředí a aby se zajistila přiměřená jakost vstupů. Dále je umožněna recyklace a opětovné použití materiálů, zvýšení výkonnosti technologického postupu. BREF se týká skladovacích a manipulačních metod, o nich je pojednáno v BREF Skladování, ale rovněž připojuje určité BAT pro slévárny. Tyto se vztahují k uskladnění a manipulaci s materiálem, např. uskladnění šrotu na nepropustném povrchu s kanalizační soustavou a systémem jímání (použití střechy může snížit potřebu takového systému), oddělené skladování vstupního materiálu a odpadu, používání recyklovatelných kontejnerů (obalů), optimalizace výtěžnosti kovu, opatření pro přepravu taveniny a manipulace s pánvemi. BAT jsou uvedeny také pro metody dokončování, které vytvářejí prach, pro technologie tepelného zpracování, obrušování, tryskání broky a čištění odlitků. BAT jsou vytvořeny také pro zpracování odpadního plynu z dokončovacích operací za použití mokrého, nebo suchého systému. Pro tepelné zpracování je důležité používání čistých paliv (tj. přírodní plyny nebo paliva s nízkým obsahem síry), používání automatizovaných operací pece, řízeného spalování, nebo řízeného hořáku, také zachycení a odsátí spalin od pecí tepelného zpracování. Co se týče snížení hluku, jsou zavedeny strategie na jeho snížení. Tyto strategie jsou buď obecnými opatřeními, nebo opatřeními, jež se přímo týkají zdroje hluku, např. zakrytování systémů pro vysoce hlučné činnosti, jako je vytloukání a používání dodatečných opatření v souladu s místními podmínkami. BAT pro hospodářství odpadních vod zahrnují prevenci, rozdělení typů odpadních vod, maximalizaci interní recyklace a přiměřené zpracování odpadní vody pro každý konečný tok. To zahrnuje použití technologií jako např. odlučovače vody, filtrace nebo sedimentace.


vii

Souhrn Uniklé emise vznikají také z neuzavřených zdrojů (doprava, skladování, rozlití), nebo z neúplného vyprázdnění přepravních kontejnerů. BAT je použití kombinace opatření, která se týkají manipulace, dopravy materiálu, optimalizace zachycení a čištění odpadních plynů jednou nebo více metodami. Přednost je dávána zachycování kouře co nejblíže zdroji. BAT zavádějí a dodržují ekologický Systém řízení životního prostředí (EMS), který zahrnuje, podle individuálních okolností, např. závazky vrcholového managementu, plánování, ustanovení, zavádění postupů, kontrolu výkonnosti s nápravnými činnostmi a zhodnocení. BAT používají také všechna nezbytná opatření pro zabránění znečištění životního prostředí i po vyřazení jednotky z provozu. Tato opatření zahrnují minimalizaci rizik během fáze navrhování, zavedení programu, zlepšení pro stávající zařízení, rozvoj, využití plánu uzavření pracoviště pro nové a stávající instalace. Při těchto opatřeních je nutno řešit následující části původního zařízení či technologie: nádrže, nádoby, potrubní síť, izolace, kalové rybníky, skládky odpadů. Tavení železných kovů Pro chod kuploven BAT zahrnují technologie, které mohou zvýšit výkonnost kuploven jako např. rozdělené dmýchání, obohacení kyslíkem, průběžné dmýchání nebo dlouhé kampaně, uplatnění správné praxe tavení a kontrolu jakosti koksu. BAT uvádí zachycení, chlazení, odprášení spalin za použití spalování a obnovy tepla za určitých podmínek. BAT zahrnují několik systémů odprášení. Mokré odprášení je upřednostňováno u tavení se zásaditou struskou, v některých případech jako jedno z opatření k prevenci a minimalizaci emisí dioxinu a furanu. Zástupci průmyslu vyjádřili pochyby o provádění druhotných opatření, která byla vyzkoušena pouze v jiných sektorech, a pochybují zejména o jejich použitelnosti pro malé slévárny. BAT pro řízení prací s odpadem pro kuplovny zahrnují minimalizaci tvorby strusky, předběžnou úpravu strusky z důvodu možnosti jejího externího opětovného použití, sběr a recyklaci koksového hrášku. Pro provoz elektrických obloukových pecí BAT zahrnují spolehlivé a účinné kontroly postupů, aby se zkrátila doba tavení a zpracování, použitím metody „napěněné strusky“, účinné jímání spalin pece, chlazení spalin pece a odprášení s použitím tkaninového filtru. K BAT se řadí i recyklování prachu za pomoci filtru do EOP. Pro provoz indukčních pecí BAT využívají tavení čistého šrotu, správných opatření praxe pro vsázku a provoz, středofrekvenčního zdroje a v případě instalace nové pece středofrekvenční indukční pece, dále pak vyhodnocení možnosti rekuperace odpadního tepla a za určitých podmínek zavedení systému využití tepla. Pro zachycení a zpracování odpadních plynů z indukční pece je BAT použití krytu hubičkového nebo celkového zákrytu pece na každou indukční pec k zachycení spalin z pece a k maximalizaci zachycení odpadních plynů během celého pracovního cyklu. Suché čištění spalin a udržování emisí prachu pod hodnotou 0,2 kg/t tavené litiny je též důležitým aspektem BAT. Pro provoz rotačních pecí spočívají BAT v zavedení kombinace opatření k optimalizaci výtěžnosti pece a použití oxidačního hořáku. BAT je jímání spalin co nejblíže výstupu pece, použití dodatečného spalování, chlazení užitím výměníku tepla, po čemž následuje suché odprášení. Pro prevenci a minimalizaci emisí dioxinů a furanů je BAT kombinace specifikovaných opatření. Podobně jako v situaci s kuplovnami zástupci průmyslu vyjádřili pochyby o zavádění druhotných opatření pro dioxiny a snížení, která byla vyzkoušena pouze v jiných sektorech, a pochybuje zejména o použitelnosti pro malé slévárny. Zpracování kovu závisí na typu vyráběného odlitku. BAT je jímání odpadních plynů z konvertorů AOD použitím stříšky a jímání a zpracování spalin z nodularizace užitím tkaninového filtru. Rovněž je třeba zachycovat prach MgO k recyklaci.


viii

Souhrn Tavení neželezných kovů Pro provoz indukčních pecí pro tavení hliníku, mědi, olova a zinku spočívá BAT v použití správných opatření praxe pro vsázku a provoz, v použití střední frekvence a v případě instalace nové pece ve využití středofrekvenční indukční pece. Vyhodnocení možnosti rekuperace odpadního tepla a za určitých podmínek využití tepla je také předmětem BAT. Pro zachycení odpadních zplodin z těchto pecí je BAT minimalizace emisí, a pokud je to potřeba, zachycování odpadních zplodin z pece maximalizací jejich zachycení během celého pracovního cyklu a použití suchého odprášení. Pro jiné typy pecí se BAT zaměřují na účinné zachycování spalin z pece nebo snížení uniklých emisí. Pro zpracování neželezných kovů se používají jako BAT profukovací stanice v udržovacích pecích pro odplynění a čištění hliníku. Používá se také SO2 jako krycí plyn pro tavení hořčíku v zařízeních s ročním výkonem 500 t a více. Pro menší zařízení (< 500 tun Mg /rok) se používá SO2 nebo minimum SF6. V případě použití SF6 je hodnota spotřeby spojená s BAT < 0,9 kg/t odlitků pro odlévání do pískové formy a < 1,5 kg/t odlitků pro tlakové lití. Odlévání jednorázové formy Odlévání jednorázové formy zahrnuje formování, výrobu jádra, odlévání, chlazení a vytloukání. To předpokládá výrobu forem z bentonitové, nebo z chemicky vázané směsi. Prvky BAT budou představeny ve třech kategoriích: • formování do bentonitové směsi • formování do chemicky tvrzené směsi • lití, chladnutí, vytloukání. Pro přípravu bentonitové směsi se položky BAT zabývají jímáním odpadních plynů, čištěním a interní, nebo externí recyklací zachyceného prachu. Ve shodě s cílem minimalizace množství odpadu k likvidaci se jako BAT používá primární regenerace bentonitové směsi. S užitím BAT jsou spojeny poměry regenerace 98 % (monosystémové směsi) nebo 90 – 94 % (bentonitové směsi s jádry o nevhodném chemickém složení – neslučitelná jádra). Pro chemicky pojenou směs zahrnují navrhované BAT množství různých technologií. Zabývají se širokou řadou otázek životního prostředí. BAT jsou zaměřeny na minimalizaci spotřeby pojiv, pryskyřic, ztrát písku, minimalizaci emisí těkavého VOC, zachycení odpadních plynů z míst, kde jsou jádra vyráběna, kde je s nimi manipulováno, a na používání nátěrů na bázi vody. Při užití nátěrů na bázi alkoholu jsou BAT možné jen v omezeném počtu aplikací, kde nemohou být použity nátěry na bázi vody. V takovém případě by měly být odpadní plyny zachyceny v místě nátěrů, kdykoliv je to uskutečnitelné. Specifické BAT jsou uvedeny pro přípravu jader, jež jsou tvrzená aminem a pojená uretanem (cold-box), tím se minimalizují emise aminů a optimalizuje se obnova aminu. Pro tyto systémy se používají jak aromatická, tak i nearomatická rozpouštědla. BAT zahrnují technologie zaměřené na minimalizaci objemu směsi, který je určen k likvidaci. V první řadě se musí přijmout strategie regenerace anebo opětovného použití chemicky vázané směsi (směsové nebo monosystémové). V případě regenerace vyplývají podmínky BAT z níže uvedené tabulky. Regenerované ostřivo se opětovně používá pouze v kompatibilních systémech.


ix

Souhrn

Typ směsi

Metoda regenerace

Monosystémové s vodním sklem Monosystémové samotvrdnoucí Monosměsi z metod cold-box, SO2, hot-box, croning Smíšená organická směs

Jednoduchá mechanická regenerace Ohřev a pneumatické zpracování Studená mechanická nebo tepelná regenerace

Mechanické-tepelné-mechanické zpracování, rozmělňování nebo pneumatické odírání 1 Množství regenerovaného ostřiva/celkové množství použité směsi Smíšené bentonitové a organické směsi

Poměr regenerace1 (%) 75 – 80 45 – 85 V jádrech: 40 – 100 Ve formách: 90 – 100 V jádrech: 40 – 100 Ve formách: 90 – 100

BAT pro regeneraci chemicky pojené směsi (smíšené směsi a monosměsi) Předpokládá se, že alternativní metody formování a anorganická pojiva mají slibný potenciál pro minimalizaci dopadů na životní prostředí z postupů formování a odlévání. Lití, chladnutí a vytloukání vytváří emise prachu, VOC a ostatních organických zplodin. BAT se zaměřují na zakrytování licí a chladicí linky, na zajištění odtahu plynů u sériových licích linek, na zakrytování zařízení pro vytloukání,na zpracování spalin za použití mokrého, nebo suchého odprášení. Lití do trvalých forem Z důvodu rozdílné povahy tohoto postupu vyžadují otázky životního prostředí pro lití do trvalých forem rozdílné zaměření, než je tomu u metod lití do jednorázové formy. Nejvýznačnější položkou je voda. U těchto technologií se vyskytují spíše emise do vzduchu ve formě olejové mlhy, než prach a zplodiny spalování, které byly zmíněny u jiných postupů. BAT se proto zaměřují na prevenční opatření zahrnující minimalizaci spotřeby vody a separátorů. BAT používají jímání, úpravu povrchové a uniklé vody využitím odlučovače oleje, destilace, odpařování ve vakuu nebo biologického odbourání. Pokud prevenční opatření neumožňují slévárně dosáhnout hodnoty emisí uvedených v BAT, používá se ochranný kryt a elektrostatické zařízení pro odsátí vysokotlakých licích strojů. BAT pro přípravu chemicky pojené směsi jsou podobné prvkům, které jsou zmiňovány pro odlévání metodou jednorázové formy. BAT pro řízení použité směsi používají uzavření zařízení při vytloukání jader a upravení spalin pomocí mokrého, nebo suchého odprášení. Pokud existuje místní trh, může se použitá směs po vytlučení jader dále využít. Hodnoty emisí spojených s BAT Následující emise jsou spojeny s výše uvedenými opatřeními BAT.


x

Souhrn Parametr Množství emisí (mg/Nm3) TZL 5 – 20 obecně TZL(1) 5 – 20 PCDD/PCDF ≤ 0,1 ngTEQ/Nm3 horkovětrná kuplovna CO 20 – 1 000 SO2 20 – 100 NOx 10 – 200 studenovětrná kuplovna SO2 100 – 400 NOx 20 – 70 Tavení železných kovů NM – VOC 10 – 20 bezkoksová kuplovna NOx 160 – 400 elektrická oblouková pec NOx 10 – 50 CO 200 rotační pec SO2 70 – 130 NOx 50 – 250 CO 20 – 30 obecně TZL 1 – 20 tavení hliníku chlor 3 šachtové pece pro hliník SO2 30 – 50 NOx 120 Tavení neželezných kovů CO 150 VOC 100 – 150 nístějové pece pro hliník SO2 15 NOx 50 CO 5 TOC 5 Odlévání s použitím obecně TZL 5 – 20 jednorázových forem jaderna aminy 5 regenerační zařízení SO2 120 NOx 150 obecně TZL 5 – 20 Lití do trvalých forem olejová mlha, měřeno jako 5 – 10 celkový C (1) hodnoty emisí u TZL závisejí na složkách TZL, jako jsou těžké kovy, dioxiny, a jejich hmotnostním toku Činnost Konečná úprava odlitků

Typ

Emise do vzduchu spojené s použitím BAT pro různé činnosti ve slévárně Pozn. překl.: TZL – tuhé znečišťující látky Všechna spojená množství emisí jsou citována jako průměr pro měřené období. V případě, kdy bylo možné provádět průběžné sledování, je použita průměrná denní hodnota. Emise unikající do vzduchu jsou založeny na standardních podmínkách, tj. 273 stupňů K, 101,3 kPa a suchý plyn. Odkazový dokument BAT neudává právně závazné normy, ale poskytuje doporučení a informace vedení průmyslu, členským státům a veřejnosti o dosažitelných úrovních emisí a spotřebách při použití určitých technologií. Příslušné limitní hodnoty pro každý případ musí být určeny po zvážení cílů Směrnice IPPC a místních podmínek. Postupy, které se vyvíjejí Některé nové technologie pro minimalizaci dopadů na životní prostředí jsou v současné době stále ve fázi výzkumu a rozvoje, nebo právě začaly vstupovat na trh. Tyto jsou považovány za vyvíjející se technologie. Pět z těchto technologií je popsáno v kapitole 6, a to: • použití levných spalitelných materiálů při tavení v kuplovně • recyklace filtrovaného prachu obsahujícího kov • obnova aminu prostupováním odpadního plynu v absorbéru • oddělený nástřik separátoru a vody u tlakového lití hliníku • anorganická pojiva pro výrobu jader.


xi

Souhrn Na posledně jmenovanou technologii poukázalo TWG jako na velice slibnou, ačkoliv současná míra zkoušení a provádění ještě nedovoluje, aby tato technologie byla začleněna mezi postupy, které by měly být zvažovány při výběru BAT.

Závěrečné poznámky o výměně informací Výměna informací Spis BREF je založen na více než 250 zdrojích informací. Slévárenské výzkumné instituce poskytly významný podíl těchto informací a při výměně informací hrály aktivní roli. Místní poznámky BAT z různých členských států poskytly výměnu informací na firemním základě. Většina dokumentů se zabývala postupy a technologiemi tak, jak jsou užívány ve slévárnách železných kovů. V průběhu tvorby BREF nebyly postupy sléváren neželezných kovů dostatečně reprezentovány, což se odrazilo na nižší úrovni detailů v závěrech BAT pro slévárny neželezných kovů. Stupeň dosažené shody Co se týče závěrů, bylo obecně dosaženo dobrého stupně shody a nebyly zaznamenány žádné protichůdné názory. Zastoupení průmyslu připojilo komentář vyjadřující pochyby ohledně možnosti zavedení sekundárních opatření pro snížení dioxinu. Doporučení pro budoucí práci Výměna informací a její výsledek, tj. tento dokument, představuje důležitý krok vpřed v dosahování integrované prevence a kontroly znečištění ze slévárenství. Budoucí práce by mohly pokračovat tímto směrem se zaměřením na sběr a vyhodnocení informací, které nebyly poskytnuty v průběhu výměny informací. V budoucích pracích by tak mohla být do detailu zpracována především následující témata: • Technologie pro snížení VOC − je třeba získat údaje a informace o metodách používaných pro účinné zachycení a úpravu odpadních plynů zatížených VOC ze sléváren. Použití alternativních pojivových a nátěrových materiálů by mohlo ukázat, že existuje prevenční opatření. • Úprava odpadních vod − je třeba získat údaje ze široké řady systémů úpravy vod ve slévárnách. Slévárny by měly rovněž předložit hodnoty emisí v souvislosti se vstupy a použitými metodami úpravy. • Tavení neželezných kovů − údaje o emisích ze sléváren neželezných kovů jsou v tomto spisu prezentovány pouze několika specifickými zařízeními. Je potřeba získat kompletnější informace jak o řízených, tak i o uniklých emisích z tavení neželezných kovů ve slévárnách. Ty by měly být založeny na provozní praxi a vyjádřeny jako velikost emisí i jako hmotnostní toky. • Ekonomické údaje pro BAT − Pro mnoho technologií představených v kapitole 4 nemáme dostatek ekonomických informací. Ty je potřeba shromažďovat z probíhajících projektů, které se zabývají realizací představených technologií. Navržená témata pro budoucí projekty vědy a výzkumu Výměna informací také odhalila některé oblasti, kde by mohly být z projektů výzkumu a rozvoje dodatečně získány užitečné poznatky. Týká se to následujících témat: • Monitorování a snížení hladiny dioxinu − je zapotřebí lépe porozumět vlivu parametrů procesu na tvorbu dioxinů. To vyžaduje monitorování emisí dioxinu pro různé instalace a za měnících se podmínek. Navíc je třeba zkoumat použití a účinnost sekundárních opatření na snížení dioxinu ve slévárenství. • Emise rtuti − vysoká těkavost rtuti může způsobit plynné emise, které s prachem nemají souvislost. Vzhledem k provádění evropské politiky , jež se týká emisí rtuti, je potřeba provést výzkum emisí rtuti z tavicích postupů obecně a konkrétněji především ze sléváren (neželezných kovů).


xii

Souhrn •

•

Hořáky vzduch-plyn a jejich použití v kuplovnách − TWG oznámil, že bylo vypracováno jejich nové použití jako výsledek probíhajícího výzkumu. Je zde prostor pro další výzkum a vývoj, aby tato technologie byla přivedena do takového vývojového stupně, který dovoluje její další rozšíření. Alternativní náhrada SF6 jinými plyny při tavení hořčíku – alternativou za SF6 je například HFC–134a a Novec 612, které jsou vyvinuty a testovány ve slévárně. Tyto plyny umožňují alternativní náhradu SF6 plynem SO2. Další výzkum a zkoušení by mohlo poskytnout více detailních poznatků o ochranných vlastnostech plynů a jejich chování při tepelném rozpadu těchto směsí. Získání dalších znalostí by mělo poskytnout jednoznačné závěry pro použití a tak podpořit aplikaci těchto plynů v provozu.

EU zahajuje a podporuje své RTD (výzkumné a vývojové) technologické programy, sérií projektů souvisejících s čistými technologiemi, které jsou založeny na čištění odpadních vod, recyklačních technologií a dále na strategickém řízení. Tyto projekty mohou potencionálně poskytnout užitečné příspěvky pro budoucí BREF. Komise EIPPCB proto vyzývá odborníky ke sdělení výsledků výzkumu, které se týkají tohoto dokumentu.


xiii

Úvod

ÚVOD 1.

Charakter tohoto dokumentu

Pokud nebude stanoveno jinak, odkazy na „Směrnici“ v tomto dokumentu znamenají Směrnici 96/61/EC o integrované prevenci a kontrole znečištění. Směrnice se vztahují k evropskému společenství (EU − pozn.překladatele), dále k dokumentu EU o ochraně zdraví a bezpečnosti při práci. Dokument je pracovním návrhem Evropské kanceláře IPPC, není to oficiální publikace Evropského společenství a neodráží nezbytně postavení Evropského společenství. Tento materiál je součástí řady prezentovaných výsledků výměny informací mezi členskými státy EU a průmyslem zaměřeným na nejlepší dostupné techniky (BAT) a jejich vývoj. Evropská komise tento materiál publikovala na základě článku 16 (2) směrnice, a proto musí být tento materiál posuzován v souladu s přílohou IV Směrnice určující „nejlepší dostupné techniky“. 2.

Relevantní právní závazky Směrnice IPPC a definice BAT

V úvodu jsou popsána některá z nejrelevantnějších opatření Směrnice IPPC včetně definice termín „nejlepší dostupné techniky“, aby bylo usnadněno pochopení právního kontextu, ve kterém byl tento dokument navržen. Tento popis je nevyhnutelně nekompletní a je předložen pouze pro informaci, nemá žádnou právní hodnotu a žádným způsobem nenahrazuje nebo nepoškozuje skutečná opatření Směrnice. Účelem této Směrnice je dosáhnout integrované prevence a kontroly znečistění, které pochází z aktivit uvedených v seznamu v příloze I. Vede k vysoké úrovni ochrany životního prostředí jako celku. Právní podklad Směrnice se vztahuje k ochraně životního prostředí. Při zavedení do praxe by také mělo Společenství přihlížet k ostatním cílům, jako je konkurenceschopnost průmyslu, a přispět tak k udržení rozvoje. Specifičtěji (platí Směrnice IPPC – pozn. překl.) zajišťuje tento dokument přípustný systém určitých kategorií průmyslových zařízení, která jsou požadována nejen po provozovatelích, ale také po řídících a kontrolních orgánech, jež by měly zaujímat integrovaný, tj. celkový pohled na znečistění, a brát v úvahu časovou náročnost potenciálních zařízení. Celkovým cílem pro takový integrovaný přístup musí být vylepšení řízení a kontroly průmyslových procesů tak, aby byla zajištěna vysoká úroveň ochrany životního prostředí jako celku. Provozovatelé by měli vzít v úvahu všechny vhodné preventivní prostředky proti znečistění, zvláště u aplikací pro nejlépe dostupné techniky, které jim dovolí provádět zlepšení životního prostředí. Termín „nejlepší dostupné techniky“ je definován v článku 2(11) Směrnice jako „nejefektivnější a pokrokový stav výrobních operací, které ukazují praktickou vhodnost jednotlivých principiálních postupů pro zabezpečení hodnoty emisního limitu a pro stanovení prevence“. Přihlíží se k obecnému snížení emisí a účinku na životní prostředí jako celku. článek 2(11) pokračuje ve vyjasňování této definice takto: • „technika“ obsahuje jak použitou technologii, tak i způsob, kterým je zařízení navrženo, vybudováno, udržováno, provozováno a vyřazeno z provozu; • „dostupné“ techniky jsou takové, které byly vyvinuty do stadia, dovolujícího implementaci v průmyslovém sektoru, na něž se vztahují za ekonomicky a technicky uskutečnitelných podmínek, a které berou v úvahu náklady a výhody v případě, že technologie je, nebo není používána, případně vyráběna uvnitř zmíněných členských států, pokud jsou pro provozovatele tyto techniky racionálně přístupné; • „nejlepší“ znamená nejefektivnější při dosažení obecně vysoké úrovně ochrany životního prostředí jako celku.


xiv

Úvod

Příloha IV Směrnice obsahuje navíc seznam „co je třeba vzít do úvahy obecně nebo ve specifických případech, pokud je určena nejlepší dostupná technika, přičemž máme na mysli podobné náklady a přínosy změn a opatření i principy ochrany a prevence“. Tyto „úvahy“ obsahují informaci vydanou Komisí podle článku 16(2). Na kompetentních autoritách, které jsou odpovědné za vydání integrovaného povolení provozu, je vyžadováno vzít v úvahu obecné principy uvedené v článku 3, jež budou určovat podmínky integrovaného povolení. Tyto podmínky musí obsahovat limity emisních hodnot, nebo lze limity emisních hodnot nahradit tam, kde je to vhodné, ekvivalentními parametry či technickými prostředky. Podle článku 9(4) Směrnice musí být limity emisních hodnot, ekvivalenty parametrů a technické prostředky ve shodě se standardy kvality životního prostředí. Musí být založeny na nejlépe dostupných technologiích, aniž by předepisovaly použití jakékoliv technologie nebo specifické technologie. Musí brát v úvahu technické charakteristiky zařízení, kterých se to týká, jejich zeměpisné umístění a místní podmínky životního prostředí. Za všech okolností musí podmínky povolení obsahovat zajištění minimalizace znečištění na velké vzdálenosti nebo maximální možnou hranici znečištění, musí zajišťovat vysokou úroveň ochrany životního prostředí jako celku. Členské státy mají závazek podle článku 11 Směrnice zajistit, aby kompetentní autority sledovaly a byly informovány o vývoji nejlépe dostupných technik. 3.

Cíle tohoto dokumentu

Článek 16(2) Směrnice vyžaduje, aby Komise organizovala „výměnu informací mezi členskými státy a průmyslovými odvětvími, pokud se týká nejlépe dostupných technik, společného monitorovaní a jejich změn“ a publikovala výsledky výměny informací. Účel výměny informací je uveden v odkazu 25 Směrnice, kde se konstatuje, že vývoj a výměna informací na úrovni Společenství o nejlépe dostupných technikách pomůže změnit technologickou nerovnováhu ve Společenství, podpoří celosvětové rozšíření hodnot limitů a technologií, které jsou používány ve Společenství, a bude pomáhat členským státům v účinné implementaci této Směrnice. Komise (životního prostředí DG) ustanovuje fórum výměny informací (IEF), aby napomáhalo v práci podle článku 16(2). Pod záštitou IEF bylo ustaveno množství technických pracovních skupin. Jak IEF, tak i technické pracovní skupiny v sobě zahrnují reprezentaci, která je delegována členskými státy a odvětvími průmyslu, jak vyžaduje článek 16(2). Cílem této série dokumentů je přesně odrážet výměnu informací uskutečněnou tak, jak vyžaduje článek 16(2), zajistit odkazové informace pro úřady, které vydávají povolení k provozu, aby je vzaly v úvahu, když budou určovat podmínky povolení. Tyto dokumenty by měly působit jako cenné nástroje k ochraně životního prostředí tím, že zajistí relevantní informace, jež se týkají nejlépe dostupných technik. 4.

Zdroje informací

Tento dokument představuje sumarizaci informací shromážděných z množství zdrojů včetně speciální expertizy skupin ustanovených k tomu, aby napomáhaly Komisi v její práci a byly verifikovaným servisem Komise. Všechny příspěvky byly s povděkem přijaty. 5.

Jak porozumět tomuto dokumentu a jak ho používat.

S informacemi uvedenými v dokumentu se pracuje tak, že budou použity ve specifických případech jako vstup k určení BAT. Při určování BAT a ustavení povolení podmínek provozu na bázi BAT se počítá s tím, že by měly zahrnovat celkový cíl k dosažení vysoké úrovně ochrany životního prostředí jako celku.


xv

Úvod

Zbytek této sekce popisuje typ informace, která je uvedena v každé sekci dokumentu. Kapitoly 1 a 2 zajišťují celkové informace o průmyslovém sektoru, kterého se týkají, i o průmyslových procesech používaných v sektoru. Kapitola 3 zajišťuje údaje týkající se současných úrovní emisí a spotřeb, odráží situaci v existujících instalacích v době, kdy je o nich psáno. Kapitola 4 popisuje detailněji redukci emisí a ostatní postupy, o kterých se uvažuje jako o nejrelevantnějších pro určení BAT, a podmínky povolení provozu založené na BAT. Tato informace obsahuje úroveň uvažovaných emisí, jež jsou dosaženy užitím uvedeného postupu. Obsahuje také některé myšlenky o nákladech a problémech, jež se mohou vyskytnout u ostatních médií spojených s technikou, která je aplikována, k rozsahu zařízení, pro něž se požaduje povolení IPPC, například nové, existující, velké, nebo malé zařízení. Techniky, na které je obecně nahlíženo jako na zastaralé, zde obsaženy nejsou. Kapitola 5 představuje postupy, emise a úroveň spotřeb, které mají být v obecném smyslu kompatibilní s BAT. Účelem je zajistit tak obecné indikace s ohledem na úrovně emisí a spotřeb, aby mohly být považovány za vhodné referenční body. Napomohou k určení podmínek povolení na bázi BAT nebo ke stanovení obecných závazných pravidel podle článku 9(8) Směrnice. Je třeba zdůraznit, že tento dokument nenavrhuje hodnoty emisních limitů. Pro určení vhodných podmínek povolení bude brán také zřetel na místní specifické faktory, jako jsou technické charakteristiky týkající se zařízení, jejich zeměpisného umístění a místních podmínek životního prostředí. V případě již existujících zařízení je třeba vzít také v úvahu jejich ekonomickou a technickou možnost modernizace. Jednotlivé cíle vedoucí k zajištění vysoké úrovně ochrany životního prostředí jako celku budou často zahrnovat posudky různých typů účinků na životní prostředí a tyto posudky budou ovlivněny místními úvahami. I když byl učiněn pokus obsáhnout některé tyto problémy již v tomto dokumentu BREF, není možné, aby do tohoto dokumentu byly zahrnuty úplně všechny problémy. Postupy a úrovně představované v kapitole 5 proto nebudou nezbytně vhodné pro všechna zařízení. Na druhé straně závazek zajištění vysoké úrovně ochrany životního prostředí včetně minimalizace přeshraničního znečistění je důvodem, proč podmínky povolení nemohou být ustaveny jen na základech čistě místních úvah. Proto je nejdůležitější, že informace obsažené v tomto dokumentu jsou kompetentními orgány vzaty plně v úvahu. Tento dokument bude podle potřeby revidován a aktualizován v návaznosti na to, jak se budou parametry pro nejlépe dostupné postupy časem měnit. Všechny komentáře a úvahy by měly směřovat do Evropské kanceláře IPPC, Institutu pro technologická studia budoucích technologií, na následující adresu:

Edificio Expo, c/ Inca Garcilaso, s/n, E-41092 Seville, Spain Telephone: +34 95 4488 284 Fax: +34 95 4488 426 e-mail: [email protected] Internet: http://eippcb.jrc.es


xvi

BAT – referenční materiál pro slévárny SOUHRN…………………………………………………………………………………. ……...……..I ÚVOD…………………………………………………………………………………………….….XIV OBLAST PŮSOBNOSTI……………………………………………………………………….XXXVII 1

OBECNÉ INFORMACE O SLÉVÁRNÁCH…………………………………………...1 1.1

Přehled sektoru…………………………………………………………………………1 1.1.1 Slévárenství………………………………………………………….…………….1 1.1.2 Slévárenské trhy…………………………………………………………………...8 1.1.3 Typy sléváren…………………………………………………………………….10 1.2 Problémy životního prostředí…………………………………………………………11 1.2.1 Vzduch……………………………………………………………………………11 1.2.2 Rezidua (zbytky procesu)………………………………………………………...11 1.2.3 Energie……………………………………………………………………………11 1.2.4 Voda……………………………………………………………………………...11 2

APLIKOVANÉ PROCESY A POSTUPY VE SLÉVÁRNÁCH……………………..13 2.1

Přehled……………………………………………………………………….……….13 2.1.1 Slévárenský proces……………………………………………………………….13 2.1.2 Odlitky z litin……..………………………………………………………………15 2.1.3 Odlitky z oceli……………………………………………………………………17 2.1.4 Odlévání slitin hliníku……………………………………………………………19 2.1.5 Odlévání slitin hořčíku…………………………………………………………...19 2.1.6 Odlévání slitin mědi……………………………………………………………...20 2.1.7 Odlévání zinku……………………………………………………………………21 2.1.8 Odlévání olova……………………………………………………………………21 2.1.9 Odlévání superslitin………………………………………………………………21 2.2 Výroba modelů………………………………………………………………………..22 2.2.1 Obecně o výrobě modelů…………………………………………….…………...22 2.2.2 Rychlá výroba prototypu…………………………………………………………23 2.3 Suroviny a manipulace s nimi……………………………………….………………..25 2.4 Tavení a úprava kovu…………………………………………………………………28 2.4.1 Kuplovna…………………………………………………………………………29 2.4.1.1 Studenovětrná kuplovna……………………………………………………...29 2.4.1.1.1 Popis…………………………………………………………………29 2.4.1.1.2 Údržba……………………………………………………………….30 2.4.1.1.3 Výhody……………………………………………………….……...30 2.4.1.1.4 Nevýhody…………………………………………………….……...30 2.4.1.2 Horkovětrná kuplovna……………………………………………….……….30 2.4.1.2.1 Popis…………………………………………………………………30 2.4.1.2.2 Výhody………………………………………………………………32 2.4.1.2.3 Nevýhody…………………………………………………….……...32 2.4.1.3 Kuplovna s dlouhou kampaní………………………………………………...32 2.4.1.4 Podstata emisí……………………………………….………………….…….34 2.4.2 Elektrická oblouková pec (EOP) .……………………………………….……….35 2.4.2.1 Popis………………………………………………………………………….35 2.4.2.2 Tavení a rafinace v kysele vyzděné EOP…………………………………….36 2.4.2.3 Tavení a rafinace v zásaditě vyzděné EOP…………………………………..36 2.4.2.4 Povaha atmosférických emisí………………………………………………...36 2.4.3 Indukční pec (IP)..………………………………………………………………..37 2.4.3.1 Indukční kelímková pec – vysokofrekvenční VIP)…………………………..37 2.4.3.1.1 Popis………………………………………………………………....37


xvii

2.4.3.1.2 Praxe tavení………………………………………………………….39 2.4.3.1.3 Výhody………………………………………………………………40 2.4.3.1.4 Nevýhody……………………………………………………………40 2.4.3.2 Kanálková indukční pec…..………………………………………………….41 2.4.3.2.1 Popis…………………………………………………………………41 2.4.3.2.2 Výhody………………………………………………………………42 2.4.3.2.3 Nevýhody……………………………………………………………42 2.4.3.3 Povaha emisí…………………………………………………………………42 2.4.4 Odporové pece s vytápěným (tepelným) víkem….………………………………43 2.4.5 Rotační pec……………………………………………………………………….44 2.4.5.1 Popis………………………………………………………………………….44 2.4.5.2 Tavení………………………………………………………………………...44 2.4.5.3 Metalurgie……………………………………………………………………44 2.4.5.4 Použití………………………………………………………………………..45 2.4.5.5 Výhody……………………………………………………………………….45 2.4.5.6 Nevýhody…………………………………………………………………….45 2.4.6 Nístějová pec (plamenná pec)….………………………………………………....45 2.4.7 Šachtová pec……………………………………………………………………...46 2.4.7.1 Popis………………………………………………………………………….46 2.4.7.2 Výhody……………………………………………………………………….47 2.4.7.3 Nevýhody…………………………………………………………………….47 2.4.8 Kelímková pec……………………………………………………………………47 2.4.8.1 Popis………………………………………………………………………….47 2.4.8.2 Tavení………………………………………………………………………..48 2.4.8.3 Výhody……………………………………………………………………….48 2.4.8.4 Nevýhody…………………………………………………………………….48 2.4.9 AOD konvertor pro oduhličení a rafinaci oceli argonem a kyslíkem…………….49 2.4.10 VODC konvertor pro oduhličení a rafinaci oceli argonem a kyslíkem ve vakuu..49 2.4.11 Úprava oceli………………………………………………………………………50 2.4.12 Úprava litiny……………………………………………………………………...51 2.4.12.1 Legování……………………………………………………………………..51 2.4.12.2 Homogenizace……………………………………………………………….51 2.4.12.3 Odsíření a oduhličení litiny roztavené v kuplovně…………………………..51 2.4.12.4 Nodularizace taveniny……………………………………………………….52 2.4.12.5 Očkování taveniny…………………………………………………………...53 2.4.13 Úprava neželezných kovů..……………………………………………………….53 2.5 Výroba forem a jader…………………………………………………………………54 2.5.1 Suroviny………………………………………………………………………….55 2.5.1.1 Žárovzdorná ostřiva………………………………………………………….55 2.5.1.1.1 Křemenné ostřivo……………………………………………..……..56 2.5.1.1.2 Chromitové ostřivo………………………………………………….57 2.5.1.1.3 Zirkonové ostřivo……………………………………………………57 2.5.1.1.4 Olivínové ostřivo…………………………………………………….58 2.5.1.2 Pojiva a jiné chemikálie.……………………………………………………..58 2.5.1.2.1 Bentonit……………………………………………………………...58 2.5.1.2.2 Pryskyřice……………………………………………………………59 2.5.1.2.3 Uhelný prach………………………………………………………...60 2.5.1.2.4 Polysacharidová pojiva………………………………………………60 2.5.1.2.5 Oxid železa…………………………………………………………..60 2.5.1.3 Lití, vtoky, nálitky, filtrace…………………………………………………...61 2.5.2 Úprava formovací směsi (doprava, prosévání, chlazení, mísení)………..……….61 2.5.2.1 Úprava bentonitové formovací směsi………………………………………...61 2.5.3 Formování s použitím přírodního písku………………………………………….63 2.5.4 Formovací směs vázaná jílem (bentonitová směs pro formování na syrovo)……63 2.5.5 Formování do písku bez pojiva (V-proces)………………………………………64


xviii

2.5.6 Formování a výroba jader do chemicky tvrzených směsí………………………..66 2.5.6.1 Procesy vytvrzování za studena – ST směsi (samotvrdnoucí)……………….66 2.5.6.1.1 Formaldehydová pryskyřice s kyselými katalyzátory……………….66 2.5.6.1.2 Furanové pryskyřice s kyselými katalyzátory……………………….66 2.5.6.1.3 Polyuretan (fenolický izokyanát)………..…………………………..67 2.5.6.1.4 Rezol-ester…………………………………………………………...68 2.5.6.1.5 Olejové alkydové pryskyřice (samotvrdnoucí)……………………...68 2.5.6.1.6 Vodní sklo-ester…..…………………………………………………68 2.5.6.1.7 Cement……………………………………………………………….68 2.5.6.2 Procesy vytvrzování plynem…………………………………………………68 2.5.6.2.1 Cold-box (aminy tvrzený fenolický uretan)…………………………69 2.5.6.2.2 Rezol-ester…………………………………………………………...69 2.5.6.2.3 Fenolické nebo furanové pryskyřice tvrzené SO2…………………...70 2.5.6.2.4 Epoxidové nebo akrylátové pryskyřice vytvrzované SO2 (vytvrzování volnými radikály)……………………………………………………70 2.5.6.2.5 Křemičitan sodný vytvrzovaný CO2 (vodní sklo)…………………...70 2.5.6.2.6 Alkalické rezoly vytvrzované CO2…………………………………..71 2.5.6.3 Vytvrzování za horka………………………………………………………...71 2.5.6.3.1 Hot box založený na furanech nebo fenolech……………………….71 2.5.6.3.2 Warm-box……………………………………………………………72 2.5.6.3.3 Skořepiny (Croning)…………………………………………………72 2.5.6.3.4 Lněný olej……………………………………………………………73 2.5.6.3.5 Sušené alkydové oleje……………………………………………….73 2.5.6.4 Povrchová ochrana chemicky tvrzených směsí forem a jader……………….74 2.5.6.4.1 Složení nátěrů…….………………………………………………….74 2.5.6.4.2 Nanášení nátěrů……………………………………………………...74 2.5.7 Lití na spalitelný model ze zpěnitelného polystyrenu……..……………………..75 2.5.7.1 Spalitelný model s nevazným ostřivem (V-proces) – Lost foam proces ……75 2.5.7.2 Spalitelný model v chemicky tvrzené směsi – proces Full mold………….…76 2.5.8 Příprava trvalých (kovových) forem……………………………………………...78 2.5.9 Přesné lití, keramická skořepina – metoda ztraceného vosku……………………78 2.6 Odlévání………………………………………………………………………………80 2.6.1 Odlévání do netrvalých forem……………………………………………………80 2.6.1.1 Lití……………………………………………………………………………80 2.6.1.2 Tuhnutí odlitků……………………………………………………………….82 2.6.1.3 Vytloukání odlitků…………………………………………………………...83 2.6.1.4 Chlazení odlitků……………………………………………………………...83 2.6.2 Odlévání do trvalých forem………………………………………………………83 2.6.2.1 Gravitační a nízkotlaké odlévání do kokil……………………………………83 2.6.2.2 Vysokotlaké odlévání do kokil………………………………………………85 2.6.2.3 Odstředivé lití………………………………………………………………..87 2.6.2.4 Kontinuální lití……………………………………………………………….87 2.7 Dokončovací operace a operace po odlévání………………………..……………………88 2.7.1 Odstranění vtokového systému……………………………………………………….89 2.7.2 Čištění povrchu odlitku (odstranění zbytků směsi)…………………………………..89 2.7.3 Odstranění zateklin v dělIcí rovině…………………………………………………..90 2.8 Tepelné zpracování……………………………………………………………………….91 2.8.1 Úvod………………………………………………………………………………….91 2.8.2 Pece pro tepelné zpracování………………………………………………………….91 2.8.2.1 Komorové pece………………………………………………………………..…91 2.8.2.2 Šachtové pece……………………………………………………………………92 2.8.2.3 Žíhací pece……………………………………………………………………….92 2.8.3 Kalení…………………………………………………………………………………92 2.8.4 Tepelné zpracování litiny s kuličkovým grafitem (LKG)…………………………….92 2.8.4.1 Odstranění vnitřního pnutí………………………………………………….…….93


xix

2.8.4.2 Rozpouštění karbidů……………………………………………………………...93 2.8.4.3 Žíhání pro vytvoření ferritické matrice…………………………………………..93 2.8.4.4 Normalizace pro vytvoření perlitické matrice……………………………………93 2.8.4.5 Tvorba kalených a popouštěných struktur………………………………………..93 2.8.4.6 Austeniticky popouštěná litina s kuličkovým grafitem (ADI)…………………...93 2.8.5 Tepelné zpracování oceli……………………………………………………………..94 2.8.6 Tepelné zpracování hliníku…………………………………………………………..95 2.8.6.1 Uvolnění pnutí a žíhání……………………………………………………..……95 2.8.6.2 Homogenizace a kalení…………………………………………………………..95 2.8.6.3 Precipitace………………………………………………………………………..95 2.8.6.4 Umělé stárnutí……………………………………………………………………95 2.9 Kontrola jakosti……………………………………………...……………………………96

3

SOUČASNÉ EMISE A ÚROVNĚ SPOTŘEBY VE SLÉVÁRNÁCH ..…………97 3.1 3.2

3.3

Přehled toku hmoty…………………………………………………………………...97 3.1.1 Úvod………………………………………………………………………….97 Tavení a úprava slitin železa……………………………………………………….…97 3.2.1 Vlastnosti tavicích pecí pro ocel a litinu……………………………………..97 3.2.2 Kuplovna……………………………………………………………………..98 3.2.2.1 Koks a spotřeba energie……………………………………………..98 3.2.2.2 Vylučované tuhé částice (TZL – tuhé znečišťující látky)…………...99 3.2.2.3 Kouřové plyny……………………………………………………...100 3.2.2.4 Kupolní struska…………………………………………………….102 3.2.2.5 Odpad žárovzdorného materiálu…………………………………...102 3.2.3 Elektrická oblouková pec…………………………………………………...103 3.2.3.1 Vstup……………………………………………………………….103 3.2.3.2 Vylučované tuhé částice……………………………………………103 3.2.3.3 Viditelné dýmy……………………………………………………..104 3.2.3.4 Kouřové plyny……………………………………………………...104 3.2.3.5 Strusky……………………………………………………………...105 3.2.4 Indukční pec………………………………………………………………...105 3.2.4.1 Indukční pec bez kovového jádra…………………………………..105 3.2.4.1.1 Vstup energie………….………………………………105 3.2.4.1.2 Vylučování tuhých částic……………………………...106 3.2.4.1.3 Kouřové plyny………………………………………...107 3.2.4.1.4 Strusky………………………………………………...107 3.2.4.2 Indukční pec s kovovým jádrem (kanálková)……………….……..108 3.2.5 Rotační pec………………………………………………………………….108 3.2.5.1 Vstup……………………………………………………………….109 3.2.5.2 Vylučování částic…………………………………………………109 3.2.5.3 Kouřové plyny……………………………………………………109 3.2.6 Konvertor pro oduhličování argonem a kyslíkem (AOD)………………….111 3.2.6.1 Vstup……………………………………………………………….111 3.2.6.2 Výstup……………………………………………………………...111 3.2.6.3 Kouřové plyny……………………………………………………...111 3.2.6.4 Strusky……………………………………………………………...112 3.2.7 Konvertor pro oduhličování kyslíkem ve vakuu (VODC)………………….112 3.2.8 Rafinace a úprava oceli……………………………………………………..112 3.2.9 Úprava litiny………………………………………………………………..112 3.2.9.1 Nodularizace……………………………………………………….112 Tavení a úprava hliníku…………….………………………………………………..113 3.3.1 Přehled tavících pecí pro hliník…………………………………………….113 3.3.2 Šachtová pec………………………………………………………………..115 3.3.3 Indukční pec………………………………………………………………...116 3.3.4 Pec se sálajícím víkem (odporová pec)……………………………………..116


xx

3.4

3.5

3.6 3.7 3.8

3.9

3.10

3.11

3.12 3.13

4

3.3.5 Plamenná pec……………………………………………………………….116 3.3.6 Kelímková pec (vyhřívaná odporově a palivem)…………………………...117 3.3.7 Úprava taveniny slitin hliníku………………………………………………117 Tavení a odlévání hořčíků a hořčíkových slitin……………………………………..118 3.4.1 Ochrana nataveného hořčíku………………………………………………..118 3.4.2 Úprava taveniny hořčíku……………………………………………………119 3.4.3 Hořčíkový odpad……………………………………………………………119 Tavení a odlévání mědi a slitin mědi………………………………………………..120 3.5.1 Tavicí a licí jednotka………………………………………………………..120 3.5.2 Úprava taveniny mědi a slitin mědi………………………………………...121 Tavení a odlévání zinku a slitin zinku………………………………………………121 Tavení a odlévání olova……………………………………………………………..122 Čištění spalin………………………………………………………………………...122 3.8.1 Systémy pro snižování znečištění ovzduší (tuhými částicemi)……………..122 3.8.2 Dioxiny……………………………………………………………………..122 Výroba forem a jader………………………………………………………………..125 3.9.1 Úvod………………………………………………………………………..125 3.9.2 Formování směsi pojené jílem (formování bentonitové směsi na syrovo)…127 3.9.3 Formování do písku bez pojiva (V-proces)…………………………………127 3.9.4 Formování a výroba jader s chemicky tvrzenými pojivy…………………...128 3.9.4.1 Úrovně spotřeb chemikálií…………………………………………128 3.9.4.2 Emisní faktory……………………………………………………...129 3.9.4.3 Emise procesů vytvrzovaných za studena..………………………...129 3.9.4.4 Emise procesů vytvrzovaných plynem……………………………..130 3.9.4.5 Emise procesů vytvrzování za horka……………………………….130 3.9.5 Nátěry forem a jader z chemicky vázaných směsí………………………….131 3.9.6 Lití na spalitelný model ze zpěněného polystyrenu………………………...131 3.9.6.1 Nevazný písek – Lost Foam…………..……………………………131 3.9.6.2 Chemicky tvrzená směs – Full Foam (plná forma)………………...132 Odlévání……………………………………………………………………………..133 3.10.1 Odlévání do jednorázových (pískových) forem,chladnutí a vytloukání……133 3.10.1.1Hladiny emisí………………………………………………………133 3.10.1.2Poměry písku k tekutému kovu…………………………………….137 3.10.1.3Využití kovu………………………………………………………..139 3.10.1.4Vratná směs………………………………………………………...140 3.10.2 Lití do trvalých forem………………………………………………………141 Dokončovací práce – operace po odlití……………………………………………..142 3.11.1 Broušení…………………………………………………………………….142 3.11.2 Tryskání odlitků…………………………………………………………….143 3.11.3 Čištění………………………………………………………………………143 3.11.4 Dokončovací operace ve slévárnách oceli………………………………….143 Tepelné zpracování………………………………………………………………….144 Odpadní voda………………………………………………………………………..144 3.13.1 Zdroje odpadní vody………………………………………………………..144 3.13.2 Odpadní voda ze skladu šrotu………………………………………………145 3.13.3 Odpadní vody z mokrých odlučovačů používaných při tavení v kuplovně...145 3.13.4 Odpadní voda z oblastí lití, chladnutí, vytloukání, z úpravny formovacích směsí a výroby forem……………………………………………………….146 3.13.5 Odpadní voda z výroby jader……………………………………………….146

POSTUPY UVAŽOVANÉ PRO URČENÍ BAT VE SLÉVÁRNÁCH ………...147 4.1

Skladování a manipulace se surovinami…………………………………………….148 4.1.1 Úvod………………………………………………………………………...148 4.1.2 Krytý sklad a zpevněné úložiště kovového šrotu…………………………...148 4.1.3 Skladovací prostředky pro chemická pojiva………………………………..149


xxi

Použití čistého kovového šrotu pro tavení a odstranění směsi z vratné materiálu…………………………………………………………………….150 4.1.5 Interní recyklace vratného kovového materiálu…………………………….152 4.1.6 Interní recyklace vratného materiálu hořčíku………………………………152 4.1.7 Recyklace použitých zásobníků (obalů)…...……………………………….155 Tavení kovu a úprava nataveného kovu……………………………………………..156 4.2.1 Kuplovna……………………………………………………………………156 4.2.1.1 Optimalizace provozu pece………………………………………...156 4.2.1.2 Řízení jakosti koksu na vstupu.…………………………………….157 4.2.1.3 Provoz kuplovny s kyselou struskou………………………….……158 4.2.1.4 Zvýšení výšky šachty studenovětrné kuplovny…………………….158 4.2.1.5 Instalace sekundární řady dmyšen pro studenovětrnou kuplovnu…159 4.2.1.6 Dmýchání větru obohaceného kyslíkem…………………………...161 4.2.1.7 Přehřátí dmýchaného vzduchu použitím plazmy…………………..163 4.2.1.8 Minimální perioda odstavení horkovětrné kuplovny………………164 4.2.1.9 Bezkoksová šachtová kuplovna……………………………………165 4.2.1.10Kuplovna vytápěná koksem a plynem……………………………..169 4.2.2 Elektrická oblouková pec (EOP).…………………………………………..171 4.2.2.1 Zkrácení času tavení a úpravy……………………………………..171 4.2.2.2 Postup tavení s napěněnou struskou……………………………….172 4.2.3 Indukční pec………………………………………………………………...173 4.2.3.1 Proces optimalizace: optimalizace vsázkových materiálů…………173 4.2.3.2 Změna síťových kmitočtů indukčních pecí na středofrekvenční…..174 4.2.4 Rotační pec………………………………………………………………….175 4.2.4.1 Zvýšení účinnosti pece……………………………………………..175 4.2.4.2 Použití kyslíko-plynového hořáku…………………………………176 4.2.5 Výběr tavicí pece – kuplovna, indukční pec, rotační pec…………………..177 4.2.6 Plamenná pec……………………………………………………………….181 4.2.6.1 Použití kyslíko-plynového hořáku…………………………………181 4.2.7 Ostatní typy pecí……………………………………………………………181 4.2.7.1 Náhrady za SF6, použitého jako krycího plynu pro tavení hořčíku..181 4.2.8 Úprava neželezných kovů…………………………………………………..184 4.2.8.1 Odplynění a čištění slitin hliníku použitím stanice s mísičem taveniny…………………………………………………………….184 Výroba forem a jader včetně úpravy směsi……………………………………….…185 4.3.1 Výběr typu formy…………………………………………………………...185 4.3.2 Formování do formovací směsi pojené jílem (formování do bentonitové směsi)……………………………………………………………………….186 4.3.2.1 Úprava směsi pojené jílem, mísení a chlazení ve vakuu...…………186 4.3.3 Formování a výroba jader z chemicky tvrzených směsí……………………188 4.3.3.1 Minimalizace spotřeby pojiva……………………………………...188 4.3.3.2 Minimalizace ztrát forem a jader…………………………………..190 4.3.3.3 Nejlepší postup pro procesy chemicky tvrzené směsi za studena (samotvrdnoucí směsi)……………………………………………..191 4.3.3.4 Nejlepší postup pro chemicky tvrzené směsi vytvrzování plynem...191 4.3.3.5 Náhrada nátěrů na bázi alkoholu za nátěry na bázi vody…………..192 4.3.3.6 Mikrovlnné sušení nátěrů na bázi vody……………………………195 4.3.3.7 Použití nearomatických rozpouštědel pro výrobu jader cold-box…197 4.3.4 Alternativní postupy výroby forem a jader ………………………….……..200 4.3.4.1 Odlévání na spalitelný model metodou Lost Foam………………...200 4.3.4.2 Formování na spalitelný model s keramickou skořepinou (Replicast)……………………………………………….…………202 4.3.5 Příprava trvalých (kovových) forem a tlakové lití………………………….203 4.3.5.1 Použití separačního prostředku pro kovové formy…………...……203 4.3.5.2 Použití pevných lubrikantů do uzavřené kovové formy…………...203 4.1.4

4.2

4.3


xxii

4.4 4.5

4.6

4.7

Odlévání kovu……………………………………………………………………….204 4.4.1 Zlepšení využití kovu……………………………………………………….204 Zachycení a úprava dýmu, spalin a odtahového plynu……………………………...206 4.5.1 Obecné principy…………………………………………………………….206 4.5.1.1 Snížení unikajících emisí…………………………………………..207 4.5.1.2 Použití komínu s několika svedenými proudy emisí…………..…...209 4.5.1.3 Způsoby snižování emisí…………………………………….……..209 4.5.1.4 Prevence a snižování dioxinu………………………………………213 4.5.1.5 Snižování zápachu………………………………………………….216 4.5.2 Kuplovna……………………………………………………………………217 4.5.2.1 Sběr plynu, čištění a chlazení………………………………………217 4.5.2.2 Dodatečné spalování ve spalovací komoře………………………...221 4.5.2.3 Dodatečné spalování v šachtě (komíně) kuplovny…………………225 4.5.3 Elektrická oblouková pec – EOP…………………………………………...228 4.5.3.1 Sběr odtahových plynů…………………………………………….228 4.5.3.2 Čištění odsávaného plynu………………………………………….230 4.5.4 Indukční pec………………………………………………………………...232 4.5.4.1 Sběr odtahových plynů……………………………………………..232 4.5.4.2 Čištění odsátého plynu……………………………………………..233 4.5.5 Rotační pec………………………………………………………………….235 4.5.5.1 Sběr odtahových plynů a čištění odpadního plynu……...…………235 4.5.6 Kelímková a plamenná pec…………………………………………………236 4.5.6.1 Předcházení viditelným emisím během tavení a úpravy kovu……..236 4.5.7 Úprava kovu………………………………………………………………...237 4.5.7.1 AOD konvertor: sběr a úprava plynu………………………………237 4.5.7.2 Modifikace: sběr plynu a jeho čištění……………………………...238 4.5.8 Výroba forem a jader……………………………………………………….239 4.5.8.1 Zachycování odsávaného vzduchu a tuhých částic z úpravny bentonitové formovací směsi a jeho čištění………………………..239 4.5.8.2 Zachycení odsávaného vzduchu s tuhými částicemi z formovny užívající bentonitové formovací směsi a jejich čištění…………….240 4.5.8.3 Zachycení plynných látek z výroby jader – obecné úvahy………...240 4.5.8.4 Cold box: Zachycení par aminu a úprava odtahovaného plynu……241 4.5.8.5 Sběr a odstranění VOC……………………………………………..242 4.5.8.6 Čištění odsávaných plynů použitím biofiltru………………………243 4.5.8.7 Formování do trvalých forem: sběr emisí ze separačních emisí…...245 4.5.9 Odlévání, chlazení a vytloukání…………………………………………….246 4.5.9.1 Úvod………………………………………………………………..246 4.5.9.2 Zakrytování formovacích a odlévacích linek………………………247 4.5.9.3 Zachycení a úprava odsávaného plynu (vzdušniny) od vytloukání..247 4.5.9.4 Čištění plynů použitím biofiltrů……………………………………249 4.5.10 Operace po odlití: sběr a úprava plynů………………………….………….249 4.5.10.1Sběr plynů při dokončovacích pracích……………………………..249 4.5.10.2Postupy čištění odsátého vzduchu………………………………….250 4.5.11 Sběr a čištění odpadních plynů z tepelného zpracování……………………252 4.5.11.1Použití čistých paliv v hořácích v pecích tepelného zpracování…...252 4.5.11.2Kalící lázeň (olej,emulze): sběr dýmu a elektrostatický filtr………253 Prevence a úprava odpadní vody……………………………………………………253 4.6.1 Prostředky prevence tvorby odpadní vody………………………………….253 4.6.2 Úprava vod z mokrých odlučovačů a ostatních odpadních vod…………….255 4.6.3 Příklad prevence a redukce odpadní vody………………………………….257 4.6.4 Odlučovače oleje……………………………………………………………260 4.6.5 Regenerace aminu z vody pračky aminu…………………………………...260 4.6.6 Redukce glykolů v odpadní vodě u tlakového lití…………………………..262 Energetická účinnost………………………………………………………………...262


xxiii

4.8

4.9

4.10 4.11 4.12

5

NEJLEPŠÍ DOSTUPNÉ POSTUPY PRO SLÉVÁRNY…..…………………….313 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

6

Obecně použitelné BAT (pro slévárenský průmysl)………………………...………314 Tavení železných kovů………………………………………………………………317 Tavení neželezných kovů a jejich slitin……………………………………………..320 Odlévání ztracené formy (formy pro jedno použití)………………………………...321 Odlévání do trvalých forem…………………………………………………………324

POSTUPY, KTERÉ SE PRO SLÉVÁRNY VYVÍJEJÍ…………………………326 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

7

4.7.1 Úvod………………………………………………………………………...262 4.7.2 Indukční pec: využití odpadního tepla……………………………………...263 4.7.3 Kuplovna: využití odpadního tepla…………………………………………265 4.7.4 Snížení ztrát energie/zlepšení praxe předehřevu pánví……………………..267 Vratná formovací směs: regenerace, recyklace, opětovné použití a likvidace……...268 4.8.1 Úvod………………………………………………………………………..268 4.8.2 Regenerace vratné bentonitové směsi za optimalizovaných podmínek……273 4.8.3 Jednoduchá mechanická regenerace ST směsi vytvrzovaných za studena…275 4.8.4 Mechanická regenerace použitím jednotky s brusnými koly……………….275 4.8.5 Mechanická regenerace používající rázového bubnu………………………278 4.8.6 Pneumatická regenerace……………………………………………………280 4.8.7 Tepelná regenerace…………………………………………………………281 4.8.8 Kombinovaná regenerace pro směsové vraty………………………………285 4.8.9 Mokrá regenerace písku…………………………………………………….287 4.8.10 Pneumatická regenerace směsi s vodním sklem……………………………288 4.8.11 Opětovné interní použití nevytvrzené směsi………………………………..291 4.8.12 Opětovné použití odprašků do bentonitové směsi………………………….292 4.8.13 Externí použití vratné směsi a jemných tuhých částic ostřiva……………...292 Pevné zbytky a prach: zpracování a opětovné použití……………………………....294 4.9.1 Úvod………………………………………………………………………...294 4.9.2 Předběžná úprava pro externí využití pevného odpadu…………………….294 4.9.3 Minimalizace tvorby strusky………………………………………………..297 4.9.4 Kuplovna……………………………………………………………………298 4.9.4.1 Sběr a recyklace koksového hrášku………………………………..298 4.9.4.2 Recyklace tuhých částic z filtru do kuplovny……………………...298 4.9.5 EOP…………………………………………………………………………302 4.9.5.1 Recyklace tuhých částic ze suchých odlučovačů a břečky………...302 4.9.5.2 Recyklace hliníkových strusek a odpadů…………………………..303 Snížení hluku………………………………………………………………………...303 Vyřazování z provozu……………………………………………………………….304 Nástroje řízení životního prostředí…………………………………………………..305

Použití levných spalitelných materiálů v kuplovně…………………………………326 Recyklace zachycených tuhých částic obsahujících kov (železné kovy)…………...326 Obnova aminu z odpadního plynu výroby jader prostupováním plynu……………..327 Oddělený nástřik separačního prostředku a vody u tlakového lití slitin hliníku…….328 Anorganická pojiva pro výrobu jader……………………………………………….329

ZAVĚREČNÉ POZNÁMKY…...…………………..……………………………..332 7.1 7.2 7.3 7.4

Časové rozvržení práce……………………………………………………………...332 Zdroje informací…………………………………………………………………….332 Stupeň dosažené shody……………………………………………………………...333 Doporučení pro budoucí práci……………………………………………………….333


xxiv

7.5

Navržená témata pro budoucí projekty výzkumu a vývoje……………………….…334

8

ODKAZY………………………………………………………………..…………………..335

9

SLOVNÍČEK………………………………..………………………………………………342 9.1 9.2 9.3

10

Zkratky……………………………………………..………………………………..342 Termíny…………………………………………………..……………………….…343 Slovník…………………………………………………………..…………………..347

PŘÍLOHY…………………………………………………………………………..348 10.1

Příloha 1 Přehled údajů pro tavení litiny v různých typech kuploven a v indukčních pecích……………………………..………..……………………….…..348

10.2

Příloha 2 Zařízení na kontrolu emisí tuhých částic ve velkokapacitní slévárně automobilového průmyslu …………………………………….…….. …………….357

10.3

Příloha 3


Poznámky překladatele…………………………...………………359

xxv

Seznam obrázků. Obrázek 1.1: Obrázek 1.2: Obrázek 1.3:

Údaje o produktivitě sléváren železných kovů pro různé evropské země, kde velikost kruhu představuje celkovou výrobu ve specifikované zemi…………..……………………..8 Relativní podíly sektorů trhu……………………………………………………….…………9 Podíly trhu pro odlitky ze slitin železa (údaje španělského trhu) [108, FEAF, 1999] ….9

Obrázek 1.4: Obrázek 2.1:

Podíly trhu pro odlitky z oceli (údaje španělského trhu) [108, FEAF, 1999]……………..10 Slévárenský proces……………………………………………………………………..……..13

Obrázek 2.2: Postupový diagram pro tavení a úpravu litiny. [32, CACF, 1997]…………….……………..16 Obrázek 2.3: Postupový diagram pro tavení a úpravu oceli. [32, CAEF, 1997]…………………………18 Obrázek 2.4:

Dřevěný model [237, HUT, 2003]……………………………………………………………23


Jaderníky [237, HUT, 2003]…………………….……………………………………………23 Termopolymerové (voskové) modely ve stroji Rapid Prototyping [237, HUT, 2003]…………………………………………………………..………………….24


Hliníkový šrot (vlevo) a ingoty (vpravo) [237, HUT, 2003)...……………………..………..25 Pneumatické dopravníky a sila pro práškový (zrnitý) materiál [237, HUT, 2003]……………………………………………………………………………...25 Schematický náčrtek a zmenšený model (studenovětrné) kuplovny [44, ETSU, 1993] [237, HUT, 2003] …………………………………………………………29

Obrázek 2.9:


Účinek předehřevu vzduchu na účinnost vysoké pece [44, ETSU, 1993]………………….31 Schematické znázornění kuplovny s dlouhou kampaní……………………………………33


Elektrická oblouková pec [237, HUT, 2003]………………………………………………...35 Obecné uspořádání indukční kelímkové pece 47, ETSU, 1992] …………………………..38


Indukční kelímkové pece [237, HUT, 2003]…………………………………………………39 Typická konstrukce kanálkové indukční pece [55, ETSU, 1993] …………………………41


Kanálková indukční pec [237, HUT, 2003]….………………………………………………42 Odporová pec s vytápěným víkem [48, ETSU, 1994] ………………………………………43


Řez nístějovou pecí [175, Brown, 1999………………………………………………………45 Šachtová pec [48, ETSU, 1994] ……………………………………………………………...47

Obrázek 2.20:

Kelímkové pece [237, HUT, 2003]…………………………………………………………...48

Obrázek 2.21:

Konvertor pro oduhličení a rafinaci argonem a kyslíkem………………………………....49

Obrázek 2.22:

Dezoxidace s použitím hliníkového drátu [237, HUT, 2003]………………………………50

Obrázek 2.23: Obrázek 2.24: Obrázek 2.25:

Sendvičová metoda nodularizace [237, HUT, 2003]……………………………...………...52 Očkování v průběhu lití [237, HUT, 2003]…………………………………………………..53 Typická distribuce/klasifikace velikosti zrna pro slévárenský/křemičitý křemenný písek [110, Vito et al., 2001]………………………………………………………………………...56 Složky vtokové soustavy [237, HUT, 2003]………………………………………………….61

Obrázek 2.26:

Obrázek 2.27: Různé druhy filtrů [237, HUT, 2003]………………………………………………………..61 Obrázek 2.28: Schematické znázornění typické úpravy bentonitové směsi [174, Brown, 2000]…………………………………………………………………………….62 Obrázek 2.29: Různé typy mísičů bentonitové směsi [237, HUT, 2003]…………………………………..62

Obrázek 2.30: Obrázek 2.31: Obrázek 2.32:

Formování pomocí vakua - V-proces [179, Hoppenstendt, 2002]…………………………65 Furanová jádra [237, HUT, 2003]…………………………………………………………...67 Jádro vyráběné metodou cold-box [237, HUT, 2003]………………………………………69


Jádra (nahoře) a formy (dole) vyráběné metodou Croning [237, HUT, 2003]……………73 Nanášení nátěru na bázi alkoholu poléváním s následným vypalováním a nebo sušením [237, HUT, 2003]……………………………………………………………………………...74

Obrázek 2.35:

Nanášení nátěru na bázi vody ponořováním s následným sušením v horkovzdušné peci [237, HUT, 2003]……………………………………………………………………………...75 Obrázek 2.36: Lost foam proces / Výroba odlitků metodou spalitelného mode [110, Vito et al., 2001] ……………………………………………………………………….76 Obrázek 2.37: Jednorázový polystyrenový model (vpravo) pro výrobu odlitků metodou spalitelnéh63modelu a příklad odlitku vyrobeného touto metodou (vlevo)[237, HUT, 2003]…………………………………………………………………………………………...77 Obrázek 2.38: Postup procesu přesného lití na vytavitelný voskový model [110, Vito et al., 2001] …….79 Obrázek 2.39:

Hubička licí pánve pro odlévání roztaveného kovu [237, HUT, 2003]…………………….81

Obrázek 2.40: Čajníková pánev pro odlévání roztaveného kovu [237, HUT, 2003]………………………81 Obrázek 2.41: Licí pánev se spodní výpustí [237, HUT, 2003]……………………………………………..82 Obrázek 2.42: Licí pec [110, Vito, 2001] …………………………………………………………………….82 Obrázek 2.43: Obrázek 2.44: Obrázek 2.45: Obrázek 2.46: Obrázek 2.47: Obrázek 2.48:

Vytloukání na konci automatizované formovací linky [237, HUT, 2003]………………....83 Princip nízkotlakého licího stroje [175, Brown, 1999……………………………………...84 Stroj na nízkotlaké lití[237, HUT, 2003]…………………………………………………….84 Odlévací zařízení s horkou a studenou komorou. [42, US EPA, 1998]…………………...85 Schematické znázornění odstředivého licího stroje [179, Hoppenstedt, 2002] ……….….87 Schematické znázornění kontinuálního licího stroje [179, Hoppenstedt, 2002…………...88

Obrázek 2.49:

Odlitek s vtokovou soustavou a nálitky [237, HUT, 2003]…………………………………89


Odlitky před (vlevo, uprostřed) a po (vpravo) odstranění písku tryskáním……………...89 Otřepy (vlevo) a jejich odstranění broušením (uprostřed) a omíláním (vpravo) [237, HUT, 2003]……………………………………………………………………………...90

Obrázek 2.52:

Kalení žhavého odlitku krátce po tepelném zpracování [237, HUT, 2003]……………….92

Obrázek 2.53: Typický průběh tepelného zpracování austenitického popouštění [174, Brown 2000]…..94 Obrázek 3.1: Obrázek 3.2: Obrázek 3.3: Obrázek 3.4: Obrázek 3.5: Obrázek 3.6: Obrázek 3.7:


Přehled toku hmot a energií pro slévárenský proces………………..………………...……97 Typické ztráty energie - příkonu u indukční pece bez jádra [47, ETSU, 1992]…………106 Spotřeba energie (kWh/tunu) jako funkce udržované tonáže a ztráty teploty pro kanálkovou indukční pec. [140, EU, Thematic Network Foundry Wastes, 2001] ……...108 Výroba odlitků z hořčíku a slitin hořčíku v tunách /rok ve státech EU a při krytí plynem (SO2, nebo SF6), (údaje z roku 2001)[218, Harnisch and Schwarz, 2003]………………119 Zátěž odpadním plynem při lití v plných a klasických formách (s jádry) litá slitina: šedá litina; forma: furanová směs; 1,9 tuny směsi : 1 tuně litin [215, Müller, 1996]……133 Emisní hladiny polutantů po odlévání, chlazení a vytloukání pro slévárnu litiny, při lití do bentonitové směsi. [141, CERP, 1999]……………………………………………………...136 Úrovně emisí pro vylučované částice po lití, chlazení a vytloukání pro slévárnu litiny s litím na syrovo.(Celek=PM10+PM>10)[141, CERP, 1999]………………………………….137 Poměry bentonitové směsi k tekutému kovu ve slévárnách litin [73, ETSU, 1995] …….138 Poměry bentonitová směs- tekutý kov ve slévárnách slitin mědi [73, ETSU, 1995] Obr. 13, strana11………………………………………………………...138

Obrázek 3.10: Obrázek 4.1: Obrázek 4.2: Obrázek 4.3: Obrázek 4.4: Obrázek 4.5: Obrázek 4.6: Obrázek 4.7: Obrázek 4.8: Obrázek 4.9:

Obrázek 4.10: Obrázek 4.11: Obrázek 4.12: Obrázek 4.13: Obrázek 4.14: Obrázek 4.15: Obrázek 4.16: Obrázek 4.17: Obrázek 4.18: Obrázek 4.19:

Poměry celkové formovací směsi k tekutému kovu ve slévárnách ve Velké Británii [72, ETSU, 1995] …………………………………………………………………………….139 Diagram toku hmot pro přetavení odpadu hořčíku třídy 1 pod tavidly [206, Ditze and Scharf, 2000] ………………………………………………………………154 Diagram toku hmot pro přetavení odpadu hořčíku třídy 1 pod krycí solí [206, Ditze and Scharf, 2000] ………………………………………………………………154 Různé způsoby vhánění kyslíku [44, ETSU, 1993]………………………………………...162 Účinek periody uzavření dmýchání na odpichovou teplotu v periodě po dočasném přerušení dmýchání [44, ETSU, 1993]……………………………………………………..164 Bezkoksová šachtová kuplovna v duplex procesu. [110, Vito, 2001]……………………..166 Zařízení na úpravu formovací směsi s vakuovým mísičem – chladičem. [207, Drews, 1996]…………………………………………………………………………...187 Tepelná rovnováha pece pro sušení jader, pracující při 72 % kapacity. [143, Inasmet, 2002]…………………………………………………………………………194 Tepelná bilance mikrovlnného sušení jader, pro 50 kW pec pracující při 50 % kapacitě [143, Inasmet, 2002]…………………………………………………………………………196 Emise uhlíku celkem v různých krocích procesu, s použitím rozpouštědel rostlinné a aromatické báze (hodnoty v % vyjadřují porovnání emisí , aromatické emise = 100%) [216, Hobelsberger, et al., 1997]…………………………………………………………….199 Zařízení tkaninových hadicových filtrů z pohledu uvnitř (vlevo) a vně (uprostřed, vpravo) [237, HUT, 2003]……………………………...……………………………………………..210 Provozní podmínky pro mokré a suché čištění kouřových odpadních z horkovětrné kuplovny (HVK) [230, CAEF, 2003]………………………………………………………212 Studenovětrná kuplovna s výměníkem tepla, chlazením a tkaninovým filtrem [29, Batz, 1986] ……………………………………………………………………………...219 Horkovětrná kuplovna s rekuperátorem a mokrým odlučovačem [32, CAEF, 1997)….222 Horkovětrná kuplovna s rekuperátorem a suchým tkaninovým odlučovačem [32, CAEF, 1997] ……………………………………………………………………………222 Princip dodatečného spalování a chlazení kouřových plynů v šachtě studenovětrné kuplovny [157, Godinot, 1999]……………………………………………………………...226 Princip (a) zákrytu na víku, (b) zákryt bočního odtahu a (c) přímé odsávání přes čtyři otvory [173, Huelsen, 1985] ………………………………………………………………...228 Zákryt vytloukacího roštu, pro velké odlitky z oceli vyráběné po dávkách [209, Metalodlew s.a., 2003]………………………………………………………………...248 Úprava odpadní vody a břečky z mokrého odlučovače kuplovny [195, UBA, 2003]……256 Okruh vody mokrého čistícího systému kuplovny DSSS: Dvouplášťový ponorný separátor; FA: flokulant, M: motor [195, UBA, 2003]……………………………………258


Systém úpravy břečky z mokrého čištění spalin kuplovny [195, UBA, 2003]…………...259 Zařízení na recyklaci aminu [195, UBA, 2003]……………………………………………261


Použití odpadní vody pro vysoušení kovové vsázky v zásobníku [47, ETSU, 1992]…….264 Schéma horkovětrné kuplovny s parním kotlem, turbínou a generátorem [27, Kran, et al., 1995]……………………………………………………………………….266

Obrázek 4.24: Schéma horkovětrné kuplovny s využitím odpadního tepla [17, Strauss, 1983]………...267 Obrázek 4.25: Rovnovážný diagram pro tepelně mechanickou regeneraci směsového vratu. Stupeň regenerace 92%. [70, ETSU, 1998]…………………………………………………………272 Obrázek 4.26: Studená mechanická regenerace používající broušení [128, IHOBE, 1998]……………276 Obrázek 4.27: Provozní údaje o oběhu jádrové směsi holandské slévárny litiny používající bentonitovou formovací směs[140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001] …………………..277 Obrázek 4.28: Fixní náklady na tunu regenerátu, pro mechanickou regeneraci samotvrdnoucích směsí. [82, IfG – Institut für Giesssereitechnik., 1996]…………………………………………...278 Obrázek 4.29: Pneumatická regenerace [122, Kirst, 1999] ………………………………………………280 Obrázek 4.30: Fixní náklady v EUR na tunu regenerované směsi pro tepelnou regeneraci a velkou intenzitu mechanické regenerace směsového vratu. [82, IfG – Institut für Giesssereitechnik., 1996] ………………………………………….284 Obrázek 4.31: Mechanická-tepelná-mechanická regenerační jednotka. [108, FEAF, 1999] …………...285

Obrázek 4.32: Obrázek 4.33: Obrázek 4.34: Obrázek 6.1: Obrázek 10.1: Obrázek 10.2: Obrázek 10.3: Obrázek 10.4: Obrázek 10.5:

Rotační mechanické regenerační zařízení [225, TWG, 2003]…………………………….290 Rozdělení zinku při vhánění tuhých částic do dmyšen během 20 dní. [156, Godinot, 2001]…………………………………………………………………………300 Rozdělení zinku při recirkulaci tuhých částic v paletách sázecím otvorem během 11 dnů [156, Godinot, 2001] ………………………………………………………………………...301 Rozprašovací hlavice s oddělenými tryskami pro nanášení vody a separátoru…………328 Bilance vstupů a výstupů pro různé technické modifikace tavení v kuplovně [172, Neumann, 1994]……………………………………………………………………….350 Ceny surovin (Francie: od roku 1993 do 2003)……………………………………………356 Údaje sledování emisí tuhých částic ze 4 míst v úpravně směsi (24hodinové průběžné monitorování)………………………………………………………………………………..357 Údaje sledování emisí tuhých částic ze 4 míst v úpravně směsi (2týdenní průběžné monitorování)………………………………………………………………………………..358 Údaje sledování emisí tuhých částic ze 4 míst v úpravně směsi (30denní průběžné monitorování)………………………………………………………………………………..358

Seznam tabulek Tabulka 1.1: Tabulka 1.2: Tabulka 1.3: Tabulka 1.4: Tabulka 1.5: Tabulka 1.6: Tabulka 2.1:

Tabulka 2.2: Tabulka 2.3: Tabulka 2.4: Tabulka 2.5: Tabulka 2.6: Tabulka 2.7: Tabulka 2.8: Tabulka 2.9: Tabulka 2.10: Tabulka 3.1:

Tabulka 3.2: Tabulka 3.3:

Tabulka 3.4: Tabulka 3.5: Tabulka 3.6: Tabulka 3.7: Tabulka 3.8: Tabulka 3.9: Tabulka 3.10: Tabulka 3.11: Tabulka 3.12: Tabulka 3.13: Tabulka 3.14: Tabulka 3.15: Tabulka 3.16:

Údaje o výrobě odlitků ze slitin železa, tj. odlitky z litin a oceli v Evropě (v 1 000 t)[168, CAEF, 2002], [TWG, 2002]……………………………...…………………..………………...1 Údaje o výrobě odlitků ze slitin neželezných kovů v Evropě (v 1 000 t) [168, CAEF, 2002], [202, TWG, 2002]………………………………………………..……….2 Počet sléváren (výrobních jednotek) odlitků z litin a lité oceli [168, CAEF, 2002], [TWG,2002]……………………………………………………………………..……………...3 Počet sléváren (výrobních jednotek) pro odlitky z neželezných slitin [168, CAEF, 2002], [202, TWG, 2002]…..……………………………………….……………4 Zaměstnanost ve slévárnách litin a oceli [168, CAEF, 2002], [TWG, 2002]……………….5 Zaměstnanost ve slévárnách slitin neželezných kovů [168, CAEF, 2002], [TWG, 2002]………………………………………………………………………………….…………6 Relativní podíly používaných postupů lití hliníku [143, Inasmet, 2002], [225, TWG, 2003]……………………………………………………………………………..16 Nejběžnější slitiny zinku, obsahy v %………………………..……………………………...18 Popis postupu rychlé výroby prototypu [203, Linxe, 2002]………………………………..20 Možná kontaminace půdy surovinami sléváren železných kovů [140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001], [225, TWG, 2003] ………………………………………22 Použitelnost typů pecí pro tavení (t) a udržování (u)………………………………………23 Pole aplikací dostupných indukčních pecí vztažených k jejich frekvenci [174, Brown, 2000]……………………………………………………………………………31 Přehled různých typů pryskyřic a jejich použitelnost [110, Vito et al., 2001] …………..48 Složení přírodního písku [126, Teknologisk, 2000] ……………………………………….52 Složení přísad pro přípravu bentonitové směsi(kromě vody) [36, Winterhalter, and et al., 1992] ………………………………………………………...52 Procesy výroby jader ve 48 slévárnách pro automobilky v Německu, 1991. [174, Brown, 2002]……………………………………………………………………………54 Typické vlastnosti tavících pecí a údaje o emisích [32, CAEF, 1997], [110, Vito et al., 2001], [202, TWG, 2002], [202, TWG, 2002] a komentáře od CTIF……79 Průměrná spotřeba energie pro úpravu odtaženého plynu a udržování litiny na teplotě …………………………………………………………………80 Úrovně emisí tuhých částic z různých typů kuploven. (bez čištění plynů) [32, CAEF, 1997]……………………………………………………………………………...80 Hladiny emisí TZL z kuplovny a distribuce PM (po čištění plynem)[202, TWG, 2000]…80 Typické složení částic z kuplovny, údaje jsou ve váhových procentech [321,CAF, 1997] a [158, Charbonnier, 1998]……………………………………………….81 Složení kychtového plynu kuplovny [32, CAEF, 1997]………………………………….…81 Emisní údaje pro horkovětrnou a studenovětrnou kuplovnu pracující s různým seřízením[29, Batz, 1986], [202, TWG, 2002], údaje přepočítány na 11 % O2 …………..82 Typické složení kupolní strusky [172, Neumann, 1994]……………………………………82 Chemické složení tuhých částic EOP ze sléváren oceli…………………………………….83 Typické hodnoty emisí pro elektrické obloukové pece [29, Batz, 1986] …………………84 Chemické složení strusky EOP [171, The Casting Development Centre, 1999]……….…84 Úrovně emisí tuhých částic a distribuce částic u indukční pece [202, TWG, 2001] ……..86 Chemické složení emitovaných tuhých částic z indukční pece ve slévárnách litiny [32, CAEF, 1997]……………………………………………………………………………..86 Typické údaje emisí při tavení v indukčních pecích ve slévárně litiny a oceli. [29, Batz, 1986] {strana 57}…………………………………………………………….……………….86 Typické složení strusky indukční pece [172, Neumann, 1994]…………………………….87 Chemické složení tuhých částic z rotační pece pro tavení litiny [204, Carnicer Alfonso, 201]…………………………………………………………………88


xxxii

Tabulka 3.17: Tabulka 3.18: Tabulka 3.19: Tabulka 3.20: Tabulka 3.21: Tabulka 3.22: Tabulka 3.23: Tabulka 3.24: Tabulka 3.25: Tabulka 3.26: Tabulka 3.27: Tabulka 3.28: Tabulka 3.29: Tabulka 3.30: Tabulka 3.31: Tabulka 3.32: Tabulka 3.33:

Tabulka 3.34:

Tabulka 3.35: Tabulka 3.36: Tabulka 3.37: Tabulka 3.38: Tabulka 3.39: Tabulka 3.40: Tabulka 3.41: Tabulka 3.42: Tabulka 3.43: Tabulka 3.44: Tabulka 3.45: Tabulka 3.46: Tabulka 3.47: Tabulka 3.48:

Typické hodnoty emisí pro rotační pec tavící litinu, bez zařízení pro čištění kouřových spalin [110, Vito, 2001]……………………………………...……………………………….89 Úroveň spotřeby materiálů pro úpravu oceli v AOD konvertoru a vývin CO. [102, TWG, 2002] ……………………………………………………………………………90 Složení strusky AOD [202, TWG, 2002]………………………………………………….…90 Porovnání různých postupů nodularizace. [110,Vito, 2001], [225, TWG, 2003]……….…91 Typické vlastnosti a emisní údaje pro tavení hliníku. [148, Eurofine, 2000] a komentáře CTIF a VDG…...…………………………………………………………….…92 Vstup a výstup pro tavení slitin hliníku v šachtové peci [177, Silva Ribeiro, 2002] ……93 Výsledek ze 6 denní zkušební tavby v šachtové peci o tavící kapacitě 2 tuny pro slitiny hliníku [48, ETSU, 1994]……………………………………………………………..93 Emisní údaje pro olejem vytápěnou plamennou pec tavící slitiny hliníku [183, Goovaerts, 2002]………………………………………………………………………94 Spotřeba a emisní údaje pro tavení slitin hliníku v kelímku [177, Silvia Ribeiro, 2002].94 Použití SF6 při tlakovém lití hořčíkových slitin za různých provozních podmínek. [190, IMA, ]……………………………………………………………………………………95 Použití SF6 při lití hořčíkových slitin do kokil [190, IMA]………………………….…….95 Jakostné třídy odpadu hořčíku a slitin hořčíku [206, Ditze and Scharf, 2000].………….96 Pohyb hmoty a energie pro slévárnu nízkotlaké odlévání mosazi (tavení + nízkotlaké odlévání). ………………………………………………………………97 Emise tuhých částic z kelímku tavícím slitiny mědi [126, Teknologisk, 2000] …………...98 Typické údaje energie a hmoty pro tlakové odlévání zinku a slitin zinku……………….98 Příklad současných emisí tuhých částic z některých aplikací odlučovačů [155, European IPPC Bureau, 2001]………………………………………………………..99 Emise dioxinů pro různé typy pecí [Strauss, 1994], [Brettschneider and Vennebusch], [27, Kran, et al., 1995], [43, Baty, 1996], [110, Vito, 201], [202, TWG, 2002], [225, TWG, 2003], osobní komunikace………………………..100 Emise dioxinů kuplovny [Strauss, 1994], [Brettschneider and Vennebusch], [27, Kran, et al., 1995], [43, Batz, 1996], [110, Vito, 201], [202, TWG, 2002], [225, TWG, 2003], osobní komunikace…………………………………………………….100 Dopad systému pojiva na životní prostředí [126, Technologisk, 2000], [160, UK Environment Agency, 2002], [225, TWG, 2003], [229, Lilja, et al., 2000]…….102 Hodnoty emisí a emisní faktory pro prachové emise z formoven po vyčištění vypouštěného plynu (emisní faktor v g/tunu dobrých odlitků) [180, Assofond, 2002….103 Příklad emisí tuhých částic pro formovnu, jádernu a čistírnu [202, TWG, 2001] …….103 Typické vlastnost bentonitové směsi, měřeno na 105 vzorcích bentonitové směsi ze sléváren litin [36, Winterhalter, et al., 1992 ] ……………………………………………..104 Hladiny spotřeby různých pryskyřic, katalysátorů a tvrdidel a přísad pro přípravu chemicky tvrzených směsí. 174, Brown, 2000], [225, TWG, 2003)……………………….105 Emisní faktory pro výrobu formovací směsi, v kg/tunu roztaveného kovu [110, Vito et al., 2001] ………………………………………………………………………105 Emisní faktory pro výrobu jader………………………………………………..………….106 Tok hmoty a energie při užití procesu výroby jader metodou hot box ve slévárně mosazi. [177, Silva Bibeiro, 2002]……………………………………………..107 Srovnatelné údaje pro zbytky výroby ze slévárny hliníku odlévající na spalitelný model a do bentonitové směsi. [96, Spillner, 1997]………………………………………..108 Údaje o emisích v komíně slévárny na spalitelný model a slévárny na syrovo, obě vyrábějí hliníkové odlitky. (Hodnoty jsou v g/tunu nataveného hliníku) [96, Spillner, 1997]……108 Dopad na životní prostředí ze systémů pojiv po odlévání, vytloukání a chlazení. [160, UK Environment Agency, 2002]……………………………………………………..110 Emisní faktory pro odlitky z litiny ve formách vázaných pryskyřicí a vytvrzované za studena [110, Vito, et al., 2001]……………………………………………………………..111 Emisní koncentrace a emisní faktory pro emise tuhých částic z vytloukání a po vyčištění odsátého plynu. [180, Assofond, 2002]……………………………………………………..113 Průměrné využití kovu v hlavních odlévaných materiálech [73, ETSU, 1995], [225, TWG, 2003]……………………………………………………….114


xxxiii

Tabulka 3.49:

Výsledky z analýz (mg/kg) vratné slévárenské směsi z několika zdrojů [169, Orkas, 2001]…………………………………………………………………………...115


Obsah PAH a fenolu ve vratných směsích [169, Orkas, 2001]……………………………115 Údaje o hmotnostní bilanci, složení odpadů a odtoků u zařízení pro tlakové lití slitin hliníku [177, Silva Ribeiro, 2002], [202, TWG, 2002]……………………………………..116 Indikativní emisní faktory pro odlitky z bronzu, mosazi a zamacu [110, Vito, 2001] ….116 Vstup a výstup hmoty a energie při omílání odlitků ze slitin hliníku [177, Silva Ribeiro, 2002]……………………………………………………………………117


Tabulka 3.54: Tabulka 3.55: Tabulka 3.56: Tabulka 3.57: Tabulka 3.58: Tabulka 4.1: Tabulka 4.2: Tabulka 4.3: Tabulka 4.4: Tabulka 4.5: Tabulka 4.6: Tabulka 4.7: Tabulka 4.8: Tabulka 4.9: Tabulka 4.10: Tabulka 4.11: Tabulka 4.12: Tabulka 4.13: Tabulka 4.14: Tabulka 4.15: Tabulka 4.16: Tabulka 4.17: Tabulka 4.18: Tabulka 4.19: Tabulka 4.20: Tabulka 4.21: Tabulka 4.22:


Emisní údaje pro odtah vzdušniny od tryskání, při použití různých postupů odprášení. [180, Assofond, 2002]………………………………………………………………………..117 Emisní údaje pro odtahu vzdušniny z čištění, při použití různých postupů jejího očištění. [180, Assofond, 2002]………………………………………………………………………..117 Průměrné emise tuhých částic při dokončovacích operacích ocelových odlitků. [202, TWG, 2002]……………………………………………………………………………118 Možné nečistoty pro specifický kovový šrot [195, UBA, 2003]…………………………...119 Koncentrace znečišťujících látek ve filtru odpadní vody při odvodnění břečky z mokrého odlučovače kuplovny.[195, UBA, 2003]…………………………………………………….119 Informace obsažená v diskuzi ke každému postupu zahrnutému do Kapitoly 4………..121 Problémy vznikající nesprávným sladováním tekutých chemických pojiv. [71, ETSU, 1998] ……………………………………………………………………………122 Vstupy a výstupy v provozu pro úpravu odpadu hořčíku [202, TWG, 202]…………….125 Typické vlastnosti slévárenského koksu [197, Nalonchem, 2002]………………………..129 Požadavky na minimální výšku šachty kuplovny…………………………………………130 Příklad změny spotřeby koksu po zvýšení výšky šachty kuplovny [202, TWG, 2002] …130 Typické materiálové energetické údaje bezkoksové šachtové kuplovny [202, TWG, 2002] …………………………………………………………………………...136 Emisní údaje pro bezkoksovou a horkovětrnou kuplovnu [170, Godinot, 1999]…………………………………………………………………………136 Provozní náklady bezkoksové kuplovny, porovnané s horkovětrnou kuplovnou (HVK=100%) [2002, TWG, 2002] …………………………………………….137 Účinek kyslíko-palivových hořáků na složení kouřových plynů pro horkovětrnou kuplovnu, hodnoty v %. [184, Godinot and Ressent, 2002] ……………...138 Provozní náklady pro studenovětrnou kuplovnu s kyslíko-plynovými hořáky a bez nich. [184, Godinot and Ressent , 2002] …………………………………………………………139 Energetické a teplotní údaje pro EOP tavicí s normální struskou a s napěněnou struskou [202, TWG, 2002…………………………………………………………………………….140 Tabulka spotřeby energie (minimální tavba) [148, Eurofine, 2002]……………………..144 Technický výběr tavícího zařízení pro tavení litiny [202,TWG,2002]…………………..145 Příklad nákladů slévárny při náhradě existující kuplovny za rotační, nebo el. indukční pec. Údaje jsou ze Španělska z let 1997–1998 [202, TWG, 2002] ……………………….146 Porovnání nákladů použití krycích plynů mezi SO2 a SF6 pro ochranu atmosféry plynem. [190, Schubert and Gjestland,]……………………………………………………………..148 Provozní údaje a údaje o nákladech pro nový závod tlakového lití hořčíku o kapacitě 1 000 tun/rok. [218, Harnisch and Schwartz, 2003]………………………….148 Investiční náklady pro stanici s mísičem taveniny. [178, Wenk, 1995]……………..……150 Investiční náklady pro stanici s mísičem taveniny. [178, Wenk, 1995]…………………..150 Typické vlastnosti různých typů forem [42, US EPA, 1998] ……………………………..151 Proměnné procesu a jejich indikace u mísiče. [71, ETSU, 1998]…………………………153 Příklad ročních úspor, nákladů a návratnost investice zařízení pro řízení mísiče. (ceny roku 1995) [75, ETSU, 1996)…………………………………………...…………….154

Výsledky testovacích kampaní sušení jader při použití horkovzdušné pece a mikrovlnné pece[143, Inasmet, 2002]…………………………………………………...159 Údaje emisí pro systém cold-box ve slévárně hliníku, měřeno na vytloukacím roštu


xxxiv

a ve výduchu v komíně. [189, Hüttenes-Albertus, 2002]…………………………………160 Tabulka 4.25: Tabulka 4.26: Tabulka 4.27: Tabulka 4.28: Tabulka 4.29: Tabulka 4.30: Tabulka 4.31:

Tabulka 4.32: Tabulka 4.33: Tabulka 4.34: Tabulka 4.35: Tabulka 4.36: Tabulka 4.37:

Tabulka 4.38: Tabulka 4.39: Tabulka 4.40: Tabulka 4.41: Tabulka 4.42: Tabulka 4.43:

Tabulka 4.44:

Tabulka 4.45:


Emise (v %) vybraných složek systému cold-box na rostlinné bázi [216, Hobelsberger, et al., 1997]…………………………………………………………….161 Srovnání spotřeby materiálů pro výrobu podobného odlitku kompresoru z litiny s lupínkovým grafitem, použitím různých metod [130, Wilde and ten Houten, 1999]…...163 Ekonomické údaje pro slévárnu slitin hliníku požívající metodu Lost Foam [96, Spillner, 1997]…………………………………………………………………………..163 Poměrné snížení hmotnosti odlitku ventilu odlitého do keramické skořepiny ve srovnání s odlitkem do pískové formy.[219, Casting Technology International, 2003]…………...164 Typické využití kovu pro různé typy odlitků z litiny [45, ETSU, 1990]………………...167 Vážený průměr využití kovu v 82 slévárnách litiny ve VB v letech 1981–1987 [45, ETSU, 1990] ……………………………………………………………………………167 Přehled emisí do vzduchu v různých stadiích výroby ve slévárně litiny a oceli. [163, UK Environment Agency, 2002………………………………………………………169 Vlastnosti mokrých a suchých systémů snižování pro slévárny. [110, Vito et al., 2001], [135, European IPPC Burelu, 2001], [202,TWG, 2002]………...173 Údaje o investicích a spotřebě energie pro různé systémy snižování odlučovačů [32, CAEF, 1997], [110, Vito et al., 2001], [202,TWG, 2002] …………………………….174 Odhad investičních nákladů na zařízení injektáže uhlíku do horkovětrné kuplovny [230, CAEF, 2003]…………………………………………………………………………..177 Celkové náklady na zařízení injektáže uhlíku do horkovětrné kuplovny [230, CAEF, 2003]…………………………………………………………………………...177 Provozní údaje studenovětrných kuploven s textilním hadicovým filtrem pro snížení emisí tuhých částic, údaje převzaty od [43, Batz, 1986] a [202,TWG, 2002]…………………..181 Provozní údaje horkovětrných kuploven se suchým tkaninovým hadicovým filtrem a desintegrátorem [14, Strauss, 1983], [27, Kran, et al., 1995], [202,TWG, 2002]………...185 Spotřeba energie pro horkovětrné kuplovny…………………………………………...…186 Provozní údaje pro dva příklady konfigurací používající dodatečného spalování s vodním chlazením (I) a chlazením vzduchem (J) [157, Godinot, 1999]…………………………..188 Analytické výsledky a aplikovatelná legislativa pro dodatečné spalování spalin ve studenovětrné kuplovně s vodou (A) a chlazením vzduchem (B)………………………..188 Typický výkon odtahu proudu (v m3/s) a účinnost odlučování odtahových záchytných systémů EOP [173, Huelsen, 1985] ………………………………………………………...190 Údaje o nákladech na sběrné a odlučovací zařízení pro odtah plynů unikajících v EOP [199, Metalodlew s.a.2002]………………………………………………………………….192 Emisní údaje pro slévárnu litiny, používající odtahový systém pro indukční pece a centralizovaný systém se suchým tkaninovým odlučovačem.[18, Rademacher, 1993]…………………………………………………………………………..195 Investiční náklady a spotřeba energie u tkaninového hadrového odlučovače na indukčních pecích s různými výstupními hodnotami emisí prachu údaje pro Portugalsko [225, TWG, 2003]……………………………………………….....195 Odhad nákladů pro instalaci systému odlučovače pro zachycení viditelných dýmů během vsázení a odpichu. [161, UK Environment Agency, 2002] …………………………………………………………………………………………….…..197 Kalkulace nákladů pro snížení dýmu MgO……………………………………………….199 Hodnoty emise tuhých částic z formovny a licího pole. [29, Batz, 1986] ………………...200


Emisní údaje pro cold-box jadernu, používající pračku aminu.[29, Batz, 1986]………..202 Specifikace a investiční náklady na pračku aminů u odpadních plynů z jaderny, kde je používána metoda cold-box 0údaje pro Portugalsko, 2003……………………………….202 Tabulka 4.50: Provozní údaje pro biofiltraci odsávaných plynů z výroby jader metodou cold-box [112, Salminen and Salmi, 1999]……………………………………………………………204 Tabulka 4.51: Údaje emisí pro biofiltraci odtahu plynů z licí a chladící linky slévárny vyráběcí formy z bentonitové směsi [20, Gapp,1998] ………………………………………………………..204 Tabulka 4.52: Emise vznikající při výrobě odlitků vysokotlakým litin slitin hliníku po vyčištění


xxxv

Tabulka 4.53:

v elektrostatickém odlučovači. [202, TWG, 2002]…………………………………………205 Použitelnost postupů sběru prachu pro různé dokončovací operace [32, CAEF, 1997] ……………………………………………………………………………209

Tabulka 4.54:

Hladiny emisí z pece pro tepelné zpracování po rekonstrukci na zemní plyn…………..211


Použitelnost postupů pro sběr dýmu pro kalicí lázně [32, CAEF, 1997] ………………..212 Výroba a roční spotřeba vody (na ročním základě) pro příklad slévárny [195, UBA, 2003] ………………………………………………………………………...….216 Náklady na likvidaci pro rozšíření systému odpadní vody s úpravou břečky [195, UBA, 2003]………………………………………………………………………...…..218 Typické využití energie ve slévárně slitin neželezných kovů a ve slévárně oceli s EOP v %. [64, ETSU, 1997] [202,TWG, 2002]………………………………………………………...221 Možnost použití různých systémů regenerace pro monosystémové vratné směsi [128, IHOBE, 1998] ………………………………………………………………………..227 Možnosti použití různých systémů regenerace pro směsové vraty [128, IHOBE, 1998]………………………………………………………………………….228 Použitelnost různých postupů regenerace na různé typy vratných směsí……………….228 Kompatibilita regenerátů s různými pojivy.[37, Winterhalter and et al., 1992], [225, TWG, 2003] …………………………………………………………………………..229 Úspory nákladů při primární regeneraci (Odhady UK 1995)……………………………231 Provozní data tří německých referenčních sléváren, které používají tepelnou regeneraci vratné směsi. [153, Umweltbudesamt, 2002] ………………………………………………238

Tabulka 4.57: Tabulka 4.58: Tabulka 4.59: Tabulka 4.60: Tabulka 4.61: Tabulka 4.62: Tabulka 4.63: Tabulka 4.64:

Tabulka 4.65: Tabulka 4.66: Tabulka 4.67: Tabulka 4.68: Tabulka 4.69:

Provozní údaje pro mechanicko-tepelně-mechanickou regeneraci (pneumatická-fluidní lože-pneumatická)[108, FEAF, 1999]………………………………………………………241 Provozní údaje pro regenerační jednotku směsi s vodním sklem. [200, Metalodlew, s.a., 2002]………………………………………………………………..245 Nezbytná úprava a možná omezení externího použití pevných zbytků [171, The Casting Development Centre, 1999]…………………………………………….250 Sumarizace opětovného externího použití pevných zbytků slévárny (stav 1999) [171, The Casting Development Centre, 1999], [202, TWG, 2002]……………………….251 Vlastnosti postupů pro recirkulaci tuhých částic v kuplovně [108, FEAF, 1999] ………………………………………………………………...………...254

Tabulka 5.1:

Emise do ovzduší spojené s použitím BAT pro tavení a úpravu slitin železa……………272


Emise do ovzduší spojené s použitím BAT pro tavení slitin železa v kuplovnách………272 Emise do ovzduší spojené s použitím BAT pro tavení slitin železa v elektrických obloukových pecích………………………………………………………………………….273

Tabulka 5.4:

Emise do vzduchu spojené s použitím BAT pro tavení litin v rotačních pecích………...273


Emise do ovzduší spojené s použitím BAT při tavení slitin hliníku……………………...275 Emise do ovzduší spojené s použitím BAT pro formování a odlévání při použití metody ztracené formy(formy pro jedno použití)………………………………………………….277

Tabulka 5.7: Tabulka 10.1: Tabulka 10.2:

Emise do ovzduší spojené s použitím BAT pro odlévání do trvalých kovových forem ..278 Provozní údaje studenovětrné kuplovny (10 t/h) [172, Neumann, 1994]………………...301 Provozní údaje horkovětrné kuplovny s dlouhou kampaní (10 t/h) [172, Neumann, 1994]……………………………………………………………………….302 Tabulka 10.3: Provozní údaje bezkoksové a horkovětrné kuplovny s předehříváním vzduchu [172, Neumann, 1994]……………………………………………………………………….303 Tabulka 10.4: Porovnání nákladů taveniny – červen 2003. Hromadná výroba – 10 t/h………………..304 Tabulka 10.5: Cena natavené litiny s lupínkovým grafitem: vsázka kovu + energie……………………305 Tabulka 10.6:

Cena litiny s kuličkovým grafitem: vsázka kovu + energie……………………………….305


xxxvi

Oblast působnosti

OBLAST PŮSOBNOSTI Tento dokument odráží informace o aktivitách popsaných v příloze I v článcích 2.3 (b), 2.4 a 2.5.(b) Směrnice IPPC, tj. 2.3 Zařízení na zpracování železných kovů (b) kovárny s buchary o energii větší než 50 kJ na jeden buchar, kde spotřeba tepelné energie činí více než 20 MW. 2.4. Slévárny železných kovů o výrobní kapacitě větší než 20 tun denně 2.5 Zařízení (b) pro tavení, včetně slévání slitin neželezných kovů, včetně přetavovaných produktů (rafinace, výroba odlitků apod.) o kapacitě tavení větší než 4 tuny denně pro olovo a kadmium nebo 20 tun denně pro ostatní kovy. Pro stanovení pracovního přehledu působnosti tohoto spisu bralo TWG v úvahu možnou interpretaci prahových hodnot. TWG porovnalo předem definovanou oblast působnosti, kterou provedlo IPPC se skutečnou existencí instalací, jež jsou v souladu s výše uvedenými popisy v Evropské unii i v nově vstupujících zemích. Výsledek tohoto srovnání v nástinu pracovní oblasti působnosti zahrnuje následující: • odlévání železných materiálů, např. litiny s lupínkovým grafitem, temperované litiny a litiny s kuličkovým grafitem, oceli • odlévání neželezných materiálů, např. hliníku, hořčíku, mědi, zinku, olova a jejich slitin. Kovárny byly z oblasti působnosti tohoto spisu vyloučeny, protože žádná z evropských kováren nevyhovuje podmínkám stanoveným v příloze I 2.3b, tj. „Kovárny s buchary, jejichž energie přesahuje 50 kJ na buchar a jejichž spotřeba tepelné energie přesahuje 20 MW“. Slévárny kadmia, titanu a čistých kovů, stejně tak jako slévárny odlévající zvony a umělecké odlitky, byly ze základních kapacit vyjmuty. Kontinuální lití (tyčí a desek) bylo zahrnuto do dokumentu BREF o výrobě železa a oceli a o průmyslu neželezných kovů, proto se jimi tento spis nezabývá. Tavení, legování a zušlechťování neželezných kovů je zahrnuto ve spisu BREF o průmyslu neželezných kovů, proto jsou z rozsahu působnosti tohoto spisu vyřazeny. V případě pojednání o neželezných kovech je za začátek postupu stanoveno tavení ingotů a interního šrotu, nebo se jedná o dodávku tekutého kovu. Z hlediska procesu jsou do oblasti působnosti zahrnuty následující procesní kroky slévárny: • výroba modelů • skladování surovin a manipulování s nimi • tavení a zpracování kovů • výroba forem, jader a formovací postupy • odlévání, nebo lití a chladnutí • vytloukání odlitků z forem • povrchová úprava • tepelné zpracování.


xxxvii

Oblast působnosti


xxxvii

xv

Kapitola 1

1

OBECNÉ INFORMACE O SLÉVÁRNÁCH

1.1

Přehled sektoru

1.1.1

Slévárenství

Slévárny taví železné kovy, neželezné kovy a slitiny. Dávají jim nový tvar v hotových výrobcích nebo v polotovarech tím, že odlévají taveninu do formy. Slévárenství je specifická část odvětví průmyslu, a to tím, že je více oborové, přičemž každý z oborů je v jednotlivostech odlišný. Sestává z široké řady zařízení, od malých po velmi velké. Každé z nich je kombinací technologií a jednotkových operací vybraných tak, aby svoji velikostí vyhovovaly sériím a typům výrobků, které jsou produkovány v daném závodě. Organizace v sektoru je založena na typu odlévaného kovu, přičemž rozlišujeme především slévárny železných a neželezných kovů. Evropský slévárenský průmysl zaujímá třetí místo na světě v produkci odlitků ze železa a druhé místo v produkci neželezných odlitků. Celková produkce odlitků v různých evropských zemích je uvedena v tabulkách 1.1 a 1.2. Údaje pro Irsko, Severní Irsko, Lucembursko a některé přistupující země uvedeny nejsou. Ve srovnání se slévárensky rozvinutými zeměmi je slévárenská výroby ve výše jmenovaných zemích malá. Německo, Francie a Itálie jsou tři země s nejvyšší slévárenskou výrobou s celkovou produkcí přes dva miliony tun odlitků za rok v každé z nich. V posledních letech Španělsko předstihlo na čtvrté pozici Velkou Británii, obě země i přesto produkovaly přes jeden milión tun odlitků. Na 80 % evropské produkce se podílí prvních pět zemí. Produkce odlitků ze slitin železa zůstává v posledních pěti letech v Evropě stabilní, ačkoliv jednotlivé země vykazují určité kolísání, což lze dokumentovat údaji z Velké Británie, jež ukazují na obecně klesající tendenci ve výrobě odlitků, zatímco Španělsko vykazuje ve výrobě odlitků růst. Sektor sléváren neželezných kovů prochází od roku 1998 vzestupným vývojem. Údaje o celkové výrobě pro rok 2001 jsou neúplné, protože chybí údaje z Velké Británie. Z tabulky 1.2 je patrné, že výroba ve většině zemí vzrostla. To neplatí pouze pro hlavní vyrábějící země, ale také pro země s nízkým objemem výroby.


1

xv

Kapitola 1

Země Rakousko Belgie Česká republika Dánsko Estonsko Finsko Francie Německo Velká Británie Maďarsko Irsko Itálie Nizozemsko Norsko Polsko Portugalsko Slovensko Slovinsko Španělsko Švédsko Švýcarsko Celkem Celkem c) a) b) c)

1998

1999

2000

2001

2002

190,1 144,4 493,0 85,8 neuvedeno 122,6 2 250,8 3 662,9 1 076,3a) 78,1 450 1 508,4 140,6 65,3 675,0 98,6 neuvedeno 89,9 706,6 264,2 122,8b) 12 225

181,7 149,3 379,1 86,0 neuvedeno 109,0 2 146,6 3 555,2 949,2a) 68,7 480 1 492,6 121,0 67,7 610,2 97,7 neuvedeno 81,9 759,3 253,2 122,0b) 11 710

191,4 149,8 390,3 96,4 0,94 117,6 2 283,1 3 758,2 968,2a) 74,8 520 1 516,4 136,0 70,1 671,2 102,3 neuvedeno 86,9 950,5 266,7 119,9b) 12 471

192,4 149,5 415,3 85,7 1,07 119,5 2 147,4 3 801,4 906,3a) 62,8 275 1 433,3 132,3 73,4 673,0 100,0 47,5 96,3 955,7 244,7 105,5b) 12 018 12 018

181,2 143,7 381,6 87,3 1,1 112,5 2 128,6 3 749,7 886,3a) 67,9 neuvedeno 1 460,9 123,7 67,3 598,0 96,7 neuvedeno neuvedeno 992,9 234,6 81,8b) 11 396 11 815

2000 : 2001 : 2001 2002 % změny 0,5

–0,2 6,4

–11,1 13,8 1,6 –5,9 1,1 –6,4 –16,0 –47,1 –5,5 –2,7 4,7 0,3

–5,8 –3,9 –8,1 1,9 2,8 –5,8 –0,9 –1,4 –2,2 8,2 1,9

–2,2

–6,5 –8,3 –11,1 –3,3

10,8 0,5 –8,2 –12,0

–4,1 –22,5

3,9

Bez odlitků z lité oceli Bez odlitků z lité oceli a temperované litiny Tato celková hodnota byla vypočítána s použitím nejaktuálnějšího dostupného číselného údaje u let, u kterých nebyla uvedena žádná data

Tabulka 1.1: Údaje o výrobě odlitků ze slitin železa, tj. odlitky z litin a oceli v Evropě (v 1 000 t) [168, CAEF, 2002], [TWG, 2002] U sléváren železných kovů způsobil pokrok ve změně materiálu v posledních letech nepatrný pokles podílu litinových odlitků z celkové produkce. V roce 2001 to byl pokles z 58,9 % na 58,2 % v roce 2002. Současně v roce 2002 zaujímali výrobci odlitků z litiny s kuličkovým grafitem podíl v hodnotě 34,3 % z celkové produkce odlitků, což znamenalo 0,5% nárůst v porovnání s rokem 2001. Výrobci odlitků z temperované litiny zvětšili svůj podíl z hodnoty 1,1 % v roce 2001 na 1,3 % v roce 2002, zatímco podíl odlitků z oceli se v rámci celkové výroby odlitků pohyboval okolo 5,8 % v roce 2002 (5,9 % v roce 2001).


2

Kapitola 1

Země

1998

1999

2000

2001

2002

2000 : 2001 : 2001 2002 % změny

Rakousko 90,4 92,4 105,09 113,3 116,2 7,0 2,6 26,4 26,7 1,6 Belgie 25,3 23,8 27,2 –3,3 Česká republika 44,8 48,0 57,7 58,1 59,6 0,7 2,6 4,8 4,6 Dánsko 1,7a) 4,0 4,0 20,0 –3,2 Estonsko neuvedeno neuvedeno 0 0 0 10,0 9,7 Finsko 10,5 10,0 10,0 0,0 –3,3 394,7 390,3 Francie 338,2 343,8 373,9 5,6 –1,1 849,6 845,8 Německo 783,9 777,0 842,1 0,9 –0,4 Velká Británie 121,0a) neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno Maďarsko 24,8 35,0 44,8 58,4 68,3 30,4 16,9 Irsko b 25,8 25,8 26 26,6 neuvedeno 2,3 Itálie 832,3 632,1 959,1 960,0 979,7 0,1 2,1 Nizozemsko neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno 30,9 26,7 Norsko 22,2 25,2 26,4 17,0 –13,5 72,2 76,3 5,7 Polsko 66,5 84,0 84,0 –14,0 Portugalsko 17,5 21,2 22,3 25,3 25,6 12,4 0,6 Slovensko neuvedeno neuvedeno neuvedeno 7.6 neuvedeno Slovinsko 15,9 17,3 23,6 24,8 neuvedeno 5,1 Španělsko 140,7 153,6 121,1 142,1 149,9 17,3 5,5 53,3 52,9 Švédsko 51,8 55,7 58,5 –8,9 –0,8 24,1 21,1 Švýcarsko 22,3 22,9 25,1 –4,0 –12,3 Celkem 2 636 2 572 2 812 2 481 2 853 Celkem c) 2 602 3 033 a) Pouze slitiny hliníku b) Pouze výroba olověných plátů c) Tato celková hodnota byla vypočítána s použitím nejaktuálnějšího dostupného číselného údaje u let, u kterých nebyla uvedena žádná data

Tabulka 1.2: Údaje o výrobě odlitků ze slitin neželezných kovů v Evropě (v 1 000 t) [168, CAEF, 2002], [202, TWG, 2002] Ve výrobě odlitků ze slitin neželezných kovů stále převažují odlitky z lehkých kovů, a to podílem 75,1 %. V porovnání s předchozím rokem došlo k 3,5% poklesu. Podíl slitin mědi se snížil z 10,1 na 9,8 % a podobně klesl i podíl výroby slitin zinku z 8,7 na 7,3 %. Rozdíly v celkové produkci odlitků z neželezných kovů a odlitků ze sledovaných materiálů (slitiny Al, Mg, Cu, Zn, Pb) jsou způsobeny zřejmě podílem dalších neželezných kovů, které nejsou ve statistikách vykazovány (pozn. překladatele). Údaje o počtu sléváren jsou znázorněny v tabulkách 1.3. a 1.4. Tyto údaje ukazují, že do roku 1998 se každý rok snižuje počet sléváren o 5 %. Tento pokles se také odráží v počtu zaměstnanosti, jak ukazují tabulky 1.5 a 1.6.


3

Kapitola 1

Země

1998

1999

2000

2001

2002

2000 : 2001 : 2001 2002 % změny

Rakousko 28 26 25 24 41 70,8 –4,0 a) Belgie 40 25 24 21 21 0,0 –12,5 Česká republika neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno 143 2,1 Dánsko neuvedeno neuvedeno 12 12 12 0,0 0,0 Estonsko neuvedeno neuvedeno 1 1 1 0,0 0,0 Finsko 19 23 20 19 19 0,0 –5,0 Francie 169 167 167 163 159 –2,4 –2,5 Německo 324 310 299 288 273 –3,7 –5,2 Velká Británie 228b) 214b) 198b) 188b) 179b) –5,1 –4,8 Maďarsko 34 34 32 33 neuvedeno 3,1 Irsko neuvedeno neuvedeno neuvedeno 1 neuvedeno Itálie 310 307 293 291 281 –0,7 –3,4 Nizozemsko 22 neuvedeno neuvedeno 28 neuvedeno Norsko 12 12 12 11 11 0,0 –8,3 Polsko 234 230 230 220 190 –4,3 –13,6 Portugalsko 62 61 61 61 61 0,0 0,0 Slovensko neuvedeno neuvedeno neuvedeno 12 neuvedeno Slovinsko neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno Španělsko 224 221 105 102 a) 98 –2,9 –3,9 Švédsko neuvedeno 49 49 49 50 0,0 2,0 Švýcarsko 23 23 23 22 20 –4,3 –9,1 Celkem 1 777 1 702 1 551 1 686 1 559 Celkem c) 1 732 1 686 1 633 a) Pouze členové CAEF b) Bez odlitků z oceli c) Tato celková hodnota byla vypočítána s použitím nejaktuálnějšího dostupného číselného údaje u let, u kterých nebyla uvedena žádná data

Tabulka 1.3: Počet sléváren (výrobních jednotek) odlitků z litin a lité oceli [168, CAEF, 2002], [TWG, 2002]


4

Kapitola 1

Země

Celkem 2001

2002

Tlakové odlitky 2001

Rakousko 63 61 20 Belgie 12 10 3 Česká republika 58 63 39a) Dánsko 8 8 n.d. Estonsko 0 0 0 Finsko 22 25 4 Francie 288 283 neuvedeno Německo 414 400 neuvedeno Velká Británie neuvedeno neuvedeno neuvedeno Maďarsko 78 neuvedeno 23 Itálie neuvedeno neuvedeno neuvedeno Nizozemsko neuvedeno neuvedeno neuvedeno Norsko 10 13 3 Polsko 290 280 neuvedeno Portugalsko 67 54 38 Slovensko 7 neuvedeno neuvedeno Slovinsko neuvedeno neuvedeno neuvedeno Španělsko 55b) 57 neuvedeno Švédsko 84 84 43 Švýcarsko 49 48 15 Celkem 1 505 1 386 149 a) Včetně všech odlitků ze slitin lehkých kovů b) Pouze členové CAEF

Ostatní odlitky ze slitin lehkých kovů

2002

2001

21 3 40 neuvedeno 0 6 neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno 3 neuvedeno 32 neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno 14 119

28 6. 0 neuvedeno 0 11 neuvedeno neuvedeno neuvedeno 35 neuvedeno neuvedeno 7 neuvedeno 12 neuvedeno neuvedeno neuvedeno 29 23 151

2002

Ostatní odlitky ze slitin těžkých kovů 2001

2002

25 15 15 5 3 2 neuvedeno neuvedeno 23 neuvedeno n.d. 0 0 0 12 7 7 neuvedeno n.d. neuvedeno neuvedeno n.d. neuvedeno neuvedeno n.d. neuvedeno neuvedeno 20 neuvedeno neuvedeno n.d. neuvedeno neuvedeno n.d. neuvedeno 6 4 neuvedeno n.d. neuvedeno 9 17 13 neuvedeno n.d. neuvedeno neuvedeno n.d. neuvedeno neuvedeno n.d. neuvedeno neuvedeno 12 neuvedeno 23 11 11 80 85 75

Tabulka 1.4: Počet sléváren (výrobních jednotek) pro odlitky ze slitin neželezných kovů [168, CAEF, 2002], [202, TWG, 2002]


5

Kapitola 1

Země

1998

1999

2000

2001

2002

2000 2001

: 2001 2002 +/– %

:

Rakousko 3 465 3 314 3 342 3 936 3 067 17,8 –22,1 Belgie 2 823 2 299 3 260 1 847 1 936 4,8 –43,3 Česká republika neuvedeno neuvedeno neuvedeno 17 536 14 847 –15,3 Dánsko neuvedeno neuvedeno 1 481 1 393 1 290 –5,9 –7,4 Estonsko neuvedeno neuvedeno 125 133 129 6,4 –3,0 Finsko 2 326 2 058 2 027 2 090 2 045 3,1 –2,2 Francie 26 407a) 25 714 25 613 24 871 24 651 –2,9 –0,9 Německo 46 944 45 157 44 896 44 796 42 748 –0,2 –4,6 b) b) b) b) Velká Británie 24 000 20 000 18 000 16 500 15 900b) –8,3 –3,6 Maďarsko 3 485 3 285 3 175 2 734 neuvedeno –13,9 Irsko 502 503 509 309 neuvedeno –39,3 Itálie 22 050 22 200 22 100 21 400 20 630 –3,2 –3,6 Nizozemsko 2 462 2 122 2 119 2 148 1 830 1,4 –14,8 Norsko 1 864 1 706 1 730 1 754 1 564 1,4 –10,8 Polsko 33 600 28 500 26 800 26 370 24 500 –1,6 –7,1 Portugalsko 2 649 2 800 2 782 2 780 2 710 –0,1 –2,5 Slovensko neuvedeno neuvedeno neuvedeno 1 925 neuvedeno Slovinsko neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno Španělsko 13 860 14 040 n.d. 11 006 11 385 3,4 –6,8 Švédsko neuvedeno 3 650 3 650 3 800 3 800 4,1 0,0 Švýcarsko 2 400 2 300 2 400 2 400 1 930 0,0 –19,6 Celkem 192 487 179 648 175 812 189 728 174 962 Celkem c) 195 273 189 728 179 930 a) Přetržka v pokračování sérií b) Bez odlitků z oceli c) Tato celková hodnota byla vypočítána s použitím nejaktuálnějšího dostupného číselného údaje u let, u kterých nebyla uvedena žádná data

Tabulka 1.5: Zaměstnanost ve slévárnách litin a oceli [168, CAEF, 2002], [TWG, 2002]


6

Kapitola 1

Země

1998

1999

2000

2001

2002

2000 : 2001 : 2001 2002 +/– %

Rakousko 4 029 4 179 4 349 4 585 4 398 5,4 –4,1 Belgie 1 824 803 800 neuvedeno 558 Česká republika neuvedeno neuvedeno neuvedeno 5 083 5 374 5,7 Dánsko neuvedeno neuvedeno 377 372 349 –1,3 –6,2 Estonsko neuvedeno neuvedeno 0 0 0 Finsko 708 744 884 718 730 1,7 –18,8 Francie 17 926 17 821 17 651 17 932 17 720 1,6 –1,2 Německo 32 000 33 000 33 000 34 500 34 390 4,5 –0,3 Velká Británie neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno Maďarsko 3 208 3 941 5 503 4 702 neuvedeno –14,6 Irsko 70 70 70 70 neuvedeno 0,0 Itálie neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno Nizozemsko neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno Norsko 1 271 1 411 1 483 1 491 1 307 0,5 –12,3 Polsko 4 433 6 500 6 200 4 130 4 100 –33,4 –0,7 Portugalsko 1 200 1 230 1 280 1 380 1 350 7,8 –2,2 Slovensko neuvedeno neuvedeno neuvedeno 845 neuvedeno Slovinsko neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno neuvedeno Španělsko 5 650 5 620 4 810 5 034 4 994 4,7 –0,8 Švédsko 3 700 3 700 3 700 3 4700 3 700 0,0 0,0 Švýcarsko 1 900 2 000 2 100 2 200 1 900 4,8 –13,6 Celkem 77 919 81 019 82 207 86 742 80 870 Celkem b) 88 135 87 300 86 487 a) Pouze olovo b) Tato celková hodnota byla vypočítána s použitím nejaktuálnějšího dostupného číselného údaje u let, u kterých nebyla uvedena žádná data

Tabulka 1.6: Zaměstnanost ve slévárnách slitin neželezných kovů [168, CAEF, 2002], [TWG, 2002] Tabulky ukazují evropský objem výroby odlitků nebo slabě rostoucí. Tuto výrobu zastupují především menší slévárny s nižším počtem zaměstnanců. Důvodem je především progresivní růst automatizace ve slévárnách. Vztah mezi velikostí slévárny, výrobou a zaměstnaností je dobře ilustrován na obrázku 1.1. Ten ukazuje, že větší západoevropští výrobci (Německo, Francie) dosahují vyšší produktivity práce. Slévárny s větší náročností na pracovní síly najdeme ve východní a jižní části Evropy (Polsko, Maďarsko, a Portugalsko).


7

Kapitola 1

Obrázek 1.1: Údaje o produktivitě sléváren železných kovů pro různé evropské země, kde velikost kruhu představuje celkovou výrobu ve specifikované zemi Odlévání kovu je starobylá činnost, která se datuje do doby více než 3 000 let před Kristem. Vývoj evropského slévárenství je spojen jak s vývojem kovu, tak s vývojem automobilového průmyslu. Současné slévárny často uvádějí počátek své historie na začátek. Původně byly slévárny umístěny na okrajích měst, ale protože se vesnice a města kolem nich rozrůstala, nacházejí se nyní často v zastavěných oblastech. Slévárenství je v základu průmysl malých a středních podniků, protože 80 % společností zaměstnává méně než 250 lidí. Od doby, kdy jsou odlitky obecně považovány za polotovary, bývají slévárny umísťovány blíže svým zákazníkům. 1.1.2

Slévárenské trhy

Hlavním odbytištěm slévárenství je automobilový průmysl, strojírenství a stavebnictví. Relativní podíl těchto odvětví jako trhů pro slévárenství je znázorněn na obrázku 1.2. Vysoká závislost na automobilovém odvětví má zásadní vliv na činnosti v oboru slévárenství, týká se různých aspektů, jako je ekonomika, lokace, normy jakosti, normy pro životní prostředí, nové vývoje atd. Jedním z příkladů takové závislosti je posun automobilového průmyslu směrem k výrobě lehčích vozidel, který se odráží ve slévárenství zvýšeným požadavkem (a proto i trhem) po hliníkových a hořčíkových odlitcích, čímž je umožňován růst těchto sektorů.


8

Kapitola 1

Obrázek 1.2: Relativní podíly sektorů trhu

Výroba armatur

Podíly trhu se různí podle typu kovu. Lze to ilustrovat údaji ze španělského slévárenského trhu, jež jsou patrné z obrázků 1.3 a 1.4. Automobilový sektor odebírá více než 60 % odlitků ze slitin železa ze španělských sléváren. Na druhé straně jsou ocelové odlitky (včetně nízkolegovaných, právě tak jako nerezová ocel a ostatní slitiny) používány pro součásti strojů, výrobu armatur a slouží tak širšímu rozsahu sektorů. Největší podíl trhu pro výrobu armatur zaujímají odlitky z nerezových ocelí.

Obrázek 1.3: Podíly trhu pro odlitky ze slitin železa (údaje španělského trhu) [108, FEAF, 1999]


9

Kapitola 1

Obrázek 1.4: Podíly trhu pro odlitky z oceli (údaje španělského trhu) [108, FEAF, 1999] Otevření Evropy směrem na východ vyvolalo u velkých evropských výrobců zájem o odlitky ze sléváren takových zemí jako je Polsko, Česká republika a Maďarsko. Některé velké evropské společnosti do těchto regionů investovaly. Pro východoevropské země znamenalo otevření trhu kromě zahraničních investic také implementaci nových postupů, zvýšení jejich produktivity práce a snížení účinků na životní prostředí. Konkurenční síla v zakázkových slévárnách spočívá hlavně ve výrobě rozměrných odlitků díky širokému výrobnímu programu, ale také v nízkých nákladech na pracovní sílu v těchto zemích. Z důvodu konkurenceschopnosti na světovém trhu se západoevropské slévárny zaměřují na svou technologickou zručnost. Udržují si pevné postavení na trhu, což vyžaduje vyrábět složité odlitky s vysokou přesností, se specifickými požadavky na jakost odlitků, a takové odlitky, které vyžadují dodávku v krátkých výrobních časech po objednání nebo dodávku „just in time“. 1.1.3

Typy sléváren

Velikost a rozloha slévárny závisí nejen na typu kovu (železné, neželezné kovy), ale také na velikosti kusů a počtu identických kusů (série). Malosériové slévárny se nazývají „zakázkové slévárny“, velkosériové se nazývají „sériové slévárny“. Slévárny mohou být také klasifikovány podle typu vyráběného kovu, např. slévárny železa nebo slévárny neželezných kovů. Je velký rozdíl mezi slévárnou zinku, která vyrábí velké série nosných rámů pro hračky aut, a slévárnou litiny vyrábějící skříně rotorů pro větrné turbíny. Slévárny aplikují různý stupeň automatizace podle velikosti svých sérií a opakovanosti práce. Co se aplikovaných postupů týká, je hlavní rozdíl v používání typů tavicích pecí (např. kuplovna, elektrická pec, rotační pec, …) a typů forem (např. výroba jednorázových forem, lití do kokil). Toto bude popsáno v kapitole 2.


10

Kapitola 1

1.2

Problémy životního prostředí

Slévárenský průmysl je významným článkem v recyklaci kovů. Ocelový, litinový a hliníkový odpad se přetavuje na nové výrobky. Možné negativní dopady provozu sléváren na životní prostředí jsou výsledkem tepelných procesů a procesů, které jsou spojeny s používáním minerálních materiálů. Účinky na životní prostředí se proto týkají hlavně odtahových plynů a jejich opětovného použití případně manipulace s minerálními zbytky. 1.2.1

Vzduch

Škodlivé emise z tavení, z úpravy kovů obecně souvisejí s používáním přísad, paliv, a nebo s výskytem nečistot ve vsázce. Použití koksu jako paliva, ohřev kelímků plynem nebo olejovými hořáky, může způsobit emise a produkty spalování. Také použití přísad pro úpravu kovů uvolňuje produkty reakce. Přítomnost nečistot (např. olej, barva, …) v kovovém materiálu, který se používá pro přetavení, může potenciálně způsobit vznik zplodin neúplného spalování a TZL. Rovněž jakékoliv uvolněné TZL mohou obsahovat kov a oxidy kovu. Vypařování prvků za vysokého tlaku par se objevuje během tavení a malé částečky kovu unikají z lázně. Kovové částečky se také tvoří během broušení a při dokončovacích operacích. Při výrobě forem a jader se používají různé přísady jako pojiva směsi. Při pojení ostřiva a lití kovu vznikají tyto zplodiny jako produkty reakce a rozpadu. Pojiva jsou organická nebo anorganická. Uvolňování TZL při rozpadu produktů dále pokračuje během odlévání, chlazení a vytloukání forem. TZL a uvolněné částice jsou hlavním problémem ve všech stádiích slévárenského procesu, a to u každého použitého procesu. TZL se uvolňují při výrobě a zpracování pískových forem či jader, právě tak jako při dokončování odlitků (jak z jednorázových, tak i z trvalých forem). Ve slévárenském procesu nejsou emise unikající do vzduchu omezeny pouze na jeden nebo několik fixních míst. Proces zahrnuje různé zdroje emisí (např. z horkých odlitků, formovací směsi, horkého kovu). Klíčový problém související se snížením emisí není pouze v úpravě toku odtahového plynu, ale také v tom, jak jej zachytit. 1.2.2 Rezidua (zbytky procesu) Formování do písku zahrnuje použití velkého objemu formovací směsi. Poměr hmotnosti směsi k hmotnosti tekutého kovu se obecně pohybuje v rozsahu od 1 : 1 do 20 : 1. Na konci formovacího postupu může být použité ostřivo regenerováno a znovu použito nebo zlikvidováno. Minerální rezidua, jako struska a stěry, se tvoří ve fázi tavení, kdy se z kovu odstraňují nečistoty. Tyto mohou být buď znovu použity, nebo odstraněny. 1.2.3 Energie Ve slévárnách jsou používány tepelné procesy. Účinnost využití energie a řízení generovaného tepla jsou důležitými aspekty s vlivem na životní prostředí. Vzhledem k vysokému objemu dopravy, manipulaci s nosičem tepla (kov) a pomalému chladnutí nosiče tepla není využití tepla vždy jednoduché a efektivní. 1.2.4 Voda Ve většině sléváren je používání vody zahrnuto do interní cirkulace vody. Velká část vody se vypaří. Voda se obyčejně používá v chladicích systémech elektrických pecí (indukčních nebo odporových) a v chladících systémech kupolních pecí. Obecně platí, že výstupní proud odpadní vody je velmi malý. Při vysokotlakém lití je potřebný stálý proud chladící vody a je potřebné odstranit z něj před likvidací organické přísady (fenol, olej).


11

Kapitola 1


12

Kapitola 2

2

APLIKOVANÉ PROCESY A POSTUPY VE SLÉVÁRNÁCH

2.1

Přehled

2.1.1

Slévárenský proces

Obecný postupový diagram slévárny je znázorněn na obrázku 2.1. Proces může být rozdělen do následujících hlavních činností: • tavení a úprava kovu – tavírna • příprava forem a jader – formovna • odlévání roztaveného kovu do formy, chlazení pro tuhnutí a odstranění odlitku z formy – slévárna • konečné zpracování surového odlitku – čistírna

Výroba jednorázových forem

polystyren, vosk

vysokotlaké nízkotlaké

Příprava formovací směsi Vytloukání / Odběr odlitku Regenerace vratné směsi

čištění povrchu apretura

Hotový odlitek Legenda:----písek

Obrázek 2.1: Slévárenský proces


13

Kapitola 2

Slévárna vyrábí hotový odlitek, ale výroba sama začíná u kovového šrotu (tříděný kovový šrot podle určitého chemického složení) nebo u housek. Odlitky jsou většinou polotovary, které vyžadují další úpravu nebo montáž, aby vznikl konečný výrobek. Ve formování je veliký rozdíl mezi trvalými formami a formami na jedno použití. Slévárny, které odlévají do trvalých forem, kupují tyto trvalé formy (kokily) externě (většinou – pozn. Překl.) a je pro ně typické, že mají svou dílnu údržby a oprav. Slévárny, které odlévají do forem na jedno použití, kupují často dřevěné, kovové nebo plastové modely, také mají svou dílnu údržby a oprav. Jednorázové formy, jádra a ztracené modely jsou obecně vyráběny jako součást slévárenského procesu. Tradičně se ve slévárenském průmyslu rozlišují slévárny železných a neželezných kovů, hlavním důvodem tohoto dělení je odlišnost aplikovaných procesů výroby železných nebo neželezných odlitků. Slévárny neželezných kovů převážně používají postupy odlévání do trvalých (kovových) forem. Tím získá odlitek lepší povrch, který je velmi důležitý pro odlitky z hliníku a mosazi. Kvůli vysokému stupni chladnutí se vyrábí odlitky s vysokou mechanickou pevností. Tento postup nedovoluje výrobu masivních nebo velkých kusů, protože ty vyžadují technologie lití do písku. Postupy lití do písku se používají ve slévárnách neželezných kovů pro takové výrobky, které se nevyrábějí ve velkých sériích. Neželezné kovy (a jejich slitiny) diskutované v tomto dokumentu jsou: • hliník • hořčík • měď • zinek • olovo. Slévárny slitin železa obecně používají postupy jednorázové formy. Díky jejich vysoké tuhosti a pevnosti jsou slitiny železa ve srovnání se slitinami neželezných kovů používány v různých aplikacích. Velikost výrobků je téměř neomezená. Slitiny železa mají vyšší bod tavení, a proto vyžadují různé tavicí postupy. Slitiny železa, které jsou uvedené v tomto dokumentu, jsou různé typy litiny (jež mohou být tříděny podle jejich vlastností nebo typu grafitu) a lité oceli. V dokumentu jsou uvedeny také superslitiny s vysokým obsahem legujících prvků, jako je nikl. Slévárny zavádí mechanizaci a automatizaci v závislosti na potřebě opakovanosti a velikosti sérií. Nejflexibilnějším provozem je zakázková kusová slévárna. Vyrábí různé výrobky v malých počtech (< 100). Obecně tento typ slévárny aplikuje ruční formovací postupy s pískovou formou, kde je pojivem pryskyřice. Tavicí pec (mimo kuplovny – pozn. Překl.) pracuje po dávkách, aby tak byla umožněna snadná změna slitiny. To vede k použití indukčních nebo rotačních pecí. Pro slévárny středně velkých sérií (< 1 000 kusů) se používají mechanizované formovací a odlévací linky. Slévárny s jednorázovými formami používají stroje na výrobu forem. Výhodná je aplikace bentonitových směsí (na syrovo), které dovolují rychlou výrobu formy. Velikost stroje na výrobu forem limituje maximální velikost vyráběných odlitků. Odlévání se provádí ručně, nebo použitím licího stroje. Pomocné procesy, např. příprava formovací směsi, běží poloautomatickým způsobem s řízením na dálku. Pro tavení kovu se používají buď kontinuálně tavicí pece (kuplovna, šachtová pec) nebo pece tavící po dávkách. Pro slitiny neželezných kovů se používají postupy odlévání do kovových forem. Velké série se vyrábějí hlavně v bezrámových formách z bentonitových směsí (na syrovo). Tlakové lití se používá také pro specifické aplikace ve slévárnách železných slitin. Jestliže to konečná jakost odlitku vyžaduje, použije se i tento způsob výroby. Hlavním rozdílem mezi velkosériovou výrobou odlitků a výrobou odlitků ve středně velkých sériích je větší automatizace výroby formy a dokončovacích operací. Automatizace je často využívána pro zařízení na tlakové lití.


14

Kapitola 2

Specifické licí postupy, jako je odlévání do „plných forem“, odstředivé lití a kontinuální lití, se používají tam, kde to typ výrobku vyžaduje. 2.1.2

Odlitky z litin

Litina s lupínkovým grafitem je slitina železa a uhlíku, kde se hodnota uhlíku pohybuje v rozmezí od 2,4 až k 4 %, přičemž minimum uhlíku je stanoveno na 1,8 %. Ve slitině je v různém množství zastoupen křemík, mangan a síra. Speciální litiny obsahují různý podíl niklu, chromu a jiných kovů. Ve srovnání s ocelí má litina s lupínkovým grafitem vysoký obsah uhlíku, nízký bod tavení a dobrou slévatelnost. Její tažnost je nízká a nedovoluje válcování ani kování. Dosahuje rozdílných vlastností různým poměrem uhlíku a křemíku, legováním a tepelným zpracováním. V závislosti na množství a formě vyloučeného uhlíku (lamelární, sferoidální nebo vázaných) mohou být definovány různé druhy litin: • litina s lupínkovým grafitem − uhlík ve formě destiček grafitu (lamel) • litina s kuličkovým grafitem nebo temperovaná litina s šedým lomem − uhlík ve formě sféroidální (kuličky) • temperovaná litina s bílým lomem − uhlík je ve vázáné formě. Třídění litiny se často provádí podle jejích materiálových vlastností: • šedá litina − litina s šedým povrchem lomu; šedý povrch lomu ale má i litina s kuličkovým grafitem i temperovaná litina s šedým lomem; tento termín je však užíván pouze pro litinu s lupínkovým grafitem • tvárná litina – je to litina se zvýšenou tažností, což je jeden z efektů způsobených nodularizací i když to platí i pro temperovanou litinu; termín tvárná litina je v zahraniční literatuře (především anglické) používán někdy pro litinu s kuličkovým grafitem i pro temperovanou litinu; v ČR se však termín tvárná litina užívá výhradně jako synonymum k litině s kuličkovým grafitem (pozn. Překl.) • temperovaná litina – je to litina, která vykazuje dobrou tažnost, je možno ji přetvářet kováním, tato vlastnost má souvislost s nízkým obsahem uhlíku, který se vyskytuje většinou ve vázané formě. Litina s lupínkovým grafitem se taví v kuplovně, indukční peci (obvykle bez jádra, ale jen příležitostně v kanálkové peci) nebo v rotační peci. Pro přípravu šedé litiny se elektrická oblouková pec používá jen zřídka. Obrázek 2.2 ukazuje postupové diagramy pro tavení a úpravu kovu pro litinu s lupínkovým grafitem ve třech různých typech pecí. Proces obvykle sestává z: • tavení • odpichu • úpravy kovu • lití. Různé aspekty tavení a úpravy kovu budou diskutovány v následujících sekcích. Úprava kovu zahrnuje různé kroky, jako je odsíření, nodularizace, očkování a odstruskování. Krok odsíření při tavení v kuplovně může být také začleněn do procesu nodularizace.


15

Kapitola 2

Obrázek 2.2: Postupový diagram pro tavení a úpravu litiny [32, CACF, 1997]


16

Kapitola 2

V Evropě je nejdůležitějším zařízením pro tavení litiny kuplovna. V západní Evropě se vyrábí v kuplovnách až 55 % z celkové tonáže vyráběných odlitků. Kuplovna stále více čelí závažným protestům proti dominantnímu postavení ve výrobě tekutého kovu. Částečně je to z důvodu velkého množství spalin, které vyžadují úpravu. Z důvodu možného finančního zatížení investováním do instalace úpravy kouřových plynů a následně odpisu instalovalo mnoho malých a středních sléváren elektrické nebo plynové tavící jednotky. Počet kuploven se tak snižuje, ale jejich průměrná velikost se zvětšuje. Toto byly hlavní změny na trhu pro kuplovny v Evropě v posledních letech. Restrukturalizace výroby koksu vedla ke snižování počtu dodavatelů a k potřebě importovat koks do Evropy. Další hlavní změnou je menší počet výrobců kuploven v čele s jedinou německou firmou, která má téměř monopolní postavení na trhu mezi výrobci pecí s horkým větrem. Hlavní opakované odlévání slitin železa se provádí do forem na syrovo s jádry. Pojivem pro jádra je pryskyřice. Nejvíce používaným postupem je výroba jader metodou „cold-box“ s aminem a metoda hot-box. Formovací proces „Croning“ se používá tam, kde je třeba vysoké přesnosti a dobrého konečného povrchu. Pro opakováné lití se také aplikuje proces spalitelného modelu. Odlitky, které jsou zhotovovány v malých počtech, jsou vyráběny ve formách z chemicky vytvrzených směsí. Speciální procesy formování do písku, jako je vakuové formování a full mold, se používají pro určité odlitky ze slitin železa. Existuje také několik sléváren s trvalými formami (kokilové lití), které vyrábějí odlitky ze slitin železa. Krátká životnost formy, která umožňuje výrobu pouze několika tisíců komponent, omezuje použití kokilového lití slitin železa. [156, Godinot, 2001], [174, Brown, 2000] 2.1.3

Odlitky z oceli

Ocel je materiál, jehož obsah železa je větší než obsah každého jiného prvku s množstvím uhlíku obvykle menším než 2 % a obsahující i další prvky. Jen omezené množství ocelí s chrómem může obsahovat více než 2 % uhlíku. Hranice 2 % je používána pro rozlišení oceli a litiny [201, CEN, 2000]. Zvláště užitečnou vlastností tohoto materiálu je, že může být zpracován za horka. Nízkolegované ocelové odlitky obsahují prvky jako je Mn, Cr, Ni a Mo v množství menším než 5 %. Vysoce legovaná ocel obsahuje více než 5 % legujících prvků, např. 12 % Cr a 8 % Ni. Speciální jakostní oceli se vyrábí se zvýšenou jakostí, tj. vyšší pevností, vyšší magnetickou permeabilitou, s lepší odolností vůči korozi, únavě či opotřebení, se zlepšeným chováním během svařování při vyšších i nižších teplotách. Ocel se obvykle taví v elektrických obloukových pecích (EOP) nebo v indukčních pecích bez jádra (IP). Jakmile je jednou kov roztaven, může být rafinován (tzn. Odstranění uhlíku, křemíku, síry nebo fosforu) a Burelu ován (tzn. Snížení obsahu kysličníků kovů), to vše v závislosti na bázi materiálu a požadavku na jakost konečného výrobku. Obrázek 2.3. ukazuje postupový diagram pro tavení a úpravu oceli v různých typech pecí. [32, CAEF, 1997].


17

Kapitola 2

Obrázek 2.3: Postupový diagram pro tavení a úpravu oceli [32, CAEF, 1997]


18

Kapitola 2

2.1.4

Odlévání slitin hliníku

Asi dvě třetiny všech hliníkových odlitků se používají v dopravě, tj. v automobilech, autobusech, nákladních automobilech, ve vlacích a v letadlech. Potřeba snížit spotřebu paliva vozidel a jejich hmotnost zvýšila poptávku po slitinách hliníku. Celková hmotnost výroby odlitků ze slitin hliníku pro evropský automobilový průmysl mezi lety 1990 a 2000 se zhruba zdvojnásobila. Vzrůstající množství odlitků slitin hliníku v jeho největším uživatelském sektoru má přímý vliv na celkový počet vyrobených odlitků ze slitin hliníku. Slitiny hliníku se odlévají především do trvalých forem. Relativní podíly aplikovaných postupů lití pro Al jsou v tabulce 2.1: Typ lití Tlakové lití Nízkotlaké lití a gravitační lití Lití do pískových forem Lití metodou spalitelného modelu a lisováním

Relativní podíl (%) 59 37 3 1

Tabulka 2.1: Relativní podíly používaných postupů lití hliníku [143, Inasmet, 2002], [225, TWG, 2003] Pro odlévání speciálních odlitků ze slitin hliníku se ve slévárnách hliníku používá mnoho různých typů tavicích pecí. Používají se pece s přímým a nepřímým ohřevem palivem a elektřinou. Z fosilních paliv používaných v současnosti je to zemní plyn, propan-butan a topný olej. Většina sléváren upřednostňuje zemní plyn. Elektrický ohřev může probíhat buď odporovými prvky, nebo indukcí. Kapacita je jedním z nejdůležitějších parametrů pro tavicí a udržovací pece. Dnes se běžně používají indukční pece tam, kde je potřeba vysoké tavicí kapacity, tj. nad 10 t/hod. Šachtové, udržovací a kelímkové pece se často používají tam, kde je tavící kapacita menší než 5 t/hod. Malé i střední kelímkové pece se často používají tehdy, kdy je nutné mít možnost snadno měnit slitinu, pokud je malá výrobní rychlost. Pro udržování roztaveného kovu mají elektrické pece tu výhodu, že neprodukují spaliny a jsou schopny udržet homogenní teploty celého roztaveného objemu při relativně nízkých energetických nákladech. Pro tavení slitin hliníku ve slévárnách se obecně jako výchozí materiál používají slitinové housky. V některých případech je kov dodáván již v tekutém stavu. Sekundární tavení hliníkového šrotu se obvykle neprovádí ve slévárnách, ale spadá do dokumentů mimo rámec tohoto spisu. Tento postup je uveden v odkazovém dokumentu BAT pro průmysl neželezných kovů. [48, ETSU, 1994], [148, Eurofine, 2002], [155, European IPPC Burelu, 2001] 2.1.5

Odlévání slitin hořčíku

Odlitky ze slitin hořčíku se používají v leteckém i automobilovém průmyslu, také pro aplikace v elektronice. Hlavní výhodou jejich použití je nízká hmotnost. Typické hořčíkové slitiny mají měrnou hmotnost 1,8 g/cm3 ve srovnání s 2,7 g/cm3 u hliníkových slitin. Podstatnou částí odlévaných slitin na bázi hořčíku je hliník, dále se tohoto procesu účastní v malém množství také zinek a mangan. Tlakové lití je nejčastěji používaný proces lití při nízké licí teplotě (650 – 700 °C), jsou používány tlakové licí stroje jak s horkou, tak i se studenou komorou. Formy z bentonitové směsi se používají v menším rozsahu. Odlitky z hořčíku lité do kokil mohou být vyráběny s tenčími stěnami než odlitky ze slitin hliníku. Užití odlitků z hořčíku je omezeno kvůli problémům s tuhostí odlitku. Proces dovoluje, aby celková hmotnost odlitků byla podstatně snížena, a kompenzovala se tak vyšší cena slitiny za kilogram. Pro více namáhané odlitky se používá zvláště gravitační lití do kokil. Využití tlakových odlitků ze slitin hořčíku v automobilových komponentách rychle roste. Některá vozidla již obsahují 10 – 20 kg komponent z hořčíku. V současné době jsou ejčastěji vyráběnými odlitky součásti přístrojů panelů, rámy terénních vozidel a rámy sedadel.


19

Kapitola 2

Roztavené hořčíkové slitiny působí na vyzdívky a výstelky pecí, výsledkem je pak ale jejich škodlivá kontaminace hořčíkem. Proto se používají ocelové kelímky. Železo je slabě rozpustné v hořčíku, má mnohem menší škodlivý účinek než křemík. Odpad je obvykle čištěn, je-li to možné, tryskán, aby se odstranil jakýkoliv písek, který by na odlitek přilnul, což je dalším opatřením proti nasycení taveniny křemíkem. Aby bylo eliminováno použití pánve, odlévá se roztavená slitina, pokud je to možné, přímo z tavicího kelímku. Hořčíkové slitiny velmi snadno oxidují, proto jsou taveny pod vrstvou čistících tavidel, která zabraňující oxidačním ztrátám i vzniku vměstků. Pro pokrytí roztaveného kovu se používají během udržování a lití práškové inhibitory. Tyto jsou také přidávány do písku, aby se zabránilo chemické reakci. Tavení hořčíkových slitin bez tavidel vyžaduje jinou formu ochrany taveniny. Hexafluorid síry (SF6) podporuje vytvoření ochranného filmu na tekutém hořčíku, a zabraňuje tak oxidaci. Používá se v nízké koncentraci (< 0,3 objem. %) ve směsi se vzduchem nebo ve směsi vzduch/CO2. Hexafluorid síry SF6 je skleníkový plyn, a je považován za škodlivý pro atmosféru a pod Kjótský protokol. SF6 vyžaduje, aby bylo jeho použití minimalizováno. Rakousko a Dánsko vydaly předpisy, které jej od roku 2003, resp. 2006, zakazují používat. Přínosem pro slitiny hořčíku je jemná rafinace, která se provádí očkováním uhlíkatými materiály, což bývalo prováděno hexachloretanem. Jeho použití je však od 1. června 2003 v Evropě zakázáno pro zajištění ochrany životního prostředí, z důvodu bezpečnosti a ochrany zdraví v práci. Zákaz používání hexachlormetanu platí pro slitiny hořčíku a hliníku. [175, Brown, 1999], [225, TWG, 2003] 2.1.6

Odlévání slitin mědi

Měď se odlévá ve formě různých skupin slitin, z nichž každá obsahuje měď jako hlavní prvek. Krátký popis některých z nich je uveden níže: • mědi s vysokou vodivostí – používají se hlavně pro jejich vysokou elektrickou a tepelnou vodivost, použití zahrnuje dmyšny pro vysoké pece a horkovětrné kuplovny, vodou chlazené držáky elektrod, rozvodny apod. • mosazi – slitiny Cu-Zn, kde je hlavním slitinovým prvkem zinek, snadno se odlévá, má vynikající opracovatelnost a dobrou odolnost vůči korozi na vzduchu i ve vodě, ve velkém měřítku se používají pro vodovodní armatury; vysoce tažné mosazi obsahují větší množství legujících prvků a nacházejí použití ve strojírenství pro loďařství; mosazi se odlévají jak do písku, tak i do trvalých forem • cínové bronzy – slitiny Cu-Sn, kde je hlavním slitinovým prvkem cín, odlitky s obsahem cínu 10 – 12 % jsou mnohem dražší než odlitky z mosazi, mají vyšší odolnost vůči korozi a jsou vhodné pro kyselé vody, plnicí vody kotlů atd.; slitiny s vysokým obsahem cínu se také používají pro odolnost vůči opotřebení; používané výrobní postupy platí pro pískové formy a odstředivé lití • fosforové bronzy – slitiny Cu-Sn s přísadou asi 0,4 – 1,0 % fosforu, jsou tvrdší než cínové bronzy, ale mají nižší tažnost, používají se pro ložiska, kde je zatížení a provozní rychlosti vysoké, a pro ozubení jako jsou šneková kola • olověné bronzy – slitiny Cu-Sn-Pb, používané výhradně pro ložiska, kde zatížení a rychlosti jsou mírné • dělové bronz – slitiny Cu-Sn-Zn-Pb jsou vhodné pro odlévání do písku, mají vyhovující kombinaci slévatelnosti, obrobitelnosti, pevnosti a dobrou odolnost vůči korozi, používají se pro složité a tlaku odolné odlitky, jako jsou ventily a čerpadla, také pro ložiska, kde jsou rychlosti malé a zatížení je mírné • hliníkové bronzy – slitiny Cu-Al, hlavním slitinovým prvkem je hliník, kombinuje se v nich vysoká pevnost s vysokou odolností proti korozi, rozsah využití je od dekorativních architektonických komponent k vysoce namáhaným strojírenským součástem; mají vysokou míru použití v námořnictvu, včetně lodních šroubů, čerpadel, ventilů a používají se pro výrobu nejiskřivých nástrojů; užívány jsou všechny odlévací postupy • měď-nikl – slitiny Cu-Ni, kde je hlavním slitinovým prvkem nikl, používají se např. na výrobu potrubí pro námořnictvo v těžkých podmínkách


20

Kapitola 2 •

slitiny měď-berylium – slitina se odlévá jako slitina mědi a berylia pro výrobu součástí, které vyžadují odolnost vůči korozi a velmi vysoké mechanické vlastnosti, obsahují hroty plunžrů pro kokilové odlévací stroje, přesné díly pro elektrotechnický i strojírenský průmysl, hodinářství, výrobu nářadí a pro měřicí přístroje; užívají se dva typy slitin, a to slitiny měď-berylium s 2 % berylia a slitiny měď-kobalt-berylia s 0,5 % berylium, existuje snaha snížit nebo nepoužívat berylium ve slitinách pro jeho známé karcinogenní vlastnosti; odlévání se provádí do trvalých forem použitím tlakového a nebo gravitačního kokilového lití, pro odlévání přesných součástí se používá postup přesného lití (ztracený vosk). [175, Brown, 1999]

2.1.7

Odlévání zinku

Pro odlévání zinku se používá výhradně technologie tlakového lití. V EU se používají hlavně dvě slitiny, jejichž složení je udáno v tabulce 2.2. Označují se také jako Zamac, což je původně obchodní název. Základem těchto slitin je čistý zinek. Označení

Číslo slitiny

Al

Cu

Mg

ZnAl4Cu1 ZnAl4

ZP0410 ZP0400

3,7 – 4,3 3,7 – 4,3

0,7 – 1,2 0,25

0,025 – 0,06 0,025 – 0,06

Tabulka 2.2: Nejběžnější slitiny zinku, obsahy v % Slitiny zinku se obvykle taví v licích strojích s horkou komorou. Pouze pokud je nutná vysoká výrobní kapacita, může se používat centrální tavení. Slitiny zinku mají srovnatelné vlastnosti materiálu jako slitiny hliníku. Hlavním rozdílem je nižší bod tavení a vyšší měrná hmotnost slitin zinku, jež činí 6,7 g/cm3 proti 2,6 – 2,7 g/cm3 u slitin hliníku. Tyto slitiny se využívají pro malé kusy s vysokou přesností a malými tloušťkami stěn. Zamac také dovoluje vyšší licí rychlost a 10krát delší životnost kokil (800 000 až 1 200 000 odlití). Jsou vhodnější pro velké série menších kusů. Slitiny zinku jsou taveny v elektricky nebo palivem vyhřívaném litinovém kelímku. Jsou odlévány tlakovým strojem s horkou komorou. Vyrobené odlitky se používají v průmyslu automobilovém a v elektronickém průmyslu pro konstrukci strojů. 2.1.8

Odlévání olova

Olovo je těžký kov s nízkou teplotou tavení (bod tavení 327 °C), je relativně měkké a odolné vůči korozi, má dobré samomazné vlastnosti. Odlitky z olova se používají jako akumulátorové desky, materiál pro štíty, které chrání před rentgenovými paprsky, v nukleární technice, a jako závaží a materiál na vyvažování. Olověné odlitky jsou vyráběny gravitačním litím do kokil a tlakovým litím. 2.1.9

Odlévání superslitin

Superslitiny jsou slitiny na bázi Ni, Ni-Fe a Co s přísadami Cr, Ti, W, a Al. Původně se užívaly pro odolnost vůči vysoké teplotě (nad 810 °C) nebo pro vysoce korozivní média. Superslitiny by měly být odlišeny od vysoce legovaných ocelí (viz definice v sekci 2.1.3). Od doby, kdy železo není jejich hlavní složkou (jak je definováno v [201, CEN, 2000]), se považují za neželezné materiály. Odlitky vyrobené ze superslitin se mohou objevit ve slévárnách přesného lití, stejně jako ve slévárnách, které se specializují na vysoce jakostní legované oceli. Slitiny na bázi niklu se vyrábějí ze skupin slitin, jejichž chemické složení obvykle činí více než 50 % niklu a méně než 10 % železa. Jsou zpevněny hlavně intermetalickou precipitací v austenitické matrici. Slitiny na bázi kobaltu mají vysoký obsah Co (40 až 70 %), vysoký obsah Cr (nad 20 %), a také W (7 až 15 %). Jsou zpevněny kombinací karbidů a pevných vytvrzovaných složek pevného roztoku.


21

Kapitola 2

Některé superslitiny, zvláště slitiny na bázi Ni-Fe a Co, se taví přímo v elektrické peci klasickými metodami obvykle používanými u nerezových ocelí. Pro superslitiny Ni a speciálně Ni-Fe se vyžaduje indukční tavení ve vakuu, aby se snížil obsah intersticiálních plynů (O, H, N) na velmi nízkou úroveň. To dovoluje slévárnám dosáhnout vysokých a řízených obsahů oxidovatelných prvků, jako je Ti a Al. Řízení intersticiálních plynů a oxidovatelných prvků je velmi důležité pro mechanické vlastnosti výrobku jako je odolnost proti korozi. Superslitiny se obecně odlévají do složitých konečných tvarů a neopracovávají se, proto se vyrábějí hlavně přesným litím (např. použitím keramické formy). Tento proces lití zajišťuje, že odlitky mají velice přesné rozměry a velmi hladký povrch. Dodatečné procesy, jako je HIP (horké isostatické lisování), mohou být používány k eliminaci vnitřní porozity, která se může objevit u velkých odlitků. U potrubí plynové turbíny letadel se běžně používá technologie přímého lití. Tato technologie eliminuje hranice zrna a zvyšuje pevnost materiálu. Původně byly superslitiny vyvinuty pro vysokoteplotní aplikace. Možnosti jejich použití se však stále rozšiřují a nyní pokrývají takové oblasti, jako jsou aplikace kryogenických teplot, ortopedické a dentální protézy. Superslitiny se používají převážně v letadlech a v plynových průmyslových turbínách, pro jaderné reaktory, části letadel a vesmírných lodí, v petrochemickém průmyslu a v lékařství. [2002, TWG, 2002]

2.2 2.2.1

Výroba modelů Obecně o výrobě modelů

Výroba modelu nebo slévárenského nářadí vyžaduje vysokou úroveň zručnosti pro dosažení přesných tolerancí, které jsou požadovány u modelů a jaderníků. Tento krok je ve slévárenském procesu kritický, protože vyráběné odlitky nemohou být lepší než modely použité pro jejich výrobu. Modely jsou vyráběny pomocí ručních nástrojů, univerzálních strojů nebo pomocí systému CAD/CAM na CNC strojích (číslicově řízených počítačem). V některých modelárnách se pro tvorbu tvaru modelů používají počítačové programy (computer-aided design – CAD). Cesty řezného nástroje jsou také navrženy pomocí počítačových programů (computer-aided manufacturing – CAM). Numerický výstup z těchto počítačů je veden do programového řízení (computer-numerical-controlled – CNC) strojů, které pak vytváří tvar modelů obráběním. Takové počítačem podpořené systémy mají lepší rozměrovou přesnost a konzistenci než ruční metody výroby modelů. Materiály modelů, z nichž jsou modely (obrázek 2.4) a jaderníky (obrázek 2.5) vyráběny, jsou obvykle z kovu, umělé hmoty, dřeva nebo sádry. Vosk, umělá hmota a polystyrenový tmel se používají v postupech pro přesné lití a lití na spalitelný model. Modeláři mají široký rozsah pro ně dostupných nástrojů včetně dřevoobráběcích a kovoobráběcích. Pro spojení dílů modelu se používají mechanické spojky a lepidla, vosk, umělá hmota nebo polyesterový tmel. Užívají se i k vyplnění nebo ke tvorbě radiusů vnitřních rohů. [42, US EPA,1998]


22

Kapitola 2

Obrázek 2.4: Dřevěný model [237, HUT, 2003]

Obrázek 2.5: Jaderníky [237, HUT, 2003] 2.2.2

Rychlá výroba prototypu (RP)

Rychlá výroba prototypu je postupem rychlého přechodu od konceptu výrobku k litému prototypu. Termín „rychlá výroba prototypu“ zahrnuje všechny technické a organizační kroky od formulace konceptu výrobku až k výrobě výrobku. Rychlá výroba prototypu se může použít pro každý stupeň vývoje výrobku, tj. pro návrh modelů, geometrických prototypů, funkčních prototypů, pro technické a prodejní prototypy. Všechny v současné době dostupné postupy dovolují zpracování prototypové součásti podle trojrozměrného výkresu. Používá se také přímé sintrování směsi ostřiva s pojivem pro výrobu forem či jader. Postup sestává z výstavby navrženého modelu spojením částic nebo vrstev suroviny, jako je polymerová pryskyřice, vosk, papír nebo keramický prášek. Na obrázku 2.6 je znázorněn voskový model.


23

Kapitola 2

Obrázek 2.6: Termopolymerové (voskové) modely ve stroji Rapid Prototyping [237, HUT, 2003] K rychlé výrobě prototypu vedou 4 základní kroky: 1. vytvoření modelu pomocí 3D-CAD 2. výroba rozhraní mezi systémem 3D-CAD a systémem rychlé výroby prototypu; údaje CAD mohou být přeměněny do souboru formátu STL (Standard Transformation Format) 3. rozřezání souboru STL do tenkých vrstev řezů 4. realizace modelu rychlé výroby prototypu. Výhody rychlé výroby prototypu zvláště pro složité formy zahrnují: • kratší vývojový čas a možnost rychlé modifikace během vývoje • úsporu nákladů, materiálu a času • rychlé zjištění omylu. [202, TWG, 2002], [203, Linxe, 2002]

Přehled dostupných postupů je dán v tabulce 2.3. Proces Tekutý – pevný Pevný – pevný

Princip polymerizace fotosenzitivní pryskyřice místní expozicí UV kontury vrstvy jsou vyřezány z fólie

Materiály fotosenzitivní pryskyřice akryláty, epoxidy papír, kovy, polymery

ABS, vosk, elastomery

Práškový – pevný

ukládání vrstvy materiálu tepelnou fúzi proud materiálu aglomerace prášku sintrováním

aglomerace prášku přidáním pojiva

vosky, polymery kovy, keramika, písek, polystyren, nylon, polyamid, vosk hliník

Speciální rysy smršťování a deformace model potřebuje oporu žádná opora spotřeba základního materiálu model potřebuje oporu -

model potřebuje oporu žádná opora porozita smršťování žádná opora porozita

Tabulka 2.3: Popis postupu rychlé výroby prototypu [203, Linxe, 2002]


24

Kapitola 2

2.3

Suroviny a manipulace s nimi

Hlavními surovinami, které vstupují do slévárny, jsou kovové housky, železný šrot a písek. Rozdíl může být mezi slévárnami slitin železných a neželezných kovů. Slévárny slitin neželezných kovů taví pouze interní vrat a slitinové housky (obrázek 2.7). Přetavení externího kovového šrotu je běžně považováno za separátní činnost, která tvoří část druhotné výroby kovu. Jestliže je požadován externí šrot, je podroben spektroskopické analýze, aby se určil typ slitiny. Slévárny slitin železných kovů používají surové železo, tříděný železný a ocelový šrot jako vsázkové materiály včetně vnitřního vratného materiálu. Aby se dosáhlo řízeného vsázkování tavicích pecí, skladují se kovové vsázky v oddělených prostranstvích a jsou tříděny podle jakosti.

Obrázek 2.7: Hliníkový šrot (vlevo) a ingoty (vpravo) [237, HUT, 2003] Suroviny obsahující tavidla v kusové a práškové formě, odkysličovadla a vyzdívky jsou obvykle skladovány zakryté. Následující dávkování a manipulace s nimi jsou minimální. Práškové (zrnité) materiály mohou být skladovány v uzavřených silech a manipulace s nimi prováděna pneumaticky nebo jsou uskladněny v uzavřených vacích a manipulace s nimi je prováděna, jak je zřejmé z obrázku 2.8.

Obrázek 2.8: Pneumatické dopravníky a sila pro práškový (zrnitý) materiál [237, HUT, 2003] Písek (ostřivo) je běžně dodáván ve velkém množství a je rozdělen přímo do sila pomocí pneumatického dopravníku, dopravního pásu nebo drapáku. Speciální ostřiva mohou být dodána ve vacích případně v cisternách. Použité písky se skladují pro regeneraci v silech nebo na hromadách, což je výhodné pro jejich pozdější dopravu na místo, jejich opětovného použití nebo k likvidaci. Tekutá pojiva a olejové produkty jsou dodávány v sudech, ve velkoobjemových kontejnerech nebo v cisternách. Jsou skladovány v dodaných kontejnerech, v případě vlakových cisteren jsou vyloženy přímo do určených skladů. Kontejnery jsou napojeny na potrubí přímo k jednotce písek/pryskyřice/ míchání katalyzátoru. Některé katalyzátory a ko-reaktanty se používají v plynné formě. Jsou také dodávány jako kapaliny a manipulace s nimi je podobná jako s kapalinou až do fáze vypaření a smíchání s nosným plynem. Vypařovací zařízení je uzavřeno a proces vypařování lze provádět různými metodami.


25

Kapitola 2

Ohnivzdorné materiály, uvolňovací činidla a ostatní minoritní dodávky se skladují ve vnitřních prostorách. Hrubé pevné zbytky, jako je použitý žáruvzdorný materiál nebo strusky, se skladují na oddělených hromadách, v rozdělených skladovacích prostorách či v boxech. Jejich přemístění a manipulace s nimi se děje pomocí malých vysokozdvižných vozíků. Jemné pevné zbytky se shromažďují ve filtrační jednotce do velkoobjemových vaků nebo kontejnerů, které mohou zajistit skladování před dopravou k likvidaci. Aby se zabránilo kontaminaci půdy různými druhy materiálů, používají se různé specifické prostředky. Možné dopady jsou uvedeny v tabulce 2.5. Kovová vsázka do tavicí pece je pečlivě vybrána a zvážena, aby se zajistilo správné složení nataveného kovu. Složení vsázky je vypočítáno na základě průměrného chemického složení každého komponentu, oxidačních ztrát během tavení a požadovaného konečného složení odlitku. Různé prvky vsázky se dávkují do sázecího zařízení, např. do skipu s výklopným dnem, vibračního dopravníku, zdviže skipu vážicím systémem, který je vybavený magnetem a dovolí přípravu správného množství vsázky. Do vsázky mohou být přidány dodatečně legující prvky jako jsou feroslitiny (FeSi, FeMn,FeCr) nebo čisté kovy (Cu, Cr, Ni). Většina prvků se však přidává až do roztaveného kovu, aby se zabránilo ztrátám kovu oxidací. Legující prvky jsou obvykle skladovány ve slévárně v malých množstvích a vždy se skladují uvnitř budovy v blízkosti tavicího zařízení. [32, CAEF, 1997]


26

Kapitola 2

Činnosti Sklad surovin Šrotiště – venkovní, často na zemi

Kontaminace

volné materiály z odpadu – kovy a nátěry Oleje – mohou obsahovat: - PAH z olejových spalovacích motorů - PCB z kondenzátorů (hlavně v drceném odpadu) řezné kapaliny – chlorované Kapaliny v podzemních ropné produkty, tj. motorová nafta nádržích Manipulace se surovinami, jejich doprava a použití Výrobky chemických fenolické obsah volného pojiv – náhodné rozlití pryskyřice fenolu 0,5 – 5 % nebo průsak

Možný dopad lokalizovaná kontaminace povrchu půdy vyloužení do spodní vody a povrchových vod

úniky do půdy s vyluhováním do země a povrchových vod

vodou rozpustné; mohou se vyluhovat do spodní vody rychlá degradace, je li menší než 400 ppm koncentrovaný větší objem může degradovat pomaleji kvůli toxicitě k bakteriím nosiče např. metanol až většinou vodou rozpustné, rozpouštění v do 20 % objemu mohou pronikat do spodní pryskyřicích vody polyuretanové aromatická rozpouštědla mohou pronikat pryskyřice rozpouštědla1 do spodní vody. tvrdidla furanu toluen-, xylen-, mohou pronikat do spodní benzensulfonová vody, nebo změnit vlastnosti kyselina půdy, tj. mobilizace kovů pryskyřice na čpavek může proniknout do spodních bázi močoviny vod silikátová pojiva alkalické pH mohou pronikat do spodní (vodní sklo) vody nebo změnit vlastnosti půdy, tj. mobilizace kovů Nátěry forem izopropylalkohol (IPA) vodou rozpustný, může pronikat do spodní vody Paliva, produkty topné oleje, nafta, benzín s PAH a olej může pronikat do údržby: SO4 2- po spalování; mazací a spodních a povrchových vod - náhodné vylití nebo hydraulické oleje; kalící oleje; usazování PAH a SO42- ze průsak (zvláště transformátorové oleje (možnost spalování topných olejů kolem plnicích PCB) SO42- bude pronikat dolů míst) profilem půdy - úmyslná likvidace PAH, PCB bude mít snahu do půdy adsorpce do půdy 1 Předchozí formulace obsahovaly PAH (většinou naftalen), byly však vyvinuty materiály, které naftalen neobsahují Tabulka 2.4: Možná kontaminace půdy surovinami sléváren železných kovů [140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001], [225, TWG, 2003]


27

Kapitola 2

2.4

Tavení a úprava kovu

Výběr tavicí pece je důležitým hlediskem ke stanovení slévárenského postupu. Každý typ pece má své vlastnosti, jež se týkají požadavků na vsázkování a možnost legování, které mají vliv na celý výrobní proces slévárny. Typ kovu, jenž má být nataven určuje, která pec může nebo nemůže být použita. Použitelnost různých typů pecí je znázorněna v tabulce 2.5. Kuplovna Litina Ocel Hliník Hořčík Měď Olovo Zinek * méně obvyklé

t

Elektrická oblouková t* t

Kanálková indukční u t, u u

Indukční bez jádra t, u t t, u

Rotační

Plamenná

Šachtová

t t

t, u t, u t, u

t t

t

Kelímek u u t, u t, u t, u t, u t, u

Tabulka 2.5: Použitelnost typů pecí pro tavení (t) a udržování (u) Slévárny železa potřebují takový kov, který má řízené složení a teplotu, je dodán v dostatečném množství a vyrovná se s různými požadavky formovacích linek. Kovová vsázka, která má být roztavena, se obvykle skládá ze slévárenského vratu, ocelového šrotu a surového železa s legurami, jako je ferrosilicium, ferofosfor nebo feromangan. Vsázka je obvykle tavena v kuplovně nebo v elektrické indukční peci. Ve srovnání s kuplovnou se postupně stávají indukční pece žádanější. K tavení se používají indukční pece bez jádra, kanálkových indukčních pecí lze použít k udržování. Jejich hlavní uplatnění spočívá v kombinaci s kuplovnou, a to při tzv. konfiguraci duplex. Plynem či olejem vyhřívané rotační pece mohou být také použity, ačkoliv je tento postup méně rozšířen. Krátkodobé udržování, přeprava a zpracování kovu se provádí v pánvích. Ocel se taví jak v elektrických obloukových pecích, tak i v indukčních. Velké slévárny oceli mohou pracovat s elektrickými obloukovými pecemi, převládá však používání pecí indukčních. V obloukových pecích jsou využívány vsázky o nižší ceně šrotu, protože se rafinace děje v peci. Vyskytuje se zde jedno omezení. Část uhlíku vždy přejde z grafitových elektrod do roztaveného kovu, takže nízkouhlíkové oceli takto nemohou být vyráběny (< 0,03 % C). V indukční peci není rafinace možná, proto lze použít pouze pečlivě vybranou vsázku. Nicméně v indukční peci je možné tavit jakýkoliv typ oceli. Krátkodobé udržování, přeprava a zpracování kovu se provádí v pánvích. Tavicí pec se používá na tavení slitin neželezných kovů, je závislá na velikosti slévárny. Slévárny neželezných kovů často používají různé slitiny i nebo mají omezenou tavicí kapacitu. Tavení se provádí v maloobjemových pecích, pro které je nejvhodnější pec kelímková. Hlavním licím postupem je kokilové a tlakové lití. V tomto případě není potřeba centralizovaného tavení, protože tavení (a udržování) se provádí v licím stroji nebo v jeho těsné blízkosti. Slévárny neželezných kovů s větší kapacitou a potřebou centralizovaného tavení obvykle používají indukční, plamenné nebo šachtové pece pro tavení a pro dopravu roztaveného kovu k udržovacím pecím a licím kelímkům. [174, Brown, 2000], [225, TWG, 2003]


28

Kapitola 2 2.4.1

Kuplovna

2.4.1.1

Studenovětrná kuplovna

2.4.1.1.1

Popis

Kuplovna je šachtová pec s žáruvzdornou vyzdívkou, kde je kovová vsázka ohřívána spalováním koksu. Spalovací vzduch dodávaný ventilátory je vháněn do nístěje dmyšnami. Věnec dmyšen a řídicích ventilů dovolují kontrolu a dodávku spalovacího vzduchu do šachty pece. Kov (surové železo, ocelový šrot, zlomková litina, slévárenský vratný materiál), koks, legující prvky (FeSi, SiC), činidla tvořící strusku (SiO2) a tavidla (např. CaCO3) jsou dodávány sázecím otvorem do horní části šachty. Spalovací plyny proudí vzhůru od dmyšen a předávají teplo vsázce před tím, než opustí pec komínem kuplovny. Když předehřátá vsázka dosáhne spalovacího pásma, kovové části se začnou tavit vysokým teplem a za přítomnosti kyslíku začne hořet vsázkový koks. Roztavený kov teče v kapičkách koksovým ložem a shromažďuje se v místě zvaném nístěj, jež je pod spalovacím pásmem. Všechny nečistoty jsou zachyceny ve strusce, která je tvořena SiO2, CaO, Al2O3 a FeO. Tavicí činidla snižují bod tavení a viskozitu strusky. Struska má nižší hustotu a plave v nístěji na hladině roztaveného kovu. Jakmile tekutý kov v nístěji dosáhne určité hladiny, otevře se odpichový otvor, kov vytéká odpichovým otvorem, tj. kanálem vyzděným ohnivzdornou vyzdívkou případně odpichovým žlabem do samostatného předpecí nebo pánve. Může být souvisle veden přímo do udržovací pece. Struska se vypouští zvlášť, její výpusť je umístěna v horní úrovni. Sbírá se v nádobách souvisle, granuluje se ve vodním proudu nebo ve speciálním zařízení pro suchou granulaci. Tato konfigurace kuplovny se nazývá studenovětrná kuplovna (SVK). Je to kuplovna používaná pro dmýchání vzduchu, který je nasáván z atmosféry při normální teplotě prostředí.

Obrázek 2.9: Schematický náčrtek a zmenšený model (studenovětrné) kuplovny [44, ETSU, 1993] [237, HUT, 2003]


29

Kapitola 2

Pro snížení emisí CO a zvýšení energetické účinnosti je možné uvažovat o změně na horkovětrnou kuplovnu (viz sekce 4.5.2). Pro středně velké slévárny, které zpracovávají méně než 2 000 tun dobrých odlitků za měsíc je obtížné uvažovat používání horkovětrné kuplovny, protože ta vyžaduje vysoké investice. Horkovětrné kuplovny jsou zpravidla používány pro nepřetržité tavení. Náklady provozu jsou příliš vysoké. Náklady provozu jsou příliš vysoké a u některých typů výroby (jako jsou smaltované litinové odlitky, kuchyňské zboží, ohřívací zařízení, závaží apod.) je výhodnější studenovětrná kuplovna než kuplovna horkovětrná. Tyto typy odlitků dovolují používat velké množství zlomkové litiny ve vsázce, což je vsázkový materiál stále rozšířený v zemích staré průmyslové Evropy. Tento vsázkový materiál velmi vyhovuje studenovětrné kuplovně. [44, ETSU, 1993], [156, Godinot, 2001], [202, TWG, 2002] 2.4.1.1.2

Údržba

Charakteristickým rysem kuplovny je, že vyzdívkový materiál pece (směs křemenné hlíny) v tavicím a ohřívacím pásmu vydrží po jednu tavící kampaň. Intenzivní teplo a účinky strusky mají za následek chemické rozpouštění, mechanické opotřebení vyzdívky a její následnou přeměnu ve strusku. Kuplovny se proto stavějí po dvou. Jedna pec taví, druhá se vyzdívá novým žáruvzdorným materiálem a následující den se pořadí mění. [110, Vito, 2001] 2.4.1.1.3 • • •

náklady na investice jsou 125 000 – 150 000 EUR na tunu instalovaného výkonu za hodinu včetně instalace odprášení možnost použití různých druhů levného šrotu díky rafinačním a nauhličovacím operacím tepelná účinnost je přijatelná, jestliže jsou využity vhodné prostředky.

2.4.1.1.4 • • • • • • •

Výhody

Nevýhody

výrobní režim není flexibilní obtížné řízení produkce z důvodu pomalosti systému drahá vsázka se surovým železem, malý podíl ocelového odpadu pomalá změna složení litiny nasíření kovu v kuplovně zatížení životního prostředí způsobené slévárnou, tj. větším množstvím prachu, strusky a žáruvzdorné vyzdívky potřeba instalace rozsáhlého zařízení pro odprášení velkého množství spalin o vysoké teplotě. [110, Vito, 2001]

2.4.1.2

Horkovětrná kuplovna

2.4.1.2.1

Popis

Pro optimalizaci účinnosti kuplovny se musí spalovací vzduch předehřát. Tento postup se používá v horkovětrné kuplovně (HVK), která dmýchá předehřátý vzduch. Výhody horkovětrného provozu mohou být shrnuty následovně: • snížení spotřeby koksu • zvýšená teplota kovu • zvýšená rychlost tavení • snížení nasíření • snížení tavicích ztrát • zvýšené nauhličení a odtud schopnost náhrady surového železa ocelovým šrotem ve vsázce pece.


30

Kapitola 2

Je nutno poznamenat, že všech výhod nelze dosáhnout ve stejném čase. Například zvýšení podílu ocelového šrotu ve vsázce může vyžadovat zvýšení podílu koksu pro nauhličení. To snižuje rychlost tavení a zvyšuje množství nasíření. Existují dvě metody ohřevu dmýchaného vzduchu (větru): • rekuperace − tj. využití zbytkového („latentního“) tepla kouřových plynů k ohřevu spalovaného vzduchu, spaliny jsou odtahovány zpravidla pod sázecím otvorem, smíchány s dostatkem vzduchu a spáleny v přídavné spalovací jednotce, to vyvolává exotermickou oxidaci CO, spálené plyny jsou vedeny přes výměník tepla (rekuperátor), teplo je převáděno do spalovaného vzduchu a dmýchaný vzduch je ohříván na teplotu 500 až 600 °C nad těmito teplotami vznikají problémy se spékáním pecního prachu na povrchu rekuperátoru • externí ohřev − spalovaný vzduch je ohříván některými externími způsoby, např. plynovým, palivovým hořákem případně elektrickým odporem. Kombinace obou způsobů dovoluje vysoký ohřev dmýchaného vzduchu až na 1 000 °C. Tyto vysoké teploty však vyžadují použití dražších žáruvzdorných materiálů a mohou způsobit příliš vysokou teplotu taveniny. Systémy rekuperace nabízejí vyšší využití energie a tepelnou účinnost. Účinek předehřátí vzduchu na tepelnou účinnost a použití koksu je znázorněn na obrázku 2.10. Je nutno poznamenat, že jakost koksu může mít vliv na celkovou účinnost dmýchání.

Obrázek 2.10: Účinek předehřevu vzduchu na účinnost vysoké pece [44, ETSU, 1993] Pro středně velké slévárny, které vyrábějí do 2 000 tun dobrých odlitků za měsíc, je obtížné uvažovat o horkovětrné kuplovně, protože vyžaduje vysoké investice. Za těchto okolností převažuje pro některé typy výroby studenovětrná kuplovna. Horkovětrná kuplovna zůstává nejrozšířenějším používaným zařízením pro hromadnou výrobu ve slévárnách, tj. pro odlitky automobilového průmyslu, odstředivé lití nebo odlitky pro dopravní prostředky. Horkovětrné kuplovny jsou většinou určeny pro dlouhé kampaně, při kterých se používá jedna pec, čímž se minimalizují náklady a čas určený za jejich údržbu. [32, CAEF,1997], [44, ETSU, 1993], [156, Godinot, 2001]


31

Kapitola 2

2.4.1.2.2 • • • • • •

snížení spotřeby koksu vysoké teploty roztaveného kovu na žlábku vysoká tavicí kapacita menší nasíření v kuplovně možnost použití různých druhů levného železného šrotu nízké jakosti možnost použití více ocelového šrotu pro vyšší nauhličení.

2.4.1.2.3 • • • • • •

Výhody

Nevýhody

velice drahá investice kvůli nezbytnému požadavku na ochranu životního prostředí (spalování CO − pozn. překladatele) výrobní režim není flexibilní obtížné řízení produkce, protože systém je pomalý pomalá změna složení litiny zatížení životního prostředí způsobené slévárnou, tj. větším množstvím prachu, strusky a žárovzdorné vyzdívky potřeba instalace rozsáhlého zařízení pro odprášení velkého množství spalin o vysoké teplotě. [110, Vito et al., 2001]

2.4.1.3

Kuplovna s dlouhou kampaní

Kuplovna s dlouhou kampaní je chlazená vodou v tavicím pásmu, ohnivzdorně vyzděná v nístěji. Kuplovna může být horko nebo studenovětrná. Takové kuplovny se provozují denně pro jednu, dvě nebo tři směny. Velmi často se užívají pouze jako jedna jednotka. Délka tavicí kampaně je několik týdnů nebo měsíců. Kuplovna bez vyzdívky může mít mnohem delší kampaň, ale dochází v ní k výrazným ztrátám tepla pláštěm kuplovny. Stále probíhá vývoj, zabývající se žárovzdornými materiály. V provozní praxi se neustále zlepšuje životnost a efektivita nákladů kuplovny s dlouhou kampaní. Schematické znázornění kuplovny s dlouhou kampaní a vnitřním dodatečným spalovacím hořákem je na obrázku 2.11.


32

Kapitola 2

Cupola top cap – horní víko kuplovny Cupola – kuplovna Afterburner air – vzduch dodatečného spalování Shell water – voda pro chlazení pláště Water cooled tuyeres – vodou chlazené dmyšny Siphon box-metal out – sifonová žlab − výpusť kovu Charge door – sázecí otvor Safety tuyere – bezpečnostní dmyšna Blast air − dmýchaný vzduch Hot-blast relief valve – pojistný ventil horkého vzduchu Hot transfer elements – prvky přenosu tepla Access – kontrolní vstup Flue gas cooler – chladič spalin Cooling air – chladící vzduch Dust discharge – výpouštění prachu Inspection holes – kontrolní otvory Control damper – řídící hradítko Main exhaust fan – hlavní vetilátor výfukových plynů

Quenching sprays – chladící sprcha Gas – plyn Mixing air – míchání vzduchu Wind belt – okružní větrovod Refractory lining – žáruvzdorná vyzdívka Hot air blast – dmýchání horkého větru Blast control – řízení dmýchaného větru Recuperator – rekuperátor Blast air – dmýchaný vzduch Hot air – horký vzduch Hot transfer elements – prvky přenosu tepla Cooling air bleed – výpouštění chladícího vzduchu Exhaust stack – výfukový komín Bag filter unit – jednotka vakového filtru Silencer – tlumič hluku

Obrázek 2.11: Schematické znázornění kuplovny s dlouhou kampaní [150, ETSU, 1998]


33

Kapitola 2

Pro provoz v dlouhé kampani musí být přijata následující opatření: • použití trvalejší žáruvzdorné vyzdívky šachty, dna a nístěje • použití vodního chlazení šachty a nístěje pece – to udržuje nízkou teplotu stěny, čímž předchází rychlému opotřebení vyzdívky • použití vodou chlazených dmyšen, které vstupují hlouběji do šachty pece; spalovací pásmo zde není v přímém kontaktu s vyzdívkou pece; vodní chlazení bylo také použito pro jiné účely než pouze pro snížení opotřebení vyzdívky, jako např. o prodloužení trvání tavby o možnost zvětšování vnitřního průměru pece a tím zvýšení výkonu tavení Při bezvyzdívkovém provozu je vsázka v přímém kontaktu s ocelovým pláštěm pece, který je chlazen vodou. Bezvyzdívkového provozu se používá pouze v kuplovnách s relativně velkou kapacitou a tavením v dlouhých kampaních. To vede k následujícím výhodám: • instaluje se jen jedna kuplovna • kuplovna vyžaduje pouze interní opravy po jednotýdenních nebo několikatýdenních provozech • monitoring během kampaně je kvůli konstantnímu průměru kuplovny jednodušší a podmínky tavení jsou více konzistentní Specifickým typem kuplovny s dlouhou kampaní je bezkoksová kuplovna. Je uvedena v sekci 4.2.1.8. [32, CAEF, 1997], [44, ETSU, 1993], [110 Vito, 2001], [150, ETSU, 1998] 2.4.1.4

Podstata emisí

Kuplovny mohou být zaváženy širokou škálou materiálů a mnohé z nich mohou obsahovat volné částice, jako je rez, písek a neželezné materiály. Metalurgický koks se může lámat a tvořit malé kousky. Stejně tak mohou být drceny i tavicí materiály. Drcení a mechanická abraze během přípravy vsázky i během vsázení generuje částice, z nichž část je okamžitě emitována. Prach se vytváří také během tavení a to abrazí vsázky o vyzdívku. Třetím zdrojem emitovaných částic je popel z koksu, který vzniká v tavicím pásmu a není zachycen do strusky. Pevné částice emisí z různých zdrojů, jestliže jsou dosti lehké, mohou být strhovány spalovacími plyny kuplovny. Za určitých podmínek se v tavicím pásmu může vytvářet metalurgický dým, jenž je viditelný na komíně kuplovny. Kouř obsahuje aglomeráty sférických částic sazí menších než mikron a oxidy ZnO, PbO atd. Nastává to v případě, kdy jsou tyto kovy obsaženy v kovové vsázce nebo železném šrotu, pokud je šrot galvanizován nebo natřen. Emise kouře se zvyšuje s množstvím koksu a kontaminujících látek ve vsázce, teplotou dmýchání a množstvím dmýchání kyslíku. Kouř je vzduchem nesená látka, která vzniká nekompletním spalováním organických látek v kuplovně. Kontaminující látky v odpadu (jako je olej, tuk, dřevo, textil a guma) tvoří olejové páry ve spalinách. Páry a částečně spálené organické látky mohou nepříjemně zapáchat. Nečistoty odpadu a jeho skladba významně ovlivní povahu emisí. Spalování koksu tvoří emise plynů CO2, CO a SO2. Snižování množství vsázkového koksu (zvyšováním tepelné účinnosti) nebo (částečná či úplná) náhrada koksu zemním plynem, může pomoci snížit hladinu těchto substancí.


34

Kapitola 2

2.4.2

Elektrická oblouková pec (EOP)

2.4.2.1

Popis

EOP je pec tavící v dávkách. Skládá se z tělesa vyzděného žáruvzdorným materiálem, které má tvar velké vany a parabolicky tvarované nístěje. Široký tvar pece dovoluje manipulovat s materiálem velkých rozměrů a vede k účinným reakcím mezi struskou a kovem. Typický průměr pláště se pohybuje od 2 do 4 m. Na obrázku 2.12 je pec přiklopena žárovzdorným víkem, které má držák pro tři grafitové elektrody. Elektrody jsou neseny rameny, jež dovolují jejich pohyb nahoru a dolů. U většiny pecí se používá sázení přes víko. Odkloněním víka a elektrod stranou může být pec zavezena s použitím sázecího koše s padacím dnem nebo magnetem. Kovová vsázka je ohřívána elektrickým obloukem, který je tvořen třífázovým elektrickým střídavým proudem mezi třemi grafitovými elektrodami a vsázkou. Tyto elektrody jsou umístěny nad vsázkou působící jako nulový vodič.

Obrázek 2.12: Elektrická oblouková pec [237, HUT, 2003] Pec se odpichuje naklápěním a roztavený kov vytéká žlábkem. Ovladatelná dvířka umístěná naproti vylévacího žlabu umožňují stahování strusky a odebírání vzorků před odpichem. Vyzdívka pece může být kyselá (žáruvzdorná hmota na základě SiO2) nebo zásaditá (žáruvzdorná hmota na základě MgO). Zásaditá vyzdívka dovoluje použití téměř všech druhů ocelového šrotu. Pec může být rovněž použita pro výrobu vysoce legovaných a manganových ocelí. Pokud je použit šrot s vysokým obsahem fosforu nebo síry je pro odstranění těchto prvků obvykle přidáván vápník a vápenec. Kyselá vyzdívka by byla těmito sloučeninami napadena, proto se kyselý typ žáruvzdorného materiálu používá pro tavení šrotu s nízkým obsahem síry nebo fosforu. Elektrické obloukové pece se téměř výhradně používají pro tavení oceli. Pouze v několika málo případech jsou aplikovány pro výrobu litiny, což vyžaduje přidávání nauhličovadla do tavby. Elektrické obloukové pece, které jsou navrhovány pro účely sléváren oceli, mají rozsah kapacity od 2 do 50 tun. Mohou být provozovány přerušovaně a jsou vhodné pro široký rozsah složení oceli. Mohou natavit ocel o vysokých teplotách s časy natavení od jedné do dvou hodin. Pak je dosaženo vysoké tepelné účinnosti až 80 %1. Spotřeba energie kolísá od 500 do 800 kWh/t roztavené oceli v závislosti na kapacitě pece, spotřebě tekutého kovu, na rafinačních postupech a na teplotách odpichu. Typický čas tavení se pohybuje v rozmezí od 1 do 4 hodin.

1

Účinnost generování elektrického výkonu se neuvažuje.


35

Kapitola 2

2.4.2.2

Tavení a rafinace v kysele vyzděné EOP

Vzhledem k chemické povaze kyselé vyzdívky (Si-Al) jsou rafinační schopnosti tohoto typu pece omezeny schopností oduhličení. Vsázce musí být kvůli přijatelnému množství síry a fosforu věnována značná pozornost, protože tyto prvky nelze kyselým procesem odstranit. Vsázka se skládá z vyváženého množství surového železa, slévárenského vratu a nakupovaného šrotu. Obsah uhlíku ve vsázce musí být takový, aby po natavení jeho hodnota 0,2 až 0,4 %. Oduhličení začíná vháněním kyslíku do roztavené lázně, to vytváří silné míchání, během něhož je uhlík v tavenině spalován. Ve stejnou dobu je „var“ snižován pomocí FeO, spaluje se Si, vylučuje se z lázně H2 a N2. Všechny nečistoty (oxidy) jsou zachyceny ve strusce. V průběhu tavení může být přidáván písek (SiO2), aby dodal strusce správnou konzistenci. Vhánění kyslíku je zastaveno pokud uhlík dosahuje správné koncentrace. Je přidán křemík a mangan, aby se zastavila reakce varu. Po odstranění (stažení) strusky je tekutý kov kontrolován a upraven, je-li to potřeba. Nakonec je kov dezoxidován přidáváním hliníku, případně jiného činidla, do proudu taveniny během odpichu, aby se zabránilo tvorbě bublin CO v průběhu ochlazování. Dodatečnou rafinaci odsířením a odfosfořením lze provést v AOD nebo VODC konvertoru (viz sekce 2.4.9 a 2.4.10). [32, CAEF, 1997], [161, UK Environment Agency, 2002] 2.4.2.3

Tavení a rafinace v zásaditě vyzděné peci − EOP

Zásaditá vyzdívka na bázi MgO umožňuje rafinovat kov v peci samotné, proto je možné zavážet pec skutečně jakoukoliv kombinací odpadu a slévárenského vratu. Tavení se zásaditou vyzdívkou se používá tehdy, pokud má odpad vyšší obsah fosforu nebo síry, než je požadováno.Odstranění fosforu z taveniny se provádí periodickým přidáváním vápna během tavení. Po vhánění kyslíku do lázně se tvoří kysličník fosforu, jenž je zachycen ve strusce společně s ostatními kysličníky kovů a nečistotami. Vápno udržuje strusku velmi zásaditou, což stabilizuje kysličník fosforu. Ve stejnou dobu je spalován uhlík. Po dostatečné době reakce je vhánění kyslíku zastaveno, struska je pak zcela odstraněna. Odsíření se provádí v následujícím stádiu obdobným způsobem, ale při vyšší teplotě. Do taveniny se opět přidá vápno, případně vápenec. Ten reaguje se sírou a tvoří nerozpustný CaS, který je zachycen ve strusce. Periodické dodání uhlíku, hliníku nebo FeSi redukuje kovové kysličníky (např. kysličníky manganu, chromu), a tím minimalizuje ztráty těchto prvků z kovové lázně. Všechny ostatní nečistoty (kysličníky) jsou zachyceny ve strusce a odstraněny během konečné operace stažení strusky. Je-li to potřeba, je po rafinaci složení kovu kontrolováno. Nakonec je kov dezoxidován přidáním hliníku nebo jiných činidel do kovové lázně, před odpichem, aby se předešlo tvorbě bublin CO během tuhnutí. Jestliže to konečné složení slitiny vyžaduje, lze dále kov upravovat v AOD nebo VOCD konvertoru. [32, CAEF, 1997], [161, UK Environment Agency, 2002] 2.4.2.4

Povaha emisí

Emise EOP pocházejí ze vsázky, tavení a rafinace, vznikají rovněž během odpichu pece.


36

Kapitola 2 Během sázení se z otevřené pece emituje prach a další nečistoty. Při zavážení horké pece (při tavení s roztaveným základem) se jakékoliv hořlaviny jako je tuk, barva nebo olej zapalují, vzniká kouř ze spalin, zvláště z organických materiálů a z prachových částeček. Také mechanická abraze vyzdívky pece vytváří dodatečný prach. Během tavení a ohřevu kovové vsázky se vytváří dým kysličníku kovu, který se významně zvyšuje během oduhličování. Vháněním plynného kyslíku do roztaveného kovu se vyvíjí množství dýmu kysličníku železa, jenž opouští pec jako rudý dým. Přídavky struskotvorných materiálů zvyšují emise pece, ale pouze v malém množství, a to krátkodobě. Emise lze zaznamenat i během přelévání roztaveného kovu do pánve nebo udržovací pece. Emise ze samotných tavicích operací se nazývají primární emise. Dýmy a prach jsou sekundárními emisemi, pocházejí ze vsázky a vznikají při odpichu. Budeme-li posuzovat množství emisí, různé zdroje prachu a emise dýmu, jak je popsáno výše, zjistíme velké rozdíly mezi jednotlivými slévárnami. Tyto rozdíly jsou ovlivněny čistotou vsázkového materiálu, použitým postupem sázení, složením vsázky, rafinačními úpravami a přísadami do tavby. Protože se v peci nespalují žádná paliva, emise závisejí výhradně na těchto parametrech. 2.4.3

Indukční pec (IP)

Indukční pece se používají pro tavení jak železných, tak i neželezných kovů. Existuje několik typů indukčních pecí, ale všechny pracují na principu využití silného magnetického pole, které se vytváří průchodem elektrického proudu cívkou, jež je umístěna kolem kelímku pece. Magnetické pole tvoří napětí a následně elektrický proud v kovu, který má být nataven. Elektrický odpor kovu produkuje teplo a to taví kov. Indukční pece se vyrábějí ve velkém rozsahu velikostí. Protože neexistuje kontakt mezi vsázkou a nosičem energie je indukční pec vhodná pro tavení oceli, litiny a neželezných kovů ve všech vhodných vyzdívkách. Dobrá funkčnost obvodu vodního chlazení je pro prevenci přehřívání cívky zásadní. Vodní chladicí systémy jsou proto navrhovány tak, aby zajišťovaly nejvyšší úroveň spolehlivosti. Zahrnují různé termostaty a průtokoměry. [42, US EPA, 1998], [47, ETSU, 1992], [110, Vito, 2001] 2.4.3.1

Indukční kelímková pec – vysokofrekvenční (VIP)

2.4.3.1.1

Popis

Indukční kelímková pec (bez jádra) je pec tavící po dávkách, sestávající z vodou chlazené měděné cívky, uvnitř je pak kelímek vyzděný žáruvzdornou vyzdívkou. Vnější strana je izolována a kryta ocelovým pláštěm. Tělo pece je upevněno v rámu vybaveném naklápěcím mechanizmem. Indukční kelímková pec je žáruvzdorně vyzděná pec tvaru hrnce s otevřeným vrškem pro zavážení a stahování strusky (obrázek 2.13).


37

Kapitola 2

Obrázek 2.13: Obecné uspořádání indukční kelímkové pece [47, ETSU, 1992] Podle kapacity se pec zaváží zdvihovým magnetem nebo vibračním dopravníkem. Velké množství sléváren používá indukční pece pro výrobu relativně malého množství taveniny s různým chemickým složením. Kapacity pecí dosahují od 10 kg do 30 tun. Do cívky se elektrickou sítí přivádí střední nebo vysoká frekvence střídavého proudu (50, 250, příp. 1 000 Hz). V závislosti na instalovaném výkonu a praxi tavení může tepelná účinnost převyšovat 80 %2, obvykle se pohybuje mezi 60 a 70 %. Jestliže budeme brát v úvahu elektromagnetický výkon, bude výsledná hodnota 15 – 20 %. Ve srovnání s ostatními typy pecí je účinnost indukční pece podstatně nižší. Indukční pece bez jádra mohou být navrženy pro provoz při jakékoliv frekvenci od 50 Hz výše. Indukční ohřev tekutého kovu způsobuje míchací efekt. Čím je nižší frekvence primárního proudu, tím je míchání intenzivnější. Proto pracují pece v hlavní frekvenci při 50 nebo 60 Hz, neboť turbulence je větší než v peci provozované při frekvenci vyšší. Z důvodu vysoké turbulence je vstupní výkon k hlavní frekvenci omezen na cca 250 kW na tunu kapacity. S vyššími frekvencemi může být hustota příkonu zvýšena třikrát až čtyřikrát nad tuto úroveň. Frekvence provozu také ovlivňuje propustnost proudu. Čím vyšší je frekvence, tím nižší je hloubka průniku indukovaného proudu. To má vliv na minimální velikost kusů vsázky a na velikost pece. Pece s frekvencí 50 Hz nejsou použitelné při kapacitách pod 750 kg. Kusy vsázky menší než 10 mm v průměru mohou být ohřáté při 10 kHz, takže lze užít pece o kapacitě 5 kg. Dostupnost spolehlivých měničů frekvence dovoluje vývoj aplikací specifických jednotek, které jsou uvedeny v tabulce 2.6. Frekvence jsou obvykle omezeny na 250 až 350 Hz (v případě různých frekvencí), protože při vyšších frekvencích není homogenizace kovu dostatečná. Vyšší frekvence se užívá ve specifických případech a dále u velmi malých pecí. Obrázek 2.14 představuje indukční pece různých velikostí.

2

Účinnost generování elektrického výkonu se neuvažuje.


38

Kapitola 2

Frekvence (Hz) 70 100 100 – 150 250 250 500 až 1 000 1 000 až 3 000 3 000 10 000

Aplikace mosazné třísky hliníkové třísky litinové třísky odpad po protahování hliníku železné slitiny ze slévárenského vratu a ocelový šrot tavení oceli a tavení mokrých litinových třísek různé slitiny mědi přesné lití šperkařství

Tabulka 2.6: Pole aplikací dostupných indukčních pecí vztažených k jejich frekvenci [174, Brown, 2000]

Obrázek 2.14: Indukční kelímkové pece [237, HUT, 2003] Pro provoz indukčních pecí bez jádra jsou podstatné systémy vodního chlazení. Chlazení cívky chrání jak cívku, tak i izolaci proti tepelnému poškození nejen během normálního provozu, ale také v době chlazení, kdy je přívod elektrické pece odpojen a pec vyprázdněná. Používá se několik typů chlazení, a to s uzavřeným okruhem s výměnou tepla nebo s otevřeným vypařovacím systémem. Dostupnost tohoto chladicího systému otevírá možnosti pro interní obnovu energie. [32, CAEF,1997], [47, ETSU, 1992], [110, Vito, 2001],[174, Brown, 2000],[176, ETSU, 1998], [202,TWG, 2002] 2.4.3.1.2

Praxe tavení

Indukční kelímkové pece (bez jádra) se používají pro tavení a nemohou být použity k rafinaci, proto musí být indukční pec ve slévárnách oceli zavezena surovinami „vhodného“ chemického složení odpovídajícího požadovanému složení tavenin. Z tohoto důvodu se většinou používá ocelový šrot. Je-li to nezbytné, může být kov rafinován po tavení v AOD konvertoru nebo ve speciální pánvi, která je určena k jeho úpravě (viz sekce 2.4.12). Pece s velkým výkonem dovolují tavení metodou „odpichu a vsázky“. Pec je po odpichu zcela vyprázdněna a zavezena studeným materiálem pro zahájení dalšího tavicího cyklu. Metoda „roztaveného základu“ se používá při nízké frekvenci (hlavní frekvence) pecí a tam, kde je přibližně jedna třetina taveniny vylita do pánve před přidáním studeného materiálu. Použitím posledně zmíněné metody u pecí s nízkou frekvencí zvyšuje se významnou měrou rychlost výroby, protože dochází k lepšímu elektromagnetickému spojení mezi taveninou a cívkou ve srovnání s menší hustotou pevné (studené) vsázky.


39

Kapitola 2

Ocel obsahující více než 0,2 % reaktivních prvků Al, Ti a Zr, nemohou být taveny v oxidačním prostředí jako je vzduch. Vyžadují inertní atmosféru nebo metodu tavení a odlévání ve vakuu. Lze toho dosáhnout umístěním indukční pece ve vakuu nebo ve vzduchotěsné komoře. V prostředí vakua se zajistí velmi dobré odplynění taveniny. Vysoce oxidovatelné prvky jsou přidány do vakua nebo se nasypávají za přítomnosti inertního plynu. Indukční pece jsou vynikajícími tavicími jednotkami, ale jsou méně účinnými udržovacími pecemi. Pokud jsou použity pro tavení, je natavený kov ihned po dosažení požadované teploty přemístěn do účinné udržovací pece. Mnoho typů indukčních kelímkových pecí (bez jádra) se vyrábí v provedení s pevným nebo vyjímatelným kelímkem. Pro tavení hliníku jsou k dispozici jak kanálkové, tak i indukční kelímkové pece (bez jádra) pro tavení a udržování. Kanálkové pece se však používají zřídka. Je obtížné udržet kanálek průchozí, a proto je potřeba udržovat natavený materiál v tekuté formě. [32, CAEF,1997], [48, ETSU, 1994] 2.4.3.1.3

Výhody

Indukční kelímkové pece se užívají stále častěji především pro jejich mnohé výhody. Jejich hlavními výhodami jsou: • vyšší flexibilita ve vyráběných slitinách a v režimu tavení, je to ideální tavicí postup pro zakázkovou slévárnu a speciální slitiny • krátké časy tavení • nižší zatížení životního prostředí způsobené slévárnou • malá údržba závisející na životnosti žárovzdorné vyzdívky • dobré řízení procesu, podpora počítačem a plně automatický provoz, který činí řízení teploty optimální • maximální možná tepelná účinnost, jsou-li parametry postupu kalkulovány a nastaveny pro konkrétní použití • intenzivní míchání v lázni vytváří taveninu homogenní • zavážení vsázkou, odebírání vzorků a stahování strusky, udržování tekutého kovu (i když s nízkou účinností), vysoká účinnost udržování u mědi a hliníku. 2.4.3.1.4 • • • • • •

Nevýhody

z důvodu monopolu místního dodavatele elektřiny je provozovatel plně závislý na podmínkách připojení místní elektrické sítě, na energetických nákladech, na možných vedlejších nákladech (řízení špičky, atd.) náklady na energii jsou mnohem vyšší než náklady na fosilní paliva čistění tavby v indukční peci je omezeno z důvodu malého množství strusky a relativně malého kontaktu mezi struskou a taveninou, to vyžaduje použití vysoce jakostní, a tím i mnohem dražší vsázky než je tomu u kuplovny nebo u EOP instalace vyžaduje nákladnou investici, ačkoliv provozovatel může ušetřit dodatečné investice na ochranu životního prostředí, čisté náklady na tunu instalovaného obsahu pece jsou asi 375 000 EUR ostatní tavicí postupy jsou vhodnější pro kapacity > 15 t/hod, podle vyráběné slitiny je možné zvolit horkovětrnou kuplovnu nebo elektrickou obloukovou pec pec má nízkou účinnost během udržování roztavené slitiny z důvodu ztráty tepla ve vodou chlazené cívce. [110, Vito, 2001]


40

Kapitola 2

2.4.3.2

Kanálková indukční pec

2.4.3.2.1

Popis

Tento typ pece se používá především pro účely udržování taveniny, i když může být používán i jako kombinovaný agregát pro tavení a udržování. Kanálková indukční pec se skládá z velké, tepelně izolované vany, která je vybavena izolovaným vrchním víkem pro zavážení vsázky (obrázek 2.15). Dno má jeden nebo několik kanálků ve tvaru písmene U. Kolem těchto kanálků je vodou chlazená indukční cívka, jež ohřívá kov a způsobuje jeho cirkulaci. Indukční proud má frekvenci místní elektrické sítě. Pec je upevněna v hydraulickém výklopném rámu pro odpich a údržbu. Používají se také pece, které nejsou naklápěcí i pece přetlakové.

Obrázek 2.15: Typická konstrukce kanálkové indukční pece [55, ETSU, 1993] Aby byl umožněn provoz v peci, je třeba ponechat minimální množství roztaveného kovu uvnitř kelímku a kanálu. Kelímek má být naplněn minimálně do jedné třetiny své kapacity. Obvykle se uvádí dvě hodnoty, pokud se definuje kapacita udržovací pece a to celková kapacita a užitečná kapacita například 60/35 tun. Rozdíl mezi těmito dvěma hodnotami představuje množství kovu, které musí zůstat v peci. Tepelné ztráty způsobené chladicí vodou a stěnami pece jsou nízké ve srovnání se ztrátami v indukční peci bez jádra. Pec vybavená licím kanálem na čajníkovém principu dovoluje snížit oxidaci tavby a opotřebení vyzdívky. Kvůli velkému obsahu kelímku jsou jakékoliv změny ve složení taveniny sníženy. Tento princip je v rozporu s flexibilitou pece, kdy změna na jiné složení taveniny vyžaduje dlouhou dobu. Prakticky je natavené složení udržováno na stejné hodnotě.


41

Kapitola 2

Obrázek 2.16: Kanálková indukční pec [237, HUT, 2003] Kanálková indukční pec má hlavní uplatnění jako udržovací pec ve slévárnách slitin železa. Příklad takové pece představuje obrázek 2.16. Je to také pec pro výběr duplexu s kuplovnami. Kapacita kolísá mezi 5 a více než 100 tunami. Udržovací pec slouží pro vyrovnání potřeby kovu mezi tavírnou a formovnou. Pokud uvažujeme o použití udržovací pece, je velmi důležité mít celkový pohled na slévárnu. Pro dosažení požadovaných hodnot mohou existovat nákladově efektivnější a energeticky účinnější metody. Před tím, než se rozhodneme, je rozumné prozkoumat pečlivě všechna možná řešení. Pro odlévání hliníku se zřídka bude používat kanálkový typ pece z důvodu obtížného udržování průchodnosti kanálu a pro aktuální potřeby úpravy zůstatkové taveniny. Pokud budeme rozhodovat o velikosti kanálkové pece, je důležité, abychom vzali v úvahu požadavky na objem výroby. Výběr menší pece může být i výhodnější, i když je menší pec méně efektivní, protože ztráta účinnosti je nahrazena její sníženou roční spotřebou elektrické energie ve srovnání s pecí větší. [48. ETSU, 1994], [55, ETSU, 1993], [110, Vito, 2001] 2.4.3.2.2 • • •

vysoká tepelná účinnost, proto se používá jako udržovací pec minimální propal legujících prvků nenáročná údržba.

2.4.3.2.3 • • • • •

Výhody

Nevýhody

v peci musí být udržováno minimální množství taveniny, aby byla garantována správná funkce pece pec nemůže provádět studený start z důvodu omezené hustoty elektromagnetického výkonu, jakého může být v cívce dosaženo je obtížné sledovat opotřebení kanálu existuje potenciální nebezpečí náhodného průsaku z důvodu umístění indukční cívky ve dně je obtížné předejít kontaktu mezi chladicí vodou a kovem. [110, Vito et al., 2001]

2.4.3. 3

Povaha emisí

Protože v indukční kanálkové peci není spalováno žádné palivo ani uhlí a neprovádí se žádný rafinační proces, emise jsou výhradně závislé na čistotě a složení vsázkového materiálu. Rozlišují se dvě kategorie emisí. První a hlavní kategorie se vztahuje k čistotě vsázky, tj. rzi, nečistotám, slévárenskému písku, oleji, galvanizovanému nebo pájenému kovu. To jsou všechno prvky, které dávají vzniknout emisím, tj. prachu a dýmu (organickému nebo kovovému). Druhá kategorie emisí se vztahuje k chemickým reakcím při vysokých teplotách, a to při úpravě složení kovu nebo při jeho udržování. Vzniká metalurgický dým z oxidace. BREF – Kovárny a slévárny

42

Kapitola 2

Emise způsobuje žárovzdorná vyzdívka (kyselá na bázi SiO2, neutrální Al2O3, nebo na alkalické bázi MgO), kvůli ní se mohou objevit emise malého množství částeček prachu. Je obtížné obdržet reprezentativní údaje o emisích, které mají příčinu v nečistotě vsázky. Znečištění vsázky je hlavním zdrojem emisí a je v každé slévárně odlišné. 2.4.4

Odporové pece s vytápěným (tepelným) víkem

Většina nízkoenergetických udržovacích pecí má navrženu silnou izolaci s řadami odporových prvků v zavěšeném otočném víku. Používají se hlavně ve slévárnách neželezných kovů (hliník) s tlakovým litím s centralizovaným tavicím zařízením. Typická jednotka má kapacitu 250 – 1 000 kg s příkonem 5 až 12 kW. Vylévací šachta je oddělena od hlavní lázně žárovzdornými stěnami s průchody ve dně, aby bylo umožněno protékání roztaveného materiálu z jedné oblasti do druhé. Obrázek 2.17. znázorňuje pec s vytápěným víkem.

Obrázek 2.17: Odporová pec s vytápěným víkem [48, ETSU, 1994] Výhody nízkoenergetické udržovací pece jsou: • odpadá potřeba kelímku • velmi nízké náklady na energii • přímé řízení tepla • čisté, chladné a tiché pracovní podmínky. Ačkoliv nízkoenergetické udržovací pece slouží jednotlivým licím strojům, některé větší mohou být použity jako akumulátory roztaveného kovu mezi tavicí jednotkou, jež používá kusovou vsázku, a pecemi u strojů. Její použití dovoluje lepší využití tavicí jednotky, která jen zřídka slouží jako účinná udržovací pec. Některé slévárny používají ve velkém množství pece s tepelným víkem a s vyšším výkonem než tavicí pece, např. pro výrobu roztaveného kovu pro nízkotlaké odlitky. Někteří výrobci staví verze těchto pecí tak, že mohou být plně utěsněny a natlakovány plynem, aby sloužily jako dávkovací pece. Dávkovací pece zajišťují přesné dávky kovu pro tlakové nebo gravitační lití. Konkurují v určitém rozsahu mechanickým pánvovým systémům jako automatický licí systém. Za předpokladu, že jsou pečlivě udržovány a používány, mohou pece s tepelným víkem zajistit hodnotné řízení jak teploty, tak i množství dávky. Tyto pece mohou vylepšit výnosy. [48, ETSU, 1994]


43

Kapitola 2

2.4.5

Rotační pec

2.4.5.1

Popis

Rotační pec se skládá z horizontální válcové nádoby, ve které je ohřívána kovová vsázka hořákem, jenž je umístěn na jedné straně pece. Kouřové plyny opouštějí pec opačnou stranou. Pro generování potřebného tepla se používá topný olej, zemní plyn v kombinaci se vzduchem, nebo s čistým kyslíkem. Naklápěcí mechanizmus dovoluje, aby byla pec zvednuta v určitém úhlu, případně ve vertikální poloze. Tato poloha se užívá pro zavážení pece pomocí koše s odklopným dnem nebo vibračním žlabem, a to při opravě vyzdívky nebo její obnově. Během ohřevu a tavení se pec pomalu otáčí, a dovoluje tak přenos i rozvod tepla. Pecní atmosféra je řízena poměrem vzduch (kyslík)/palivo. Jakmile je kov roztaven a po kontrole složení upraven, otevírá se odpichový otvor na přední straně pece a tavenina je vylévána do pánve. Z důvodu nízké tekutosti plave struska v peci na kovové lázni, a nakonec je stažena přes odpichový otvor do struskové nádoby. Tavicí cyklus trvá 1,5 hod. až několik hodin. Pro kontinuální výrobu nataveného kovu instalují slévárny 2 až 4 rotační pece, které se provozují návazně. Tepelná účinnost rotační pece je velmi vysoká, tj. při 50 až 65 %3, v závislosti na kapacitě. Tohoto vysokého využití se dosahuje aplikací čistého kyslíku místo vzduchu jako spalovacího média. [32, CAEF, 1997] 2.4.5.2

Tavení

Pro tavení litiny je pec zavezena surovým železem, slévárenským vratem, ocelovým šrotem, struskotvornou přísadou (tj. písek, vápno) a nauhličovacím činidlem (tj. grafitem). Tavicí cyklus začíná mírnou oxidací a krátkým plamenem (vzduchový faktor, λ = 1,03), který dodává vysokou vstupní energii. Pec se postupně otáčí o 90° a směr rotace se čas od času mění. Tímto způsobem mohou stěny pece předávat teplo vsázce konvekcí. Jakmile je vsázka natavena, je plamen redukován, aby se předešlo nadbytečné oxidaci legujících prvků. Během přehřívání a udržování taveniny se používá dlouhý redukční plamen (λ = 0,9) a pohyb pece se mění na plnou plynulou rotaci. Vrstva strusky zajišťuje izolaci hladiny kovu a zabraňuje propalu legujících prvků. Po kontrole, úpravě složení tavby a teploty se otevře odpichový otvor, a kov je vylit do pánví. Struska plave na lázni kovu a je stažena odděleně poté, co je kov vylit z pece. Životnost žárovzdorné vyzdívky je z velké části závislá na teplotě přehřátí a na složení vsázky. Během sázení je třeba předejít mechanickým rázům a studenému startu. Pecní atmosféra, doba udržování, rychlost rotace a poloha hořáku mají také vliv na životnost vyzdívky. Ta za normálních podmínek činí 100 až 300 tavicích cyklů. [32, CAEF, 1997], [110, Vito et al., 2001] 2.4.5.3

Metalurgie

Rotační pece se používají ve slévárnách neželezných kovů po mnoho let. V tomto zařízení zajišťují tradiční olejové hořáky relativně nízké tavicí teploty. Vývoj kyslíkových hořáků umožnil zavedení výroby litiny, použití relativně většího množství ocelového šrotu a grafitu jako nauhličovadla.

3

Údaj platí v případě, že není započtena energie pro výrobu kyslíku., se započtením výroby kyslíku bude účinnost menší o 10 až 15 %.


44

Kapitola 2

Podstatnou nevýhodou rotační pece je fakt, že také spaluje Fe, C, Si, Mn a S. Tyto ztráty musí být kompenzovány dodáním legujících prvků před nebo po tavení. Účinnost přidání těchto prvků je obvykle poněkud nízká. Mezi přední a zadní stranou lázně se mohou vyskytnout gradienty koncentrace z nedostatku axiálního pohybu, nehomogenity v radiaci a atmosféře nad velkým povrchem lázně. [110, Vito, 2001] 2.4.5.4

Použití

Vzhledem k charakteru rotační pece jako pece dávkové zajišťuje tato ve slévárně litiny stejnou flexibilitu jako indukční kelímková pec (bez jádra). Investiční náklady jsou však mnohem nižší. Pětitunová pec stojí 500 000 – 600 000 EUR, přičemž 30 % nákladů připadá na odtahový systém a odprašování. Indukční pec bude stát třikrát více. Pec rotační je také dobrou alternativou místo malé kuplovny z důvodu vyšší flexibility a nižších nákladů na ochranu životního prostředí. Rotační pece se používají k tavení objemů od 2 do 20 tun s výrobní kapacitou od 1 do 6 t/hod. [110, Vito et al., 2001] 2.4.5.5 • • • • •

možnost rychlé změny slitiny tavení je bez nečistot, bez nasíření nízké investiční náklady malý odprašovací systém z důvodu malého množství spalin snadná údržba.

2.4.5.6 • • •

Výhody

Nevýhody

snadný propal C, Si, Mn není-li provozována kontinuálně může dojít k vysoké spotřebě plynu nebo kyslíku spotřeba energie se zvýší, jestliže se do vsázky přidá více ocelového šrotu. [110, Vito et al., 2001]

2.4.6

Nístějová pec (plamenná pec)

Nístějová pec (plamenná pec) je statická pec s přímým vytápěním. Horký vzduch a plyn z topného oleje nebo horký vzduch a plyn, se spalují jsou dmýchány nad kov (tavbu) a odtahovány z pece. Nístějová pec nachází své hlavní uplatnění při tavení neželezných kovů. Typické schéma pece je znázorněno na obrázku 2.18.

Obrázek 2.18: Řez nístějovou pecí [175, Brown, 1999]


45

Kapitola 2

Nístějová pec je žáruvzdorně vyzděná obdélníková nebo kruhová pec, která je vyhřívána hořáky, jež jsou namontovány ve víku, případně ve stěně. Ke zvýšení rychlosti tavení se používají různá paliva nebo kyslíkopalivové hořáky. Obvykle se provádí odsávání a úprava spalovacích plynů. Pece jsou částečně utěsněny, víka zajišťují odsávání během odpichu a sázení. Pec může být konstruována v mnoha konfiguracích podle typu kovu a použití. Různá jsou také provedení nístěje a bočních stěn pro specifické účely tavení, dmyšny a trysky pro spalované plyny. Pece mohou být někdy naklápěny. Účinnost tavení nístějové pece není obvykle vysoká z důvodu nízkého převodu tepla z hořáku na vsázku. V praxi se účinnost může zlepšit obohacením paliva kyslíkem nebo použitím kombinace plynu a pevného paliva pro prodloužení délky plamene. Tyto pece se používají pro tavení v dávkách, k rafinaci, udržování různých materiálů. Nístějové pece jsou využívány hlavně pro tavení velkého množství neželezných kovů. [155, European IPPC Bureau, 2001] Velké nístějové pece mají vysokou rychlost tavení a mohou pracovat s kusovou vsázkou, ale přímý kontakt mezi plamenem a vsázkou může vést k vysokým ztrátám kovu, naplynění a výraznému znečištění oxidy. Řízení teploty je také obtížné. Tyto potíže mohou být překonány některými praktickými zkušenostmi, například množství stěrů lze snížit použitím některých tavidel. Moderní hořáky pak snižují problémy s řízením teploty. Po odpichu, filtraci a odplynění se může přistoupit k další úpravě, protože kov je převezen do udržovacích pecí. [42, US EPA, 1998], [48, ETSU, 1994], [155, European IPPC Bureau, 2001], [175, Brown, 1999] 2.4.7

Šachtová pec

2.4.7.1

Popis

Je to jednoduchá vertikální pec se sběrnou nístějí (uvnitř nebo vně pece), hořákovým systémem na spodním konci a sázecím systémem v horní části. Hořáky jsou obvykle plynové a jsou navrženy pro oxidační nebo redukční atmosféry. To dovoluje, aby se kov natavil s oxidací, nebo bez ní. Kov je dávkován vrchem pece a nataven v době, kdy prochází dolů šachtou. Nezávislé řízení poměru palivo/vzduch se obvykle provádí pro každý hořák. Průběžné monitorování CO nebo vodíku se také provádí pro každou řadu hořáků, a monitorování spalovacích plynů dokonce pro každý hořák v řadě. Spalovací plyny jsou obvykle odsávány a čištěny. Někdy se aplikuje dodatečné spalování, aby se rozložil všechen oxid uhlíku, olej, VOC nebo dioxiny, jež se uvolňují. Aby se zajistilo dodatečné spalování v horní části šachty nebo vysoké pece, používá se nad tavicím pásmem dodatečně přivedený kyslík. Pec se používá pro tavení čistého kovového materiálu, ale příležitostně může být použita i pro tavení kovu, který je kontaminován organickým materiálem. Je-li do pece dodán zaolejovaný kov, prochází teplotním gradientem, který je mezi sázecí oblastí a hořáky. Nízká teplota může vytvářet mlhu částečně spáleného organického materiálu. Šachtová pec se také užívá pro předehřev vsázkového materiálu před tavením. Typický představitel takové pece je znázorněn na obrázku 2.19. Tento typ pece se využívá pouze pro tavení neželezných kovů, zvláště hliníku. Kvůli složité konstrukci a náročné obnově žárovzdorné vyzdívky se pec používá pouze pro kovy s nízkým bodem tavení, proto jsou požadavky na údržbu vyzdívky pece poměrně omezené. Obvyklá životnost vyzdívky činí 4 až 8 let. Moderní typy pecí s řízeným systémem hořáků za pomoci počítače dosahují využití energie 650 kWh/t nataveného hliníku (při 720 °C). Teoretická energetická potřeba je 320 kWh/t, proto činí tepelná účinnost 50 %.


46

Kapitola 2

Šachtová pec je průběžná tavicí pec s velkou kapacitou, s výkonem od 0,5 do 5 t/hod. a udržovací kapacitou do 50 t. Pro udržovací funkci pece je změna slitiny obtížná. [48, ETSU, 1994], [155, European IPPC Bureau, 2001]

Waste gas temperature control – tepelná kontrola odpadních plynů Waste gas hood – odsavač odpadních plynů Baffle (flue covering) – zákryt kouřových plynů Preheating zone – předehřívací zóna Burners – hořáky Melting chamber – tavící komora Charging door – vsázecí otvor Charging car – zavážecí koš Charging unit – zavážecí jednotka Shaft/melting zone – šachta tavící zóny Furnace body – tělo pece

Obrázek 2.19: Šachtová pec [48, ETSU, 1994] 2.4.7.2 • • •

z důvodu dlouhého předehřevu je vsázka před zahájením tavení velmi dobře vysušena, proto je pec velmi vhodná pro Al z důvodu sníženého rizika naplynění vodíkem relativně nízké investiční a provozní náklady, provozní náklady se drží nízko díky efektivnímu předehřívání, automatickému řízení a dlouhé životnosti vyzdívky technickými výhodami jsou: nízké naplynění, vynikající řízení teploty a nízká ztráta kovu.

2.4.7.3 •

Výhody

Nevýhody

žádná flexibilita, co se týká možnosti změny slitiny. [110, Vito, 2001]

2.4.8

Kelímková pec

2.4.8.1

Popis

Existují jednoduché kelímky, které jsou ohřívány externě spalováním plynu, případně topného oleje, elektřinou a nebo pro nižší teploty jinými médii. Je zabráněno kontaktu taveniny s přímým plamenem, aby se zamezilo vytvoření přehřátých míst na dně kelímku. V tavenině se tak zajistí dobré řízení teploty, a tím se zamezí oxidaci a odpařování kovu.


47

Kapitola 2

Tento typ pece se používá pouze pro tavení neželezných kovů. Z důvodu nepřímého ohřevu (přes stěny kelímku) nedochází k žádnému naplynění spalinami nebo plynem. Tyto pece se používají pro výrobu malého množství nataveného kovu (méně než 500 kg na dávku) a pro malé výrobní kapacity. Ukázky pecí jsou znázorněny na obrázku 2.20.

Obrázek 2.20: Kelímkové pece [237, HUT, 2003] Pro odlévání roztaveného kovu do forem se kelímek naklápí ručně, pomocí jeřábu, případně mechanicky. Pro materiály na bázi mědi se používají kelímky z grafitu nebo karborundu (karbid křemíku), zatímco hliník může být nataven také v litinových kelímcích. Kelímkové pece pro udržování, přepravu a zpracování kovu jsou ve slévárnách železných kovů nazývány pánvemi. [110, Vito, 2001], [126, Teknologisk, 2000], [225, TWG, 2003] 2.4.8.2

Tavení

Studená vsázka je vsazena do kelímku, aby se roztavila, spustí se vytápění na plný výkon. Při 50 až 100 °C, pod teplotou bodu tavení, je energie vypnuta a vsázka je dále ohřívána tepelnou setrvačností kelímku. Po dosažení požadované teploty je vypnut řídicí systém. Po odstranění strusky se může provádět úprava taveniny. To zahrnuje odstranění kyslíku, odplynění, rafinaci zrna, doplnění prchavých kovů, jako jsou zinek a hořčík, poté se struska před litím stáhne ještě jednou. Kromě pravidelné obnovy kelímku není potřeba žádné údržby. Čas obnovy je primárně závislý na tavené slitině. Několikanásobné změny slitin způsobují rychlejší opotřebení kelímku. Kelímky z SiC používané pro nízkotavitelné slitiny mají životnost od 130 do 150 vsázek. Pro slitiny s vysokou tavicí teplotou je životnost 50 až 80 vsázek. Tepelná účinnost je 750 – 3 000 kWh/t pro hliník, tj. 15 – 30% účinnost. [34, Binninger, 1994], [110, Vito, 2001], [126, Teknologisk, 2000] 2.4.8.3 • • •

jednoduchá technologie snadná údržba flexibilita, co se týká změny slitiny.

2.4.8.4 •

Výhody

Nevýhody

nízká účinnost a výrobní kapacita. [110, Vito et al., 2001]


48

Kapitola 2

2.4.9

AOD konvertor pro oduhličení a rafinaci oceli argonem a kyslíkem

AOD (Argon Oxygen Decarburisation – konvertor pro oduhličení oceli argonem a kyslíkem) konvertor je speciální pec pro rafinaci oceli. Roztavený kov je převeden přímo z tavicí pece (obecně elektrické obloukové pece) do konvertoru. Jak je patrné z obrázku 2.21, kyslík (pro odstranění uhlíku, křemíku) a plynný argon (pro míchání) mohou být vháněny do konvertoru pomocí dmyšen, které jsou umístěny v jeho spodní části pro rafinaci kovu. Konvertor je vybaven naklápěcím systémem, aby mohl být plněn a vyprazdňován. V AOD konvertoru lze vyrábět ocel o přesném chemickém složení, ale při vysokých nákladech. Mimo USA se konvertor ve slévárnách oceli příliš nepoužívá.

Obrázek 2.21: Konvertor pro oduhličení argonem a kyslíkem [237, HUT, 2003] První fáze rafinačního procesu sestává z oduhličení vháněním kyslíku do konvertoru. To je proces rafinace, který udržuje obsah uhlíku vsázkového materiálu ve specifickém rozmezí tak, jak je požadováno. Oduhličení je iniciováno vháněním kyslíku do kovové lázně. Vytváří silné míchání, během něhož je uhlík v tavenině spálen. Ve stejnou dobu „var“ redukuje oxid železa, vyhořívá křemík a z kovové lázně odchází vodík a dusík. Všechny nečistoty (oxidy) jsou zachyceny ve strusce. V průběhu tavení lze přidat vápno pro vytvoření požadované konzistence strusky. Pokud uhlík dosáhne požadované koncentrace, je vhánění kyslíku zastaveno. Pro zastavení varu se při výrobě nerezových ocelí přidá křemík a mangan. Ředění kyslíku argonem nebo dusíkem pomáhá oxidaci uhlíku ve vztahu ke kovovým prvkům, jako je železo, chrom atd., což vede k velmi dobrým výnosům kovu. Poté se ke kovu přidá Al, Si, nebo vápenec a vhání se argon, aby se odstranila síra. Průběžné vhánění plynu způsobí dokonalé promíchání strusky a kovu, což snižuje hodnoty síry pod 0,005 %. Zbytkový obsah plynu upraveného kovu (vodík a dusík) je velmi malý. Všechny nečistoty jsou zachyceny ve strusce a spolu s ní jsou odstraněny. Po úpravě kovu a jeho teploty je kov přelit do pánví k lití. [174, Brown, 2000], [32, CAEF, 1997] 2.4.10

VODC konvertor pro oduhličení a rafinaci oceli argonem a kyslíkem ve vakuu

VODC (Vacuum Oxygen Decarburisation Converter) konvertor pro oduhličení oceli kyslíkem ve vakuu pracuje takovým způsobem, že roztavená ocel je v konvertoru, který je připojen k vakuovým pumpám, parním ejektorům a ke zdroji plynného argonu. Pro získání vysoké jakosti nerezavějící oceli se při úpravě ve vakuu provádějí dva odlišné procesy. První proces: • ocel je oduhličena dmýcháním kyslíku do tavby, současně je ze dna konvertoru vháněn argon, konvertor využívá vakuové pumpy ke snížení parciálního tlaku oxidu uhelnatého až do rozsahu efektivního oduhličení bez velkého okysličení chromu i tento proces se podobá postupu oduhličení AOD, ale je zde menší spotřeba argonu díky celkovému menšímu tlaku plynu, čímž je proces mnohem efektivnější i oxidovaný chrom je redukován hliníkem zpět do tekuté oceli.


49

Kapitola 2

Druhý proces: • zahrnuje odplynění, konvertor je přiveden do vysokého vakua (1 – 5 mbar) za použití kruhových vodních čerpadel a parních ejektorů, pokračuje jemné probublávání argonem, aby se udržoval efektivní pohyb oceli i při velmi nízkém tlaku se celkový obsah kyslíku a síry výrazně sníží, což je přínosem pro mechanické vlastnosti oceli. Nízkolegované oceli se odplyňují běžným způsobem. Proces VODC zajišťuje specifickou jakost oceli, které nelze dosáhnout použitím jiných metod. Pro tento způsob tavení oceli je typický nižší obsah kyslíku než pro oceli tavené v elektrické obloukové peci a upravované v AOD, protože vysoká hladina vměstků oxidů je z tavby odstraněna během procesu VODC a většina rozpuštěného kyslíku je potom dále odstraněna během fáze odplynění. [202, TWG, 2002] 2.4.11

Úprava oceli

Aby byla garantována dobrá jakost odlitku, potřebuje litá ocel další úpravu k odstranění nečistot a možných příčin defektů. Jedním z takových procesů je dezoxidace, při níž se kyslík rozpustí v tekuté oceli ve formě FeO. Může se vyskytovat v oceli během tuhnutí, v kombinaci s C pak tvoří CO. Tento proces může změnit složení oceli a vytvořit porozitu, dezoxidace je proto vždy nezbytná. Provádí se pomocí prvků, které mají možnost vázat kyslík. Křemík, vápník, titan, zirkon a hliník jsou možné dezoxidanty, nejúčinnější a nejpoužívanější je však hliník. Přidává se ve formě tyček nebo drátů (obrázek 2.22). Úprava se obvykle provádí v peci a v pánvi. Vyrobený oxid hliníku je nerozpustný v tavenině a smíchá se struskou.

Obrázek 2.22: Dezoxidace s použitím hliníkového drátu [237, HUT, 2003]


50

Kapitola 2

Při zvyšování pevnosti oceli v tahu se snižuje škodlivý vliv síry. Síra je v tekuté oceli rozpustná, ale během tuhnutí precipituje jako MnS. Precipitáty se vyskytují v různých formách a mají různý účinek. Tvorba sulfidů se vztahuje k obsahu zbytkového hliníku po dezoxidaci. Zbytkové množství Al by mělo dovolit tvorbu sulfidů typu III. [110, Vito, 2001], [174, Brown, 2000] 2.4.12

Úprava litiny

2.4.12.1

Legování

Během tavení některé prvky v tavenině oxidují a ztrácejí se ve strusce. Na konci periody tavení je nutno provést korekci složení, aby byla garantována správná konečná jakost. Pro nelegovanou litinu je legování třeba provést u těchto prvků: C, Si, Mn, S, a P. Jestliže má být dosaženo speciálních vlastností, přidávají se specifické legující prvky od aluminia po zirkon v koncentracích nižších než 1 % až po více než 30 %. Obecně se tyto legující prvky přidávají jako kovové legury v blocích, nebo drcené. Přidávají se do tekutého kovu, protože to snižuje riziko oxidačních ztrát. Přidávají se do pece do proudu roztaveného kovu při lití, nebo vkládáním přísad do transportní pánve před vylitím tekutého kovu do pánve. [110, Vito et al., 2001] 2.4.12.2

Homogenizace

Přidání legujících prvků může být příčinou nečistot, jako jsou oxidy, sulfidy nebo karbidy. Aby se snížil negativní účinek těchto komponentů, je kov přehřát na 1 480 až 1 500 °C. Přehřátí může během tuhnutí ovlivnit precipitaci grafitu. Homogenizace má následující pozitivní účinky: • redukci oxidů (FeO, SiO2, MnO) pomocí C, který tvoří bubliny CO; průchodem přes taveninu tyto bubliny odstraňují z taveniny H2 a N2 • při vysoké teplotě a za intenzivního pohybu nečistoty koagulují a přecházejí k povrchu taveniny rychleji kde jsou zachyceny struskou. [110, Vito et al., 2001] 2.4.12.3

Odsíření a oduhličení litiny roztavené v kuplovně

Z důvodu kontaktu tekutého kovu s koksem má litina natavená v kuplovně relativně vysoký obsah síry. Nasíření v kuplovně snižuje viskozitu tekutého kovu, což je v některých případech výhodou, např. pro tenkostěnné odlitky ze šedé litiny. Jestliže má být litina upravena pomocí Mg (jak je popsáno v další sekci) pro výrobu jakostní tvárné litiny, potom musí být nejprve odstraněna síra, aby se zabránilo nadměrné spotřebě Mg. To se obvykle provádí použitím jedné z mnoha metod. Např. při metodě „porézní zátky“ se aplikuje plynný dusík nebo argon s práškovým CaC2. Po kontaktu s tekutým kovem se tvoří CaS, který je odstraněn do strusky. Upravovaný kov potom teče do udržovací pánve, ze které je odpichem dopraven k další úpravě.


51

Kapitola 2

2.4.12.4

Nodularizace taveniny

Tvárnou litinu získáme přidáním Mg buď čistého, nebo jako slitiny FeSiMg, případně NiMg do roztaveného kovu. Předtím je však nezbytné provést odsíření, aby byla zajištěna úspěšná nodularizace. Přítomnost Mg v tavenině vyvolává tuhnutí grafitové fáze ve tvaru mikroskopických kuliček. To zvyšuje mechanické vlastnosti, jako je pevnost v tahu a tažnost. Existuje několik postupů, které mohou být použity pro zavedení Mg do tekutého kovu: • polévací metoda − nejjednodušší metoda, kdy je tekutý kov lit přes Mg slitinu uloženou na dně pánve • sendvičová metoda − slitina Mg je umístěna na dně speciálně navržené pánve, je přikryta ocelovým plechem nebo FeSi, jak je znázorněno na obrázku 2.23; kov je naléván do pánve a po roztavení poklopu dochází k reakci Mg • metoda Tundisch − je to vylepšená sendvičová metoda, kdy je pánev zakryta víkem poté, co je na dno pánve umístěn Mg; kov se lije do konkávního víka, teče přes otvor do pánve, kde dochází k reakci • ponořovací metoda − pomocí ponořovacího zvonu je slitina Mg ponořena do tekutého kovu, dokud neustane reakce, během úpravy je víko pánve uzavřeno, aby se zamezilo emisi dýmu MgO • konvertor G Fischer − tento proces používá speciální pánev s komůrkou, v níž je Mg a která je pevně uzavřena víkem kov je nalit do konvertoru v horizontální poloze, konvertor je potom sklopen do vertikální polohy a dovoluje slitině Mg reagovat s kovem i když je reakce ukončena, konvertor je sklopen zpět do horizontální polohy a po otevření víka se tavenina vylije • metoda plněného drátu − velmi jemný práškový Mg je stočen do pocínovaného ocelového plechu a tvoří plněný drát i tento drát je potom vsunován řídicím mechanizmem do štíhle tvarované pánve, kde se Mg uvolňuje a reaguje s kovem • úprava proudu − kov je vléván do speciálně navržené reakční komory, ve které byla předtím umístěna slitina Mg • zkujňovač − u této metody je kov vléván do reakční komory, kde je jeho tok nucen tvořit vír, slitina Mg je přidána do víru s inertním nosným plynem i úprava může být provedena pro velké množství kovu nebo během plnění formy • inmold proces − u této metody je slitina Mg ve tvaru tablety přidána přímo do dutiny formy (vtokové soustavy), reakce se děje během plnění formy a zajišťuje vysokou efektivnost nodularizace

Slitina Mg

Ocelové odstřižky

Obrázek 2.23: Sendvičová metoda nodularizace [237, HUT, 2003] Pro nodularizaci musí být kov nalit do formy v přesně stanoveném čase. Účinek Mg rychle slábne a je nezbytné provést další úpravu, jestliže byl překročen určitý časový limit (10 až 15 minut).


52

Kapitola 2

2.4.12.5

Očkování taveniny

Hrubě vyloučený grafit v kovové matrici znamená nízké mechanické vlastnosti materiálu. Aby se dosáhlo jemné krystalické metalurgické struktury, je třeba před odlitím provést očkování taveniny. To vnáší zárodky pro růst krystalů v tavenině kovu. Pro tento účel se obvykle používá slitina FeSi. V očkovadle jsou často obsaženy Ca, Al a vzácné prvky. Aplikuje se několik postupů pro očkování tekutého kovu: • přidávání během odpichu − očkovadlo je přidáváno přímo do proudu kovu během odpichu • přidávání během lití − očkovadlo je přidáváno přímo do proudu kovu během lití do formy (obrázek 2.24) • přidávání plněného drátu do taveniny (viz sekci 2.4.12.4) • inmold proces (viz sekce 2.4.12.4)

Obrázek 2.24: Očkování v průběhu lití [237, HUT, 2003] 2.4.13

Úprava neželezných kovů

Existují tři hlavní operace úpravy kovu (rafinace) prováděné v procesu tavení hliníku: • odplynění − roztavený hliník rozpouští vodík, který je během chladnutí vyloučen a v konečném odlitku může vést k porozitě, vodík je proto třeba odstranit, což se provádí probubláváním inertního plynu taveninou, dobré metody odplynění zajišťují bubliny s vysokou rezistencí a velkou plochou povrchu i odplynění hliníku se většinou provádí použitím stanice s impelerem i při této úpravě se používá rychle se otáčející míchadlo za současného vhánění dusíku do taveniny, odplynění je často kombinováno s čištěním kovu, čištění se provádí proto, aby se odstranily alkálie nebo alkalické kovy, jako je Ca, čištění může být prováděno plynným Cl2, používání HCE pro tyto účely bylo v Evropské unii zakázáno (Směrnice 97/16/EC), pro současné odplynění a čištění se většinou používá směs dusíku se 3 % Cl2, při alternativní metodě odplynění se používají tablety, trysky s porézní hlavou nebo porézní kámen v udržovací peci • modifikace a rafinace zrna − pro slitiny hliníku se obvykle zahrnuje přídavek malého množství kovu do taveniny, ten řídí velikost zrna a modifikuje mikrostrukturu tuhnoucího kovu, zvyšuje mechanické vlastnosti i pro modifikaci se používá sodík a stroncium, jemné rafinace se dosahuje titanem, borytem titanu, zirkonem a uhlíkem, úprava se většinou provádí v kombinaci s odplyněním v určené stanici pro úpravu kovu • použití tavidel − zahrnuje přidání pevného fluoridu na bázi tavidla do tavby pro odstranění nečistot. [164, UK Environment Agency, 2002], [175, Brown, 1999], [178, Wenk, 1995]


53

Kapitola 2

Existují čtyři hlavní operace (nebo rafinace) kovu prováděné v procesu tavení hořčíku: • modifikace zrna − modifikátory zrna pro zpracování slitin hořčíku jsou obvykle ve formě zirkonu, nebo hexachloetanu, používání HCE pro tyto účely bylo v Evropské unii zakázáno (Směrnice 97/16/EC) • přidání tavidla − zahrnuje přidání alkálií, zemních alkálií, chloridu a fluoridu do taveniny pro odstranění nečistot • odplynění − pro odplynění a odstranění oxidů se používá hořčík zpracovaný plynným argonem nebo chlorem, kde argon je nosným plynem • řízená oxidace − přítomnost berylia v tavenině modifikuje a zastavuje oxidaci, dokončená slitina hořčíku obsahuje až 15 ppm berylia aby bylo vneseno berylium, může být do roztavené slitiny hořčíku přidána hlavní slitina hliník/hořčík, která obsahuje až nominálních 5 % berylia, řízení oxidace může být také dosaženo pokrýváním povrchu kovu nosným plynem jako je dioxin a nebo argon, který obsahuje až 4 % hexafluoridu síry, dnes jedinou alternativou SF6 je SO2, je podstatně levnější než SF6, ale hlavním nedostatkem je jeho toxicita, a proto musí být operace dobře uzavřena, v současné době používá SO2 pouze 1/3 sléváren v Evropě, řízené oxidace může být dosaženo pokrytím povrchu taveniny práškovou sírou, tento problém bude uveden v sekci 4.2.7.1. Existují tři hlavní operace (nebo rafinace) kovu prováděné v procesu tavení mědi. Roztavená měď rozpouští kyslík a vodík, které se mohou znovu spojovat a tvořit vodní páru. Vodní pára znamená tvorbu porozity v odlitku, proto se pro odstranění vodíku, resp. kyslíku používá odplynění a dezoxidace. Používané postupy úpravy kovu jsou následující: • dezoxidace − dezoxidace se provádí přidáním reagentu, který váže kyslík a tvoří tekutou strusku, musíme být velmi opatrní, abychom předešli dezoxidaci výrobků, která by přešla do chladnoucích odlitků, kdyby zbytkový dezoxidant nepříznivě ovlivnil vlastnosti slitiny, nejrozšířenějším dezoxidačním reagentem je fosfor, alternativou je hořčík, mangan, vápník, křemík a bor • odplynění − vodík se odstraňuje z taveniny probubláváním inertního plynu lázní, může se použít jak argon tak i dusík, postup je srovnatelný s odplyněním hliníku • použití tavidla − hliník ve slitinách může oxidovat a tvořit oxidační blány, tyto mohou při lití způsobit problémy, v jiných slitinách než jsou hliníkové mohou stopy hliníku způsobit defekty, proto mají být odstraněny použitím tavidel, tavidla se také používají pro pokrytí povrchu, aby se předešlo oxidaci, propalu zinku a naplynění vodíkem, pro každý typ slitin existují specifická tavidla. [165, UK Environment Agency, 2002], [182, Closset, 2002]

2.5

Výroba forem a jader

Formování sestává z výroby formy, do které bude nalit roztavený kov. U některých forem potřebujeme mít přesně stanovené vlastnosti, abychom vyrobili jakostní odlitky, např.: - reprodukovat s vysokou rozměrovou přesností tvar modelu odlitku - dát odlitku hladký povrch, abychom se vyhnuli následnému čištění - zabránit jakýmkoliv vadám, jako jsou praskliny, bodliny apod. Tak jako forma definuje vnější tvar odlitku, jádro definuje vnitřní tvar nebo alespoň jeho části, jež nelze dosáhnout formováním.


54

Kapitola 2

Formy mohou být zařazeny do dvou velkých skupin: - formy na jedno použití (jednorázové) − tyto formy jsou vyrobeny speciálně pro každý odlitek a po odlití jsou zničen, jsou obvykle vyrobeny z ostřiva a pojeny chemicky nebo jílem, nebo jsou dokonce bez pojiv, do této skupiny mohou být začleněny odlitky přesného lití vyráběné v keramických formách - trvalé formy (formy vícenásobného použití) − se používají pro tlakové, kokilové a odstředivé lití; jsou vyrobeny z kovu, což je pro ně typické. Jádra, která jsou vyrobena pro litinové odlitky, jsou vždy vyrobena z křemenného ostřiva. Volba použité pojivové technologie závisí na takových faktorech, jako je velikost odlitku, výkon výroby, litý kov, vlastnosti vytloukání apod. V případě formování do formovací směsi může být forma vyrobena ručně nebo mechanickým pěchováním, jako je střásání, lisování, impulz, vibrace apod. Když má forma dostatečnou pevnost, je uvolněna od modelu, jenž je potom použit k výrobě nové formy. Jádra mohou být v závislosti na své velikosti vyráběna stejným postupem, ale jádra malé nebo střední velikosti jsou často zhotovena foukáním nebo vstřelováním do dřevěných, plastových nebo kovových jaderníků. Pro neželezné odlitky se odlévá asi 30 % slitin mědi do jednorázových forem, 10 % odlitků ze slitin lehkých neželezných kovů se odlévá ve formě pro jedno použití. Výrobu modelů kovových forem a kokil zajišťují externí dodavatelé. Tyto činnosti mohou být zařazeny do sektorů zpracování kovu a plastů. [2, Hoffmeister, et al., 1997], [32, CAEF, 1997], [110, Vito et al., 2001] 2.5.1

Suroviny

2.5.1.1

Žárovzdorná ostřiva

Typ pojiva, fyzikální nebo chemické vlastnosti ostřiva, jež se používají pro výrobu forem a jader, ovlivňují jejich vlastnosti a chování během lití. Tyto materiály znamenají 95 až 99 % použitých surovin pro výrobu jednorázových forem a jader. Nákupní cena každého typu ostřiva má čtyři složky – těžbu, přípravu, balení a dopravu. Dopravní náklady budou různé podle regionů. Hlavním nákladem je však cena typu ostřiva. Průměrná nákupní cena různých typů ostřiva vykazuje velké rozdíly. Z dotazníku zpracovaného ve Velké Británii v roce 1995 vyplývá, že cena za tunu chromitového a zirkonového ostřiva byla 9 a 14krát vyšší než za křemenný písek. V Portugalsku se náklady na ostřivo liší podle prodaného množství, ale ostřivo je zde obecně levnější než ve Španělsku, Francii nebo Itálii. Ceny v Portugalsku (rok 2003) se pohybují v rozmezí 20 – 25 EUR/t suchého křemenného písku AFS 55. K této částce je nutné přičíst dopravu. Ceny za křemenný písek se v České republice (rok 2003) pohybují mezi 10 a 20 EUR/t. Cena závisí na objemu, balení a zpracování písku. Cena za chromitové ostřivo je 250 – 300 EUR/t a za zirkonové ostřivo činí 250 – 400 EUR/t. [72, ETSU, 1995], [225, TWG, 2003] Různé typy žárovzdorných ostřiv, jež jsou používány pro slévárenské účely, jsou popsány v následujících oddílech.


55

Kapitola 2

2.5.1.1.1

Křemenné ostřivo

Tento typ ostřiva je používán nejběžněji, ve většině případů proto, že je široce dostupný a relativně levný. Křemenný písek se skládá z minerálního „křemene“ (SiO2), který je víceméně ryzí a čistý v závislosti na svém původu. Jeho měrná hmotnost v suchém stavu kolísá mezi 2,5 až 2,8 kg/dm3. Sypná hmotnost suchého křemenného ostřiva činí 1,4 až 1,6 kg/dm3. Tepelná expanze křemenného písku vytváří pohyb formy po lití při chladnutí, proto se používají specifické přísady pro výrobu jader, aby se předešlo vadám odlitků. Mohou to být dřevěné piliny, oxid železa nebo regenerovaný písek. Písek obsahující živec má menší tepelnou rozpínavost než čistý křemenný písek a nižší bod slinování. Křemenný písek je neutrální. Je kompatibilní s pojivy a normálními litými slitinami kovů. Dýchatelné částice (RPM Respirable Particulate Matter) křemene jsou IARC klasifikovány jako karcinogenní [233, IARC, 1997]. Je to záležitost bezpečnosti a zdraví při práci. Stále se pokračuje ve výzkumu, jenž by určil, zda existuje také problém ve znečištění ovzduší. Množství křemíku v prachu je definováno obsahem křemíku ve vstupních materiálech. V technologii formování na syrovo je rozložení velikosti zrna ostřiva ve směsi velice důležité. Obrázek 2.25 ukazuje typické rozložení velikosti zrna křemenného písku. Distribuce velikosti zrna se používá k výpočtu velikosti středního zrna d5, to udává celkovou jemnost ostřiva. Čím nižší je hodnota d50, tím jemnější je ostřivo. Alternativním systémem třídění je číselný údaj AFS = American Foundry Society. Jemnější ostřivo bude mít více zrn na jeden gram a tím větší plochu povrchu. Vyžaduje to přidávání více pojiva na stejnou pevnost formy. Provozovatelé proto zkoušejí použít hrubší písek, ale takový, který ještě splňuje konečné hledisko dobrého povrchu. Vhodné střední zrno je d50 = 0,24 – 0,36 mm. Pro velmi hladké povrchy je třeba použít jemný písek, obvykle takový, jež má střední zrno v rozmezí 0,12 – 0,16 m, v některých případech se také používá jemné ostřivo jako náhrada za nátěry forem. [110, Vito, 2001], [202, TWG, 2002], [225, TWG, 2003]

Obrázek 2.25: Typická distribuce/klasifikace velikosti zrna pro slévárenský/křemičitý křemenný písek [110, Vito et al., 2001]


56

Kapitola 2

2.5.1.1.2

Chromitové ostřivo

Chromit je chromová ruda s teoretickým vzorcem FeO (obsahuje další komponenty jako je oxid hořčíku a hliníku). Pro jeho použití ve slévárnách musí být obsah oxidu křemičitého nižší než 2 %, aby se předešlo spékání při nízkých teplotách. Jeho vlastnosti jsou následující: - měrná hmotnost chromitu − 4,3 až 4,6 kg/dm3 - teoretický bod tavení − 2 180 °C, přítomnost nečistot ji může snížit na 1 800 °C - tepelná vodivost − o více než 25 % vyšší než pro křemenný písek - tepelná expanze − pravidelná, bez bodu přeměny a nižší než u křemenného písku - pH zásadité − od 7 do 10. Chromitové ostřivo má vyšší žárovzdornost než křemenné, je tepelně stabilnější a má větší chladicí schopnost. Chromitový písek zajišťuje lepší povrch u větších odlitků, je proto používán pro výrobu větších odlitků a v oblasti forem, kde je vyžadováno chlazení. [32, CAEF, 1997] 2.5.1.1.4

Zirkonové ostřivo

Zirkon je křemičitan zirkoničitý, ZrSiO4, a je nejrozšířenější zirkonitovou rudou. Jeho vlastnosti jsou následující: - měrná hmotnost zirkonu: 4,4 až 4,7 kg/dm3 - bod tavení − vyšší než 2 000 °C - tepelná vodivost − o více než 30 % vyšší než u křemenného písku - tepelná expanze − pravidelná, bez bodu přeměny, a nižší než u křemenného písku. Obecné vlastnosti zirkonového ostřiva jsou podobné jako u chromitu, ale při užití zirkonového ostřiva lze dosáhnout lepšího povrchu odlitku. S těmito fyzikálními a tepelnými vlastnostmi se počítá při jeho užití pro formování nebo pro výrobu jader v obtížných případech i navzdory jeho vysoké ceně. [32, CAEF, 1997], [72, ETSU, 1995] 2.5.1.1.4

Olivínové ostřivo

Olivínová ostřiva jsou minerální skupinou, která zahrnuje forsterit, fayalit a další. Charakteristiky jsou následující: - bod tání forsterit 1 890 °C, fayalit: 1 205 °C - hmotnost 3,2 do 3,6 kg/dm3 - pH kolem 9. Zásadité pH činí tento typ ostřiva nevhodným pro použití s kyselými katalyzátory pojivových systémů. Olivínové ostřivo se vyrábí drcením přírodních skal, což vysvětluje jeho rozdílné vlastnosti. Používá se pouze pro formování a výrobu jader manganových ocelových odlitků. Přítomnost manganu vylučuje přítomnost křemíku, protože tyto dva komponenty reagují a tvoří snadno tavitelnou sloučeninu. Nahlášená nákupní cena ze Španělska je 130 EUR/t (2002). [32, CAEF, 1997], [210, Martínez de Morentin Ronda, 2002]


57

Kapitola 2

2.5.1.2

Pojiva a jiné chemikálie

2.5.1.2.1

Bentonit

Bentonit je jíl − montmorilonit, který má lamelární strukturu. Přidáním vody struktura jílu nabobtná adsorpcí molekul vody. Jíl se potom stává zpracovatelný a během míchání může být rozestřen tak, že pokrývá zrna písku. Přírodní vápenaté bentonity po smíchání s vodou nebobtnají ani nevytváří gely. Dnes se používají pouze pro speciální odlitky. Tyto bentonity mohou být „aktivovány“ po úpravě bezvodým uhličitanem sodným a dávají „sodou aktivované bentonity“. Takto upravené bentonity se všeobecně používají ve slévárnách litin a oceli po celé Evropě. Jejich vlastnosti se přibližují vlastnostem přírodního sodného bentonitu. Přírodní sodné bentonity při míchání s vodou silně nabobtnají. Hlavními rysy bentonitové směsi jsou vysoká vaznost, přijatelné změny vlastností směsi s měnícím se obsahem vody, vysoký odpor k tepelné degeneraci při vysoké teplotě. Protože se dovážejí z USA, kde se obecně používají, jejich cena celkově limituje jejich použití. Roztavený kov, který je odléván do formy z bentonitové směsi, tuto směs značně ohřívá. Toto teplo odstraňuje ze směsi vlhkost a narušuje pojivovou strukturu bentonitu. Jestliže během lití a chladnutí zůstává bentonit pod deaktivační teplotou, lamelární struktura se udrží, stejně jako schopnost nabobtnat a udržet kohezi. Deaktivační teplota kolísá podle typu bentonitu. Ceny za bentonit se pohybují mezi 70 – 250 EUR/t v závislosti na balení a typu (Česká republika, 2003). [32, CAEF, 1997], [73, ETSU, 1995], [202, TWG, 2002], [225, TWG, 2002] 2.5.1.2.2

Pryskyřice

V průběhu několika dekád byly vyvinuty řady chemických pojiv. Jsou to jedno nebo několikasložkové systémy komponentů, které jsou smíchány se slévárenským ostřivem, až jsou ostřiva pokryta tenkým filmem. Po smíchání začíná reakce vytvrzování, vázání zrn písku a tvorba pevnosti formy. Pryskyřice mohou být klasifikovány podle způsobu vytvrzování: - pryskyřice tuhnoucí za studena - plynem vytvrzované pryskyřice - pryskyřice vytvrzované za horka. Různé typy pryskyřic budou uvedeny v sekci 2.5.6. V tabulce 2.7 je uveden přehled použitelnosti různých pryskyřic.


58

Kapitola 2

Vytvrzování

Typ pryskyřice (komerční název)

Vytvrzení za furanové studena

Vytvrzení plynem

Vytvrzované za tepla

Doba Typ Velikost vytvrzování slitiny sérií (*) kovu 10 – 120 železné a malé až 10 – 30 °C min. neželezné velké malé až 10 – 30 °C 10 – 30 min. železné velké železné a malé až 10 – 30 ºC 5 – 60 min. neželezné velké železné a malé až 10 – 30 °C 5 – 400 min. neželezné velké 10 – 30 °C 50 min. ocel malé malé až 10 – 30 °C 1 – 60 min. železné střední železné a 10 –30 °C < 60 s všechny neželezné železné a 10 – 30 °C < 60 s všechny neželezné železné a 10 – 30 °C < 60 s všechny neželezné železné a 10 – 30 °C < 60 s všechny neželezné železné 10 – 30 °C < 60 s všechny neželezné železné a 180 – 240 °C 10 – 60 s malé neželezné střední 150 – 220 °C 20 – 60 s železné až velké železné a střední 220 – 250 °C 20 – 60 s neželezné až velké železné a velké 250 – 270 °C 120 – 180 s neželezné získalo dostatečnou pevnost, aby bylo uvolněno od

Výroba Výroba Teplota formy jádra vytvrzování střední některá až velká

fenolické

velká

polyuretanové (Pepset/Pentex) alkalický rezol (Alfaset) olej alkyd silikáty – vodní sklo fenolické/furan 1) (Hardox) polyuretan (Cold-Box) rezol/ (Betaset) akryl/epoxid (Isoset)

malé až střední malé až velké velká střední až velké

žádná některá některé některá žádné

malé

ano

malé

ano

malé

ano

ne

ano

silikát

malé

ano

olej

malá

ano

„Warm-box“

zřídka

ano

„Hot-Box“

zřídka

ano

„Croning“

ano

ano

(*) tj. čas uvolnění – čas, ve kterém forma/jádro modelu/jaderníku 1) Nepoužívá se pro kapacity < 20 t/den Tabulka 2.7: Přehled různých typů pryskyřic a jejich použitelnost [110, Vito et al., 2001] 2.5.1.2.3

Uhelný prach

Uhelný prach se obvykle přidává do bentonitových směsí pro formování na syrovo. Používá se v omezeném rozsahu v některých slévárnách neželezných kovů. Uhelný prach se může smísit s malým množstvím pryskyřice a s výrobky z oleje. Během odlévání tepelným rozpadem vzniká „lesklý uhlík“, který zlepšuje povrch odlitku a jeho vyjímání z formy. Uhelný prach se přidává ze tří důvodů: - vytváří inertní atmosféru v dutině formy spalováním organických složek, které zpomalují oxidaci kovu (tvorba strusky) - snižuje penetraci kovu mezi zrny křemene povlakem grafitového filmu, který napomáhá dosažení hladkého povrchu odlitku - snižuje množství písku, jež zůstává na povrchu odlitku po jeho vyjmutí z formy.


59

Kapitola 2

Uhelný prach může během lití vytvářet s příměsí černého a lepkavého prachu, vzniklého manipulací, polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH). Pro ocelové odlitky se uhelný prach nepoužívá, protože by se ocel nauhličila. V tomto případě je prach obvykle nahrazen polysacharidovými pojivy, jako je škrob nebo dextrin. Za uhelný prach existují různé náhrady. Skládají se ze směsí s vysokou těkavostí. Materiály s vysoce lesklým grafitem jsou smíchány s jílem. Pro životní prostředí jsou obecně přijatelnější než uhelný prach, tj. během lití produkují méně dýmu, ačkoliv některé náhrady za uhelný prach vytvářejí v písku více PAH. [174, Brown, 2000], [225, TWG, 2003] 2.5.1.2.4

Polysacharidová pojiva

Polysacharidová pojiva se používají hlavně ve slévárnách oceli, aby se zvýšila pevnost a tuhost směsi a snížil otěr na syrovo. Existují dva hlavní typy polysacharidových pojiv − škrob a dextrin. Škrob je základní materiál a vyrábí se z mnoha rostlinných materiálů. Nejrozšířenější je pro slévárenské účely kukuřičný škrob. Dextrin je re-polymerizovaná forma škrobu, která se vyrábí jeho tepelným zpracováním. Škroby, jakmile vyhoří, mohou pomoci redukovat defekty způsobené expanzí. Dovolují zrnům písku deformovat se, aniž by se deformovala forma. Polysacharidy zvyšují pevnost za syrova, pevnost po vysušení i tuhost, ale mohou snížit tekutost. Dextriny vylepšují tekutost a retenci vlhkosti. Zabraňují přesušení formy a drobivosti hran. Polysacharidové přísady nezlepšují odolnost písku proti erozi nebo odolnost kovu proti penetraci. [174, Brown, 2000], [175, Brown, 1999] 2.5.1.2.5

Oxid železa

Oxid železa reaguje s křemíkem při vysokých teplotách a tvoří nízkotavitelnou složku, fayalit. Tento skelný plastický produkt k sobě spéká zrna. Používá se hlavně v úpravě směsí na výrobu jader, aby se zabránilo penetraci kovu do směsi. [110, Vito et al., 2001] 2.5.1.3

Lití, vtoky, nálitky, filtrace

Různé části vtokové soustavy jsou znázorněny na obrázku 2.26. Systém má následující funkce: - řídí přítok kovu do dutiny formy takovou rychlostí, která zabrání vzniku vad odlitku způsobených studeným kovem - zabraňuje turbulenci kovu vstupujícího do formy - předchází vstupu strusky a stěrů z taveniny do formy - zabraňuje vysoké rychlosti nárazu roztaveného proudu kovu do povrchu jader a formy - podporuje tepelné gradienty ve formě, což pomáhá vyrobit zdravý odlitek - snadno odděluje odlitek od vtokové soustavy.


60

Kapitola 2

Pouring basin – vtoková licí jamka Downsprue – vtokový kůl Sump – dopadová jamka Runner bar – struskovák (pro LLG), rozváděcí kanál (pro ocel) Extension – přesah Ingates – zářezy Casting – odlitek

Obrázek 2.26: Složky vtokové soustavy [237, HUT, 2003] Pro navržení vtokové soustavy je potřeba vzít v úvahu měnící se vlastnosti strusky a stěrů kovu, který má být odléván: - v šedé litině může být přítomna povrchová struska - tvárná litina obsahuje zbytky hořčíku a síry pocházející z úpravy nodularizace - u oceli je nebezpečí oxidace a tvorby strusky - u slitin hliníku (a hliníkového bronzu) existuje nebezpečí tvorby oxidů, blan; to způsobuje na povrchu každého kovu, který je vystaven působení vzduchu, okamžitě tvorbu tenké vrstvy oxidů. Vměstky v oceli mohou vznikat ze zachycené strusky, z eroze vyzdívky pece, z pánve nebo ze žárovzdorných materiálů či z dezoxidace. Pro snížení přítomnosti vměstků se dnes široce používá filtrace. Zavedení keramických filtrů dokonce umožnilo zjednodušení návrhu vtokového systému. Různé typy filtrů je možno zhlédnout na obrázku 2.27.

Obrázek 2.27: Různé druhy filtrů [237, HUT, 2003] 2.5.2

Úprava formovací směsi (doprava, prosévání, chlazení, mísení)

2.5.2.1

Úprava bentonitové formovací směsi

Jednou z hlavních výhod použití bentonitové směsi pro formování je to, že formovací směs z forem může být po odlití upravena pro několikanásobné použití. Nákres typické úpravny bentonitové směsi je znázorněn na obrázku 2.28, některé typy mísičů písku jsou znázorněny na obrázku 2.29.


61

Kapitola 2

Obrázek 2.28: Schematické znázornění typické úpravny bentonitové směsi [174, Brown, 2000]

Obrázek 2.29: Různé typy mísičů bentonitové směsi [237, HUT, 2003]


62

Kapitola 2

Vratná směs obvykle obsahuje kovové částice jako otřepy, rozstřik po lití, kusy vtoků, nebo dokonce části odlitku. Všechny tyto části musí být nejprve odstraněny za pomoci magnetických odlučovačů. Jestliže se nedosáhne separace kovových částic magnetickou cestou, nebo separace není možná, pak se provádí pomocí separátorů, které využívají vířivé proudy. Zbytkové hroudy směsi jsou rozbity. Rozdrobení vratné směsi musí být provedeno do takové velikosti zrna, aby se předešlo oddělení písku a bentonitu. Směs musí být obvykle vychlazena, aby si udržela hladinu vlhkosti upravené směsi jako konstantu, aby se tak zabránilo jakékoliv ztrátě vlhkosti vypařováním. Chlazení se často provádí ve fluidním loži, které také dovolí, aby směs byla odprášena odstraněním nadbytečného množství jemných podílů. Vratná směs je potom prosívána, aby se odstranily hrudky. Je uskladněna před mícháním s požadovaným množstvím přísad, bentonitu, vody atd., aby se připravila pro formování jako bentonitová formovací směs. [32, CAEF, 1997], [174, Brown, 2000] 2.5.3

Formování s použitím přírodního písku

Některé slévárny používají přírodně pojený písek. Je to písek, který obsahuje přirozené procento jílu. Aby se aktivovala vazná aktivita jíl, je třeba přidat vodu. Je-li potřeba, mohou se přírodní písky míchat také s některými přísadami. Přibližné složení přírodního písku je dáno v tabulce 2.8. Směs Křemenný písek Jíl Voda

Přibližně % 80 15 5

Tabulka 2.8: Složení přírodního písku [126, Teknologisk, 2000] Přírodní písek nemá stejné požadavky na mísič jako bentonitová směs. Tento typ písku je používán především v malých slévárnách neželezných kovů (např. mědi), nepoužívá se již ve slévárnách odlitků z litin a oceli. 2.5.4

Formovací směs vázaná jílem (bentonitová směs pro formování na syrovo)

Formování na syrovo je nejběžnější proces formování. Bentonitová směs se pro výrobu jader obvykle nepoužívá. Jádra jsou vytvářena užitím chemicky pojených systémů. Bentonitová směs je jediný proces, který používá navlhčenou formovací směs. Směs je tvořena asi 85 až 95 % křemenného (nebo olivínového či zirkonového) ostřiva, 5 až 10 % bentonitového jílu, 3 až 9 % uhlíkatých materiálů, jako jsou prachové uhlí, ropné výrobky, kukuřičný škrob nebo dřevěná moučka a 2 až 5 % vody. Jíl a voda působí jako pojivo, které drží zrna ostřiva pohromadě. Když je roztavený kov odléván do formy, uhlíkaté materiály vyhořívají, tvoří redukční atmosféru, která zabraňuje oxidaci kovu během jeho tuhnutí. Tabulka 2.9. dává přehled přísad aplikovaných pro různé typy kovových odlitků.


63

Kapitola 2

Kov odlitky z tvárné litiny odlitky ze šedé litiny odlitky z temperované litiny odlitky z oceli odlitky z lehkých kovů a z hliníku odlitky ze slitin hořčíku a hliníku odlitky z hořčíku

odlitky z těžkých kovů (slitiny mědi

Přísady pro přípravu bentonitové směsi bentonit polysacharidové pojivo* uhelný prach bentonit polysacharidové pojivo* bentonit polysacharidové pojivo* bentonit kyselina boritá bentonit prášková síra kyselina boritá bentonit polysacharidové pojivo* uhelný prach

* volitelná přísada Tabulka 2.9: Složení přísad pro přípravu bentonitové směsi (kromě vody) [36, Winterhalter et al., 1992] Bentonitová směs má řadu výhod proti ostatním licím metodám. Proces lze použít jak pro odlévání slitin železných a neželezných kovů, tak i pro různorodé výrobky. Tím se liší od ostatních metod lití. Bentonitová směs se například používá k výrobě malých i velkých odlitků až do jedné tuny. Jestliže je jednotná směs udržována a jsou přesně řízeny vlastnosti směsi, můžeme u odlitků dosáhnout velmi úzkých tolerancí. Proces může být také výhodný pro svůj relativně krátký čas, jehož je třeba pro výrobu formy ve srovnání s jiným procesem. Také relativní jednoduchost procesu ho činí ideálním pro mechanizovaný proces. Ačkoliv se ruční formování stále používá, mechanizované formování je v současné době nejrozšířenější. Formovací stroj musí provést dvě po sobě následující operace, a to zhutnění formovací směsi, po kterém následuje oddělení modelu od zpevněné formovací směsi. Nejběžněji používané pracovní postupy jsou popsány dále. Formovací stroje pracující s nasypáním formovací směsi a s dolisováním používají tlak, aby slisovaly formovací směs pomocí ploché (rovné) lisovací hlavy, nebo dělené hlavy s několika lisovacími písty. Formování se samotným dolisováním je méně účinné pro vyšší poloviny formy. V těchto případech se směs zhutňuje (upěchovává) střásáním. Při výrobě forem metodou impulzního formování (impact) je formovací směs plněna gravitačně do rámu. Je zhutněna rázem (impulzem) vzduchu a rychlým otevřením ventilu. Proces umožňuje rovnoměrné a vysoké zhutnění směsi zvláště u formovací směsi, která obklopuje model. Bezrámové formování jak s vertikální, tak i s horizontální dělicí rovinou dosahuje vysoké výrobní efektivnosti. Lze rovněž dosáhnout vysoké přesnosti forem. Proces však vyžaduje účinné seřízení a vysokou jakost modelů. [32, CAEF, 1997], [42, US EPA, 1998] 2.5.5

Formování do písku bez pojiva (V-proces)

U tohoto procesu se jako ostřivo používá suchý křemenný písek, který je spěchovaný vibrací bez přidání jakéhokoliv pojiva a je držen mezi dvěma polyetylenovými fóliemi částečným vakuem.


64

Kapitola 2

Výroba poloviny formy je znázorněna na obrázku 2.30. Úspěšné kroky procesu jsou následující: - model je upevněn ke vzduchotěsné komoře, která je spojena s vakuovou pumpou; model je odvětrán malými kruhovými dírami spojenými se vzduchotěsnou komorou - tenká folie polyetylenvinilacetátu (PEVA) o tloušťce 75 až 100 mikronů se ohřeje na 85 °C - tato fólie, která teplem expanduje, se přisaje na model vakuem přes vzduchotěsnou komoru - formovací rám, v němž je možno vytvořit vakuum, je umístěn na model a vyplněn suchým pískem - tento písek je zpevněn vibrací, a potom se použije druhá fólie PEVA na písek - z formovacího rámu je odsán vzduch, ve stejné době je uvolněno vakuum ve vzduchotěsné komoře, vakuum zpevní písek a polovina formy může být zvednuta - druhá polovina formy se vyrábí stejným způsobem, obě jsou složeny a stále zpevňovány vakuem - nyní může být odléván kov, tyto dva formovací rámy zůstávají ve vakuu, dokud odlitek dostatečně neztuhne, aby mohl být z formy vytlučen - vytloukání se provádí jednoduše rušením stavu vakua, písek vytéká ven z rámu přes rošt, může být recyklován odprášením a separací nespálených plastových fólií [174, Brown, 2000]

Heat – topení PEVA film – PEVA folie Model – model Vacuum connection – vakuová přípojka Sand – písek Cover film – horní folie Upper box – horní rám I: Rovná REVA folie nad modelem II: Naplnění pískem, pokrytí folií a vakuování III: Sejmutí formy z modelu s pomocí vzduchu proudícího přes model.

Obrázek 2.30: Formování pomocí vakua – V-proces [179, Hoppenstendt, 2002]


65

Kapitola 2

2.5.6

Formování a výroba jader do chemicky tvrzených směsí

Chemicky tvrzené systémy se primárně používají pro výrobu jader. Jádra vyžadují jiné chemické vlastnosti než formy. Vytvrzovací systémy, které se používají pro výrobu jader, mohou být jiné než systémy užívané pro formy. Jádra musí být schopna vydržet velké namáhání roztaveným kovem, pokud roztavený kov plní formu a často musí být odstraněna i z malých dutin ve ztuhlém odlitku. Znamená to, že používaný vazný systém musí umožnit výrobu pevných tvrdých jader, která se po ztuhnutí odlitku rozpadnou. Proto jsou jádra vyráběna z křemenného písku (příležitostně z olivínového nebo zirkonového ostřiva) a účinných chemických pojiv. Ostřivo s pojivem je umístěno do jaderníku, kde je v požadovaném tvaru zpevněno. Jádro je vyjmuto. Vytvrzování směsi se děje chemickou nebo katalytickou reakcí případně teplem. Tabulka 2.10 ukazuje relativní podíl různých procesů výroby jader v německých automobilových slévárnách v roce 1991. Ukazuje, že na trhu dominují procesy cold-box s aminem a hot-box. Přes 90 % automobilových sléváren používá systém cold-box s aminem. Ostatní procesy (croning, CO2vodní sklo) se aplikují dodatečně, tj. pro výrobu jader se specifickými požadavky (velikost, tloušťky, …).[42, US EPA, 1998], [174, Brown, 2000] Systém Cold box s aminem Hot box Skořepina/croning CO2-vodní sklo

Podíl v % 44 10 9 3

Tabulka 2.10: Procesy výroby jader ve 48 slévárnách pro automobilové závody v Německu, 1991 [174,Brown, 2002] 2.5.6.1

Procesy vytvrzování za studena – ST směsi (samotvrdnoucí)

Vytvrzování směsi za studena je účinné při teplotě okolí. Proces začíná, když je do směsi přidána poslední komponenta. Poté pokračuje po dobu několika minut až hodin v závislosti na procesu, tzn. na množství, druhu pojiva a tvrdidla. Procesy se mnohem častěji používají k výrobě forem než jader. Zvláště se používají pro odlitky středních nebo velkých rozměrů. 2.5.6.1.1

Formaldehydová pryskyřice s kyselými katalyzátory

Tento proces se používá od roku 1958. Všechny komponenty jsou relativně levné. Většinou se používají pro výrobu velkých dílů. Jsou použitelné pro všechny typy slitin. Vytvrzování těchto pryskyřic je obtížnější a ve srovnání s furanovými pryskyřicemi méně pravidelné. Pryskyřice jsou buď fenolformaldehydové (PF), močovinoformaldehydové, nebo fenolformaldehydové kopolymery (UF/PF). Jsou to „rezoly“ s poměrem fenol/formaldehyd vyšším než jedna. Katalyzátory jsou silné kyseliny sulfonové jako paratoluen, xylen, kyselina benzensulfonová, někdy se k nim přidává kyselina sírová nebo fosforečná, obvykle se užívají ve zředěné formě.


66

Kapitola 2

2.5.6.1.2

Furanové pryskyřice s kyselými katalyzátory

Tato pojiva, poprvé představená ve slévárnách v roce 1958, se obecně používají pro formování a výrobu jader středně velkých a velkých rozměrů, pro střední výrobní dávky a pro všechny typy slitin. Pouze pro odlitky z ocelí se používají určité typy, protože se mohou vyskytnout trhliny, výronky a bodliny. Proces dovoluje dobrou flexibilitu ve výrobě a vyznačuje se dobrými vlastnostmi. Furfurylalkohol (FA) má tu nevýhodu, že je základním strategickým výrobkem, u kterého kolísá cena. Furanová pojiva jsou srovnatelná s formaldehydovými pojivy tím, že jejich mechanizmus tuhnutí a kyselé katalyzátory jsou stejné pro oba procesy. Některé příklady furanových jader jsou znázorněny na obrázku 2.31.

Obrázek 2.31: Furanová jádra [237, HUT, 2003] Přídavek kyselého katalyzátoru do furanové pryskyřice způsobuje exotermickou polykondenzaci, která vytvrzuje pojivo. Furanové pryskyřice jsou dostupné v různých složeních a všechny jsou založeny na furfurylalkoholu: - furanová pryskyřice FA - močovino-formaldehyd-furfurylalkohol UF-FA - fenol-formaldehyd furfurylalkohol PF-FA - močovino-formaldehyd-fenol furfurylalkohol UF-PF-FA - rezorcinol-furfuryl alkohol R-FA Pro vylepšení pojiva pojivového systému pryskyřice-křemenný písek se téměř vždy používá silan. Katalyzátory jsou silné kyseliny sulfonové, jako je paratoluenxylen nebo benzensulfonová, někdy se k nim přidává kyselina sírová nebo fosforečná, obvykle se užívají ve zředěné formě. [110, Vito, 2001] 2.5.6.1.3

Polyuretan (fenolický izokyanát)

Tento proces se pro výrobu forem a jader obvykle používá v menším rozsahu a s omezením pro ocelové odlitky, protože se mohou vyskytnout praskliny nebo bodliny. Tomu se dá zabránit přidáním oxidu železa, sušením forem a jader. V některých zemích (např. Švédsko) nebyl tento typ pojiva používán již 25 let hlavně proto, že má negativní dopad na pracovní prostředí.Tento proces je založen na polyaditivní reakci mezi fenolickou pryskyřicí a izokyanátem (většinou MDI), katalyzovaným derivátem pyridinu. Výsledkem je struktura polyuretanu. Všechny tyto komponenty jsou rozpustné v aromatických rozpouštědlech s vysokým bodem varu. Musí se bezpodmínečně zabránit znečistění vodou, protože ta silně reaguje s izokyanátem.


67

Kapitola 2

2.5.6.1.4

Rezol - ester

Tento proces se používá pro malé nebo středně velké výrobní dávky. Může se aplikovat na všechny typy slitin, především je ale tato metoda výhodná pro lehké slitiny. Důvodem je snadné vytloukání odlitků z forem. Nepřítomnost dusíku v pojivovém systému je výhodou pro odlitky z oceli. Pryskyřice je alkalický fenolický roztok rezolu, který reaguje s tekutým esterem. Pryskyřice a ester produkují nestabilní složeniny a způsobují tvorbu gelu. Složeniny se rozpadají, způsobují polymerizaci pryskyřice a vytvářejí sůl a alkohol. V tomto procesu není vytvrzovací rychlost nastavena přidáním poměru tvrdidla, ale použitím jejich různých jakostí. Čas vytvrzování může kolísat od několika minut do více než jedné hodiny. Mechanické vlastnosti jsou ihned po vytvrzení poměrně nízké, ale skladováním se zvýší. Konečné hodnoty pevnosti jsou dány v první fázi odlévání. 2.5.6.1.5

Olejové alkydové pryskyřice (samotvrdnoucí)

Tento proces se většinou používá pro kusovou výrobu odlitků nebo malé výrobní dávky ve slévárnách oceli. Jeho použitím se dosáhne dobrého konečného povrchu odlitku a dobrých vlastností při vytloukání, nevýhodou jsou vysoké náklady. Modifikovaná polyesterová pryskyřice se smíchá s izokyanátem tvořícím polyuretan pryskyřice, který tvrdne pomalu. Vytvrzování formy je urychleno ohřátím na 150 °C. 2.5.6.1.6

Vodní sklo-ester

Tento proces se používá většinou ve slévárnách oceli pro středně velké a velké odlitky, ve středně velkých nebo malých sériích. Podobá se procesu samotvrdnoucího alkydového oleje. Má však špatné vlastnosti při vytloukání z forem a horší vlastnosti rezistence na rozdíl od systémů vázaných organickou pryskyřicí. Vytvrzování směsi vodní sklo-ester se děje přechodným krokem, který sestává z hydrolýzy esteru za pomoci roztoku alkalického silikátu. Tato hydrolýza vytváří glycerol a kyselinu octovou, která vytvrzuje silikátový gel do formy původní struktury. Další pevnost se vyvíjí jako reziduální silikátová sušina. 2.5.6.1.7

Cement

Tento proces je aplikován jen u velmi velkých odlitků. Jeho použitím nevznikají během formování a nebo při výrobě jader žádné problémy s emisemi. 2.5.6.2

Procesy vytvrzování plynem

Tento proces pracuje na principu vytvrzování pomocí vhánění katalyzátoru nebo tvrdidla v plynné formě. Rychlost vytvrzování může být velmi vysoká a umožňuje vysoký výrobní výkon. Jsou vhodné pro jádra a formy omezených velikostí ve středních či velkých výrobních dávkách. Použití těchto procesů se během let velmi rozšířilo. Chemie mnoha těchto procesů vytvrzování plynem je podobná procesům vytvrzovaní za studena. Z důvodu plynné formy katalyzátorů je někdy nezbytné shromažďovat je a jejich emise upravovat.


68

Kapitola 2

2.5.6.2.1

Cold-box (aminy tvrzený fenolický uretan)

Tento proces se běžně používá k výrobě malých forem a jader o váze 100 kg a více. Zajišťuje hladkost povrchu odlitků a jejich vysokou rozměrovou přesnost. Vlastnosti při odstraňování jader jsou vynikající a ostřivo může být snadno regenerováno. Tento proces je nejběžnější pro výrobu jader. Příklad jádra vyráběného metou cold-box je uveden na obrázku 2.32.

Obrázek 2.32: Jádro vyráběné metodou cold-box [237, HUT, 2003] Chemie tohoto procesu založeného na polyuretanu zahrnuje např. fenolickou pryskyřici a izokyanát (MDI). Jako katalyzátor se používá terciální amin, jako je trietylamin (TEA), dimetyletylamin (DMEA), dimetylisopropylamin (DMIA) nebo dimetylpropylamin (DMPA). Amin se používá jako pára za použití stlačeného vzduchu, dusíku nebo CO2 jako nosiče plynu. Jak pryskyřice, tak i izokyanát jsou rozpustné v aromatických rozpouštědlech, které mají vysoké body varu. Je třeba přísně zabránit styku s vodou, protože silně reaguje s izokyanátem a oslabuje pojivo. Amin se dodává buď generátorem, ve kterém je podpůrný plyn (přednostně inertní) nasycen parami aminu, nebo injektorem, jenž dávkuje množství aminu potřebné k chemické reakci do směsi stlačeným vzduchem nebo plynným dusíkem. Spotřeba pojiva kolísá od 1,0 do 2,0 % na základě hmotnosti směsi s poměrem pryskyřice a izokyanátu 50 : 50. Amin je katalyzátor a není tedy reakcí spotřebován. Po vytvrzení zůstává ve směsi nebo ve formě, případně v jádru, a musí být proto vyloučen. Perioda vylučování trvá současně 10 až 15krát déle než vhánění aminu. Množství aminu požadované pro vytvrzování je asi 0,05 % podle hmotnosti směsi, ale běžně se používá 0,10 až 0,15 %. Ve variantě „Cold Box Plus“ je jaderník vyhříván na 40 – 80 °C použitím cirkulující horké vody. To dokonce zlepšuje mechanické vlastnosti jader, ale má za následek delší dobu výroby. [110, Vito et al.,2001] 2.5.6.2.2

Rezol − ester

Tento proces je relativně nový, jeho výhody a nevýhody jsou podobné jako u studených procesů, od nichž jsou odvozeny. Cena je relativně vysoká, proces se většinou používá pro výrobu jader. I když se mohou vyskytnout potíže s recyklací, je proces široce využíván hlavně pro své vlastnosti při vytloukání, schopnosti předejít trhlinám, výronkům a bodlinám a pro nízké hodnoty emisí. Procesy se mohou užívat pro všechny typy sérií a slitin, ale hlavní využití je pro lehké a superlehké slitiny (snadné vytloukání) a ocel (nízké riziko prasklin).


69

Kapitola 2

Pryskyřice je alkalický fenolický rezol, který reaguje s metylformiátem za tvorby metanolu a alkalického formiátu. Fenolická pryskyřice je vytvrzována jako gel, který spojuje všechny sloučeniny. Další spojení vede k vyšší pevnosti při skladování. Metylformiát je kapalina o teplotě okolí, bod varu je 32 °C, ale je zplyněn vzduchem ohřátým až na 80 °C; v procesu působí také jako nosič. Po periodě naplynění vždy následuje vytlačování vzduchu za účelem úplného rozmístění metylformiátu v celé mase směsi. 2.5.6.2.3

Fenolické nebo furanové pryskyřice tvrzené SO2

Tento proces už není používán v tak velkém měřítku, ačkoliv je vhodný pro výrobu malých až středních forem a jader pro jakékoliv slitiny. Katalyzátor obsahující síru může způsobit některé metalurgické problémy na povrchu odlitků z tvárné litiny. Hlavními výhodami, které zajišťuje, je dlouhá životnost připraveného písku, dobré mechanické vlastnosti, snadné vytřásání a předcházení trhlinám, nicméně efektivita jeho zavedení je omezena kvůli charakteru pryskyřice a kvůli použití oxidu siřičitého jako tvrdidla. Proces používá furanové pryskyřice, které obsahují asi 80 % furfurylalkoholu. Obě pryskyřice polymerizují v kyselých podmínkách. Tyto pryskyřice je nutno smíchat s pískem a oxidačními činidly, jako jsou organické peroxidy a peroxid vodíku. Reakce mezi těmito peroxidy a oxidem siřičitým vytváří kyselinu sírovou, která je příčinou rychlé polymerizace. Po periodě vnášení plynu vždy následuje perioda jeho vytlačování, jehož účelem je odstranění přebytku oxidu siřičitého, který se neúčastnil reakce ve směsi. [32, CAEF, 1997], [174, Brown, 2000] 2.5.6.2.4 radikály)

Epoxidové nebo akrylátové pryskyřice vytvrzované SO2 (vytvrzování volnými

Tento proces nabízí mnoho výhod − dobrou schopnost upěchování, dlouhou životnost připravené směsi (hlavy mísičů nebo vstřelovaček nepotřebují čistění), dobré mechanické vlastnosti, žádný dusík, fenol nebo formaldehyd, dobré vlastnosti při vytřásání a žádnou tvorbu trhlin. Vysoká cena složek pojiva je jedinou a hlavní nevýhodou. Proces je charakterizován typem pryskyřice a principem jejího zesítění, které probíhá za přítomnosti volných radikálů. Pryskyřice musí obsahovat podvojná organická pojiva. Mohou být použity pryskyřice polyester-uretan, nebo polyester-epoxidové. Tyto pryskyřice mají obecně nízkou molekulární hmotnost a jsou rozpouštěny organickými rozpouštědly při téměř 50 % hmotnosti, i když jsou dostupné i typy bez rozpouštědel. Jsou smíchány s organickým peroxidem, který reaguje jako spouštěč reakce. Při vytvrzování je do písku dmýchán oxid siřičitý a jako inertní plyn oxid uhličitý nebo dusík. Po periodě dmýchání plynu vždy následuje perioda jeho vytlačování stejným inertním plynem jako při vytvrzování. Účelem je odstranit z hmoty směsi oxid siřičitý, který nereagoval. 2.5.6.2.5

Křemičitan sodný vytvrzovaný CO2 (vodní sklo)

Tento proces představuje skutečně výhody. Je levný, snadno se s ním manipuluje a je nezávadný pro životní prostředí. Také pro zdraví dělníků a pro spolehlivost operace má tento postup výhody proti organickým pojivům. Nicméně použití již není z technických důvodů tak výhodné (špatná schopnost upěchování a rozpadavost, nízká mechanická pevnost, citlivost na zadrobeniny, absorbování vody a špatná recyklace). Použití vodního skla vede ke zvýšeným nákladům na čištění. Jádra mají plnou pevnost pouze po periodě sušení. To snižuje jejich použitelnost v automatizovaných procesech. Postup proto nachází hlavní použití v malých slévárnách.


70

Kapitola 2

Obecně používaným silikátem je křemičitan sodný, který je definován svou koncentrací (obsah pevné sušiny) a modulem (poměr oxidu křemičitého a sodného SiO2/Na2O). Tento modul má rozsah 2,0 až 2,8, nejrozšířenější je 2,0 až 2,3. Silikát je smíchán s pískem při jeho obsahu mezi 2 až 4 %. Přidávají se společně přísady zlepšující rozpadavost při vytřásání a odjádrování. Tyto přísady jsou obvykle přimíchávány se silikátem. Vytvrzování probíhá dmýcháním oxidu uhličitého, jenž má slabě kyselý charakter. Spotřeba CO2 by neměla převýšit 1 až 2 % hmotnosti směsi s dobou dmýchání plynu v rozsahu od 10 do 60 sekund. Vytvrzené formy a jádra nevyžadují čištění od plynu. 2.5.6.2.6

Alkalické rezoly vytvrzované CO2

Tento proces byl zaveden poprvé v roce 1989 a od té doby prošel vylepšením. Nyní je dostupný a mnohde se používá, není ale obecně rozšířen. Pojivem je alkalická pryskyřice, která obsahuje spojovací substance stabilizované při vysokém pH, přibližně 14. Vytvrzování probíhá dmýcháním oxidu uhličitého, který ve vodě rozpouští pryskyřici, snižuje tak jeho pH a aktivuje spojování substance. 2.5.6.3

Vytvrzování za horka

V těchto procesech probíhá vytvrzování ohřevem směsi ostřiva s pryskyřicí nebo častěji tak, že se umožní jeho kontakt s vyhřátým modelovým zařízením. Tyto procesy zajišťují vysokou rozměrovou přesnost, která může být dosažena použitím kovových modelů vysoké jakosti. Ty však mohou být velmi drahé. Z tohoto důvodu se pro výrobu jader omezené velikosti, užívaných v hromadné výrobě používá vytvrzování za horka. Jejich využití po léta velmi rozšířené, nyní ustupuje, protože je nahrazováno jinými procesy (vytvrzování plynem). Procesy vytvrzování za horka jsou charakterizovány emisními problémy, a to při ohřevu, kdy emitují pryskyřice, katalyzátory škodlivé chemikálie, včetně čpavku a formaldehydu, jež mohou být také zdrojem obtěžujícího zápachu. Pro snížení zápachu bylo zkoušeno mnoho postupů jako je praní, spalování nebo biologické snížení, však u žádný z nich se neukázal jako účinný. 2.5.6.3.1

Hot-box založený na furanech nebo fenolech

Tímto procesem se vyrábějí jádra o vysoké rozměrové přesnosti a dobré mechanické pevnosti. Aby se tohoto dosáhlo, provozovatelé potřebují mít velmi dobré znalosti a potřebují mít zajištěno řízení výrobního procesu. Omezení procesu je dáno jeho cenou. V zásadě je to dáno cenou pryskyřice, energie, modelového zařízení a dále špatnými pracovními podmínkami. V současné době se proces používá pro výrobu malých nebo středně velkých jader v hromadné výrobě. Pojivo (pryskyřice) a teplo aktivující katalyzátor jsou předem smíchány s pískem a směs je vstřelována do vyhřátého jaderníku či modelu, kde je vytvrzena přibližně za 5 až 60 sekund. Lze využít široký výběr pryskyřic, jako jsou: • močovina-formaldehyd UF • močovina-formaldehyd-furfurylalkohol UF-FA • fenol-formaldehyd PF • fenol-formaldehyd-furfurylalkohol PF-FA • močovina-formaldehyd-fenol-formaldehyd UF-PF • močovina-formaldehyd-fenol-formaldehyd-furfurylalkohol UF-PF-FA.


71

Kapitola 2

Katalyzátory jsou soli amonia a minerálních kyselin někdy s přísadou močoviny pro snížení volného formaldehydu. Dodatečně se používají další přísady, jako jsou silany, oxidy železa, ochranné prostředky a silikonový olej. Obsah pryskyřice kolísá od 1,2 do 3 % na základě hmotnosti ostřiva (písku) s průměrem asi 1,8 %. Obsah katalyzátoru kolísá od 10 do 25 % na základě hmotnosti pryskyřice. Většina předpisů byla optimalizována na 20 %. Teplota, která je používána pro vyhřívání modelu, je v rozsahu od 230 °C do 290 °C, optimum je nastaveno na 220 °C až 250 °C. Jestliže ve snaze urychlit proces překročí teplota stanovenou mez, jádra se spálí a během lití zkřehnou. 2.5.6.3.2

Warm-box

Tento proces se velmi podobá postupu hot-box. Používá stejných výrobních postupů, liší se pouze typem použité pryskyřice, který dovoluje vytvrzování při nižší teplotě. Tento druh pryskyřice je však podstatně dražší než ten, který se používá v procesu cold-box, proto se proces warm-box navzdory skutečným výhodám nerozšířil. Pojivem je furfurylalkohol s typickým složením, které obsahuje asi 70 % furfurylalkoholu, případně nízký polymer furfurylalkoholu. Katalyzátory jsou soli mědi, jež jsou odvozené od aromatických sulfokyselin ve vodném roztoku, nebo v roztoku alkoholu. Důležitou vlastností těchto katalyzátorů je jejich vynikající stabilita při teplotě okolí a relativně nízká disociace teploty (150 – 170 ºC). Podle toho se může udržovat teplota jaderníků kolem 180 °C, což vede k hlavní úspoře energie asi o 15 až 25 % ve srovnání s metodou hot-box. 2.5.6.3.3

Skořepiny (Croning)

Tento proces je mezi výrobními procesy forem a jader jediný, který může používat písek předem obalovaný pryskyřicí. Je dodáván přímo dodavatelem a připraven k přímému použití. Obalování písku pryskyřicí se však může provádět také ve slévárně nebo v jaderníku. Písek je nasypán na model, nebo foukáním dopraven do jaderníku. Je vytvrzován ohřátím kovovým modelem nebo v jaderníku, kde vytvoří vytvrzenou povrchovou vrstvu. Neohřátý či nevytvrzený písek se může vrátit otočením modelu dolů a může být opětovně použit. Vytvrzený písek tvoří „skořepinu“, která dala jméno celému procesu. Tento proces umožňuje vysokou rozměrovou přesnost a dobrý konečný povrch odlitku, dobré vlastnosti při vytloukání, při odjádrování a pro skořepinové směsi dovoluje téměř neomezenou dobu skladování. Nevýhodou procesu je cena skořepinové směsi a cena modelového zařízení. Jeho použití je omezeno na výrobu malých, středně velkých forem a jader v hromadné výrobě. Příklady jader a forem lze vidět na obrázku 2.33.


72

Kapitola 2

Obrázek 2.33: Jádra (nahoře) a formy (dole) vyráběné metodou Croning [237, HUT, 2003] Pro obalování písku se používá pryskyřice jako fenolický „novolak“ s poměrem fenol/formaldehyd menší než 1. K pryskyřici se přidává hexametylentetramin jako tvrdidlo. „Hexa“ se při 160 °C rozkládá na dva základní komponenty, a to formaldehyd a amoniak. Pokud je skořepinová směs v kontaktu s přehřátým modelem, hexametylentetramin se rozkládá a formaldehyd spojuje zrnka ostřiva (pojiva), a tvoří tak charakteristickou pevnou vazbu. 2.5.6.3.4

Lněný olej

Pro chemicky tvrzené směsi je to proces užívaný dlouhou dobu a pravděpodobně nejstarší. Snadno se používá a vykazuje dobrou odolnost proti výronkům a prasklinám. Stále je široce používán pro speciální malá jádra. Tyto směsi jsou pojeny směsí vysoušených olejů (obvykle lněných) často s přidáním dextrinu a s několika procenty vody. Obsah oleje kolísá od 0,8 do 4 % podle hmotnosti písku. Mohou se přidávat také přísady pro sušení. Vytvrzování probíhá propojením nenasycených mastných kyselin, které jsou obsaženy v sušených olejích, indukovaných atmosférickým kyslíkem a urychlených ohřátím v sušicí peci při teplotě mezi 190 a 260 °C po dobu 1 hodiny až 2 hodin. 2.5.6.3.5

Sušené alkydové oleje

Tento proces se podobá výše popsanému procesu samotvrdnoucího alkydového oleje. Jediným rozdílem je v tomto případě ohřev forem nebo jader pro urychlení tvrdnutí.


73

Kapitola 2

2.5.6.4

Povrchová ochrana chemicky tvrzených směsí forem a jader

Zručností slévače je schopnost vyrobit vysoce jakostní odlitky bez vad, vyžadující pouze minimální konečné úpravy a opravy. Aby se toho dosáhlo je ideální minimalizovat všechny nežádoucí interakce, které se během lití mohou vyskytnout mezi formou, jádrem a kovem. Tyto účinky mohou být vyvolány různými příčinami, jako je expanze písku, chyby pěchování, abraze písku, penetrace kovu, chemický rozklad nebo interakce mezi pojivy atd. Z těchto důvodů je často vhodné natřít formy nebo jádra žárovzdorným nátěrem, dát tak konečnému odlitku hladký povrch a snížit náklady na čištění. 2.5.6.4.1

Složení nátěrů

Nátěry jsou dostupné buď již hotové k použití, nebo jako hmota pro rozmíchání ve vodě či v alkoholu. Obvykle obsahují následující komponenty: • jeden nebo více žárovzdorných materiálů jako jsou mastek, pyrofylit, slída, zirkon, magnezit, křemen, atd. nebo grafit, koks atd. • ředidla mohou být kapaliny s alkoholem (izopropanol, etanol) nebo s vodou • pojiva stálá za vysokých teplot jako jsou bentonity, pryskyřice, kyseliny boritá • reologické prostředky jako jsou bentonity nebo syntetické polymery • aditiva, povrchově aktivní činidla, odpěňovače, fungicidy, atd. 2.5.6.4.2

Nanášení nátěrů

Nátěry mohou být nanášeny na formu nebo na jádro různými prostředky: • štětcem pro malá jádra nebo pro místní aplikace • namáčením pro komplexní tvar jader; tento proces je často automatizován • nástřikem, obvykle bez vzduchu • poléváním nátěru pro velká nebo středně velká jádra a formy. Jestliže se používají nátěry na bázi alkoholu, musí být pracovní prostor větrán, aby se předešlo nebezpečí exploze. Natřené formy a jádra jsou většinou zapáleny, což omezuje emise. Jestliže nejsou zapáleny, probíhá sušení řízeně při odsávání s úpravou emisí VOC. Nanášení nátěru na bázi alkoholu, a to poléváním s následným vypalováním nebo sušením je patrné z obrázku 2.34.

Obrázek 2.34: Nanášení nátěru na bázi alkoholu poléváním s následným vypalováním a nebo sušením [237, HUT, 2003]


74

Kapitola 2

Sušení nátěrů na bázi vody se provádí ohřevem v sušicí peci horkým vzduchem, infračervenými paprsky nebo mikrovlnami. Nanášení nátěru na bázi vody ponořováním s následným sušením v horkovzdušné peci je znázorněno na obrázku 2.35. Během natírání, ani během sušení nevznikají problémy s emisemi. Z těchto důvodů vodní nátěry stále více vytlačují nátěry na bázi alkoholu, nicméně jejich použití čelí technickým problémům, které jsou spojeny s dodržením podmínek jakosti nátěru a podmínek pro sušení. Úplné shrnutí problematiky vodních nátěrů a nátěrů na bázi alkoholu přináší sekce 4.3.3.5. [143, Inasmet, 2002]

Obrázek 2.35: Nanášení nátěru na bázi vody ponořováním s následným sušením v horkovzdušné peci [237, HUT, 2003] 2.5.7

Lití na spalitelný model ze zpěnitelného polystyrenu

Při lití na model ze zpěnitelného polystyrenu není model z formy před litím odstraněn. Model, který je vyroben ze zpěnitelného materiálu, je použitelný jen jednou a je při lití zničen. Tyto zpěnitelné modely mohou být zformovány buď do chemicky tvrzených směsí, nebo do nevazných písků (ostřiv), které jsou zpevněny vibrací (V-proces). Tento proces je obecně nazýván „Lost Foam“. Byl vyvinut před 30 lety a jeho komerční použití bylo původně dosti malé. Během posledních 10 až 15 let se však navzdory potížím při jeho zavádění rozšířil zejména u odlitků pro automobilový průmysl. 2.5.7.1

Spalitelný model s nevazným ostřivem (V-proces) – proces Lost Foam

Proces Lost Foam (obrázek 2.36) začíná výrobou přesně formovaného pěnového modelu, který je vyrobený ze zpěnitelného polystyrenu (EPS) nebo PMMA vyrobeného na automatických vstřikovacích formovacích strojích. Tyto modely mohou být vyrobeny z jednoho kusu či sestavením z několika kusů za pomoci lepidla. Obvykle je více modelů připevněno podle jejich velikosti na vtokovou soustavu, která je vyrobená ze stejného materiálu jako model, čímž se vytvoří stromeček.


75

Kapitola 2

3 D-CAD product design – návrh v 3 D-CAD Splitting of design into foam pattern sections – rozdělení modelů na části Casting simulation – simulace lití Design of foam moulding tools – návrh modelových zařízení Manufacture of moulding tools – výroba modelového zařízení Manufacture of foam pattern sections – výroba částí spalitelného modelu Assembly of foam pattern sections into final pattern – sestavení spalitelného modelu z jednotlivých částí Assemly of foam pattern into cluster – připojení licí soustavy Ceramic coating of cluster – keramický nátěr Dry coated cluster – sušení Sand filling and compaction – plnění pískem a zhutňování Pouring of molten metal – lití Removal of castings from sand – vyjmutí odlitků z písku Shotblasting – čištění tryskání Casting separation – oddělení odlitků

Obrázek 2.36: Výroba odlitků metodou spalitelného modelu (proces Lost Foam) [110, Vito et al., 2001] Stromečky jsou namáčeny do žáruvzdorného nátěru na bázi vody, který tvoří bariéru mezi roztaveným kovem a ostřivem během lití. Po vysušení je stromeček umístěn do formovacího rámu, který je vyplněn nevazným ostřivem. K písku může být přidána pryskyřice o nízké viskozitě, aby se předešlo deformaci během zpevnění. Ostřivo je zpevněno vibrací ve třech osách kolem modelů. Zaplní dutiny modelů a reprodukuje přesně všechny detaily. Nepotřebuje ani jádra, ani výrobní zařízení pro jejich výrobu. Po nalití způsobí natavený kov pyrolýzu polystyrenu a vyplní vyprázdněný prostor. Ostřivo (většinou křemenný písek) musí být velmi prodyšné, aby umožnilo odvedení plynů z pyrolýzy. Používá se AFS – index 35 – 50 (zrnitost d50 = 0,34 – 0,45 mm). Přerušení lití může způsobit zborcení pískové formy. Proto se často používá automatické licí zařízení. Odlité kusy se vyznačují velice dobrou rozměrovou přesností (obrázek 2.37). Postup může být použit pro jakýkoliv typ slitiny kovu. Je používán pro střední a velké výrobní série. Tento proces je k životnímu prostředí při formování příznivý. Tvoří plynové emise během odlévání a vytřásání i při odpařování ztracených modelů. Odlévání metodou Lost Foam dovoluje slévárnám vyrobit komplikované díly, které často nelze vyrobit jinými metodami. Proces dovoluje konstruktérům složitější tvary, snížení opracování a minimální montážní operace. K zajištění odlitků vysoké jakosti je nutno zvládnout každý krok procesu. Všeobecné rozšíření lití metodou Lost Foam snížilo nedostatek hlubších znalostí procesů nezbytných pro výrobu odlitků různých tvarů a hmotností. [144, US Dept. Of Energy 1998], [32, CAEF, 1997], [110, Vito, 2001]


76

Kapitola 2

Obrázek 2.37: Jednorázový polystyrenový model (vpravo) pro výrobu odlitků metodou spalitelného modelu a příklad odlitku vyrobeného touto metodou (vlevo) [237, HUT, 2003] 2.5.7.2

Spalitelný model v chemicky tvrzené směsi – proces Full Mold

Proces Lost Foam lze také použít pro výrobu jednoho kusu prototypu. Dovoluje to zkrátit dodací lhůtu, navíc se tento postup používá pro výrobu velkých kusů, jako jsou základy pro stroje na opracování kovů nebo lisy atd. z litiny, ze slitin oceli a neželezných kovů. Tloušťka stěny může kolísat od 5 do 1 000 mm. Použitím tohoto postupu byly odlity kusy o váze do 50 tun. Pro výrobu těchto větších kusů je potřeba použité pojivo (furany), aby se dosáhlo nezbytné pevnosti formy. Proces Lost Foam s chemicky tvrzenou směsí, v tomto případě také tzv. odlévání plné formy (Full Mold), je většinou používán pro výrobu středních, nebo středně velkých odlitků, jako je výroba kusová nebo výroba v malých dávkách. Modely jsou vyrobeny ze zpěnitelných materiálů o nízké hustotě jako jsou: • bílý pěněný polystyren s hustotou 16 až 20 g/dm3 • modrý pěněný polystyren, zvaný též „poresta-blue“, s hustotou 18 až 22 g/dm3 • pěněný polymetylmetakrylát, zvaný též PMMA, s hustotou 25 g/dm3 . Tyto materiály jsou vyřezávány jako různé díly, které jsou sestavovány a upevňovány k sobě lepidlem rozpustným za horka. Vytváří se tak konečný tvar odlitku při respektování možného smrštění kovu. Sestavený model s vtokovou soustavou a licím systémem musí být natřen, většinou vodním nátěrem, a před zformováním pečlivě vysušen. Pojivový systém směsi musí být zvolen tak, aby zabránil jakémukoliv navlhnutí modelu před litím. Tento proces, pokud se týká formování, je k životnímu prostředí velmi šetrným. Během lití a vytloukání, při vypařování zpěnitelných modelů a při rozpadu pojiva písku se vytvářejí emise. Stejně jako u nevazných procesů je velmi důležité nepřerušované odlévání, aby se předešlo zborcení tvaru formy. Pro odlití velkých kusů se při lití používá dvou i více licích pánví, dvou i více licích otvorů současně. Postup Full Mould má následující výhody: • vysokou přesnost • možnost výroby odlitků komplikovaných rozměrů, zvláště s vnitřními dutinami • integrace několika částí do jednoho litého kusu • snadné vytloukání • možnost tepelné regenerace vratné směsi.


77

Kapitola 2

Navzdory skutečnosti, že postup Lost Foam je znám dlouhou dobu, není v Evropě široce používán. Optimalizace procesu vyžaduje ještě další výzkum a vývoj. Hlavními obtížemi jsou: • definování rychlosti výroby: určení, které kusy mohou být vyrobeny snadněji ve srovnání s tradičními metodami • výběr postupu zhutňování směsi: použití směsi pro perfektní vyplnění všech dutin • výběr nátěru a typu písku: tyto by měly mít dostatečnou prodyšnost, aby dovolily odchod všech spálených plynů. [110, Vito, 2001] 2.5.8.

Příprava trvalých (kovových) forem

Formy jsou vyráběny z kovových materiálů s dutinou přizpůsobenou tvaru odlitku. Jejich sestava dovoluje formování, lití a vyjímání odlitku. Tyto kovové formy jsou používány pro gravitační, vysokotlaké, odstředivé, kontinuální a nízkotlaké lití. Na rozdíl od pískových netrvalých forem mohou být použity opakovaně a z toho důvodu se nazývají trvalé formy. Jestliže je tvar odlitku obtížně vyrobitelný použitím kovových jader, mohou být použita jádra písková. Písková jádra se například používají k vytvarování rozšiřujících se trub odlévaných odstředivě. Trvalé formy jsou obvykle natřeny „bílým nebo černým nátěrem“. Tato vodou rozpustná činidla jsou žárovzdorná. Jejich funkcí je zajistit ochranu kokily, regulovat její chladnutí a zajistit lubrikaci. Působí také jako dělicí prostředek. V několika případech se černění provádí spalováním acetylenu bez přítomnosti vzduchu, a to tvorbou acetylenové černě, která přilne na kokilu. Neadhezní černidlo musí být sbíráno a před emisí filtrováno. Trvalé formy (nebo kokily) jsou obecně vyráběny mimo slévárnu. Slévárny, které odlévají do kokil, mají dílnu pro montáž kokil a pro jejich údržbu a opravu. Tento typ operace nemá žádný vliv na životní prostředí. 2.5.9

Přesné lití, keramická skořepina – metoda ztraceného vosku

Tento proces se používá pro výrobu složitých odlitků s tenkými stěnami a s velkou rozměrovou přesností, jemnými detaily a velmi hladkým povrchem. Kroky procesu jsou znázorněny na obrázku 2.38. Začínají výrobou ztracených voskových modelů, a to vstřikováním roztaveného vosku do hliníkových nebo epoxidových forem ke tvorbě modelu, který je skutečně přesnou replikou požadovaného odlitku. Vosk může obsahovat plnidla. Pro menší odlitky se připojuje několik voskových modelů na vtokový systém, pro výrobu voskových modelů ve formách se používají dělicí prostředky rozpustné ve vodě. Voskové modely se čistí vodou nebo organickými rozpouštědly, jsou natřeny zvlhčovacím činidlem, které napomáhá keramické břečce přilnout k vosku. Stromeček je potom ponořen do tekuté keramické břečky, následně zasypán granulovaným oxidem křemičitým, zirkonem nebo žárovzdorným materiálem. Poté je před vytvořením další vrstvy vysušen. Proces výroby formy (skořepiny) pokračuje do té doby, než je dosaženo dostatečně silné skořepiny. Vysušená forma je potom v parním autoklávu zbavena vosku, ve kterém jsou voskové modely vytaveny, nebo umístěna do žíhací pece, v níž se vosk může částečně spálit, pak je skořepina žíhána v peci při vysoké teplotě, za které se spaluje zbytkový vosk, spéká se keramika a zůstává keramická skořepinová forma, do níž se lije kov pro výrobu odlitku.


78

Kapitola 2

Odstraňování skořepiny

Obrázek 2.38: Postup procesu přesného lití na vytavitelný voskový model [110, Vito et al., 2001] V tomto procesu může dojít ke znečistění vzduchu během dvou operací: Povrchová ochrana. Tekutá keramická břečka sestává z pojiva a velmi jemného žárovzdorného prášku, který je v břečce za neustálého pohybu rozmícháván. Pojivem může být koloidní oxid křemičitý, hydrolyzovaný etylsilikát nebo hydrolyzovaný silikát sodný. Volba technologie je dána technickými důvody. Při použití etylsilikátu je sušení rychlejší, což dovoluje vyšší rychlost výroby, ale jsou emitovány etylalkoholové páry. Tyto páry, jsou-li přítomny ve větším množství, musí být odsávány a před emisí upraveny. Odstranění vosku a žíhání. Odstraňování vosku pomocí parního autoklávu nemá žádný podstatný dopad na emise. Emise vznikají při odstranění vosku v žíhací peci a během spékání skořepiny, kde je spalován zbytkový vosk.


79

Kapitola 2

Toto spalování je často doprovázeno tvorbou dýmu. Výsledkem je tvoření černých uhlíkových částic, jež částice musí být shromažďovány a buď zničeny dodatečným spalováním, nebo odstraněny. Pro tento účel byly úspěšně použity keramické filtry, protože vyhovují vysoké teplotě odsávaných plynů, tato technologie je nová a ještě se nerozšířila. Používá se pro přesné lití odlitků a lití uměleckých odlitků, nepoužívá se pro velké slévárny (kapacita > 20 t/den), a proto se o ní zmiňujeme jen z informativních důvodů. Proces keramické skořepiny (patentovaný jako Replicast) rozšiřuje jakost a preciznost přesného lití na větší komponenty použitím a kombinací principů přesného lití a procesu Lost Foam. Postup používá inertní, vyžíhanou keramickou formu. Pro výrobu formy se vytvoří model ze zpěnitelného polystyrenu, který je rozměrově přesný a má vysoce jakostní povrch. Nevyžadují se ani dělicí roviny nebo jádra, ani úkosy. Model z polystyrenu může být slepen dohromady tak, aby tvořil celkovou geometrii. Polystyren se před odlitím spálí. Do formy se může odlévat široký rozsah kovových slitin, od nízkouhlíkatých nerezových ocelí až po slitiny na bázi niklu. To kontrastuje s procesem Lost Foam, kde se tekutý kov odpařuje a nahrazuje polystyrénový model. Tím činí proces nevhodným pro velkou většinu ocelových komponentů (polystyren je z 92 % obsahu uhlík). [219, Castings Technology International, 2003]

2.6

Odlévání

Odlévání je ústřední činností při výrobě odlitků. Dokončená forma je vyplněna tekutým kovem při účinku gravitační síly, odstředivé síly nebo tlaku. Po odlití je odlitek ochlazen, aby bylo dosaženo ztuhnutí a je odstraněn z formy pro další chlazení a úpravu. [32, CAEF, 1997] 2.6.1

Odlévání do netrvalých forem

2.6.1.1

Lití

Existují dva typy pánví, které se používají pro odlévání tekutého kovu, a to pánev s hubičkou a čajníková pánev. Další typ pánve (se zátkovou výpustí) je specifický pro ocel. Pánev pro lití dnem a čajníková pánev jsou vyobrazeny na obrázku 2.17. • lití přes hubičku − v tomto typu pánve (obrázek 2.39) je kov vyléván přes hubičku, proud je řízen naklápěním pánve převodu s ručním kolem, od chvíle, kdy kov teče z horní části pánve, musí být povrch kovu očištěn od strusky nebo se musí použít zarážka pro zabránění vstupu strusky do formy, hubičkové pánve se používají pro odlévání malých odlitků z litin


80

Kapitola 2

Obrázek 2.39: Hubička licí pánve pro odlévání roztaveného kovu [237, HUT, 2003] •

čajníkové pánve − jak je znázorněno na obrázku 2.40, přepážka ze žárovzdorného materiálu před hubičkou pánve zajišťuje, že je kov odebírán ze dna pánve bez strusky, roztavený kov je obyčejně čistší než kov litý z pánve s hubičkou, nevýhodou je, že úzká výpusť může způsobit „zamrznutí“ taveniny, jestliže je odpichová teplota nízká

Obrázek 2.40: čajníková pánev pro odlévání roztaveného kovu [237, HUT, 2003] •

pánve se spodní výpustí − pánev je vybavena licí výlevkou ve dně, která je uzavřena žárovzdornou zátkovou tyčí, kov je odebírán ze dna, a proto neobsahuje strusku ani nekovové části, jako jsou produkty dezoxidace, které jsou schopny vyplavat na povrch taveniny, proud kovu teče směrem dolů, takže během lití nedochází k žádnému pohybu proudu, nevýhodou je, že rychlost vytékání a množství kovu se během lití mění se změnou ferostatické výšky.


81

Kapitola 2

Obrázek 2.41: Licí pánev se spodní výpustí [237, HUT, 2003] Automatické odlévací linky jsou často vybaveny licí pecí. Princip této pece je patrný z obrázku 2.42. Licí linka se zastaví ve chvíli, kdy je forma v přesné poloze, tj. pod licí výpustí. Kov je vyléván během určité doby zvedáním zátky. Protože se v licím zásobníku udržuje konstantní hladina kovu, lije se do formy pevné množství roztaveného kovu. Hladina kovu v licím zásobníku je řízena zařízením, které řídí tlak plynu uvnitř pece. Licí pec je doplňována roztaveným kovem z tavicí pece v pravidelných časových intervalech. [110, Vito, 2001], [174, Brown, 2000]

Obrázek 2.42: Licí pec [110, Vito, 2001] 2.6.1.2

Tuhnutí odlitků

Odlévané formy jsou dopravovány formovací linkou do chladicí linky. Doba, po kterou je kov umístěn v chladicí lince, určuje konečnou teplotu odlitku v místě jeho vytloukání z formy. Tato teplota musí být dostatečně nízká, aby zajistila odlitku dostatečnou pevnost během vytloukání i při další manipulaci. Velké formy nejsou během lití přemísťovány. Doba chlazení může být i několik dnů. [110, Vito, 2001]


82

Kapitola 2

2.6.1.3

Vytloukání odlitků

V případě samostatného formování jsou formy vázané jílem nebo formy tvrzené chemicky obvykle rozrušeny vibrací. Ve většině případů je odlitá forma umístěna na vibrační rošt jeřábem. Vibrací je oddělen písek od odlitku i z formovacího rámu. Odlitek a formovací rám zůstávají na roštnici, směs propadává a je vrácena do procesu. Odlitky se obvykle přenášejí do chladicí části slévárny pro další chlazení okolním vzduchem. Podobný vytloukací proces je často prováděn v mechanizovaných systémech a starších nízkokapacitních automatizovaných systémů (obrázek 2.43). Zde jsou formovací rámy přeneseny z dopravního pásu pomocí zdvihadel nebo jiných dopravních zařízení a jsou umístěny na vytloukací rošt. Nakonec jsou odlitky přemístěny k vychladnutí nebo umístěny v chladicím zařízení odlitků. V mnoha systémech je použitá směs s odlitkem vytlačována ven z formovacího rámu a následného řízeného chladnutí písku a odlitku je dosaženo v kombinovaném nebo separátním chladicím zařízení, jako jsou chladicí bubny, řetězový dopravník, fluidizační chladicí lože atd.

Obrázek 2.43: Vytloukání na konci automatizované formovací linky [237, HUT, 2003] Formy s pískem vázaným vakuem (V-proces) jsou rozrušeny uvolněním vakua. Odlévací koš nebo formovací rám, který obsahuje uvolněný písek a odlitek, je vyprázdněn. Potom je odlitek chlazen jednou z popsaných metod. [32, CAEF, 1997] 2.6.1.4

Chlazení odlitku

Řízené chladnutí odlitků a vratné směsi pokračuje v rotačních bubnech, případně na vibračních dopravníkových žlabech. Odlitek může být chlazen v závěsných koších závěsových dopravníků. V mnoha případech je použit proud vzduchu, který je směrován na odlitek. V některých případech je použita jemná sprcha vodou, aby se urychlil účinek chlazení.

2.6.2

Odlévání do trvalých forem

2.6.2.1

Gravitační a nízkotlaké odlévání do kokil

Při procesu odlévání do trvalých forem se využívá trvalé ocelové kokily, do které pod vlivem gravitace nebo plynu o nízkém tlaku je nalévána tavenina. Pro odlití dutin odlitku a komplexních vnitřních tvarů se mohou použít jádra z pískové směsi. Odlitky z kovové formy tuhnou rychle, a proto mají strukturu s jemným zrnem a s dobrými charakteristikami pevnosti.


83

Kapitola 2

Princip nízkotlakého lití je znázorněn na obrázku 2.44. Kovová forma je upevněna nad utěsněnou pecí obsahující roztavený kov. Žáruvzdorně vyzděná dopravní trubka zasahuje ze dna kokily do roztaveného kovu. Pokud je do pece zaveden vzduch pod nízkým tlakem (15 – 100 kPa), roztavený kov stoupá trubkou a vtéká do dutiny kokily za nízké turbulence. Vzduch odchází z kokily dělicí rovinou a výfuky. Po té kov ztuhne, je tlak vzduchu uvolněn a dovolí tavenině ve stoupací trubici klesnout zpět do pece. Po uplynutí doby chlazení a ztuhnutí odlitku je kokila otevřena a odlitek vytažen. Z důvodu nepřítomnosti vtoků a nálitků je výtěžnost odlitku mimořádně vysoká, obvykle nad 90 %. Odlitek má dobrou rozměrovou přesnost a dobrý povrch. Komplexní odlitek může být vyroben za použití pískových jader. Tento postup je užíván u hliníkových odlitků, např. automobilových dílů, jako jsou kola, hlav válců, skříní elektrických motorů a domácího kuchyňského nádobí. Pro dobré uvolnění odlitku a jeho chlazení musí být kokila natřena. Obvykle se nátěr aplikuje jedenkrát za směnu. Životnost zápustky pohybuje se kolem 30 000 – 50 000 odlití. Schéma stroje na nízkotlaké lití je uvedeno na obrázku 2.45.

Obrázek 2.44: Princip nízkotlakého licího stroje [175, Brown, 1999]

Obrázek 2.45: Stroj na nízkotlaké lití [237, HUT, 2003] U gravitačního kokilového lití je roztavený kov odléván pod gravitací do trvalé formy a nebo do kokily. Nabízí se široký výběr strojů pro gravitační lití do kokil, od jednoduchých, sestavovaných ručním ovládáním ozubeného kola a pastorku při ručním odlévání, až po karuselové stroje, obvykle s naklápěcím mechanizmem pro plnění kokily a často s ovládaným licím robotem. Kokily jsou natřeny nátěrem na bázi žáruvzdorného materiálu a s řízením rychlosti chlazení. Čas pro vytažení odlitku z kokily může kolísat mezi 4 až 10 minutami, což závisí na typu odlitku. Proces je proto relativně pomalý ve srovnání s tlakovým litím. Aby se dosáhlo rozumné rychlosti výstupu, obsluhuje pracovník


84

Kapitola 2 2 – 4 kokily v sekvencích, které dovolí 30 – 60 lití za hodinu. Automatický karuselový stroj může mít 4 – 6 stanic s několikanásobnými sestavami, které umožňují dosažení výrobní rychlosti kolem jednoho odlitku za minutu. Tento proces se široce používá pro odlévání hliníku pro série 1 000 a více než 100 000 kusů za rok, např. pro výfukové potrubí, hlavy válce a vodní čerpadla. Nátěry trvalých forem jsou běžně složeny z vody, vysokoteplotního pojiva (křemičitan sodný), žárovzdorného plnidla nebo směsi plnidel. Rozlišují se dvě kategorie nátěrů: • izolační, který obsahuje směsi izolačních minerálů, jako je tálek, slída, křemelina, oxid titanu, oxid hlinitý atd. • lubrikační, založený na koloidním grafitu nebo nitridu boru pro uvolnění odlitku. Nátěry jsou obvykle do zápustky nastřikovány. Pečlivost a pozornost při přípravě kokily, příprava nátěru, jeho aplikace, typ zařízení pro nátěr mohou být přínosem pro využití jakosti a produktivity. [175, Brown, 1999] 2.6.2.2

Vysokotlaké odlévání do kokil

Termín pro „kokilové lití“ obvykle zahrnuje „tlakové lití do kokil“. Proces využívá kovovou zápustku (kovovou formu), do které pod tlakem roztavený kov hnán. Použití vysokého tlaku způsobí rychlý a turbulentní proud kovu, který dovoluje výrobu odlitků s velkou plochou povrchu a tenkými tloušťkami stěn. Zápustky jsou obvykle vyrobeny ze dvou bloků oceli, každý obsahuje část dutiny, která je v době lití uzamčena. Z důvodu vysokého tlaku kovu je maximální velikost odlitku omezena maximální uzamykací silou odlévaných polovin. Pro tvarování vnitřních povrchů se užívají vytažitelná a odstranitelná jádra. Pro vysoké tlaky kovu mohou být použita pouze kovová jádra. To omezuje komplikovanost odlévaného kusu. Kov je udržován pod tlakem až do ztuhnutí a vychlazení. Poloviny zápustek jsou potom otevřeny a odlitek je vyjmut obvykle pomocí automatického vyhazovacího systému. Zápustky jsou před použitím předehřáté a natřené. Pro udržování požadované pracovní teploty jsou chlazeny buď vzduchem, nebo vodou. Používají se dva základní typy vysokotlakých odlévacích strojů, a to s horkou nebo se studenou komorou (viz obrázek 2.46).

Obrázek 2.46: Odlévací zařízení s horkou a studenou komorou [42, US EPA, 1998]


85

Kapitola 2

Vysokotlaké stroje s horkou komorou obsahují zásobník roztaveného kovu, kokilu a dopravní zařízení kovu. To automaticky vytáhne roztavený kov ze zásobníku a vtlačí jej pod tlakem do kokily. K vytvoření nezbytného tlaku v kokile se často používá ocelový píst a systém válců s husím krkem. Tento stroj využívá pro dopravu roztaveného kovu ze zásobníku do zápustky litinový kanál. Tlak se může pohybovat v rozsahu od několika barů až nad 350 barů. Postupy s horkou komorou se používají hlavně pro slitiny zinku a hořčíku. Vysokotlaké stroje se studenou komorou mají zásobník roztaveného kovu oddělený od licího stroje, dostatečné množství kovu pro jedno odlití je ručně nalito z pánve, nebo se lije mechanicky do malé komory, ze které je vehnáno do kokily pod vysokým tlakem. Tlak je vytvořen hydraulickým systémem, ten je spojen s pístem a jeho hodnota bývá běžně v rozsahu od několika set do 700 barů. Ve stroji se studenou komorou je teplota kovu právě nad bodem tavení, je v kašovitém stavu, protože kov je ve styku s pístem a válcem po velmi krátkou dobu. Tento proces je použitelný hlavně pro hliníkové odlitky, menší odlitky z hořčíkových slitin, slitin zinku, a dokonce pro slitiny s vysokým bodem tavení, jako jsou mosazi a bronz. Pro úspěšné vysokotlaké lití je podstatná správná lubrikace zápustek a pístů. Lubrikace zápustky má vliv na jakost odlitku, hustotu, konečný povrch, snadné vyplnění dutiny a snadné vyhození odlitku. Správná lubrikace může také zvýšit rychlost výroby, snížit požadavky na údržbu a na zanášení materiálu na líci zápustky. Ačkoliv jsou vypracovány speciální předpisy, obecně jsou lubrikanty (také zvané dělicí prostředky) směsí lubrikantu a nosného materiálu. Předpisy mohou také navrhovat přísady pro brzdění koroze, zvýšení stability během skladování a pro rezistenci k bakteriálnímu rozpadu. Lubrikační materiály jsou typicky minerální oleje a vosky ve vodních emulzích. Zvýšené použití nachází silikonové oleje a syntetické vosky. Dnes se používají lubrikanty jak na bázi vody tak i na bázi rozpouštědel. Lubrikanty na bázi vody na trhu převládají (95 %). Aplikují se na otevřenou zápustku nástřikem mezi každým odlitím. Používají se ředěné roztoky lubrikantu (1 : 20 – 1 : 200 jde o poměr dělicího prostředku a vody). Vyvíjejí se alternativní elektrostatické práškové nátěry. Vysokotlaké lití není vhodné pro ocel a pro slitiny s vysokým bodem tavení. Postup se široce používá pro hliníkové odlitky, kokily jsou však drahé. Jejich životnost může být vyšší než 150 000 kusů, proto je proces nejvhodnější pro dlouhodobou výrobu odlitků. Jednou z hlavních výhod vysokotlakého lití je, proti ostatním metodám, výroba odlitku velmi komplikovaných tvarů. Schopnost odlévat odlitky komplikovaných tvarů často umožňuje výrobu jednoho odlitku místo sestavy litých komponentů. To velice snižuje náklady na lití, právě tak jako náklady, které jsou spojeny se zpracováním a opracováním. Vysokotlaké lití vyrábí odlitky, které mají vysoký stupeň rozměrové přesnosti a také jakostní povrch ve srovnání s ostatními metodami lití. Mohou také pomoci snížit nebo eliminovat nákladné kroky opracování. Použitím metody vysokotlakého lití mohou být nakonec vyrobeny odlitky s relativně tenkou stěnou. To může mít za následek podstatnou úsporu materiálových nákladů vzhledem k váze komponentů. Ve srovnání s jinými procesy se při vysokotlakém lití tvoří relativně málo odpadu. Nicméně některé emise plynů a dýmu se během vstřikování kovu vyskytnou. Vytvářejí se dýmy oxidů kovu, protože se některé kovy vypařují a kondenzují. Plynové emise mohou pocházet ze samotného roztaveného kovu, a to z vývoje chemikálií lubrikantu, protože je stříkán do horké kovové zápustky nebo z kontaktu roztaveného kovu s lubrikantem. Emise mohou odcházet do vody z průsaků, rozlitím hydraulického oleje, ohříváním oleje a také z chladicí vody. [42, US EPA, 1998], [128, IHOBE, 1998], [175, Brown, 1999], [225, TWG, 2003]


86

Kapitola 2

2.6.2.3

Odstředivé lití

U odstředivého lití rotuje trvalá forma vysokou rychlostí okolo své osy a současně je naléván kov. Rychlost rotace a rychlost lití kovu kolísá podle odlévané slitiny, velikosti a tvaru, který je odléván. Rotující osa je obecně horizontální, nebo je skloněna pod malým úhlem (obrázek 2.47). Některá specifická zařízení používají rotaci kolem vertikální osy. Výsledný materiál pak má velmi hustou strukturu a vlastnosti, jež nelze obdržet litím do písku. Tento postup se používá pro výrobu válcových výrobků z litiny, oceli, slitin hliníku, mědi a niklu. Typické součásti vyrobené tímto procesem jsou trubky, kotle, tlakové nádoby, setrvačníky, vložky válců a ostatní součásti, které jsou symetrické kolem své osy. [179, Hoppenstedt, 2002]

Obrázek 2.47: Schematické znázornění odstředivého licího stroje [179, Hoppenstedt, 2002] 2.6.2.4

Kontinuální lití

Kontinuální lití je vysoce produktivní zařízení pro výrobu tyčí, trub a profilů. Rychlým chladnutím lze získat materiál s jemným zrnem a s dobrými mechanickými vlastnostmi. Roztavený kov je odléván do vodou chlazené kokily (krystalizátoru), která je otevřená u dna, nebo na boku (obrázek 2.48). Kokila dává výrobku požadovaný tvar. Intenzivním chlazením vnější povrch kovu tuhne, současně je pomalu vytahován ven z formy. Kontinuálním litím a protahováním se výrobek stává delší. Hořák řeže tyče na požadované délky. Tento postup se používá pro lití slitin železných i neželezných kovů. Technologie se aplikuje pro odlévání tyčí, desek a plátů. Její použití v tomto kontextu je popsáno v BREF pro průmysl neželezných kovů [155, European IPPC Bureau, 2001] a v BREF o výrobě litiny a oceli. [211, European IPPC Bureau, 2001].


87

Kapitola 2

Obrázek 2.48: Schematické znázornění kontinuálního licího stroje [179, Hoppenstedt, 2002]

2.7

Dokončovací operace a operace po odlévání

Dokončování surových odlitků zahrnuje všechny nezbytné úpravy, které jsou nutné pro zajištění konečného výrobku. Podle procesu mohou být požadovány různé kroky, jako jsou: • odstranění vtokového systému • odstranění zbytkové formovací směsi z povrchu jader v dutinách odlitku (čištění povrchu) • odstranění přebytečného kovu z povrchu odlitku včetně výronku v dělicí rovině forem • oprava vad odlitku • příprava odlitku pro dodatečné mechanické úpravy, montáž, tepelné zpracování, nátěr atd. V některých případech provádějí slévárny také kompletaci, povrchovou úpravu odlitků a následně jejich nátěr. Tyto činnosti však v tomto dokumentu nejsou probírány. Povrchová úprava a technologie nátěrů odlitků jsou uvedeny ve spisu BREF o Povrchové úpravě kovů (STM BREF) a Povrchové úpravě za použití ředidel (STS BREF). [110, Vito et al., 2001], [225, TWG, 2003]


88

Kapitola 2

2.7.1

Odstranění vtokového systému

Při dokončování surového odlitku a odstraňování vtokového systému (obrázek 2.49) se provádí tyto operace: • ulamování, prostřihování • v případě křehkých materiálů jako je litina s lupínkovým grafitem a bílá temperovaná litina, mohou být nálitky a vtoky ulomeny, pro tento účel se začíná ve zvýšené míře používat hydraulické zařízení • broušení brusnými kotouči, poloautomatické nebo manuální • řezání plamenem • pro odstranění masivních kusů kovu se používají kyslíko-acetylenové nebo kyslíko-LPG hořáky • řezání pilou • materiály, které jsou citlivé na teplo, se obyčejně odřezávají.

Obrázek 2.49: Odlitek s vtokovou soustavou a nálitky [237, HUT, 2003] I při dobrém navržení spojovacích míst (zářezů) může být licí systém odlomen, dokonce během vytřásání. Toto platí zejména pro šedou litinu. [32, CAEF, 1997], [202, TWG, 2002] 2.7.2

Čištění povrchu odlitku (odstranění zbytků směsi)

Odstranění formovací směsi se provádí v tryskacích kabinách. Tryskací prostředek je přizpůsoben tryskanému materiálu a je různý, od tryskací drti po skleněné korálky. Čistění modelových desek a trvalých forem se provádí skleněnými korálky, hliníkovými korálky nebo obilím zmraženým pomocí CO2. Příklad odlitků před a po tryskání představuje obrázek 2.50.

Obrázek 2.50: Odlitky před (vlevo, uprostřed) a po (vpravo) odstranění písku tryskáním [237, HUT, 2003] Existují různé tryskací postupy.


89

Kapitola 2

Odlitky jsou zavěšeny na závěsné drážce a pohybují se v dávkách v tryskací kabině. Pro menší kusy se používá pohyblivý pás. Velké kusy se tryskají ručně, tlakovzdušným, nebo vodním tryskačem v uzavřené kabině. V tomto případě jsou velmi důležité osobní ochranné prostředky. Vyžaduje se helma s maskou proti prachu. Hrubý prach (směs a okuje), který se vytváří tryskáním odlitých kusů, je sbírán společně s tryskacím prostředkem. Je odprášen, magneticky separován a prosíván. Z odsávaného vzduchu je jemná frakce společně s hrubou frakcí odstraněna odfiltrováním. Při čištění tryskacího prostředku je důležité před opětovným použitím odstranit ostřivo (písek), které může způsobit rychlé opotřebení metacích lopatek. 2.7.3

Odstranění zateklin v dělicí rovině

Otřepy, které se vyskytují v místě styku formy a jádra v podobě not (výronky), a nepravidelnosti na ostatním povrchu, jsou odstraněny použitím kotoučových nebo pásových brusek. Ostatní použité postupy zahrnují: • vibrační broušení − odstranění otřepů a ostatních malých přebytků materiálu na povrchu odlitku může být provedeno obrušováním; součásti jsou otáčeny v bubnech nebo vibračních kontejnerech s abrazivními tělísky, které způsobují, že se odlitky třou o sebe a o abrazivní elementy, v typické jednotce jsou odlitky broušeny použitím lože z brusných kamenů tvaru kuželu společně s přidanou emulzí vody a mýdla, hrubost a velikost brusných kamenů se různí v závislosti na velikosti odlitku • čištění v bubnu – omíláním, tento postup se používá pro odstraňování tenkých otřepů nebo malého množství zbytků kovu na odlitku, během procesu se otřepy odstraňují samy jako výsledek vzájemných nárazů v rotujícím bubnu, současně jsou hrany zaobleny, někdy procesu napomáhá kapalina.

Obrázek 2.51: Otřepy (vlevo) a jejich odstranění broušením (uprostřed) a omíláním¨(vpravo) [237, HUT, 2003] Automatizace těchto procesů je obtížná pro rozmanitost tvarů otřepů, pro potřebu snadno a rychle odlitky upnout. Automatické brousicí stroje jsou ve zvýšené míře používány v sériové výrobě. Do takového stroje jsou vloženy surové odlitky a jsou obroušeny. Ručního dobrušování už zpravidla není třeba. V automatizovaných linkách se používají další postupy: • obrážení − sériové odlitky jsou navrženy tak, že na předem určených místech vzniknou nevyhnutelné otřepy, jestliže jsou série dosti velké, navrhují se pro jejich odstranění obrážecí nástroje, které rychle otřepy odstraní a zajistí odlitkům požadovanou konturu


90

Kapitola 2 •

frézování − s vývojem elektronického řízení pro obráběcí stroje se stává stále snadnější navrhovat programy pro obrábění odlitků, pro menší série je možné použít frézky s jejich jednoúčelovými nástroji namísto obrážecích strojů, během takového procesu jsou kusy upínány zařízením stroje a procházejí několika různými frézkami.

Na závěr lze provádět svařování pro spojení odlitků a pro opravu vad zavařováním. Ve většině těchto případů se používá svařování obloukem. Podle požadavků na svařování, zavařování a podle zařízení se používá tyčová, nebo svařovací elektroda. Může se použít inertní plyn. Drážkování je využíváno u ocelových odlitků a spočívá ve vytváření žlábků pro odstranění vad, pomocí řezacího hořáku s mědí potaženou uhlíkovou elektrodou. [32, CAEF, 1997], [110, Vito, 2001] [202, TWG, 2002]

2.8.

Tepelné zpracování

2.8.1

Úvod

Pro odlitky ze železa existují v zásadě dva typy tepelného zpracování, které se používají, a to žíhání a kalení. V případě žíhání je napětí v odlitku způsobené litím a následným ochlazením sníženo a struktura se stane rovnoměrnou. V případě kalení se pohybuje teplota ohřevu nad teplotou strukturální přeměny a odlitek je následně rychle ochlazen. Proces je znám jako kalení, které mění vlastnosti materiálu. Různých výsledků lze dosáhnout použitím vody, oleje nebo kalením na vzduchu. „Popouštění“ je název postupu, při kterém je výrobek znovu ohřát na popouštěcí teplotu a opět ochlazen různými postupy kalení. Temperování litiny je tepelné zpracování, které se od popouštění a kalení liší. Zde je licí struktura odlitku buď transformována na odlitek s bílým, nebo s černým lomem v závislosti na postupu. Mnoho odlitků ze slitin neželezných kovů se používá v odlitém stavu, ale určité aplikace vyžadují vyšší mechanické vlastnosti, než jakých je dosaženo jen odlitím materiálu. Možným tepelným zpracováním je žíhání, řízené ochlazování, tepelné zpracování, umělé stárnutí a precipitace. [32, CAEF, 1997], [175, Brown, 1999] 2.8.2

Pece pro tepelné zpracování

2.8.2.1

Komorové pece

Nejčastější konstrukcí pece je komorová pec. Její skutečný tvar je konstruován do mnoha forem tak, aby splňovala požadavky odlišného tepelného zpracování různých typů odlitků a výroby. Příkladem komorových pecí je vozová pec, pec s horním víkem, nístějová pec atd. Komorové pece s kontinuálně pohyblivým dopravním prostředkem se nazývají tunelové pece. Ohřev se provádí buď elektřinou, plynem nebo topným olejem. U některých neželezných materiálů se tepelné zpracování provádí při teplotě bodu tavení odlitku, a proto je třeba přesně řídit teplotu. Nucená cirkulace vzduchu se používá pro zajištění toho, aby teplota všech částí pece byla konstantní. [32, CAEF, 1997], [175, Brown, 1999]


91

Kapitola 2

2.8.2.2

Šachtové pece

V šachtové peci se často tepelně zpracovávají trubky a podobné součásti, které jsou zavěšeny ve vertikální poloze. Šachtová pec se ohřívá elektřinou, plynem, nebo topným olejem. 2.8.2.3

Žíhací pece

Pro temperování odlitků se používají komorové pece, pece s horním víkem, nebo tunelové pece. Ohřev takových pecí se provádí elektřinou, plynem případně topným olejem. 2.8.3

Kalení

V procesech tepelného zpracování se používá rychlé ochlazování dílu při větší rychlosti než na klidném vzduchu. Toho lze dosáhnout pomocí rychlého ponoření do vody nebo do oleje (obrázek 2.52), stejně tak jako při nuceném ochlazení vzduchem. Musí se zajistit, aby výrobky byly ochlazeny stejnou rychlostí. Pokud se díly ponořují do kapaliny, musí se s nimi pohybovat nebo musí kapalina cirkulovat, aby se zajistilo rovnoměrné ochlazení všech částí výrobku. Podobně je tomu při užití chladicího vzduchu, kde se musí připravit proces foukání tak, aby vzduch pokryl celý povrch.

Obrázek 2.52: Kalení žhavého odlitku krátce po tepelném zpracování [237, HUT, 2003] 2.8.4

Tepelné zpracování litiny s kuličkovým grafitem (LKG)

Obvykle se vyžaduje dosažení požadovaných vlastností kovu v odlité formě, což však při různých tloušťkách stěn není vždy možné. Tepelným zpracováním odlitků se eliminují karbidy v tenkých průřezech, vytvoří se požadovaná struktura a často se zlepší mechanické vlastnosti, zvláště normalizací struktury zrna. Tam, kde je třeba temperovat strukturu martenzitu, je tepelné zpracování zásadní operací. [32, CAEF, 2003], [174, Brown, 200]


92

Kapitola 2

2.8.4.1 Odstranění vnitřního pnutí Uvolnění vnitřního pnutí spočívá z ohřevu odlitků rychlostí 50 – 100 °C/hod. až na 600 °C (je třeba dbát na to, aby teplota nepřesáhla 610 °C), jejich ohřevu po dobu jedné hodiny, prodloužení ohřevu (výdrže) o jednu hodinu pro každých 25 mm průřezu tloušťky v nejsilnějším místě a jejich následném ochlazení rychlostí 50 – 100 °C/hod. nebo menší. Odlitky musí být v peci dobře podepřeny, aby se nedeformovaly, případně nevzniklo další pnutí. 2.8.4.2

Rozpouštění karbidů

Tenké stěny odlitků mohou v odlité struktuře obsahovat karbidy. Tyto lze eliminovat ohřevem odlitků na teplotu 900 – 925 °C po dobu 3 – 5 hodin. 2.8.4.3

Žíhání pro vytvoření ferritické matrice

Žíhání zahrnuje prohřev odlitků na 900 – 925 °C po dobu 3 – 5 hodin. Následuje pomalé ochlazování při cca 20 – 35 °C/hod. přes kritické rozmezí teplot (asi 800 – 710 °C) a konečné chladnutí v peci, např. při 50 – 100 °C /hod., na 200 °C. 2.8.4.4

Normalizace pro vytvoření perlitické matrice

Pro normalizaci je nezbytným ohřev odlitků nad kritickou teplotu, po kterém následuje ochlazování na vzduchu. Opět se používá teplota ohřevu 900 – 925 °C, aby bylo zajištěno rozpuštění karbidů. Pro formování perlitu aplikuje nucené chlazení vzduchem. Použitý typ pece je určován cyklem tepelného zpracování a velikostí zavážky. Jako nezbytná se může zdát úprava složení kovu cínem nebo mědí, aby se napomohlo tvorbě plně perlitické struktury. 2.8.4.5

Tvorba kalených a popouštěných struktur

Kalené struktury jsou vytvářeny austenitizací odlitku při 900 – 920 °C, po které následuje kalení do oleje. Popouštění obvykle pokračuje při 600 – 650 °C. 2.8.4.6

Austeniticky popouštěná litina s kuličkovým grafitem (ADI)

Austenitické popouštění je izotermické tepelné zpracování pro výrobu austeniticko-feritických struktur, může zvýšit pevnost tvárné litiny na dvojnásobek a ponechá tažnost a houževnatost. Odolnost proti opotřebení a únavovým lomům je vynikající, proto je ADI litina srovnatelná s tvářenou ocelí. Tepelné zpracování ADI je dvoustupňový proces, jak je znázorněno na obrázku 2.53. Austenitizace se provádí při 815 – 930 °C do plné transformace matrice na austenit. Toto se děje buď v neoxidační atmosféře pece, nebo ve vysokoteplotní solné lázni. Teploty a časy tohoto procesu jsou určeny chemickým složením, velikostí průřezu a požadovanou jakostí ADI. Adekvátní je obvykle doba 1 až 1,5 hodiny. Požaduje se pomalý počáteční ohřev odlitku, aby se zabránilo nebezpečí praskání komplikovaných tvarů. Odlitky jsou potom kaleny na požadovanou izotermickou teplotu zpracování. Obvykle je to mezi 210 a 400 °C. To se provádí v solné lázni. Odlitky jsou udržovány na této teplotě 1 – 2 hodiny, aby byla transformace austenitu na bainit úplná. Nižší hodnoty teplot vyšší tvrdost, pevnost a odolnost proti opotřebení. Výsledkem vyšších teplot je vyšší tažnost a houževnatost. Po izotermickém tepelném zpracování jsou odlitky ochlazovány při okolní teplotě.


93

Kapitola 2

Obrázek 2.53: Typický průběh tepelného zpracování austenitického popouštění [174, Brown 2000] Nelegované litiny s kuličkovým grafitem mohou být austeniticky popouštěny v průřezech až do tloušťky cca 8 mm. Silnější průřezy stěn odlitků vyžadují přidání Mo nebo Ni pro zvýšení kalitelnosti. Austeniticky popouštěné litiny s kuličkovým grafitem se používají místo ocelových komponentů v zemědělství, dopravě, automobilovém průmyslu a strojírenství, např. pro nože pluhů, zuby rypadel, svorky pružin, ozubení atd. Výroba ADI vzrůstá, ale její použití je omezeno do určitého rozsahu pro nedostatek vhodného zařízení pro tepelné zpracování. [32, CAEF, 2003], [174, Brown 2000] 2.8.5

Tepelné zpracování oceli

U ocelových odlitků, které procházejí před expedicí tepelným zpracováním, např. normalizací, nastávají strukturální změny. Vzniklé pnutí odlitku musí být sníženo (žíhání na odstranění pnutí). Většinu ocelových odlitků je nutno tepelně zpracovat, aby se dosáhlo požadovaných mechanických vlastností, aby se odstranilo napětí, aby se získala vhodná odolnost vůči korozi a aby se zabránilo problémům v průběhu dokončovacích operací. Tepelné zpracování je určeno podle třídy oceli. Pro odstranění chemických a strukturálních segregací se obvykle provádí žíhání při vysokých teplotách. Uhlíkaté a nízkolegované oceli procházejí: • normalizačním žíháním a chlazením vzduchem • austenitizací, kalením a temperováním. Austenitické a duplexní nerezavějící oceli jsou tepelně zpracovány žíháním a kalením ve vodě. K odstranění vnitřního napětí materiálu se provádí i dodatečné tepelné zpracování. [32, CAEF, 1997], [202, TWG, 2002], [225, TWG, 2003]


94

Kapitola 2

2.8.6

Tepelné zpracování hliníku

Hliníkové odlitky jsou tepelně zpracovávány, aby se odstranila homogenizace, uvolnilo pnutí, zlepšila se rozměrová stabilita a opracovatelnost, optimální pevnost, tažnost, tuhost a odolnost proti korozi. Nejčastější tepelné zpracování je kompromisem mezi různými účinky, které zvyšují důležité vlastnosti. Zpracování hliníku může zahrnovat žíhání, homogenizaci, rychlé zakalení, umělé stárnutí a precipitaci. Typ tepelného zpracování je označen příponou u označení kovu. Toto se nazývá určení tepelného zpracování. Pro odlitky lité do formovací směsi, gravitačně lité a nízkotlaké odlitky je možné použít všechny druhy tepelného zpracování. Nejsou však všechny standardizovány. Tlakové odlitky nejsou homogenizovány a zakaleny stejným způsobem jako odlitky lité do formovací směsi, gravitačně a při nízkém tlaku. Zachycené bubliny plynu mohou expandovat a způsobit vady odlitku. Tepelné zpracování není běžné pro vysokotlaké odlitky, pouze 1 % tohoto typu odlitků se tepelně zpracovává. Všechny odlitky lité do kokil mohou být po vyjmutí z kokily zakaleny, tepelně zpracovány na precipitaci a uvolnění pnutí, aniž by u nich došlo k jakémukoliv poškození. Při výrobě hliníkových kol nízkotlakým litím je tepelně zpracováno 90 % odlitků. [225, TWG, 2003] 2.8.6.1

Uvolnění pnutí a žíhání

Odlitky se změnami průřezu nebo odlitky složitého tvaru vytvářejí vnitřní pnutí. Toto potom způsobí rozměrové změny po opracování. Pro stabilizaci odlitků a odstranění vnitřního pnutí jsou odlitky ohřívány na teplotu 200 °C po dobu 5 hodin a poté pomalu ochlazovány v peci. 2.8.6.2

Homogenizace a kalení

Odlitky jsou zahřívány na teplotu pod teplotou tavení po dlouhou dobu, takto udržovány po delší dobu, aby legující složky přešly do homogenního pevného roztoku. Odlitky jsou pak rychle ochlazeny zakalením na pokojovou teplotu, aby zadržely prvky v roztoku. Používá se voda nebo speciální kalicí prostředky. Kalicí nádrže jsou umístěny blízko pece, aby se umožnilo rychlé ochlazení. Ačkoliv se citlivost na rychlost kalení mezi slitinami liší, je dobrou praxí omezit ji na 5 – 10 sekund. 2.8.6.3

Precipitace

Řízená precipitace legujících prvků je podporována ohřevem odlitků na teplotu 150 až 200 °C. Zvýší se tak pevnost a tvrdost odlitku. Proces se proto také nazývá strukturální kalení. Každá slitina má optimální cyklus tepelného zpracování. 2.8.6.4

Umělé stárnutí

Některé odlévané slitiny zlepší svou pevnost a tvrdost, pokud jsou uloženy při pokojové teplotě. Proces může trvat několik týdnů, ale může být urychlen jejich ohřátím nad pokojovou teplotu, a potom udržováním této teploty po určitou dobu. [175, Brown, 1999], [202, TWG, 2002], [213, CTIF and CQRDA, 2002], [212, Zalensas, 1993]


95

Kapitola 2

2.9

Kontrola jakosti

Během kontroly jakosti je dokončený odlitek prověřen z hlediska souladu se souvisejícími výrobními požadavky, např. rozměry, vadami struktury kovu nebo strukturou povrchu. Kontrola jakosti může být prováděna vizuálně za použití měřicích nástrojů, nebo automaticky podle typu odlitku a velikosti sérií. Při výrobě hliníkových kol jsou odlitky kontrolovány rentgenovou analýzou. Pro přezkoušení počítačovým programem je použita standardní podoba dobrého odlitku. Pokud se vyskytnou nějaké rozdíly, je prozkoumán vzhled a posouzen technikem. Namátkové testy slitiny jsou prováděny spektrální analýzou. Postup řízení jakosti rozhodne o tom, zda bude odlitek vyřazen jako zmetek, nebo bude expedován. Vyřazené odlitky se dopraví zpět mezi suroviny a jsou použity jako vsázka pro další tavby. [225, TWG, 2003]


96

Kapitola 3

3

SOUČASNÉ EMISE A ÚROVEŇ SPOTŘEBY VE SLÉVÁRNÁCH

3.1.

Přehled toku hmoty

3.1.1

Úvod

Obecný přehled toku hmot a energií pro slévárenský proces je uveden na obrázku 3.1. Toto schéma obecně platí pro slévárny železných i neželezných slitin kovů. Specifické aspekty a typy různých kroků procesu budou vypracovány níže.

O s t ř iv o a c h e m i k á lie

Obr. 3.1: Přehled toku hmot a energií pro slévárenský proces

3.2 3.2.1

Tavení a úprava slitin železa Vlastnosti tavicích pecí pro ocel a litinu

Tabulka 3.1 představuje přehled typických vlastností tavicích pecí používaných pro ocel a litinu. Údaje jsou uvedeny v následující sekci.


97

Kapitola 3

Proces

Ocel

Litina

Type

ELEKTRICKÁ OBLOUK. INDUKČNÍ PEC PEC

INDUKČNÍ PEC

KUPLOVNA

ROTAČNÍ PEC

Druh

kysele vyzděná

zásaditě vyzděná

bez jádra

bez jádra

se studeným větrem

s horkým větrem

horkovětrná s dlouhou kampaní

bez koksu-duplex

Zdroj energie

elektřina

elektřina

elektřina

elektřina

koks

koks

koks

Plyn/palivo

Plyn/palivo

Tepelná účinnost 1 (%) Původní tepelná účinnost2 (%) kWh/tunu kovové vsázky Dávkovací/kontinuální Výrobní rychlost4 (v t/hod.) Kapacita pece5 (tuny) Doba tavení (hod.) Schopnost rafinace Investiční náklady Tvorba strusky (kg/tunu kovové vsázky) Tvorba prachu6 (kg/tunu kovové vsázky)

60 – 70 21 – 25 500 – 700 Dávka

60 – 70 21 – 25 500 – 800 Dávka

50 – 60 15 – 20 520 – 800 Dávka

50 – 60 15 – 20 520 – 800 Dávka

30 – 40 30 – 40 950 – 1 200 Kontinuální 2 – 10

40 – 45 40 – 45 800 – 900 Kontinuální 8 – 70

35 – 45 35 – 45 810 – 1 100 Kontinuální 8 – 70

50–6045-50 700–800 Kontinuální >5

50–60 35–45 1 600–800 Dávka

2 – 50 1–4 Možná Vysoké

2 – 50 1–4 Možná Vysoké

0,01 – 30 1–2 Ne Vysoké

0,01 – 30 1–2 Ne Vysoké

10 – 40

20 – 80 5–8

Ano Střední

Ano Vysoké

Ano Vysoké

Ne Střední

1–20 2–4 Ne Nízké

10 – 20

40 – 80

40 – 80

40-80

20–60

0,06 – 1

5 – 13

4 – 12

0,8

0,3–2,9

350 – 480

100-120

120

0,5 – 2,5

< 10

1,0–1,5

Podle paliva 0,5

2,5–3,0 0,3–0,4

Emise odpadního plynu 7 (kg/tunu kovové vsázky) CO2 8 CO

Podle generování energie 7,5 – 25 (oduhličení)

Podle generování energie Není dostupné

400 – 500 Možné

9

<1 Minoritní 1–2 <1 SO2 Není dostupné Není dostupné <1 <1 NOX 1 indikované hodnoty udávají velikost, ale velmi záleží na podmínkách využití, např. teplota kovu, kapacita pece a rychlost výroby 2 účinnost generování elektrického výkonu se předpokládá 35 % 3 v úvahu vzata energie spotřeby pro tvorbu kyslíku a surovin, jako je grafit a FeSi, pro náhradu za oxidované prvky během, tavby 4.pouze pro kontinuální procesy 5 pouze pro procesy v dávkách 6 ukazované hodnoty jsou obecné hodnoty nalezené v literatuře 7 ukazované hodnoty jsou obecné hodnoty nalezené v literatuře 8 předpoklad úplného spalování 9 v závislosti na místních podmínkách využití a na konstrukci

Tabulka 3.1: Typické vlastnosti tavicích pecí a údaje o emisích [32, CAEF, 1997], [110, Vito et al., 2001], [202, TWG, 2002], [202, TWG, 2002] a komentáře od CTIF


98

Kapitola 3 3.2.2

-

Kuplovna

Vstup železný vsázkový materiál (surová železa, houbovité železo, ocelový šrot, slévárenský vrat) legující materiál (feroslitiny) tavidla (vápenec) energie (koks, plyn, olej, elektřina) kyslík chladicí voda voda

3.2.2.1

-

Výstup litina tuhé znečišťující látky (obsah kovu) CO/CO2, SO2, NOx HF dioxiny, furany organické znečisťující látky struska žárovzdorný odpad

Koks a spotřeba energie

Pro operace s dmýcháním studeného vzduchu činí spotřeba koksu mezi vsázkami 90 – 120 (zkušenost ČR 110 – 150 – pozn. překladatele) kg/t kovové vsázky, ale může být menší než 70 kg/t kovové vsázky, např. v případě protizávaží. Započtením množství základového koksu činí celková spotřeba koksu 110 – 140 (zkušenost ČR 130 – 170 – pozn. překl.) kg/t kovové vsázky. Protože kalorická hodnota evropských koksů je 8,5 kWh/kg, odpovídá to kalorickému vstupu 950 – 1 200 kWh/t kovové vsázky. Celkový poměr koksu v horkovětrné kuplovně je obvykle 110 – 145 kg/t kovové vsázky při průměrné vsázce oceli, jež je stanovena na 50 %. Zpětné nauhličení tak spotřebuje asi 1,5 %. Skutečný poměr spáleného koksu je 95 – 130 kg/t kovové vsázky, což je 810 až 1 100 kWh/t kovové vsázky. To odpovídá tepelné účinnosti 35 až 45 %. Podle rozlohy slévárny je energie, která se spotřebuje zařízením pro úpravu kychtových plynů a pro udržovací pec, uvedena v tabulce 3.2. Německé údaje ukazují specifické použití elektrické energie pro čištění spalin cca 20 kWh na tunu dobrých odlitků. [202, TWG, 2002] Typ nosiče energie Plyn pro spalovací komoru Elektřina pro zařízení úprav kychtového plynu (ventilátory atd.) Elektřina pro udržovací pec

Průměrná spotřeba kWh/tunu kovové vsázky 40 40

60

Tabulka 3.2: Průměrná spotřeba energie pro úpravu odtaženého plynu a udržování litiny na teplotě 3.2.2.2

Vylučované tuhé částice (TZL – tuhé znečišťující látky)

Rozsah emisí vylučovaných tuhých částic je velmi široký, závisí v prvé řadě na typu použité kuplovny, jak ukazuje tabulka 3.3. Typ kuplovny Studený vítr Horký vítr Bezvyzdívková, horkovětrná Bezkoksová

Emise TZL (kg/t kovové vsázky) 5 – 13 4 – 10 5 – 12 0,8

Poměr koksu (kg/t kovové vsázky) 110 – 140 95 – 130 115 – 135 0

Tabulka 3.3 Úrovně emisí tuhých částic z různých typů kuploven (bez čištění plynů) [32, CAEF, 1997]


99

Kapitola 3

Emise prachu měřené na komíně ve třech německých slévárnách jsou dány v tabulce 3.4. Objem (m3/hod.)

TZL celkem (mg/m3)

PM10 (%)

PM2,5 (%)

28 500

7

88

47

16 000 6 000 (Nm3/hod., suchý)

68 – 94

96

88

75

100

45 – 85

Čištění kouřového plynu Odtah nad sázecím otvorem; tkaninový filtr Cyklona, Venturi, rekuperátor neuvedeno

Tabulka 3.4. : Hladiny emisí TZL z kuplovny a distribuce PM (po čištění plynem) [202, TWG, 2000] Obecně platí, že rozsah rozměrů částic je od méně než 1 µm až do 10 mm, 50 % částic je menší než 100 µm, ale z 5 až 20 % jsou menší než 2µm, což znamená, že sběr částic je obtížnější. Částice z kuplovny pocházejí v první řadě z koksu, kysličníku křemičitého a vápence, jak ukazuje tabulka 3.5

Substance

Složení (%) [32, CAEF, 1997] [158, Charbonnier, et al., 1998] Oxid železa 30 – 60 15 – 25 SiO2 +/– 25 15 – 30 Koksový prach 3 – 15 Nedodáno MnO 3 – 10 2–5 Al2O3 1–3 2–5 MgO 1–3 0–2 CaO <1 5 – 10 S <2 Nedodáno ZnO, v závislosti na vsázce <3 0 – 30 Zn * PbO, v závislosti na vsázce <1 0 – 5 Pb * * ve formě oxidů a silikátů; používá se pro částice obohacený Zn Tabulka 3.5.: Typické složení částic z kuplovny, údaje jsou ve váhových procentech [321,CAF, 1997], [158, Charbonnier, 1998] 3.2.2.3

Kouřové plyny

Plyn z kuploven , které jsou vytápěné koksem, se v prvé řadě skládá z N2, CO2, H2O, CO a menšího množství SO2. U konvenčních kuploven, kde se kouřový plyn shromažďuje nad sázecím otvorem, musí být rozlišeny podmínky toku plynů pod a nad sázecím otvorem, protože okolní vzduch vstupuje otevřeným sázecím otvorem. Tento vstup mění podstatně celkový proud vzduchu i složení plynu (pozn. překladatele – viz názvosloví v poznámkách). Jestliže jsou kychtové plyny dostatečně horké, mohou shořet spontánně spolu s nasávaným vzduchem (CO + O2 → 2CO2) a teplota se může zvýšit na 900 °C. Do odtahu odejde jen trochu nebo žádný CO. Jestliže ke spalování nedochází, vstupující vzduch bude mít chladící účinek asi 100 až 300 °C a rovnováha CO/CO2 zůstane nezměněna. Teplota kychtových plynů pod sázecím otvorem je v prvé řadě závislá na výšce vsázky; vstup okolního vzduchu je dán kapacitou ventilátor nebo přirozeným tahem. Proud neředěného horního kupolního plynu je proporcionální ke spotřebě plynu. Při rozumném zvýšení množství vsázeného koksu a při tomtéž množství vzduchu se sníží výkon pece při udržování stejného proudu kychtových plynů (v tunách taveného kovu/h). Teplota kovu se také zvýší. Rychlost spalování (C + O2 → CO2) více koksu a dmýchání vzduchu znamená zvýšený tok kychtových plynů.


100

Kapitola 3 Spotřeba koksu a dmýchaného vzduchu pro danou pec závisí na požadovaném tavicím výkonu a na teplotě kovu. Typické množství vzduchu, jak je uvedeno v literatuře, kolísá od 600 do 800 Nm3/t kovové vsázky pro studenovětrnou kuplovnu od 500 do 700 Nm3/t kovové vsázky pro horkovětrnou kuplovnu. Složení nespálených kychtových plynů může být následující (viz tabulka 3.6). Substance CO2 CO H2 SO2 N2

Objem v % 10 – 18 5 – 15 <1 < 0,05 zbytek

Tabulka 3.6: Složení kychtového plynu kuplovny [32, CAEF, 1997] Rychlost proudu kychtových plynů nad sázecím otvorem může být dva až pětkrát vyšší v závislosti na požadované teplotě (která závisí na druhu použitého zařízení na odstranění tuhých částic) zředěných plynů. V případě rekuperace u horkovětrné kuplovny je vše závislé na možné přítomnosti komory dodatečného spalování. Typické hodnoty rychlosti toku jsou 3 000 až 4 000 Nm3/t kovové vsázky pro studenovětrnou kuplovnu a 900 až 1 400 Nm3/t kovové vsázky, pokud je zajištěno dodatečné spalování. Složení kouřových plynů je určeno rychlostí ředění (přirozený tah nebo výkon ventilátoru), stupněm spontánního spalování CO a samotným dodatkovým spalováním. Může být prováděno na základě celkového nebo částečného proudu plynů. [32, CAEF, 1997] Emisní údaje pro hlavní komponenty plynů jsou dány v tabulce 3.7. V této tabulce jsou uvedeny horkovětrné studenovětrné kuplovny s různou tavicí kapacitou. Tabulka také ukazuje, zda jsou spaliny shromažďovány pod anebo nad sázecím otvorem. Horkovětrné systémy používají mokré odlučovací zařízení, jehož výsledkem je také snížená hladina emise SO2. Dezintegrátor ukazuje lepší výsledky odloučení než Venturiho filtr. Použití dodatkového spalování jasně ovlivňuje obě hladiny CO a NOX pod optimální pracovní podmínky. Analýza dat úplného měření kampaně ukazuje, že suboptimální provoz horkovětrné kuplovny má za následek zvýšení emisí CO : 2 000 mg/Nm3, ve srovnání s 5 – 20 mg/Nm3 za optimálních podmínek. Podle toho také stoupají emise VOC a PAH. [110, Vito, 201] Použití suchého odlučování (tj. aplikace tkaninových filtrů) sníží hladinu emisí tuhých částic na ≤ 20 mg/Nm3. Kontrolní údaje z italských sléváren ukázaly hladinu částic pod 30 mg /Nm3 (v rozsahu od 0,1 do 32 mg/Nm3 ), pokud byl použit tkaninový filtr. Mokré čistění vykazuje emise do 80 mg/Nm3 (s rozsahem od 5,4 do 78 mg/Nm3) [180, Assofond, 2002]. Z německé kuplovny s mokrým čištěním byla hlášena hodnota 68 – 94 mg/m3 (viz tabulka 3.4).


101

Kapitola 3

Kuplovna Kapacita Odtah

Proud

Zařízení pro odprášení

Prach

Typ t/hod. Typ m3/hod. mg/Nm3 1) horká 19 Pk 29 000 Venturi 41 horká 20 Pk 40 000 Desintegrátor 5 horká 24 Pk 46 445 Tkan. filtr 1,1 – 1,4 horká 25 Pk 35 000 Venturi 36 horká 60 Pk 75 000 Desintegrátor 5 studená 3,2 Nk 12 000 Tkan. filtr 10 studená 5 Nk 23 000 Tkan. filtr 6 studená 8 Nk 20 000 Tkan. filtr 20 studená 9 Pk 22 000 Tkan. filtr 4 1) pracující se starým rekuperátorem Pk – sběr plynu pod kychtou; Nk: sběr plynu nad kychtou Průměrné hodnoty všech údajů monitorovaných průběžně během dne

SO2

CO

NOX

mg/Nm3 21 57 20 28 58 401 434 401 105

mg/Nm3 17 798 712 14 – 17 21 9 5 084 28 558 936 17 286

mg/Nm3 21 11 70 – 75 16 7 16 63 36 60

HF

O2

mg/Nm3 obj. % Nedodáno 11 Nedodáno 11 7 11 Nedodáno 11 Nedodáno 11 1 11 Nedodáno 11 Nedodáno 11 Nedodáno 11

Tabulka 3.7: Emisní údaje pro horkovětrnou a studenovětrnou kuplovnu pracující s různým seřízením [29, Batz, 1986], [202, TWG, 2002], údaje přepočítány na 11 % O2 3.2.2.4

Kupolní struska

Struska obsahuje oxidy, které plavou na tavenině a vznikají z nečistot ve vsázce, z opotřebení žárovzdorné vyzdívky v peci, z nespálených frakcí koksu, z koksového prachu a z propadů prvků (Fe, Si, Mn) kovové vsázky při tavení [225, TWG, 2003]. Strusky jsou vázány přísadami pojiv, jako jsou vermikulity. Typické složení kupolní strusky je dáno v tabulce 3.8. Kuplovna vytváří 40 – 80 kg strusky na tunu litiny. Složení SiO2 CaO Al2O3 MgO MnO FeO Sulfidy TiO2 ZnO

% 45 – 55 25 – 40 8 – 20 1–3 1–4 1–6 <1 <1 <1

Tabulka 3.8: Typické složení kupolní strusky [172, Neumann, 1994] 3.2.2.5

Odpad žárovzdorného materiálu

Kuplovna má ty specifické rysy, že žárovzdorný vystýlkový materiál (směs jílu a křemene) pece v tavicím a zejména v přehřívacím pásmu vydrží pouze jednu kampaň. Hlavní podíl žárovzdorné vystýlky je převeden do strusky. Množství, které je odebráno a jako odpad zlikvidováno, je mnohem menší, než je spotřeba materiálu pro opravu kuplovny.


102

Kapitola 3

3.2.3

Elektrická oblouková pec

Vstup Výstup - železný vsázkový materiál (ocelový šrot, slévárenský - ocel vrat) - tuhé částice (obsah kovu) - legující materiál (ferroslitiny…) - NOX, CO2, CO – plynné emise - struskotvorné přísady (vápenec…) - organické znečišťující látky, HC - energie (elektřina) - dýmy oxidů kovu - kyslík - struska (CaO, SiO2, MgO) - elektrody - odpad žárovzdornin 3.2.3.1

Vstup

Pro roztavení jedné tuny oceli a její přivedení na odpichovou teplotu je nutno spotřebovat 500 – 600 kWh elektřiny. Pece jsou normálně nastaveny na výkon při 500 kVA/ t a dobu tavení činí asi 1,5 hodiny. Elektrody jsou vyrobeny z grafitu a jsou spotřebovány během provozu oxidací, těkavostí, lámáním, takže je nutné doplňovat je. Třítunová pec používá elektrody o průměru 200 mm. Spotřeba elektrod je významným faktorem nákladů tavení obloukem a čísla se liší od 3 do 10 kg/t tavené oceli v závislosti na typu vyráběné oceli na vedení tavby. [174, Brown, 2000] 3.2.3.2

Vylučované tuhé částice

Podíl vylučovaných částic, jak je znám z literatury, kolísá od 2 do 20 kg/t železné vsázky s průměrem 5 až 8 kg/t. Nejvyšší poměr emisí je zaznamenán na začátku tavicího cyklu, během úpravy oduhličení a v průběhu vsázení [173, Huelsen, 1985]. Velikost částic má rozsah menší než 1 µm až do 100 µm, z 50 % a jsou menší než 3 až 5 µm. Během oxidace analýza ukázala, že téměř 90 % částic bylo menších než 5 µm. Podle chemického složení částic může být dokonce pozorován větší rozsah měřených údajů. Tabulka 3.9 udává přehled hlášených čísel z literatury. Substance FeO + Fe2O3 SiO2 CaO MgO ZnO Cr2O3 MnO Al2O3 MoO3 NiO Pb Cd TiO2 V2O5 Ztráta vznícením

Váhové procento (%) 30 – 60 5 – 35 1 – 15 0 – 15 0 – 16 0–8 2 – 10 0–5 <1 <1 <1 < 0,01 < 0,05 < 0,05 0–4

Tabulka 3.9: Chemické složení tuhých částic EOP ze sléváren oceli [132, CAEF, 1997]


103

Kapitola 3

Složení vylučovaných pevných částic závisí v prvé řadě na jakosti oceli, která se vyrábí. Například nízkolegovaná ocel netvoří emise, které obsahují chrom nebo nikl, zatímco vysokolegované oceli ano. Jiným důležitým faktorem je jakost kovového odpadu. Tavení galvanizovaného ocelového vratu vede k podstatným emisím zinku a jeho oxidů. Použití vhodného zakrytování pece dovoluje zachytit až 98 % pecního plynu. Zachycený plyn je potom čištěn, obvykle použitím textilního filtru. To redukuje emise částic na úroveň menší než 20 mg/m3.[29, Batz, 1986] 3.2.3.3

Viditelné dýmy

Viditelné dýmy jsou emitovány během sázení do horké pece a při začátku tavicího cyklu. Dostupná literatura neříká nic o množství a složení těchto sekundárních emisí. Povaha dýmu je opět závislá na čistotě sázeného materiálu s ohledem na jeho obsah oleje, tuku, barvy a jiných organických látek. 3.2.3.4

Kouřové plyny

Elektrické obloukové pece se používají hlavně pro tavení oceli. V první řadě vytváří emise tuhých částic a plynné složky jako oxidy dusíku, oxid uhelnatý a organické sloučeniny. Organické sloučeniny závisejí na množství nečistot ve vsázce. Suroviny použité jako vsázkový materiál jsou ve slévárně tříděny tak, že obvykle neobsahují materiály, které mohou produkovat dioxiny. Organické sloučeniny jsou rozkládány na neškodné produkty, když je kovový odpad předehříván. [29, Batz, 1986] Emisní údaje pro spalování komponentů plynu jsou uvedeny v tabulce 3.10. Data z italských sléváren ukázala hladinu tuhých částic nižší než 10 mg/Nm3 (v rozsahu od 1,2 – 8,3 mg/Nm3), je-li použit tkaninový filtr. Mokré čistění udává emise tuhých částic nižší než 25 mg/Nm3 (od 12 – 24,5 mg/Nm3). [180, Assofond, 2002] Kapacita sběr Proud Sběrné t /vsázka odpadních m3/h zařízení plynů plynu EOP 50 PV 265 000 Tkan. filtr EOP PV 380 000 Tkan. filtr 2 × 50 EOP 10 ČV 160 000 Tkan. filtr PV – plně zakryto víkem; CV – částečně zakryto víkem

Tuhé částice mg/m3 2 4 1

SO2 mg/m3

CO mg/m3

NOX mg/m3

neuvedeno neuvedeno 1

neuvedeno neuvedeno 200

50 neuvedeno 5

HF mg/m3

O2 Obj. %

neuvedeno neuvedeno 0,1

Tabulka 3.10: Typické hodnoty emisí pro elektrické obloukové pece [29, Batz, 1986] Během tavení a rafinace se tvoří CO z oxidace grafitu elektrod a uhlíku z kovové lázně. Uvažovaná množství jsou od 6 do 20 Nm3 CO/t (nebo 7,5 až 25 kg CO/t) podle počátečního obsahu uhlíku kovové vsázky a požadovaného procenta uhlíku v roztaveném kovu. Vhánění kyslíku způsobuje množství oxidu železa (rudý dým) emitovaného z kovové lázně. Žádné jiné podstatné emise nejsou hlášeny. [32, CAEF, 1997]


104

20 20 20

Kapitola 3

3.2.3.5

Strusky

Chemické složení strusek z EOP je dáno v tabulce 3.11. Hlášené hodnoty jsou založeny na analýze 3 vzorků. Složka SiO2 CaO MgO Al2O3 FeO MnO TiO2 Na2O K2O

Průměr (%) 36,2 12,4 22,1 8,4 0,7 14,8 1,2 0,3 0,1

Rozsah (%) 28,6 – 41,8 7,2 – 17,7 18,3 – 27,0 7,4 – 0,1 0,5 – 1,0 4,0 – 29,6 0,39 – 2,7 0,11 – 0,57 0,1 – 0,23

Tabulka 3.11: Chemické složení strusky EOP [171, The Casting Development Centre, 1999] 3.2.4

Indukční pec

Vstup - železný vsázkový materiál (surové ocelový šrot, třísky, slévárenský vrat…) - legující kovy (feroslitiny…) - nauhličovala, struskotvorné přísady - energie (elektřina) - chladicí voda

Výstup železo, - slitiny kovu (litina, ocelolitina) - tuhé částice - organické a kovové dýmy - struska - odpad žárovzdorných materiálů

3.2.4.1

Indukční pec bez kovového jádra

3.2.4.1.1

Vstup energie

Typická indukční pec bez jádra může tavit tunu slitiny železného kovu o teplotě tekutého kovu 1 450 °C při spotřebě 600 kWh elektřiny. Nicméně v praxi může dosáhnout této úrovně specifické spotřeby pouze několik sléváren na základě nepřetržitého tavení. Skutečná spotřeba energie kolísá podle velikosti a pracovního režimu pece. Velké pece, které jsou v provozu 24 hodin denně při použití roztavené patky, mají spotřebu 600 kWh/t. Přehled sléváren ukazuje, že spotřeba 520 – 800 kWh/t kovové vsázky je běžná, lišit se bude podle individuální praxe tavení s ohledem na rychlost, při níž bude licí linka odebírat roztavený kov, a na efektivní použití zakrytování pece víkem. Pozornost při měření úspor energie by měla dovolit dosažení 550 – 650 kWh/t kovové vsázky. Typické ztráty tepla z indukční pece bez jádra ukazuje obrázek 3.2. [47, ETSU,1992], [174, Brown, 2000], [202, TWG, 2002]


105

Kapitola 3

Obrázek 3.2: Typické ztráty energie – příkonu u indukční pece bez jádra [47, ETSU, 1992] 3.2.4.1.2

Vylučování tuhých částic

V literatuře je zaznamenáno množství emisí od 0,06 až do 1 kg/t kovové vsázky. Nejvyšší množství emisí se objevuje během vsázení a při zahájení tavicího cyklu. Velikost částic se pohybuje rozsahu od 1 až do 100 µm s více než 50 % menší než 10 – 20 µm. [32, CAEF, 1997], [202, TWG, 2002] Hladiny emisí vylučovaných tuhých částic z německé slévárny s indukčními pecemi jsou uvedeny v tabulce 3.12.

Čištění kouřového plynu Kloboukový zákryt a tkaninový filtr

Objem (m3/hod.)

Tuhé částice celkem (mg/m3)

PM10 (%)

PM2,5 (%)

10 400

asi 0,4

78

50

Tabulka 3.12: Úrovně emisí tuhých částic a distribuce částic u indukční pece [202, TWG, 2001] Pokud se týká chemického složení emitovaných částic, neexistují žádná publikovaná data týkající se tavení oceli. Lze se domnívat, že se blíží složení emitovaných tuhých částic během tavení litiny, jak ukazuje tabulka 3.13. Přítomnost Zn, Pb nebo Cd povede během tavení vsázky ke tvorbě dýmů s částicemi těchto kovů.


106

Kapitola 3

Substance FeO+ Fe2O3 SiO2 (v závislosti na vyzdívkovém materiálu) MnO Al2O3 (v závislosti na vyzdívkovém materiálu) CaO ZnO (v závislosti na vyzdívkovém materiálu) Oxidy kovů (v závislosti na vyzdívkovém materiálu) Ztráta vznícením

Hmotnostní procento (%) 30 – 70 5 – 25 <5 3 – 10 <1 <5 < 0,1 0 – 10

Tabulka 3.13: Chemické složení emitovaných tuhých částic z indukční pece ve slévárnách litiny [32, CAEF, 1997] 3.2.4.1.3

Kouřové plyny

Tavení litiny a oceli v indukčních pecích produkuje ve srovnání s kuplovnou nízké emise. Předchází se zde emisím, které pocházejí z fosilního paliva. Použitím speciálních záchytných systémů, jako je boční odtah, pohyblivá víka a částečné zakrytí pece je účinnost zachycení plynů a tuhých částic (spalin) až 95 %. Čištění spalin se provádí hlavně použitím suchých systémů. Tím je možné dosáhnout úrovně emisí pod 5 mg/Nm3 [225, TWG, 2003]. Typické údaje o emisích jsou dány v tabulce 3.14.

IP

Kapacita Sběr spalin Počet pecí × t/vsázka boční (2 × 10) + (3 × 3) odtah

Tok m3/hod. 54 000

Filtr. Zařízení rukávový filtr

Tuhé částice mg/m3 5

SO2 mg/m3

CO mg/m3

NOX mg/m3

neuvedeno

neuvedeno

neuvedeno

HF mg/m3

O2 obj. % neuvedeno 21

Tabulka 3.14: Typické údaje emisí při tavení v indukčních pecích ve slévárně litiny a oceli [29, Batz, 1986] Zavážení zaolejovaného vratu nebo třísek do studené pece vede od začátku tavení k přítomnosti organických par v odcházejícím plynu, které nebudou spáleny. Přidání tohoto druhu kovového odpadu do roztavené lázně (praxe roztaveného zbytku) může být velmi nebezpečné, protože se mohou v kovové lázni projevit malé exploze, které mohou způsobit rozstřik kovových kapek a jisker mimo pec. Protože je přehled práce vyhrazen prostorem slévárny, neberou se v úvahu žádné údaje o emisích vzniklých výrobou elektrické energie. 3.2.4.1.4

Strusky

Typické vlastnosti strusek z indukčních pecí jsou dány v tabulce 3.15. Indukční pece tvoří 10 – 20 kg strusky na tunu kovové vsázky. Množství produkované strusky závisí na jakosti vsázkového materiálu. Jestliže je vnitřní vrat čištěn (tryskán) před novým roztavením, vzniká množství strusky na spodní úrovni tohoto rozsahu.


107

Kapitola 3

Složení SiO2 FeO Al2O3 MnO CaO MgO

% 40 – 70 10 – 30 2 – 15 2 – 15 0–3 0–3

Tabulka 3.15: Typické složení strusky indukční pece [172, Neumann, 1994] 3.2.4.2

Indukční pec s kovovým jádrem (kanálková)

Ve slévárnách litiny se používá kanálková indukční pec hlavně jako udržovací pec. Je to pec, kterou volíme pro operaci duplexu s kuplovnou. V tomto případě má pec funkci buď udržovat a homogenizovat chemické složení kovu, nebo sloužit jako zásobník roztavené litiny pro odlévání. Funkcí pece je homogenizovat roztavené litiny a udržet jejich požadovanou teplotu. Obrázek 3.3 představuje energetickou spotřebu některých představitelů kanálkových indukčních pecí. Spotřeba závisí na provozních parametrech, jako je čas udržování. Graf ukazuje, že spotřeba klesá se zvyšující se roční tonáží. Extrémní hodnoty jsou 80 a 20 kWh/t roztavené litiny.

Obrázek 3.3: Spotřeba energie (kWh/t) jako funkce udržované tonáže a ztráty teploty pro kanálkovou indukční pec [140, EU, Thematic Network Foundry Wastes, 2001] 3.2.5

Rotační pec

Vstup Výstup - železný materiál (surové železo, ocelový šrot, - slitiny kovů třísky, slévárenský vrat…) - tuhé částice - organické a kovové dýmy - legující kovy (feroslitiny…) - nauhličovala, tavidla - struska - energie (elektřina) - odpad žárovzdorných materiálů - chladicí voda


108

Kapitola 3

3.2.5.1

Vstup

V tomto případě představuje tavení v rotační peci čistý proces, pokud je použit čistý zemní plyn nebo propan. Stupeň kontaminace vsázkového kovového materiálu je opět velmi důležitý pro povahu a množství vznikajících emisí. Tento fakt vysvětluje, proč neexistuje žádný jednotný vzorec a proč měřené údaje ukazují tak velké rozdíly. 3.2.5.2

Vylučování částic

Vylučování částic má původ v nečistotách, které jsou na vsázkovém materiálu, v opotřebení vyzdívky během sázení a tavení, ve spalování legujících prvků a různých přísad ve vsázce. Hlášené údaje vykazují celkovou rychlost tvorby emisí od 0,3 do 2,9 kg/t kovové vsázky. Velikost částic je poměrně malá, a to od méně než 1 až do 100. Dvacet procent částic je menších než 10 µm a 95 % menších než 50 µm. [32, CAEF, 19978], [204, Carnicer Alfonso, 200] Chemické složení tuhých částic z rotační pece je uvedeno v tabulce 3.16. Složka Oxidy železa MnO SiO2 MgO Cr2O3 ZnO Pb Sn Ztráta vznícením

% 50 – 75 <1 <1 1–2 < 0,5 <1 < 0,5 0,2 5 – 10

Tabulka 3.16: Chemické složení tuhých částic z rotační pece pro tavení litiny [204, Carnicer Alfonso, 201] 3.2.5.3

Kouřové plyny

Vznik CO2 se odhaduje na 120 kg/t kovové vsázky. Tepelná účinnost pece je velmi vysoká – 50 až 65 % 4, v závislosti na obsahu rotační pece. Tato vysoká výtěžnost je dosahována použitím čistého kyslíku namísto vzduchu jako spalovacího média. Při spalování v redukční atmosféře (plameni) může být spalování tekutého paliva nebo plynu neúplné. Za těchto podmínek se může tvořit CO. V tomto případě odcházejí spaliny při teplotě 1 500 °C a CO hoří spontánně při kontaktu s okolním vzduchem, který se používá k ochlazování plynu. Jestliže se používá palivo, které obsahuje síru, mohou vznikat značné emise SO2. Zemní plyn nebo propan však podstatné emise SO2 nevykazují. Při použití systému spalování, kde se využívá vzduch (jako zdroj O2), nebo kde rotační pec není utěsněna tak, aby nebyl vzduch neřízeným způsobem přisazován do pece, vznikají emise NOx. Vznik emisí NOx je významný v režimu oxidačního plamene, nízký je v režimu redukčního plamene. V kouřových plynech 5tunové pece byly naměřeny emise NOx ve výši od 50 do 250 ppm NOx, které pocházejí z oxidace atmosférického dusíku při vysoké teplotě (2 800 °C). Emise uhlíkatých látek pravděpodobně pro vysokou teplotu plamene a relativně čistý vsázkový materiál nebyly zjištěny. [21, CAEF, 1997]

4

Platí pro tavení plynem a kyslíkem; s užitím kyslíku by měla být účinnost o 10 až 15 % nižší. Jestliže je odečtena energie pro náhradu spálených prvků vsázky (C, Si), výsledná primární účinnost je jen kolem 30 až 35 %.


109

Kapitola 3 Pro rotační pece, které pracují s jednoduchými hořáky vzduch/palivo, je maximální emise asi 250 mg/m3 po velmi krátkou dobu (mezi 3 sekundami kontinuálně, ale také v rozmezí delším než jedna minuta) po zavezení vsázky až do počátku tavicího cyklu. Proto jakmile začíná být vsázka v tekutém stavu, redukují se emise částic na méně než 30 mg/m3 během normálního chodu. Emise částic se mohou pohybovat až ve výši 150 – 200 mg/m3 během „pevné“ fáze tavby. Množství činí 40 % spalitelných emisí. Špička emisí z rotačních pecí sestává z méně než 80 % nespáleného paliva a vyskytuje se během sázení, kdy je hlavní pecní hořák zhášen a znovu zapalován. Emise z pece se vyskytují v každé fázi, včetně sázení, i během dodatečného spalování, které musí být plně v provozu. [163, UK Environment Agency, 2002] Následující úrovně prachu surového plynu byly nahlášeny pro rotační pec kyslík-plyn bez hořáku s dodatečným spalováním. Průměrná zavážka prachu je 400 – 450 mg/Nm3 mezi dvěma rozlišenými fázemi tavení. Je to fáze roztavování vsázky s hladinou emisí částic 150 mg/Nm3 a tekuté fáze tavení kovu, kdy se dosáhne maxima emisí až 1 500 mg/Nm3 při zahájení rotace a 600 – 700 mg/Nm3 během normálního provozu. [204, Carnicer Alfonso,2001] Typické údaje emisí jsou uvedeny v tabulce 3.17. Byly zjištěny u pece s výkonem 1,4 t/hod. bez jakéhokoliv zařízení na čištění plynu. Údaje jsou z italských sléváren a ukazují úroveň pevných částic nižší než 15 mg/Nm3 (v rozsahu od 0,6 do 14,6 mg/Nm3), pokud byl použit tkaninový filtr. [180, Assofond, 2002] Parametr Proud plynu (Nm3/ h) Kapacita (t/hod.) SO2 (mg/Nm3) NOX (mg/Nm3) CO (mg/Nm3) Uhlovodíky (mg/Nm3) HCl (mg/Nm3) HF (mg/Nm3) Prach (mg/Nm3) Rtuť (mg/Nm3) Kadmium (mg/Nm3) Thalium (mg/Nm3) Arzen (mg/Nm3) Nikl (mg/Nm3) Kobalt (mg/Nm3) Olovo (mg/Nm3) Chrom (mg/Nm3) Měď (mg/Nm3) Mangan (mg/Nm3) Antimon (mg/Nm3) Vanad (mg/Nm3) Cín (mg/Nm3) Selen (mg/Nm3) Platina (mg/Nm3) Paladium (mg/Nm3) Rhodium (mg/Nm3) Zinek (mg/Nm3) Železo (mg/Nm3)

Hodnota 9 000 1,4 70 ± 60 200 ± 200 20 ± 10 <1 1,64 0,91 220 0,35 0,001 < 0,0015 0,0002 0,015 0,0001 0,38 0,022 0,196 0,38 < 0,0001 0,011 0,0187 < 0,0001 < 0,0006 < 0,0029 < 0,0016 1,768 64,63

Parametr Chlór (mg/Nm3) Dioxiny (ngTEQ/Nm3) PAH (µg/Nm3) Naftalen Fenathren Antracén Fluoranten Pyren Benzo(a)antracen Chryzen Benzo(a)fluoranthen Benzo(b) + (k)fluoranthen Benzo(a)pyren Benzo(e)pyren Indeno(1,2,3-cd)pyren Dibenzol(a,h) + (a,c)antracen Benzo(g,h,i)perylen Perylen Anthanthren

Hodnota 0,01 0,018 548 269 9 102 55 10 73 3 39 12 20 10 3 11 4 3

-údaje pro zařízení bez čistění plynu - průměrné hodnoty ze 3 měření, kdy je dána odchylka od normy > 30

Tabulka 3.17.: Typické hodnoty emisí pro rotační pec tavící litinu, bez zařízení pro čištění kouřových spalin [110, Vito, 2001] (pozn. překl.: není uveden druh hořákového systému – údaje se mohou značně lišit)


110

Kapitola 3

3.2.6

Konvertor pro oduhličování argonem a kyslíkem (AOD)

Vstup - tekutý kov - legující kovy (feroslitiny…) - Al, FeSi, vápno - O2, N2, Ar - chladicí voda 3.2.6.1

Výstup - oduhličený tekutý kov - dým a prach oxidu kovu (Fe, Mn, C, Ni) - plyny (CO2, CO, inertní plyny) - struska (CaO, SiO2, AlO3)

Vstup

AOD konvertor se používá hlavně na výrobu nízkouhlíkatých nerezových ocelí a ve speciálních případech u uhlíkových a nízkolegovaných ocelí pro odstranění nečistot, jako je uhlík, síra a oxidy, také pro oduhličení nerezových ocelí s vysokým obsahem chromu. Zpracovávaný materiál je tekutá ocel, která byla roztavena v EOP peci nebo v indukčních pecích, a potom byla nalita z pánve do konventoru. Je to běžný postup při výrobě oceli, ale používá se ve slévárnách v omezeném rozsahu. Pro oduhličení je do konvertoru vháněn kyslík a ten okysličuje uhlík na plynný CO, jenž uniká z tekutého kovu. Žádná energie, kromě energie ze spalovací reakce kyslíku a uhlíku během oxidace, potom kyslíku a hliníku (nebo křemíku) během redukce, se nespotřebovává. Oduhličení uhlíku je v rozsahu od 0,4 do 1 %, při čemž vzniká asi 50 – 120 m3 CO na tunu oceli při spotřebě 25 – 60 m3 kyslíku. Pro eliminaci síry je nezbytné použít vysoce zásaditou strusku v kompletně redukované tekuté oceli. Do AOD konvertoru se vsází redukční materiály, jako je hliník nebo křemík a vápenec. Úroveň spotřeby závisí na složení oceli a je uvedena v tabulce 3.18. Složka CO O2 Al Vápno Si Ar

Spotřeba (na tunu oceli) 50 – 120 m3 25 – 60 m3 1 – 2,5 kg 10 – 20 kg 1 – 2 kg 1 – 5 m3

Tabulka 3.18: Úroveň spotřeby materiálů pro úpravu oceli v AOD konvertoru a vývin CO [102, TWG, 2002] 3.2.6.2

Výstup

Emise pevných částic jsou srovnatelné s prachem EOP pecí jak v množství, tak i v jakosti. Emise prachu AOD mají nižší hladinu reziduí (organických) z kovové vsázky, ale na druhé straně mají vyšší hladinu oxidů kovů (Cr, Ni), protože je to především nerezová ocel, která se v AOD konvertoru zpracovává. 3.2.6.3

Kouřové plyny

Výstup z ústí konvertoru AOD sestává z oxidu uhelnatého a inertního plynu. Rychlost vzniku oxidu uhelnatého závisí na rychlosti dmýchání kyslíku dmyšnami a na účinnosti nebo procentu kyslíku, který reaguje s uhlíkem. Tato účinnost kyslíku nebo „účinnost odstranění uhlíku“, jak je tradičně klasifikována, je různá podle způsobu dmýchání AOD. Je odezvou na kombinaci proměnných, tj. množství uhlíku v lázni, teplota, chemické složení lázně a směs vháněných plynů.


111

Kapitola 3

Směs CO a inertního plynu vystupuje z nádoby konvertoru přibližně při teplotě lázně. Směs CO je smíchána s přebytkem vzduchu, aby CO zcela a rychle shořel v odtahovém potrubí na CO2. Toto se provádí pro zabránění vzniku hořlavé nebo výbušné směsi, která zůstává ve spodních částech proudu plynů v potrubí směrem k filtrovacímu zařízení. 3.2.6.4

Strusky

Strusky jsou zvláště „čisté“ bez oxidů železa, protože kvůli zvláštnosti procesu jsou tyto obvykle spotřebovány. Složení strusky je uvedeno v tabulce 3.19 Složka CaO Al2O3 SiO2 MgO

% 50 – 70 5 – 25 10 – 25 5 – 15

Tabulka 3.19: Složení strusky AOD [202, TWG, 2002] 3.2.7

Konvertor pro oduhličování kyslíkem ve vakuu (VODC)

Proces VODC zahrnuje oduhličování pod sníženým tlakem. Používá se mnohem méně než AOD proces. V roce 1991 zahrnoval 5,8 % výroby nerezové oceli v západních zemích. Postup spotřebovává 1 Nm3 Ar na tunu oceli, vykazuje nízkou oxidaci chromu a spotřeba křemíku činí 3 – 5 kg/t. Proces VODC dovoluje výrobu tříd ocelí s ultranízkým obsahem uhlíku a dusíku. [202, TWG, 2000] 3.2.8

Rafinace a úprava oceli

Pro dezoxidaci se běžně používá hliník ve formě tyčky. Přísady kolísají od 0,1 % pro středně uhlíkaté oceli do 0,2 % pro nízkouhlíkaté oceli. Regenerace se pohybuje mezi 35 a 80 %. Používá se také mechanické podávání hliníkového drátu. [174, Brown, 2000] 3.2.9

Úprava litiny

3.2.9.1

Nodularizace

Porovnání účinnosti, kvalitativní odhad produkce spalin a úplnost různých nodularizačních metod jsou popsány v tabulce 3.20. Účinnost (%) Produkce spalin Komentář

Mg

Sendvič

Tundish cover

Ponoření

Do proudu

Plněný drát

Inmold

Konvertor

35 – 50

45 – 60

40 – 60

40 – 50

20 – 50

70 – 90

60 – 75

vysoká

nízká

nízká

nízká

nízká

žádná

vysoká

snadný provoz

optimalizovaný sendvič, ale náročnější údržba

náročná údržba

náročná údržba

nákladná instalace

náročná údržba náročná údržba

Tabulka 3.20.: Porovnání různých postupů nodularizace [110,Vito, 2001], [225, TWG, 2003]


112

Kapitola 3

3.3 3.3.1

Tavení a úprava hliníku Přehled tavicích pecí pro hliník

Tabulka 3.21 uvádí typické vlastnosti pecí, spotřebu, údaje o emisích pro různé typy pecí používané pro tavení hliníku. Z důvodu širokého rozsahu kapacit a seřízení pecí nezajišťují údaje v literatuře vždy úplný rozsah spotřeby. Úroveň spotřeby je velice závislá jak na kapacitě pece a podmínkách využívání pecí, tak i na teplotě kovu a druhu vsázky. Použití čistého startovacího materiálu a hlavně elektrického a plynového topení plynovým hořákem umožňuje dosáhnout nízké úrovně emisí při tavení. Nedostatek informací o jakosti spalin vede k nedostatečným údajům o složení spalin. V provozu tavení hliníku není známa žádná tvorba dýmu s kovovými částicemi a dochází pouze ke ztrátě kovu ve formě stěru. Tento typ ztráty je často nazýván propal. Jedná se o oxidaci roztaveného kovu. Záleží na objemu vrstvy strusky a na tom, zda ke spalování dochází vnášením vzduchu do pece, nebo nesprávnou funkcí hořáku. Tyto ztráty mohou být příčinou vysokých nákladů, někdy jsou dokonce vyšší než náklady na energii. [148, Eurofine, 2002] Údaje pro každý typ pece budou popsány a detailně zobrazeny v následujících sekcích.


113

Kapitola 3

Jednotka

Rotační pec

Plamenná pec jedna komora

Šachtová pec

paliva (kapalné, plynné) < 30 – 57 < 30 – 57

paliva (kapalné, plynné)

% %

paliva (kapalné, plynné) 15 – 40 15 – 40

kWh/t Al4

600 – 1 250

975 – 1 150

Druh Zdroj energie Tepelná účinnost1 Primární tepelná účinnost2 Spec. energetický požadavek3 Dávková/kontinuální Tavicí kapacita Kapacita udržování Doba tavení Schopnost rafinace Propal Tvorba prachu NOX 5 Investiční náklady6 Provozní náklady Postupy snižování emisí

35 – 60 35 – 60

Kelímková pec vyhřívaná palivem vyhřívaná odporem paliva (kapalná, plynná) elektřinou 15 – 40 15 – 40

65 22

indukční elektřinou 65 – 70 22 – 25

580 – 900 900 – 1 200 750 475 – 640 610–720 610 – 680 470 – 590 440 – 470 dávková dávková kontinuální dávková dávková dávková t 3 – 10 0,5 – 30 0,5 – 4 (–15) 0,1 – 1,2 0,1 – 0,4 0,2 – 25 t n.a. n.a. 1,5 – 10 0,1 – 1,5 0,1 – 1,5 0,15 – 6 2–4 3–4 0,5 – 1 0,5 – 1 4–5 0,2 – 0,5 nízká nízká Nízká Dobrá velmi dobrá nízká % n.d n.d. 1–3 1–2 1–2 12 kg/t Al4 n.d <1 <1 <1 minoritní minoritní kg/t Al4 n.d <1–6 <1–6 <1–6 1 000 EUR n.d n.d. 190 – 370 20 – 50 12 – 100 190 – 500 1 000 EUR n.d. n.d. 20 – 100 3 – 20 15 – 45 35 – 150 filtr pro větší filtr pro větší filtrační budova pro větší není nutné kvůli malým není nutné není nutné zařízení zařízení zařízení rozměrům pece 1) Definice: vztah mezi teplem tavené lázně a teplem dodaným palivem; udané hodnoty ukazují řád veličiny, ale obvykle závisejí na podmínkách využití, jako je teplota kovu 2) Účinnost přívodu elektrické energie (paliva) se odhaduje na 35 % 3) Závisí na prostředcích obnovy tepla; platí pouze pro tavení; hodnoty jsou uvedeny [148, Eurofine, 2002] kurzívou 4) Jednotka „na tunu Al“ se vztahuje na tunu natavené hliníkové slitiny 5) Závisí na konstrukci hořáku a provedení provozu 6) Závisí na prostředcích obnovy tepla; platí pouze pro tavení Zdroje informací: VDG internal survey, Aluminium Taschenbuch, Band 2,15. Aufgabe, Aluminium Verlag GmBH, Dusseldorf, 1996; Aluminium recycling, Aluminium Verlag GmBH, Dusseldorf, 2000; [148, Eurofine, 2002] comments CTIF

Tabulka 3.21: Typické vlastnosti a emisní údaje pro tavení hliníku [148, Eurofine, 2000] a komentáře CTIF,VDG


114

Kapitola 3

3.3.2

Šachtová pec

Vstup

Výstup

-

-

hliníkové housky a slévárenský vrat energie materiály pro dezoxidaci a odstranění plynu

roztavená slitina hliníku pevné částice NOx, CO použitá vyzdívka

Emisní faktory byly poskytnuty pro emise na tunu dobrých odlitků na základě následujících předpokladů: • průměrný výtěžek roztaveného kovu: 70 % (odlitek/roztavený kov) • průměrná hodnota odpadu: 5% (odpad dokončení/odlitek) • celková výtěžnost kovu: 0,7 × 0,95 = 66,5 % (dobrý odlitek/roztavený kov). Spotřeba a emisní údaje na tunu dobrých odlitků pro šachtovou pec o výkonu 3 t/hod., která taví kousky slitin hliníku, jsou uvedeny v tabulce 3.22. Tabulka udává úrovně emisí spalin kouřového plynu bez čištění.

Vstup Housky Zemní plyn Elektrická energie Celkové užití energie Výstup Struska (se 35 – 40 % Al) Použitý žárovzdorný materiál Emise(bez čištění odtahových plynů) Pevné částice NOX VOC SO2 Co Pb + Cr + Cu Cd + Hg As + Ni Hodnoty jsou vypočteny pro tunu dobrých odlitků

Hodnota/t 1 503 t/t 717 kWh/t 172 kWh/t 889 kWh/t

Hodnota/Nm3

40,3 kg/t 0,3 kg/t 0,12 kg/t 0,18 kg/t 0,12 kg/t 0,04 kg/t

112 mg/Nm3 113 mg/Nm3 150 mg/Nm3 0,98 mg/Nm3 0,01 mg/Nm3 0,03 mg/Nm3

Tabulka 3.22: Vstup a výstup pro tavení slitin hliníku v šachtové peci [177, Silva Ribeiro, 2002] Tabulka 3.23 udává úroveň spotřeby pro šachtovou pec s dvoutunovou kapacitou, která taví slitiny hliníku. Celková měřená spotřeba Vsazený materiál Natavený kov Ztráta kovu Odstraněné stěry Spotřeba plynu

115 332 kg (54 % housek, 46 % vratu) 113 983 kg 1 349 kg 1 412 kg 92 786 kWh

Specifická spotřeba na tunu vsázky 1t 0,988 kg/t 0,012 kg/t – 1,2 % 0,012 kg/t – 1,2 % 804 kWh/t

Tabulka 3.23: Výsledek z 6denní zkušební tavby v šachtové peci o tavicí kapacitě 2 t pro slitiny hliníku [48, ETSU, 1994]


115

Kapitola 3

3.3.3

Indukční pec

Vstup - housky a slévárenský vrat - elektrická energie - chladicí voda

Výstup - roztavená slitina hliníku - pevné částice - použitá vyzdívka

Indukční pec pro tavení slitin hliníku má obvykle obsah od 500 kg do 2 t a pracuje při frekvencích 250 až 1 000 Hz. Například jedna instalace o kapacitě 1,5 tuny slitin hliníku s naklápěním, napájená zdrojem 1 250 kW, 250 Hz s přepínačem, dovoluje střídavě tavit v několika pecích. Tímto systémem může být 1,5 tuny nataveno během 40 minut. Indukční pece jsou účinná tavicí zařízení. Spotřeba energie pro tavení je ovlivněna druhem vsázky a praxí tavení. Dávkové tavení je méně účinné než aplikace roztavené patky. Nejúčinnější je použití roztavené patky o objemu 50 % kelímku. Spotřeba energie kolísá od 540 kWh/t pro velkou hustotu kusů vsázky (drobný vrat a housky) až po 600 kWh/t, jestliže je hustota vratu (vtoky po vysokotlakém lití a housky) nižší. I když je spotřeba energie nízká, náklady na tavení mohou být vyšší než u pece vytápěné plynem, vzhledem k obecně vysoké ceně elektrické energie jako zdroji tepla. [175, Brown, 1999] [148, Eurofine, 2002] Cívka indukční pece potřebuje chladicí systém. Chladicí voda může obíhat v chladicím okruhu nebo v otevřeném odpařovacím okruhu. 3.3.4

Pec se sálajícím víkem (odporová pec)

Tyto odporové pece jsou udržovací pece používané zejména pro slitiny hliníku. Emise závisejí na použitém kovu, udržovací teplotě, na velikosti povrchu, na „vylitém“ a „nalitém“ kovu a zejména na době udržování. Emise jsou tak nízké, že k jejich měření neexistuje potřebné zařízení. [2020, TWG, 2002] 3.3.5

Plamenná pec

Plamenná (nebo také pálicí) pec existuje v různých velikostech a tvarech. Velké plamenné pece dovolují rychlé tavení a mohou zpracovat kusovou vsázku, ale přímý kontakt mezi plamenem a vsázkovým materiálem může vést k vysokým ztrátám kovu. Kov tvoří s plynem oxidy, které ho znečisťují. Řízení teploty může být také obtížné. Tento typ pece se používá méně pro relativně nízkou tepelnou účinnost (kolem 1 100 KWh/t). Užívá se rovněž pro tavení slitin mědi (oddíl 3.5.1). [175, Brown,1999] Tabulka 3.24 představuje emisní údaje pro plamennou pec o výkonu 450 kg/hod., ve které se taví slitiny hliníku a která je provozována bez systému úpravy proudu vzduchu.


116

Kapitola 3

Sloučenina

Hladina emisí mg/Nm3 O2 17,6 % CO2 2,2 % CO <4 NOX 45 SO2 13 Prach 1 TOC 5 Al 0,092 Tok spalin > 6 000 Nm3/h (suchý), provozní hodiny: 1 825h/j

Hmotnostní tok g/h

Roční emise t/rok

< 24 270 78 6 30 0,552

< 0,0438 0,4928 0,1424 0,011 0,0548 0,001

Tabulka 3.24: Emisní údaje pro olejem vytápěnou plamennou pec, ve které se taví slitiny hliníku [183, Goovaerts, 2002] 3.3.6

Kelímková pec (vyhřívaná odporově a palivem)

Vstup Výstup - housky a slévárenský vrat nebo tekutý hliník, - roztavená slitina hliníku je-li užita udržovací pec - tuhé částice - elektrická energie nebo palivo Kelímkové pece jsou nepřímo ohřívány palivovými hořáky nebo hořáky elektrických rezistorů. Pro kelímky s palivovým hořákem není tepelná účinnost tak vysoká jako pro ostatní tavicí pece, protože je obtížné využít teplo produktů spalování. Jsou relativně drahé a protože plamen není v kontaktu s nataveným kovem, jsou ztráty kovu nízké, jakost taveniny vysoká a změny slitiny se tak provádí snadno. [175, Brown, 1999] Pro hliníkové slitiny je hrubý odhad množství emitovaných pevných částic kolem 0,3 kg/t nataveného kovu. [126, Teknologisk, 2000] Spotřeba a emisní údaje na tunu dobrých odlitků pro kelímkovou pec výkonu 3 t/hod., ve které se taví slitiny hliníku, jsou uvedeny v tabulce 3.25. Vstup Zemní plyn 538 kWh/t Elektřina 414 kWh/t Celkový vstup energie 952 kWh/t Výstup Struska 61 kg/t Žárovzdorný materiál 6,87 kg/t Spaliny po odfiltrování NOX 0,18 kg/t SO2 0,04 kg/t VOC 0,12 kg/t Tuhé částice 0,12 kg/t Údaje v kilogramech/t dobrých odlitků, aniž by bylo stanoveno jinak

Tabulka 3.25: Spotřeba a emisní údaje pro tavení slitin hliníku v kelímku [177, Silvia Ribeiro, 2002] 3.3.7

Úprava taveniny slitin hliníku

Pro kombinaci odplynění a současného čištění taveniny „probubláváním“ se užívá směs argonu a dusíku se 3 % Cl2. Pro samotné odplynění jsou obecně používány plyny Ar nebo N2 bez Cl2. Proud plynů a doba odplynění závisejí na typu slitiny a velikosti kelímku používaného při úpravě taveniny.


117

Kapitola 3

Spotřeba modifikačních prostředků, solí používaných pro rafinaci zrna a tavidel závisí na typu slitiny, je obecně v řádech 100 g – 1 kg na 50 kg nataveného kovu.

3.4

Tavení a odlévání hořčíku a hořčíkových slitin

3.4.1

Ochrana nataveného hořčíku

SF6 a SO2 se používá jako krycí plyn pro zabránění oxidace (nebo hoření) roztaveného hořčíku. Protože se s SF6 manipuluje lépe než s SO2, který je toxický, stal se SF6 od poloviny 70. let minulého století upřednostňovaným krycím plynem. Má vliv na oteplování země (GPW 22 200 v časovém horizontu 100 let), jeho atmosférická životnost dosahuje až 3 200 let. [194, IPCC, 2002] Množství SF6 používané v různých provozních podmínkách je uvedeno v tabulce 3.26 (tlakové lití) a v tabulce 3.27 (gravitační kokilové lití). Koncentrace SF6 musí být udržovány těsně u povrchu taveniny. [191, IMA, et al.] Hodnoty tablet pro použití SF6 vycházející z IMA (International Magnesium Association) jsou doporučeny. V praxi se však používají vyšší koncentrace (např. 99,4 % CO2, 0,6 % SF6). [202, TWG, 2002] Teplota Atmosféra nad taveninou Působení na povrch Zbytkové tavidlo1) taveniny (obj. %) taveniny (°C) 650 – 705 Vzduch/0,04 SF62) ne ne 650 – 705 Vzduch/0,2 SF6 ano ne 650 – 705 75 vzduch/25 CO2/0,2 SF6 ano ano 705 – 760 50 vzduch/50 CO2/0,3 SF6 ano ne 705 –760 50 vzduch/50 CO2/0,3 SF6 ano ano 1) může být přítomen z prvotních operací 2) minimální koncentrace za řízených podmínek Pozn.: ve směsi by měl být požitý suchý vzduch (< 0,4 % H2O)

Ochrana taveniny

vynikající vynikající vynikající vynikající velmi dobrá

Tabulka 3.26:Použití SF6 při tlakovém lití hořčíkových slitin za různých provozních podmínek [190, IMA ] Klidný (tavení/udržování) nízký poměr toku plynu Průměr kelímku (cm) SF6 (ml/min.) CO2 (ml/min.) 30 60 3,5 50 60 3,5 75 90 5 Pozn.: předpokládaný poměr toku je 1,7 % 2 % SF6 z objemu

Proudící (legování/lití) vysoký poměr toku plynu SF6 (ml/min.) CO2 (ml/min.) 200 10 550 30 900 50

Tabulka 3.27: Použití SF6 při lití hořčíkových slitin do kokil [190, IMA] Jedinou alternativou SF6 při ochraně taveniny, která neobsahuje tavidla, je SO2, jenž je přísadou ve vzduchu (v koncentraci 0,7 %) při rychlosti toku vzduchu 5 − 10 l/min. [182, Closset, 2002], [218, Harnisch and Schwarz, 2003]. V roce 2001 dosáhla celková výroba dílů z hořčíku a hořčíkových slitin 39 100 t, z čehož 37 % bylo vyrobeno s použitím SO2 a 63 % (24 500 t) s použitím SF6 (obrázek 3.4). Toto téma je dále rozvedeno v sekci 4.2.7.1.


118

Kapitola 3

SF6 SO2

Obrázek 3.4: Výroba odlitků z hořčíku a slitin hořčíku v t/rok ve státech EU a při krytí plynem (SO2 nebo SF6) údaje z roku 2001 [218, Harnisch and Schwarz, 2003] 3.4.2

Úprava taveniny hořčíku

Slitiny hořčíku obsahující hliník jsou pro zjemnění zrna upraveny hexachloretanem (CHCE). Tento typ úpravy se aplikuje u slitin litých do písku a odlévaných gravitačně do kokil, což představuje asi 10 % vyráběných slitin hořčíku. Požadované množství CHCE závisí na typu komponenty, která má být zpracována. Údaje jsou založeny na zkušenostech jednotlivých sléváren. Přibližná nahlášená hodnota činí 2 kg CHCE na tunu hliníku, který je obsažen v hořčíkové slitině [178, Wenk, 1995]. 3.4.3

Hořčíkový odpad

Ve slévárně tlakového lití hořčíku je množství vratného materiálu (Mg vrat) téměř ekvivalentní množství dobrých tlakových odlitků. Asi 80 % vratného materiálu vyhovuje odpadu jakostní třídy 1 (tabulka 3.28). Třída Třída 1

Třída 2 Třída 3

Třída 4

Třída 5 Třída 6 Třída 7 Třída 8 Třída 9

Popis čistý, kompaktní vrat známého složení nálitky: čisté zbytky po lisování: čisté zmetkové odlitky: čisté, bez povlaku odpad z odlitků, nabarvený (částečně vložky z Fe, Al, žádné znečištění mědí a niklem) nečistý celistvý kovový odpad (zaolejovaný, vlhký, znečištěný pískem, mědí, niklem, ferrosiliciem), tedy většinou odpad po použití výrobku (zlomkový materiál) třísky po soustružení: suché, čisté třísky po soustružení: zaolejované, vlhké otřepy, vtoky: zaolejované, vlhké stěry (z povrchu kovu) struska z kelímku tavidlo obsahující odpad, použitou sůl (černé stěry) nekovové zbytky intermetalické sloučeniny

Tabulka 3.28: Jakostné třídy odpadu hořčíku a slitin hořčíku [206, Ditze and Scharf, 2000]


119

Kapitola 3

3.5 3.5.1

Tavení a odlévání mědi a slitin mědi Tavicí a licí jednotka

Měď a slitiny mědi se obvykle taví v kelímkových pecích. Tyto pece obecně pracují v následujících rozsazích: - vsázka 30 – 1 800 kg - kapacita 30 – 400 kg (nejasný údaj – pozn. překl.) - spotřeba energie (olej) 0,4 l/kg - spotřeba energie (butan) 0,3 Nm3/kg Používají se také středofrekvenční indukční pece s křemennou vyzdívkou nebo pece vyzděné oxidem hlinitým. Tabulka 3.29 udává typický pohyb hmot a energií pro slévárnu mosazi vyrábějící kohouty (vodovodní armatury). Údaje jsou dány pro kombinované odlévání a nízkotlaké lití (ale bez dokončovacích prací a výroby jader). Všechny údaje se vztahují na tunu dobrých odlitků. Data jsou použita pro tavení v 1 tunové kelímkové peci vytápěné plynem. Vstup Jednotka Elektrická energie 1 360 kWh Propan-plyn 14 Stlačený vzduch 48 kWh Voda 85,71 Odplyňovací tablety 0,6 jednotek Dezoxidant 0,9 jednotek Slitina mědi 0,44 Povrchové tavidlo 0,31 Jádra 286 Grafitový nátěr 3,4 Výstup Vratná směs použitelná 101 Vratná směs znehodnocená 6,7 Grafitový nátěr 61,41 Zinkový prach 0,075 Struska 36,3 Bronzový odpad 57,1 Bronzové třísky 18,4 Emise (bez čištění odpadních plynů) Tuhé částice 3,9 VOC 3,3 SO2 0,1 NOX 0,03 Měď 0,081 Zinek 26,3 Všechny údaje v množství na tunu expedovaných odlitků, údaje v kg, pokud není stanoveno jinak

Tabulka 3.29: Pohyb hmoty a energie pro slévárnu nízkotlaké odlévání mosazi (tavení + nízkotlaké odlévání) [177, Silva Ribeiro, 2002] U slitin mědi závisí množství vypouštěných tuhých částic na velikosti obsahu zinku ve slitinách. Hodnoty v tabulce 3.30 ukazují vztah mezi množstvím emitovaných částic a obsahem zinku.


120

Kapitola 3

Bronz Mosaz

Obsah zinku (%) 0–7 20–40

Emise částic (kg/t roztaveného kovu) 0,3–1,5 0,5–16

Tabulka 3.30: Emise tuhých částic z kelímku, ve kterém se taví slitiny mědi [126, Teknologisk, 2000] Tvorba strusky a stěru se pohybuje kolem 60 kg/t roztaveného kovu. Hodnota je podobná hodnotě pro tavení v indukčních nebo plamenných pecích a pro různé slitiny mědi. Složení strusky závisí na typu tavené slitiny. Obecně je obsah mědi v rozsahu 45 – 55 %. Konstantní jakost strusky může být znehodnocena smícháním různých typů strusek ze slévárny, je však potřebná pro recyklaci mimo slévárnu. Odpad žárovzdorného materiálu činí 8 – 9 kg/t roztaveného kovu pro tavení v indukční peci a 7,5 kg/t roztaveného kovu v plamenných pecích vytápěných olejem. [34, Bininger, 1994] 3.5.2

Úprava taveniny mědi a slitin mědi

Pro odplynění mědi probubláváním inertního plynu se používá 50 – 70 litrů plynu na každých 100 kg mědi. Jako alternativa se používají specifické tablety nebo brikety. Úprava odplyněním trvá obvykle 3 – 10 minut podle velikosti tavby. Přesné množství dezoxidantu závisí na použitém postupu tavení. [175, Brown,1999]

3.6

Tavení a odlévání zinku a slitin zinku

Tabulka 3.31 uvádí typickou rovnováhu hmoty pro slévárnu zinku, která odlévá tlakovým litím. K lití se používá slitiny Zamac (ZnAl4Cu1 nebo ZnAl4). Housky slitiny zinku jsou roztaveny společně se zmetky a nálitky v plynem vyhřívané kelímkové peci licího stroje. Dělicí prostředek je před odlitím nastříkán na povrch formy. Odlitý kus je ochlazován ve vodní lázni a je odstraněn vtokový systém. Odlitek je následně odmaštěn a broušen. Spaliny tavení jsou shromážděny a odprášeny v suchém odlučovači. Údaje o výrobě jader a konečné úpravě jsou dány v sekci 3.9. a 3.11. Jednotka Vstup Slitiny zinku 1 040 Zmetky 50 Vtoky 450 Dělicí prostředek 20 1 Voda 1 m3 Elektrická energie 700 kWh Zemní plyn 70 Nm3 Výstup Dobré odlitky 1 000 Třísky 3 Stěr 30 Břečka z mytí a broušení 2 Spaliny 10 000 Nm3 Částice 1 Všechny údaje na tunu dobrých odlitků; údaje v kg, kde není stanoveno jinak

Tabulka 3.31: Typické údaje energie a hmoty pro tlakové odlévání zinku a slitin zinku


121

Kapitola 3

3.7

Tavení a odlévání olova

Odlitky z olova mohou být rozděleny takto: - tlakové odlitky z olova - odlitky pro baterie - odlitky pro ochranné clony lité do písku.

3.8

Čištění spalin

3.8.1

Systémy pro snižování znečištění ovzduší (tuhými částicemi)

Ve slévárenském průmyslu se používají různé postupy čištění spalin. Jejich principy jsou probrány v dokumentu BREF pro průmysl neželezných kovů. Vlastnosti a hladiny emisí pro systémy snižování tuhých částic jsou dány v tabulce 3.32. Celá diskuze o výběru postupu snižování znečištění ovzduší tuhými částicemi a jeho aplikace v různých slévárenských procesech a dosažitelných hodnotách emisí je dána jako část postupů, které mají být uvažovány ve výběru BAT v sekci 4.5

Horký EP

< 0,1

Mokrý EP

0,01

Účinnost odlučivosti v 1 µm (%) > 99 v závislosti na konstrukci < 99

10

40

1 100

100 – 300

Tkaninový odlučovač

0,01

> 99,5

220

1–5

Mokrý Odlučovač

1–3

> 80 – 99

vstup 1 000 výstup 80

4 – 50

Postup

Cyklona

Velikost částice (µm)

Maximální pracovní teplota (°C)

80

Rozsah dosažitelných emisí (mg/Nm3) 5 – 15 (před snížením > 50) 1 – 5 opticky čisté

450

Komentář

4 nebo 5 zón; obvykle předchází dalším odlučovačům 2 zóny v sérii, hlavně použití mlhy hrubé částice; používána pro podporu jiných metod dobré provedení s vhodným typem tuhých částic dobré provedení s přijatelnými tuhými částicemi; snížení kyselých plynů

EP: elektrostatický odlučovač

Tabulka 3.32: Příklad současných emisí tuhých částic z některých aplikací odlučovačů [155,European IPPC Bureau, 2001] 3.8.2

Dioxiny

V procesech tavení mohou být produkovány dioxiny, jestliže jsou ve stejném místě a čase výrobního postupu přítomny podmínky, které vedou k jejich vzniku. Těmito podmínkami jsou: - přítomnost iontů chloru – tyto mohou vznikat z kontaminovaného odpadu, z použitého uhlí, z koksu, z palivového oleje nebo z určitých tavidel - přítomnost organického uhlíku – tento může mít původ v kontaminovaném odpadu, v uhlí, v koksu nebo v oleji používaném jako palivo - teplotní podmínky mezi 200 – 650 °C s dostatečným rezidenčním časem v tomto teplotním intervalu - přítomnost katalyzátoru jako např. mědi - přítomnost kyslíku. Při vyhodnocení rizika vzniku dioxinu je rozdíl mezi slévárnami neželezných a železných kovů.


122

Kapitola 3

Slévárny neželezných kovů. Při tavení pouhých housek a inertního vratu je riziko tvorby dioxinu velmi nízké. Při tavení čistých neželezných kovů není přítomen ani chlor, ani uhlík nutný pro tvorbu a opakovanou tvorbu dioxinu. Nicméně přetavení externího neželezného odpadu pro výrobu kovu může zahrnout riziko vzniku dioxinu. Tato činnost však spadá mimo přehled tohoto BREF a je o ní pojednáno v jiném dokumentu BREF. [155, European IPPC Bureau, 2001] Slévárny slitin železných kovů. Výskyt dioxinů závisí na typu pece a vsázkovém kovu. Budeme-li uvažovat vysoké teploty v tavicí peci, emise dioxinu (pokud se vyskytnou) se budou tvořit hlavně z de-novo syntézy. Výše zmíněné podmínky mohou být použity k vyhodnocení rizika tvorby dioxinu. Údaje o emisích dioxinu byly shromážděny z velkého množství zdrojů. Tabulka 3.33 představuje údaje pro různé kovy a typy pecí. Prázdná místa ukazují, že označené údaje nebyly specifikovány. Všechny systémy v přehledu nezajišťují specifické postupy zachycení dioxinu. Rozdíl můžeme udělat mezi dvěma skupinami postupů, kdy jsou hladiny dioxinů nízké (< 0,05 ng/Nm3), nebo zahrnují naopak větší rozsah (< 0,01 – 3 ng/Nm3). První skupina pokrývá tavení hliníku, indukční tavení slitin železa a tavení oceli v EOP. Druhá skupina zahrnuje tavení v kuplovně a v rotační tavicí peci při tavení slitin železa. Analýzy údajů z literatury nedávají důvody pro rozdíly v rozsahu druhé skupiny. Neexistuje přímá korelace k tavicí kapacitě nebo postupu snižování. Je však zřejmé, že prezentované horkovětrné kuplovny se systémem mokrého čištění plynů vykazují znatelně nižší hodnoty emisí PCDD/F. Tavení Spaliny O2 PCDD/F Snížení (t/hod.) (m3/h) (%) (ngTEQ/Nm3) Hliník plamenná n.d. n.d. n.d. 0,002 Hliník plamenná 0,45 9 300 žádné 18,8 0,002 Hliník šachtová 1,5 8 400 žádné 18,4 0,01 Litina SVK 3,7 14 300 tkan. had. filtr 16 0,09 Litina SVK 4,5 14 300 tkan. had. filtr n.d. 0,09 Litina SVK 3,4 n.d. n.d. 0,33 Litina SVK 5,5 17 400 tkan. filtr 15,9 0,51 Litina SVK 6,5 17 500 tkan. filtr n.d. 0,51 Litina SVK 6 27 600 tkan. vak. +DS n.d. 3,14 0,003 6 desintegrátor 55 000 45,5 HVK Litina 0,04 n.d. desintegrátor n.d. 60 HVK Litina 0,05 12,5 tkan. vak. filtr 75 000 40,6 HVK Litina 0,05 n.d. tkan. vak. filtr 75 000 50 HVK Litina 0,05 n.d. tkan. vak. + DS 36 400 15 HVK Litina 0,10 n.d. n.d. 13 HVK Litina tkan. vak. filtr 8,6 0,20 29 100 Litina HVK 18,2 7,5 0,29 tkan. vak. filtr HVK 17,1 22 500 Litina 1,00 n.d. 27 n.d. HVK Litina 2,08 37 000 tkan. vak. filtr n.d. 28 Litina HVK tkan. vak + DS n.d. 3,09 32 000 Litina HVK 21 Litina IP 19,5 208 000 tkan. vak. tiltr 20,2 0,003 Litina IP n.d. n.d. tkan. vak. filtr n.d. 0,01 n.d. 0,004 Litina RP 8 n.d. 0,02 RP 1,4 9 000 žádné n.d. Litina 18 600 tkan. vak. filtr 19,9. 0,45 Litina RP 2,1 n.d. 0,61 3,5 n.d. tkan. vak. filtr Litina RP Ocel EOP 5,4 54 150 tkan. vak. filtr 20,9 0,003 Ocel EOP 9 5 000 mokrý čistič n.d. 0,02 SVK: studenovětrná kuplovna; HVK: horkovětrná kuplovna; RP: rotační pec; IP: indukční pec; EOP: elektrická oblouková pec; DS: dodatečné spalování n.d. žádné údaje Typ výrobku

Typ pece

Tabulka 3.33: Emise dioxinů pro různé typy pecí [Strauss, 1994], [Brettschneider and Vennebusch], [27, Kran, et al., 1995], [43, Baty, 1996], [110, Vito, 201], [202, TWG, 2002], [225, TWG, 2003], osobní komunikace


123

Kapitola 3

Emisní údaje dioxinů pro různé pece na tavení kovů jsou uvedeny níže. Kuplovna. V kuplovně je vždy přítomen značný nadbytek chloru z koksu. Koks je také zdrojem dostatečného množství uhlíku. V případě špatné jakosti šrotu může být nutný jeho dodatečný přísun. Za specifických provozních podmínek se mohou vyskytnout podmínky pro tvorbu dioxinu. Protože syntézy de-novo se vyskytují hlavně během ochlazování spalin, používají se jak u studenovětrných, tak u horkovětrných kuploven. V tabulce 3.34 jsou uvedeny výsledky statistických analýz údajů všech měření dioxinů z tabulky 3.33 pro horkovětrnou a studenovětrnou kuplovnu. Zatímco tabulka 3.33 představuje průměrné hodnoty pro slévárnu, pro tabulku 3.34 byla použita individuální měření k provedení celkových analýz.

Průměr Statistická odchylka Střed Minimum Maximum Počet měření Počet pecí

Jednotky ngTEQ/Nm3 ngTEQ/Nm3 ngTEQ/Nm3 ngTEQ/Nm3 ngTEQ/Nm3

Studený vítr 0,79 1,5 0,18 0,003 5,1 35 11

Horký vítr 0,75 1,3 0,09 0,001 4,4 18 11

Tabulka 3.34 Emise dioxinů kuplovny [21, Strauss, 1994], [23, Brettschneider and Vennebusch,1992], [27, Kran, et al., 1995], [43, Batz, 1996], [110, Vito, 2001], [202, TWG, 2002], [225, TWG, 2003], osobní komunikace Údaje z přehledu německých instalací (6 instalací, 18 měření) ukázaly rozsah 0,006 – 0,22 ngTEQ/Nm3 s průměrem 0,0724 ngTEQ/Nm3 (0,608 i-TEQ/Nm3). Soubor údajů z průzkumu se částečně překrývá s výše uvedenými údaji, neposkytl však dostačující informace k jeho rozšíření. [224, Helber, et.al., 2000] Tyto údaje ukazují, že průměrná standardní odchylka a rozsah hodnot emisí dioxinů jsou podobné pro studenovětrné i horkovětrné pece. Střední hodnota pro horkovětrné pece je nižší než pro studenovětrné pece. Toto potvrzuje stanovisko z [224, Helber, et al., 2000]. Neexistuje statistický rozdíl mezi emisemi dioxinu pro horkovětrnou a studenovětrnou kuplovnu. Vysoká standardní odchylka ukazuje, že údaje by se měly interpretovat na základě jednotlivých závodů (závod od závodu) spíše než na základě průměru. Při použití mokrého systému čištění kouřového plynu s dezintegrátorem prochází kouřový plyn kritickou teplotní fází (250 – 450 °C) rychle a s nízkým obsahem prachu (s obsahem uhlíku). Současně jsou mokrým procesem čištění odstraněny chloridy. To výrazně snižuje riziko syntézy de-novo. Rotační pec. Rotační pec má omezené možnosti legování, proto vsázka rotační pece obsahuje čistý kovový vsázkový materiál. Při vysoké teplotě plamene opouštějí horké plyny pec mezi 1 000 a 1 300 °C. Dodatečné spalování se vyskytuje uvnitř pece. De-novo syntéza je možná, jestliže spaliny chladnou pomalu. Nahlášené údaje se pohybují v rozsahu 0,004 – 0,61 ngTEQ/Nm3. Indukční pece. Indukční pec má omezené možnosti legování, a proto vsázka rotační pece obvykle obsahuje čistý kovový vsázkový materiál. Navíc tato pec neprodukuje proud spalin o vysoké teplotě, který chladne pomalu. Elektrické obloukové pece. EOP dovolují úpravu tavby a legování, jestliže jsou provozovány se zásaditou vyzdívkou. To umožňuje použití i znečištěného šrotu jako suroviny pro tavení, jestliže je zavážen šrot, který obsahuje organické sloučeniny nebo sloučeniny chloru. Během ochlazování proudu kouřových plynů se tvoří dioxiny. To může být ten případ, kdy se používá šrotu např. z elektronického vybavení, transformátorů nebo drcených vozidel. EOP s kyselou vyzdívkou


124

Kapitola 3 nedovoluje úpravu kovu, a proto je možnost vsázkování kontaminovaného vratu omezená. To také snižuje riziko tvorby dioxinu. [161, UK Environment Agency, 2002]

3.9


3.9.1

Úvod

K výrobě forem a jader k formování se užívají směs ostřiva, pojivové soustavy, přísady a v některých případech následuje fáze ohřevu. Plynné prchavé produkty reakce a nadbytečné reagenty jsou emitovány do ovzduší. Tabulka 3.35 ukazuje přehled emisí a ostatních dopadů na životní prostředí během míchání, vytvrzování, skladování forem a jader. Další diskuze o emisích a hladinách spotřeby pro každý typ pojiva je podána v následujících sekcích. Název systému a složky směsi

Metoda vytvrzení a relativní požadavek na energii

BENTONITOVÁ SMĚS Jíl Uhelný prach, nebo jeho náhrada Voda

Tlak – nízký

SKOŘEPINOVÁ SMĚS Fenol-formaldehydová Pryskyřice (Novalak)

Teplo – vysoké

Emise do vzduchu během míchání a vytvrzování Vylučování pevných částic − žádná podstatná emise do životního prostředí Formaldehyd* Čpavek * Fenol * Aromatické látky HCN

Další účinky na životní prostředí

Je nutno vyhnout se předpadu směsi kolem dopravníku, aby se snížily pravděpodobné emise prchavých látek. Snížení emisí u procesu míchání není podstatné (proces obvykle obsahuje způsob jejich eliminace). Problémem může být zápach, protože stroje ho vypouští do vzduchu.

ALKALICKÉ REZOLY Alkalický rezol Pryskyřice fenolformaldehydová 1. Tvrzené plynem (alkalický fenolický coldbox)

Tvrzené metylformiatovými parami – nízké

Formaldehyd* Fenol * Metylformiát

Vytvrzení za studena pomoci esterů – nízké

Formaldehyd* Fenol * Estery

2. Samotvrdnoucí směsi (alkalický fenolický rezol) FENOLICKÉ URETANY 1- Tvrzené plynem: Cold-box

2-

Samotvrdnoucí směsi (fenolické, uretan, nespékané)

FURANOVÉ SMĚSI Kombinace pryskyřice: Fenol Močovina Furfurylalkohol Formaldehyd

Páry aminu – nízké

Samotvrdnoucí s derivátem pyridinu – nízké

Vytvrzení za studena s kyselinami – nízké

HOT-BOX SMĚSI Kombinace pryskyřice: Fenol Močovina


Teplo – vysoké

Izokyanát (MDI) Amin* Formaldehyd* Fenol Izokyanát (MDI) Formaldehyd* Fenol

Formaldehyd* Fenol * Furfurylalkohol * Hydrosiřičitan Páry kyseliny

Formaldehyd* Kyseliny Furfurylalkohol

Problémem je často zápach tam, kde se používá amin (TEA, DMEA, DMIA), vzniká zápach a je požadováno jeho snížení. To se děje spalováním, nebo praním (pomocí kyseliny solné a fosforečné), posledně jmenovaná reaguje za vzniku destilátu, který je speciálním odpadem. Tam, kde se používá TEA, se požaduje pouze praní, jestliže se vyskytne zápach.

Pryskyřice a kyseliny musí být skladovány odděleně v kontaktu, jsou prudce exotermické.

Problémem může být zápach, protože jej stroje normálně vypouštějí do vzduchu.

125

Kapitola 3 Název systému a složky směsi

Metoda vytvrzení a relativní požadavek na energii

Furfuryl alkohol Formaldehyd

Teplo – vysoké

OLEJOVÁ SMĚS Lněný olej a škrob

Emise do vzduchu Další účinky na životní prostředí během míchání a vytvrzování Fenol* Čpavek Kyselina izokyanatá Metylizokyanát Akrolein * Problémem může být zápach, protože jej Komplex stroje normálně vypouštějí do vzduchu. organických látek Žádné

Vytvrzování plynem s PROCES CO2 Směs s vodním sklem CO2, – nízké Vytvrzení za studena s Estery SILIKÁT ESTER Samotvrdnoucí směs s estery – nízké vodním sklem a esterem Pozn.: Všechny výše uvedené procesy dávají vzniknout zbytkům směsi (včetně rozbitých jader, rozsypání a zbytků z mísiče), které mohou přijít do země. Složky označené * jsou ty, které jsou u zmíněných procesů největším zdrojem zápachu. Jakékoliv komponenty pojiva by pro účely likvidace měly být označeny jako zvláštní odpad, který může ohrozit vodní systémy kontaminací. Aminy a metylformiáty používané pro tvrzení plynem jsou velmi hořlavé a zapáchají; je nutné zamezit jejich úniku ve skladu.

Tabulka 3.35: Dopad systému pojiva na životní prostředí [126, Technologisk, 2000], [160, UK Environment Agency, 2002], [225, TWG, 2003], [229, Lilja, et al., 2000] Kvantitativní údaje pro emise prachu z formoven byly shromážděny v přehledu italských sléváren. Výsledky jsou dány v tabulce 3.30. Všechny čisticí systémy odtahu dosahují hladiny < 15mg/Nm3. Koncentrace (mg/Nm3) Průměr Minimum Maximum 3,2 0,4 12,1 5,2 3,6 6,7 9,6 8,5 10,9

Emisní faktor (g/t)* Průměr Minimum Maximum 24,4 0,5 108,3 6,2 4,0 8,0 34,2 30,1 39,9

Suchý filtr Mokrý odlučovač Mokrý Venturiho proudový odlučovač Jednotky: g/t dobrých odlitků Množství sledovaných jednotek: rukávový filtr: 33; mokrý odlučovač: 4; mokrý Venturiho systém: 3

Tabulka 3.36: Hodnoty emisí a emisní faktory pro prachové emise z formoven po vyčištění vypouštěného plynu (emisní faktor v g/t dobrých odlitků) [180, Assofond, 2002] Emise dané v tabulce 3.35 se týkají stadia mísení, vytvrzování, skladování forem a jader. Nejvíce emisí vzniká během odlévání kovu a chladnutí odlitků s přídavkem produktů pyrolýzy. Toto bude projednáno v sekci 3.10.1. Tabulka 3.37 uvádí emise tuhých částic měřené v Německu. Tuhé částice byly analyzovány do frakcí PM10, PM 2,5 a PM1. Činnost

Úprava ostřiva Úprava bentonitové směsi Úprava směsi Jaderna Formovna Čistírna

Odsávané množství (Nm3/hod) 25 600 24 400

70 400 4 670 (suchý) 52 300 (suchý) 22 000(suchý)

Zařízení na čištění plynu

Celkové částice (mg/m2)

rukávový filtr

0,3

lapač dýmu, tkaninový filtr

pračka aminu tkaninový filtr tkaninový filtr

PM10 (%)

PM2,5 (%)

0,7

88

38

22 – 28,3 0,7 0,7 5,3

79 98 95 – 97 100

18 47 – 62 50 – 60 45 – 48

PM10 (%)

2–5 9

Tabulka 3.37: Příklad emisí tuhých částic pro formovnu, jádernu a čistírnu [202, TWG, 2001]


126

Kapitola 3

3.9.2

Formování směsi pojené jílem (formování do bentonitové směsi na syrovo)

Vstup - písek (křemený) - jíl jako pojivo (bentonit) - uhelný prach, dextrin (přísady) - voda (k přípravě formovací směsi)

Výstup - formy z bentonitové směsi - tuhé částice (částečky křemene, části spáleného jílu, nespálený uhelný prach a popel

Složení bentonitu přidávaného do písku závisí na specifických vlastnostech jak písku, tak i bentonitu, stejně tak jako na požadované pevnosti a prodyšnosti dokončené formy. Tabulka 3.38 udává některé parametry pro bentonitové směsi, které byly získány z výběru 105 vzorků formovací směsi odebraných ve slévárnách.

Parametr

Průměr

Obsah vody % Obsah bentonitu % Měrná hmotnost g/cm3 Ztráta žíháním % Pevnost v tlaku N/cm2

4,1 8,3 0,940 5,0 18,6

% vzorků v rozsahu průměru ± 10 % Rozsah % 3,4 – 4,5 48 7,5 – 9,1 45 1,00 – 0,85 75 4,5 – 5,5 20 16,7 – 20,5 54

Maximální Minimální hodnota hodnota 6,9 11,9 1,06 15,0 24,5

2,4 5,6 0,73 1,0 13,2

Tabulka 3.38: Typické vlastnost bentonitové směsi, měřeno na 105 vzorcích bentonitové směsi ze 105 sléváren litiny [36, Winterhalter, et al., 1992 ] V bentonitové směsi jsou přimíchány další přísady: • uhelný prach − používá se hlavně pro slévárny litin, někdy však bývá v menším rozsahu použit i v některých slévárnách neželezných kovů; obsah uhelného prachu v bentonitové směsi se mění od 2 do 3 % pro malé odlitky do 7 nebo 8 % pro těžké odlitky; příliš mnoho uhelného prachu může být příčinou vzniku vad v odlitku nebo příčinou nezaběhnutí; existují různé výrobky, které mohou uhelný prach nahradit; ve srovnání s uhelným prachem jsou obyčejně přidávány v trochu jiné koncentraci • polysacharidová pojiva − škrob a dextrin se používají hlavně ve slévárnách oceli k zamezení výskytu vad způsobených rozpínáním křemene a pro vázání vlhkosti ve směsi písku; účinné přísady polysacharidových pojiv k novým bentonitovým směsím se pohybují mezi 0,5 a 0,75 %; v jednotné formovací směsi je část polysacharidovách pojiv spálena během odlévání; proto je doporučený přídavek do každého nového mísicího cyklu 0,1 až 0,25 % podle množství vyhořelého pojiva, množství zbytků jader a přídavku nového písku. [174, Brown, 2000], [225, TWG, 2003] 3.9.3

Formování do písku bez pojiva (V-proces)

Vstup - suchý písek - fólie z PE - energie (pro vytvoření a udržení vakua)

Výstup - formy - tuhé částice

Tepelný šok zrn písku s nataveným kovem způsobuje destrukci zrn písku, vytváří tuhé částice, které jsou většinou emitovány během vytloukání. Zbytkové částice v písku mají být odstraněny, aby mohl být písek znovu použit pro formování. Při použití této metody by se během plnění formovacích rámů mělo vyskytnout pouze malé množství tuhých částic.


127

Kapitola 3

Tento proces je zajímavý, protože má velmi nízký dopad na životní prostředí. Protože však tento proces zahrnuje mnoho kroků, je formovací rychlost nízká a příprava pro zahájení výroby pro každý nový odlitek je dlouhá, jsou nutné další vysoké investiční náklady (forma pro výrobu polystyrenového modelu – pozn. překl.). Důsledkem toho je, že tento proces má pouze omezené použití. 3.9.4

Formování a výroba jader s chemicky tvrzenými pojivy

Vstup − ostřivo − pryskyřice − katalyzátor, tvrdidlo, přísady

3.9.4.1

Výstup − pískové formy a jádra − přebytek reagentů − produkty reakce − prach

Úrovně spotřeb chemikálií

Úrovně spotřeby různých typů pojiv, tvrdidel, katalyzátorů a přísad jsou dány v tabulce 3.39. Typ vytvrzení

Vytvrzení za studena

Typ vytvrzení

Vytvrzení plynem

Typ pryskyřice (pojiva)

Katalysátor/typ tvrdidla

Katalyzátor/přídavek tvrdidla % na váhu pryskyřice

Typ přísady

sulfanová kyselina

25 – 60

silan

1– 2 0,8 – 1,5 1,0 – 1,5 1,0 – 2,0 2,0 – 4,5 Přídavek pryskyřice % na váhu písku 0,8 – 1,2

sulfanová kyselina derivát pyridinu ester izokyanát ester Typ katalyzátoru

25 – 50 2–6 22 – 25 18 – 20 10 – 15 Přídavek katalyzátoru % na váhu pryskyřice

n.a. n.a. n.a. katalyzátor n.a. Typ přísady

SO2

0,3 – 3,0

peroxid

n.a. n.a. n.a. 0,002 − 0,2 n.a. Přídavek přísady % na váhu písku 0,1 – 0,5

1,0 – 1,8

amin

010 – 0,150

n.a.

n.a.

1,2 – 1,8 2 – 2,5 1,2 − 1,6

metyl formiát CO2 SO2

0,3 – 0,5 0,7 – 1,25 0,02 – 0,05

n.a. n.a. Peroxid

n.a. n.a. 0,05 – 0,06

2–4 Přídavek pryskyřice % na váhu písku 0,8 – 4

CO2 Typ katalyzátoru

1–2 Přídavek katalyzátoru % na váhu pryskyřice

n.a. Typ přísady

n.a

n.a. Přídavek přísady % na váhu písku n.a.

„Warm-box“ na bázi furfuryl alkoholu

1,0 – 1,5

kyseliny

10 – 30

Cu soli

n.a.

Hot-Box na bázi fenolů nebo furanu „Croning“

1,2 – 3,0

kyseliny

10 – 25

Amonné soli

n.a.

1,5 – 5

hexaetylentetramin

15

n.a.

n.a.

furan fenolický polyuretan alkalický rezol alkydový olej vodní sklo + ester Typ pryskyřice

fenol/furan polyuretan („Cold box“) rezol rezol akryl/epoxy

Typ vytvrzení

Vytvrzení za tepla

Přídavek pryskyřice % na váhu písku 0,8 – 1,5

silikát Typ pryskyřice

Olej

Tabulka 3.39: Hladiny spotřeby různých pryskyřic, katalyzátorů, tvrdidel a přísad pro přípravu chemicky tvrzených směsí [174, Brown, 2000], [225, TWG, 2003]


128

Přídavek přísady % na váhu písku 0,1 – 0,2

Kapitola 3

3.9.4.2

Emisní faktory

Použití chemických pojiv má za následek vznik různých sloučenin během míchání, při výrobě forem a jader, při skladování, lití a chladnutí. Vše je uvedeno v tabulce 3.35. Některé indikativní emisní faktory pro několik procesů jsou dány v tabulce 3.40 a 3.41. Furanová směs Organická rozpouštědla 1,4 Fenol 0,02 Formaldehyd 0,08 Všechny údaje jsou v kg/t roztaveného materiálu

Fenolická směs 1,25 0,18 0,15

Tabulka 3.40: Emisní faktory pro výrobu formovací směsi, v kg/tunu roztaveného kovu [110, Vito et al., 2001] Cold box Tuhé částice n.a Furfurylalkohol 0,1 Formaldehyd 0,01 Organická rozpouštědla n.a. Aromatická rozpouštědla 0,12 Aminy 0,13 Všechny údaje jsou v kg/t nataveného materiálu n.a. : nepoužívá se

Hot box 0,003 n.a. n.a. 0,03 n.a. n.a..

Skořepina 0,003 n.a. 0,003 n.a. n.a. n.a.

Tabulka 3.41: Emisní faktory pro výrobu jader [110, Vito et al., 2001] 3.9.4.3

Emise procesů vytvrzovaných za studena

Emise procesů vytvrzování za studena mohou být popsány následovně: • fenolické − páry formaldehydu a fenolu mohou být emitovány vlivem tlaku par těchto složek; protože se však polymerizace vyskytuje při teplotě okolí, jsou tyto tlaky par nízké a jsou dány použitou rychlostí; emise jsou nepodstatné • furany − páry formaldehydu, fenolu, furfurylalkoholu a alkoholů mohou být emitovány vlivem tlaku par těchto složek, protože se však polymerizace vyskytuje při teplotě okolí, jsou tyto tlaky par nízké a dané užitou rychlostí; emise jsou nepodstatné • polyuretan − páry formaldehydu, fenolu, izokyanátu a aromatických rozpouštědel mohou být emitovány vlivem tlaku par těchto složek, protože se polymerizace vyskytuje při teplotě okolí, tyto tlaky par jsou nízké a dané rychlostí; emise jsou nepodstatné; ve formovně se mohou tvořit nepříjemné zápachy, ale venku neobtěžují • rezol-ester − pryskyřice obsahuje nezreagovaný fenol a formaldehyd, ale jejich emise jsou extrémně nízké a pro životní prostředí bezvýznamné • alkydový olej − během výroby forem a jader nejsou s emisemi žádné problémy, ani když jsou vytvrzeny teplem; v těchto případech se mohou vyskytnout problémy se zápachem • směs vodní sklo-ester − tento proces netvoří žádné emisní problémy. [32, CAEF, 1997]


129

Kapitola 3

3.9.4.4

Emise procesů vytvrzovaných plynem

Emise z procesů vytvrzovaných plynem mohou být popsány následovně. • cold-box − páry formaldehydu, fenolu, izokyanátu a aromatických ředidel jsou emitovány v malém množství z důvodu nízkého tlaku par; emise aromatických rozpouštědel jsou nejvyšší během jejich vytlačování z jader; nejvýznamnějšími emisemi jsou aminy, které mají nízký práh detekce zápachu a venku mohou obtěžovat; aminy jsou nebezpečné s relativně nízkou hodnotou limitu expozice, navíc velmi nepříjemný zápach ve velmi nízké koncentraci • rezol-ester − pryskyřice obsahuje nezreagovaný fenol a formaldehyd, ale jejich emise během zavádění a vypuzování plynu jsou velmi nízké; metylformiát je méně toxický, nepáchne a jeho expoziční hodnota je relativně vysoká • rezol-CO2 − pryskyřice má nízký obsah nezreagovaného fenolu a formaldehydu; hodnoty jejich emisí jsou i v průběhu vytvrzování plynem a čištění velmi nízké • fenolické a furanové pryskyřice vytvrzované SO2 − pryskyřice a směsi generují emise formaldehydu; hlavním problémem emisí je oxid siřičitý, který je velmi nebezpečný • epoxidy nebo akryláty vytvrzované SO2 − během procesu výroby jader se vytváří minimální emise • vodní sklo − během formování a při výrobě jader tento proces nevytváří žádné emisní problémy. [12, CAEF, 1997] 3.9.4.5

Emise procesů vytvrzování za horka

Emise z procesů vytvrzování za horka mohou být popsány následovně: • emise hot-boxu − modely jsou obyčejně zahřívány plynovými hořáky na otevřeném prostoru a vytvářejí emise spalin; odpadní plyn může obsahovat fenol, čpavek, formaldehyd a monoizokyanáty (pokud pryskyřice obsahuje dusík) • emise warm-boxu − ve srovnání s procesem cold box jsou emise podstatně nižší; neobsahují fenol nebo čpavek; emise formaldehydu jsou snižovány faktorem 4; protože teplota modelu je také nižší ve srovnání s tou, která se používá v procesu hot-box, pracovní podmínky jsou také zlepšeny; dopad na životní prostředí je velice nízký • emise ze skořepinových směsí − ve srovnání s procesem hot-box je použití recyklovaného písku malé; obalované písky obsahují 2 až 3krát více pryskyřice, protože jsou ale teploty modelu přibližně stejné, dopad na životní prostředí je podobný • emise ze směsí s lněným olejem − oleje jsou často obsaženy v organických rozpouštědlech, při vytvrzování se uvolňuje velké množství VOC, výsledkem pak může být venkovní zápach, tento problém se ale více projeví během lití; tyto problémy, stejně tak jako malá produktivita, způsobují snížený zájem o použití tohoto procesu. [32, CAEF, 1997] Tok hmoty a energie pro jadernu s procesem hot-box je zaznamenán v tabulce 3.42. Data byla shromážděna z jaderny slévárny nízkotlakého lití mosazi. [177, Silvia Ribeiro, 202].


130

Kapitola 3

Vstup Nový písek 371 Elektrická energie 352,9 kWh Plynný propan 7 Stlačený vzduch 187,1 kWh Pryskyřice 8,3 Konzervační prostředky 0,51 Katalyzátor 0,76 Nátěr 1,7 Výstup Jádra 287,7 Zbytky směsi 84,3 Pryskyřice 1,41 Kovové a plastikové kontejnery Plynné emise (po odfiltrování) Tuhé částice 0,11 VOC 0,83 Všechny údaje jsou na tunu expedovaných odlitků; hodnoty v kg, kde není stanoveno jinak

Tabulka 3.42: Tok hmoty a energie při užití procesu výroby jader metodou hot box ve slévárně mosazi [177, Silva Bibeiro, 2002] 3.9.5

Nátěry forem a jader z chemicky vázaných směsí

Vstup Výstup - nátěry připravené k použití, nebo hmota k - VOC (na bázi alkoholu) rozpuštění ve vodě nebo alkoholu - teplo pro odpařování ředidla

3.9.6

Lití na spalitelný model ze zpěněného polystyrenu (Lost Foam/Full Mold)

3.9.6.1

Nevazný písek – Lost Foam

Vstup - EPS granule (expandovatelný polystyren) - EPS lepidlo - žárovzdorný nátěr - písek

Výstup - pískové formy - zbytky EPS - produkty pyrolýzy a spalování - tuhé částice

Při výrobě hliníkových odlitků se spotřebuje kolem 15 kg EPS granulátu/t dobrých odlitků. Spotřeba žárovzdorného nátěru se pohybuje kolem 20 kg/t dobrých odlitků. Tabulka 3.43 ukazuje srovnatelnou analýzu slévárny odlévající na syrovo a slévárny odlévající na spalitelný model. Obě vyrábějí 5 490 tun dobrých odlitků za rok. Je třeba uvést, že v uvedených hodnotách není zahrnuta interní regenerace. V praxi používají regeneraci oba typy sléváren, tak účinně snižují množství zbytků dalším použitím. Typ odpadu Slévárenský písek (bez regenerace) Prach filtru (bez regenerace) Prach z filtru (s vnitřní regenerací) Zbytek EPS Všechny hodnoty v kg/t dobrých odlitků

Slévárna na spalitelný model 1,04 0,056 0,056 0,0027

Slévárna odlévající do bentonitové směsi 2,95 0,22 0,61 -

Tabulka 3.43: Srovnatelné údaje pro zbytky výroby ze slévárny hliníku odlévající na spalitelný model a do bentonitové směsi [96, Spillner, 1997]


131

Kapitola 3

Emisní údaje pro organická pojiva jsou dány v tabulce 3.37. Tyto jsou použity u slévárny hliníku odlévající metodou lití na model zpěnitelného polystyrenu – spalitelného modelu − vyrábějící 1,5 t/hod. ve srovnání se slévárnou odlévající do bentonitové směsi vyrábějící 1,2 t/hod. a používající 1,9 t/hod. jader z cold-boxu. Slévárna s metodou spalitelného modelu byla vybavena filtrační stanicí a jednotkou dodatečného spalování. Údaje slévárny na syrovo jsou použity pro jednotku s odlučovací stanicí. Data ukazují, že slévárna s metodou na spalitelný model s intenzivnějším čištěním plynu emituje vyšší hladinu BTEX a formaldehydu, ale s výrazně nižší hladinou uhlovodíku. Pro rozložení produktů z EPS pyrolýzy po odlití je potřebné dodatečné spalování spalin. Složka Benzen Toluen, xylen, etylbenzen, styren Neznámé organické složky Organický uhlík celkem PAH Formaldehyd Fenol

Slévárna s metodou spalitelného modelu 35,33 354,67 96,67 857,33 1,45 18,0 18,0

Slévárna odlévající do bentonitové směsi 8,5 18,58 655,0 1 283,33 1,43 2,08 69,83

Tabulka 3.44: Údaje o emisích v komíně slévárny na spalitelný model a slévárny na syrovo, obě vyrábějí hliníkové odlitky. (Hodnoty jsou v g/t nataveného hliníku) [96, Spillner, 1997] 3.9.6.2 Chemicky tvrzená směs – Full Foam (plná forma) . Vstup Výstup - EPS granule (expandovaný - pískové formy polystyren) - zbytky EPS - EPS lepidlo - produkty pyrolýzy a spalování - žárovzdorný nátěr - tuhé částice - písek - pojiva Tok emisí z procesů odlévání plné formy a formy vyrobené klasicky z chemicky tvrzené směsi lze považovat za podobný. Lze to spatřit na obrázku 3.5, který ukazuje tok organického uhlíku jako funkci času v závislosti na lití. Čas „0:00“ koresponduje s časem zahájení lití. Údaje byly shromážděny při aplikaci směsí vázaných furany jak pro výrobu plné formy, tak i pro formy klasické. Proces plné formy ukazuje vysoké emise při lití a vrchol emisí okamžitě po lití, který mizí během jedné hodiny. Proces klasické formy ukazuje nižší původní emise, ale k jejich snižování dochází pomaleji a doba trvání činí asi 2 hodiny. Proto jsou celkové emise organického uhlíku po dobu celé fáze chladnutí stejné u obou procesů. Dodatkové měření ukázalo, že stejný průběh se projevuje u benzenu, fenolu a furfurylalkoholu. Maximální emise u styrenu a toluenu se objevují po 15 – 30 minutách vlivem počáteční kondenzace molekul na chladnější straně formy. [215, Müller, 1996]


132

Kapitola 3

Obrázek 3.5.: Zátěž odpadním plynem při lití v plných a klasických formách (s jádry) litá slitina: šedá litina; forma: furanová směs; 1,9 tuny směsi : 1 t litiny [215, Müller, 1996]

3.10

Odlévání

3.10.1

Odlévání do jednorázových (pískových) forem, chladnutí a vytloukání

3.10.1.1

Hladiny emisí

Vstup - dokončené formy - roztavený kov

Výstup - odlitky - použitá směs (vratná) - produkty spalování (z předehřívání licích pánví) - organické znečišťující látky z tepelných rozkladů pojiv, nátěrů forem a jader, atd. (fenol, formaldehyd, amin, kyanovodík, PAH, benzen, VOC) - zápach - tuhé částice z odtahu čištění vzduchu (suchý nebo břečka) - tuhé částice z vytloukání

Při předehřívání pánve se tvoří plyny jako výsledek hoření zemního plynu jako zdroje energie. Během odlévání se mohou vyskytnout následující typy emisí: • sloučeniny rozložitelné teplem, tj. exotermické obklady, mohou reagovat za uvolňování dýmů nebo par • chemické sloučeniny z pojiv a některých nátěrů se mohou uvolňovat jako výsledek tepelného rozkladu nebo odpařování, tj. spaliny, vodní pára a prchavé organické sloučeniny, některé z produktů degradace mohou zapáchat. Zkušenosti ukazují, že maximální emise (vztažené k celkovému C) se mohou vyskytnout do 10 minut, nebo ještě po 10 minutách po odlévání. CO je hlavní složkou s úrovní CO, která je příznačná pro uvolňování ostatních sloučenin. [110, Vito, 2001]


133

Kapitola 3

Během ochlazování a vytloukání postupuje proces tepelného rozkladu a jsou uvolněny sloučeniny, zejména řízené difuzí a rychlostí vypařování.Při odstraňování (vytloukání) forem a jader z odlitků vzniká nejvíce tuhých částic, protože formy musí být alespoň částečně rozdrceny. Druhý krok chladnutí, kde se pro zvýšení rychlosti ochlazování používá k chlazení vodní mlha, neuvolňuje nic než vodní páru. [32, CAEF, 1997] Typ emisí během lití závisí na typu pojiva. Emise jsou srovnatelné s emisemi během mísení, ale s přídavkem produktů pyrolýzy vyskytujícím se při kontaktu směsí s horkým kovem. Tabulka 3.46 udává výsledky kvalitativního přehledu emisí spojených s různými typy pojiv. Název systému a složky pojiva BENTONITOVÁ SMĚS Jíl Uhelný prach nebo jeho náhrada Voda SKOŘEPINOVÁ SMĚS fenol-formaldehydrátová Pryskyřice (Novalak)

Emise do ovzduší během odlévání

Vylučování částic – saze z hoření uhlí Oxid uhelnatý a oxid uhličitý Benzen Toluen Xylen Vylučování částic – saze z neúplného spalování uhlíku jako základu pryskyřic Oxidy uhlíku Fenol*, kresol* a xylenoly* Čpavek Aldehydy Benzen PAH ALKALICKÉ REZOLY Vylučování částic – saze z neúplného spalování uhlíku jako základu pryskyřic Alkalická fenol – Oxidy uhlíku pryskyřice Fenol*, kresol* a xylenoly* fenolformaldehydá Čpavek Aromatické látky 1. tvrzené plynem 2. samotvrdnoucí

Komentáře Potenciální zápach (může být spojen se sírou obsaženou v uhlí)

Převládají problémy se zápachem – úprava může být nezbytná, pokud bude disperze vyšší

Problémem může být zápach

Problémem může být zápach Vylučování částic – saze z neúplného FENOLICKÉ spalování uhlíku jako základu pryskyřic URETANY 1. tvrzené plynem, tj. coldOxidy uhlíku box Oxidy dusíku Monoizokyanáty Formaldehyd 2. Samotvrdnoucí. Fenol, kresoly a xylenoly (fenolické uretany) Aromatické látky (včetně polycyklických) Aniliny Naftaleny Čpavek FURANOVÉ SMĚSI Kombinace pryskyřic: Fenol Močovina Furfurylalkohol Formaldehyd

Vylučování částic – saze z neúplného Problémem může být zápach – spalování uhlíku jako základu pryskyřic příležitostně Oxidy uhlíku Fenol, kresoly a xylenoly Formaldehyd Aromatické látky (včetně polycyklických) Oxid siřičitý Aniliny Čpavek Izokyanátová kyselina* Metylizokyanát*


134

Kapitola 3 Název systému a složky pojiva HOT-BOX Kombinace pryskyřic: Fenol Močovina Furfurylalkohol Formaldehyd

OLEJOVÁ SMĚS Lněný olej a škrob

PROCES CO2 Směs s vodním sklem SAMOTVRDNOUCÍ SMĚSI S VODNÍM SKLEM A ESTEREM

Emise do ovzduší během odlévání

Komentáře

Vylučování částic – saze z neúplného spalování uhlíku jako základu pryskyřic Oxidy uhlíku Oxidy dusíku Formaldehyd Fenol, kresoly a xylenoly Aromatické látky (včetně polycyklických) Aniliny Čpavek Izokyanátová kyselina* Metylizokyanát* Vylučování částic – saze z neúplného Problémem může být zápach spalování uhlíku jako základu pryskyřic Oxidy uhlíku Butadien Ketony Akrolein* Oxidy uhlíku

Oxidy uhlíku Alakny Aceton Kyselina octová Akrolein * Pro pryskyřice obsahující dusík (močovinu)

Tabulka 3.45: Dopad na životní prostředí ze systémů pojiv po odlévání, vytloukání a chlazení [160, UK Environment Agency, 2002]

Emisní faktory pro litiny ve formách ze směsi vytvrzované za studena, které se používají v Belgii, jsou dány v tabulce 3.46.

Sloučenina

Průměr v kg /natavenou tunu CO 1,1 Alifatické heterocyklické uhlovodíky 0,22 Aromatické uhlovodíky 0,05 HCN 0,03 Formaldehyd 0,02 Sloučeniny síry (při použití kyseliny paratoluensulfonové) 0,10 Prchavé organicko fosforové sloučeniny(při použití 0,11 kyseliny sulfonové Tabulka 3.46: Emisní faktory pro odlitky z litiny ve formách vázaných pryskyřicí a vytvrzované za studena [110, Vito, et al., 2001]


135

Kapitola 3

Emisní faktory během lití, chlazení a vytřásání byly zjištěny měřicím programem ve dvou automobilových slévárnách v Mexiku. Sledované slévárny vyráběly odlitky z litiny, používaly bentonitovou směs a chemicky tvrzená jádra. Emisní faktory jsou velmi specifickým procesem, ten kolísá podle změn ve složení formovací a jádrové směsi, nebo v procesních parametrech, jako je doba chlazení, použité postupy, typ vytloukacího zařízení. Obdržené emisní faktory poskytují informace o typu emisí a o relativní důležitosti různých kroků procesu. Emisní faktory pro nejdůležitější detekované polutanty vzduchu jsou znázorněny na obrázku 3.6. Údaje ukazují, že nejvyšší emise se vyskytují během vytloukání a minoritní emise se vyskytují pouze během odlévání. Naftalen a monometylované naftaleny tvoří základ emisí PAH. Další analýzy této kategorie odhalily, že mnohé karcinogenní PAH jako benzo(a)pyren nebyly detekovány Emise obsahují mangan, olovo, nikl, měď a chrom. Největší jsou ty, které obsahují olovo a mangan. [141, CERP, 1999]

v ytl o uk á n í

Obrázek 3.6.: Emisní hladiny polutantů po odlévání, chlazení a vytloukání pro slévárnu litiny, při lití do bentonitové směsi[141, CERP, 1999] Emisní faktory pro vylučované částice jsou znázorněny na obrázku 3.7. Jsou založeny na měření celkového prachu, PM10 (částice ≤ 10 µm) a PM2,5 (částice ≤ 2,5 µm). Podle definice PM10 obsahují PM2,5. [141, CERP, 1999].


136

Kapitola 3

V ytlouk á ní

vytlo ukání

Obrázek 3.7: Úrovně emisí pro vylučované částice po lití, chlazení a vytloukání pro slévárnu litiny s litím na syrovo (Celek = PM10 + PM>10) [141, CERP, 1999] Výše uvedené údaje se týkají vyvíjeného plynu. V přehledu italského sektoru byly shromážděny údaje emisí pro vyčištěné plyny (tabulka 3.47). [180, Assofond, 2002] Všechny typy čištěných odtahů dosahují emisní úrovně tuhých částic < 20 mg/Nm3. Vlhké odlučovače vykazují nejlepší výkon, ačkoliv by se mělo poznamenat, že údaje jsou založeny pouze na třech měřeních. Zařízení pro čištění spalin Koncentrace v (mg/Nm3) Průměr Minimum Maximum Zařízení Tkaninový filtr 5,8 1,0 16,8 Mokrý odlučovač 2,3 1,8 2,8 Mokrý vírový odlučovač 18,6 14,6 21,9 Mokrý proudový Venturiho odluč. 11,7 6,2 16,9 * Emisní faktor v g/t dobrých odlitků

Emisní faktor (g/t*) Průměr Minimum 68,5 7,8 16,3 13,3 202,2 163,6 116,3 38,2

Maximum 206,9 18,0 224,4 187,7

Tabulka 3.47: Emisní koncentrace a emisní faktory pro emise tuhých částic z vytloukání a po vyčištění odsátého plynu [180, Assofond, 2002] 3.10.1.2

Poměry písku k tekutému kovu

Nadbytečné množství písku ve formovacím systému vede ke zbytečně velkým investičním a provozním nákladům. Nižší poměr směs-tekutý kov bude snižovat celkový objem směsi v systému, a proto sníží i spotřebu nových materiálů. Rozdělení poměru písek-tekutý kov ve slévárnách litin pro bentonitovou směs je ukázáno na obrázku 3.8. Údaje byly shromážděny ze sléváren ve Velké Británii. Průměrný poměr písek-tekutý kov v tomto sektoru je 9:1. Některé slévárny pracují buď povážlivě nad, nebo pod tímto číslem. Nižší poměry jsou obecně spojeny s určitými typy kovových forem, nebo se slévárnami, které vyrábějí jeden výrobek, kde se kombinace velikosti rámu a odlitku dají snadněji optimalizovat. Vyšší poměry se vyskytují v zakázkových slévárnách. V těchto slévárnách se vyskytují mnohem širší konfigurace tvarů a velikostí odlitků (a tak i konfigurace modelů), nebo se zde podstatně změnily odlitky od doby, kdy byly slévárny navrženy.


137

Kapitola 3

Obrázek 3.8.: Poměry bentonitové směsi k tekutému kovu ve slévárnách litin [73, ETSU, 1995] Obrázek 3.9 ukazuje rozdělení poměru celkové formovací směsi k tekutému kovu pro bentonitovou směs ve slévárnách slitin mědi, kde byl průměrný poměr písek-tekutý kov cca 4:1. Důvodem, že je tato hodnota nižší než hodnota pro litiny, je to, že většina sléváren mědi má přizpůsobený odlitek s optimalizovaným rozměrem rámu.

Obrázek 3.9: Poměry bentonitová směs − tekutý kov ve slévárnách slitin mědi [73, ETSU, 1995] Údaje pro poměry chemicky tvrzeného písku k tekutému kovu pro různé typy kovu jsou dány na obrázku 3.10.


138

Kapitola 3

L itin y

S litin y h lin ík u

S litin y m ěd i

Obrázek 3.10: Poměry celkové formovací směsi k tekutému kovu ve slévárnách ve Velké Británii [72, ETSU, 1995] (Pozn. překl.: Poměr formovací směsi k tekutému kovu značně závisí i na technologii formování. Pro bezrámové formy jsou poměry i 20:1.) 3.10.1.3

Využití kovu

Využití kovu je poměr množství nataveného kovu k váze hotových odlitků. Využití kovu ovlivňuje pět hlavních faktorů: • požadavek na jakost • výběr velikosti formovacího rámu • rozsah vtokového systému a nálitků • smrštění kovu • procento zmetkových odlitků. Využití kovu nemá přímý účinek na použití směsi, jeho zvýšení však může mít za následek nižší výrobu forem, což znamená, že se spotřebuje celkově méně směsi. Nižší využití kovu je obecně spojeno s vyšší homogenitou výrobků, u nichž mohou být požadovány nejvyšší standardy jakosti, které si nezbytně vyžádají rozšířenější vtokový systém. Mohou být požadovány i nižší standardy jakosti, které se budou vyznačovat vyšším poměrem zmetků, v tom případě je předimenzovaný vtokový systém zbytečný. Za těchto okolností potřebují slévárny zrevidovat své řízení provozu a metody výroby forem. Průměrné využití kovu pro hlavní druhy kovů uvedené v tabulce 3.48.


139

Kapitola 3

Sektor Šedá litina Tvárná litina Slitiny hliníku Slitiny mědi Ocel

Průměrné využití kovu (%) 68 63 57 58 50

Rozsah využití (%) 40 – 90 40 – 90 40 – 80 30 – 90 neuvedeno

Tabulka 3.48: Průměrné využití kovu v hlavních odlévaných materiálech [73, ETSU, 1995], [225, TWG, 2003]

Data byla shromážděna z přehledu sléváren ve Velké Británii a z Portugalské slévárenské společnosti (poslední údaj pro ocel). Význačný počet respondentů přehledu odmítl dodat údaje o využití, zvláště ve slévárnách slitin hliníku a mědi, proto byly k tomuto tématu učiněny obecné komentáře: • rozsah využití kovu hlášený pro šedou a tvárnou litinu byl v rozmezí od 40 do 90 % • využití kovu hlášené ze sléváren hliníku bylo dokonce rozděleno mezi 40 a 80 %, ale více než 50 % sléváren hliníku se rozhodlo tato data nedodat • polovina malého počtu sléváren mědi, které dodaly údaje, nahlásila využití kovu mezi 50 a 60 %, ačkoliv je rozsah od 30 až nad 90 %. [73, ETSU, 1995] 3.10.1.4

Vratná směs

Přehled studia jakosti a složení slévárenské vratné směsi byl proveden ve Finsku. Údaje byly shromážděny z literatury a z vlastních experimentů [169, Orkas, 2001]. Z různých zdrojů byly v několika studiích provedeny chemické analýzy z použitých slévárenských směsí. Sumarizace nejvýznamnějších výsledků je uvedena v tabulce 3.49. Tyto údaje ukazují, že obsah kovových a organických škodlivin v použité slévárenské směsi je poměrně nízký. Obecně platí, že obsahy organických a kovových škodlivin jsou vyšší v bentonitové směsi ve srovnání s chemicky tvrzenou směsí. Směsi s anorganickým pojivovým systémem jsou v zásadě velmi čisté. Složka

Bentonitová směs (mg/kg)

Směs s organickým pojivem (mg/kg)

35 – 118 1,7 – 13,5 2 950 – 21 000 1,5 – 1 450 0,03 – 6,7 1,6 – 390 4,7 – 5,0 < 2,5 – 20,0 76 – 78 0,2 – 2,1 1,1 – 29,6 1,0 – 206,6

2,4 – 5,5 1,2 – 7,2 640 – 16 300 1,6 – 49 0,01 – 0,03 0,4 – 2,1 2,7 – 4,4 0,3 – 8,5 22 – 79 0,2 – 1,8 0,1 – 14 0,1 – 8,8

Ba Cr Fe Zn Cd Pb Cu Ni Mn As Fenol Celkem PAH

Směs s anorganickým pojivem (mg/kg) n.d. <5 530 – 1 700 < 10 – 30,0 0,02 1,3 < 1,5 – 6,0 2,5 – 8,3 25 – 34 < 0,5 – 0,51 0,03 < 1,75

Tabulka 3.49: Výsledky z analýz (mg/kg) vratné slévárenské směsi z několika zdrojů [169, Orkas, 2001] Centrum vývoje odlitků (CDC – Casting Development Centre) analyzovalo hodnoty PAH (celkový PAH naftalen a karcinogenních PAH) a obsahy fenolu z vratných použitých slévárenských směsí. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 3.50. Pro danou úpravu formovací směsi je odlišnost v obsahu PAH a fenolu v použité směsi poměrně nízká.


140

Kapitola 3

Druh směsi Bentonitová směs Alkalickofenolická Furanová Skořepinová

Polycyklické aromatické uhlovodíky (mg/kg) Naftalen Karcinogenní Celkový PAH PAH < 1,0 – 7,4 0,03 – < 1,0 < 10 – 11

Celkový (mg/kg) 1,4 – 63

1,1 – 4,8 0,87 – < 1,0 0,11– 7,1

Fenol Vyluhovatelný (µg/l) 26 – 1 00

0,026 – 0,096

2,3 – 8,1

1,4 – 210

0,025 – 4 400

0,014 – 1,5 0,01 – 0,67

1,0 – < 10 0,75 – 9,3

0,18 – 15 3,7– 3 300

1,2 – 19 0,025 –3 200

Tabulka 3.50: Obsah PAH a fenolu ve vratných směsích [169, Orkas, 2001] Vytuhovací test ukázal, že vyluhování kovů je celkově nízké, že vyluhování chromu způsobené přítomností chromitu je zanedbatelné [169, Orkas, 2001]. 3.10.2

Lití do trvalých forem

Vstup - separátor formy na bázi vody - chladící voda - tavený kov - jádra

Výstup - odlitek - olejová mlha z nástřiku separátoru - organické polutanty z tepelného rozkladu pojiva jádra - oxidy kovu obsahující tuhé částice z udržovací pece - tuhé částice z vytloukání jader - odpadní vody

Údaje o hmotnostní bilanci pro tři rozdílné slévárny používající tlakové lití hliníku jsou uvedeny v tabulce 3.51.

Vstup Voda Separátor Elektřina Výstup Odpadní voda1 COD pH SS Olej a vazelína

Slévárna A

Slévárna B

Slévárna C

802 l/t 161 l/t 1 103 kWh/t

935 l/t 8,26 l/t 1 380 kWh/t

1 709 l/t 1,12 l/t 652 kWh/t

122 l/t 18 000 mg/l 7,5 1 300 mg/l 3 000 mg/l

126 mg/l 7,5 1 mg/l 1 mg/l (hydrokarbony celkem) 78 mg/l 0,6 mg/l

BOD5 2 000 mg/l Hliník 5 mg/l Spaliny NOx 0,006 kg/t VOC 0,28 kg/t 0,14 – 0,27 kg/t Prach 1,8 kg/t 0,030 – 0,16 kg/t Všechny hodnoty na t dobrého odlitku nebo v mg/l odpadní vody 1 U slévárny C jakost odpadní vody po zpracování v destilačním zařízení a chladicích-odpařovacích věžích

Tabulka 3.51: Údaje o hmotnostní bilanci, složení odpadů a odtoků u zařízení pro tlakové lití slitin hliníku [177, Silva Ribeiro, 2002], [202, TWG, 2002]


141

Kapitola 3

V současné praxi tlakového lití je separátor na bázi vody po zředění nanášen stříkáním na otevřenou formu v poměru 1:50 – 1:200. Kromě nátěru formy je tento nástřik používán pro chlazení. To ukazuje rozdíl v použití vody, který je uveden v tabulce. Užití tohoto postupu způsobuje úbytek a prosakování vody, až 40% únik vody a separátoru do systému odpadních vod slévárny. Hladiny emisí a spotřeby pro proces výroby odlitků do trvalých forem závisí na typu použité slitiny, velikosti povrchu taveniny, množství pískových jader, která jsou vložena do formy, poměru povrchu a objemu odlitku. Písková jádra jsou hlavním zdrojem emisí. Mezi základními postupy lití není žádný významný rozdíl. Pro širokou různorodost procesů a aplikací není možné předložit průměrné údaje. [202,TWG, 2002] Spotřeba elektrické energie závisí na podmínkách výrobního procesu, které jsou zvoleny na technickém podkladě, např. uzavírací síla formy. Emisní faktory pro odlitky z bronzu, mosazi a zamacu (údaje z Belgie) jsou uvedeny v tabulce 3.52. Slitina Bronzi

CuO 0,06

Mosazi 0,01 Zamac n.a. Všechna data g/t roztaveného kovu

SnO 0,04

PbO 2 – 20

ZnO 625 – 6 50

Al2O3 n.a.

MnO n.a.

n.a. n.a.

0,007 – 1 n.a.

125 – 21 500 0,004

n.a. 0,2

n.a. 0,01

Tabulka 3.52: Indikativní emisní faktory pro odlitky z bronzu, mosazi a zamacu [110, Vito, 2001] 3.11

Dokončovací operace – operace po odlití

Vstup - nedokončené odlitky - abraziva - voda, mýdlo - elektřina

3.11.1

Výstup - dokončené odlitky - tuhé částice, kovové částice po mechanickém čištění - těkavé kovy, produkty spalování z tepelných procesů - odpadní voda

Broušení

Tabulka 3.53 ukazuje údaje o vstupu a výstupu pro omílání odlitků ze slitin hliníku. Odtoková voda se odvádí do systému úpravy a je recirkulována v omílacím zařízení. Používají se abrazivní kameny, které z procesu vycházejí nezměněny, pouze s mírným opotřebením. Vstup Elektřina Čisticí prostředek Voda Výstup Tekutý odtok Všechny hodnoty na tunu dobrých odlitků

20,7 kWh 0,5 l 490 l 400 l

Tabulka 3.53: Vstup a výstup hmoty a energie při omílání odlitků ze slitin hliníku [177, Silva Ribeiro, 2002]


142

Kapitola 3

3.11.2

Tryskání odlitků

Hladiny emisí ze vzdušniny od tryskání byly shromážděny v přehledu italských sléváren. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 3.54. Různé postupy dosahují úrovně emisí pod 30 mg/Nm3. Průměrná hodnota se pohybuje pod 15 mg/Nm3. Mokrý proudový Venturiho odlučovač je nejméně účinný, zanechává emisní faktor vysoko nad údaji ostatních postupů. Na druhou stranu působí také jako bezpečnostní zařízení k zabránění výbuchu hliník-prach [225, TWG, 2003]. Koncentrace (mg/Nm3) Průměr Minimum Maximum Tkaninový odlučovač 5,3 0,4 19,3 Mokrý odlučovač 12,0 4,2 16,4 Mokrý vírový odlučovač 8,2 4,2 14,8 Mokrý Venturiho odlučovač 12,8 1,1 22,3 Údaj emisního faktoru v g/t dobrých odlitků a pro čištěný plyn

Emisní faktor (g/t) Průměr Minimum Maximum 53,1 0,3 327,3 21,9 7,9 30,1 54,9 18,5 135,4 149,0 2,3 523,5

Tabulka 3.54: Emisní údaje pro odtah vzdušniny z tryskání při použití různých postupů odprášení [180, Assofond, 2002] 3.11.3

Čištění

Hladiny emisí z odtahu vzdušniny z čištění byly shromážděny z italských sléváren. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 3.55. Různé postupy dosahují emisních hladin pod 30 mg/Nm3. Tkaninový odlučovač a mokrý proudový Venturiho odlučovač dosahují maximální hladiny emisí pod 10 mg/Nm3. Mokré vírové odlučovače jsou nejméně účinným systémem, ponechávají emisní faktor nad údaji dosaženými jinými postupy. Emisní faktor z velké části závisí na potřebných dokončovacích operacích podle výroby odlitku. Koncentrace (mg/Nm3) Průměr Minimum Maximum Tkaninový odlučovač 3,0 0,4 7,5 Mokrý vírový odlučovač 14,8 7,6 23,3 Mokrý Venturiho systém 2,5 1,1 5,9 Údaj emisního faktoru v g/t dobrých odlitků a pro čištěný plyn

Emisní faktor (g/tunu) Průměr Minimum Maximum 17,0 2,3 85,6 275,6 96,2 497,2 45,5 35,5 63,4

Tabulka 3.55: Emisní údaje pro odtahu vzdušniny z čištění při použití různých postupů [180, Assofond, 2002] 3.11.4

Dokončovací operace ve slévárnách oceli

Ve slévárnách oceli se používají specifické postupy řezání, upalování plamenem a svařování. Průměrné hodnoty emisí tuhých částic jsou dány v tabulce 3.56. Tyto se používají pro následující postupy: • řezání vtokového systému – tetren-acetylen-oxid železa pro nerezové oceli (plyn s práškem) • pálení – uhlíková elektroda potažená mědí • svařování – použití elektrody nebo drátu. (Tetren-metylacetylen a prepadien – pozn. překl.) Dokončovací postup

Emise prachu (kg/t)* Řezání plynem s práškem 11 – 13 Pálení elektrodou 9 – 11 Elektroda/drát 3 –3,5 * Všechny hodnoty na tunu dobrých odlitků

Tabulka 3.56: Průměrné emise tuhých částic při dokončovacích operacích ocelových odlitků [202, TWG, 2002]


143

Kapitola 3

3.12

Tepelné zpracování

Vstup - dokončené odlitky - energie (elektřina, plyn, nebo topný olej) - kalení: voda, olej, vzduch

Výstup - dokončené odlitky (tepelně zpracované) - produkty spalování z vyhřívání plamenem - vodní pára, dým, olejová mlha - NOx, SO2

Emise z pecí tepelného zpracování zahrnují hlavně spaliny, zvláště z pecí vyhřívaných plynem a olejem. Složení spalin závisí na typu paliva. Pece vyhřívané olejem způsobují vznik emisí SO2. Ty se nevyskytují při použití zemního plynu. Při kalení vznikají emise dýmu, vodní páry nebo olejové mlhy, které závisejí na kalicím médiu. Pece pro tepelné zpracování jsou kontinuálními zdroji emisí bez vzduchu. Hladiny emisí závisejí na spotřebě energie, stavbě hořáku a jeho údržbě, zachycování je jednoduché u žíhacích pecí. Zachycování emisí v různých pecích se příliš neliší, emise jsou odsávány potrubím odpadních plynů. Obecně se žádná další úprava plynu neprovádí. Obecně platí, že kalení je proces, který probíhá v dávkách. Z tohoto důvodu se hladiny emisí podstatně mění. Emise z kalicí lázně se považují většinou za bezvýznamné vůči prostředí, ale při sériové výrobě mohou na významu nabývat. Údaje o velikosti zdroje (emisní poměry) a chemické sloučeniny nebyly nalezeny. [32,CAEF, 19987]

3. 13 3.13.1

Odpadní voda Zdroje odpadní vody

Objem zpracované odpadní vody ve slévárnách je malý a závisí hlavně na výběru postupu odlučování. Odpadní voda se tvoří především při odstraňování tuhých částic a v systému úpravy kouřového plynu, který se používá v tavírně odpadního plynu při úpravě formovací směsi, při její recyklaci a v čistírně. Odpadní voda se také tvoří v jaderně, jestliže se aplikují mokré odlučovače (v závislosti na postupu výroby jader a použitých pojivových systémů). V menším množství sléváren (jsou hlášeny 2 slévárny v Evropě) se voda používá pro mokrou regeneraci písku. Voda je dále důležitá pro chlazení pláště kuplovny a pro chlazení při odlévání do kokil. Možné zdroje odpadní vody jsou: - sklad kovového odpadu a odvodnění stavby - úpravna směsi - mokré odlučovače pro odlučování tuhých částic v různých částech slévárny - chlazení strojů a nářadí na tlakové lití - omílání odlitků - chladicí lázně pro tepelné zpracování. Specifické množství produkce odpadní vody dosahuje v průměru 0,5 m3/t dobrých odlitků. [160, UK Environment Agency, 2002], [195, UBA, 2003]


144

Kapitola 3

3.13.2

Odpadní voda ze skladu šrotu

Na šrotu může ulpět zemina. Externí odpad obvykle vykazuje nečistoty specifické podle výroby. Nabalené nečistoty mohou být smyty deštěm, a mohou potom přejít do půdy a do spodní vody. Přehled možných nečistot je uveden v tabulce 3.57. Typ šrotu Třísky Kovový šrot po prostřikování Rozbité strojní odlitky Kovový šrot pocházející z tváření za studena a z kováren

Nečistoty na povrchu kovového šrotu Řezné oleje, emulze (mohou obsahovat chlor) Oleje pro prostřikování (mohou obsahovat chlor) Hydraulické oleje, převodové oleje Fosfáty, zinková mýdla, grafit, oleje pro tváření

Tabulka 3.57: Možné nečistoty pro specifický kovový šrot [195, UBA, 2003] Jestliže jsou ulpívajícími nečistotami látky, které představují možné znečištění vody (oleje, emulze), musí být splněny odpovídající požadavky na skladování takových látek. 3.13.3

Odpadní vody z mokrých odlučovačů používaných při tavení v kuplovně

Mokré odlučovače se používají v tavírně pro čištění kouřových plynů kuplovny. Využívají vodu pro odstranění tuhých částic (průměrné zatížení: 10 – 15 g/Nm3) a plynů, jako je oxid siřičitý, z kouřových plynů kuplovny. V usazovací nádrži se zachytí velká část pevných částic, a proto jsou částice téměř úplně z čisticí vody odstraněny. Částečně se kyselé plyny, které jsou vyprané z kouřových plynů, jako je oxid siřičitý, koncentrují v čisticí vodě a způsobují zvýšenou koncentraci soli (např. tvorba síranu sodného). Hodnota pH vody klesá. Tato akumulace soli je podporována ztrátami vypařováním, proto je nezbytné vodu občas odčerpat. Odpadní voda z mokrých odlučovacích systémů v tavírnách obsahuje hlavně: - pevné látky, jako jsou oxidy křemíku, železo a hliník, uhličitan vápenatý, kyanidy - s výjimkou zinku jsou těžké kovy přítomny pouze ve velmi nízké koncentraci - organické znečišťující látky, které vstupují do odpadní vody přes kovový vrat znečištěný směsí. Hladina AOX (absorbovatelné organické halogenidy) použitých ve vodě pro praní kouřových plynů z kuplovny může dosáhnout několika miligramů. Možnou příčinou AOX jsou povlaky šrotu a ulpívající chlorované organické složky, které vstupují do vody během procesu praní plynu. Chlorované organické sloučeniny mohou také znečistit vodu z pomocných látek, jako je kyselina chlorovodíková, která se používá pro flokulace. Tabulka 3.58 udává přehled koncentrace znečišťujících látek v odlučovači odpadní vody při odvodnění břečky z mokrého odlučovače kuplovny.


145

Kapitola 3

Jednotky Hodnota pH El. vodivost Olovo Kadmium Chrom Měď Nikl Rtuť Zinek Sulfát Chlorid COD

µS/cm mg/litr mg/litr mg/litr mg/litr mg/litr mg/litr mg/litr mg/litr mg/litr mg/litr

Hodnota 7,2 – 909 1 400 – 18 400 < 0,01 – 2,5 < 0,01 – 0,03 < 0,01 – 0,13 0,02 – 0,89 0,04 – 0,23 < 0,001 1,8 – 27,9 430 – 1 550 1 330 – 3 947 154 – 7 580

Tabulka 3.58: Koncentrace znečišťujících látek ve filtru odpadní vody při odvodnění břečky z mokrého odlučovače kuplovny [195, UBA, 2003] 3.13.4 Odpadní voda z oblastí lití, chladnutí, vytloukání, z úpravny formovacích směsí a výroby forem V oblastech odlévání, chlazení a vytloukání při úpravě směsí a při výrobě forem jsou během odlučování společně s malými organickými podíly zachycovány jemné nerozpustné podíly formovacích materiálů z použitých pojiv. Jestliže se použijí mokré odlučovače, nalezneme tyto složky v odpadní vodě. Anorganické pevné látky jsou oxidy železa a jíly, které jsou z části jemně dispergovány, je velmi obtížné odstranit. 3.13.5

Odpadní voda z výroby jader

V jaderně se používají mokré odlučovače buď kyselé (procesy cold-box), nebo zásadité (procesy SO2 a skořepinové směsi). Množství vypouštěné odpadní vody závisí na nahromadění polutantů a solí v cirkulující vodě. Jestliže jsou hladiny polutantů příliš vysoké, musí se část znečištěné vody odčerpat. Prací roztoky z výroby jader cold-box a hot-box obsahují biologicky snadno odbouratelné aminy a fenoly. Úprava pracích roztoků obsahujících aminy vyžaduje stupeň nitrifikace, nebo denitrifikace. Tyto kroky úprav se mohou provádět také v externím závodě biologických úprav odpadní vody. Následující oxidace a prací roztoky z procesu SO2 obsahují hlavně síran sodný. Protože dochází k vysoké koncentraci síranu (> 600 mg/l), může to vést k poškození kanalizačního systému. Podle místních podmínek je stanovena limitní hodnota síranu (potrubí odolné proti síranům a roztokům v ostatní odpadní vodě) kompetentní osobou. [195, UBA, 2003]


146

Kapitola 4

4

POSTUPY UVAŽOVANÉ PRO URČENÍ BAT VE SLÉVÁRNÁCH

V této sekci jsou postupy pro ochranu životního prostředí a prostředky šetření energie určeny u jednotlivých kroků procesu. Různé postupy jsou strukturovány do generických (druhových) témat. Tématické přístupy byly zahrnuty pro stanovení různých a rozdílných procesů či kroků ve slévárně. Všechny postupy mají za cíl buď správně využít optimalizovaný proces nebo redukovat účinky na životní prostředí, např.: - opatrným výběrem a optimalizací provozu každé jednotky: tj. ve skladování, tavení a úpravě kovu, při výrobě forem a jader, při odlévání - snížením emisí do vzduchu a vody - zvýšením účinnosti užité energie - minimalizací a opětovným použitím odpadu. V linii s tematickým přístupem byly informace roztříděny do následujících sekcí: 4.1 Skladování a manipulace se surovinami 4.2 Tavení kovu, úprava taveného kovu 4.3 Výroba forem a jader včetně úpravy směsi 4.4 Odlévání kovu 4.5 Zachycení a úprava dýmu, spalin a odtahu vzduchu 4.6 Úprava odpadních vod 4.7 Účinnost energie 4.8 Písek: regenerace, recyklace, opětovné použití, likvidace 4.9 Odpad prachu a pevných látek: úprava a opětovné použití 4.10 Snížení hluku 4.11 Vyřazování z provozu 4.12 Nástroje řízení životního prostředí. Pro umožnění výběru nejlepších dostupných postupů jsou všechny postupy, které mají být vzaty do úvahy v rozhodování o BAT, představeny podle struktury nějakého standardu. Položky této struktury jsou uvedeny v tabulce 4.1. Název typu informace Popis Přínosy pro životní prostředí Provozní data

Účinky na ostatní média

Použitelnost

Ekonomika

Určující síla pro implementaci (popud pro použití)

Příklady závodů Odkazy na literaturu

Typ informace včetně Technický popis postupu. Hlavní dopad na životní prostředí adresovaný postupem. Data o spotřebě a úrovni emise z provozních závodů, které postup používají. Jakékoliv další informace o tom, jak provozovat, udržovat a řídit tento postup. Jakékoliv vedlejší účinky a nevýhody k ostatním médiím způsobené implementací. Účinky postupu na životní prostředí ve srovnání s ostatními postupy. Indikace typu závodů, ve kterých může být postup použit, při zahrnutí stáří závodu (nový nebo existující), velikosti závodu (velký nebo malý), postupů již používaných (např. typ pece, technika formování, ...) a typu výrobku (železný, neželezný). Informace o nákladech (jak investičních, tak provozních) a možných úsporách, včetně detailů o tom, jak byly tyto náklady kalkulovány. Místní podmínky nebo požadavky, které vedou k implementaci nebo ji stimulují. Informace o důvodech jiných než jsou důvody životního prostředí pro implementaci (např. zvýšení produktivity, bezpečnosti). Odkazy na závody, ve kterých je postup používán a ze kterých byly informace shromážděny. Literatura, která byly použita v sekci a která obsahuje více detailů.

Tabulka 4.1: Informace obsažená v diskuzi ke každému postupu zahrnutému do kapitoly 4


147

Kapitola 4

Tato kapitola představuje informaci pro každý postup. Závěrečné zhodnocení a výběr postupu bude probrán v rozsahu kapitoly 5 na základě informací z kapitoly 4.

4.1 4.1.1

Skladování a manipulace se surovinami Úvod

Skladování a manipulace s pevnými materiály, plyny a kapalinami jsou uvedeny v BREF skladování. [205, European Bureau, 2003]. Tento dokument pojednává o postupech pro skládky, sila, nádrže a balený materiál (např. nebezpečné a zápalné látky). Tyto postupy jsou použitelné pro slévárenské suroviny jako je ostřivo, koks, paliva (plyn, olej), chemikálie, přísady a postupy pro odpady, jako je slévárenský písek, zachycené tuhé částice a strusky. V této sekci budou uvedeny pouze specifické slévárenské položky, které nejsou uvedeny v BREF o skladování. 4.1.2

Krytý sklad a zpevněné úložiště kovového šrotu

Popis Skládka kovového šrotu může být strukturována a řízena podle následujících faktorů: - složení vsázky pece a nezbytné znalosti o vsázkovém materiálu, použití oddělených skládek různých typů železa, nebo jejich složení, které dovoluje řízení složení vsázky, toho může být dosaženo použitím oddělených prostorů, boxů ve skladišti, nebo bunkrů - minerální a oxidační materiály, jako je rez, půda a nečistoty v tavicích pecích, způsobují zvýšené opotřebení žárovzdorné vyzdívky; použití vybetonovaného skladu šrotu zabraňuje znečišťování půdy nebo vody - střecha nad skladovací plochou může pomoci chránit skladovací prostory před dešťovou vodou a emisemi prachu - pro ochranu půdy a vody před znečištěním lze použít systém jímání a úpravy vody. Přínosy pro životní prostředí Střecha a vybetonovaný prostor dovoluje sběr odtokové vody, a tím předchází neřízeným emisím do vody nebo do půdy. Přímé emise do půdy jsou také minimalizovány, protože se zabrání míchání materiálu s půdou. Účinky na ostatní média Nejsou žádné. Použitelnost Tento postup se používá u všech nových a existujících sléváren. Důvod pro zavedení Kontrola složení vsázky zlepšuje řízení provozu pece, a tím i složení kovu. Umožňuje také minimalizaci opotřebení vyzdívky. Příklady závodů Tento postup se používá ve většině sléváren. Odkaz v literatuře [225, TWG, 2002]


148

Kapitola 4

4.1.3

Skladovací prostředky pro chemická pojiva

Popis Chemická pojiva se řídí specifickými doporučeními výrobce pro skladování. Nedodržení těchto doporučení má za následek nepoužitelné nebo nestandardní výrobky, které buď vyžadují likvidaci jako speciální odpad, nebo jsou z nich vyrobeny odlitky nízké jakosti z důvodu nestandardních jader či forem. Tabulka 4.2 sumarizuje problémy s jakostí, jejichž důvodem je nesprávné skladování tekutých chemických pojiv. Správné skladování bere tyto problémy v úvahu.

Problém Vystavení nadměrnému chladu

Dopad na výrobek Důsledek Výrobky na vodní Může se objevit bázi mohou zmrznout segregace výrobku, která způsobí selhání formy; poškozený výrobek vyžaduje likvidaci Špatné mísení, nízká Vystavení Předčasné stárnutí, pevnost formy nadměrnému zesítění pryskyřice, a nedostatečná horku a a zvýšená viskozita odolnost vůči slunečnímu světlu vysokým teplotám Prodloužené Zvýšená viskozita Disperze na zrnech skladování nebo písku je obtížná; studený sklad formovací směsi hůře tečou a jsou obtížně zpěchovatelné; nízká pevnost forem Kontaminace Výrobky obsahující Pro špatnou jakost vlhkostí izokyanáty zhorší pojiva může dojít u zápustky styk s k jeho likvidaci vodou Odstranění Odčerpaná kapalina Formy s nižší sedimentu může být pevností u kusového nekonzistentní silikátu

Dopad na odlitek Může se stát, že výroba odlitků nebude možná

Výronky

Eroze, exogenní (pískové) vměstky, výronky a rozměrové vady

Zvýšené riziko plynných vad (bodliny) Nadměrné odlitky a dopad na smrštění

Tabulka 4.2: Problémy vznikající nesprávným skladováním tekutých chemických pojiv [71, ETSU, 1998] Některá základní opatření obsahují: - zastřešená místa s odvětráním - sběr rozlitých kapalin - uzavřené sklady. Sklady se zajišťují v závislosti na klimatu a vystavení nadměrnému chladu, horku a slunečnímu světlu. Pro skladování vysoce hořlavých kapalin, jako je metylformiát, trietylamin (TEA), dimetyletylamin (DMEA) a nátěry forem obsahující izopropylalkohol, jsou nutná zvláštní opatření. Přínosy pro životní prostředí Sníží se množství odpadních chemikálií, které nejsou vhodné k použití.


149

Kapitola 4

Většina chemických pojiv je nebezpečná a má jednu nebo více následujících vlastností: jsou toxické, korozivní a zápalné. Tyto vlastnosti znamenají, že dokonce malé polití může ohrozit zdraví dělníka a jeho bezpečnost práce, zatímco velký únik může vyústit ve vážný incident. Jestliže dojde k velkému úniku do povrchových odpadních vod, může nastat vážné znečištění vodních toků. Účinky na ostatní média Účinky na ostatní média nejsou známy žádné. Použitelnost Tento postup se používá u všech nových a existujících sléváren. Důvod pro zavedení Bezpečnostní opatření a optimalizace slévárenských operací jsou důvodem pro zavedení. Příklady závodů Tato technologie je používána ve většině sléváren. Odkaz v literatuře [75, ETSU, 1996] 4.1.4 materiálu

Použití čistého kovového šrotu pro tavení a odstranění směsi z vratného

Popis Tavení čistého kovového šrotu zabraňuje riziku přechodu neželezných sloučenin do strusky nebo tomu, že budou napadat vyzdívku pece. Těmito sloučeninami jsou vápno, oxidy železa, oxidy manganu a zásadité oxidy (např. MgO z vratu tvárné litiny) v kombinaci s křemíkem z kyselé vyzdívky. Jestliže je množství kontaminace omezeno, sníží to množství tvořené strusky a zvýší se životnost vyzdívky pece či pánve. Pro výrobu litiny s kuličkovým grafitem při aplikaci pece s kyselou žárovzdornou vyzdívkou, může být užitečné ulpění křemičitého písku na kovovém vratu, protože křemík neutralizuje MgO, který pochází ze slévárenského vratného materiálu. Jestliže jsou ve vsázce pece přítomny znečišťující látky a oxidy, spotřebovávají všechny část energie na tavení. Navíc je k odstranění strusky nezbytné zvýšit teplotu lázně, aby bylo možné udržet strusku v tekutém stavu. Interně recyklovaný kovový slévárenský vratný materiál se skládá z vtokových soustav a zmetkových odlitků. Vtokové soustavy jsou po vytloukání odstraněny, obecně mají na povrchu ulpělou směs z důvodu své geometrie. Zmetkové odlitky jsou vyřazeny po kontrole jakosti, která je prováděna po čištění odlitků převážně tryskáním tryskacími prostředky pro odstranění směsi, jež na nich ulpěla. Použití vratu, který je bez písku, proto obecně nevyžaduje zvláštní úpravu. Dosažené přínosy pro životní prostředí Postup snižuje množství strusky a tuhých částic, které je nutno likvidovat, dále limituje emise VOC. Spotřeba energie je snížena (o 10 až 15 %) současně se sníženým množství strusky. Je možné snížit i množství odsávaného vzduchu. Otryskání kovové vsázky lze doporučit pouze tam, kde by její kontaminace vedla ke vzniku nadměrného množství strusky. Použití pouze tryskaného vratu by ve skutečnosti vyžadovalo dodat struskotvorné přísady pro tvorbu strusky.


150

Kapitola 4

Účinky na ostatní média Jestliže slévárna používá jenom čisté kovové suroviny, sníží se nutná úprava (tryskání) slévárenského vratu. To má za následek vytvoření potřeby dodatečných čisticích operací a zvýšení likvidace kovového odpadu. Použití postupů čištění pro odstranění pískové směsi z vratného materiálu spotřebovává energii, což je vyváženo energií získanou ve stadiu tavení. Provozní údaje Pro jednu provozní slévárnu byla hlášena spotřeba energie 12 – 15 kWh k vyčištění 30 – 40 kg pískové směsi z jedné tuny odlitků. Spotřeba energie závisí na velikosti a typu odlitku. Pro slévárnu oceli používající tavení v EOP bylo nahlášeno 2 až 3% zvýšení využití kovu (odlitý kov/vsazený materiál). Pro EOP je typická kovová vsázka s 50 % ocelového šrotu, 40 % slévárenského vratu a 5 % kovových přísad pro úpravu složení taveniny. Použitelnost Odstraňování písku z interního kovového vratného materiálu lze využívat ve všech nových a stávajících slévárnách. Použít čistý kovový vratný materiál pro tavení lze u všech typů sléváren, ale výběr jakosti kovového vratného materiálu by měl být vhodně zvolen vzhledem k postupům zavedeným pro tavení a pro čištění plynu. Jestliže se celý sektor rozhodne čistit kovový vratný materiál, vyvolá to problém recyklace znečištěného kovového odpadu. Použití čistého železného materiálu (oceli, zlomkové litiny a housek) povede ke zvýšení nákupních cen a vyžádá si investice do nových čisticích zařízení. Během tavení v kuplovně nejsou známy žádné potíže, které by byly způsobeny oxidací povrchu kovového odpadu a housek surového železa (redukční proces). Elektrické pece budou mít obtíže pouze s kontaminovaným kovovým odpadem, který není v souladu s parametry pro ocelový kovový šrot používaný ve slévárnách. Kuplovny mohou snadno tavit kovovou vsázku, která není čistá. Jestliže jsou plyny vhodně upraveny, dochází jen k malé nadměrné spotřebě koksu a malým dopadům na životní prostředí. Omezení množství strusky je velmi důležité pro dobrý provoz indukční pece bez jádra. Provoz je ovlivněn čistotou kovové vsázky více než u jiných typů pecí. Použití znečištěné kovové vsázky nemá žádné zpětné účinky na provoz rotačních pecí, ale je hlavním určujícím faktorem pro emise tuhých částic. Jestliže jsou plyny vhodně upraveny, jsou dopady na životní prostředí malé. Ekonomika Cena čistého kovového šrotu (tj. 1. jakost) je o 20 až 30 % vyšší než u znečištěného (tj. 2. jakost) kovového šrotu. Použitím čistých kovových materiálů se snižují náklady na likvidaci strusky a tuhých částic. Důvod pro zavedení Vysoké poplatky za likvidaci odpadů a vysoká cena za vyzdívku. Příklady závodů Tato technologie je ve slévárnách běžně používána. Odkazy na literaturu a příklady závodů [103, Vereniging van Nederlandse Gemeeten, 1998], [110, Vito et al., 2001], [202, TWG, 2002]


151

Kapitola 4

4.1.5

Interní recyklace vratného kovového materiálu

Popis Interní kovový vrat vzniká při odstraňování vtoků a nálitků, při kontrole jakosti a při dokončovacích operacích. Relativní množství interního vratu lze vypočítat z využití kovu, jak je definováno v sekci 3.10.1.3. Aby se minimalizovala tvorba odpadu, je interní kovový materiál vrácen do kovové vsázky pece. Pro slévárny oceli není obvyklé používat 100 % vratného kovu. Provozovatelé hlásili 60 % jako maximální množství kovového vratu (nálitky, zmetkované odlitky atd.) v kovové vsázce. Třísky mohou způsobit oxidaci nataveného kovu. Recyklace interního kovového vratu může být omezena v případě tavení tvárné litiny, protože během úpravy tekutého kovu je přidáno velké množství křemíku (asi 1 % ve většině případů). V některých případech není možné přetavení celkového vnitřního kovového vratu, protože konečný podíl křemíku by byl příliš vysoký (typický obsah křemíku v odlitcích je 2,5 – 3 %). V případě šedé nebo tvárné litiny je velice nebezpečné olovo, vizmut pak pro vlastnosti tohoto kovu po ztuhnutí. Jestliže dojde ke znečištění vratu (interní kovový odpad), nesmí být recyklován. Dosažené přínosy pro životní prostředí Minimalizace odpadu pomocí recyklace surovin. Účinky na ostatní média Nejsou. Použitelnost Postup se používá ve všech nových a existujících instalacích. Ekonomika Tento postup nezahrnuje žádné dodatečné náklady. Důvody pro zavedení Minimalizace odpadů, optimální použití kovu. Příklady závodů Tento postup se používá ve všech evropských slévárnách. Odkazy na literaturu

[202, TWG, 2002] 4.1.6

Interní recyklace vratného materiálu hořčíku

Popis Recyklace „v buňce“(tavicí peci) Čisté nálitky mohou být roztaveny přímo v tavicích pecích. Kvůli oxidům a ostatním vměstkům je možný objem recyklace omezen. Nezbytné je zařízení pro přesnou analytickou a metalografickou kontrolu. Recyklace „v domě“ Vratný kovový materiál (i externí šrot) se recykluje a upravuje v odděleném recyklačním provozu u slévárny. Používají se dva postupy:


152

Kapitola 4 •

přetavení pod tavidly − přetavení kovového vratu (šrotu) Mg pod krycím plynem v peci nístějového typu, je použitelné pouze pro kovový odpad třídy 1, výhodami jsou nízké dodatečné investice a nízká spotřeba energie. přetavení se solí − přetavení vratu (šrotu) Mg pod krycí solí, i tento způsob lze použít ke zpracování všech druhů tříd odpadu kromě aplikovaných tavidel a břečky (neupravené); jestliže se použije třída odpadu 1 – 2, může být vyrobena slitina hořčíku o vysoké čistotě (high purity – HP).

•

Oba postupy mohou produkovat housky Mg nebo roztavený kov pro tekutou vsázku. Jak při přetavení pod tavidly, tak při přetavení krycí solí se tvoří stěry (plovoucí na tavenině) a kal padající do taveniny právě tak jako rezidua se zbytkovým obsahem kovu (70 – 80 % Mg pro kal, 60 – 90 % Mg pro stěr). Pro obnovu obsahu kovu existují tři možnosti: - přetavení s krycí solí (ve stejné nebo oddělené peci) - přetavení v průmyslu výroby hliníku a slitin hliníku - využití pro odsíření železa nebo oceli. Jestliže se kovový materiál přetavuje v tavicí peci bez tavidel, pak přetavení stěrů a kalu s krycí solí vyžaduje provoz oddělené pece. Přetavení kovových odpadů smíšených tříd se provádí přetavením s krycí solí. Smíšený kovový odpad potřebuje předchozí úpravu. Tabulka 4.3. udává přehled vstupů a výstupů instalací pro předchozí úpravu. -

-

Vstupy zaolejované nebo mokré třísky Mg (> 2 % oleje nebo vody) odstředěné a všechny ostatní třísky elektřina nálitky, špatné odlitky stěry (bez soli, z procesu slévárny) elektřina

Zařízení Odstředivka

Lis (teplota = 400 °C) Drtič (je-li to nezbytné)

-

Výstupy třísky Mg (< 2 % oleje nebo vody)

-

lisované třísky odsátý vzduch

-

drcený materiál prach

Koncová technologie

separátor částic odpařený olej

pro

Tabulka 4.3: Vstupy a výstupy v provozu pro úpravu odpadu hořčíku [202, TWG, 202] Obnova kovu ze zbytku přetavovacích solí se provádí drcením za sucha, prosíváním s magnetickou separací nebo použitím mokrého systému praní. Mokrý systém produkuje frakce hořčíku a kal, který může být po odvodnění použit při výrobě hnojiv. Přínosy pro životní prostředí Hlavním přínosem je optimalizovaná recyklace hořčíku. Interní recyklace má další přínos ve vyloučení dopravy do externího recyklačního závodu. Účinnost recyklace se zvyšuje podle specifického typu tavení. Účinky na ostatní média Přetavení zbytků krycích solí vyžaduje použití ochranných plynů se sírou (SF6), jejichž emise přispívají ke globálnímu oteplení. Tento problém je pojednán v kapitole 4.2.7.1. Provozní údaje Experimentální diagram toku hmoty pro přetavení odpadu třídy 1 je znázorněn na obrázku 4.1 a 4.2, kde je zahrnuto interní přetavení kalu a stěru.


153

Kapitola 4

Obrázek 4.1: Diagram toku hmot pro přetavení odpadu hořčíku třídy 1 pod tavidly [206, Ditze and Scharf, 2000]

Obrázek 4.2: Diagram toku hmot pro přetavení odpadu hořčíku třídy 1 pod krycí solí [206, Ditze and Scharf, 2000] Provozní údaje závodu o výkonu 2 000 t/rok pro přetavení smíšeného upraveného odpadu (3 pece, z nichž každá má kapacitu 600 kg) udávají spotřebu soli 3,4 kg/t odpadu a zemního plynu 26,5 Nm3/t odpadu. Mokrá úprava frakce soli vytváří frakci hořčíku (43 %) a kalu (57 %). Kal se odvodňuje použitím membránového kalolisu, následně je voda vrácena zpět do oběhu. Použitelnost Tento postup je použitelný pro nové a existující slévárny hořčíku. Ekonomika Náklady na externí recyklaci se odhadují přibližně na 1 200 EUR/t v závislosti na druhu dopravy, na vzdálenosti přepravy a na místním trhu. Náklady na recyklaci ve vlastním závodě jsou 500 EUR/t, rozdíl činí 700 EUR/t. Pro slévárnu recyklující 1 500 t/rok to znamená potenciální úsporu více než jeden milion EUR za rok.


154

Kapitola 4

Předložené údaje jsou obecné a musí být upraveny individuálně pro každý podnik. V závislosti na výrobcích a na použitém procesu se musí vzít do úvahy také náklady na separaci odpadu, který musí být shromážděn specificky pro každou slitinu a každý postup. Dalšími faktory jsou: • odpisy (přibližně 10 % po dobu 5 let) (v ČR jsou zákonné odpisy jiné – pozn. překl.) • personální náklady (35 – 40 %) • náklady na nový materiál (přibližně 30 %) jako náhrada za ztrátu materiálu (odhadem 7 %) • náklady na energii, údržbu, náhradní díly, sůl, odpad (20 – 25 %). Amortizace se dvěma pecemi se pohybuje v rozmezí 8 až 11 měsíců. U zařízení s kontinuálním provozem s 500 kg hořčíku za hodinu je doba amortizace o několik měsíců delší. Důvody pro zavedení Optimalizací odpadu z výroby hořčíku se sníží jeho množství určeného k likvidaci. Příklady závodů TCG Unitech, Kirchdorf/Krems (A): používá vlastní recyklovací zařízení. V Evropě nejsou hlášeny žádné recyklující závody pracující bez tavidel, ačkoliv technologie tavení je na trhu dostupná. Odkazy na literaturu [202, TWG, 2002], [206, Ditze and Scharf, 2000], [223, Rauch, et al., 2003] 4.1.7

Recyklace použitých zásobníků (obalů)

Popis Dodavatelé chemikálií a přísad si mohou brát zpět své prázdné zásobníky (plastové, dřevěné, kovové) pro recyklaci. Lze také zvážit možnost použití zásobníků větších rozměrů. Přínosy pro životní prostředí Zabraňuje odpadu a dále stimuluje recyklaci. Účinky na ostatní média Jestliže jsou zásobníky vráceny bez dalšího čištění nejsou ostatní media zatížena žádnými účinky. Použitelnost Tento postup se používá u všech nových a existujících sléváren. Ekonomika Ekonomické údaje se liší podle jednotlivých sléváren a jsou závislé na podmínkách odsouhlasených dodavatelem. Důvody pro zavedení Prevence a plány recyklace odpadu a směrnice pro balení odpadu. Příklady závodů Tato technologie je běžně používána v evropských slévárnách. Odkazy na literaturu [110, Vito et al., 2001]


155

Kapitola 4

4.2 4.2.1

Tavení kovu a úprava nataveného kovu Kuplovna

V této sekci budou projednány postupy týkající se procesů tavení a operací pece. Tyto postupy mohou být uplatněny u studenovětrných, horkovětrných provozů nebo u obou postupů. Postupy týkající se odpadních plynů, jako je dodatečné spalování a čištění plynů, jsou diskutovány v sekci 4.5.2. Tato sekce také pojednává o konverzi studenovětrné kuplovny na horkovětrnou. 4.2.1.1

Optimalizace provozu pece

Popis Výsledné množství emisí tuhých částic a odtahových plynů se přímo vztahuje k množství koksu vsázeného na tunu železa. Proto všechna opatření, která zlepší tepelnou účinnost kuplovny, také sníží emise z pece. Správné postupy tavení obsahují: • provozování a udržování kuplovny v optimálním režimu, i pro jakoukoliv danou kuplovnu je možno vyjádřit vliv poměru dmýchaného vzduchu a vsázkového koksu na teplotu odpichu litiny a výkon tavení formou síťového diagramu nebo formou Jungblüthova diagramu; síťový diagram je platný kvantitativně pouze pro kuplovnu, pro kterou byl vypracován, ukazuje, jak se mění teplota litiny, výkon tavení podle poměru rychlosti dmýchání a množství vsázkového koksu, dovoluje určení bodu (nebo čáry) a optimální tepelné účinnosti • vyhýbání se zvýšeným teplotám tavby a snižování teploty přehřátí tím, že se učiní opatření během manipulace s litinou po jeho odpichu • jednotné vsázení − během vsázení je třeba dbát na jednotlivé rozdělení kovu a koksu • zlepšit řízení hmotnosti vsázky, množství dmýchaného vzduchu a teploty kovu • minimalizace ztrát vzduchu − správná dodávka vzduchu je zásadní pro účinný provoz kuplovny, jenž je často narušován ztrátami vzduchu, proto je důležité dávat pozor na všechny úniky a zajistit efektivní provoz; odpichové otvory strusky u kuploven s přerušovaným odpichem jsou často ponechány otevřené, mají tak zbytečně velký otvor, což má za následek významné ztráty vzduchu • zabránění tvoření „mostů“ v kuplovně, mosty jsou visící nebo nesestupující vsázky v šachtě kuplovny, to způsobuje ztrátu tavicí účinnosti; v takových případech lze tavení úplně zastavit • využití správného postupu zhotovení žárovzdorné vyzdívky, jak tavení postupuje, průměr a oblast tavicího přehřívacího pásma se zvětšuje z důvodu eroze a opotřebení výstelky, to ovlivňuje provoz a jeho odklonění od optima, minimalizace opotřebení výstelky je proto opatřením pro úsporu energie; pro uspokojivý ekonomický provoz kuplovny je potřeba po každé tavbě účinně opravovat tavicí a přehřívací pásma. Přínosy pro životní prostředí Zvýšení energetické účinnosti, snížení spotřeby koksu, snížení odpadu. Účinky na ostatní média Nejsou hlášeny žádné. Použitelnost Tato technologie se týká všech nových a stávajících kuploven. Důvody pro zavedení Optimalizace provozu pece. Příklady závodů Opatření pro jakostní tavby jsou používána ve všech slévárnách s kuplovnami.


156

Kapitola 4

Odkazy na literaturu [44, ETSU, 1993], [32, CAEF, 1997], [202, TWG, 2002] 4.2.1.2

Řízení jakosti koksu na vstupu

Popis Jakost použitého koksu má přímý vliv na účinnost provozu kuplovny. Zvláště ovlivňuje počáteční teplotu nauhličování litiny a obsah síry v litině. Specifikování slévárenského koksu zahrnuje testování následujících obsahů: - pevný uhlík − čím vyšší obsah uhlíku, tím vyšší kalorická hodnota koksu - obsah popela − vysoký obsah popela je nežádoucí, protože snižuje kalorickou hodnotu koksu a vytváří větší objem strusky v kuplovně - těkavé látky − těkavé látky jsou nežádoucí, protože snižují obsah pevného uhlíku a tím kalorickou hodnotu koksu - síra − síra je dobře známa jako nežádoucí prvek v jakémkoliv typu litiny, který vede k emisím SO2; čím je nižší obsah síry vsázkového koksu, tím lépe, obsah síry v koksu závisí na obsahu síry v uhlí jako ve výchozí surovině, bohužel není znám žádný postup pro odstranění síry z uhlí - vlhkost − vlhkost v koksu je nežádoucí, protože snižuje množství uhlíku, který je obsažen v hmotnosti koksu, pro koks je však nezbytné, aby obsahoval určitou vlhkost, aby se tak předešlo jeho vznícení na pásu dopravníku, na vagonech a v nákladních autech - kusovitost − velikost slévárenského koksu přímo ovlivňuje spotřebu koksu na tunu taveného železa a také výkon tavení; slévárenský koks má střední průměr větší než 90 mm s kusy menšími než 50 mm do výše 4 %, obsah jemných podílů ovlivní emise tuhých částic během vykládky, nakládky a během manipulace (během tavení – pozn. překl.) Dosažené přínosy pro životní prostředí Optimalizace koksu na vstupu vede k vyšší účinnosti procesu. Účinky na ostatní média Nejsou. Provozní údaje Typické vlastnosti slévárenského koksu jsou uvedeny v tabulce 4.4. Vlastnosti Popel Těkavé látky Síra Vlhkost Síla M80 Micum Index M10 Micum Index Pevný uhlík Kalorická hodnota

Typická hodnota (%) 5,8 – 5,9 0,3 – 0,4 0,68 – 0,70 1,5 – 2,5

Limitní hodnota (%) max. 6,5 max. 0,8 max. 0,75 max. 3,0

81 – 82 8 – 8,5 93,7 – 93,8 32 200 kJ/kg

max. 78,0 max. 9,0 min. 93,0 31 800 kJ/kg

Tabulka 4.4: Typické vlastnosti slévárenského koksu [197, Nalonchem, 2002] Údaje v tabulce 4.4 byly převzaty ze specifikace dodavatelů. Místní normy mohou povolovat vyšší limitní hodnoty. Použitelnost Tento postup lze použít ve všech nových a existujících instalacích kuploven. Ekonomika Obecně platí, že suroviny s nízkým obsahem síry jsou dražší.


157

Kapitola 4

Důvody pro zavedení Zlepšení účinnosti procesu slévárny. Příklady závodů Tato technologie je běžně používána v evropských slévárnách s kuplovnami. Odkazy na literaturu [44, ETSU, 1993], [225, TWG, 2003] 4.2.1.3

Provoz kuplovny s kyselou struskou

Popis Tavidlo se používá proto, aby byla struska dostatečně tekutá, oddělila se od litiny, a tím jí umožnila volně vytékat z kuplovny. Nejpoužívanějším tavidlem je vápenec (uhličitan vápenatý), který kalcinuje v šachtě kuplovny a tvoří vápno, zásaditý oxid, který se pak kombinuje s ostatními struskotvornými složkami (hlavě kyselého charakteru) a tvoří tekutou strusku. Zásaditost strusky je dána následujícím poměrem: (CaO % + MgO %)/SiO2 % Většina kuploven pracuje s kyselými, nebo slabě zásaditými struskami (zásaditost < 1,2). Zásadité kuplovny (zásaditost do 2 ) nabízí 3 výhody: - vyšší podíl uhlíku - nižší podíl síry - možnost vsázkování odpadu o nižší jakosti. Představují však následující nevýhody: - ztráty křemíku jsou vysoké - náklady na žárovzdorný materiál jsou vysoké, pokud se neprovozuje bezvystýlková kuplovna - náklady na tavidla jsou vyšší - řízení analýzy materiálu je obtížnější než u tavení s kyselou struskou. Dosažené přínosy pro životní prostředí Při tavení s kyselou struskou mohou být použity suché filtry. Zásaditá struska má vyšší bod tavení, proto se obvykle používá tavidlo na bázi CaF2. V tomto typu kuplovny se produkují emise složek, které obsahují fluor. Pro účinné zachycení těchto komponentů je nezbytné použít mokré odlučování tuhých částic. Použitelnost Tento postup se používá u všech nových a existujících instalací kuploven. Je-li použita zásaditá struska, je nezbytné mokré odloučení tuhých částic. Příklady závodů Tato technologie je běžně používána v evropských slévárnách s kuplovnami. Odkazy na literaturu a příklady závodů [44, ETSU, 1993], [202, TWG, 2002], [225, TWG, 2003] 4.2.1.4

Zvýšení šachty studenovětrné kuplovny

Popis Požadovaná výška šachty kuploven při různých tavicích rychlostech je dána v tabulce 4.5. Tyto výšky šachty optimalizují předehřátí sestupující vsázky. Jestliže má být plyn spalován při sázecím otvoru, může být uvažováno o kratší výšce: obecně platí – čím kratší šachta, tím vyšší teplota kychtového plynu nad kychtou a snadnější spalování (spontánní). Spalování se napomáhá hořákem.


158

Kapitola 4

Výkon kuplovny (t/hod) do 5 5–8 >8

Výška od dmyšen k prahu sázecího otvoru (m) 4,9 5,8 6,7

Tabulka 4.5: Požadavky na minimální výšku šachty kuplovny Tepelná účinnost studenovětrné kuplovny může být vylepšena zvýšením šachty. Obecně platí – čím vyšší šachta pece, tím déle spaliny zůstávají v kontaktu se vsázkou a více ji ohřívají. Přínosy pro životní prostředí V závislosti na instalovaném typu musí být výška optimalizována tak, aby se umožnilo spalování CO v kychtovém plynu a byl zajištěn účinný ohřev vsázky. Účinky na ostatní média Žádné. Provozní údaje Provozní údaje jsou dány v tabulce 4.6. Úprava pece zahrnuje zdvojení objemu horní zóny. Výsledkem toho je snížení spotřeby koksu ze 140 na 115 kg/t, což je relativní snížení o 18 %. Je třeba poznamenat, že pro optimální výšku šachty lze obecně použít praktickou zásadu „výška = 5 × průměr v dmyšnách“. Původní situace uvedená na příkladu pece byla proto méně optimální. (Zkušenosti z ČR ukazují na optimum výšky šachty 5 × průměr – pozn. překl.) Kuplovna před úpravou

Kuplovna po úpravě

Průměr - tavicí pásmo (m) - horní pásmo (m)

1,4 1,4

1,4 1,7

Výška nad dmyšnami (m) Poměr koksu (kg/t)

5 140

6,5 115

Tabulka 4.6: Příklad změny spotřeby koksu po zvýšení výšky šachty kuplovny [202, TWG, 2002] Použitelnost Optimalizace výšky pece musí být provedena ve stadiu, kdy se pec navrhuje, jinak lze zvyšování výšky provést pouze během generální přestavby pece. Důvody pro zavedení Zvýšování účinnosti provozu pece. Příklady závodů Provozní údaje byly poskytnuty vzorovou slévárnou ve Francii. Odkazy na literaturu [32, CAEF, 1997], [44, ETSU, 1993], [202,TWG, 2002] 4.2.1.5

Instalace sekundární řady dmyšen pro studenovětrnou kuplovnu

Popis Tepelná účinnost studenovětrné kuplovny se může zlepšit instalací druhé řady dmyšen, čímž se vytvoří v šachtě kuplovny dvě pásma vysokých teplot, což významně ovlivní teplotu tavení litiny a výkon kuplovny. Současně se mírně snižuje obsah CO v kychtových plynech.


159

Kapitola 4

V případě kuplovny se dvěma řadami dmyšen se do každé řady dodává měřené a řízené množství dmýchaného vzduchu. Ve srovnání s normální kuplovnou vybavenou jednou řadou dmyšen tato kuplovna dovoluje: - vyšší odpichové teploty a vyšší nauhličení pro danou spotřebu koksu - sníženou spotřebu vsázkového koksu a, je-li to požadováno, zvýší se výkon pece, zatímco se udržuje daná odpichová teplota kovu. Abychom z rozděleného dmýchání získali maximální účinek, musí být rozděleno přibližně stejně z 25 – 50 % mezi horní a z 75 – 50 % mezi dolní řady dmyšen. Dvě řady by měly být umístěny od sebe ve vzdálenosti cca 0,9 m. Každá řada dmyšen může být vybavena svým vlastním systémem dodávky dmýchaného větru. Přínosy pro životní prostředí Snižuje se spotřeba koksu a zvyšuje se tepelná účinnost. Účinky na ostatní média Žádné. Provozní údaje Použitím dvou řad přesně umístěných dmyšen se stejnoměrně rozděleným dmýcháním se může pro danou spotřebu koksu zvednout odpichová teplota přibližně o 45 – 50 °C. Naopak spotřeba koksu může klesnout o 20 – 32 %, a rychlost tavení pak lze zvýšit o 11 – 23 %. Při práci s rozděleným dmýcháním bez redukce vsázkového koksu obdržíme vyšší teplotu tavení, nauhličení má potom tendenci k mírnému zvýšení (asi o 0,06 %), propal křemíku se také zvýší zhruba o 0,18 %. S rozděleným dmýcháním se rozšiřuje eroze výstelky šachty pece. Na začátku tavby je proto nezbytné změřit a nastavit výšku základového koksu. U krátkých taveb, tj. u kratších než 2 – 3 hodiny, úspora vsázkového koksu obvykle nevykompenzuje další požadavky na výšku koksového lože. Nicméně i u krátkých taveb se dosahuje vyšší odpichové teploty a vyššího nauhličení, které spolu s rozdělenou operací dmýchání mohou být pro mnohé slévárny výhodou. Ostatní hlášené výhody: - teplota plynu na výstupu je jen 250 °C ve srovnání s konvenční kuplovnou, kde je teplota 450 °C - je možno přijmout větší kusovost kovové vsázky - je možno zvýšit podíl ocelového šrotu ve vsázce. Další provozní data jsou uvedena v příloze 1. Použitelnost Druhá řada dmyšen se používá jako standardní postup pro nově instalované kuplovny a může být aplikována u stávající instalace během rekonstrukce. Tento postup se užívá pro provozy s dmýcháním horkého větru (horkovětrné kuplovny). Ekonomika Rozdělené dmýchání vzduchu do kuplovny bylo v praxi prokázáno jako technika vhodná pro dosažení ekonomičtějšího provozu při investičních nákladech. Investiční náklady pro přechod existujících kuploven k rozdělenému dmýchání vzduchu do kuploven jsou nízké ve srovnání s úsporami, kterých lze dosáhnout. BCIRA udělal nabídku britské slévárně, kde doba návratu investice byla pouze čtrnáct týdnů. Jedna velká kanadská slévárna ušetřila při konverzi 170 000 CAD za rok při nákladech pouze 18 000 CAD. Další výhodou použití menšího množství koksu na tunu litiny je nižší obsah síry, což šetří náklady na odsíření a zvyšuje jakost litiny. Další ekonomické údaje jsou uvedeny v příloze 1.


160

Kapitola 4

Důvody pro použití Zvýšení účinnosti operace tavení. Příklady závodů Ve Francii všechny současné kuplovny používají 2 řady dmyšen: STRUB (Merville), FONTE ARDENNAISE (Rivier au court), BERNARD HUET (Rivier au court). Existuje také jedna horkovětrná kuplovna se dvěma řadami: FIDAY BESTIIN (Chassey les Scey) (V ČR je několik kuploven se dvěma řadami dmyšen – pozn. překl.) Odkazy na literaturu [32, CAEF, 1997], [196, UNIDO, 2002], [202,TWG, 2002], [225, TWG, 2003] 4.2.1.6

Dmýchání větru obohaceného kyslíkem

Popis Tepelná účinnost studenovětrné kuplovny může být zlepšena obohacením spalovaného vzduchu kyslíkem, což zvýší spalovací teplotu koksu. Je tak možno snížit jeho spotřebu a dosáhnout vyšší odpichové teploty. Ve srovnání s normálním provozem dovoluje kontinuální dmýchání větru obohaceného kyslíkem jedno z následujících vylepšení: - vyšší teplota kovu, vyšší nauhličení a nižší propal křemíku při stejné spotřebě koksu - nižší spotřebu koksu pro danou teplotu kovu bez zvýšeného nauhličení, nebo snížení propalu křemíku - zvýšení tavicího výkonu kuplovny. Dmýchání kyslíku zajišťuje možnost rychlejší reakce procesu tavení a dále kompenzaci malých změn podmínek procesu. Při řízení tavení se často používá přerušované dmýchání kyslíku. Účinnost obohacování větru kyslíkem závisí na metodě, kterou je kyslík do kuplovny dmýchán. Byly vyvinuty tři procesy: - přímé obohacení dodávek dmýchaného vzduchu − kyslík je přiváděn do hlavního proudu dmýchaného vzduchu; tento postup se používá u většiny studenovětrných kuploven - vhánění do nístěje − kyslík, který dodávají vodou chlazené injektory, jejichž počet závisí na velikosti kuplovny, se vhání do koksového lože z hlavního okruhu; tímto způsobem je používaný kyslík učinější než jeho využití k obohacení dodávky dmýchaného vzduchu; tento způsob vhánění kyslíku lze doporučit u kuploven s kontinuálním odpichem, protože u přerušovaného odpichu vzniká riziko, že struska nebo kov mohou dostoupit na úroveň injektorů; postup byl vyvinut ve Velké Británii, ale nedošlo k jeho rozšíření - injektory v dmyšnách − kyslík je vháněn do kuplovny injektory vsazenými do každé dmyšny, nebo do každé druhé dmyšny; účinnost této metody spočívá ve způsobu vhánění kyslíku buď přimým vháněním kyslíku (přímé obohacení větru kyslíkem), nebo vháněním kyslíku do nístěje; tento postup se používá ve 20 – 30 % případů, ale hlavně u horkovětrných kuploven. (V ČR se používá obohacování větru kyslíkem i u studenovětrných kuploven – pozn. překl.) Princip dmýchání kyslíku je znázorněn na obrázku 4.2.


161

Kapitola 4

K u p l o v n a s e d v ě m a řa d a m i d m yš e n

Obrázek 4.3: Různé způsoby vhánění kyslíku [44, ETSU, 1993] Přínosy pro životní prostředí Výsledkem dmýchání kyslíku je snížení spotřeby koksu a lepší kontrola postupu. Navíc bylo hlášeno snížení emisí dioxinů a furanů ze studenovětrných kuploven (oddíl 4.5.1.4). Účinky na ostatní média Postupy vyžadují kyslík, který je dostupný zvenku, a zahrnují spotřebu elektrické energie. Provozní údaje Ve srovnání s konvenčním provozem studenovětrné kuplovny s jednou řadou dmyšen je pro dané množství koksu možno očekávat zvýšení teploty odpichu následovně: • obohacení větru kyslíkem + 15 °C • vhánění kyslíku do nístěje + 85 °C • vhánění kyslíku do dmyšen + 40 °C. Výsledkem dmýchání s přímým obohacením dmýchaného vzduchu u dvouřadé kuplovny je zvýšení odpichové teploty až o 85 °C ve srovnání s dmýcháním studeného větru. Při použití dvou řad dmyšen neznamená ani vhánění kyslíku do nístěje, ani vhánění do dmyšen větší přínos než jednoduchá metoda přímého vhánění kyslíku. Použitím kyslíku lze u kuplovny dosáhnout zvýšené rychlosti tavení nad její obvyklou optimální kapacitu. V kuplovně se dvěma řadami dmyšen se tavicí výkon zvyšuje asi o 6,8 % a odpichová teplota asi o 20 °C pro každé jedno procento obohacení dmýchaného vzduchu kyslíkem. Jestliže není požadováno zvýšení teploty a je sníženo množství zavážecího koksu, lze dokonce dosáhnou vyššího výkonu pro stejný stupeň dmýchání a obohacení kyslíkem. Další provozní údaje lze získat v příloze 1. Použitelnost U většiny horkovětrných kuploven, které se používají v evropských slévárnách, je kyslík vháněn dmyšnami. Pro studenovětrné kuplovny může být použití kyslíku považováno za standardní postup. V tomto případě se obvykle užívá obohacení dmýchaného vzduchu. Hladina kyslíku oxidační směsi vzduchu se pohybuje mezi 22 až 25 % (tj. 1 – 4% obohacení).


162

Kapitola 4

Ekonomika Účinek, který poskytuje aplikace kyslíku, na náklady na tavení je závislý na ceně kyslíku, jež souvisí s použitým množstvím. Slévárny s většími výstupy mohou obyčejně koupit kyslík levněji. Ekonomický přínos při užití kyslíku musí být stanoven na základě jednotlivých případů. Značné zvýšení výstupů, které lze tímto získat, dovolilo slévárnám zvýšit počet výstupů bez vysokých investičních nákladů v novém závodě a snížit náklady i platby za přesčas, takže celkové snížení nákladů je vyšší než náklady za kyslík. Takové vylepšení musí brát v úvahu kapacitu výroby forem a jader. Důvody pro použití Optimalizace a řízení tavicího procesu. Příklady závodů Tato technologie je běžně používána v evropských slévárnách s kuplovnami. Odkazy na literaturu [32, CAEF, 1997], [156, Godinot, 2001] 4.2.1.7

Přehřátí dmýchaného vzduchu použitím plazmy

Popis Alternativním postupem pro velké zvýšení teploty plamene je přehřátí dmýchaného vzduchu na 800 – 900 °C. Pro tento postup se používá vhánění plazmy, nebo trubkový odporový ohřívač. Zkušenost ukázala, že zvýšení dmýchané teploty o 200 °C (z 550 na 750 °C), což odpovídá příkonu 60 kWh na tunu litiny, šetří 10 kg koksu na roztavenou tunu. Hlavním přínosem, důležitějším než je úspora koksu, je flexibilita, zvýšení hodinového výkonu o 30 % bez modifikace základového lože. Dodatečné použití přehřátí plazmou dovoluje změnu surovin ze surového železa (litiny) na ocel s následným pozitivním ekonomickým účinkem. Přínosy pro životní prostředí Snížení spotřeby koksu a zvýšení účinnosti procesu. Účinky na ostatní média Elektrický ohřev způsobuje zvýšení spotřeby elektrické energie (58 kWh/t). Provozní údaje Provozní údaje jsou uvedeny v příloze 1. Ohřev dmýchaného vzduchu vytváří nižší objem spalin ve srovnání s horkovětrnou kuplovnou s dlouhou kampaní. Ve srovnání s dmýcháním kyslíku je objem spalin a spotřeba elektrické energie větší. Použitelnost Tento postup se používá v nových a existujících horkovětrných kuplovnách. Postup (jak s elektrickým ohřevem, tak s ohřevem plazmou) dosahuje podobného účinku jako dmýchání kyslíku do hořáků, ale může být používán ve složitějších instalacích, kde však produkuje vyšší objem spalin. Při dmýchání kyslíku dochází k únikům v okruhu dmýchaného vzduchu. Ekonomika Ekonomické údaje jsou uvedeny v příloze 1. Důvody pro použití Optimalizace účinnosti a řízení procesu tavení.


163

Kapitola 4

Příklady závodů PSA, Sept-Fons, France Tři slévárny ve Francii používají trubkové odporové vytápění. Odkazy na literaturu a příklady závodů [156, Godinot, 2001] 4.2.1.8

Minimální perioda odstavení horkovětrné kuplovny

Popis Kuplovna s přerušovaným dmýcháním nepracuje účinně a výsledkem takového provozu je snížená odpichová teplota, jak ukazuje obrázek 4.4.

Obrázek 4.4: Účinek periody uzavření dmýchání na odpichovou teplotu v periodě po dočasném přerušení dmýchání [44, ETSU, 1993] Časté přerušování dmýchání pouze kvůli požadavku na přerušované dodávání roztavené litiny: - snižuje průměrnou teplotu odpichu, teplotu lití a zvyšuje rozsah jeho změn s následným rizikem výroby vadných odlitků - zvyšuje změny ve složení litiny, zvláště obsah uhlíku a křemíku s nebezpečím, že bude vyrobena litina „mimo stupeň jakosti“ - zvyšuje spotřebu koksu, protože se taviči snaží odpichovou teplotu zvýšit - ovlivňuje stupeň krystalizace litiny a zvyšuje tendenci kovu ke smrštění. Formovací a licí časové plány jsou proto programovány tak, aby se určil rozumný a stálý požadavek na litinu, aby se minimalizovala, nebo dokonce eliminovala perioda odstavení, či změny v rychlosti dmýchání. Tam, kde jsou výkyvy v požadavcích nevyhnutelné, by se mělo uvažovat o instalaci elektricky vyhřívaného mísiče. Mísič vyrovnává změny požadavků na dodávky litiny tak, aby kuplovna mohla pracovat nepřetržitě při optimálním dmýchání. Mísič se používá také při korekci teploty a chemického složení.


164

Kapitola 4

Přínosy pro životní prostředí Sníží se spotřeba koksu. Zvýší se využití energie. Účinky na ostatní média Provozování elektrické udržovací pece způsobuje vyšší spotřebu energie. Použitelnost Tento postup je užíván u většiny nových i existujících kuploven. Ekonomika Ekonomika instalace udržovací pece se musí velmi pečlivě zvážit, obzvláště ve slévárnách s relativně malým výkonem. Důvody pro použití Zvýšení účinnosti slévárenského procesu. Příklady závodů Příslušný režim dmýchání je součástí provozních rozhodnutí ve všech evropských slévárnách s kuplovnami. Odkazy na literaturu a příklady závodů [44, ETSU, 1993] 4.2.1.9

Bezkoksová šachtová kuplovna

Popis V bezkoksové kuplovně je kovová vsázka roztavena teplem ze spalování zemního plynu. Namísto tradičního základového koksu podpírá kovovou vsázku lože ze žárovzdorných koulí na vodou chlazené mříži. Roztavená litina stéká v kapičkách přes toto lože a je shromažďována v nístěji pece. Životnost koulí, které jsou vystaveny teplotám roztavené litiny, je omezená. Bezkoksová kuplovna je proto provozována při snížené teplotě (1 400 °C namísto 1 500 °C), přehřátí tekuté litiny je prováděno v další, plynem, nebo elektricky vytápěné peci (duplex).


165

Kapitola 4

Obrázek 4.5: Bezkoksová šachtová kuplovna v duplex procesu [110, Vito, 2001] Důležitým provozním faktorem je, že bezkoksová kuplovna má být provozována kontinuálně. Existuje vysoké riziko zanášení a ucpávání chlazené tyčové mříže. V případě nutnosti zastavení toku kovu (např. kvůli problému na formovně) musí být příkon hořáků snížen o 40 %, aby se kompenzovaly ztráty tepla stěnami. Potřeba kontinuity provozu má být zajištěna použitím žárovzdorné výstelky v tavicím pásmu. Tavicí kampaň obvykle trvá asi jeden týden. Oxidační atmosféra a relativně nízká teplota plamene způsobuje zvýšenou ztrátu zapříčiněnou oxidací. To limituje možnost vsázet ocel. Maximální množství oceli je 35 % při výrobě tvárné litiny, ačkoliv za obecnou praxi je považováno 20 %. Jakost vsázky má být dobře řízena, protože bezkoksová kuplovna je velmi citlivá na tvorbu mostů. Při výrobě tvárné litiny je důležitou výhodou bezkoksové kuplovny to, že nedochází k nasíření, takže natavený kov lze okamžitě po nauhličení použít. Přínosy pro životní prostředí Kromě vysoké tepelné účinnosti má tato pec (horkovětrná kuplovna) spoustu výhod pro životní prostředí. Je to především spalování zemního plynu místo koksu, které se ve spalinách projeví následovně: - méně tuhých částic (0,8 kg/t kovové vsázky u kuplovny horkovětrné namísto 10 až 15 kg/t kovové vsázky pro studenovětrnou kuplovnu) - žádný CO nebo SO2, nižší CO2 (120 kg/t kovové vsázky namísto 450 kg CO2/t kovové vsázky pro studenovětrnou kuplovnu) - vývin kouřových plynů je menší (495 m3/t kovové vsázky namísto 770 m3/t kovové vsázky pro studenovětrnou kuplovnu bez chlazené vyzdívky), takže odlučovací zařízení může být navrženo úsporněji.


166

Kapitola 4

Účinky na ostatní média Použití bezkoksové kuplovny nezbytně vyžaduje duplex, aby se umožnilo přehřátí litiny. U indukční pece je, narozdíl od horkovětrné kuplovny, nutné k přehřátí litiny zvýšit elektrický příkon. Provozní údaje Údaje, které se týkají energetické spotřeby jsou uvedeny v tabulce 4.7. Pec je provozována při faktoru vzduchu λ = 1,15. Kapacita pece může být vysoká (často v rozsahu 10 – 12 t/m2 hod); množství koulí činí 1 – 1,4 % kovové vsázky. Energetická účinnost kuplovny připojené indukční pece se pohybuje v rozsahu 70 %.

Spotřeba zemního plynu Předehřátí pece Tavení: Spotřeba elektrické energie a) Indukční elektrický misič Přehřívání Udržování b) Pomocné zařízení Spotřeba vyzdívkového materiálu Šachta pece Sifon Přehřívač Spotřeba vody Spotřeba kyslíku Kovová vsázka

Legující prvky a přísady

Jednotky

Spotřeba (na tunu roztavené litiny)

m3 m3

600 48

kWh kWh kWh

64 15,0 25,0

kg kg kg m3 m3 Komponenty Ocel Surové železo Vrat/litinový kovový zlom Komponenty Nauhličovalo Brikety – Si Keramické koule Struskotvorné složky

5–8 0,7 0,5 0,4 19,7 Procentuální podíl (%/tunu) 25 – 35 20 – 30 35 – 55 Procentuální podíl (%/tunu) 1,1 0,8 0,95 0,3

Tabulka 4.7: Typické materiálové energetické údaje bezkoksové šachtové kuplovny [202, TWG, 2002] Protože není používán koks (a tím nevzniká CO), neztrácí se ze systému bezkoksové kuplovny žádné latentní teplo. Plná rekuperace tepla ze spalin probíhá v šachtě. V konfiguraci duplexu (například ve spojení s indukční pecí) je účinnost mezi 40 % a 60 %. Tepelná účinnost koksem vytápěné kuplovny je mezi 25 % (studenovětrná) a 45 % (horkovětrná, dlouhá kampaň).


167

Kapitola 4

Emisní údaje pro bezkoksovou a horkovětrnou kuplovnu jsou uvedeny v tabulce 4.8. Tyto jsou použity z následujících konfigurací: - bezkoksová kuplovna − spaliny zachyceny pod vsázkovým otvorem; oxidační atmosféra (λ=1,15); žádné dodatečné spalování − suché odloučení tuhých částic - horkovětrná kuplovna − spaliny zachyceny pod vsázkovým otvorem; dodatečné spalování ve spalovací komoře, suché odlučování tuhých částic.

Plyn Energie λ Koks Ocel Zpětné nauhličení Celkem spalitelný uhlík Spaliny CO2 H2O O2 CO NOX SO2

Bezkoksová Pracovní podmínky 50 Nm3/tunu 500 kWh/Nm3 1,15

Nm3/tunu

kg/tunu

Horkovětrná Pracovní podmínky

Nm3/tunu

kg/tunu

2 930 176

346

12 % 50 % 1,9 % 9%

9,1 % 18,2 % 2,7 % <1% 155 – 375 mg/Nm3 -

550 50 100 15 < 5,5

98

< 6,9 0,085 – 0,210

6% 15 % 10 mg/Nm3 50 mg/ Nm3 100 mg/Nm3

29 150 300

Tabulka 4.8: Emisní údaje pro bezkoksovou a horkovětrnou kuplovnu [170, Godinot, 1999] Pro bezkoksovou kuplovnu byla získána následující data: - bezkoksová kuplovna emituje pětkrát méně spalin než horkovětrná kuplovna, a to hlavně kvůli dodatečnému spalování, které potřebuje velké množství vzduchu ve spalovací komoře horkovětrné kuplovny, následkem toho může mít bezkoksová kuplovna menší systém pro úpravu spalin - emituje 3 až 4krát méně CO2 než horkovětrná kuplovna - emituje více CO, který je v případě horkovětrné kuplovny spalován - hladiny emisí NOX a SO2 jsou nízké ve srovnání se současnými limity emisních hladin (např. limit emisí ve Francii činí 500 mg/Nm3 pro NOx a 300 mg/Nm3 pro SO2 ) - jestliže je použit suchý odlučovač, oba postupy mají nízké hodnoty emisí tuhých částic. Použitelnost Postup se používá u nových instalací, pro středně sériovou a velkosériovou výrobu. Bezkoksová kuplovna potřebuje konstantní a kontinuální pracovní režim. Vysoké propaly a riziko tvorby mostů vyžadují použít čistou vsázku a nízký obsah oceli, max. 35 %. Protože se zde nevyskytuje nasíření, je postup zvláště vhodný pro výrobu tvárné litiny. Ekonomika Údaje o provozních nákladech (z roku 1999) jsou uvedeny společně s provozními náklady horkovzdušných kuploven (nastavených na 100 %) v tabulce 4.9. Hodnoty se týkají zařízení o výkonu 12 t/hod. a jsou založeny na studiu tří bezkoksových kuploven pracujících v Evropě.


168

Kapitola 4

Suroviny (%) Šedá litina Tvárná litina

Bezkoksová plynová kuplovna Horkovětrná koksová kuplovna Bezkoksová plynová kuplovna Horkovětrná koksová kuplovna

83 69 81 69

Pomocné materiály (%) 6 8 6 8

Energie na tavení + plyny 11 23 13 23

Srovnávací index 116 100 104 100

Tabulka 4.9: Provozní náklady bezkoksové kuplovny porovnané s horkovětrnou kuplovnou (HVK = 100 %) [2002, TWG, 2002] Hodnoty uvedené v tabulce byly vypočítány v roce 1999. Od té doby se zvýšily ceny koksu. Na základě údajů z této tabulky je možno učinit takový závěr, že v Evropě bezvyzdívková kuplovna s výkonem 12 tun/hod. taví: - dražší šedou litinu - tvárnou litinu za cenu, která je podobná ceně litiny z horkovětrné kuplovny. Porovnání závisí ve velké míře na místní ceně energie a materiálů. Důvody pro použití Snižuje emisí kuplovny. Příklady závodů - Düker, Laufach (D): 15 t/hod. litiny s kuličkovým grafitem - Düker-Kuttner, Lingotes Especiales, Valladolid (E): 16 t/hod šedé a tvárné litiny - Hayes Hydraulic Castings (GB), 5-6 tun / hod lamelární litiny a litiny s kuličkovým grafitem (pozn. překl. – použití bezkoksových kuploven nedoznalo velkého rozšíření) Odkazy na literaturu [32, CAEF, 1997], [110, Vito, 2001] 4.2.1.10

Kuplovna vytápěná koksem a plynem

Popis Kuplovna koks–plyn pracuje na principu náhrady části koksu plynem. Existují dva postupy pro spalování zemního plynu v kuplovně: - použití hořáků vzduch-plyn umístěných nad dmyšnami - použití plynokyslíkových hořáků umístěných v dmyšnách. V současné době se v průmyslovém měřítku kuplovna koks/vzduch-plyn nepoužívá. Může to být dáno obtížností řízení procesu. Plyno-kyslíkový hořák byl představen v roce 1994. Kromě hoření plynu dovoluje zavedení prachu do dmyšen pro jeho roztavení v kuplovně. V praxi se tento způsob ve větším měřítku nepoužívá. Kyslíko-plynové hořáky jsou umístěny v 1/3 – 1/2 dmyšen. Asi 10 % energie koksu je nahrazeno zemním plynem při spotřebě 8 až 16 Nm3/t. Celková spotřeba kyslíku (hořák + dmýchací trubka) se pohybuje v rozmezí od 40 do 60 Nm3/t. Použití tohoto postupu dovoluje větší flexibilitu ve výrobě a v metalurgii. Účinek a použití kyslíko-plynového hořáku závisí na kuplovně samotné. U studenovětrné kuplovny se postup používá k zajištění snadného opakovaného startu, nebo pro snížení spotřeby koksu. V horkovětrné kuplovně se postup používá ke zvýšení výkonu pece bez modifikace základového lože. Výsledkem náhrady části koksu za CH4 je snížení objemu u spalin. Používá se jako prostředek zvýšení výkonu pece bez překročení výkonu instalovaného systému pro čištění spalin.


169

Kapitola 4

Výsledkem postupu je zvýšení obsahu uhlíku v tavbě a zvýšení doporučeného množství oceli ve vsázce. Proces umožňuje vhánění jemně zrnitého FeSi, které je levnější než kusové. Výsledkem je ekonomický přínos. Přínosy pro životní prostředí Použití CH4 jako náhrady části koksu snižuje objem plynů. Plyny jsou lépe spalitelné díky vyššímu obsahu CO a H2. Náhrada koksu zemním plynem snižuje hladinu emisí SO2. Postup umožňuje přímo v kuplovně recirkulaci odloučených tuhých částic z kouřových plynů z kuplovny, avšak po několika počátečních zkouškách není tato aplikace používána ve větším rozsahu. Účinky na ostatní média Výroba, uskladňování a používání kyslíku zvyšuje rizika bezpečnosti. Výroba kyslíku se provádí kryogenickou destilací nebo vakuovou (tlakovou) absorbcí. Oba tyto způsoby spotřebovávají elektřinu. Spotřeba elektřiny u posledně jmenované technologie činí 0,35 – 0,38 kWh/Nm3 O2. Kyslík je často vyráběn externím dodavatelem, který jej dopraví do skladovacích nádrží, nebo jej dodá přímo potrubím. Provozní údaje AGA – Rayburn Foundry (Coalbrookdale, GB) vybavila 3 z 8 dmyšen své studenovětrné kuplovny kyslíko-plynovými hořáky. To umožnilo snížit celkové množství koksu z 15 na 10 %. Dochází tím k poklesu obsahu síry ve vyráběné litině, to dovoluje snížit množství surového železa a získat větší využití koksu i větší ekonomický zisk. Slévárna Fritzwinter (D) vybavila 3 ze 6 dmyšen své studenovětrné kuplovny o výkonu 20 – 25 t/hod. kyslíko-plynovými hořáky, což dovoluje zvýšit výrobní kapacitu na 28 t/hod. bez potřeby změny základového koksu a systému čistění plynů. Účinek na složení kouřových plynů před spalováním je uveden v tabulce 4.10. H2 CO O2

Běžné dmyšny 0,8 −1,2 14 − 15 2

S kyslíko-plynovými hořáky 2,2 − 2,4 19 2

Tabulka 4.10: Účinek kyslíko-palivových hořáků na složení kouřových plynů pro horkovětrnou kuplovnu, hodnoty v % [184, Godinot and Ressent, 2002] Použitelnost Postup může být používán pro studenovětrnou a horkovětrnou kuplovnu na nových i existujících instalacích. Výhody (zvýšená flexibilita, ekonomický přínos, snížený objem plynů, zvýšená kapacita) závisejí na specifických podmínkách tavení kuploven, které jsou takto vybaveny. Bylo zjištěno, že postup způsobuje potíže v řízení procesu a zvyšuje přehřívání pláště pece.


170

Kapitola 4

Ekonomika Provozní náklady před a po přechodu studenovětrné kuplovny na provoz s kyslíko-plynovými hořáky pro výše zmíněnou slévárnu AGA Rayburn (GB) jsou uvedeny v tabulce 4.11. Ceny jsou odhadnuty kalkulací provedenou CTIF (F). Vstup

Koks Plyn Kyslík

Jednotka

t Nm3 Nm3

Jednotková cena EUR

Bez hořáků

S hořáky

Spotřeba na t

Náklady EUR/t

Spotřeba na t

Náklady EUR/t

0,15 0 14

29,7

0,1 16,5

19,8 2,5

32,9

40 0

9,2

0,2 0,2

37,7 105,7

0,5

62,9 94,4

198 0,15 0,38 0,23 164,6

Surové t železo Kovový šrot t 125,8 Celkem EUR/t Všechny hodnoty pro tunu nataveného kovu

− 5,4

−

Tabulka 4.11: Provozní náklady pro studenovětrnou kuplovnu s kyslíko-plynovými hořáky a bez nich [184, Godinot and Ressent , 2002] Provozní náklady se snížily ze 105 na 94 EUR/t nataveného kovu. Ekonomickým přínosem je snížení obsahu surového železa ve vsázce, který je pro každou slévárnu odlišný. Důvody pro použití Zvýšení flexibility slévárny nebo zvýšení výrobní kapacity existujících instalací bez změny instalovaného prostoru jsou důvodem pro použití tohoto typu pece. Příklady závodů AGA –Rayburn Foundry (Coalbrookdale, UK) Fritzwinter foundry (D) Odkazy na literaturu [156, Godinot, 2001], [184, Godinot and Ressent, 2002] 4.2.2

Elektrická oblouková pec (EOP)

4.2.2.1

Zkrácení času tavení a úpravy

Popis Vylepšené metody řízení vedou ke zkrácení tavby i časů její úpravy. Některé případy jsou následující: - spolehlivější řízení složení (tj. obsah C, S, P) a hmotnosti vsázky i struskotvorných materiálů - spolehlivější řízení teploty tavby může zlepšit využití rafinačních reakcí a zamezit přehřátí - účinnější metody odebírání vzorků a stažení strusky může snížit prostoje pecí. Sekundární metalurgie použitím úpravy AOD nebo VODC zkrátí čas EOP a má pozitivní dopad na úsporu energie. Postup je probrán dále v sekci 4.5.7.1. Přínosy pro životní prostředí Zvýší se účinnost pece zkrácením doby tavení a sníží se prostoje. Účinky na ostatní média Nejsou známy. Použitelnost Tento postup se používá ve všech nových a stávajících EOP.


171

Kapitola 4

Důvody pro použití Účinnost pece se zvýší zkrácením doby tavení a snížením prostojů. Příklady závodů Tato technologie nachází široké uplatnění v evropských slévárnách používajících pro tavení elektrické obloukové pece. Odkazy na literaturu [32, CAEF, 1997], [202, TWG, 2002] 4.2.2.2

Postup tavení s napěněnou struskou

Popis Postup napěněné strusky, který se v současné době používá v ocelářském průmyslu, spočívá v současném vhánění kyslíku a uhlíku (ve formě uhelného prachu) do strusky na konci tavení. Pěna strusky je vytvořena bublinkami CO. V kovu vzniká oxidací uhlíku, a to vháněním kyslíku a redukcí oxidů železa (FeO), plynný CO. Tvorba napěněné strusky zlepšuje přenos tepla do vsázky a chrání vyzdívkový materiál uvnitř pece. Je tak dosaženo lepší stability oblouku a menšího účinku radiace, tím dochází ke snížení spotřeby energie, elektrod, snížení hladiny hluku a zvýšení produktivity. Dosažené přínosy pro životní prostředí Sníží se spotřeba energie a elektrod, hladina hluku i objem spalin. Účinky na ostatní média Objem strusky se zvětšuje, což si může vyžádat větší nádobu na strusku. Po odpichu se struska opět odplyní. Není hlášen žádný nepříznivý dopad pro použití strusky. Provozní údaje Tabulka 4.12 představuje provozní údaje pro 60t obloukovou pec a ukazuje hlavní úspory v energii a čase u žározdorného materiálu a u elektrod.

Celkový příkon Ztráta radiací oblouku do spalin Kouřové plyny Dosažená teplota - kov - struska - kouřové plyny - vyzdívka Vstup energie - elektřina - fosilní palivo (uhlí) Výstup energie - kov (∆H) - struska (∆H) - ztráty v peci - ztráty – kouřové plyny Doba ohřevu 1 548 – 1 630 ºC Stupeň ohřevu

Jednotky MW MW m3/hod. ºC

Normální struska 25 6 41 000

Napěněná struska 30 0 28 000

1 630 1 603 1 463 1 528

1 630 1 753 1 607 1 674

50,8 37,1

37,7 22,6

10,4 1,1 20,7 53,6 11 min. 45 s 3,9

10,4 9,4 14,1 24,8 7 min. 30 s 6,1

kWh/t

kWh/t

min. ºC/min.

Tabulka 4.12: Energetické a teplotní údaje pro EOP tavicí s normální struskou a s napěněnou struskou [202, TWG, 2002]


172

Kapitola 4

Hustota strusky je snížena z 2,3 na 1,15 – 1,5 t/m3. Použitelnost Tento postup se používá v nových a existujících slévárnách s EOP s vháněním kyslíku. Určující síla pro implementaci Zvýší se účinnost operací pece. Příklady závodů Nebyly vyjmenovány žádné konkrétní vzorové závody, ale technologie se používá v několika evropských slévárnách. Odkazy na literaturu a příklady závodů [32, CAEF, 1997], [202, TWG, 2002], [211, European IPPC Bureau, 2000] 4.2.3

Indukční pec

4.2.3.1

Proces optimalizace: optimalizace vsázkových materiálů

Popis Procesy optimalizace pro indukční pece bez jádra zahrnují: - optimalizace stavu vsázky zahrnuje vyloučení vstupu rzi a nečistot, využití optimální velikosti a hustoty vsázky, kovového šrotu a použití čistších nauhličovadel; tato opatření zkrátí čas tavení, sníží specifickou energii potřebnou pro tavení a způsobí redukci tvořené strusky - těsnicí víko pece − oxidace se sníží vyloučením špatně přiléhajících vík a zbytečného nebo prodlužovaného otvírání, rychlým sázením, použitím ochranné atmosféry nad taveninou (N2); doby otevření mají být minimalizovány, aby se zabránilo ztrátám energie, časy nezbytné pro otevření pro vsázení, odstraňování strusky, měření teploty, odebírání vzorků a odlévání kolísají mezi 50 a 25 % doby směny, posledně jmenovaný údaj se týká nové pece, která je v provozu za optimálních podmínek; dobře přiléhající uzavřené víko snižuje povrchovou ztrátu tepla ze vstupující energie o 1 %, při otevřeném víku je ztráta tepla až 130 kWh/t u 10t pece; při tavení pod zavřeným víkem je třeba dávat pozor na to, aby nedošlo k přehřátí pece - omezení udržování pece na minimu − protože je tavení prvním krokem ve slévárenském řetězci procesů, je potřebné dosáhnout integrovaného procesu optimalizace pro celý proces slévárny minimalizací prostojů, problémů, nepravidelností v každém z oddělení slévárny, a to během udržování, úpravy složení taveniny podle výsledků analýz měřených na zchlazeném odlitém vzorku; optimalizace odebírání vzorků, testování a provedení dalších procedur je dalším prostředkem pro snížení času udržování - provoz na úrovni maximálního příkonu pece − je mnohem účinnější, pokud je pec provozována na maximální úrovni příkonu; nejlepších výsledků je dosahováno, může-li být přiváděná energie plně využita pro největší část cyklu tavení; to také zahrnuje snižování studených startů tavení (optimalizace výrobního programu) a následující sledování pomocí monitoringu a řízení počítačem - zabránění zvýšené teplotě a přehřátí, které není nezbytné − je důležité, aby materiál dosahoval požadované teploty právě ve chvíli, kdy je formovna připravena kov přijmout; dobrá spolupráce mezi tavírnou a formovnou je základem pro minimalizaci spotřeby elektřiny - optimalizace vysokých teplot tavení pro stažení strusky (dobrá rovnováha) − nízký bod tavení strusky lze odstranit vyhřátím pece na teplotu odpichu (1 580 °C oproti obvyklým 1 450 °C), výsledkem je vyšší spotřeba energie, která může ovlivnit metalurgická hlediska tavby; struska se nemá zachycovat na pecní vyzdívce, může to ovlivnit elektrickou účinnost pece, její odstranění vyžaduje otevření víka pece, což způsobí ztrátu tepla; musí se najít rovnováha mezi zvyšováním teploty a praxí odstraňování strusky


173

Kapitola 4

-

-

vyloučení tvorby strusky − obecnějšími problémy jsou případy, kdy je nutná vysoká teplota tavení; je to způsobeno přítomností písku a kovového hliníku v tavbě, někteří taviči proto přidávají tavidla a čištění, ale lepší je prevence než náprava, což znamená minimalizovat přítomnost písku a Al v surovinách sprchové vhánění kyslíku namísto použití konvenčního oduhličení minimalizaci a řízení opotřebení stěn výstelky − životnost výstelky závisí na výběru materiálů, na funkci chemie strusky (zásaditá nebo kyselá), na provozní teplotě (ocel, litina, neželezné kovy), na péči při novém dusání a sintrování; životnost pece může kolísat od 50 (ocel, litina) do 200 − 300 taveb (litina), provozní kontrolní pozorování sleduje opotřebení výstelky, zahrnuje to vizuální inspekci, fyzikální měření a monitorovací programy za pomoci přístrojů; správná praxe při zavážení vsázky se snaží zabránit mechanickým nárazům vsázky na vyzdívku, zahrnuje to použití automatických sázecích systémů, horkého zavážení, zabránění pádů z výšky a použití kompaktní a suché kovové vsázky.

Dosažené přínosy pro životní prostředí Zvýší se účinnost pece pomocí kratších časů tavení a sníží se prostoje. Účinky na ostatní média Nejsou známy. Provozní údaje Typické pece bez jádra mohou tavit tunu litiny a zvednout teplotu tekuté litiny na 1 450 °C se spotřebou pod 600 kWh. V praxi však dosahuje této specifické spotřeby pouze několik sléváren na základě provozu z týdne na týden. Některé slévárny spotřebují v regionu 1 000 kWh na každou tunu litiny, která je vyrobena v jejich pecích bez jádra. Převažující okolnosti mohou v mnoha slévárnách zabránit přehledu o správném řízení energie, ale ve skutečnosti lze téměř všechny operace tavení na indukčních pecích nějakým způsobem zlepšit, a tím dosáhnout cenných úspor množství energie na jednu tunu tavby. Doporučuje se sledování spotřeby elektřiny. Použitelnost Tento postup se používá ve všech nových a existujících indukčních pecích. Doporučení pro použití Zvýší se účinnost pecních operací. Příklady závodů Opatření na optimalizaci postupů jsou běžně užívána v evropských slévárnách s indukčními pecemi. Odkazy na literaturu a příklady závodů [32, CAEF, 1997], [47, ETSU, 1992], [110, Vito, 2001], [145, Inductotherm], [225, TWG, 2003] 4.2.3.2

Změna síťových kmitočtů indukčních pecí na středofrekvenční

Popis Středofrekvenční pece (250 Hz) mají větší hustotu příkonu (až do 1 000 kW/t) než pece se síťovou frekvencí (50 Hz) a vysokofrekvenční pece (300 kW/t). To dovoluje použití menšího kelímku (až třikrát menší), výsledkem je menší celková ztráta tepla. Tepelná účinnost středofrekvenčních pecí je o 10 % vyšší než u pecí se síťovou frekvencí. Jednotky se síťovou frekvencí potřebují k provozu roztavený zbytek až do 2/3 kapacity kelímku. Pro optimalizaci spotřeby specifické energie také vyžadují specifické startovací bloky pro studený start. Středofrekvenční pece mohou snadněji startovat se studenou vsázkou a na konci každé pracovní směny nebo dávky mohou být po natavení zcela vyprázdněny.


174

Kapitola 4

Pokud slévárna přechází ze síťové frekvence tavení na střední, je důležité proškolit personál. Provozní postupy jsou různé pro indukční pece na síťovou frekvenci a na střední frekvenci. Jen tak se dosáhne dobré specifické spotřeby energie. Přínosy pro životní prostředí Zvýší se energetická účinnost operace tavení. Účinky na ostatní média Žádné nejsou známy. Provozní údaje Provozní údaje jsou uvedeny v sekci 3.2.4. Použitelnost Tato technologie se týká nových zařízení a renovace stávajících zařízení. Důvody pro použití Zvýší se účinnost provozu slévárny. Odkazy na literaturu [47, ETSU, 1992] 4.2.4

Rotační pec

4.2.4.1

Zvýšení účinnosti pece

Popis Všechny prostředky, které zvyšují tepelnou účinnost pece, vedou k nižšímu výstupu CO2. Hlavního vylepšení bylo dosaženo zavedením kyslíku namísto vzduchu jako spalovacího média. Toto je uvedeno v sekci 4.2.4.2. Dalšího zlepšení využití výtěžnosti pece lze dosáhnout přísnou kontrolou a optimalizací: - režimu činnosti hořáku - polohy hořáku - zavážení vsázky - složení kovu - teplotou. Dosažené přínosy pro životní prostředí Optimalizace výsledků se projevuje v nižších objemech prachu a reziduí i vyšší energetickou účinností. Účinky na ostatní média Nejsou známy. Provozní údaje Optimalizační program na peci tavící litinu s výkonem 3 t/hod. předpokládá následující provozní praxi: - použití čisté kovové vsázky a zavážení v následujícím pořadí: (1) housky a materiál s nízkým obsahem Si; (2) vlastní vratný materiál a slévárenský kovový šrot; (3) legující prvky a ochrana tavby; (4) ocelový šrot - ochrana tavby: použití antracitu pro ochranu tavby (2 % kovové vsázky) a křemíku (2 %) - rotace: v nesouvislé fázi 1/3 rotace každou minutu, celkem 7,5 obrátek až do fáze roztavení, během nepřetržité rotace: 1,7 rotací /min.


175

Kapitola 4

-

výkon a úhel hořáku: použijte polohu paralelní hlavy hořáku pro spodní injektory; začněte na maximálním výkonu během 20 minut, a snižujte jej o 10 % každých 20 min. o změny fáze (60 min. po startu)

Díky těmto opatřením lze dosáhnout maximálního využití kovové vsázky (roztavený kov/kovová vsázka). Použitelnost Principy optimalizace jsou obecně platné pro tavení litiny v rotačních pecích při použití kyslíkových hořáků. Provozní údaje byly stanoveny pro pec s výkonem 3 t/hod. Pro pece jiné velikosti je nezbytná optimalizace podle provozu. Určující síla pro implementaci Optimalizace pecních operací a zvýšení účinnosti tavení. Příklady závodů Opatření na optimalizaci postupu jsou běžně užívána v evropských slévárnách s rotačními pecemi. Odkazy na literaturu [204, Carnicer Alfonso, 2001] 4.2.4.2

Použití kyslíko-plynového hořáku

Popis Pro tavení nebo předehřívání licích pánví se teplota plamene zvyšuje přidáním čistého kyslíku v hořácích namísto vzduchu, to umožňuje účinnější přenos tepla do taveniny a snižuje spotřebu energie. Jestliže těsný uzávěr pece zabraňuje přisávání vzduchu, nemůže se oxidací atmosférického dusíku tvořit žádný NOX, celkový tok spalin z kyslíko-plynového hořáku je menší, protože zde není přítomen dusík. To dovoluje použití menších zařízení na odlučování tuhých částic. Přínosy pro životní prostředí Postupy snižují spotřebu energie a také emise NOX a CO2 díky vyšší teplotě spalování. Účinky na ostatní média Výroba, uskladňování a používání kyslíku zvyšuje rizika bezpečnosti. Výroba se provádí kryogenickou destilací, nebo vakuovou (tlakovou) adsorpcí. Oba tyto způsoby zahrnují spotřebu elektřiny. Spotřeba u posledně jmenované technologie je 0,35 –0 ,38 kWh/Nm3 O2. Kyslík je často vyráběn externím dodavatelem, který jej dopraví do skladovacích nádrží, nebo přímo potrubím. Palivo jako těžký olej vytváří zvýšené emise SO2 nebo NOx v závislosti na jejich obsahu S nebo N. Použití čistých karburantů jako jsou zemní plyn a propan, nezpůsobí žádné dodatečné znečištění kromě CO2, což je případ všech spalovacích procesů.


176

Kapitola 4

Provozní údaje Tabulka 4.13 pro tavení litiny s použitím kyslíku a pro různé kapacity pece udává teoretickou spotřebu několika druhů paliv a kyslíku na tunu taveniny. Zdroj energie Lehký palivový olej Zemní plyn Propan Kyslík

Jednotky kg/t Nm3/t Nm3/t Nm3/t

3 33 – 38 38 – 43 15 – 17 130 – 150

5 33 – 38 38 – 43 15 – 17 130 – 150

Kapacita pece (t) 8 12 33 – 38 32 – 37 38 – 43 38 – 42 15 – 17 14 – 16 130 – 150 130 – 145

20 32 – 37 38 – 42 14 – 16 130 – 145

Tabulka 4.13: Tabulka spotřeby energie (minimální tavba) [148, Eurofine, 2002] (Pozn. překl. – materiály firem dodávajících rotační pece udávají vyšší spotřebu plynu 50 – 70 Nm3/t a dvojnásobnou spotřebu kyslíku.) Obohacení hořáku kyslíkem ve spojení s rekuperátorem obecně dosahuje úspory 30 % energie. Vyšší spalovací teplota napomáhá snížení celkových emisí. Objem odtahových plynů se také sníží. Plné hoření kyslík/palivo může přinést úsporu energie do 50 % a snížit objem odtahového plynu až o 72 %. V Německu způsobila změna instalace ze spalování olej-vzduch na spalování plyn-kyslík snížení hluku na místě analýzy o 15–18 dB(A) v nejbližším okolí pece, na hranici instalace bylo naměřeno 48 dB(A). Rekuperací energie pro předehřev vsázky se snížila celková úspora energie o 53 %. Použitelnost Tento postup může být použit u rotační pece a při předehřívání licích pánví. Kyslíkové hořáky nenacházejí uplatnění ve slévárnách neželezných kovů, ačkoli jsou užívány např. v druhotném tavení mědi. Ekonomika Investiční náklady: 3 400 − 4 500 EUR Provozní náklady: v závislosti na procesu operace. Důvody pro použití Optimalizace pecních operací a zvýšení účinnosti tavení. Příklady závodů Tato technologie nachází široké uplatnění ve slévárnách železných kovů používajících rotační pece. Odkazy na literaturu [23, Brettschneider and Vennebush, 1992], [32, CAEF, 1997], [110, Vito et al., 2001], [103, Vereniging van Nederlandse Gemeenten, 1998], [148, Eurofine, 2002], [163, UK Environment Agency, 2002], [232, Novem, 2000] 4.2.5

Výběr tavicí pece – kuplovna, indukční pec, rotační pec

Popis Skutečností je, že různé tavicí procesy se při použití překrývají, a proto je základním postupem výběr technologie pro tavení. V tomto výběru jsou zahrnuta rozhodující kritéria: • druh tavené litiny • výroba v dávkách nebo kontinuální • velikost sérií • výkonnost nebo kapacita • flexibilita v závislosti na typu vstupního materiálu a jeho čistota • typ vyráběného výrobku


177

Kapitola 4 • • •

emise a ostatní úvahy o životním prostředí dostupnost surovin dostupnost paliv nebo elektrické energie

Výběr různých tavicích postupů velice závisí na označených kritériích. Podle výše uvedených kritérií lze odvodit obecné závěry: - druh litin − elektrická indukční pec se uplatní lépe pro tvárnou litinu nebo legovanou litinu - nepřetržitý provoz − lépe se uplatní kuplovna - výroba v dávkách − lépe se uplatní elektrická indukční pec nebo rotační pec - flexibilita vstupního materiálu a čistota − lépe se uplatní kuplovna - flexibilita ve změně slitiny − lépe se uplatní el. indukční a rotační pec - úvahy o vlivu na životní prostředí: • kuplovna se uplatní pouze tehdy, jestliže se jedná o dobře odprášenou bezkoksovou kuplovnu, která má lepší environmentální provedení než horkovětrná nebo studenovětrná kuplovna • el. indukční pec produkuje méně CO, SO2, NOx, dioxinu, strusky, ale musí se na ní pohlížet jako na zdroj emisí při výrobě elektřiny - dostupnost levného kovového odpadu, pokud je dostupný levný šrot, uplatní se lépe kuplovna. Ve skutečnosti se musí tato kritéria vzít v úvahu společně. Tabulka 4.14 ukazuje sumarizaci založenou na technických úvahách. Ekonomické údaje pro různé typy kuploven a indukčních pecí jsou uvedeny v příloze 1. Na základě stanoveného kriteria lze uvažovat o výměně kuplovny za elektrickou indukční, nebo rotační pec. Výběru elektrických indukčních nebo rotačních pecí dávají slévárny přednost před studenovětrnými kuplovnami, jež jsou výhodné pro malé slévárny, které odlévají různé odlitky. Používají se v několika evropských zemích (např. Rakousko, Belgie).


178

Kapitola 4

KRITÉRIUM

Typ vyrobeného výrobku

Velikost série Kuplovna Studenovětrná

POUZE ŠEDÁ LITINA

Protizávaží

Střední až velká ++

Horkovětrná Bezkoksová Elektrická indukční Rotační pec

+

(+) dávka

Kanálové vpustě, potrubí, městský mobiliář Všechny

Smaltované odlitky, nádobí

Mechanické díly

Střední až Kusová velká a malá ++ ++ (< 10 − 15 t/h) (< 10 − 15 t/h) ++ ++ 0 (> 10 − 15 t/h) (> 10 − 15 t/h) 0 + + ++ ++

Střední až velká

ŠEDÁ A TVÁRNÁ LITINA Mechanické díly

Všechny

++ (< 10 − 15 t/h) ++ (> 10 − 15 t/h) + ++ +

++ ++

TVÁRNÁ LITINA

Kanálové vpustě, potrubí, městský mobiliář Všechny

++ (> 10 − 15 t/h) + + (+) dávka nebo malá série

Mechanické díly

Kusová a malá (+)


0 0 ++ ++

POUZE TEMPEROVANÁ LITINA Mechanické díly


++ (> 10 − 15 t/h) + ++

++ ++

++: technicky více vhodná +: technicky vhodná (+): vhodná v některých případech 0: nevhodná

Tabulka 4.14: Technický výběr tavícího zařízení pro tavení litiny [202,TWG,2002]


179

Kapitola 4

Dosažené přínosy pro životní prostředí Náhrada kuplovny elektrickou indukční nebo rotační pecí vede ke snížení přímých emisí CO a SO2, snížení tvorby tuhých částic a snížení množství strusky. Indukční pece vykazují snížené emise NOx a nižší riziko tvorby dioxinu. Nepřímé emise, tvořené při použití elektrické indukční pece, závisí na výrobě elektřiny v místní infrastruktuře. Účinky na ostatní média Náhrada kuplovny el. indukční pecí vyvolává velký nárůst spotřeby elektřiny. Použitelnost Náhrada studenovětrné kuplovny el. indukční nebo rotační pecí je možná za podmínek uvedených výše i v případech velké renovace celé instalace. Pro nové instalace lze použít kritéria z tabulky 4.14 a navíc přihlédnout k místním podmínkám konkrétní slévárny. Jestliže el. indukční nebo rotační pece jsou označeny jako nejvíce vhodné, může být upřednostněna el. Indukční, případně rotační pec na základě přínosů pro životní prostředí. Ekonomika Přehled ekonomických údajů pro různé typy kuploven a el. indukčních pecí je uveden v příloze 1. V tabulce 4.15 je uvedena sumarizace nákladů na základě příkladu španělské slévárny, která chtěla vyměnit stávající kuplovnu za rotační, nebo elektrickou rotační pec. Nejsou tu zahrnuty náklady na jímání a odlučování emisí. Údaje jsou z let 1997 − 1998. Porovnání zahrnuje následující tři systémy: − studenovětrná kuplovna − výkon 3,5 t/hod. − rotační pec s hořákem kyslík-plyn − kapacita 3 t − 2 středofrekvenční el. indukční pece − kapacita 2 +1 t. Kalkulace nákladů byla provedena pro náklady na tavení s výkonem 1 tuny/hodinu pracovního provozu 8 hodin/den. Pro el. indukční pec je učiněn rozdíl mezi „špičkou“ nákladů za elektřinu a náklady „mimo špičku“. Protože je elektřina hlavní složkou nákladů, ukazuje to na velký rozdíl v konečných nákladech. Provoz el. indukční pece mimo špičku (noc) vede k tomu, že jsou náklady srovnatelné s náklady rotační pece. Údaje ukazují, že investice má dobu návratnosti 5 − 9 let. Náklady v EUR/t nataveného materiálu

Kuplovna

Rotační pec

El. indukční pec

Energie

30,7

29,8

40,8 27,2

Žárovzdorniny Lidská práce Suroviny Celkové náklady Roční náklady v EUR Náklady na tavení 1 320 t/rok Úspory

3,6 52,9 205 292

1,3 22,7 205 259

1,4 22,7 205 270

385 000

341 000

Žádné

44 000

Žádné

250 000

356 000 338 000 29 000 47 000 260 000

Nejsou potřebné

Jsou potřebné

Investice Budovy

(špička) (mimo špičku)

(špička) (mimo špičku) (špička) (mimo špičku)

Tabulka 4.15: Příklad nákladů slévárny při náhradě existující kuplovny za rotační nebo el. indukční pec Údaje jsou ze Španělska z let 1997 – 1998 [202, TWG, 2002]


180

Kapitola 4

Důvody pro použití Snížení přímých emisí při tavení litiny. Příklady závodů Rakouské slévárny jsou většinou malé a středně elké podniky, které zaměnily tavení v kuplovně za el. indukční pece. Existují pouze tři rakouské slévárny, které stále ještě používají tavení v kuplovně. (V ČR vyměnilo kuplovny za el. indukční pece 30 sléváren – pozn. překladatele) Odkazy na literaturu a příklady závodů [202, TWG, 2002], [110, Vito, 2001], [225, TWG, 2003] 4.2.6

Plamenná pec

4.2.6.1

Použití kyslíko-plynového hořáku

Viz sekce 4.2.4.2 4.2.7

Ostatní typy pecí

4.2.7.1

Náhrady za SF6, použitého jako krycího plynu pro tavení hořčíku

Popis Náhrada krycích plynů pro tavení hořčíku je předmětem velkého zájmu pro vysoký vliv SF6 na globální oteplování země. Po několik let byla možnost nahradit SF6 předmětem výzkumu. Světový výzkumný projekt pro vývoj a návrh náhrady je v současné době koordinován Mezinárodní asociací pro výrobu hořčíku (International Magnesium Association) a byl dokončen v roce 2004. Směsi plynů obsahující HFC-134 a Novec 612 (perfluoroketon) byly úspěšně testovány. Tyto sloučeniny však také vykazují vysoký vliv na oteplování země a spadají pod omezení kjótského protokolu. V současné době je schůdnou náhradou SO2. Některé slévárny hořčíku mají s tímto plynem dlouholeté zkušenosti. Byl zaveden na počátku 70. let minulého století, slévárny se pak již nikdy k SF6 nevrátily. Látka SO2 reaguje s tekutým hořčíkem a tvoří na povrchu ochranný film. Dostupná je míchací jednotka pro směšování směsi s nízkou koncentrací SO2-vzduch. Navíc byly stanoveny postupy manipulace s SO2 tak, že se snížila expozice obsluhy a riziko práce. Ochranný plyn je dodáván potrubím s několikerým vyústěním. Polohy vyústění jsou vybrány tak, aby chránily všechny oblasti povrchu kovu. Místa v blízkosti otvorů, které budou během operace často otevírána, potřebují větší proud plynu než oblasti, kde je interakce s okolní atmosférou malá. Aby se optimalizovala bezpečnost a minimalizovala se spotřeba plynu, používá se kompletně zakrytovaný proces tavení a odlévání. Jestliže náhrada není možná, dovolují následná technická opatření snížení spotřeby SF6 a emisí: − zlepšené těsnění pecí − plně automatické dávkování krycího plynu − elektronické řízení jak směsi plynu, tak jeho toku − snížení dávkování. Dosažené přínosy pro životní prostředí Náhrada SF6 zabrání použití tohoto skleníkového plynu, který má GWP (globální potenciál oteplení) 22 200 nad časový horizont 100 let.


181

Kapitola 4

Účinky na ostatní média Látka SO2 je toxický plyn a musí se respektovat expoziční limitní hodnoty pro obsluhu. Limity expozice zaměstnanců ve většině zemí je 2 ppm (5 mg/m3) pro 8 hodin. Na stěně pece se mohou tvořit nánosy obsahující síru a kyslík. Za nepříznivých podmínek se tyto nánosy mohou dostat do roztaveného hořčíku, kde mohou způsobit reakce vedoucí k erupcím hořčíku z jeho povrchu. Zabránit tomu může časté odstraňování tohoto nánosu. Výsledkem tohoto postupu jsou malá množství emisí SO2, množství závisející na kapacitě slévárny a počtu pecí. Odhadem to může být 50 − 500 kg za rok pro ochranu tavby. Provozní údaje Spotřeba SF6 závisí na postupu tavení a kolísá mezi méně než 0,1 až 11 kg/tunu dokončených odlitků. Technická vylepšení a opatření vedla ke snížení průměrné specifické spotřeby SF6 ze 3 kg/tunu odlitků na 0,9 kg/tunu. Použité údaje jsou dány v sekci 3.4.1. V klidné tavenině bude podíl SO2 ve vzduchu činit 0,7 % při proudu této směsi o rychlosti 5 – 10 litrů/minutu. V uzavřených (ale ne vzduchotěsných) pecích, při tavení a dávkování hořčíku u tlakových strojů, se používá čistý SO2. Pro zajištění krytí se dostává do pece přes víko malé množství vzduchu. Jestliže je použit krycí plyn, je preferován dusík, protože je inertní. SO2 je potom smíchán v koncentraci 1 − 2 %. Rovnováha hmoty pro přetavení odpadu hořčíku bez tavidel je dána v sekci 4.1.6. Použitelnost Snaha snížit spotřebu nebo plně nahradit SF6 není zcela možná, neboť SO2 lze použít pouze u nestandardních operací tavení. Při údržbě pece je SF6 nezbytný jako ochranný plyn vzhledem k ohrožení zdraví ve vztahu s expozicí SO2. SO2 nemůže být použit pro zhášení hořícího hořčíku, proto se bude i dále používat SF6. Ekonomika Ceny SF6 se během několika let dramaticky zvýšily. Změny z SF6 na SO2 budou spojeny s ekonomickými náklady. Tabulka 4.16 odhaduje současné výdaje při užívání SF6 a SO2 Jsou založeny na informacích z výsledků zkoušek provedených při provozu tlakového lití tří licích strojů. I když jsou čísla hrubým odhadem, jasně ukazují, že při náhradě SO2 za SF6 existuje velká možnost úspor. Položka Koncentrace plynu Cena Inverzní hustota (při 0 °C a 1 atm) Roční spotřeba plynu Náklady/rok

Jednotky % EUR/kg l/kg Kg/rok EUR

SF6 0,4 36,5 153 339 12 373

SO2 0,7 4,5 350 259 1 165

Údaje pro 3 tlakové stroje, provoz 300 dní/rok, 24 hod/den, proudem plynu ke každému stroji 10 l/min.

Tabulka 4.16: Porovnání nákladů použití krycích plynů mezi SO2 a SF6 pro ochranu atmosféry plynem [190, Schubert and Gjestland] Jestliže se uvažuje o nové investici se systémem plynu SO2, která bude splňovat všechny moderní požadavky na bezpečnost a dávkování, jsou investiční náklady pro slévárnu o kapacitě 1 000 tun/rok 70 000 EUR. Nový systém s SF6 stojí 23 000 EUR. Provozní údaje započtené do této investice s 1,5 % SO2 a 0,2 % SF6, obojí v dusíku, jsou dány v tabulce 4.17. Celkové provozní roční náklady na SO2 jsou zhruba o 2 500 EUR vyšší než na SF6. Na druhé straně se zabrání emisím o ekvivalentu 12 300 tun CO2. Čím větší je závod, tím méně se liší roční náklady mezi dvěma systémy. Při ročním výkonu 1 500 tun/rok je překonán bod zvratu a náklady na snížení CO2 začínají být záporné.


182

Kapitola 4

Obecné údaje pro odlitek Kapacita pecí 2 000 kg Maximální tavící výkon 1 000 kg/hod Čas lití během dne (studená komora) 13,2 hod Pracovní dny 250/rok Využití 76 % Hrubá hmotnost tavby (hmotnost vstřiků) 2 000 t/rok Faktor kovového odpadu 50 % Čistá hmotnost Mg dílů 1000 t/rok Prodej za rok (EUR 15, 00/kg) EUR 15 milionů Povrch Mg lázně 6 m3 Plyn (nosič + krycí plyn) na m2 povrchu 300 litrů za hodinu, po celý rok Dávkování plynu navíc při vsázení +25 % Dusík Údaje o plynu SF6 SO2 Nosný plyn Dusík Dusík Koncentrace krycího plynu v nosném plynu 0,2 obj. % 1,5 obj % Dávkování krycího plynu za hodinu 46,9 g 154,2 g Dávkování krycího plynu za rok 514 kg 1 688 kg Koeficient krycí plyn/čistý výstup Mg 0,51 kg/t 1,69 kg/t Emise v tunách ekvivalentu CO2 12 278 Údaje o nákladech SF6 SO2 1 kg krycího plynu EUR 20,00 EUR 3,00 1 m3 nosného plynu (dusík) EUR 0,20 EUR 0,20 Investiční náklady na zařízení pro nový plyn EUR 23 333 EUR 70 000 Poměr slevy za rok 10 % 10 % Doba odpisování 10 let 10 let Investiční náklady na zařízení v ročním poměru EUR 3 797 EUR 11 392 Roční provozní náklady na krycí plyn EUR 10 274 EUR 5 065 Roční provozní náklady (bez dusíku) EUR 14 072 EUR 16 457 Dodatečné celkové náklady na použití SO2 − EUR 2 385 Snížení nákladů a emise − EUR 0,19/t CO2, ekvivalent Podíl dodatečných nákladů v prodeji 0,02 % Poznámka: Většina údajů platí pouze pro závod o kapacitě 1 000 t/rok a bude se s velikostí závodu měnit.

Tabulka 4.17: Provozní údaje a údaje o nákladech pro nový závod tlakového lití hořčíku o kapacitě 1 000 tun/rok [218, Harnisch and Schwartz, 2003] Pro existující instalace snížené náklady na spotřebu SO2 se musí zaplatit investiční náklady pro výměnu instalace krycího plynu. Doba návratnosti závisí na skutečné spotřebě plynu. Na základě spotřeby 0,9 kg/tunu SF6 je bod zvratu, při kterém se celkové náklady použití SO2 dostanou níže než srovnatelné náklady SF6, pod 900 tunami výstupu/rok. Při 500 tunách/rok je SO2 stále dražší, ale snížení nákladů na 1 tunu ekvivalentu CO2 činí 0,31 EUR. Podíl dodatečných nákladů k prodeji produkce závodu je 0,004 %, postup tedy musí být zvážen také pro tuto kapacitu. Na závěr bylo shledáno, že použitý SO2 místo SF6 jako krycího plynu při tlakovém lití hořčíku v závodech s ročním výstupem kovu je nejméně 500 tun bez ohledu na to, zda je závod postaven nově nebo zda stále používá SF6. Je to ekonomické. Důvody pro použití Použití SO2 vede ke snížení emisí skleníkových plynů, zvláště těch, jež jsou uvedeny v Kjótském protokolu, který kontroluje užívání fluorovaných plynů: HFC, PFC a SF6. Tyto plyny mají vysoký potenciál oteplení, ale neztenčují ozónovou vrstvu, formuluje to základ pro Směrnici EU − použití fluorovaných plynů. Navíc některé země již vydaly návrhy na zrušení jejich použití,, například Dánsko, Německo a Rakousko. Příklady závodů LM Leichtmetall Systemtechnik, Felbach (D) V Rakousku, Dánsku a Švédsku se již SF6 jako krycí plyn nepoužívá.


183

Kapitola 4

Odkazy na literaturu [182, Closset, 2002], [190, Schubert and Gjestland], [191, IMA, et al.,], [192, Gjestland and Westengen, 1996], [194, UNEP IPCC, 2002], [218, Harnisch and Schwarz, 2003]. 4.2.8

Úprava neželezných kovů

4.2.8.1.

Odplynění a čištění slitin hliníku použitím stanice s mísičem taveniny

Popis Pro odplynění slitin hliníku je nutné odstranění vodíku z taveniny. K odstranění nebo snížení malého množství nežádoucích prvků a nečistot je nezbytná úprava tavby halogeny, jako je chlór, fluór a bróm. Tato úprava je nazývána čištění a obvykle se kombinuje s odplyněním. Odplyněním provedenou úpravou se nedosahuje požadovaného čištění ve většině hliníkových odlitků. Vakuové odplynění dosahuje velmi nízkého obsahu vodíku v tavenině, ale současně vzniká méně zárodků a to znamená méně efektivní krystalizaci. V kombinovaném odplynění a rafinaci se do tavby zavádí směs plynů argonu, chlóru, dusíku a chlóru. Koncentrace chlóru v nosném plynu musí být optimalizována, abychom zajistili dobré čištění při nízkých emisích. Ve většině případů je nutné pouze odplynění, to se provádí bez plynu Cl2. V závislosti na nádobě pro úpravu může být účinnost odplynění zlepšena porézní zátkou a mísiči taveniny. V některých případech byla použita směs Ar/SF6. SF6 však vytváří skleníkový plyn s vysokým potenciálem na oteplení země, který spadá pod kjótský protokol (viz sekce 4.2.7.1). Dosažené přínosy pro životní prostředí Použití mísiče taveniny s Ar/Cl2, nebo N2/Cl2 zabrání použití hexachloretanu, a SF6 při čištění slitin hliníku. Použití hexachloretanu je od 30. června 2003 v Evropské unii zakázáno. Účinky na ostatní média Tento typ odplyňovací jednotky dovolil ukončit používání hexachloretanu pro účely odplynění a čištění. Provozní údaje Obyčejně se používá směs dusíku se 3 % Cl2 pro kombinované odplynění a čištění. Pro pouhé odplynění není Cl2 nutný. Pro udržovací pece a pánve od 50 – 250 kg Al může být použita mobilní stanice s impelerem. Úprava trvá 3 až 5 minut, používá se pro kapacity od 400 do 1 000 kg Al. Tavba je upravována od 1,5 do 5 minut proudem plynu mezi 8 – 20 litry/minutu. Grafitový rotor má životnost 100 − 150 úprav v závislosti na teplotě tavby. Použitelnost Stanice s mísičem taveniny byly vyvinuty pro udržovací pece a pánve od 50 do 1 000 kg nataveného kovu. Ekonomika Investiční náklady jsou dány v tabulce 4.18.


184

Kapitola 4

Popis Mísič včetně příslušenství Zařízení pro míchání plynného argonu s chlórem Celkem

Náklady (EUR) 15 000 40 000 55 000

Tabulka 4.18: Investiční náklady pro stanici s mísičem taveniny [178, Wenk, 1995] Důvody pro použití Evropská směrnice 97/16/EC (European Directive 97/16/EC) zakazuje použití hexachloretanu ve výrobě nebo v provozu neželezných kovů. Příklady závodů Tato technologie je běžně používána ve slévárnách hliníku. Odkazy na literaturu a příklady závodů [178, Wenk, 1995] [175, Brown, 1999]

4.3 4.3.1

Výroba forem a jader včetně úpravy směsi Výběr typu formy

Výběr typu formy je založen hlavně na technických kritériích. Použitelnost různých typů formování je shrnuta v tabulce 4.19. Tabulka 4.20 dodatečně udává obecné vlastnosti různých systémů.

Ocel Nelegovaná Nízkolegovaná Vysoce legovaná Manganová Nerezová a žáruvzdorná Slitiny těžkých kovů Mosaz Bronz Měď Slitiny zinku Slitiny lehkých kovů Slitiny hliníku Slitiny hořčíku Titan X tuto metodu lze použít O tato metoda je možná, ale ne častá

X X O X

X X X X

X X O

X X X

X X X

X X X

X X X

X

X

X

X

X X X

X X X

X X X

X X X

X X O

X O O

X X X

X X X

Tlakové lití (studené)

Tlakové lití (horké)

X

Kontinuální lití

X X X X

Nízkotlaké lití

Polyuretan/isokyanát ST směs a ST směs s vodním sklem

Fenolická a furanová směs

Trvalé formy

Odstředivé lití

Litina Litina s lupínkovým grafitem Litina s kuličkovým grafitem Temperovaná litina Bílá litina

Skořepinová směs

Bentonitová směs

Netrvalé formy (jednorázové) Formovací metody

X X

X X

X X X O

X X

X O X X O

X X

X

X X

X X

X

X

Tabulka 4.19: Použitelnost různých typů forem [126, Technologisk,, 2000]


185

Kapitola 4

Bentonitové směsi Relativní náklady na kvalitu Relativní náklady na malý počet Hmotnost odlitku Nejtenčí odlití schopný průřez (mm) Typická tolerance rozměru, centimetry (mm) Konečný povrch Relativní mechanické vlastnosti Relativní snadnost návrhu komplexního odlitku Relativní snadnost změny návrhu výroby Rozsah slitin, které mohou být odlity

Odlévání do trvalých forem, kokil Nízké

Tlakové lití

Nízké

Chemicky tvrzené směsi Středně vysoké

Nejnižší

Středně vysoké

Vysoké

Nejvyšší

až do 1 tuny 0,25

Až do několika tun 0,25

50 kg 0,3

30 kg 0,08

0,03

0,02

0,07

0,02

Uspokojivě dobrý Dobré*

Uspokojivě dobrý Dobré*

Dobrý Dobré*

Nejlepší Velmi dobré

Uspokojivě dobrá

Dobrá

Uspokojivá

Dobrá

Nejlepší

Uspokojivá

Špatná

Nejhorší

Neomezený

Neomezený

Slitiny Cu a kovy s nižším bodem tavení

Přednost mají kovy na bázi hliníku s nižším bodem tavení

Nejnižší

* Mechanické vlastnosti mohou být upraveny tepelným zpracováním.

Tabulka 4. 20: Typické vlastnosti různých typů forem [42, US EPA, 1998] 4.3.2

Formování do formovací směsi pojené jílem (formování do bentonitové směsi)

4.3.2.1

Úprava směsi pojené jílem, mísení a chlazení ve vakuu

Popis Proces mísení a chlazení je spojen do jednoho procesního kroku. Toho se dosáhne provozem mísiče pod sníženým tlakem. Výsledkem postupu je chlazení řízeným vypařováním vody. Speciální mísič je hermeticky uzavřen, má tlakovou skříň a je spojen se systémem vakua. Nákres systému je na obrázku 4.6.


186

Kapitola 4

Obrázek 4.6: Zařízení na úpravu formovací směsi s vakuovým mísičem – chladičem [207, Drews, 1996] Při porovnání s běžným mísičem (obr. 2.28) nevyžaduje tento postup samostatný chladič a připojené příslušenství, zařízení je proto kompaktnější. Protože je celkový proud vzduchu redukován, má instalace tohoto mísiče menší centrální odlučovač. Spotřeba energie odlučovače činí 50 % o proti stejnému odlučovači u běžně používaného mísiče. Snížení proudu vzduchu vede ke snížení ztrát aktivního bentonitu a také k celkovému snížení spotřeby přísad. V uzavřeném provozu mísiče-chladiče není postup ovlivněn vnějšími klimatickými podmínkami. Použití páry bez přítomnosti vzduchu vede k rychlé aktivaci bentonitu. Výsledkem je rychlé dosažení optimální pevnosti v tlaku pro směs s pojivem. Voda se přidává ve dvou samostatných krocích: − voda ke zvlhčení vratné směsi a k dosažení vlhkosti upravené směsi − voda pro chlazení směsi odpařováním na požadovanou teplotu 38 – 40 °C. Nevýhodou systému je provoz a řízení vakuového systému. Proces také ovlivní technické vlastnosti směsi (např. pevnost v tahu a v tlaku, prodyšnost), které se snižují po 72 hodinách („efekt 72 hodin“). Tomu lze zabránit novým mísením po dobu asi 90 sekund. Dosažené přínosy pro životní prostředí Snížení celkového množství odsávané vzdušniny a snížený objem tuhých částic určených k likvidaci, dále snížená spotřeba pojiva při porovnání chlazení a mísení v konvenčních zařízeních. Systém spotřebuje méně energie. Účinky na ostatní média Nejsou známy.


187

Kapitola 4

Použitelnost Postup je použitelný v nových instalacích bentonitových směsí. Ekonomika Možnost použití je tam, kde je požadováno chlazení písku o kapacitě > 60 tun písku za hodinu. (Pozn. překladatele – zařízení je investičně a technicky náročné, ve srovnání s konvenčním zařízením.) Důvody pro použití Snížení tuhých částic určených k likvidaci a minimální spotřeba přísad vede k malému zastavovacímu prostoru. Příklady závodů V Japonsku je vakuové mísení a chlazení v provozu od roku 1993, s výstupem připraveného písku 100 m3/hodinu. Odkazy na literaturu [143, Inasmet and CTIF 2002], [207, Drews, 1996], [214, Gerl, 2003] 4.3.3

Formování a výroba jader z chemicky tvrzených směsí

4.3.3.1

Minimalizace spotřeby pojiva

Popis Minimalizace spotřeby chemikálií lze dosáhnout optimalizací řízení procesu a manipulací s materiálem. Posledně jmenovaná kategorie se projednává v sekci 4.1. V této sekci se projednávají opatření procesu. Nadměrné používání pojiva pro kompenzaci špatného řízení procesu je nejběžnější způsob, kterým se plýtvá chemickými pojivy. Například klíčové parametry, které se vztahují k dobrému řízení pojiv, obsahují: − kvalita ostřiva − použití kvalitního ostřiva, které je konzistentní, s pojivovým systémem, dobré řízení skladování ostřiva a jeho zkoušení (čistota, velikost zrna, tvar, vlhkost) jsou nejdůležitějšími faktory, nízký obsah jemných podílů a maximální množství použitého ostřiva sníží množství potřebného pojiva − řízení teploty − teplota ostřiva musí být udržována v úzkém rozmezí, s pravidelnou kontrolou a nastaveným množstvím vytvrzovacích přísad, umístění ohřívače ostřiva co nejblíže k místu kontroly teploty v mísiči − údržba a čistění mísiče − kvalita forem − kontrola, řešení a předcházení chybám při formování − podíl přísad − vhodné přidání přísad závisí na typu pojiva, povrchu ostřiva a velikosti odlitku − provoz mísiče − optimalizace výkonu mísiče zahrnuje monitorování a kontrolu jeho provozu. Tabulka 4.21 ukazuje proměnné procesu mísení, které lze měřit použitím snadno dostupných přístrojů. Kontrola se systémem hlášení závady dovoluje, aby byl provozovatel upozorněn, že proces je „mimo specifikaci“. Po hlášení závady je nutné vyčistění, údržba a opětovná kalibrace před spuštěním provozu.


188

Kapitola 4

Proměnné procesu Tok směsi

Teplota směsi

Spotřeba energie Rychlost toku tvrdidla a pojiva

Provozní hodiny

Komentáře Přístroje Může kolísat díky obtížím u Průtokoměr vypouštěcích dvířek, které mohou snížit, nebo zastavit tok směsi, nebo opotřebovaná či nefunkční zarážka může mít za následek rychlejší tok směsi Určuje rychlost vytvrzování a množství, Čidlo teploty může být použito pro nebo typ požadovaného tvrdidla řízení tvrdidla nebo řízení teploty ostřiva Zjišťuje čistotu mísiče Snímač zatížení motoru Může kolísat jako důsledek Tlak kapalin v průtokoměrech apod. opotřebeného čerpadla, změny viskozity s teplotou, nebo odpory v potrubí, v tryskách a ventilech atd. Užitečné pro odhad výkonu proti kapitálovým nákladům a nákladům na údržbu.

Tabulka 4.21: Proměnné procesu a jejich indikace u mísiče [71, ETSU, 1998] Pro slévárny, které vyžadují větší sofistikaci, je dostupný celý rozsah plně automatizovaných systémů. Tyto systémy jsou založené na mikroprocesorech (počítačích) pro řízení úpravy směsi a vyžadují pouze omezený zásah operátora. Přínosy automatických řídicích systémů spočívají hlavně ve snížení závislosti na operátorovi, rychlejší změně podmínek výroby nebo opravě mísiče. Lze toho také dosáhnout bez zastavení výroby. Dosažené přínosy pro životní prostředí Optimalizuje se dávkování pojiva a tvrdidla minimalizací spotřeby chemických přísad. Těkavé organické složky představují přibližně 50 − 60 % hmotnosti složek pojiva a tvrdidla. Množství závisí na typu pojiva. Většinou jsou emitovány během míchání směsi a během lití kovu. Výsledkem snížení použitého pojiva je korespondující snížení emisí VOC. Účinky na ostatní média Nejsou známy. Provozní údaje Ve většině případů lze dosáhnout snížení spotřeby 5 % pojiva a 1 % zmetkových forem snadno, a to moderními řídicími systémy mísiče. Mnoho sléváren dosáhlo úspor, které byly podstatně vyšší. Snížení přídavku pojiva o 5 až 25 % bylo nahlášeno z různých sléváren, právě tak jako téměř úplné odstranění zmetkových forem. Instalace automatických řídicích systémů ve slévárně litiny používající ST směsi (samotvrdnoucí směsi) vytvrzené za studena dovoluje slévárně snížit přísadu pryskyřice z 10 kg/minutu (1,22 % pryskyřice na váhu směsi) na 8,89 kg/minutu (1,09 %), což koresponduje s 10 % úsporou katalyzátoru. Počet zmetkových forem se snížil na 60 % a úspora nákladů dosáhla více než 37 000 liber šterlinků za rok (1995 ceny z VB). Použitelnost Postup se používá ve všech nových a stávajících slévárnách, které používají chemicky tvrdnoucí směsi za studena (ST směsi). Zařízení na monitorování procesu míchání může být i při existujících zařízeních zlepšeno.


189

Kapitola 4

Ekonomika Přísada pojiva na tunu upravené směsi činí jen 1 – 3 % váhy, ale v podmínkách nákladů představují pojiva 30 – 60 % celkových nákladů na suroviny. Bylo odhadnuto, že 5 – 10 % úspor lze dosáhnout lepším řízením materiálů pojiv. Při zahrnutí všech zařízení navržených v tabulce 4.21 činí náklady na systém mísičů 10 000 GBP (ceny v VB roku 1997). Kvůli podstatnému zlepšení v procesu řízení má však tato kapitálová investice relativně krátkou návratnost. Ačkoliv náklady instalace automatického řídicího systému jsou přibližně dvojnásobné než pro jednoduché monitorování on-line, je možné dosáhnout podstatné úspory nákladů. Příklad ekonomických údajů je dán v tabulce 4.22. Tyto údaje se vztahují ke slévárně litiny, jak jsou popsány v záhlaví provozních údajů tohoto oddílu. Typ nákladu Úspora ze snížení 60 % zmetkových forem Úspora ze snížení 10 % pryskyřice Úspora ze snížení 10 % katalyzátoru Celková úspora materiálových nákladů Roční provozní náklady Odhad ročních nákladů na údržbu Čistá úspora nákladů Nákupní náklady na jednotku Doba návratnosti

EUR 6 416 29 996 9 050 45 433 320 24 45 088 24 166 7 měsíců

Tabulka 4.22: Příklad ročních úspor, nákladů a návratnost investice zařízení pro řízení mísiče (ceny roku 1995) [75, ETSU, 1996] Důvody pro použití Optimalizace provozních nákladů a minimalizace emisí VOC. Příklady závodů Kvalitní opatření, která se týkají úspory pojiv a jsou zavedena ve většině sléváren používajích chemicky tvrzenou směs. Odkazy na literaturu [71, ETSU, 1998], [75, ETSU, 1996], [202,TWG, 2002], [225, TWG, 2003] 4.3.3.2

Minimalizace ztrát forem a jader

Popis Moderní stroje na výrobu forem a jader dovolují, aby byly různé výrobní parametry uloženy do databáze stroje. To umožňuje snadnou změnu výroby formy nebo jádra na další odlitek, bez ztráty času a materiálů, hledáním správných parametrů a jednodušší metody zkoušek. Pro nové formy a jádra může být použito nastavení parametrů a seřízení strojů na podobné formy a jádra, čímž se zkrátí doba optimalizace. Dosažené přínosy pro životní prostředí Sníží se množství odpadní směsi a energie minimalizací zkušebního provozu. Účinky na ostatní média Nejsou známy.


190

Kapitola 4

Použitelnost Výroba v malých sériích s vysokým výkonem výroby. Bezchybná změna vyžadující dobré řízení a kontinuální kvalitu směsi. Ekonomika Investiční náklady na vstřelovačky jader závisí na objemu jádra, pohybují se v rozsahu od 150 000 EUR (5 litrů) do 400 000 EUR (100 litrů). Roční provozní náklady činí 5-10 % investičních nákladů. Důvody pro použití Optimalizace procesů, které vyžadují častou změnu jádra nebo formy. Příklady závodů Tato technologie je používána v několika evropských slévárnách. Odkazy na literaturu

[110, Vito, 2001] 4.3.3.3 směsi)

Nejlepší postup pro procesy chemicky tvrzené směsi za studena (samotvrdnoucí

•

fenolické směsi − teplota směsi se udržuje pokud možno konstantní a dost nízká, a to kolem 15 až 25 °C, aby se předešlo emisím způsobeným vypařováním; přímý kontakt mezi pryskyřicí (pojivem) a katalyzátorem je třeba vyloučit, protože reakce je exotermická a může být prudká

•

furanové směsi − teplota směsi je pro tento proces velice důležitá, je udržována pokud možno kolem 15 až 25 °C; aby se řídil čas vytvrzování pojiva a minimalizovalo se přidání katalyzátoru, jeho přímý kontakt mezi pryskyřicí (pojivem) a katalyzátorem je třeba vyloučit, protože reakce je exotermická a může být prudká

•

polyuretanové směsi (fenolický izokyanát) − teplota směsi se udržuje mezi 15 až 25 °C, aby se udržovalo řízení procesu a minimalizovaly se emise; nejlepší praktikou je první předmíchání katalyzátoru s fenolickou pryskyřicí, potom se přidá tato směs do směsi ostřiva s isokyanátem [202, TWG, 2002]

•

rezol-esterové směsi (alkalický fenol tvrzený esterem) − teplota směsi je řízena a udržována na optimální úrovni 15 – 35 °C, postup je méně citlivý na kolísání teplot než jiné samotvrdnoucí systémy, rychlost tvrzení se řídí volbou typu tvrdidla [225, TWG, 2003]

•

ester silikátové směsi - teplota směsi je řízena v rozsahu 15 − 25 °C, protože formy a jádra jsou navlhlá, musí se použít co nejdříve po získání potřebné pevnosti.

4.3.3.4

Nejlepší postup pro chemicky tvrzené směsi vytvrzované plynem •

Cold-box - páry aminu je třeba zachytit přímo u jádrařského stroje, jakýkoliv přebytek aminu je zachycen jaderníkem; je důležité kontrolovat větrání skladu jader; pokud je to možné, formovací a jádrařské stroje mají být zakrytovány i jádra mají být ve skladu zakrytována; spotřeba aminů má být minimalizována v rozsahu, který se rovná svou spotřebou výrobě pískových jader; náklady na suroviny a jejich úpravu jsou vysoké, minimalizaci spotřeby aminu se napomáhá optimalizací rozvádění aminu v jaderníku, a to simulací a optimalizací průtoku plynu [202,TWG, 2002]; teplota směsi má být udržována pokud možno konstantní, a to mezi 20 až 25 °C; příliš nízká teplota může znamenat delší čas profukování plynu, což vede k větší spotřebě aminu; příliš vysoká


191

Kapitola 4

•

• •

•

4.3.3.5

teplota rychle snižuje životnost upravené směsi; voda je v tomto procesu škodlivá, vlhkost směsi musí být udržována pod 0,1 % a vypuzuje se suchým plynem Poznámka: Aminy jsou v některých poměrech se vzduchem hořlavé a explozivní. Skladování a manipulace s nimi vyžaduje značnou opatrnost a po celou dobu musí být zachovávány instrukce dodavatele. rezol-ester (alkalicky fenolický rezol tvrzený metylformiátem) − je nutné větrat pracoviště, aby se předešlo jakémukoliv nebezpečí požáru; spotřeba metylformiátu má být minimalizována do rozsahu, který se svou spotřebou rovná potřebě výroby jader, teplota směsi má být udržována vyšší než 20 °C, aby se předešlo kondenzaci metylformiátu, výpary metylformiátu jsou totiž těžší než vzduch a tuto skutečnost je třeba vzít na vědomí při navrhování odsávacího zařízení Poznámka : Metylformiát je hořlavý při koncentraci ve vzduchu 6 – 20 % a je v některých poměrech se vzduchem explozivní. Při skladování a manipulaci s ním se vyžaduje značná péče a instrukce dodavatele musí být po celou dobu dodržovány. rezol CO2 − pryskyřice má nízký obsah nezreagovaného fenolu a formaldehydu, hodnoty jejich emisí jsou i v průběhu vylučování plynu a čištění jaderníků velice nízké, doporučuje se větrat pracovní prostor fenoly nebo furan tvrzený SO2 − pracoviště musí být větráno, jádrařské stroje musí být úplně zakryty a odsávány; shromážděné plyny je nutno před emisí upravit, k tomuto účelu se používají pračky, které obsahují roztok hydroxidu sodného; koncentrace pracího roztoku a jeho pH musí být nepřetržitě kontrolovány, prací roztok musí být měněn pro odstranění koncentrovaných solí a likvidován jako nebezpečný odpad; spotřeba oxidu siřičitého má být minimalizována do rozsahu, který se svou spotřebou rovná potřebě výroby jader; za normálních podmínek trvá cyklus vypuzování plynu profukováním 10krát déle než cyklus vhánění plynu epoxy/akrylát vytvrzovaný SO2 (vytvrzování volnými radikály) − vhánění a vypuzování plynu, sběr a úpravy splodin reakce jsou popsány v sekci o vytvrzování furanových pryskyřic; nejlepší podmínky pro vhánění plynu pro dosažení jader s dobrými vlastnostmi jsou: o ostřivo má být před použitím vysušeno o vstřelovací, nebo vháněný vzduch má být také vysušen o koncentrace SO2 v CO2, nebo v dusíku je normálně 5 % o cyklus proplachování trvá 10krát déle než cyklus vhánění plynu. Náhrada nátěrů na bázi alkoholu za nátěry na bázi vody

Popis Nátěry se používají na povrch forem a jader pro vytvoření žáruvzdorné vrstvy na rozhraní forma-kov pro dosažení dobrého vzhledu odlitku. Nátěry slouží ke snížení výskytu výronků, erozí, defektů z penetrace a také ke snížení dokončovacích operací. Hlavní složkou nátěrů na bázi alkoholu je izopropylalkohol. Nátěr se vysušuje vypařováním, nebo zapálením ředidla. To vytváří emise VOC. Nátěry na bázi vody byly vyvinuty jako jejich alternativa.


192

Kapitola 4

Výhody vodných nátěrů jsou: • bezpečnost (žádné riziko ohně) • zdraví dělníků (nižší expozice organických par) • snížené náklady na ředidla (voda versus alkohol) • většinou lepší povrchová úprava odlitků. Obtíže s implementací jsou: • potřeba delšího času procesu a prostoru, neboť jádra potřebují delší čas sušení, nebo je dokonce nutnévyužít sušicí linka, průchozí sušicí pece apod. • změna procesu vyžaduje případ od případu optimalizační periodu • bujení bakterií způsobuje krátkou životnost nátěru (1 – 2 týdny) a způsobuje zápach • náklady na opakované schvalování specifickými zákazníky, kteří dodávají své výrobky pro letectví a pro vojenské účely. Nátěry na bázi vody mohou být sušeny okolním vzduchem, sušicí pecí, mikrovlnou pecí, nebo pecí s infračerveným zářením. Vodní nátěry zpravidla vyžadují delší dobu sušení ve srovnání s nátěry na bázi alkoholu. Sušením vznikají škodlivé emise, které mohou i zapáchat. Sušení jader je možné za použití sušicí linky. Ta dopravuje jádro od výroby jader ke skládání formy, a tím je dodržena nezbytná doba sušení. Doprava jader také může procházet přes sušicí linku. Mikrovlnné a infračervené sušení je využíváno u menších sérií. Různé reologické vlastnosti vodných nátěrů ve srovnání s nátěry na bázi ředidel nezbytně vyžadují vývoj nových postupů použití. Ty pak dovolují konstantní kvalitu nátěru. Přínosy pro životní prostředí Studie cyklu životnosti (odcházejících látek) vyhodnotila výsledky nátěrů na bázi vody a na bázi alkoholu. Použití nátěrů na bázi vody se sušením na okolním vzduchu ukazuje jasné přínosy životnímu prostředí, zejména z důvodu snížených emisí VOC a nízkého užití energie. Při použití sušicí pece vznikají spaliny a je zvýšena spotřeba energie. Celkový dopad na životní prostředí při použití a spalování izopropylalkoholu je malý. Účinky na ostatní média Vodné nátěry obsahují množství (organických) chemikálií pro zlepšení vlastností. To může ovlivnit emise při vytloukání. Výsledkem sušení vodných nátěrů je zvýšená prchavost ředidel pojiv, což může způsobit zvýšení emisí pachů z důvodu vypařování ředidel jader obsahujících BTX . Nátěry na bázi vody vyžadují větší množství energie při dopravě ve výrobních linkách (během sušení na vzduchu) a při sušení v peci. Výsledkem sušení okolním vzduchem může být snížení teploty vzduchu ve slévárně. V holandské slévárně bylo zaznamenáno celkové snížení okolní teploty o 2 °C. Důsledkem pak je zvýšení spotřeby paliva pro topení během zimních měsíců. Provozní údaje Výměna nátěrů na bázi alkoholu za nátěry na bázi vody nachází ve slévárnách široké uplatnění. Automobilní slévárny změnily většinu své produkce na vodní nátěry a nátěry na bázi ředitel ponechaly pouze pro specifická použití (viz použitelnost). Provozní údaje jsme obdrželi z holandské slévárny. Při sušení na okolním vzduchu je rychlost vzduchu hlavním faktorem sušení (spíše než teplota nebo vlhkost), pro dostatečnou rychlost proudění vzduchu nad jádry nebo formami byly ve slévárně instalovány ventilátory. K dosažení dobré a konstantní kvality byl snížen obsah jemných podílů v regenerátu pro výrobu jader. Nátěry na bázi


193

Kapitola 4 vody způsobovaly bobtnání zbytkových jemných podílů (bentonit a uhelný prach), což vedlo k defektům jader. Provozní údaje jsme obdrželi také ze slévárny ve Francii, která provozuje pec s kapacitou 540 jader Cold- box, jež je vytápěna hořákem na zemní plyn. Pro odstranění dýmů a pro dodávku čerstvého vzduchu se používají dva ventilátory. Teplota horkého vzduchu je 165 °C. Tepelná rovnováha byla nastavena na základě měření 0,4 kg jader s vlhkostí 5,5 %. Rovnováha je dána na obr. 4.7, používá se pro výkon 390 jader, což je 72% využití plné kapacity.

Obrázek 4.7: Tepelná rovnováha pece pro sušení jader, pracující při 72 % kapacity [143, Inasmet, 2002] Rovnováha ukazuje, že se účinnosti sušení menší než 10 % ztratí 50 % energie, která se přivede pro sušení jader. Rovnováha dává spotřebu 8,5 kWh na jeden kg odpařené vody, což koresponduje se 465 kWh na tunu jader s výstupem 156 kg/hodinu. Pokud sušicí pec pracuje s nižším využitím své kapacity, ztráty se dále zvyšují. Podobná měření v jiné slévárně potvrdila vysoké ztráty (> 50 %) a nízkou účinnost přivedené energie (< 10%). Energetickou účinnost lze zvýšit použitím mikrovlnného sušení. Toto bude diskutováno v sekci 4.3.3.6. Použitelnost Ředidla na bázi vody mohou být použita ve většině případů, ale nátěry na bázi alkoholu nemohou být nahrazeny v některých specifických aplikacích, a budou se stále používat: − pro velké složité formy nebo jádra, je problémem sušení v obtížném pronikání sušicího vzduchu − pro směsi pojené vodním sklem − při lití Mg: voda tvoří Mg(OH)2, a tak působí technické problémy − při výrobě manganové oceli s nátěrem MgO. Použití nátěrů na bázi vody se používá pro nové i existující velkosériové slévárny, někdy mohou být překážkou technické nebo ekonomické faktory. Ekonomika Investiční náklady závisí na několika faktorech, jako je vhodný prostor pro sušicí linku ve slévárně, výběr technologie sušení a potřebná adaptace na pískovou směs.


194

Kapitola 4

Zavedení nátěrů na bázi vody pro 70 % produkce jader v holandské slévárně litiny (sušení okolním vzduchem) si vyžádalo celkovou investici 71 000 EUR. To zahrnuje instalaci ventilátorů a optimalizaci kvality směsi. Snížení emisí IPA o 113 tun /rok odpovídá s 88,50 EUR/tunu snížených emisí IPA. Provozní náklady 9 000 EUR/rok zahrnují zvýšenou kontrolu nátěrů a jader (viskozita, tloušťka vrstvy, obsah vody, kvalita výrobku). Sušení 1 tuny nátěru spotřebuje 2 100 kWh energie. Vedlejší přínosy ekonomické povahy spočívají ve snížení nákladů pro nákup ředidla. Pro větší slévárny existují příklady, kde se investice do systému nátěrů na bázi vody zaplatila během dvou let, pouze na základě snížených nákladů na nákup alkoholu. Provozní náklad na sušení je 0,01 EUR /kg směsi (slévárna neželezných kovů, Francie). Důvody pro použití Tlaky od autorit, které zvyšují pozornost vůči emisím organických látek. Příklady závodů PSA Sept-Fons (F) Fonderie Bréa, Montlucon (F) De Globe b.v., Weert (NL) Odkazy na literaturu [129, infoMil, 1999], [143, Inasmet a CTIF, 2002], [149, Beauvais, and Chopin, 2001] 4.3.3.6

Mikrovlnné sušení nátěrů na bázi vody

Popis Nátěry na bázi vody vyžadují úpravu sušením. Použití mikrovlnných pecí pro tento účel má provozní výhodu oproti použití ofukování okolním vzduchem, nebo sušení ohřátým vzduchem. Sušičky používají mikrovlny o frekvenci 2 450 MHz a mají následující vlastnosti: • dobrá selektivita přenosu energie: energie mikrovln se přenáší přednostně do molekul vody, spíše než do materiálu směsi, to způsobuje přednostní a homogenní sušení povrchu, dokonce pro složitá jádra • mechanizmus sušení zajišťuje samokontrolu homogenizace vlhkosti materiálu • rychlé sušení: rychlost sušení závisí na použitém příkonu; výsledkem velké rychlosti sušení je omezení kontaktu vody s jádrem a dobrá mechanická stabilita jader. Mikrovlnné sušení představuje problémy v následujících případech: - různorodá vsázka jader pece (s rozdílnou hmotností jádra) - použití jader s kovovými výztuhami - nestejnorodé sušení silnějších částí nátěru - nebezpečí deformace celých jader. Přínosy pro životní prostředí Zvýší se energetická účinnost procesu sušení. Účinky na ostatní média Mikrovlnné sušení také přináší polymerizační reakce, jež redukují plynné emise v následných krocích slévárenského procesu (lití, chlazení, vytřásání). Provozní údaje Mikrovlnné sušení nebylo v průmyslovém měřítku použito, ačkoliv byly provedeny průmyslové testy ve velkém měřítku. Výsledky těchto testů jsou uvedeny níže. Jedna testovací kampaň běžela za použití


195

Kapitola 4 50kW mikrovlnné pece. Pec byla zatížena na 50 % své kapacity se zavážkou 800 kg jader. Jádra byla umístěna na plastových podnosech, které se mikrovlnami neohřívají. Tepelná bilance je dána na obrázku 4.8. Ukazuje, že více než 30 % vstupní energie se používá pro sušení. Jádra jsou dále pouze slabě vyhřátá (teplota na výstupu je 40 °C), což dovoluje okamžitou manipulaci s nimi. Údaje ze dvou kampaní jsou dány v tabulce 4.23 a jsou porovnány s analogickými zkouškami u horkovzdušných pecí (jak je diskutováno v 4.3.3.5).

Obrázek 4.8.: Tepelná bilance mikrovlnného sušení jader, pro 50kW pec pracující při 50 % kapacitě [143, Inasmet, 2002] Typ pece Zatížení jádry Vlhkost Dodávka tepelné energie Trvání Specifická spotřeba na kg odpařené vody Specifická spotřeba na tunu vlhkých jader

Slévárna 1 Horkovzdušná 156 kg/h 5,5 % 73 kW

Slévárna 2 Horkovzdušná 270 kg/h 2,7% 70 kW

Slévárna 3 Mikrovlnná 800 kg/h 2,7 % 50 kW

Slévárna 4 Mikrovlnná 500 − 900 kg/h 2,0 − 3,2 % 40 kW

48 min. 8,5 kWh

113 min. 9,3 kWh

8 min. 2,3 kWh

8 min. 2 kWh

465 kWh

280 kWh

63 kWh

−

Tabulka 4.23.: Výsledky testovacích kampaní sušení jader při použití horkovzdušné pece a mikrovlnné pece [143, Inasmet, 2002] Údaje ukazují, že doba sušení v mikrovlnné peci je podstatně snížena z 1 až 2 hodin na méně než 10 minut. Spotřeba energie je snížena faktorem 4-5, přičemž se výkon pece zvýšil. Použitelnost Tento postup je použitelný pro sušení všech nátěrů na bázi vody. Dovoluje aplikovat nátěry na bázi vody i pro komplikovanější tvary jader a menší série. Ekonomika Mikrovlnné sušení představuje vysoké investiční náklady. Skutečná investice je úměrná k požadavkům na energii, což koresponduje s množstvím vody, která se má vypařit. Vysoká investice je částečně zpětně vyvážena:


196

Kapitola 4 • • •

vyšší energetickou účinností proti jiným sušičkám, kde se používá spíše elektřina než plyn v horkém vzduchu pece snížené náklady na ředidlo pro nátěry na bázi vody proti nátěrům na bázi organických ředidel snížené náklady na údržbu z důvodu kompaktnější instalace ve srovnáním s použitím horkovzdušné linky pro sušení, nebo chlazení.

Důvody pro použití Tlak autorit se zvýšeným zájmem o emise organických látek a vyšší energetickou účinnost. Příklady závodů Tato technologie je používána ve slévárnách ve Francii a Španělsku. Odkazy na literaturu [143, Inasmet, 2002], [225, TWG, 2003] 4.3.3.7

Použití nearomatických rozpouštědel pro výrobu jader cold-box

Popis Klasické systémy Cold-box používají organická rozpouštědla. Ta způsobují uvolňování škodlivých a páchnoucích VOC během výroby jader a jejich skladování. Emise VOC (benzen, toluen, xylen) se dále objevují během lití, chladnutí a vytřásání. Alternativní rozpouštědla pro výrobu jader Cold-box jsou založena na proteinu, živočišném tuku (tj. rostlinných olejových metylesterech), nebo na silikátových esterech. Tato rozpouštědla nejsou zdravotně škodlivá, nejsou hořlavá, proto je snadnější jejich doprava a skladování. Nízká těkavost metylesterů rostlinných olejů zvyšuje schopnost skladování ve vlhké atmosféře a přetrvává při použití nátěrů na bázi vody. Výsledná jádra mají vyšší pevnost, nižší lepivost směsi, mají dobré vlastnosti při vytloukání. Přínosy pro životní prostředí Díky vysokému bodu varu (asi 300 °C) nelze uvažovat žádné vypařování, a proto edocháí během skladování k žádnému úniku emisí pachu rozpouštědla. Emise VOC jsou sníženy během výroby jader i jejich skladování i (což je důležitější) během lití, chlazení a vytloukání. Účinky na ostatní média Rozpouštědla na rostlinné bázi způsobují vznik dýmu během lití a v případě kokily po jejím otevření. To je způsobeno nízkým vypařováním a následně vysokým obsahem zbytkového rozpouštědla po lití. Tento účinek se nevyskytne při použití ředidla na bázi esteru křemičitanu. Rozpouštědla na bázi proteinů a živočišného tuku způsobují výrazný zápach. Bylo zjištěno, že způsobují problémy se zápachem uvnitř slévárny. Provozní údaje Tabulka 4.24 ukazuje provozní hodnoty emisí pro benzen, toluen, xylen a fenol, jak byly naměřeny ve slévárně hliníku při lití do bentonitových směsí. Měření byla prováděna jak na vytloukacím roštu, tak i v komíně odsávaného vzduchu. Údaje jsou dány pro tradiční systém Cold-box a pro systém používající rostlinný olej na bázi rozpouštědel. Bylo pozorováno čisté snížení emisí BTX a C (25 − 50 % emisí v komíně).


197

Kapitola 4

Složka Benzen Toluen Xylen Fenol Celkem C

Aromatická (mg/m3) 0,08 0,12 0,09 14,8 61,0

Při vytloukání Rostlinná (mg/m3) 0,05 0,05 0,04 14,6 29,5

Rozdíl (%) -44 -58 -56 -2 -52

Aromatická (mg/m3) 0,1 0,08 0,09 7,2 37,0

Výduch v komíně Rostlinná (mg/m3) 0,07 0,06 0,05 6,57 18,5

Rozdíl (%) -30 -25 -41 -9 -50

Tabulka 4.24: Údaje emisí pro systém cold-box ve slévárně hliníku, měřeno na vytloukacím roštu a ve výduchu v komíně [189, Hüttenes-Albertus, 2002] Výsledky měření emisí v německé slévárně litiny jsou uvedeny v tabulce 4.25. V tabulce jsou uvedeny měřené emise každé složky vztahující se k emisi stejné složky na aromatické bázi. Např. emise toluenu při dochlazování vratné směsi činí pouze 58 % emisí toluenu pro aromatický systém. Tabulka ukazuje jasné snížení emisí VOC při dochlazování a vytloukání. Benzen Toluen Xylen Fenol Lití a chladnutí 1 83 100 100 100 Dochlazování 78,5 58 46 74 Vytloukání 78 78 78 12 Emisní údaje vyjádřené v % vztažené k emisi systému na aromatické bázi (stanoveno při 100% pro každé měření)

Tabulka 4.25: Emise (v %) vybraných složek systému cold-box na rostlinné bázi [216, Hobelsberger, et al., 1997] Celkové snížení toku hmoty specifikovaných složek bylo: − benzen: -21 % − toluen: -21 % − xylen: -30 % − fenol: -62 %. Přehled měření celkových emisí uhlíku po celý proces slévárny je dán na obrázku 4.9. Údaje ukazují, že rozpouštědla na rostlinné bázi jsou částečně výsledkem přesunu emisí z jaderny do oblasti dokončování odlitku. Nicméně bylo dosaženo celkového snížení o 17 %.


198

Kapitola 4

Obrázek 4.9: Emise uhlíku celkem v různých krocích procesu, s použitím rozpouštědel rostlinné a aromatické báze (hodnoty v % vyjadřují porovnání emisí , aromatické emise = 100 %) [216, Hobelsberger, et al., 1997] Použitelnost Nearomatická rozpouštědla mohou být využita ve všech procesech používajících metodu cold-box. Postup byl všeobecně zaveden ve slévárnách automobilových odlitků, odlitků pro strojírenství, stavebnictví a průmysl elektroniky, jak ve slévárnách slitin železných, tak i neželezných kovů. Ekonomika Údaje z italské slévárenské společnosti uvádějí, že nearomatická rozpouštědla mají dvojnásobné náklady vzhledem k aromatickému ekvivalentu, např. 0,82 EUR/kg pro rozpouštědla na rostlinné bázi, proti 0,336 − 0,48 EUR/kg. Provozní údaje ze sléváren litin s velkosériovou výrobou ukazují, že se ceny pojiv pro aromatický cold-box pohybovaly kolem 2 EUR/kg (2001) a zvýšily se asi o 30 % po přechodu na nearomatický systém. Po jednom roce (2003) se cena opět snížila, ale na úroveň 10 % nad cenou tradičního systému. Důvody pro použití Sníží se emise VOC a zápachu. Příklady závodů Tato technologie je používána slévárnami s hromadnou výrobou v Německu. Odkazy na literaturu [143, Inasmet a CTIF, 2002], [189, Hüttenes-Albertus, 2002], [202, TWG, 2002], [216, Hobelsberger, et al., 1997], [225, TWG, 2003]


199

Kapitola 4

4.3.4

Alternativní postupy výroby forem a jader

4.3.4.1

Odlévání na spalitelný model metodou Lost Foam

Popis Obecné principy lití na spalitelný model metodou Lost Foam byly popsány v sekci 2.5.7.1. Z důvodu absence pojiva produkuje postup snížené množství pevného odpadu a emisí ve srovnání s metodou lití do pískových forem. Postup dovoluje výrobu kusů s užší tolerancí, s menší soustavu vtoků a nálitků, lepší charakteristikou odlitku. Výsledkem je kratší doba opracování a čištění. Slévárny pracující metodou Lost Foam mají provoz pro výrobu modelů z pěnového polystyrenu, tavírnu a licí pole. Nemají velkou jadernu a provoz pro dokončování odlitků. Provoz na výrobu modelů disponují stroji na zafouknutí kuliček polystyrenu, parními generátory a sušárnou. Modely Lost Foam jsou vyrobeny ze zpěněného polystyrenu (EPS), nebo PMM s malým množstvím pentanu, lepidla a minerálního nátěru. Protože jak EPS, tak pentan jsou čisté uhlovodíky, vznikají organické uhlíky při pyrolýze modelu. Aby se minimalizovaly emise organického rozkladu produktů EPS, provádí se dodatečné spalování kouřových plynů. Výsledkem postupu, který obsahuje nevázaný písek, jenž může být interně znovu použit bez velké úpravy, jsou odpovídající emise po lití a vytloukání. Výsledkem pyrolýzy EPS je pomalá tvorba organických materiálů v písku. Tomu se lze vyhnout odprášením a částečnou obnovou písku v oběhu. Pro udržení kvality písku je dostačující 5% oživení. Odebraný písek může být pro opakovanou potřebu tepelně regenerován. Přínosy pro životní prostředí Postup nevykazuje emise, které jsou spojené s generací pojiva, protože se používá písek (křemenný) bez pojiva. Nicméně výsledkem pyrolýzy EPS nebo PMMA jsou produkty organického rozpadu, které musí být dodatečně spáleny. Použití energie v procesu Lost Foam je podstatně nižší než u konvenčních metod lití, především pro sníženou spotřebu energie u operací pro odlití, tavení a úpravu písku. Výroba jader pro konvenční formovací metody je relativně energeticky náročnější než pro výrobu pěnového modelu. Analýzy LCA potvrdily, že pro odlitky s velkým množstvím jader jsou přínosy pro životní prostředí, jak je uvedeno výše, lepší než u odlitků litých do formovacích směsí. Pro jednoduché odlitky (např. víka) není lepší proces. Účinky na ostatní média Postupy představují snížení spotřeby energie při výrobě formy a při lití. Odsávané plyny obsahují zvýšené hodnoty BTEX a formaldehydu. Emise se vyskytují pouze během lití, a mohou tak být lépe zachyceny a upraveny. Postup produkuje snížené množství zbytkového písku a tuhých částic a písek může být snadněji regenerován (zkrácená tepelná úprava). Stanovení LCA (při zahrnutí procesů za hranicemi slévárny) poukazuje na nižší celkový dopad na životní prostředí pro výrobu odlitků s jádry. Provozní údaje Emisní údaje a údaje o odpadech z výroby byly pojednány v sekci 3.9.6.1. Výsledkem postupu je nižší produkce odpadů ve srovnání se slévárnou používající formovací směsi stejné kapacity. Spaliny potřebují intenzivnější čištění (dodatečné spalování) a (dodatečné čištění). Výsledkem jsou vyšší emise organických složek (BTEX, formaldehyd) v komíně.


200

Kapitola 4

Srovnání spotřeby materiálů pro výrobu obdobné skříně kompresoru ve slévárně používající odlévání do formovací směsi a metodu Lost Foam jsou uvedeny v tabulce 4.26. Ta ukazuje vyšší množství vratného materiálu ve vsázce a nižší hmotnost odlitku. Pro Lost Foam se celkové množství písku zvýšilo i bez použití jader. Vstupní materiál

Bentonitová směs

Litina Slévárenský vrat Hmotnost odlitku Formovací směs Jádrová směs Hmotnost pěnového modelu + plnidla

98,0 30,0 68,0 256,8 122,0 n.a.

Chemicky tvrzená směs 98,0 30,0 68,0 233,0 150,7 n.a.

Lost Foam 96,1 38,1 58 1 101,4 n.a 0,212

Všechny údaje v kg n.a.: nepoužito

Tabulka 4.26: Srovnání spotřeby materiálů pro výrobu podobného odlitku kompresoru z litiny s lupínkovým grafitem použitím různých metod [130, Wilde and ten Houten, 1999] Použitelnost Tento postup se používá v sériové výrobě malých a středních výrobků ve slévárnách slitin železných i neželezných kovů. Maximální velikost odlitku je 1 000 x 1 000 x 500 mm. Postup se zavádí většinou ve slévárnách hliníku, kde se podílí 2 % na výrobě odlitků. Protože postup znamená základní změnu v postupu výroby formy a infrastruktury, jde o instalaci nových zařízení. Ve stávajících slévárnách to vyžaduje změnu slévárenského procesu s ohledem na formování, lití, dokončovací operace a posouzení těchto stupňů výroby pro každý vyráběný odlitek. Zavedení metody Lost Foam pro daný odlitek vyžaduje nové investice, pracovní síly, nezbytný čas a flexibilitu, stejně tak jako spolupráci se zákazníkem. Ekonomika Ekonomické údaje pro instalaci metody Lost Foam ve slévárně slitin hliníku jsou dány v tabulce 4.27. Investiční náklady zahrnují vybavení, instalaci, zaškolování pracovníků a uvedení instalace do provozu. Investiční náklady Zařízení na výrobu modelu

Licí zařízení Čištění odtahových plynů Úprava písku Celkem

Popis Stroj pro výrobu modelu Parní generátor Zařízení pro nanášení nátěrů Automatický licí stroj Suchý odlučovač Tepelná regenerace Prosévání, chlazení, doprava Investice, instalace, najetí na provoz, školení

EUR 1 300 000

2 540 000 608 000 160 000 4 608 000

Tabulka 4.27: Ekonomické údaje pro slévárnu slitin hliníku požívající metodu Lost Foam [96, Spillner, 1997] Důvody pro použití Sníží se odpad z písku i spotřeba energie. Příklady závodů Bylo zjištěno několik příkladů sléváren v Německu a ve Francii.


201

Kapitola 4

Odkazy na literaturu Litina: [130, de Wilde and ten Houten 1999] hliník: [96, Spillner, 1997], [143, Inasmet and CTIF, 2002] 4.3.4.2

Formování na spalitelný model s keramickou skořepinou (Replicast)

Popis Formování do keramické skořepiny je patentovaný proces (Replicast), ve kterém je polystyrénový model pokryt keramickou skořepinou (tloušťky 2 – 3 mm) na bázi etylsilikátu a žáruvzdorného ostřiva. Skořepina je vytvrzena pomocí čpavku a sintrována při 1 000 °C. Sintrování vytvrzuje skořepinu a spálí polystyrénový model. Kov je potom naléván do skořepiny. Sintrovací pece jsou vybaveny dodatečným spalováním pro snížení emisí. Tento postup dovoluje odlévání dílu bez dělicích rovin, jader, úkosů a snižuje množství odlitého kovu pro výrobu odlitku. Snižuje i potřebu operací strojního opracování pro dokončení odlitku. Dosažené přínosy pro životní prostředí Výsledkem tohoto postupu je minimalizace emisí tuhých částic z forem a dokončovacích operací ve srovnání s formováním do směsí. Emise VOC jsou eliminovány, protože inertní keramická forma neemituje žádný plyn. Množství odpadu (tuhé částice, kov) je sníženo. Výsledkem zmenšení vtokového systému je vyšší využití kovu na výrobu odlitku. Účinky na ostatní média Nejsou známy. Provozní údaje Pro odlévání ventilů a srovnání s odlitkem odlévaným do písku jsou k dispozici provozní údaje uvedené v tabulce 4.28. Položka Konečná hmotnost odlitku Kov pro vtokovou soustavu Odlitý kov

Poměrné snížení hmotnosti (%) 20 – 26 24 – 60 24 – 50

Tabulka 4.28: Poměrné snížení hmotnosti odlitku ventilu odlitého do keramické skořepiny ve srovnání s odlitkem do pískové formy [219, Casting Technology International, 2003] Použitelnost Postup se používá pro zhotovení odlitků, které potřebují mít vysoce kvalitní povrch u nízkouhlíkatých slitin, jako jsou ultranízkouhlíkaté nerezové oceli a slitiny na bázi niklu s konečnou váhou až do 550 kg. Proces keramické skořepiny je patentovaný proces a může být použit pouze v souladu s podmínkami udělené licence. Důvody pro použití Snížení emisí VOC a snížení nákladů na likvidaci odpadů. Příklady závodů • CMS srl, Urbisaglia (1): 2 automatické skořepinové linky, které vyrábějí ventily z oceli do konečné váhy až 150 kg • Saint Gobain SEVA, Chalons-sur-Saone (F): komponenty pro sklářský průmysl z oceli a ze superslitiny Odkazy na literaturu [110, Vito, 2001], [219, Casting Technology International, 2003] BREF – Kovárny a slévárny

202

Kapitola 4

4.3.5

Příprava trvalých (kovových) forem a tlakové lití

4.3.5.1

Použití separačního prostředku pro kovové formy

Popis Vodní roztok separačního prostředku je nanesen sprejem na povrch otevřené formy před jejím uzavřením. To umožňuje chlazení a nátěr formy. Některá jednoduchá opatření dovolují minimalizaci spotřeby uvolňovacího prostředku a spotřeby vody. Také zabraňují tvorbě mlhy. Tato opatření jsou: o automatický proces − nástřik − robotizace procesu nástřiku dovoluje pečlivou kontrolu množství prostředku a řízení jeho použitého množství pro použití na právě vyráběný odlitek o optimální ředění − optimálního ředění prostředku by mělo být dosaženo tak, že nástřik samotný udržuje požadovanou rovnováhu mezi funkcí nátěru a chlazením kokily o vnitřní chlazení formy − chlazení může být částečně provedeno interním chladicím systémem s použitím integrovaného chladicího okruhu. Přínosy pro životní prostředí Minimalizuje se spotřeba vody a chemikálií. Prevencí lze snížit (difuse) emise. Účinky na ostatní média Nejsou známy. Použitelnost Tento postup se používá ve slévárnách tlakového lití. Minimalizace postřiku závisí na typu odlitků a složitosti použitých forem a typu strojů. Důvody pro použití Minimalizují se spotřeba a emise. Příklady závodů Tento postup se používá v závodech s tlakovým litím. Odkazy na literaturu [202, TWG, 2002] 4.3.5.2. Použití pevných lubrikantů do uzavřené kovové formy Popis Separační prostředek je aplikován do uzavřené kovové formy v odpařené podobě. Výsledkem vysoké teploty je kondenzace a ukládání filmu separačního prostředku. Tento postup je alternativou rozstřikování roztoku separačního prostředku na bázi vody do otevřené kokily. To dovoluje použití nižšího množství vody a také snižuje spotřebu separačního prostředku. Aktivní látky procesu, které uvolňují odlitek z formy, jsou velmi podobné jako při postupu s otevřenou formou - parafin, alifatické uhlíky, polysiloxany a polyglykol. Nástřik vody však také způsobuje nezbytné chlazení povrchu formy, alternativa postupu proto vyžaduje udržování vyšší teploty (snižované účinkem chlazení) pomocí interního chladicího systému. Toho lze dosáhnout řízením teploty oleje. Kombinovaný nástřik vody a aplikace separačního prostředku v uzavřené formě je možná tam, kde formy nemohou dosáhnout tepelné rovnováhy pomocí samotného interního chladicího systému.


203

Kapitola 4

Přínosy pro životní prostředí Postupy dovolují snížit použití jak vody, tak i separačního prostředku. Výsledkem je nižší objem odpadní vody a snížené emise páry (vodní mlhy), která obsahuje částečky oleje. Aktivní látky separačního prostředku jsou srovnatelné s tradičními. Emise způsobené rozkladem separačního prostředku (po otevření formy a následném uvolnění odlitku) jsou proto srovnatelné svou povahou s těmi, které se používají při postupu s otevřenou formou. Účinky na ostatní média Postup vyžaduje vyšší chlazení forem. V jednoduchých případech může použití zahrnovat snížení teploty oleje, ale pro komplexnější kokily může vyžadovat dodatečný chladicí okruh. Provozní údaje Byly hlášeny některé příklady z provozu sléváren. Výsledkem je 50–80% snížení času nástřiku a 80% snížení spotřeby separačního prostředku. Použitelnost Postup je použitelný v existujících instalacích, ale může vyžadovat výrobu specifických forem s integrovaným, nebo adaptovaným chladicím okruhem. Použitelnost je omezena na specifické typy odlitků, forem a licích strojů, dále pak je založena především na technické úvaze. Tento postup není obecnou náhradou pro použití separačních prostředků. Důvody pro použití Strategií slévárny je snížit výrobu odpadních vod, spotřebu vody a chemikálií. Příklady závodů Byly hlášeny některé provozní příklady ve slévárnách hliníku. Odkazy na literaturu [42, US EPA, 1998], [202,TWG, 2002]

4.4 4.4.1

Odlévání kovu Zlepšení využití kovu

Popis Využití kovu je definováno jako poměr nataveného kovu k hmotnosti dokončených odlitků. Rozdíl mezi dvěma hodnotami je způsoben ztrátami kovu (např. ztráty tavením, rozstřikem, broušením) a vratným materiálem (zbytky v pánvi, vtoky, zmetky). Zlepšení využití kovu zahrnuje snížení ztráty kovu a vratného materiálu. Zlepšit využití kovu je možné použitím jednoho nebo více následujících opatření: • použití účinné metodiky − správný návrh vtoků, nálitků, zářezů, licí jamky a optimální využití rámu (odlitek/kov nalitý do formy), cenným nástrojem při navrhování účinné metodiky je použití počítačem podporované simulace lití a tuhnutí • použití dobrého postupu operací tavení a lití − pro snížení ztrát tavením, zbytků v pánvi, poměrů v kovové vsázce apod. • použití dobrých postupů ve formovně a jádrovně, aby se snížily zmetky z důvodu nedostatků při formování a výrobě jader. Dosažené přínosy pro životní prostředí Výsledkem zvýšeného využití kovu je nižší spotřeba energie, ostřiva (písku) a přísad na jednotku dobrých odlitků. Celková účinnost procesu se pak zvýší.


204

Kapitola 4

Účinky na ostatní média Nejsou známy. Provozní údaje Tabulka 4.29 je vodítkem k využití kovu pro různé typy výroby litinových odlitků. Není možné doporučit hodnoty cílového využití, které by mohly být jednotně převzaty konkrétní slévárnou, protože velmi záleží na typu kovu, typu odlitku, výrobním zařízení a na trhu, kterému slévárna slouží. Proto je nezbytné, aby si slévárna stanovila svoje cíle založené na analýze svého současného výkonu. Typ odlitku Těžký, litina s lupínkovým grafitem Střední velikost, litina s lupínkovým grafitem, zakázková výroba, nebo malé dávky Mechanizovaná opakovaná výroba, obecná kvalita, malé až střední velikosti, litina s lupínkovým grafitem, strojírenství a komunální odlitky Mechanizovaná opakovaná výroba, vysoká kvalita, malé až střední velikosti, litina s lupínkovým grafitem, strojírenství a složité, zajádrované odlitky Středně velké odlitky z litiny s kuličkovým grafitem, zakázková výroba, nebo malé dávky Malé, nebo velmi malé odlitky z litiny s lupínkovým grafitem, opakovaná výroba Mechanizovaná opakovaná výroba, malé odlitky z temperované litiny, litina s kuličkovým grafitem

Výtěžnost (%) 85 − 95 65 − 75 65 − 75 55 − 60 50 − 60 45 − 55 40 − 50

Tabulka 4.29: Typické využití kovu pro různé typy odlitků z litiny [45, ETSU, 1990] Ve VB odpovídalo v dotazníku, jenž se týkal využití kovu za období 1981 − 1987, 82 sléváren. Zlepšení využití kovu podle typu litiny je dáno v tabulce 4.30. Využití v roce 1981 (%)

Využití v roce 1987 (%)

Zlepšení využití (%)

60,5 51,8 36,4

63,0 55,7 39,2

2,5 3,9 2,8

Litina s lupínkovým grafitem Litina s kuličkovým grafitem Temperovaná litina

Tabulka 4.30: Vážený průměr využití kovu v 82 slévárnách litiny ve VB v letech 1981 – 1987 [45, ETSU, 1990] Použitelnost Tento postup je použitelný ve všech existujících slévárnách litin a slitin neželezných kovů. Ekonomika Zlepšení využití kovu je možné jednoduchými praktickými opatřeními a řízením snižování nákladů. Přínosy mohou být vysoké, protože každé procento zlepšení koresponduje se snížením spotřeby energie pro tavení, snížením spotřeby písku a chemikálií. Zavedení počítačem podporované simulace pro lití a tuhnutí vyžaduje investice a náklady na školení. Důvody pro použití Optimalizuje se účinnost procesu. Příklady závodů Úvahy o využití kovu jsou součástí dobrých provozních postupů ve většině evropských sléváren. Odkazy na literaturu [45, ETSU, 1990] [140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001]


205

Kapitola 4

4.5. 4.5.1

Zachycení a úprava dýmu, spalin a odtahového vzduchu Obecné principy

Různé procesní kroky ve slévárně mají snahu produkovat tuhé částice (včetně prachu), dým a ostatní plyny, např. při skladování materiálu, manipulaci a zpracování. Postupy ke snížení emisí do vzduchu zahrnují prevenci, minimalizaci a sběr. Utěsnění pecí (nebo použití u těsněných pecí) kombinované s řízením procesu může být aplikováno v prevenci, nebo při snížení obsahu emisí ze slévárny. Sekce 4.5.2 – 4.5.6 ukazují zákryty pecí, kde je možné utěsnění pecí a kde mohou být použity ostatní postupy pro aplikaci integrálního sběru plynu. K dispozici jsou postupy pro sběr emisí, jejichž vzniku nelze zabránit. Plyny a dýmy, které unikají z procesů, se uvolňují do pracovní oblasti, a potom unikají do okolního životního prostředí. Mají proto účinek na zdraví operátora, bezpečnost jeho práce a dopadají na životní prostředí. Postup sběru plynu při procesu se používá pro prevenci a minimalizaci unikajících emisí. Jsou navrhovány zákryty, které mají být co nejblíže zdroje emisí. V některých aplikacích jsou používány přenosné zákryty. Některé procesy používají zákryty ke sběru primárních a sekundárních dýmů. Volně unikající emise je obtížné měřit a kvantifikovat. Pro jejich odhad mohou být použity metody, které odhadují větrané objemy, nebo stupně deponování. Jedna metoda, jež byla použita při primárním tavení mědi, ukazuje, že volně unikající emise mohou být mnohem důležitější než zachycené a snížené emise. Volně unikající emise mohou být více než dva- až třikrát vyšší než řízené emise. [155, European IPPC Bureau, 2001]. Tavírna, jaderna a úpravna směsi jsou značně velké zdroje emisí. Znečišťující látky ve vzduchu jsou tvořeny hlavně tuhými částicemi (možná s částečkami těžkých kovů), oxidem siřičitým, oxidem uhelnatým a pachy organických sloučenin. Tabulka 4.31 udává výsledky průzkumu znečišťujících látek, které jsou generovány v různých částech probíhajících výrobních procesů ve slévárně. Anorganické a organické sloučeniny jsou uvedeny v seznamu jako individuální skupiny sloučenin. Emise tuhých částic mají specifický význam, protože tepelné procesy mohou vytvářet značně velká množství těžkých kovů.


206

Oxidy síry X X Oxidy dusíku X Oxid uhličitý X X X Oxid uhelnatý X X X Hydrosiřičitan Čpavek Oxidy železa X X X Alkalické kovové sloučeniny X X Sloučeniny kovů alkalických zemin X X X Částice kovových oxidů X X X Nekovové částečky X X X Železo X Kyanovodík Síra X Aminy/amidy Dioxiny X Prchavé organické sloučeniny X Páry kyselin X Hluk Substance obsahují své sloučeniny, kromě těch, kde jsou ke sloučenině uvedeny separátní odkazy. Uvolněné látky do vzduchu mohou být také uvolněny do země, nebo do vody, v závislosti na shromážděné tuhé částice, břečky apod. Některé uvolněné látky jsou specifické pro zvláštní systém pojiva

X X X X X X

X

X X X X X X X

X X X X X X X

X X X

X X

X

X X X

X X

X

X X

X X

X

použití technologií, např. přes

Tabulka 4.31: Přehled emisí unikajících do vzduchu v různých stadiích výroby ve slévárně litiny a oceli [163, UK Environment Agency, 2002] Principy a postupy pro sběr odpadních plynů a jejich úpravu jsou stejné pro slévárny a (primárně) pro průmysl neželezných kovů. Odkazujeme čtenáře na dokument BREF pro průmysl neželezných kovů. Sekce 4.5.1.3 udává v detailech krátký přehled použitých postupů. 4.5.1.1

Snížení unikajících emisí

Popis Volně unikající emise se vyskytují, pokud nejsou emise ze specifických zdrojů procesu shromažďovány. Kromě emisí vztažených ke zdroji procesu zmíněných v sekci 4.5.1 existují potenciální zdroje emisí volně unikajících do vzduchu:


Čištění, odjádrování a dokončování odlitků

Vytloukání, regenerace

Odlévání


Nodularizace

UVOLŇUJE

Odsiřování tekutého kovu

ZDROJ

Pecní operace

Skladování a manipulace se surovinami

Kapitola 4

207

Kapitola 4 • • • • • • • • • • •

skladovací plochy (např. dvory, skládky, haldy apod.) nakládání a skládání dopravních kontejnerů přemístění materiálu z jedné nádoby do druhé (např. pec, pánev, sila) anorganické a organické chemické emise z úpravy a vytvrzování chemických pojiv při přípravě forem a jader, při lití, vytloukání a ve stadiích regenerace písku rozpouštědla, např. z nátěrů forem systémy dopravníků pro přemisťování materiálu potrubí a rozvodné systémy (např. čerpadla, ventily, příruby lapačů, trativodů, kontrolních poklopů apod.) extrakce a kontaminující látky budov přemostění zařízení pro snižování emisí (do vzduchu nebo do vody) náhodné úniky kontaminace ze závodu, nebo selhání zařízení, včetně průsaku, např. ze závodu pro regeneraci písku louže, usazovací rybníky.

K eliminaci úniku emisí tuhých částic mohou být použity následující postupy: • přikrytí nádob, zakrytování skipů • vyhýbání se venkovním nebo nepřikrytým skladům • tam, kde jsou venkovní sklady nevyhnutelné, použití sprejů, pojiv, řízení postupů pro skladování, větrolamy, atd. • čištění kol dopravních prostředků a dopravních cest (tj. vyhnout se přenosu znečišťujících látek do vody a vzduchu) • použití uzavřených dopravníků, pneumatické dopravy (je třeba zhodnotit zvýšenou spotřebu energie), minimalizace spadů • vysávání formoven a jaderen ve slévárnách používajících pískové formy s výjimkou ploch, kde má směs technickou funkci nebo funkci související s bezpečností (např. prostory odlévání) a s výjimkou ručně formujících zakázkových sléváren • udržovat venkovní dveře zavřené, např. použitím automatického systému zavírání nebo záklopek • provádění kvalitního úklidu, tj. zajistit, aby byly prováděny pravidelné kontroly odpovědným a pověřeným pracovníkem a udržovat aktuální záznamy o úklidu. Volně unikající emise do vody mohou vzniknout z povrchových struktur, nebo z poškozených povrchů. Tyto typy unikajících emisí mohou být eliminovány následujícími činnostmi: • stanovením a záznamem o zdrojích, směrech a umístění všech instalovaných trativodů • identifikací a záznamem o všech podpovrchových jímkách a skladovacích nádobách • prováděním programovaných inspekcí • inspekčními programy a programy údržby nepropustných povrchů a obrubníků • schopností posoudit vliv na vody, kde nejsou provozní plochy vybaveny: § nepropustným povrchem § obrubníky pro zachycení rozlitých kontaminujících látek § utěsněnými konstrukčními spoji § spojením s utěsněným drenážním systémem. Přínosy pro životní prostředí Sníží se neřízené emise. Účinky na ostatní média Nejsou známy. Použitelnost Tyto postupy se používají ve všech nových a existujících instalacích.


208

Kapitola 4

Důvody pro použití Omezováním unikajících emisí se budou omezovat celkové emise zápachu a tuhých částic do těsné blízkosti závodu. Pro instalaci v přelidněných oblastech, může být určující silou pro implementaci udržování dobrých vztahů se sousedy. Příklady závodů Vysávání formoven a licích polí aplikovaných v různých slévárnách lití na syrovo, které byly navštíveny. Odkazy na literaturu [160, UK Environment Agency, 2002], [163, UK Environment Agency, 2002], [155, European IPPC Bureau, 2001] 4.5.1.2

Použití komínu s několika svedenými proudy emisí

Popis Abychom získali maximální výhodu z tepelného vztlaku, mohou být horké emise svedeny do minimálně použitelného počtu komínů. Můžeme se tak vyhnout multiplicitě rozdělených bodů. To je zvláště důležité, pokud jsou navrhovány nové závody nebo pokud se u nových procesů provádí změny. Přínosy pro životní prostředí Shromažďování vícenásobných proudů odtahu do jednoho komína dovoluje řízení emisí a zvyšuje celkový objem (a zatížení) pro úpravu a tím snížení celkové hladiny emisí. Účinky na ostatní média Žádné nejsou. Použitelnost Tento postup může být implementován v nových závodech, nebo v případě rekonstrukce existujících instalací. Určující síla pro implementaci Zvýšení možnosti měření a řízení slévárenského provozu. Příklady závodů Tato technologie je v Evropě velmi rozšířena. Odkazy na literaturu [160, UK Environment Agency, 2002] 4.5.1.3

Způsoby snižování emisí

Popis Pro čištění shromážděných plynů z odtahu mohou být použity různé suché a mokré systémy odlučovačů. Výběr vhodného postupu závisí na složení, toku a podmínkách proudu odtahu. Návrh postupu snižování emisí je rozhodující. Pro návrh postupu se používají faktory jako je účinnost, vhodnost metody, vstup a výstup materiálu, který má být shromážděn a odtažen. Úplná diskuze o pracovních principech je dána v dokumentu BREF pro průmysl neželezných kovů. Ve slévárenství se používají následující postupy: - prach a odstraňování tuhých částic: • cyklony (vírové odlučovače) • suché tkaninové odlučovače • mokré odlučovače


209

Kapitola 4

- systémy odlučování plynu (SO2, Cl, odstranění aminu): • mokré odlučovače používající odlučovací věže, proudové Venturiho odlučovače a desintegrátory - separátory olejových par: • mokré elektrostatické srážeče - odstranění CO a organických látek: • dodatečné spalování • bio filtr. Pro odstranění prachu a tuhých částic se používají jak mokré, tak i suché systémy. Hlavní výhodou suchých systémů je, že prach je zachycen suchý, což dovoluje jeho následné opětovné použití. Navíc se do jiného média nepřenáší žádné znečištění jako v případě mokrých systémů. Pro plynné sloučeniny jako SO2 a chloridy jsou tkaninové filtry neúčinné, protože je neabsorbují do povrchu filtru. Experimenty s vháněním vápna nepřinesly dobré výsledky. Dále jsou popsány systémy použité pro odstranění prachu a tuhých částic: • cyklony – vírové odlučovače – jestliže jsou použity vhodné prostředky (tj. žárovzdorná ocel, žárovzdorná vyzdívka), může se použít cyklónového odlučovače pro vyčištění horkých spalin (500 – 600 °C); k dosažení hladiny emisí na 20 mg/Nm3 je účinnost příliš nízká; cyklony se používají hlavně jako odlučovače jisker před tkaninovým filtrem jako krok úprav předcházející jiným systémům pro snižování emisí • multicyklona – činnost odlučování cyklony se zvyšuje se zmenšujícím se průměrem, použití paralelních sérií malých cyklon dovoluje odlučování malých částeček prachu bez velkého poklesu tlaku v čisticím zařízení • tkaninový filtr – tento typ odlučovače se široce používá v různých částech slévárenského procesu pro jeho dobrou účinnost a nízké hodnoty emisí, dosahuje dobré účinnosti u jemných vylučujících se částic při tavení; částice pod jeden mikron, jako jsou oxidy kovů mohou být také odlučovány; pro dobrý provoz je třeba zajistit následující prostředky: chlazení spalin (T= 130 – 160°C), oddělení jisker (použitím cyklonu); dodatečné spalování organických materiálů (ke snížení rizika požáru) lze užít pro spaliny s vysokým obsahem VOC; jako „požární zeď“ pro ochranu tkaninového filtru bylo zaznamenáno v některých případech u spalin z bubnů s vykládkou; tento postup se běžně nepoužívá, místo toho se směšuje proud odpadního plynu s vysokým obsahem částic s proudem plynu se zvýšeným obsahem VOC (případně se vzduchem), aby se předešlo zalepení filtru a zanesení odtahového potrubí; tkaninový filtr z pohledu zevnitř a vně je znázorněn na obrázku 4.10.

Obrázek 4.10: Zařízení tkaninových hadicových filtrů z pohledu uvnitř (vlevo) a vně (uprostřed, vpravo) [237, HUT, 2003] • •

vysokoteplotní suché filtrační systémy (použití keramických filtrů – jsou na trhu dostupné, ale ve slévárenství se nepoužívají, elektrostatické srážeče (ESP) – ve slévárenství se pro odprašování spalin mnoho nepoužívají; z důvodu jejich citlivosti na proud plynu, teplotu plynu a vlhkost jsou vhodné jen pro kontinuální režimy tavení, představují také dost velké riziko exploze kvůli


210

Kapitola 4 vysokému objemu plynu, který obsahují; odstranění odloučených částic ke snížení tohoto rizika vyžaduje časté čištění, proto se mohou objevit také ekonomické problémy; hlavním polem aplikace pro elektrostatické srážeče ve slévárnách je odstranění oleje nebo mlhy z odtahovaných (odsávaných) plynů z tlakového lití. Mokré odprašovací systémy, jako je proudový Venturiho odlučovač a desintegrátor, se používají při úpravě plynů vznikajících při tavení. Pračky plynů jsou užívány také pro odprášení splodin, které nevznikly při tavení, tj. vzniklých v jiných procesech užívaných ve slévárnách. Ve srovnání se suchými systémy, mají mokré systémy následující nevýhody: vyšší spotřebu energie, zvýšenou údržbu (koroze, bakterie); výsledkem jsou odpadní vody a břečka, která se musí likvidovat. Výhody představuje zachycení vodou rozpustných složek (jako je SO2, chloridy), rychlé ochlazení, které zabraňuje tvoření dioxinů, nízké investiční náklady a menší restrikce vstupní teploty. Venturiho proudové odlučovače. Voda je rozprašována do plynů, které procházejí Venturiho trubicí. Zrychlení proudu plynu v hrdle Venturiho trubice způsobuje intenzivní smíchání obou médií. Tuhé částice jsou zvlhčeny, stávají se těžší, takže mohou být separovány v cykloně, nebo v jiném systému umístěném následně. Jestliže je proud plynu zvlhčen, Venturiho hrdlo se nastaví tak, aby byla zajištěna účinnost sběru odloučených částic. Desintegrátory. Tak zvané dynamické odlučovače sestávají z kolíků montovaných soustředně v rotoru a statoru, přes které je proud plynu hnán pomocí ventilátorů umístěných za desintegrátorem, nebo lopatkami větráku na vnějším konci rotoru desintegrátoru. Voda vháněná do středu rotoru je rozptylována kolíky na drobné kapénky a rozptýlena do proudu plynu. Mokré částice narážejí na stěny statoru a jsou shromažďovány na dně desintegrátoru. Systém pracuje účinně, pokud je proud plynu řízen. Systémy dodatečného spalování budou uvedeny v sekcích 4.5.2 a 4.5.9. Přínosy pro životní prostředí Sníží se emise unikající do atmosféry. Účinky na ostatní média Při provozu mokrých odlučovačů vznikají odpadní vody, které vyžadují úpravu. Vyčištěné vody mohou být recirkulovány do procesu. Koláč, z výlisků břečky, vyrobený po úpravě odpadních vody musí být likvidován. Jestliže je slévárna umístěna v místě se studeným podnebím, (topná sezóna trvá více než 6 měsíců) zvýší se také spotřeba energie, protože je třeba pracoviště více vytápět. Použití všech systémů snížení emisí vyžaduje použití energie pro instalaci odtahu plynů přes zařízení odlučovače. Provozní údaje Porovnání vlastností mokrých a suchých systémů je dáno v tabulce 4.32. V následných sekcích budou projednány postupy, které jsou specifické pro různé tavicí pece a pro různé kroky procesu.


211

Kapitola 4

Postup snižování

Suché systémy Mulit cyklon Tkaninový filtr

Hladina emise 100 – 200 mg/Nm3 < 5 – 20 mg/Nm3 tuhých částic * Investiční náklady Nízké Vysoké Spotřeba energie Nízká Nízká – střední Výhody

Mokré systémy Proudový Desintegrátor odlučovač 50 – 150 mg/Nm3 50 – 150 mg/Nm3 Nízké Vysoká Částečné zachycení SO2 Nízké riziko zpětné syntézy

Střední Vysoká Kompaktní instalace

Nízké riziko zpětné syntézy Nevýhody Nízká účinnost, Riziko hoření, Mokrá břečka, Vysoká potřeba v případě porušení velký objem, úprava odpadních energie, proudění nebezpečí vod, ztráta opotřebení, mokrá (blokování prachu kondensace účinnosti břečka, úprava v přidělovači) opotřebováním vody * hodnoty z provozní praxe, které mohou být udržovány po dobu životnosti instalace Tabulka 4.32: Vlastnosti mokrých a suchých systémů snižování pro slévárny [110, Vito et al., 2001], [135, European IPPC Burelu, 2001], [202,TWG, 2002] Obrázek 4.11 představuje srovnání provozních podmínek horkovětrných kuploven s mokrým i suchým systémem odlučování znečišťujících látek. Nejvýraznějšími rozdíly jsou teplotní hodnoty kouřových plynů a spotřeba energie.

Obrázek 4.11: Provozní podmínky pro mokré a suché čištění kouřových odpadních z horkovětrné kuplovny (HVK) [230, CAEF, 2003]


212

Kapitola 4

Použitelnost Použitelnost různých systémů snižování emisí bude diskutována v následujících sekcích této kapitoly. Ekonomika Investiční náklady a užití energie pro tkaninové odlučovače a mokré odlučovače jsou porovnány v tabulce 4.33. Odlučovač Tkaninový odlučovač Mokrý odlučovač Bioodlučovač * vyjma potrubí a rozvody, včetně sestav

Investiční náklad * (EURO/Nm3) 2,5 – 5 1,5 – 5 7,5 – 10

Spotřeba energie (kW/1 000 Nm3) 1–3 1–3

Tabulka 4.33: Údaje o investicích a spotřebě energie pro různé systémy snižování odlučovačů [32, CAEF, 1997], [110, Vito et al., 2001], [202,TWG, 2002] Důvody pro použití Regulovatelnost emisí vzduchu. Příklady závodů Tato technologie je obecně používána v evropských slévárnách. Odkazy na literaturu [32, CAEF, 1997], [110, Vito, 2001], [155, European IPPC Bureau, 2001], [202,TWG, 2002] 4.5.1.4

Prevence a snižování dioxinu

Popis Dioxiny vznikají tepelnými procesy za přítomnosti kovů, nebo mohou být jejich prekurzory přítomny v některých surovinách, kde je možnost zpětné syntézy v pecích, nebo v systémech odlučovačů. Dioxiny se snadno absorbují do pevné látky a mohou být shromážděny médiem prostředí, jako je prach, pevné látky v odlučovači a prach z filtrů. Testy ukázaly, že tvorba dioxinů v kuplovně nezávisí jen na jednom, ale na několika jednotlivých provozních parametrech. K minimalizaci rizika tvorby dioxinu je potřebná kombinace více prostředků. Vnitřní prostředky k zabránění emisí dioxinu obsahují: • přídavné spalování odpadních plynů pece v šachtě studenovětrné kuplovny a ve spalovací komoře horkovětrné kuplovny, spalování odpadních plynů kuplovny je popsáno v oddílech 4.5.2.2 a 4.5.2.3 • průběžné sledování a kontrola teploty v sekundární spalovací komoře horkovětrné kuplovny (T > 850 °C) a maximalizace doby setrvání v systému (nejlépe > 2 s) • udržování vylučovaných tuhých částic v rekuperátoru na úrovni < 20 mg/m3, což je možné u horkovětrné kuplovny při použití mokrého odlučovače • instalace sekundární spalovací komory vzájemně spřažené s primární spalovací komorou tak, že primární komoru nelze použít, dokud teplota hořáku dodatečného spalování nevystoupí na požadovanou hodnotu, tím zajistí residenční čas 2 sekundy a hladinu kyslíku > 6 % (doba pobytu částic v komoře): • fzajištění rychlého ochlazování odtahových plynů s tuhými částicemi a možnosti syntézy v rozsahu teploty 250 – 650 ºC • prevence, nebo minimalizace usazování tuhých částic v době chladnutí plynů, zvláště ve výměníku tepla, např. použitím vertikálních trubek výměníku, účinného interního čištění, vysoké teploty při odlučování • tavení čistého šrotu, tento postup je popsán v oddílu 4.1.4 • injektování kyslíku k zajištění úplného shoření, tento postup je popsán v oddílu 4.2.1.6.


213

Kapitola 4

Ačkoliv jsou dioxiny rozloženy při vysoké teplotě (tj. nad 850 °C) za přítomnosti kyslíku, je proces zpětné syntézy stále možný, protože jsou plyny chlazeny přes reformační okno (250 – 450 °C). Toto okno může být přítomno v odlučovačích emisí a v chladnější části pece, tj. v oblasti vsázení. Při návrhu chladicích systémů je třeba opatrnosti. Je nezbytné minimalizovat residenční čas v reformačním okně, a předejít tak zpětné syntéze. Alternativou je odprášení odpadních plynů rychlým ochlazením pomocí mokrého systému odlučovače. Pro dokonalé spalování kouřových plynů je potřebné udržovat dostatečné množství kyslíku v horkých plynech. Nadbytku kyslíku je však nutno zabránit, protože může podpořit zpětnou syntézu dioxinů. Síra zabraňuje tvorbě dioxinů vyčerpáním molekulárního chlóru. Použití koksu s vyšším obsahem síry ve velkých spalovacích zařízeních prokázalo zajištění nízkých koncentrací PCDD/F. Snižující se inhibiční efekt se vztahuje k poměru S/Cl, přičemž kritický poměr činí 0,64. Další zvýšení již nevede k dosažení menšího množství dioxinů a furanů. Tento účinek nebyl ve slévárnách prokázán, ale může být zkoumán. [231, UNEP, 2003] Velké rozšíření a variabilita hladin emisí dioxinu (dokonce pro stejné instalace) ukazuje, že primární samotná opatření nemusí dosáhnout jeho stabilní a nízké emisní hodnoty. Proto kromě preventivních opatření je možno uvažovat o následujících prostředcích snižování: • injektáž přídavných prášků, jako je aktivovaný uhlík, koks pro otevřené nístějové pece, nebo zeolit, do proudu plynu, kde jsou dioxiny absorbovány do jeho povrchu; vysoká účinnost odloučení tuhých částic se potom použije k odstranění tuhých částic s dioxiny, přísady jsou vháněny do proudu odpadních plynů před filtrací; proces pohlcování se většinou uskuteční tehdy, pokud adsorbenty přilnou k látce tkaninového filtru; odloučené částice mohou být vráceny zpět do oběhu, aby se dosáhlo vyšší účinnosti; při použití přísad na bázi uhlíku by měla být přijata zvláštní opatření k zabránění nebezpečí vzniku požáru a výbuchu; dioxiny mohou být také absorbovány do ostatních vylučovaných částic a lze je odstranit použitím vysoce účinného odloučení částic; shromážděné tuhé částice mohou mít vysokou koncentraci dioxinů, je třeba s nimi zacházet velmi opatrně, případně je likvidovat • katalytické oxidační systémy jsou dostupné pro destrukci dioxinů, bylo hlášeno, že se používají textilní filtry, které v sobě mají katalytickou vrstvu; v jiných sektorech (např. ocel, spalování komunálního odpadu) byl tento postup použit s úspěchem a zavedení ve slévárenském průmyslu lze považovat za uskutečnitelné; je potřeba odstranit hrubé tuhé částice prachu, aby se zabránilo deaktivaci katalytické vrstvy. Existují postupy závisející na aplikaci, které stojí za úvahu. Všechny mohou být začleněny do existujících procesů. Výběr nejefektivnějších schůdných postupů bude záviset na specifickém pracovišti, hlediscích bezpečnosti, provozní stabilitě, právě tak jako na ekonomických faktorech. Ačkoliv nepřítomnost jedné z pěti výše zmíněných podmínek tvoření dioxinu zabraňuje jeho opětné syntéze, není běžně možné přesně předvídat emise dioxinu zvážením známých provozních parametrů. Stavba nové kuplovny proto vyžaduje pečlivé zvážení prvotních opatření, stejně jako možnost zavést druhotná opatření v případě nečekaně vysokých hodnot emisí dioxinů. Přínosy pro životní prostředí Sníží se emise dioxinů a furanů unikající do vzduchu. Účinky na ostatní média Adsorpce dioxinů a furanů na aktivovaný uhlík generuje zatížení proudu tuhých částic PCDD/F. Aby se předešlo riziku exploze v odlučovači, je potřeba smíchat aktivovaný uhlík s vápnem, což zvýší celkové množství reziduí k likvidaci a omezí možnost opětovného použití tuhých odloučených částic.


214

Kapitola 4

Provozní údaje Měření dioxinů provedená v průběhu chodu horkovětrné kuplovny se suchým odprašováním ukázala, že ve výměníku tepla jsou vyšší hodnoty PCDD/F (5 ngTEQ/Nm3). Jiné části systému kouřových plynů vykázaly mnohem nižší hodnoty. Opatření ke snížení by proto měla směřovat k minimalizaci kontaktu mezi tuhými částicemi a kouřovým plynem v této zóně, a to minimalizací tuhých částic, nebo snížením doby setrvání tuhých částic v systému. Použitím prvotních opatření může být dosaženo hodnoty 0,5 ngTEQ/Nm3 PCDD/F; lepších hodnot je možno dosáhnout využitím více postupů. Na základě přehledu provedeného v Německu mohl být učiněn takový závěr, že bez sekundárních opatření je možno hladiny 0,1 ngTEQ/Nm3 dosáhnout pouze v omezeném rozsahu. Provozní údaje jsou dány v sekci 3.8.2, nicméně ukazují, že by hladina dioxinů měla být vyhodnocena na podkladech jednotlivých závodů. Sekundární opatření v ostatních sektorech slévárny potvrdila snížení hladiny na 0,1 ngTEQ/Nm3. Abychom dosáhli spotřeby vody 4 m3/h při množství kouřových plynů 8 000 m3/h (dmýchání 3 000 m3/h), je třeba rychle ochladit kouřové plyny kuplovny z 800 °C na 150 °C. Použitelnost Tyto postupy se používají v jiných průmyslových odvětvích, jako je výroba oceli, neželezných kovů a spalování komunálního odpadu. Podle technického základu by mohly být přeneseny do těch typů slévárenských pecí, které vykazují riziko tvorby dioxinů: • kuplovna, rotační elektrická oblouková pec tavící litinu a ocel (sekce 3.8.2) • pro nové a existující instalace mají být případ od případu vzaty v úvahu prostředky pro primární snižování dioxinu, jako je účinné dodatečné spalování, modifikace konstrukce pece a řízení kvality šrotu, dříve než se rozhodnou pro sekundární opatření. Injektování přísad vyžaduje montáž doplňkového sila, systému injektáže a v případě injektáže uhlíku kontrolní opatření pro zabránění neúměrné koncentrace. Aby se zabránilo všem rizikům požáru, lze aktivovaný uhlík smíchat s vápnem, uhlík pak lze vhánět po první filtrační jednotce, ale před sekundárním odlučovačem. Katalytické odlučování zahrnuje technickou modifikaci pro existující zařízení, protože tkaninový filtr je třeba vyměnit za katalytický typ. Ekonomika Primární opatření nezahrnují dodatečné investiční náklady. Provozní náklady jsou omezeny použitím kyslíku, nebo vyšší cenou za čistý šrot. Odhady nákladů pro horkovětrnou kuplovnu byly vytvořeny tak, jak je uvedeno v tabulce 4.34. Provozní náklady závisejí na dávce koksu a jsou uvedeny v tabulce 4.35. Náklady na personál, údržbu, náhradní díly a výměnu tkaninového filtru, nebo montáž jiného typu odlučovače nebyly vzaty v úvahu.


215

Kapitola 4

Parametr Objem toku Provozní hodiny Přídavný prášek Dodatečná cena Cena za skládku odpadů Náklady na energii Obsah tuhých částic Investiční náklady: včetně sila, bezpečnostní výstroje, oběhu, integrace - celkové náklady - roční náklady Spotřeba energie Náklady spotřeby energie

Jednotky Nm3/h h/rok EUR/t EUR/t EUR/kWh

EUR EUR/rok kW EUR/rok

Hodnota 50 000 6 250 koks otevřené nístějové pece 400 300 0,09 2 g/Nm3 – 100 kg/h

350 000 52 500 10 6 000

Tabulka 4.34: Odhad investičních nákladů na zařízení injektáže uhlíku do horkovětrné kuplovny [230, CAEF, 2003] Parametr Obsah koksu Spotřeba koksu Kupní cena Náklady na skládku Snížené investiční náklady Náklady na energii Celkové náklady

Jednotky g/Nm3 vlhký t/rok EUR/rok EUR/rok EUR/rok EUR/rok EUR/rok

0,2 63 25 200 18 900 52 500 6 000 102 600

Hodnoty 0,3 0,4 94 126 37 600 50 400 28 200 37 800 52 500 52 500 6 000 6 000 124 300 146 700

0,5 156 62 400 46 800 52 500 6 000 167 700

Tabulka 4.35: Celkové náklady na zařízení injektáže uhlíku do horkovětrné kuplovny [230, CAEF, 2003] Katalytické odlučovače se používají v sektoru spaloven odpadu. Údaje o nákladech jsou převedeny na základě objemu spalin, které mají být upraveny, ale bez zohlednění provozních parametrů jako poměr vzduch-tkanina. Pro dobu odpisu 5 let lze odhadnout provozní náklady na 0,4 – 0,5 EUR/tunu roztaveného kovu pro horkovětrnou kuplovnu a 0,9 – 1,3 EUR/tunu roztaveného kovu pro studenovětrnou kuplovnu. Tento odhad ceny nebyl dodavatelem odlučovačů ani potvrzen, ani vyvrácen. Důvody pro použití Pravidla omezují emise dioxinu a furanu z tavení kovů. Odkazy na literaturu a příklady závodů [155, European IPPC Bureau, 2001], [161, UK Environment Agency, 2002], [202,TWG, 2002], [224, Helber, et al., 2000], [230, CAEF, 2003] 4.5.1.5

Snižování zápachu

Emise pachu jsou hlavně spojeny s procesy zahrnujícími pojiva písku. Produkty pyrolýzy se mohou různit podle typu použitého systému, ale fenolický rozpad produktů, tj. kresolů a xylenů, je nejběžnějším zdrojem stížností pro jejich nízký práh detekce pachu. Rozptyl pachů během lití, chlazení a vytloukání zahrnuje mísení s velkým objemem vzduchu. Ten způsobuje, že je sběr a úprava velmi obtížná. Použití anorganických pojiv, jako je křemičitan sodný, může podstatně snížit emise. Není známa zcela účinně ověřená metoda eliminace pachů tvořených slévárnou, která by v současné době byla dostupná. Účinným řešením problému je zajistit dobré větrání a stupeň výměny vzduchu. Ten zajistí, že se emise rychle a účinně rozptýlí do atmosféry. Proces integrovaných prostředků zahrnuje náhradu pojiv nebo rozpouštědel pojiv (viz sekci 4.3.3.7). Postupy vztahující se k výdechům (koncový bod) mají za cíl snížit produkty pyrolýzy (viz sekci 4.5.8.5) a aminů (viz sekci 4.5.8.4). Tyto postupy zahrnují adsorpční postupy, dodatečné spalování, mokré odlučování a biofiltry (viz sekci 4.5.8.6). BREF – Kovárny a slévárny

216

Kapitola 4

4.5.2

Kuplovna

4.5.2.1 Sběr plynu, čištění a chlazení Popis Návrh systému sběru a čištění plynu je založen na podmínkách, které vznikají během konce dmýchání. V průběhu této fáze provozu systému vznikají nejnepříznivější podmínky a největší množství emisí. Na konci tavicí kampaně už není pec zavážena vsázkovým materiálem. Teploty plynu se postupně zvyšují, protože již nejsou chlazeny studenou vsázkou v šachtě. V kontaktu s kyslíkem hoří CO automaticky, teploty proto mohou dosáhnout až 1 200 °C, nebo dokonce ještě více. Sběr kouřových plynů a systém jejich úpravy řeší vzniklé nepříznivé podmínky. Sběr Pro sběr plynu se používají dva systémy: • odtah nad sázecím otvorem – odtahové kouřové plyny jsou odebírány na konci komínu kuplovny pomocí rozvodu a ventilátoru, který je umístěn po proudu, otvor nad sázecím otvorem je důležitý pro vstup vzduchu, který je nezbytný k zamezení emisí kupolních plynů do prostoru slévárny; objem dodatečného vzduchu může mnohokrát převýšit proud plynu kuplovny, což zvyšuje velikost zařízení a náklady pro jeho sběr a čištění; redukce velikosti sázecího otvoru lze také využít, ale toto řešení je omezeno, protože hrozí nebezpečí exploze v případě, že je smícháno příliš málo kyslíku s CO, který je obsažen v kychtových plynech (pulzační spalování) • odtah pod zavážecím otvorem – odtahové plyny jsou odebírány pod zavážecím otvorem přes prstencový odtah, nevyžaduje se žádný vstup vzduchu, protože plyny nemohou být emitovány ven sázecím otvorem; řídicí systém musí dostatečně fungovat během kolísání poměru dmýchání větru kuplovny, příliš malý výkon odtahu může mít za následek emise nevyčištěných plynů přes komín kuplovny a naopak příliš velký výkon odtahu zapříčiní přisávání vzduchu, což může způsobit spalování a přehřívání kychtových plynů (nebezpečí exploze). Chlazení Chlazení následuje po sběru, kdy plyny vyžadují chlazení podle použitého systému odlučovače. U horkovětrného provozu je možné použít teplo získané z chlazení plynů pro předehřev dmýchaného vzduchu. Je možno použít několik postupů pro chlazení odebraných plynů: • potrubní rozvod jako chladič – průchod chlazených plynů přes dlouhý potrubní rozvod snižuje teplotu přirozenou konvekcí a radiací; tento systém je jednoduchý, ale zabírá mnoho místa a nenabízí řízené chlazení, je zde nebezpečí kondenzace • výměník tepla vzduch-plyn – chladný okolní vzduch je profukován přes soustavu trubek nebo desek, kde se plyny ochladí; sběr tuhých částic a následná potřeba čištění povrchů trubek vyměníku, který přivádí teplo, může vést ke komplexnímu a drahému návrhu systému; výhodou je možné použití ohřátého vzduchu pro externí účely ohřevu; horkovětrné kuplovny s rekuperací jsou vybaveny spalovací komorou a výměníkem tepla (rekuperátorem) pro ohřátí dmýchaného vzduchu • výměník tepla voda-plyn – jedná se o podobný systém, jako je výše uvedený, ale dražší, protože potřebuje sekundární vodní chladicí systém; výměník tepla je obyčejně chlazen oběhem minerálního oleje, výměník voda-plyn se příliš nepoužívá (nebo jen zřídka) • sycení vodou – plyny jsou chlazeny odpařováním vody, která je vstřikována do proudu plynu; mokré odlučovače pracují lépe, jestliže jsou plyny před čištěním v saturační komoře chlazeny, pokud je použit pouze textilní filtr, je možný jen částečný rozstřik vody, aby se zamezilo zalepování textilie kondenzující vodou; dobrý řídicí systém je nezbytný pro garanci správné funkce systému, chlazení plynů má výhodu, že rychlé chlazení snižuje riziko tvorby dioxinů.


217

Kapitola 4

Odlučování tuhých částic Pro zachycení odlučovaných částic z odpadních plynů se může použít různých typů zařízení k zachycení prachu. Obecně platí, že mokré odlučovače mají nízké investiční náklady, ale vyšší požadavky na údržbu. Vyžadují vysoký vstup energie pro dosažení přijatelné účinnosti čištění. Odstranění břečky je složité a voda z odlučovače se musí před likvidací upravovat. Suché odlučovače mají vyšší investiční náklady a potřebují lepší řízení podmínek vstupu plynu (teplota, kondenzace vody nebo organických par, poměr CO : O2, jiskry). Obvykle potřebují méně energie než mokré odlučovače. Suché kupolní tuhé částice mohou být recyklovány do kuplovny (viz 4.9.4.2). U kupolních systémů se používají jak proudové Venturiho odlučovače, tak desintegrátory. Popis těchto systémů je dán v sekci 4.5.1.3. Separátor pro odstranění malých tuhých částeček ve vodních kapičkách je umístěn za mokrým odlučovačem. S ohledem na suché systémy můžeme učinit následující poznámky: Multicyklony. Jsou často používány ve spojení s tkaninovým filtrem a zachycují hrubé tuhé částice. Pomáhají zabraňovat žhavým částečkám koksu, aby zasahovaly tkaninu filtru. Za předpokladu, že je použita žárovzdorná vyzdívka a ocel vysoké jakosti při návrhu cyklonu, může pracovat při vysokých teplotách. Účinnost cyklonů není dostatečná, aby splnila požadované vyčištění plynů, proto se obvykle používají v kombinacích ostatními systémy čištění. Tkaninové filtry. Ideální je stav, pokud jsou plyny před čištěním spalovány. To zabrání problémům s usazováním uhlíkatého materiálu, nebo s rizikem vzniku ohně. Tkaninové filtry mohou být navrženy tak, aby zajistily dobrou účinnost pro sběr částic metalurgického dýmu, jako je ZnO. Elektrostatické odlučovače. Tyto systémy jsou v evropských slévárnách méně obvyklé. Nejlépe vyhovují tam, kde jsou konstantní podmínky, například u kuploven s dlouhou kampaní. Jsou citlivější vůči různým teplotám plynu, proudu a vlhkosti. Existuje riziko exploze, pokud se plyny smíchají se vzduchem v relativně velkém objemu. Precipitátor musí být před použitím elektrického příkonu propláchnut. Schematická ukázka studenovětrné kuplovny s obnovou tepla a tkaninovým filtrem je znázorněna na obrázku 4.12.


218

Kapitola 4

Obrázek 4.12: Studenovětrná kuplovna s výměníkem tepla, chlazením a tkaninovým filtrem [29, Batz, 1986] Dodatečné spalování Dodatečné spalování odpadních plynů se používá k optimalizaci využití tepla (spalováním CO) a k zajištění čistějších odtahových plynů. Při hoření CO je jakýkoliv zbytkový uhlíkatý materiál současně oxidován na CO2 a H2O. Vyrobené teplo může být dopraveno výměníkem tepla k dalšímu použití (např. předehřev dmýchaného vzduchu). Typické uspořádání: • komora dodatečného spalování je umístěna před tkaninovým odlučovačem, nebo za mokrým odlučovačem pro odtah kychtových plynů pod vsázkovým otvorem, je to projednáno v sekci 4.5.2.2 • spalovací hořáky na zemní plyn a řízené vhánění vzduchu do šachty či komína kuplovny (odtah nad sázecím otvorem) je projednáno v sekci 4.5.2.3. Návrh systému musí zabezpečit, aby odpadní plyny zůstaly při teplotě nad 800 °C, aby se dosáhlo úplné oxidace odpadních plynů; různé systémy jsou plně popsány níže. Přínosy pro životní prostředí Zachycení a čištění odtahu je nezbytným prostředkem ke snížení emisí produktů z hoření koksu, jako jsou CO, NOX, HF, PCDD/F a tuhé částice, dodatečné spalování CO dovoluje (dodatečná) využití tepla z odpadních plynů kuplovny, navíc umožňuje tavení šrotu znečištěného olejem nebo mazivem bez ostatních vlivů na životní prostředí, a tak podporuje recyklaci kovu, dodatečné spalování bez obnovy tepla však vykazuje negativní vliv na životní prostředí. Účinky na ostatní média Odlučovací systémy produkují tuhé zbytky, které se musí likvidovat. Na tunu tekutého železa se vyrobí 5 – 13 kg tuhých částic. Tuhé částice mohou být v kuplovně recirkulovány. To je projednáno v sekci 4.9.4.2. Charakteristiky tuhých částic již byly udány v sekci 3.2.2.2. Provozní údaje Tkaninové filtry mají účinnost větší než 99 %, denní průměrná hodnota emisí tuhých částic je pod 10 mg/Nm3. Souhrn Pb, Zn, Cr, Cu, Mn, V, Sn, Cr, Ni, As a Cd dosahuje okolo 20 % celkového obsahu částic. Údaje jsou uvedeny v tabulce 4.36, byly shromážděny zkoumáním Německé agentury pro životní prostředí. Jsou zde uvedeny tři příklady závodů.


219

Kapitola 4

Jednotky

Závod D Původně

Kapacita tavení - Navržená hodnota - Skutečná hodnota Proud spalin - Navržená hodnota - Skutečná hodnota Rok konstrukce filtru

Závod E

Závod F

Po přestavbě

t/h t/h

7,5 – 8 7,0

12,0 11,0

6-7 5,5

4–5 3,7

Nm3/h Nm3/h

25 000 19 800 1981

30 000 22 300 1995

20 000 17 400 1988

n.d. 14 300 1985

n.d.

1995

1988

1993

07/1981

11/1997

03/19936

03/1993

n.d.

n.d.

Poslední výměna látky filtru Datum měření 3

Emise

mg/Nm

- prach - surový plyn

1 623 – 2 674

- čistý plyn - průměr1

21,5

<1

3

3

- min.

18,0

<1

1

2

- max.

25,4

<1

5

4

- SO2

288

n.d.

174

227

- Nox

43

n.d.

24

31

n.d.

22

7

700

n.d.

11 890

18 980

7

n.d.

4,9

3,9

- Čistý plyn 3

3

ngTEQ/Nm

0,512

0,085

- Emisní faktor

µgTEQ/t Fe

1,620

0,330

Prach filtru - Shromážděné množství - PCDD/F- Obsah Materiál filtru

Kg/t Fe µgTEQ/t Fe

0,960 Děrovaná látka

2

- plynné znečišťující látky

- Celkový - CO - CO2

%

Emise těžkých kovů

mg/Nm3

Surové

Čisté

0,0184

0,0019

0,7287

0,0384

29,895

0,2952

Pb

16 464

0,2862

Zn

0,2024

0,0077

Ni

0,7665

0,0149

As

0,2672

0,0420

Cd Cr

Čistý plyn

0,00313(∑Cu, Mn, Cr, V)

0,00057

Mo Emise PCDD/F

n.d.

Čištění filtru

6,5 likvidace

8,2 opět. použití

Polyester s potahem PA Pulsní tryskou

Syntetické vlákno

4,850 Polyester

Protitlak se středním tlakem 370 (1995/96

Pneumaticky s poklesem tlaku n.d.

350

9,04 (1998) = 2,8 % z nákladů odlitků

n.d.

n.d.

Investice

EUR ‘000

385 (19 981)

Provozní náklady

EUR/tunu dobrých odlitků

9,8 (1982) = 3 % z nákladů odlitků


220

Kapitola 4 1 Průměr tuhých částic je stanoven na bázi údajů z měření v délce 3 – 5 – hodin 2 Koncentrace oxidu siřičitého, NO, celkového uhlíku, CO a CO2 jsou vypočítané průměry z nepřetržitého měření po dobu více než 7 hodin během odebírání vzorků tuhých částic nebo PCDD/F 3 Odebírání vzorků po dobu 6 hodin n.d. žádné údaje

Tabulka 4.36. Provozní údaje studenovětrných kuploven s textilním hadicovým filtrem pro snížení emisí tuhých částic, údaje převzaty od [43, Batz, 1986] a [202,TWG, 2002], [225, TWG, 2003] Údaje pro horkovětrnou kuplovnu byly uvedeny v sekci 4.5.2.2. Použitelnost Tento postup se používá u všech nových a existujících kuploven. Ekonomika Tabulka 4.36 ukazuje emisní hodnoty a ekonomické údaje. Nejdůležitějším faktorem provozních nákladů je spotřeba elektrické energie pro vytvoření podtlaku a pro překonání odporu materiálu filtru. Na tavicí zařízení, které zahrnuje dvě studenovětrné kuplovny s tavicím výkonem 4,5 t/h, byla vytvořena nabídka s následujícími detaily: • odlučovací zařízení, které by zpracovávalo až 12 400 m3/h odsátého plynu se spalovací komorou při teplotě 820 °C s obsahem znečištění plynnými škodlivinami: o VOC – 1 g/Nm3 o CO – 59 100 g/Nm3 • dva hořáky na zemní plyn – energie/hořák 390 kW. Cena montáže a uvedení do chodu: 350 000 EUR. Předpokládané provozní náklady představují při výrobě 4 500 t odlitků a době splácení 5 let navíc 10 % na energie a údržbu za rok: 23,3 EUR/t. Důvody pro zavedení Sníží se množství emisí ve vzduchu. Příklady závodů Zmíněná technologie je obecně používána v evropských slévárnách s kuplovnami. Odkazy na literaturu [29, Batz, 1986], [32, CAEF, 1997], [110, Vito, 2001], [202,TWG, 2002], [225, TWG, 2003] 4.5.2.2

Dodatečné spalování ve spalovací komoře

Popis Spalovací komora dodatečného spalování s hořákem se instaluje za kuplovnou. Za normálních podmínek musí být jednotka dodatečného spalování předehřáta hořákem se zemním plynem. V zapálené kuplovně udržuje spalování malý hořák, nebo je využito samozápalnosti plynů. Typ a poloha spalovací komory mohou být různé podle složení procesu, jsou to buď horizontální, nebo vertikální typy spalovací komory. Horkovětrná kuplovna s rekuperátorem a mokrým odlučovačem (obrázek 4.13). V tomto uspořádání jsou plyny čištěny před spalováním. To redukuje usazování tuhých částic v rekuperátoru, což zlepšuje přenosy tepla. Nevýhodou je vyšší spotřeba energie v jednotce dodatečného spalování, protože plyny jsou ochlazovány v mokrém odlučovači. Ochlazování odtahových plynů je prováděno kontinuálně, aby se snížila velikost odlučovače jednotky.


221

Kapitola 4

Obrázek 4.13: Horkovětrná kuplovna s rekuperátorem a mokrým odlučovačem [32, CAEF, 1997] Horkovětrná kuplovna s rekuperátorem a suchým tkaninovým filtrem (obrázek 4.14). Horké, tuhými částicemi, znečištěné plyny jsou vedeny přímo do jednotky dodatečného spalování. Kontrola spalovacího procesu je nezbytná pro zabránění sintrování částeček prachu na stěnách rekuperátoru, který potřebuje pravidelné čištění. Plyny potřebují před vstupem do tkaniny filtru další chlazení, protože opouští rekuperátor při teplotě 500 až 600 °C.

Obrázek 4.14: Horkovětrná kuplovna s rekuperátorem a suchým tkaninovým odlučovačem [32, CAEF, 1997]


222

Kapitola 4

Dosažené přínosy pro životní prostředí Přínosem je spalování emisí CO a eliminace hlavních organických sloučenin. Nejsou-li organické sloučeniny spáleny, jsou zachyceny na tuhých částicích, nebo emitovány komínem. Dodatečné spalování snižuje riziko výbuchu. Účinky na ostatní média Postupy suchého odlučování produkují tuhé částice k likvidaci (4 – 12 kg/t tekutého železa). Tuhé částice mohou být recirkulovány v kuplovně. Toto je projednáno v sekci 4.9.4.2. Mokré systémy produkují odpadní břečky. Provozní údaje Typické hladiny emisí jsou dány v tabulce 4.37. Údaje příkladů ze dvou závodů uvádíme zde: 1. Slévárna G je v provozu ve 3 směnách denně, 5 dnů v týdnu, s kapacitou tavení 50 t/h. Kychtové plyny jsou odsávány pod sázecím otvorem a spalovány v rekuperátoru. Odpadní plyn je potom separován, jedna část jde do produkce s horkým větrem (T = 600 °C), druhá do parního kotle. Pára je přiváděna na turbínu, která pohání generátor, nebo kompresor. Zbytkové teplo se používá pro předehřev spalovacího vzduchu rekuperátoru. Odpadní plyn je potom vyčištěn v tkaninovém hadicovém filtru. Koncepční výkres a další diskuse k instalaci jsou uvedeny v sekci 4.7.3. Odloučené tuhé částice jsou recyklovány v kuplovně po smíchání s petrolkoksem. Toto je projednáno v sekci 4.9.4.2. 2. Slévárna H je v provozu ve 3 směnách, 5 dní v týdnu, má tavicí kapacitu 70 t/h. Kouřové plyny jsou odebrány pod sázecím otvorem a vyčištěny v desintegrátoru, před dodatečným spalováním v rekuperátoru. Teplo se používá pro předehřátí horkého větru, poté dochází k jeho dalšímu využití, dříve než opustí komín při teplotě 220 °C. Další diskuze o instalaci zařízení na využití tepla je popsána v sekci 4.7.3. Odpadní voda je recyklována. Objem cirkulující vody činí 440 m3/hodinu. Břečka z usazovací nádrže je před likvidací vysušena v kalolisu na 50 % obsahu vody. V místní úpravně odpadních vod je likvidováno asi 80 m3 odpadní vody za den.


223

Kapitola 4

Jednotky Kapacita tavení

40

50

Nm /h °C

75 000 600

55 000 570

°C

127 1998

220 1983

10/1990

Kontrolní měření 09/1993

1 300-4 300 1,1 1,8

8 000-20 000 6,1 7,3

33 44 >5 32 12,2 Čistý plyn3 < 0,001 < 0,001

15,6 52,6 7 < 100 6,4 Čistý plyn < 0,0022 n.d

< 0,001 < 0,001 n.d.

0,11 0,36 < 0,004

0,048 0,089 Recyklace tuhých částic 4,5 0,176

0,003 0,004 Koláč částic z kalolisu k likvidaci 5,5 1,4 Horký vítr, Tepelný olej pro konverzi odpadního tepla pro ohřev a sušení do 21 MW 22 700 v roce 1980/81 Viz. údaje v textu pro slévárnu H

3

úpravy

Emise Prach • Surový plyn • Čistý plyn Průměr* Max. Plynné2 • SO2 • Nox • C celkový • CO • O2 Emise těžkých kovů Cr Cr celkový Pb Zn Ni Emise PCDD/F Čistý plyn4 Emisní faktor Tuhé částice/břečka samotné množství PCDD/F

Závod H

t/h

Proud spalin Teplota větru Teplota spalin Rok rekonstrukce spalin Datum měření

Závod G

mg/Nm3

% mg/Nm3

ngTEQ/Nm3 µgTEQ/t Fe Kg/t Fe µgTEQ/t Fe

Využití odpadní vody

Investice Provozní náklady

Horký vítr, pára pro výrobu elektřiny až do 3 MW

DEM ‘000 26 400 DEM/tunu Viz. údaje v textu pro slévárnu dobrých G odlitků 1 Průměr tuhých částic zjištěný na bázi 5-6-půlhodinových měření a hodnot PCDD/F za 2 × 2 hodiny 2 Koncentrace oxidu siřičitého, NO, celkového uhlíku, CO a CO2 jsou vypočítané průměry z nepřetržitého měření po dobu několika hodin během odebírání vzorků prachu nebo PCDD/F 3 V době měření nebyla recirkulace tuhých částic v provozu. 4 Odebírání vzorků po dobu 2 hodin n.d. žádné údaje Poznámka: Vzorky surového plynu byly odebrány před tkaninovým filtrem v G a před desintegrátorem V H; vzorky čistého plynu byly odebrány za filtrem v G a po rekuperaci v H

Tabulka 4.37: Provozní údaje horkovětrných kuploven se suchým tkaninovým hadicovým filtrem a desintegrátorem [14, Strauss, 1983], [27, Kran, et al., 1995], [202,TWG, 2002]


224

Kapitola 4

Spalování dýmu v komoře dodatečného spalování nespotřebovává mnoho energie za předpokladu dostatečného obsahu CO v plynu. Celý systém pro úpravu plynu (spalovací komora + výměník tepla + suchý filtr, nebo mokrá pračka + ventilátory) potřebují elektrickou energii a pravidelnou údržbu. Tabulka 4.38 udává některé příklady energie.

Hodinový výkon kuplovny

Typ odprašování

Spotřeba plynu pro spalovací komoru (kWh/t vsázky)

12 12 26 17

Suchý filtr Suchý filtr Suchý filtr Elektro filtr

59 124 42 16

Spotřeba elektřiny pro systém úpravy plynu (kWh/t vsázky) 46 72 n.d. 38

Tabulka 4.38: Spotřeba energie pro horkovětrné kuplovny Použitelnost Během návrhu musí být věnována značná pozornost minimalizaci celkového toku plynů, které mají být upraveny. Vstup spalovacího vzduchu musí být udržován na přísném minimu. To je důvod, proč je oddělená spalovací jednotka vždy instalována ve spojení se spodním odtahem pod vsázecím otvorem. Z ekonomických důvodů (viz. níže) se používá komora dodatečného spalování pouze u horkovětrné kuplovny. Ekonomika Vysoká spotřeba energie pro dodatečné spalování je ekonomicky výhodná jenom tehdy, jestliže uvolněné teplo odpadních plynů může být znovu použito, jako je tomu u horkovětrné kuplovny s rekuperátorem. Přechod od kuplovny studenovětrné k horkovětrné kuplovně může pro samotný důvod spalování v určitých situacích narážet na ekonomická omezení. Horkovětrné kuplovny s dlouhou kampaní zahrnují vyšší investiční náklady a používají se u výkonů převyšujících 10 tun/hod. natavené litiny. V menších slévárnách nemusí znamenat tato metoda výroby litiny správný výběr. Tabulka 4.37 ukazuje ekonomické údaje vybraných závodů. Pro slévárnu G jsou uvedeny investiční náklady na horkovětrnou kuplovnu s tkaninovým hadicovým filtrem a extenzivním využitím tepla. Provozní náklady pro rok 1994 (po přestavbě tavírny) byly o 25 % nižší než náklady v roce 1985, tj. se starými tavicími pecemi. Pro slévárnu H jsou uvedeny investiční náklady z let 1980 – 1981. Po přestavbě se provozní náklady snížily o 2 % z tuny tekutého železa. Důvody pro použití Hodnoty emisních omezení i kontinuální monitorování CO a hodnoty omezení emisí pro organické sloučeniny se snižují. Příklady závodů Tato technologie je uplatňována v evropských slévárnách u horkovětrných kuploven. Odkazy na literaturu a příklady závodů [14, Strauss, 1983], [27, Kran, et al., 1995], [32, CAEF, 1997], [157, Godinot, et Al., 1999], [202,TWG, 2002] 4.5.2.3

Dodatečné spalování v šachtě (komíně) kuplovny

Popis Kychtové plyny jsou spalovány v šachtě vháněním vzduchu do horní části vsázky, nebo v komíně v místě nad horní úrovní vsázky. Proud vzduchu je nastaven tak, aby se kychtové plyny zapálily


225

Kapitola 4 spontánně při vhodném obsahu CO a vhodné teplotě. Trysky pro vhánění vzduchu mohou být umístěny v jedné, nebo ve dvou úrovních. Dělení proudu vzduchu nad různé hladiny, výběr průměru a poloha trysek jsou založeny na zkušenostech. Cílem optimalizace je spalovat CO bez zapálení koksu. Tah bude také přisávat dovnitř vzduch vsázecím otvorem. Nadbytek vzduchu dovolí dokonalejší hoření CO. Pro udržování plamene může být instalován podpůrný hořák. Při použití vsázky s nízkým obsahem koksu (< 6 – 8 %) jsou učiněna méně přísná bezpečnostní opatření. Dodatečné spalování kouřových plynů musí být kombinováno s ochlazováním plynu, jestliže se používá tkaninový filtr. Pro horkovětrné kuplovny je chlazení kombinováno s předehříváním větru. U studenovětrné kuplovny se může použít rychlé ochlazování současně se vstřikováním vody do šachty pece. Alternativně lze užít výměník tepla (odtahový plyn-vzduch). Je vyobrazen na obrázku 4.15.

Obrázek 4.15: Princip dodatečného spalování a chlazení kouřových plynů v šachtě studenovětrné kuplovny [157, Godinot, 1999] Instalace dodatečného spalování může být kombinována s rekonstrukcí na horkovětrný provoz. Obecně je tento výběr založen na provozní úvaze. Charakteristiky horkého větru a dlouhodobé kampaně jsou prodiskutovány v sekci 2.4.1. Přínosy pro životní prostředí Dodatečné spalování omezuje emise CO, eliminuje hlavní organické sloučeniny. Jestliže nejsou organické sloučeniny spáleny, budou zachyceny v tuhých částicích, nebo emitovány komínem. Dodatečné spalování snižuje riziko výbuchu ve filtru. Tento postup je známý a používá se pro zabránění rizika exploze za určitých okolností. Pozitivní účinek na životní prostředí je omezen na ty případy, kdy spaliny hoří většinu času samozápalem. Jinak je spotřeba energie vyvážena redukcí CO. Účinky na ostatní média V kuplovně kychtové plyny nehoří spontánně, a proto je zde nezbytná instalace hořáků pro zapálení, nebo podpora hoření hořáky. Hořáky způsobují významnou spotřebu energie a zvyšují celkový objem plynů.


226

Kapitola 4

Provozní údaje Byly studovány dvě konfigurace (dodatečné spalování v šachtě) a chlazení u studenovětrných kuploven v průmyslovém měřítku a porovnány s CTIF. Kuplovna ve slévárně I byla vybavena vstřikováním vody do šachty kuplovny a cyklonem se suchým tkaninovým odlučovačem, kuplovna ve slévárně J byla vybavena výměníkem tepla plyn-vzduch, cyklonem se suchým tkaninovým odlučovačem. Provozní údaje jsou uvedeny v tabulce 4.39. Výsledky kampaní měření a reference vzhledem k legislativě jsou dány v tabulce 4.40. Parametr Kapacita tavení Primární + sekundární proud vzduchu Proud vzduchu dodatečného spalování Proud vody Proud spalin (komín) Residenční čas spalování Residenční čas etapy chlazení Celková účinnost spalování CO

Jednotky tuny/h Nm3/h Nm3/h Nm3/h s s %

Slévárna I 10,3 7 389 2 372 2 678 26 780 10,5 < 1,7 66

Slévárna J 9,2 6 484 1 549 39 179 12,3 6,01 96,5

Tabulka 4.39: Provozní údaje pro dva příklady konfigurací používající dodatečného spalování s vodním chlazením (I) a chlazením vzduchem (J) [157, Godinot, 1999] Slévárna I Složení

Analýza

Tavidlo

Slévárna J Analýza

Tavidlo

Legislativa Arrété du 02/02/98 Limitní Uvážení o hodnota omezení * 100 mg/Nm3- <1 kg/h 200 g/t Tavba = 8 t/h 50 kg/h 50 mg/Nm3 1 kg/h 5 mg/Nm3 0,5 kg/h 5 mg/Nm3 50 g/h

1,7-2,8 0,04-0,07 kg/h 1 mg/Nm3 3 mg/Nm 34 g/h 3-5 g/t CO 450 Nm3/h 560 kg/h 35 Nm3/h 44 kg/h 3 HCL 22 mg/Nm 0,4 kg/h 9,2 mg/Nm3 0,35 kg/h HF 13 mg/Nm3 0,24 kg/h 4,8 mg/Nm3 0,18 kg/h HCN < 0,007 0,13 g/h < 0,01 mg/Nm3 0,38 mg/Nm3 NH3 0,61 mg/Nm3 12 g/h 0,1 mg/Nm3 3,8 g/h 50 mg/Nm3 NOX 9 mg/Nm3 0,17 kg/h 15 mg/Nm3 0,57 kg/h 500 mg/Nm3 3 3 VOC bez metanu 13 mg/Nm 0,25 kg/h 6 mg/Nm 0,23 kg/h 150 mg/Nm3 *: jestliže je tavidlo níže než je úvaha o limitu, hodnoty měření mohou převýšit hodnotu limitu Tuhé částice

100 g/h 25 kg/h 2 kg/h

Tabulka 4.40: Analytické výsledky a aplikovatelná legislativa pro dodatečné spalování spalin ve studenovětrné kuplovně s vodou (A) a chlazením vzduchem (B) [157, Godinot, 1999] Chlazením spalin rozstřikováním vody se dosahuje 66 % účinnosti přeměny CO, a tím jsou tyto hodnoty ve shodě s legislativou. Chlazení spalin výměníkem tepla zajišťuje lepší účinnost (98 %). Pro diskuzi o provedení ochlazování viz také 4.5.2.1. Použitelnost Změnit systém odtahu plynu do komína existující kuplovny na odtah pod vsázecím otvorem je ve většině případů nemožné. Dodatečné spalování odpadních plynů v šachtě pece nebo v komíně je proto schůdnějším řešením pro kuplovny s odtahem komínem. Z ekonomických důvodů je použití dodatečného spalování výhodnější u horkovzdušných kuploven. V poslední době byl také použit systém dodatečného spalování pro studenovětrné kuplovny bez komplikovanosti instalace pro horký vítr. Tento systém je použit ve Francii. Dodatečné spalování „v šachtě“ se proto používá jak v kuplovnách s horkovětrným, tak s provozem studenovětrným. V České republice byly všechny studenovětrné kuplovny předmětem studia pro dodatečné spalování v komíně. Spalování nebylo v žádném případě spontánní po celou dobu tavení. Bylo nezbytné instalovat zapalovací hořáky s nezanedbatelným výkonem. Objem emisí kuplovny se také zvýšil.


227

Kapitola 4

Ekonomika Vysoká spotřeba energie dodatečného spalování musí být vyhodnocena proti přínosům. U horkovětrných kuploven může být uvolněné teplo odpadních plynů znovu použito, což snižuje investice. Vysoká spotřeba energie dodatečného spalování je ekonomicky výhodná jen tehdy, jestliže uvolněné teplo odpadních plynů může být znovu použito, jako je tomu v rekuperátoru horkovzdušné kuplovny. Přechod ze studenovětrné kuplovny na kuplovnu horkovětrnou pro jediný důvod spalování plynu není možný. Horkovětrná kuplovna je přednostně postavena pro dlouhou kampaň, zahrnuje vyšší investiční náklady a používá se jen s výrobním výkonem natavení litiny 10 t/h nebo více. V menších slévárnách by tato metoda výroba nemusela být správným výběrem. Investiční náklady na dvě studenovětrné kuplovny vnitřního průměru 850 mm, která vyrábí 4,5 tuny za hodinu, 10 hodin denně a 5 dnů v týdnu se pohybují v řádu 300 000 EUR. Důvody pro použití Důvody pro použití jsou stanovené hodnoty emisních omezení i kontinuální monitorování CO a dále také omezení emisí pro organické sloučeniny. Příklady závodů Používání této technologie je hlášeno ve dvou závodech ve Francii. Odkazy na literaturu Dmýchání horkého větru: Dmýchání studeného větru:

[150, ETSU, 1998], [202, TWG, 2002] [157, Godinot, 1999], [202, TWG, 2002]

4.5.3

Elektrická obloukové pece – EOP

4.5.3.1.

Sběr odtahových plynů

Popis Vylučující se tuhé částice z EOP jsou velmi jemné a je obtížné zachytit je. Instalace systému zachycení částic a dýmu na elektrické obloukové peci je nejobtížněji řešitelný problém. Existuje několik metod, které mají různé výhody a nevýhody. Obrázek 4.16 ukazuje princip zákrytu montovaného na víko, zákrytu bočního odtahu a evakuaci plynu se čtyřmi otvory.

Obrázek 4.16: Princip (a) zákrytu na víku, (b) zákryt bočního odtahu a (c) přímé odsávání přes čtyři otvory [173, Huelsen, 1985] Zákryt upevněný na víku. Zákryt je umístěn na víku pece a sbírá dým přes mezeru mezi pláštěm pece a víkem. Je zachycován dým vystupující z pracovních dvířek a také z odpichového otvoru. Zákryty montované na víko jsou velmi těžké a bývají deformovány teplem. Jestliže se zákryty instalují na existující EOP, mohou


228

Kapitola 4 vzniknout problémy kvůli zvýšenému zatížení zvedacího a otočného mechanizmu víka. Typická rychlost odsávaného množství plynů je 7 500 až 15 000 Nm3/t. Zákryt bočního odtahu. Zákryt je namontován na pecní víko a sbírá dýmy emitované přes průchody elektrod. Klapky usměrňují proud vzduchu směrem ke krytu. Dále se používají zákryty nad pracovními dvířky a nad odpichovým otvorem pro zachycení emisí v těchto místech. Ve srovnání se zákryty namontovanými na víko jsou zde vyšší rychlosti odsávání, protože pro zachycení dýmu je nutná velká rychlost odtahu plynu. Pokud by se nenamontovalo přiléhající těsnění je možno očekávat některé úniky polutantů do atmosféry závodu. Bylo hlášeno, že zákryty bočního odtahu zvyšují spotřebu elektrod. Přístřešek. Velký odtahový zákryt je umístěn nad celou pecí, nad sázecím systémem. To vytvoří velkou mezeru mezi pecí a odtahovým systémem, u kterého je obtížné odsávat vystupující kouř a prach i při vysoké rychlosti odsávání. Křížový tah může vážně porušit účinnost sběru. Tyto nevýhody způsobují, že jsou tyto sběrné systémy nevýhodné. Odsávání přímo z pece nebo „čtyřmi otvory“. Dýmy jsou sbírány přes vodou chlazený nebo žárovzdorně vyzděný rozvod, který je spojen se čtyřmi otvory ve víku pece. Okolní vzduch je nasáván přes připojený rozvod, a tak je dodáván kyslík pro hoření plynného CO v neředěných a horkých odtahových plynech. Tím se zabrání explozi v systému sběru tuhých částic (prach, dým). Spalovací komora dosahuje velkých rozměrů, aby se zaručilo dostatečné spalování ve všech stádiích tavicího cyklu. Spálený plyn (900 °C) je chlazen ředěním s okolním vzduchem, vstřikováním vody, výměníky tepla (vodní pláště), nebo použitím dlouhého vedení. Tento chladicí proces je potřebný pro ochranu zařízení odlučovače. Použití řídicího systému tlaku v peci dovoluje relativně malou rychlost odběru pece – 2 000 až 4 000 Nm3/tunu. Spotřeba elektrod je obecně vyšší, je způsobena oxidací. Částečné uzavření pece. Kolem pece a odpichového otvoru jsou upevněny mobilní nebo pevné zákryty. Zákryty kolem pece jsou instalovány tak, aby umožnily sázení a odpich. Zákryty kolem odpichu jsou vybaveny mobilním zákrytem a bočními stěnami pro stejný účel. Odtahové plyny jsou sbírány přes hlavní odpadové potrubí na vrcholu víka za pomoci ventilátorů uvnitř potrubí, které vedou prachy a dýmy k odtahu. S těmito typy je možno dosáhnout účinnosti sběrného systému až 98 % . Úplné uzavření pece. Tento systém sestává z velké pevné odsávané místnosti obklopující tavicí pec a licí jámu. Zákryt je vybaven pohyblivým víkem, nebo bočními panely, které jsou přizpůsobeny k sázení i k odpichu. Tento postup také představuje provozní obtíže kvůli vysokým teplotám a hladině hluku uvnitř místnosti, nicméně výhody zahrnují nízkou vnější hladinu hluku a nízkou spotřebu energie. Spotřeba energie se odhaduje o 30 až 50 % nižší než u energie spotřebované pro přístřešek. Přínosy pro životní prostředí Zachycování spalin dovoluje řízené odsávání a úpravu proudu spalin, výsledkem je minimalizace jak volně unikajících, tak odvedených emisí. Účinky na ostatní média Zachycování odtahu zvyšuje spotřebu energie. Dovoluje vyčištění odtahového plynu, a tím produkovat tuhé částice k likvidaci nebo, pro zpětné použití. Provozní údaje Tabulka 4.41 ukazuje typický poměr proudu odtahu a účinnost odlučování pro různé druhy záchytných systémů.


229

Kapitola 4

Výkon odtahu proudu pro kapacitu pece m3/s

Zákryt bočního odtahu Zákryt víka Přímý odtah Celkový zákryt

Účinnost odlučování (%)

3,9 t/h 12,9

9,1 t/h 19,8

22,7 t/h 50,00

Rozsah 90-100

Typické max. 99

7,7 3,2

11,9 5,0

30,00 12,5 35-42

95-100 90-100

99 99

Tabulka 4.41: Typický výkon odtahu proudu (v m3/s) a účinnost odlučování odtahových záchytných systémů EOP [173, Huelsen, 1985] Výsledkem celkového zakrytí EOP s kapacitou 8,5 tuny bylo ve slévárně v Polsku snížení hladiny hluku při tavení z 91 dBA na méně než 85 dBA. Použitelnost Výše uvedené postupy jsou použitelné pro všechny nové a existující pece EOP s následujícími omezeními: o při instalaci pevného zákrytu víka na existující pec mohou vzniknout problémy z důvodu zvýšeného konstrukčního zatížení otáčecího mechanismu při zvedání víka o přímé odsávání pece použitím čtyř otvorů je omezeno na velké elektrické obloukové pece, protože víko musí být dost velké, aby se přizpůsobilo čtyřem otvorům bez jakéhokoliv konstrukčního zeslabení; postup se nedá použít pro tavení litiny, protože vstupní proud vzduchu generuje zvýšenou oxidaci uhlíku. Ekonomika Konstrukce a montáž přístřešku nad dvěma EOP (s kapacitou 8,5 tuny) zahrnují investice 275 000 EUR (ceny r. 1996), včetně nákladů na další přestavbu potrubí a odlučovacího systému. Důvody pro použití Nastane zlepšení pracovního prostředí pro obsluhu. Postup čištění plynu odvede proud odtahových plynů do odlučovače. Příklady závodů Přístavek: Metalodlew Foundry, Krakov (PL) Zachytávání odpadního plynu: Metso Lokomo Steels and Sulzer Pumps Karhula Foundry (FIN) Odkazy na literaturu [29, Batz, 1986], [32, CAEF, 1997], [173, Huelsen, 1985], [199, Metalodlew s.a.2002] 4.5.3.2

Čištění odsávaného plynu

Popis Systém čištění plynů pro spaliny v mnoha případech u EOP vyžaduje vysokou účinnost, protože velikost částic je malá. Pro odprášení odsávaných plynů se používají suché tkaninové filtry. Proudové Venturiho odlučovače nebo desintegrátory se užívají méně vzhledem k jejich vysoké energetické spotřebě. Úprava vody před likvidací je nezbytná, je třeba také likvidovat mokré odfiltrované břečky. Tkaninové odlučovače mají široké použití před elektrostatickými filtry, vzhledem ke kolísání teploty plynu ve velkém rozsahu a koncentraci znečišťujících látek v odsátých plynech. Jestliže se rozhodneme pro tkaninový filtr, je třeba dbát dbát zvýšené opatrnosti, aby se filtr ochránil prostřednictvím cyklonů nebo multicyklonů, které jsou odolné vůči vysokým teplotám, jak je uvedeno v sekci 4.5.1.3.


230

Kapitola 4

Zařízení pro chlazení plynu. Zde jsou odsáté plyny chlazeny ředěním s okolním vzduchem, vstřikováním vody, výměníky tepla nebo použitím dlouhého rozvodu. Vstřikování vody má tu další výhodu, že rychlé ochlazení odsátých plynů zabrání rekombinaci jakýchkoliv částečně spálených organických složek, což vede k čistším emisím. Systém chlazení vyžaduje účinný řídicí systém, aby se zabránilo plynům, které jsou příliš horké, vstupovat do textilních filtrů. Přínosy pro životní prostředí Sníží se vylučování částic z EOP. Účinky na ostatní média Postup mokrého odprašování má za následek vyšší spotřebu energie. Je třeba upravit vodu před likvidací a likvidovat nebo recyklovat mokré odloučené břečky. Provozní údaje Provozní údaje jsou dány v sekci 3.2.3.4. U současných tkaninových filtrů se poměr mezi vzduchem a látkou pohybuje od 2:1 až ke 3:1. Poměr proudu vzduchu k ploše filtru je poměrem volumetrického proudu vzduchu procházejícího filtrem k ploše filtrační tkaniny a je vyjádřen v (m3/sec)/m2, což lze vyjádřit jako množství vzduchu proudícího tkaninou filtruza sekundu. Použitelnost Tyto postupy mohou být použity ve všech nových a existujících instalacích. Ekonomika Náklady na instalaci nové sběrné a filtrační jednotky ve stávající slévárně EOP v Polsku, používající dvě tavicí pece (obě s výkonem 8,5 t/h) jsou sumarizovány v tabulce 4.42. Emise prachu se snížily z 10-13 kg/h a ze 145-150mg/Nm3 na 0,2-025 kg/h a 2,8-2,98 mg/Nm3. Došlo zde rovněž k s výraznému snížení difúzních emisí z tavírny. Investiční náklady Základy a přestavba starého kolektoru Konstrukce a montáž přístavku zakrývajícího 2 pece Nákup a montáž odlučovače a elektrického zařízení Výzkum, realizace a dohled Provozní náklady Odpisy Elektrická energie Opravy a servis * Ceny převedeny ze zlotých 1999

EUR* 115 000 275 000 560 000 80 000 EUR/rok 100 000 88 000 1 500

Tabulka 4.42: Údaje o nákladech na sběrné a odlučovací zařízení pro odtah plynů unikajících v EOP [199, Metalodlew s.a.2002] Určující síla pro implementaci Omezí se emise prachu při tavení kovů. Příklady závodů Metso Lokomo Steels and Sulzer Pumps Karhula Foundry (FIN) Odkazy na literaturu [173, Huelsen, 1985], [32, CAEF, 1997],[29, Batz, 1986] [199, Metalodlew s.a.2002]


231

Kapitola 4 4.5.4

Indukční pec

4.5.4.1

Sběr odtahových plynů

Popis Při instalaci odtahového sběrného systému na indukční pec bez jádra je nejobtížnějším problémem vyřešit zachycení kouře a tuhých částic, protože zde neexistuje odtahová šachta. V poslední dekádě se používá několik metod, každá má výhody i nevýhody. Celkové větrání pracoviště. Používá se kombinace na stěnu namontovaných žaluzií a střešních ventilátorů, které jsou umístěny nad plošinou pece, tím se zvyšuje přirozená ventilace kouře a dýmu, jejich přímé odvětrání do okolí. S přepážkami zavěšenými ve střeše, které mají vysoký odpor odtahu, je účinnost často špatná a dochází ke snadnému rušení průvanem. Odsávání přístřeškem. Protože nízko umístěný kryt překáží systému zavážení pomocí jeřábu, musí být nad ním instalovány větší kryty. Tyto přístřešky vytvářejí velké spáry mezi pecí a odsávacím systémem a to ztěžuje řízení stoupajícího kouře a dýmu, i když se využije velkých odsávacích výkonů. Příčný proud vzduchu (průvan) může vážně narušit účinnost systému. Tyto nevýhody dělají sběrné systémy neatraktivními. Odklopné boční zákryty. Zákryty jsou účinnější, pokud jsou aplikovány ve spojení s vibračním podavačem. Výřezy v zákrytu umožňují sázení. Během odpichu je zákryt odsunut nad pánev, a dovoluje tak účinné odsávání dýmu. Boční odtahové zákryty. Umístění odsávacího zákrytu vedle pece nabízí výhodu dobrého přístupu k peci a nepřekáží sázecím systémům. Z důvodu vysokého vztlaku odsávaných plynů se dosahuje účinného odsávání, zvláště když je zákryt umístěn mimo plošinu pece. V tomto případě je však řízení odsávání během odpichu špatné. Přístavek k peci tento problém řeší, ale může překážet při sázení. Účinnost se může zlepšit instalací vzduchových trysek na opačné straně krytu, které foukají tuhé částice a dýmy do krytu. Tato zařízení jsou neúčinná, pokud je proud vzduchu jakkoliv rušen, což je případ vsázení. Odsávání přes hubičku. Na vrcholu pece je umístěn sací kroužek tak, že se pohybuje s pecí během stahování strusky, nebo při odpichu. Tento systém nepřekáží při sázení. S uzavřeným víkem nabízí odsávání přes hubičku velmi dobré řízení odsávání, protože je co nejblíže emisnímu zdroji. Dýmy neprochází přes dýchací zónu operátorů pece. Nicméně řízení odsávání se podstatně snižuje, pokud je víko pece otevřené, například během vsázení. Odsávání přes víko. Plyn je odsáván přes víko pece. Tento způsob je velice účinný. Je používán většinou výrobců pecí. Odsávání se řídí podle režimu pece: tavení, vsázkování, odlévání. Pozornost musí být věnována materiálu používanému pro zákryty a rozvody, protože plyny mohou mít vysoké teploty. Jedná se zejména o případy, kdy je vstup sběrného systému blízko pece. Při návrhu je třeba počítat s ohřevem radiací a konvekcí z roztavené kovové lázně. Řádná údržba ve spojení s čidly teploty snižuje riziko požáru. Důležitou roli hraje čistota šrotu. Pokud šrot obsahuje organickou hmotu, může se teplota odsátého plynu zvýšit spalováním tohoto materiálu. To si vyžaduje použití žárovzdorné oceli, nebo dokonce žáruvzdornou vyzdívku sběrného zařízení. Olejové nánosy, které se tvoří kondenzací olejových par v potrubí, tím akumulují tuhé částice. Pokud se pravidelně neodstraňují, mohou být příčinou nebezpečí zakouření. Při užití čistého šrotu se používá nízkouhlíkatá ocel a není potřeba mít zajištěn přístup pro čištění potrubí a zákrytů.


232

Kapitola 4

Dosažené přínosy pro životní prostředí Zachycení plynu dovoluje řízené odsávání i úpravu proudu plynu, výsledkem je minimalizace jak volně unikajících, tak odvedených emisí. Účinky na ostatní média Při sběru odtahu se zvyšuje spotřeba elektrické energie a musí se generovat a likvidovat tuhé částice, popřípadě se znovu použijí. Provozní údaje Použitím specifických sběrných systémů, jako jsou boční odtahové zákryty, pohyblivé odtahové zákryty a částečné zastřešení pece, je možné dosáhnout účinnosti zachycení znečišťujících látek větší než 95 %. Provozní zkušenost v německé slévárně šedé litiny ukázala, že pecní víko je otevřené v průměru z 25 % pracovního času pece. Během otevření, které vede k vývinu tuhých částic, se provádí vsázkování, stahování strusky, odlévání. Systém odsávání přes hubičku instalovaný na pecním víku nedovoluje odtah tvořících se dýmů při otevřeném víku pece. Instalace teleskopického přístřešku dovolila účinné zachycení odtahu i během otevření pecního víka. Použitelnost Instalace zařízení pro zachycení emisí zplodin tavení je použitelná ve všech nových a existujících instalacích indukčních pecí, jak ve slévárnách železných, tak neželezných slitin. Důvody pro použití Sníží se emise unikající do ovzduší. Příklady závodů Tyto technologie jsou běžně užívány v evropských slévárnách u indukčních pecí. Konkrétním příkladem je Walter Hundhausen GmbH & Co KG (D). Odkazy na literaturu [29, Batz, 1986], [18, Rademacher, 1993], [32, CAEF, 1997] 4.5.4.2

Čištění odsátého plynu

Popis Systémy čištění plynu pro spaliny indukční pece musí být účinné, protože rozměr částic, které je třeba zachytit, je malý. Široce se používají tkaninové filtry před elektrostatickým odlučovačem. Jsou vhodnější pro kolísání teplot plynu ve velkém rozsahu a koncentrací částic a také ve velkém rozsahu v odsátých plynech. Při použití tkaninových filtrů je třeba dbát opatrnosti, pokud se týká přítomnosti oleje ve šrotu, protože olejové páry mohou kondenzovat na tkanině filtru. Zde mohou zalepovat póry a způsobit, že odstranění přilnutých tuhých částic je nemožné. Existuje také nebezpečí požáru. Rychlá ztráta tlaku systému, pokud se průduchy zalepí, snižuje výkon odsávacího zařízení. Proto, aby se zabránilo znečištění okolí pece, musí být média filtru měněna nebo regenerována (vyprána) častěji než u použití čistého šrotu. Použití textilie s povlakem nebo injektáž vápna do potrubí před filtrem může být řešením tohoto problému. Dále, jestliže se olejové páry spalují ve vedení, musí být proces spalování dostatečně pomalý, aby došlo k dobrému spálení olejových par, než páry vstoupí do skříně filtru. Teplota plynu nesmí přesáhnout navrženou teplotu textilie, v tomto případě by bylo třeba plyny ochlazovat. Používané mokré odlučovače mají vysokou spotřebu energie (Venturi), protože uhlíkatý metalurgický dým sestává z velmi malých částeček. Tyto odlučovače vyžadují značný příkon ventilátoru, aby se tvořila dostatečná turbulence v odlučovači pro sběr částic. Proud odtahovaných plynů je proto BREF – Kovárny a slévárny

233

Kapitola 4 udržován na minimu a s menším vstupem okolního vzduchu. Za normálních podmínek zde není problémem koroze. Jestliže jsou však do vsázky přidávány třísky, které obsahují kapaliny, je třeba zjistit, zda některé z těchto kapalin neobsahují síru, což by mohlo vést k tvorbě SO2. To by mohlo vyvolat problémy v zařízení, protože absorpce SO2 v odlučovači vede k okyselení vody a eventuální korozi zařízení, pokud se voda slévárenskou technologií neupraví. Některé slévárny hliníku taví materiál z elektrolýzy hliníku. V tomto případě se mohou tvořit anorganické polutanty, jako je fluorovodík. Ze spalin je lze vyčistit pomocí chemikálií, které mohou být přidány do systému odlučovačů. Při této úpravě lze použít jako adsorbent hydrát vápníku nebo oxid hlinitý. Přínosy pro životní prostředí Snížení vylučovaných tuhých částic z tavicích indukčních pecích je přínosem pro životní prostředí. Účinky na ostatní média Čištění odtahového plynu zvyšuje spotřebu energie a odděluje tuhé částice, které musí být likvidovány nebo recyklovány. Mokré odlučovací postupy vedou k vyšší spotřebě energie a nezbytnosti úpravy vody před její likvidací. Je třeba také likvidovat nebo recyklovat mokrou břečku z odlučovače. Provozní údaje Čištění zachycených plynů se obecně provádí použitím odlučovačů. Průměrné denní hodnoty emisí tuhých částic se drží pod 10 mg/Nm3. Provozní údaje jsou dány v sekci 3.2.4.1. Tabulka 4.43 udává provozní údaje pro německou slévárnu litiny, ve které je instalován centrální systém pro zachycení plynů, jenž používá pro zachycení tuhých částic tkaninový filtr. Systém sbírá odsátý plyn z různých částí slévárny, což zahrnuje: čtyři indukční pece (každá s odsáváním přes hubičku a se stříškou), sklad šrotu a předehřívání, úprava kovu, regeneraci směsi a licí pole. Údaje jsou dány pro surový plyn z tavicí pece, surový kombinovaný proud a čistý proud plynu.

Kombinovaný Vyčištěný plyn* odtahový plyn Tuhé částice 89,3 237 <1 NOX 1,6 8,3 7,9 CO 2,2 4,2 3,8 SO2 3,5 3,9 3,7 Celkem C 21,8 34,7 34,9 -6 PCDD/F 0,036 x 10 0,0027 x 10-6 • NOX, CO, SO2, a celkový C se nezachytí v tkaninovém odlučovači. Je malý rozdíl mezi surovým a vyčištěným plynem. • Tavicí kapacita 14 t/h, celkový proud spalin 240 000 m3/h • Všechny údaje jsou v mg/Nm3 Složka

Odtah plynu z tavení

Tabulka 4.43: Emisní údaje pro slévárnu litiny, používající odtahový systém pro indukční pece a centralizovaný systém se suchým tkaninovým odlučovačem [18, Rademacher, 1993] Použitelnost Tento postup je použitelný ve všech nových a existujících instalacích indukčních pecí, stejně tak ve slévárnách železných i neželezných kovů. Ekonomika Údaje o nákladech a spotřebě energie u zařízení tkaninového hadicového odlučovače (na tavicí jednotku kelímkové indukční pece o výkonu 15 t/h schopné zpracovat 120 000 Nm3/h) jsou uvedeny v tabulce 4.44.


234

Kapitola 4

Hladina emisí prachu Investiční náklady Spotřeba energie (mg/Nm3) (EUR) (kW) 350 000 250 <5 200 000 150 < 20 Tabulka 4.44: Investiční náklady a spotřeba energie u tkaninového odlučovače na indukčních pecích s různými výstupními hodnotami emisí prachu - údaje pro Portugalsko [225, TWG, 2003] Důvody pro užití Sníží se emise tuhých částic z tavení kovů. Příklady závodů Kouřové plyny jsou čištěny ve většině sléváren slitin železa, jež používají indukční pece. V omezeném počtu čistí kouřové plyny i slévárny slitin neželezných kovů. Odkazy na literaturu [18, Rademacher, 1993], [32, CAEF, 1997], [29, Batz, 1986] 4.5.5

Rotační pece

4.5.5.1

Sběr odtahových plynů a čištění odpadního plynu

Popis Ve většině případů je odlučovací zařízení potřebné pro splnění dnešních směrnic vlivu na životní prostředí. Pro tento účel se instalují suché tkaninové odlučovače, ale je technicky možné použít i mokré odlučovače. Aby se snížila teplota odsávaných plynů, jsou plyny ředěny okolním vzduchem. Toho lze dosáhnout vstupem vzduchu přes štěrbiny mezi odtahem pece a tvarovaným odsávacím potrubím. Tato mezera vždy existuje, protože umožňuje tělu pece rotaci a naklápění. Odsávací potrubí je často teleskopické. Obvyklé zředění pro snížení emisí je nepřijatelné. Pokud je však zředění použito pro chlazení plynů, musí mít výduch správné rozměry pro větší proudění plynu. Někdy jsou odpadní plyny ředěny, a potom přiváděny do výměníku tepla vzduch-plyn pro další ochlazení. Tímto způsobem je teplota plynu snížena z původních 1 500 °C na 200 °C nebo ještě méně. Při této teplotě mohou být plyny vedeny do tkaninového filtru pro očištění. Použití přídavného spalování dovoluje snížení emisí organického uhlíku a spalitelných částic. Postup může být také účinný při snižování rizika tvorby dioxinů při ochlazování plynů. Dodatečné spalování je instalováno za pecí a před výměníkem tepla. Může být použit jeden z následujících typů hořáků pro dodatečné spalování: - termální spalovací pec: spalování v otevřeném plameni - katalytická spalovací pec: spalování za nižších teplot použitím katalýzy, která má za následek vyšší účinnost a nižší emise NOx - rekuperační spalovací pec: spalování s využitím tepla pro předehřívání spalovacího vzduchu, které má za následek vyšší teplotní účinnost a nižší spotřebu paliva - katalytická rekuperační spalovací pec: kombinace předešlých dvou typů. Přínosy pro životní prostředí Sníží se emise vylučovaných částic tavicích rotačních pecí. Provozní údaje Provozní údaje jsou uvedeny v sekci 3.2.5.3. Očekává se, že dodatečné spalování může dosáhnout 80 % až 98 % účinnosti pro spálení spalitelných částic emitovaných z rotační pece. Horké plyny z dodatečného spalování mohou být odváděny rekuperátorem a mohou přispívat k předehřevu spalovacího vzduchu vedeného k hlavnímu hořáku pece. Rekuperátory přináší úsporu energie do 15 %.


235

Kapitola 4

Účinky na ostatní média Čištění odtahu plynů zvyšuje spotřebu energie. Čištění odpadního plynu generuje tuhé částice pro likvidaci nebo recyklaci. Použitelnost Tento postup je použitelný pro všechny nové a existující instalace rotačních pecí, jak ve slévárnách železných, tak neželezných kovů. Určující síla pro implementaci Omezí se emise tuhých částic z tavení kovů. Odkazy na literaturu a příklady závodů [23, Brettschneider and Vennebush, 1992], [32, CAEF, 1997], [163, UK Environment Agency, 2002], [202, TWG, 2002] 4.5.6

Kelímkové a plamenné pece

4.5.6.1

Předcházení viditelným emisím během tavení a úpravy kovu

Popis Za normálních provozních podmínek tavicí proces, pokud jde o čistou tavbu kovu, neemituje viditelný kouř. Během zavážení pece je možné, že se může tvořit viditelný kouř. Může to být buď způsobeno hořícími nečistotami ve vsázce, jako je olej nebo barva, nebo plamenem hořáku, který je zhášen, a nespálené pevné nebo tekuté palivo je emitováno. V těchto případech je možné instalovat dodatečný hořák. Pro zachycení viditelného kouře mohou být instalovány také zákryty. Tavení čistého šrotu předchází nebo minimalizuje tyto typy emisí. Přínosy pro životní prostředí Sníží se emise produktů nedokonalého spalování do vzduchu. Účinky na ostatní média Zachycení kouře vyžaduje použití elektrické energie. Použitelnost Tato technologie se týká nových i stávajících kelímkových a nístějových pecí. Některé existující pece byly zpětně vybaveny zařízením na odsávání a snižování nečistot. Tento postup je provázen praktickými obtížemi. Použití tohoto zařízení omezuje obsluhu, například jeřábu i pece samotné. Aby bylo odsávání účinné, je obyčejně provedeno takovým způsobem, že se pohybuje s tělesem pece při naklopení pro lití v případě emisní provozní špičky. Toho nelze vždy snadno dosáhnout s existujícími tělesy pece. Mohou se vyskytnout také problémy spojené s umístěním připojeného vedení. V některých případech je nutné upravit hlavní plošiny pece a okolí, aby se umožnila instalace vedení. Ekonomika Odhad nákladů pro extrémní (nejhorší) scénář pro zachycení všeho prachu při vsázení a odpichu udělal CTI. Tabulka 4.45 sumarizuje finanční údaje pro „průměrnou slévárnu“ s amortizací nákladů pro předpokládané zařízení pro odsávání a snižování nečistot (10 let životnosti). Tento odhad však může mít veliké výkyvy, v závislosti na velikosti slévárny a použitých postupech.


236

Kapitola 4

Výkon odsávání m3/min. 142

Výkon výroby t/h 0,5 (1 150 t/rok)

Náklady EUR Investiční 117 573

Příkon kW Stavební 15 676

Náklady (EUR)/t nataveného železa Provozní

40

15,24

Finanční 18,81

Celkové 34,05

Poznámka: stavební náklady jsou započteny jako 12 % z investičních nákladů, provozní náklady jsou založeny na údržbě a nákladech za likvidaci odpadu a jsou 10 %, z investičních nákladů a příkonu za EUR 0,06/kWh. Finanční náklady jsou propočteny z legislativy udávající, že závod bude amortizován za deset let se sazbou úroku 10 %

Tabulka 4.45: Odhad nákladů pro instalaci systému odlučovače pro zachycení viditelných dýmů během vsázení a odpichu [161, UK Environment Agency, 2002] V tomto příkladu, za podmínek předem daných, budou náklady na snížení těchto viditelných emisí činit 34,05 EUR za tunu nataveného kovu. Důvody pro použití Omezí se výskyt viditelných emisí. Příklady závodů Tato technologie je běžně používána v evropských slévárnách. Odkazy na literaturu [161, UK Environment Agency, 2002] 4.5.7.

Úprava kovu

4.5.7.1

AOD konvertor: sběr a úprava plynu

Popis Zařízení pro kontrolu znečištění musí být navrženo tak, aby bylo schopno provozu ve špičce, i když tato špička trvá relativně krátkou dobu. Víka na nádobu AOD mají různé tvary a velikosti. Alternativou k přímému odtahu je stříška. Stříšky se používají v několika závodech a účinně zachycují jak dýmy při procesu, tak kouř při ostatních procesech, jako je zavážení vsázky a odpich. Tyto stříšky lze používat ve spojení s akcelerátorem, umístěným nad hubičkou AOD. Akcelerátor plní několik užitečných funkcí včetně usměrnění oblaku dýmu. To umožňuje zmenšit velikost požadované stříšky a ochranu obklopujícího okolního zařízení a personálu před intenzivní radiací plamene AOD. Hlavní výhodou stříšky je zachycení odpadů vznikajících jak při procesu, tak uniklých odpadů z víka. [202, TWG, 2002] {Italy 28} Dosažené přínosy pro životní prostředí Zachycení spalin dovoluje řízenou evakuaci a úpravu proudu spalin. Výsledkem je minimalizace jak volně uniklých, tak nasměrovaných spalin. Účinky na ostatní média Čištění spalin zvyšuje spotřebu energie a generuje tuhé částice, které lze znovu použít, nebo likvidovat. Použitelnost Tento postup se používá ve všech nových a existujících instalacích AOD. Důvody pro použití Omezení emisí tuhých částic, které vznikají při tavení kovů.


237

Kapitola 4

Příklady závodů Jsou hlášeny příklady závodů v Itálii a Finsku. Odkazy na literaturu [202, TWG, 2002] 4.5.7.2

Modifikace: sběr plynu a jeho čištění

Popis Typ sběru kouřových plynů závisí na postupu, který se používá pro modifikaci litiny při výrobě tvárné litiny (viz 2.4.11.4). V závislosti na postupu se může uvolnit podstatné množství MgO ve formě bílého dýmu. Vlastnosti různých modifikačních postupů jsou dány v tabulce č. 3.20. Obecně se u postupů s vyšší účinností produktuje menší množství emisí. To je případ procesu in-mold, kde se modifikace děje během lití litiny do formy. Při modifikaci v kelímku snižují emise postupy používající víko. Jestliže odpadní plyny při modifikaci nejsou zachyceny, může se tavírna zaplnit bílým kouřem a prachem MgO. Odsávání bez filtrace má za následek viditelné emise. Velký objem viditelných částic může být generován, a to v krátké době (5 až 10 minut pro každou upravovanou dávku). Modifikaci v kelímku lze provést na speciálním podstavci, nebo na speciálním místě v tavírně. Kelímek s roztaveným kovem je přemístěn na toto místo po nalití, kde je instalován pevný zákryt pro zachycení vyvinutého dýmu. Při sběru dýmu MgO musí být respektováno to, že plyny jsou velmi horké a při intenzivní reakci Mg se tvoří jiskry. Z důvodu rychlého vývinu dýmů směrem nahoru a teploty se musí odsávat také velké množství okolního vzduchu. To vyžaduje instalaci výkonného odsávacího zařízení a jsou nutné vysoké investiční náklady. Výsledkem suché filtrace (s tkaninovými filtry) odpadního plynu je práškový MgO, který může být znovu použit pro výrobu pigmentu, nebo pro výrobu žárovzdorného materiálu. Dosažené přínosy pro životní prostředí Hořčík má škodlivé účinky na životní prostředí, i když je v malém množství základní živinou rostlin a zvířat. Velká Británie udává dlouhodobý expoziční limit (8 hodin TWA – časový vážený průměr) 4 mg/m3 pro prach MgO a dýchatelný dým (vyjádřeno v mg). Účinky na ostatní média Zachycení dýmu oxidu hořčíku vyžaduje zvýšené užití energie, a proto se zde projevují zvýšené emise z výroby energie. Externí opětovné použití prachu MgO vede ke snížené potřebě primárního materiálu. Provozní údaje Typický poměr přísady pro hořčík do tavby je kolem 0,1 % váhy tavby (ve skutečnosti je hořčík přidáván jako slitina, např. MgFeSi, a může být proto použito až 2 % váhy tavby podle použité slitiny z Mg). Přísada hořčíku při modifikaci zanechá 0,05 % hořčíku v tavbě, většina Mg oxiduje do atmosféry jako MgO. Ten se velmi rychle shlukuje ve vzduchu. Pokud není dým zachytáván, může se dostat do ovzduší ve slévárně, a padá pak ve slévárně jako prach. K dispozici nejsou žádné přesné informace o tomto spadlém množství, ale reálné množství spadu může tvořit až 50 % uvolněného prachu. Na každou tunu upravovaného kovu se uvolní do vzduchu z modifikační pánve kolem 500 g hořčíku (tj. 833 g MgO uvolněného na tunu upravovaného kovu) a kolem 400 g MgO uvolněného do venkovní atmosféry. Použitelnost Postup zachycení odtahu plynů a jejich čištění se aplikuje u sléváren používajících postup modifikace litiny v kelímku. Nebyly poskytnuty žádné informace o použitelnosti postupu in-mould a autoklávu.


238

Kapitola 4

Ekonomika Při použití této technologie vyžaduje odsávání úspěšně zachytit většinu emisí MgO z pánve pro úpravu, což je asi 280 m3/minutu. Investiční náklady a náklady na instalaci budou činit 180 000 EUR. Níže uvedená tabulka sumarizuje finanční náklady pro „průměrnou slévárnu“ s amortizací nákladů nad rozpětí předpokládaných 10 let životnosti zařízení pro odsávání a snižování nečistot. Výkon odtahu m3/min

280

Výkon výroby t/h

0,5 1 000 t/rok

Náklady EUR Investiční

Stavební

180 280

23 514

Příkon kW

50

Náklady v EUR/tunu upravovaného kovu

Provozní

Finanční

Celkové

21,95

29,35

51,30

Poznámka: Stavební náklady jsou brány jako 15 % investičních nákladů. Provozní náklady jsou založeny na údržbě, nákladech za likvidaci odpadu a jsou ekvivalentem do 10 % investičních nákladů a příkonu za EUR 0,06/kWh. Finanční náklady jsou založeny na amortizaci závodu nad 10 let se sazbou úroků 10 %.

Tabulka 4.46: Kalkulace nákladů pro snížení dýmu MgO Náklady na snížení dýmu emisí oxidu hořčíku se odhadují asi 51,30 EUR na tunu upravovaného kovu. [161, UK Environment Agency, 2002] Důvody pro použití Omezení viditelných emisí a měření kvality pracovní atmosféry. Příklady závodů Römheld &Moelle – Mainz (D) Fuchosa – Atxondo (E) Odkazy na literaturu [161, UK Environment Agency, 2002], [110, Vito, 2001] 4.5.8


4.5.8.1 Zachycování odsávaného vzduchu a tuhých částic z úpravny bentonitové formovací směsi a jeho čištění Popis Pouze v několika různých etapách úpravy bentonitové formovací směsi se generují tuhé částice. Tuhé částice jsou generovány zejména vibračním sítem a v procesu chlazení. Tato zařízení mají zákryty pro úpravu a zachycování tuhých částic. Jednotky jsou uzavřeny a spojeny s centrálním odlučovačem. Při instalaci odlučovače se musí počítat s rosným bodem odváděného vzduchu a typem tuhých částic. Odsávaný vzduch z úpravny bentonitové formovací směsi je nasycen vodou, proto jsou nejvhodnější pro zachycení odtahu mokré systémy (často nízkotlakého typu). Vlhký systém se však příliš nepoužívá, je nahrazen suchým odlučovačem. Posledně jmenované zařízení má tu výhodu, že část částic může recirkulovat a že se netvoří odpadní vody. Mokré systémy jsou dále náchylné k vnitřní korozi a k vytváření produktů tuhých částic a oxidace. Mokré odlučování nečistot odsávaného vzduchu může mít za následek problémy s čištěním odpadní vody. Zachycené tuhé částice obsahují bentonit, který se obtížně sedimentuje. [225, TWG, 2003] Při použití tkaninového filtru se musí zabránit problémům s kondenzací. Kondenzace může způsobit usazování prachu, ucpávání nebo trhání filtrační tkaniny. Přídavek chladicí vody do vratné směsi se musí dodat řízeným způsobem, aby se minimalizovala tvorba páry. Rosný bod proudu vzduchu se může zvýšit ohřevem pomocí plynového hořáku. Přínosem je to, že shromážděné tuhé částice jsou suché, a tak mohou být snadno přepravovány. Po separaci částic podle velikostí se může hrubá frakce a část jemné frakce vracet zpět do směsi.


239

Kapitola 4

Přínosy pro životní prostředí Sníží se emise tuhých částic do ovzduší. Účinky na ostatní média Při použití mokrých systémů čištění vzniká odpadní voda, jež musí být upravena. To také generuje jednotlivé frakce břečky a vyžaduje si její likvidaci. Některé systémy pracují bez produkování odpadní vody. Břečka je zahuštěna, a pokud obsahuje dostatečné množství bentonitu, používá se znovu v cyklu úpravny směsi. Provozní údaje Použitím suchého tkaninového filtru je možno bezpečně dosáhnout zbytkové koncentrace tuhých částic 10 mg prachu/Nm3 ve výduchu do atmosféry. Pro mokré odlučovače je účinnost trochu nižší, běžné hodnoty emisí tuhých částic jsou 50–100 mg/Nm3, ačkoliv byly hlášeny i nižší hodnoty (viz také tabulka 4.47). Zařízení Úpravna směsi 160 t/h Úpravna směsi 11 t/h Úpravna směsi Vytřásací jednotka Vytřásací jednotka Broušení Tryskání broky

Množství odsátého vzduchu m3/hod. 64 000 48 080 57 400 51 070 50 000 54 000 17 000

Postup snižování Proudový Venturiho odluč. Mokrý odlučovač Tkaninový odlučovač Mokrý odlučovač Tkaninový odlučovač Tkaninový odlučovač Tkaninový odlučovač

Emise mg/Nm3 4 7 6 7 2 5 4

Tabulka 4.47: Hodnoty emise tuhých částic z formovny a licího pole [29, Batz, 1986] Údaje průběžného sledování u velké automobilové slévárny jsou uvedeny v příloze č. 2. Tyto údaje představují sledování tuhých částic u úpravny směsi, přepravy směsi a čištění odlitků broky. Použitelnost Tento postup je použitelný v nových a existujících úpravnách bentonitové formovací směsi. Důvody pro použití Sníží se emise tuhých částic. Příklady závodů Obecně je tento postup používán ve slévárnách po celé Evropě. Odkazy na literaturu [29, Batz, 1986], [32, CAEF, 1997], [110, Vito, 2001], [225, TWG, 2003] 4.5.8.2 Zachycení odsávaného vzduchu s tuhými částicemi z formovny užívající bentonitové formovací směsi a jejich čištění 4.5.8.3

Zachycení plynných látek z výroby jader – obecné úvahy

Typ použitého pojiva a tvrdidla určuje typ emisí. Plyny z výroby jader s chemickými pojivy obsahují většinou směs organických rozpouštědel. Emise fenolu, formaldehydu nebo čpavku atd. jsou mnohem nižší a jsou závislé na typu pojiva. Podle tohoto výběru odsátý plyn obsahuje prchavé organické uhlíkové látky, fenoly, formaldehydy, různé aminy, čpavek nebo kyanovodíky. Mísení, vstřelování jader a sušení může být do určitého stupně uzavřeno v závislosti na vznikajících emisích. Pro pojiva se používají různé specifické postupy a ty jsou uvedeny v následujících sekcích. Prchavé organické uhlíkové emise jsou běžné pro všechny chemicky tvrzené typy směsí kromě směsí s vodním sklem. Pro samotvrdnoucí směsi a za studena tvrdnoucí pojiva jsou emise během mísení nízké. Jsou dány


240

Kapitola 4 nízkým množstvím pryskyřice (1–2 % pryskyřice v ostřivu). Emise vznikající během vytvrzování, natírání a sušení mohou být ty, které se musí zachytit a upravit. Při regeneraci chemicky vytvrzené směsi vznikají tuhé částice při vytloukání. Chlazení písku a jeho čištění se obvykle provádí suchou cestou, protože odpadají problémy s kondenzací vody. Recirkulace tuhých částic není možná. [110, Vito et al., 2001] 4.5.8.4

Cold box: zachycení par aminu a úprava odtahovaného plynu

Popis Při profukování CB jader plynem vznikají odpadní plyny, které před jejich emisi do atmosféry potřebují čištění. Aby se chránilo pracovní prostředí, jsou vstřelovací stroje jader zakryty a vyplachovány vzduchem. Před otevřením stroje pro odebrání čerstvě vyrobeného jádra se odsávají plynné zbytky plynu. Sběrné odsávací systémy se mohou instalovat pro zabezpečení dobrých pracovních podmínek během kontroly, manipulace a skladování čerstvě vyrobených jader. K tomu se instalují zákryty nebo odsávací systémy, například na kontrolním stole, nad manipulační oblastí a nad skladem. Odsávané páry aminu vyžadují úpravu, aby se předešlo obtěžujícímu zápachu. Může se užít jedna z následujících metod. Adsorpce aktivním uhlíkem. Tento proces je velmi účinný, ale provozní náklady jsou neúměrné, takže může být doporučen, jen pokud je odsávaný objem plynu malý. Spalování. Aby byl tento proces účinný, musí být hořák dodatečného spalování přesně navržen, aby zajistil teplotu nejméně 800 °C s minimální dobou přítomnosti plynů na teplotě 2 sekundy. Spotřeba energie je vysoká a proces je v provozu drahý. Jestliže slévárny provozují kuplovny, odtahový plyn může být vháněn do kuplovny a tam spalován. Chemické odlučování. Odsáté plyny jsou zavedeny do lázně. Aminy reagují s kyselinou sírovou, fosforečnou a pH roztoku je normálně udržováno pod hodnotou 3. Roztok mění svoje složení a je třeba jej čas od času vyměnit, aby se odstranily koncentrované soli. Následně je vyžadována likvidace nebezpečných odpadů pro recyklaci aminu. Je technicky možné roztok zpracovat, toto uvádíme v sekci 4.6.5. Biofiltr: viz sekce 4.5.8.6. V zimě je potřeba ohřát odsátý vzduch, aby se zabránilo kondenzaci aminu uvnitř odtahového potrubí. To lze provést využitím odpadního tepla z kompresoru nebo blízkých zařízení. [15, Gwiasda,1984{strana 4}] Dosažené přínosy pro životní prostředí Zachycení odtahu umožňuje snížení emisí aminu a souvisejících emisí tuhých částic. Účinky na ostatní média Při použití kyselých odlučovačů se aminy převedou do odlučovacího roztoku, který potom vyžaduje další úpravu. Obnova aminu z roztoku je ale možná, o tomto pojednává sekce 4.6.5. Provozní údaje Použitím jakékoliv metody mohou být udrženy emise aminů pod 5 mg/Nm3. Emisní údaje pro cold box jadernu, která používá mokrý odlučovač (pračka aminu), jsou uvedeny v tabulce 4.48. V odlučovači se používá 75 % roztoku kyseliny fosforečné. Při normální operaci se roztokem odlučovače zlikviduje 15 kg aminu za den. Roztok je nasycen a skladován v nádrži pro externí likvidaci nebo úpravu. Instalace pracuje s příkonem 35,5 kW po dobu 2 000 hodin/rok.


241

Kapitola 4

Složka Tuhé částice Amin Fenol Kyslík Objem odsátého vzduchu

Hladina emise mg/m3 0,42 2,4 0,53 21 % 25 100 m3/h

Tabulka 4.48: Emisní údaje pro cold-box jadernu, používající pračku aminu [29, Batz, 1986] Použitelnost Postup se používá ve všech existujících a nových jadernách cold box. Ekonomika Provozní náklady pro instalace zmíněné v sekci „provozní údaje“ činí 6,3 EUR/tunu dobrých odlitků. Investiční náklady, například zařízení používající mokrou pračku aminu, jsou uvedeny v tabulce 4.49. Položka Množství odváděné vzdušniny Koncentrace aminu v surovém plynu Koncentrace aminu ve vyčištěném vzduchu Spotřeba energie Investiční náklady

Hodnota 30 000 m3/h 150 mg aminu/Nm3 < 1 mg aminu/ Nm3 45 kW EURO 187 000

Tabulka 4.49: Specifikace a investiční náklady na pračku aminů u odpadních plynů z jaderny, kde je používána metoda cold-box - údaje pro Portugalsko, 2003 Důvody pro použití Lze zajistit zdraví dělníků a předejít emisím tuhých částic. Příklady závodů Tato technologie je obvykle uplatňována ve slévárnách používajících pojiva cold-box. Odkazy na literaturu [29, Batz, 1986], [32, CAEF, 1997], [15, Gwiasda,1984] 4.5.8.5

Sběr a odstranění VOC

Popis Emise VOC (hlavně rozpouštědla, BTEX a v menším rozsahu fenol, formaldehyd, atd.) jsou výsledkem přípravy chemicky tvrzených směsí a také dalších následných procesů lití, chlazení a vytloukání (viz tabulka 3.35 a tabulka 3.45). Tyto složky jsou škodlivé a tvoří emise tuhých částic. Snížení VOC brání ta skutečnost, že do sběrného systému vstupuje velké množství okolního vzduchu. Pro odstranění VOC se používají následující postupy: • adsorpce a aktivace • dodatečné spalování • biofiltr. Pro adsorpci do aktivovaného uhlíku prochází odsávaný plyn přes uhlíkové lože. Po nasycení je uhlík tepelně zpracován. Aktivovaný uhlík má velmi vysokou adsorpční (a snižovací) účinnost. Pro benzen je účinnost > 99 %. Tento proces má následující nevýhody: • vysoký objem plynů vyžaduje velké množství aktivovaného uhlíku • tuhé částice a aerosoly musí být z odtahového plynu odloučeny ještě před uhlíkovou adsorpcí, protože velmi jemné prachové částečky vykazují tendenci lepit se; čištění je možné pouze při použití mokrého postupu, kde se generuje odpadní voda.


242

Kapitola 4

Pro úspěšné využití dodatečného spalování pro eliminaci VOC z odtahových plynů jsou nezbytné minimální koncentrace. Tyto limitní hodnoty mají specifické složení a závisejí na použitém postupu. Dodatečné spalování je možné u plynu odsátého při skořepinovém formování. Odsátý plyn z licího pole nemá dost vysokou hladinu VOC, aby mohlo docházet k dodatečnému spalování. Alternativou pro dodatečné spalování je použití odtahového plynu od vstřelovaček jader ke spálení v kuplovně. Použití biofiltru se diskutuje detailně v sekci 4.5.8.6. Přínosy pro životní prostředí Redukují se emise VOC do ovzduší. Účinky na ostatní média Energie je spotřebována při shromažďování plynu, které může přisávat velké množství okolního vzduchu. Důvody pro použití Sníž se emise VOC. Odkazy na literaturu [20, Gapp, 1998], [110, Vito, 2001] 4.5.8.6 Čištění odsávaných plynů použitím biofiltru Popis Biofiltrace je založena na schopnosti mikrobů, žijících ve vlákninovém rašelinovém filtračním loži, okysličovat zapáchající plyny a přetvořit je na plyny nezapáchající. Plyn, který je čištěn, je hnán ventilátorem přes lože vlhkého materiálu filtru a vystupuje bez pachu na horní straně. Zapáchající složky jsou absorbovány ve vodní frakci a rozloženy mikroorganismy žijícími v materiálu filtru. Dobrá funkce filtru závisí na rovnováze mezi dodanou živinou (složky pro snižování/rozklad) a počtem mikroorganizmů. Ve slévárnách se biofiltry používají pro odstranění aminů z výroby jader metodou Cold-box a pro odstranění VOC (benzen) z plynů odsátých na licím poli. Kritické parametry pro fungování biofiltru jsou následující: • prodyšnost vrstvy filtru - plyn musí proudit přes lože v dobrém kontaktu s materiálem filtračního lože; přebytek jemného materiálu ve filtračním loži může způsobit ucpávání, vzrůst odporu, a tedy tlaku, a vyfukování materiálu z lože • zvlhčování média filtru - pro kontinuální nebo přerušované zvlhčování materiálu lože se může použít systém disperze vody • úprava odsávaného vzduchu - odtahové plyny mají být navlhčeny před vstupem do filtru, jenž má být udržován v optimálním provozu a při konstantní teplotě (30 °C), to však může vyžadovat předehřev odsávaného plynu • odpovídající úprava vody - biofiltr produkuje zbytkovou vodu obsahující fenol a kresol, ten se upravuje v systému odpadní vody před likvidací, nebo recirkulací; recirkulace vyžaduje dodatečné odstraňování soli. Zavedení postupu biofiltrace v německé slévárně vyžadovalo dlouhou optimalizační dobu, dokud nebyla schopna fungovat uspokojivě. Bylo zjištěno, že důležité jsou následující charakteristiky použití: • uzavření biofiltračního lože poklopem, aby se předešlo problémům s CO a kondenzací během instalace, filtrovaný vzduch je odsáván přes centrální komín výduch. • přísná kontrola kvality vody (např. obsah soli), zvláště pokud se používá systém, který neprodukuje odpadní vodu • dodávání živných solí do rozstřikované vody, aby se udržela aktivita lože


243

Kapitola 4

•

řízení hodnoty pH materiálu lože a přísada vápna pro udržování neutrální hodnoty pH.

Přínosy pro životní prostředí Snížením emisí aminů nebo VOC emisí jaderny a licího pole se eliminují emise benzenu a ostatních VOC. Účinnost značně kolísá podle širokého spektra faktorů, jako jsou podmínky počasí, stáří substrátů apod. Pro užití samotných biofiltrů platí postup jako pro snížení VOC. Jejich hlavním cílem je snížení zápachu. Účinky na ostatní média Biofiltr produkuje odpadní vody, ty mohou být po úpravě interně recirkulovány. Získaná sušina z břečky se musí likvidovat. Přívod spalin do filtru a přes filtr vyžaduje spotřebu energie, stejně jako pro doprovodné zařízení. Bylo hlášeno, že může nastat problém u emisí skleníkového plynu N2O. Provozní údaje Pilotní údaje pro odstranění aminu byly zajištěny ve Finsku. Jednotka s biofiltrem (průměr 0,8 m, výška 1 m) byla instalována při výrobě jader po kyselém odlučovači. Zařízení obsahovalo ventilátor a zvlhčovací jednotku, kterou byla nastavena vlhkost biofiltrační jednotky na optimum. Odstranění pachu bylo měřeno pomocí olfaktometru. Výsledky pro zápach a celkové úrovně uhlovodíků jsou dány v tabulce 4.50. Provozní údaje pro biofiltraci odtahových plynů při výrobě jader metodou Coldbox. Různé hodnoty vstupu, které jsou dány analýzou, jsou způsobeny kolísáním procesu. Hodnoty ukazují, že výsledky filtrace znamenaly podstatné snížení zápachu a uhlovodíků. Složka

Jednotka 3

Zápach OU/m Uhlovodíky celkem Mg C/m3 OU = jednotky zápachu

Před biofiltrací 410 3000 20-35

Po biofiltraci 150-310 5-10

Tabulka 4.50: Provozní údaje pro biofiltraci odsávaných plynů z výroby jader metodou Coldbox [112, Salminen and Salmi, 1999] V průmyslovém měřítku byly údaje o odstranění VOC zajištěny v Německu. Jednotka s biofiltrem (specifikace: povrch 300 m3, výška 1 m, v 5 obdélníkových ložích s celkovým výstupem 32 330 Nm3/hod. suchého plynu) byla instalována pro úpravu odsátých plynů po lití a chladnutí ve slévárně litiny používající bentonitové formovací směsi, při použití metody výroby jader Croning a výroby jader Cold-box. Emisní údaje jsou dány v tabulce 4.51. Měření olfaktometrem ukázala průměrnou redukci emise pachu faktorem 94,5 % při použití biofiltru.


244

Kapitola 4

Parametr O2 CO2 NOX CO Benzen Toluen Etylbenzen Xylen Formaldehyd Prach Čpavek Fenol Kresol PCDD/F Benzo(a)pyren

Jednotka % % mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 ng/m3 mg/m3

Před biofiltrem 20,74 0,17 3,65 382 15,80 9,37 3,00 4,90 0,37 13,63 8,97 4,67 3,73 0,0056 0,0001

Po biofiltru

Redukce %

299 1,44 0,92 0,46 1,54 0,01 2,03 0,16 0,02 0,02 0,041 0,0003

21,7 90,9 90,1 84,7 68,6 68,6 85,1 98,2 99,6 99,5 26,8 70,0

Tabulka 4.51: Údaje emisí pro biofiltraci odtahu plynů z licí a chladící linky slévárny vyrábějící formy z bentonitové směsi [20, Gapp,1998] Použitelnost Tento postup je použitelný v nových a existujících slévárnách, které užívají metodu tzv. na syrovo (použití bentonitových směsí). Také v jadernách s metodou Cold-box je postup čištění plynů biofiltrem často využíván. Použitelnost je omezena u sléváren s třísměnným provozem. Protože biofiltry vyžadují velice stabilní podmínky po celý rok. V každém známém případě použití bylo vyžadováno velké individuální úsilí v oblasti výzkumu a vývoje, aby se dosáhlo přijatelných výsledných hodnot. Ekonomika Investiční náklady na jednotku biofiltru v německé slévárně (povrch 300 m3, výška 1 m, v 5 obdélníkových ložích s celkovou propustností 32 330 Nm3/hod. suchého plynu) obsahující jednotku pro úpravu vody dovolující provoz bez produkce odpadní vody byly odhadnuty na 3 272 000 EUR. To zahrnuje 2 352 000 EUR pro filtr a obklopující zařízení, 920 000 EUR pro zachycení odtahu a vedení. Při návrhu zatížení 40 000 Nm3 se provozní náklady odhadují na 170 000 EUR/rok. Tyto odhadnuté provozní náklady jsou mnohem vyšší než obecně uváděné investice a provozní náklady na jednotky biofiltru. Důvodem je pravděpodobně velký výkon a rozsah okolního zařízení. V roce 1998 se uvádí odhad nákladů pro biofiltr s otevřeným ložem, který upravoval 17 000 Nm3/h, na 70 000–100 000 USD na investici samotnou a roční provozní náklady na vodu, práci a režii 15 000– 25 000 USD. Důvody pro zavedení Sníží se rušivé účinky, především zápach. Příklady závodů Halberg Guss, Saarbrücken-Brebach (D) Odkazy na literaturu [20, Gapp,1998] [112, Salminen and Salmi,1999], [202,TWG, 2002], [208, Deviny,1998] 4.5.8.7

Formování do trvalých forem: sběr emisí ze separačních prostředků

Popis Nástřik forem u vysokotlakého lití separačním prostředkem na bázi vody vytváří mlhu s koncentrací produktů rozpadu. Mlha je shromažďována pomocí odsávacího víka a elektrostatického odlučovače.


245

Kapitola 4

Dosažené přínosy pro životní prostředí Přínosem pro životní prostředí je snížení emisí separátoru obsahujícího organické sloučeniny, prevence difúzních emisí. Účinky na ostatní média Zachycení a sběr mlhy vyžaduje spotřebu energie. Provozní údaje Příklady provozních údajů slévárny jsou uvedeny v tabulce 4.52. Údaje zahrnují separační prostředky na bázi syntetického polymeru a polysiloxanu mísitelné s vodou (1:40). Každý licí stroj je vybaven samostatným odsávacím víkem a elektrostatickým odlučovačem. Horký a vyčištěný vzduch se fouká zpět do haly (např. pro obnovu tepla). Znečišťující látka Tuhé částice Organické látky (hodnoty celkového uhlíku) (mg/m3)

Průtoky měřené půl hodiny (mg/Nm3) 1,5-4,3 4-6

Hmotnostní tok (g/h) 5,5 9

Tabulka 4.52: Emise vznikající při výrobě odlitků vysokotlakým litím slitin hliníku po vyčištění v elektrostatickém odlučovači [202, TWG, 2002] Použitelnost Tento postup se používá u stávajících instalací. Je to měření na výduchu z odlučovače tam, kde prevence nebo minimalizace postřiků nevyhovuje. Opatření pro prevenci a minimalizaci postřiků jsou projednána v sekci 4.3.5.1. Důvody pro zavedení Minimalizace difúzních emisí a právní předpisy týkající se emisí olejové mlhy (např. ve Švédsku). Příklady závodů Referenční závod: TCG Nitech, Kirchdorf/Krems (A) Obecná praxe pro starší stroje vysokotlakého lití (D, F, B,...) a pro všechny stroje tlakového lití v Itálii. Odkazy na literaturu [202, TWG, 2002], [225, TWG, 2003] 4.5.9

Odlévání, chlazení, vytloukání

4.5.9.1

Úvod

Emise vznikající během lití, chlazení a výtloukání, jsou rozdílné, značně se liší v kvalitě a kvantitě v jednotlivých slévárnách. Při všech těchto činnostech vznikají emise tuhých částic a plynné anorganické i organické složky. Jsou to především produkty reakcí při vysoké teplotě a v redukční atmosféře při lití a chladnutí. Složení výparů při odlévání je komplexní. Skládají se většinou z CO, CO2, H2 a metanu jako hlavních představitelů výsledků organického rozkladu. Polycyklické aromatické uhlovodíky a benzen se objevují v závislosti na složení pojivového systému forem a jader. Zachycení a úprava odsávaných plynů, které vznikají v těchto etapách procesu, je obecně možné u automatického formování a lití. [29, Batz, 1986] Relativní emise (vyjádření v kg/t roztaveného kovu) se zvyšují během lití-chladnutí-vytloukání. Dynamiku vývinu plynů a jejich znečištění je třeba respektovat při snaze o jejich zachycení při odsávání.


246

Kapitola 4

4.5.9.2

Zakrytování formovacích a odlévacích linek

Popis Je pravidlem, že čím větší je slévárna, tím rozsáhlejší je sběr emisí během lití, chladnutí a vytloukání. Omezením lití na pevné ploše je možno odsávat menší množství vzduchu a lze snadněji zachytit emise pomocí zákrytů a odsátí ventilátory. Úprava vzduchu pak bude efektivnější. Při sériové výrobě se s rostoucí výrobou emise zvyšují. Bez odsávání může v ovzduší na licím poli docházet k nepřijatelným koncentracím škodlivých substancí. Pro snížení znečištění jsou v pracovní oblasti umístěny odtahové ventilátory, nebo ofukovací ventilátory, umístěné co možná nejtěsněji u formy, tak, aby nebránily lití. Prvky odsávacího zařízení jsou uspořádány takovým způsobem, že všechny emise vyskytující se při lití jsou z pracovní oblasti odstraněny. Rychlost vzduchu ve volném prostoru odsávání se udržuje mezi 0,5 a 1,0 m/s. Dosažené přínosy pro životní prostředí Dosahuje se snížení difúzních emisí CO, PAH a ostatních organických produktů rozkladu. Účinky na ostatní média Odtah odsávaného vzduchu spotřebovává elektrickou energii. Použitelnost Tento postup lze použít v nových a stávajících instalacích, kde se využívá sériové lití a chladnutí. Důvody pro použití Sběr emisí pro jejich následnou úpravu způsobuje snížení množství difúzních emisí. Příklady závodů Tato technologie je běžně používána ve velkosériových slévárnách. Odkazy na literaturu [32, CAEF, 1997] 4.5.9.3

Zachycení a úprava odsávaného plynu (vzdušniny) od vytloukání

Popis Postup použitý pro sběr emisí z vytloukání závisí na stupni mechanizace, na emisích, které mají být odsáty, a na velikosti nejmenšího a největšího odlitku odlitého na stejné lince. Ve většině sléváren se odlitky uvolňují z forem na vytloukacích roštech zabudovaných do země. Systémem pro snížení emisí, který se obvykle používá, je zákryt s ventilátorem u roštu. Zákryty mohou být instalovány na obou stranách roštu a to bez ohledu na jeho velikost. Je-li to možné, je zadní strana roštu rovněž uzavřena. Často je odsávané místo umístěno pod roštem. Naplnění spodního odsávaného místa uvolněnou směsí představuje riziko. Překážku na vstupu do potrubí často tvoří hrudky směsi, nebo kondenzovaná pára s tuhými částicemi. Nejlepším způsobem k dosažení dobré hladiny emisí s relativně malou rychlostí ventilace je dodržet postup, kdy se vytloukací jednotka nachází v uzavřené jednotce. Střešní otvory s pohyblivým víkem, dvířky, vstupním a výstupním skluzným žlabem umožňují použití jeřábu nebo jiného přepravního prostředku. Uzavřené kabiny snižují hladinu hluku. V automatizovaných linkách je odlitý balík směsi často vytlačován z formovacího rámu hydraulickým mechanizmem lisovací deskou, potom je odlitek oddělen od směsi na vytloukacím roštu nebo v rotačním bubnu. Vratná směs odchází na ochlazení. Vytloukací bubny, které se nyní používají ve zvýšené míře, jsou pro odsávání emisí velmi vhodné, ale představují nevýhodu z důvodu možných emisí zápachu.


247

Kapitola 4

Množství odsávaného znečištěného vzduchu je dáno požadavkem na množství emisí, na kvalitu ovzduší pracovního prostoru, dále povolenou teplotou vstupu do odlučovače a druhem použitého filtračního materiálu u textilního filtru, pak také doporučeným zatížením hmotnostního tahu tuhých částic na m2 filtru. V zásadě je požadováno minimalizovat přisávání vzduchu, aby nebyly investiční a provozní náklady vysoké. V některých případech se však přisává větší množství vzduchu, nebo se odsávaný plyn ředí, aby se snížila teplota plynu před vstupem do filtru. Vhodnými postupy pro odprášení jsou odstředivé virové odlučovače (cyklony) kombinované s mokrými, nebo suchými odlučovači s tkaninovým filtrem. Biofiltry se také používají a jsou diskutovány v sekci 4.5.8.6. Pro gravitační lití do kokil, nebo odstředivé lití se používá dodatečné spalování, chemické praní a adsorpce do aktivního uhlí, aby se snížily organické emise a zápach. Tyto systémy byly popsány výše. Dosažené přínosy pro životní prostředí Sníží se emise VOC a prachu do vzduchu. Účinky na ostatní média Sběr prachu produkuje zbytky určené k likvidaci. Provozní údaje Pro volně stojící odsávané vytloukací rošty do šířky dvou metrů je pro každý m2 plochy roštu potřeba odsávat 7 000 až 9 000 Nm3/h v případě jednostranného zákrytu. S dvoustranným zákrytem se instaluje odsávání 5 000 Nm3/h na každý m2 plochy roštu. Jestliže je odsávané místo pod vytloukacím roštem (roštnicemi), množství odsávaného vzduchu na m2 je kolem 700 Nm3/h povrchu roštu. V polské slévárně na velké ocelové odlitky, kterou uvádíme jako příklad, byl postaven nad vytloukacím roštem snímatelný zákryt, který sestává ze dvou bočních pohyblivých dveří, jež jsou otevírány a zavírány hydraulicky, jak ukazuje obrázek 4.17. Kryt snižuje emise tuhých částic a hluku ve slévárenské hale. Odsátý plyn je vyčištěn suchým odlučovačem. Hladina hluku z uvolňování se snížila ze 100 dBA pod 85 dBA.

Obrázek 4.17: Zákryt vytloukacího roštu, pro velké odlitky z oceli vyráběné po dávkách [209, Metalodlew s.a., 2003] Použitelnost Při vytloukání forem z bentonitových směsí jsou emise páry značné. Kombinace tuhých částic a páry může vést k zalepování potrubí, jestliže teplota klesne pod rosný bod, nebo ještě více až k bodu mrazu. Překonat tento problém znamená vhánět do potrubí horký vzduch, odlučovač a potrubí musí být izolovány, nebo musí být do potrubí ventilátoru vstřikována voda (bez prachu), aby se předešlo těmto potížím. Ekonomika Investiční náklady zákrytu v polské slévárně, o které se zmiňujeme, činily 220 000 EUR včetně přídavného zařízení. Důvody pro zavedení Směrnice o emisích VOC a prachu.


248

Kapitola 4

Příklady závodů Metalodlew Krakov (PL) Odkazy na literaturu [16, Gerber and Gwiasda,1981 4.5.9.4

Čištění plynů použitím biofiltru

Popis Biofiltry jsou používány k úpravě emisí VOC a benzenu, a proto jsou užívány pro čištění plynů z odlévání, chlazení a vytloukání. Úplný popis a diskuze k této technologii jsou uvedeny v oddílu 4.5.8.6. Příklady závodů Několik továren v Německu užívá tuto technologii. Odkazy na literaturu [225, TWG, 2003] 4.5.10

Operace po odlití jsou sběr a úprava plynů

4.5.10.1

Sběr plynů při dokončovacích pracích

Popis Velké množství dýmu musí být zachyceno a odsáto při použití postupů oddělování vtokové soustavy. Pracovní oblast může být, pokud je to možné, uzavřena, aby byl dělníkům umožněn volný pohyb a vdechování čistého vzduchu. Postup sběru tuhých částic během abrazivního řezání a broušení je u stacionárních a ručně ovládaných strojů odlišný. Pevné zákryty jsou obvyklé u stacionárních strojů. U stojanových brusek je proud brusiva sveden do odtahového komínu. Při odřezávání vtoků, výfuků a nálitků řezacím kotoučem je nutné zajistit odsávání kabiny pro zajištění bezpečnosti a zdraví dělníka. Nástroje, které drží dělník v ruce, jsou odsávány příležitostně přes ochranný zákryt, jenž chrání proti odletu částic. Je to účinná, i když nepopulární metoda, která zvyšuje hmotnost nářadí a zhoršuje jeho ovladatelnost. Normálně jsou ruční brusky a ruční řezací stroje zakytovány a používány v kabinách. Odsávání tuhých částic se provádí pomocí odtahových stěn, střešních zákrytů, pohyblivých krytů nebo odsávaných pracovních stolů. Účinnou pomocí při sběru emisí jsou teplovzdušné zástěny, které přivádějí datečný vzduch do kabiny. Lze použít vyčištěný recyklovaný odtažený vzduch, čímž se ušetří náklady na elektrickou energii. Přísun čerstvého vzduchu musí být neustále zajišťován zvenku. Odsávání tuhých částic a znečišťujících látek není ve většině případů nezbytné pro řezání, ulamování, lisování, ostřihávání a při frézování. Někdy mohou být použity zástěry pro ochranu operátora před hrubými částicemi. Svařování je rozděleno do procesů s přídavnými materiály i bez nich. Směrnice pro ochranu při práci vyžadují odsávání při většině procesů. Dosažené přínosy pro životní prostředí Sníží se difúzní emise kovových částic a prachu. Účinky na ostatní média Sběr odsávání tuhých částic v odtahových plynech spotřebovává energii. Provozní údaje Provozní údaje byly uvedeny v oddílu 3.11 a ukázaly, že emise z řezání, čištění plamenem a svařování (bez čištění spalin) jsou nízké ve srovnání s emisemi při odstraňování otřepů a tryskání broky. Použitelnost Jak je uvedeno v tabulce 4.53, některé dokončovací postupy nevytvářejí tuhé částice a následně ani nevyžadují systém shromažďování a čištění spalin.


249

Kapitola 4

Abrazivní řezání Řezání plamenem Cizelování, odjehlování Odstraňování otřepů Frézování Olamování lisování Řezání pilou Broušení omíláním Tryskání Ražení z plechu Ostřikování

Střešní ventilace X

Střecha ve tvaru kupole X

Pevný kryt

Nastavitelný kryt X X X X Jímání spalin zřídka nutné

Komora X X

X

X

X

X

Jímání spalin není nutné Jímání spalin není nutné Jímání spalin není nutné X X Jímání spalin není nutné X X

X X X

Tabulka 4.53: Použitelnost postupů sběru prachu pro různé dokončovací operace [32, CAEF, 1997] Určující síla pro implementaci Sníží se emise tuhých částic a zároveň se chrání zdraví pracovníků při práci. Příklady závodů Tato technologie je používána ve velké většině evropských sléváren. Odkazy na literaturu [32, CAEF, 1997] 4.5.10.2

Postupy čištění odsátého vzduchu

Popis Proud brusiva. Proud brusiva generuje velké množství tuhých částic. Shromáždění nečistot a odsávání není nijak problematické, neboť proces probíhá v uzavřené kabině. Obvyklé procesy čištění odsátého vzduchu jsou mokré praní a suché filtry s cyklonou a následným tkaninovým filtrem. Broušení omíláním, omílání v bubnech. Oba procesy nevyžadují za normálních podmínek snížení emisí. Aerosoly, které se mohou tvořit v rychle se pohybujících bubnech, lze zanedbat. Řezání. Všechny procesy tepelného řezání generují emise. Sběrem odtahu je dosaženo zakrytování pracovního místa a intenzivní odsávání vznikajícího dýmu. Je důležité umístit sběrné prvky co nejblíže ke zdroji emisí, ale tak, aby to nebránilo provozu. Jako prospěšná se ukázala kombinace mobilní ruky pro přímou a dodatečnou mobilní kabinu. Pečlivou úpravou prvků odsávání je tuhými částicemi znečištěný vzduch odváděn ze zóny dýchání dělníka. Obvyklými procesy čištění odsáté vzdušniny jsou mokré praní a suché odlučovače s tkaninovým filtrem. Je třeba poznamenat, že systémy jsou konstruovány pro malé velikosti zrn emitovaných dýmů. Separátory se používají jako u předchozí separace. Abrazivní řezání. Stacionární abrazivní řezací stroje jsou odsávány. Obvyklé procesy čištění odsátého vzduchu jsou cyklony, mokré praní a suché odlučovače s tkaninovými filtry.


250

Kapitola 4

Řezání pilou, ulamování a odstřihávání. Ruční procesy způsobují jen malé emise a za normálních podmínek nevyžadují opatření k jejich snížení. Cizelování, odjehlování. V těchto procesech se tvoří hlavně hrubé částice, které je obtížné odsáváním odstranit. Práce je hlavně prováděna v kabinách, a to z bezpečnostních důvodů. Ve speciálních případech, např. při odstraňování spálené směsi, mohou být tuhé částice odsáty odsávacím ramenem. Odsátý vzduch je čištěn v cyklonách, v mokrých odlučovačích a v suchých tkaninových odlučovačích. Broušení. Sběr emisí při broušení na stojanových bruskách se děje podobným způsobem jako při abrazivním řezání, např. pomocí pevných komínů, do kterých je proud pilin směrován. Zakrytované pracoviště se používá pro ruční a abrazivní řezání. V kabině se potom užívají sběrné stěny. Procesy dekontaminace jsou cyklony, mokré odlučovače a suché tkaninové odlučovače. Frézování. Tyto ruční procesy způsobují jen málo emisí a za normálních podmínek nevyžadují opatření pro jejich snížení. Svařování. Více či méně emisí se objeví podle typu vybraného procesu svařování, obvykle je nejlepší tyto emise odsát pohyblivým ramenem. Pro čištění odtahového plynu se používají mokré odlučovače, suché tkaninové odlučovače a příležitostně elektrostatické odlučovače. Dosažené přínosy pro životní prostředí Sníží se emise tuhých částic. Účinky na ostatní média Odtah a čištění vzdušniny znečištěné tuhými částicemi spotřebovává energii. Provozní údaje Mokré odlučovače a suché textilní odlučovače, které byly instalovány, pracovaly úspěšně po mnoho let. Pracovní kabiny pro čištění se zabudovanými vysoce výkonnými jednotkami pro zachycení tuhých částic mohou být provozovány bez komínu odtahu, protože jejich výstup je čistší než obvyklý vzduch v čistírně. Pomáhají tak zlepšit pracovní podmínky na pracovišti. Provozní údaje jsou uvedeny v oddílu 3.11 a prokazují, že emisní faktory pro řezání, čištění plamenem a svařování (bez čištění spalin) jsou nízké v porovnání s frézováním a tryskáním broky. Aplikací suchých textilních filtrů se může dosáhnout hladiny emisí pod 10 mg/Nm3. Použitím mokrého odlučovacího systému lze dosáhnout hladiny emisí pod 20 mg/Nm3. Použitelnost Tyto postupy se užívají v nových a stávajících slévárnách. Obecně platí, že slévárny neželezných kovů nepoužívají dokončovací operace, které generují větší množství tuhých částic. Důvody pro použití Sníží se množství emisí, důležitým faktorem je také ochrana pracovníků při práci. Příklady závodů Tato technologie je používána ve většině evropských sléváren.


251

Kapitola 4

Odkazy na literaturu [32, CAEF, 1997], [180, Assofond, 2002] 4.5.11

Sběr a čištění odpadních plynů z tepelného zpracování

4.5.11.1

Použití čistých paliv v hořácích v pecích tepelného zpracování

Popis Základním opatřením integrovaného procesu pro snížení emisí v hořákem vytápěných pecích pro tepelné zpracování je použití čistých paliv, např. zemního plynu, nebo paliva s nízkým obsahem síry. Automatizované pecní operace dovolují přímou kontrolu pracovního režimu i teploty a minimalizují nadbytečnou spotřebu energie. Dosažené přínosy pro životní prostředí Sníží se vývin škodlivin založených na spalování jako jsou CO, SO2, NOx. Účinky na ostatní média Nejsou známy. Provozní údaje Příkladem je slévárna v Polsku, kde se až do roku 1998 tepelné zpracování provádělo ve 3 pecích vytápěných odpadním plynem z výroby koksu s ručně řízenými hořáky. Plyn přicházel přímo z koksovací pece a měl různou kvalitu (např. obsah CO do 15 %). Výsledkem byly velké emise a riziko intoxikace společně se špatnou kontrolou teplotního profilu. V roce 1998 byly dvě ze tří pecí vybaveny počítačem řízenými hořáky na zemní plyn. Dodatečně byla obnovena vyzdívka pece. Výsledky těchto změn provozu byly: • automatické řízení rozložení teplot v peci • 40 % snížení spotřeby plynu (objem) • snížení nákladů díky používání levnějšího zemního plynu • snížení emisí SO2, NOx, CO a aromatických látek (viz tabulka 4.54). Složka CO SO2 NOx Aromatické

Hořáky na plyn z koksovací pece Koncentrace Emise (g/Nm3) (kg/hod) 0,006 0,074 0,011 0,036 0,016 0,097 0,001 0,012

Hořáky na zemní plyn Koncentrace Emise (g/Nm3) (kg/hod) 0,000 0,000 0,003 0,064 0,004 0,085 0,00025 0,0054

Tabulka 4.54: Hladiny emisí z pece pro tepelné zpracování po rekonstrukci na zemní plyn Použitelnost Tyto postupy se používají u pecí pro tepelné zpracování vytápěných hořákem. Důvody pro zavedení Sníží se emise SO2, NOx, CO. Příklady závodů Metalodlew, Krakov (PL)


252

Kapitola 4

Odkazy na literaturu [32, CAEF, 1997] 4.5.11.2

Kalicí lázeň (olej, emulze): sběr dýmu a elektrostatický filtr

Popis Sběr emisí a jejich snížení zahrnuje zachycení dýmu u kalicí lázně, zvláště při kalení v olejové lázni. Používá se střešní ventilace, odtah kloboukem a odtah přes hranu. Vyskytují se zde obdobné obtíže jako u vytloukacích roštů. Lázně jsou často zaváženy jeřábem, takže odsávací zákryt musí být instalován vysoko nad podlahou haly. Systémy na snížení emisí nejsou v tomto bodě obecně rozšířeny, ale pokud je nějaké snížení prováděno, většinou se používají elektrostatické filtry. Dosažené přínosy pro životní prostředí Sníží se difúzní emise olejové mlhy. Účinky na ostatní média Odsávání spotřebovává energii. Použitelnost Používané postupy pro různé druhy lázní jsou charakterizovány v tabulce 4.55.

Voda Emulze Kalící olej Poznámka: x: použitelné

Střešní ventilace X X X

Střešní kupole

Pevná kupole

Nastavitelná kupole

Odtah přes hranu

X X

X X

X X

X X

Tabulka 4.55: Použitelnost postupů pro sběr dýmu pro kalicí lázně [32, CAEF, 1997] Hranové odtahy jsou účinné pouze do určité velikosti a ztrácejí svou účinnost v době nejvyšších emisí, např. když je horký obrobek ponořen do kalicí lázně. Navzdory této skutečnosti je to nejcitlivější opatření pro zachyceni odtahu využívající velké lázně kombinované s dmýchaným vzduchem a kopulí střechy. Důvody pro použití Sníží se množství emisí, důležitým faktorem je také ochrana pracovníků bezpečnost práce. Příklady závodů Tato technologie je používána v několika evropských slévárnách. Odkazy na literaturu [32, CAEF, 1997]

4.6. 4.6.1

Prevence a úprava odpadní vody Prostředky prevence tvorby odpadní vody

Popis Označené prostředky pro snížení spotřeby odpadní vody jsou výsledkem následujících opatření: •

použití suchých čisticích systémů - suché odlučovače mohou být použity pro většinu proudů odsávaných plynů ve slévárně; ve výjimečných případech je nezbytné užití mokrého


253

Kapitola 4 odlučovače pro odstranění velmi jemných prachových podílů obsahujících železo, použití suchých a mokrých postupů čištění odtahu je uvedeno v sekci 4.5. •

biologické čištění odpadního plynu, nebo kompostový filtr - o použití biologického čištění odpadního plynu lze uvažovat, jestliže plyny, které mají být upraveny, obsahují snadno biologicky odbouratelné látky, jako je fenol apod.; biologické čističky produkují méně odpadní vody než konvenční mokré odlučovače, protože biologicky upravenou odpadní vodu můžeme recyklovat Poznámka: kompostové filtry (biofiltry) negenerují žádnou odpadní vodu, kompostový materiál musí být dostatečně vlhký. Postup biofiltrace se projednává v sekci 4.5.8.6.

•

interní recyklace provozní vody - extenzivní recyklace technologické vody vyžaduje zařízení pro její úpravu, což zahrnuje sedimentační nádrže, pokud možno s integrovanou flokulací, a čisticí zařízení; v závislosti na procesu může být nezbytné i chlazení; ztráty vypařováním a vstupy látek pro praní plynu mohou vést k akumulaci soli v cirkulační vodě, podle koncentrace soli a její povolené hodnoty znečištění vypouštěné vody se cirkulační voda vypouští, odpaření této odpadní vody a použití kondenzátu pro ztráty vypařováním může mít ekonomické výhody

•

opakované použití upravené odpadní vody - o opakovaném použití upravené odpadní vody se musí uvažovat např. u technologické vody, z úpravny formovací směsi, nebo z granulace strusky je možné použít chladicí vodu v mokrém odlučovači: o použití odpadní vody pro odpaření odpadní vody - tento postup lze použít tehdy, pokud je odpadní teplo dostupné nepřetržitě, vyhodnocení je nutno provést případ od případu, aby se zhodnotila použitelnost tohoto postupu a ekonomická vhodnost o prevence odpadní vody ze skládky kovového odpadu - tvorbě odpadní vody ze skládky kovového odpadu, tj. kontaminovaného šrotu, lze zabránit zastřešením skladu; odpadní voda je jímána jako nekontaminovaná dešťová voda, všechny postupy pro skladování byly probrány v sekci 4.1 o vyvarování se tvorbě AOX v odpadní vodě - pečlivé třídění vratu může zabránit nasycení chlorovaných složek během výrobního cyklu; analýzy pro složky AOX před nákupem kovového odpadu jsou dobrým opatřením AOX mohou být také obsaženy v pomocných látkách používaných pro úpravu odpadních vod, např. kyselina chlorovodíková, chlorid železa nebo chlorid hliníku o separace jednotlivých druhů vody - různé proudy vody s odlišnou hladinou škodlivin jsou udržovány odděleně, aby se minimalizovala potřeba úpravy odpadních vod a optimalizovalo se použití vody.

Přínosy pro životní prostředí Předchází se produkci odpadní vody. Účinky na ostatní média Může k nim dojít, závisejí na vybraném postupu. Informace jsou podány ve specifické sekci. Provozní údaje Provozní údaje jsou dány v popisu příkladu závodu v sekci 4.6.3. Systém odpadní vody v uvedeném příkladu slévárny slitin hliníku sestává ze 4 samostatných toků: o napojení k centrální kanalizaci přes separátor oleje (2xNG80) do nedaleké řeky o použitá voda = voda z procesu (otevřené chladicí lázně) a sanitární voda: postupuje přes venkovní kanál do veřejné kanalizace, a pak do čistírny odpadních vod o chladicí voda: ta je na začátku odebrána z nedaleké řeky přes pískový filtr, postupuje přes instalaci v uzavřeném chladicím okruhu, a pak zpět do řeky s teplotou omezenou na 28 °C, i dešťová voda ze střechy vstupuje do chladicího okruhu vody o voda z mokrých odlučovačů (bentonitová směs, po odlévání): je částečně vypařována, takže zařízení odpouští pouze zbylý kal.


254

Kapitola 4 Použitelnost Tento postup se používá ve všech nových a existujících instalacích. Ekonomika Ekonomické údaje jsou dány ve specifické sekci pro alternativní postupy s příkladem uvedeného závodu v sekci 4.6.3. Důvody pro použití Minimalizuje se produkce odpadní vody. Příklady závodů Honsel, Meschede (D) Odkazy na literaturu [195, UBA, 2003] 4.6.2

Úprava vod z mokrých odlučovačů a ostatních odpadních vod

Popis Při čištění pecního plynu eliminují suché odlučovací systémy odpadní vodu, u mokrých čisticích systémů není třeba vodu vypouštět, pokud se použijí vhodná opatření pro její čištění a recyklaci. Jestliže se pevné látky odstraní na úroveň přijatelnou pro pračku, rozpustné složky mohou dosáhnout své saturace bez jakýchkoliv nepříjemných účinků. Existují různé postupy nebo jejich kombinace, které mohou pevné látky separovat. Používají se následující postupy úpravy: o sedimentace o srážení v hydroxidu o několikastupňové vysrážení o mokrá oxidace o filtrační postupy. Odpadní voda může obsahovat nerozpuštěné a rozpuštěné těžké kovy, fenoly a kyanidy. Vodu je nutné upravovat podle typu vyskytující se škodliviny. Nerozpuštěné těžké kovy se musí odstranit z odpadní vody fyzikálními metodami (sedimentací, filtrací, možnou flotací). Použitím těchto metod lze dosáhnout koncentrace pod 0,5 mg/litr. Rozpuštěné těžké kovy musí být nejprve transformovány do špatně rozpustných složek použitím vhodných srážecích činidel. Zvláště silné báze (vápenné mléko, roztok žíravé sody, soda) se používají jako srážecí činidla pro srážení hydroxidů. Není-li to dostatečné, musí se provádět srážení ve formě sulfidů pomocí organických sulfidů nebo sulfidů alkalických. Fenoly a kyanidy se mohou odbourat biologicky, nebo chemickou úpravou odstranit. Běžně jsou přítomny v tak nízkých koncentracích, že se nemusí cíleně upravovat. Kombinovaná úprava vody v dostatečně velké biologické úpravě odpadní vody je postačující. Dosažené přínosy pro životní prostředí Sníží se zátěž odpadní vody polutanty. Účinky na ostatní média Úprava odpadní vody vytváří frakce břečky určené k likvidaci.


255

Kapitola 4

Provozní údaje Odpadní voda ze sléváren obsahuje kromě železa hlavně zinek. Srážení v hydroxidu o pH od 8,5 do 11,00 může snížit koncentraci zinku na hodnoty pod 2 mg/litr. Tento rozsah pH je nutno respektovat, protože při vyšším pH se rozpouští atmosférický zinek ve formě zinečnanů. Příklad na obrázku 4.18 ukazuje přípravu a srážecí reakci neodvodněné břečky z mokré pračky kuplovny. Následuje odstranění ze systému úpravy odpadní vody, břečka je připravena v odděleném stupni na úpravu za použití vápna. Výsledkem je zvýšení hodnoty pH a vysrážení těžkých kovů. Organické polutanty jsou také adsorbovány. Břečka je následně odvodněna v komorovém kalolisu, následuje měření zákalu. Filtrát je převeden do skladovací nádrže spojené s monitorováním pH a vodivosti. V závislosti na stavu a skutečné potřebě je filtrát vrácen do sila s břečkou, odveden na granulaci břečky, a nebo odeslán na suché zvlhčení ve vyrovnávacích nádržích případně je jako nadbytek vypuštěn do kanalizace (také lze požádat o vypuštění do komunální čističky odpadních vod).

Obrázek 4.18: Úprava odpadní vody a břečky z mokrého odlučovače kuplovny [195, UBA, 2003] Dodatečné údaje jsou uvedeny v popisu příkladu závodu v sekci 4.6.3. Použitelnost Typ úpravy odpadní vody vyžaduje třídění na bázi složení odpadní vody a určuje se podle místních podmínek pro likvidaci vody ze závodu. Ekonomika Ekonomické údaje jsou dány v popisu příkladu závodu v sekci 4.6.3. Důvody pro použití Sníží se množství polutantů vypouštěných do vody. Příklady závodů Viz oddíl 4.6.3. Odkazy na literaturu [195, UBA, 2003 {obr.2}, [163, UK Environment Agency, 2002] {strana 8}


256

Kapitola 4

4.6.3

Příklad prevence a redukce odpadní vody

Popis Uvádíme příklad německé slévárny, která vyrábí odlitky z litiny (šedá a tvárná litina) a odlitky ze slitin hliníku tlakově odlévané. Provádí se následující operace: o tavení - zařízení na úpravu kouřových plynů (suchý filtr) z tavicí pece vytápěné plynem o výroba tlakově odlévaných odlitků - automatické lití a vyjímání odlitků z formy o odlévání do forem z formovacích směsí - výroba odlitků ze speciálních slitin o slévárna litiny - výroba jader - pro výrobu jader se používá metoda Cold-box a Croning, v pračce aminů se vytváří koncentráty soli o slévárna litiny, úpravna směsi, tavení - tavírna sestává z úpravny směsi, horkovětrné kuplovny, několika elektrických pecí, konvertoru a udržovací pece o odlévání litiny, výroba forem (formování) - výroba jednorázových forem vyrobených z bentonitové směsi. Výrobní údaje a spotřeba vody jsou uvedeny v tabulce 4.56. Výroba Celkem dobré odlitky ze železa Celkem dobré odlitky z neželezných kovů Spotřeba vody Pitná voda (městská voda) Povrchová voda/podzemní voda

46 710 tun 2 355 tun 59 630 m3 64 998 m3

Tabulka 4.56: Výroba a roční spotřeba vody (na ročním základě) pro příklad slévárny [195, UBA, 2003] Mokré odlučovače se používají jen tam, kde se tvoří velké objemy plynu, které obsahují relativně vysoké koncentrace organických látek (odpadní plyn z výroby jader), nebo kde jsou vysoké teploty spalin (spaliny z horkovětrné kuplovny). Schématické znázornění vodního okruhu mokrého odlučovače je uvedeno na obrázku 4.19. Spaliny odebírané pod sázecím otvorem jsou vedeny do cyklonu a proudové Venturiho pračky. Následuje odstranění plynných znečišťujících látek v pračce s ložem. Odpadní voda z proudového Venturiho odlučovače je předupravena ve flotačním a ponorném separátoru, a potom je vedena do usazovací nádrže pro sekundární úpravu. Prací kapalina věže je plněna přímo do usazovací nádrže. Usazená břečka z usazovací nádrže může být postupně čerpána do flotačního a ponorného separátoru. Břečka z flotačního ponorného separátoru je přivedena na škrabákový dopravník, aglomerována přidáním flokulantu a zahuštěna v míchacím zařízení přidáním prachu.


257

Kapitola 4

Obrázek 4.19: Okruh vody mokrého čisticího systému kuplovny DSSS: Dvouplášťový ponorný separátor; FA: flokulant, M: motor [195, UBA, 2003] V základním projektu mělo zařízení některé provozní problémy z důvodu akumulace soli a nízké koncové kvality vody. Bylo provedeno rozšíření tohoto zařízení s cílem: o zvýšit usazovací rychlosti použitím jiných flokulantů o snížit obsah znečišťujících látek v pracím médiu o zlepšit odvodnění břečky o opětovně použít pracího média z cyklu praní plynu. Pro tento účel byl instalován komorový kalolis o objemu 2m3 a sběrná nádrž (o objemu 30 m3) s míchačem. Břečka byla dopravena ze škrabákového dopravníku přímo do skladovací nádrže a předupravena vápnem. Během zkušební fáze, která trvala několik měsíců, se zjistilo, že je potřeba [přibližně 25 kg vápna na jednu dávku] pro dosažení nejlepšího výsledku v podmínkách odvodnění a pro odstranění těžkých kovů. Průměr sušiny činil 70 %. Analýza filtrátu na těžké kovy ukázala hodnoty v rozsahu detekovaných krajních hodnot. Relativně vysoké koncentrace sulfátů, asi kolem 1 g/l, znamenaly problém opětovného použití filtrátu v pracím cyklu. Možnou alternativou bylo úpravu břečky dále rozšířenit o ostatní složky, jak ukazuje obrázek 4.20. Směs vody s pevnými látkami z mokré pračky byla předupravena přidáním flokulantu a výsledná břečka byla přemístěna do míchací nádrže škrabákem. Vápno bylo přidáno do míchací nádrže v množství předem stanoveném testem a břečka byla čerpadlem (čerpadlo Č1 na obrázku 4.20) přemístěna do sila pro břečku. Čerpadlo Č2 ji čerpá do kalolisu. Filtrát je přečerpán do skladovací nádrže, ve které se monitoruje vodivost a hodnota pH. Existují tři možnosti, kde může být použit: o při granulaci strusky nebo při zvlhčování suchého prachu


258

Kapitola 4

o o

zpět do sila pro břečku (jestliže je zakalení překročeno) do kanálu (pouze opatření v nouzi).

Obrázek 4.20: Systém úpravy břečky z mokrého čištění spalin kuplovny [195, UBA, 2003] Ekonomika Ekonomické údaje týkající se rozšíření systému s úpravou břečky jsou dány v tabulce 4.56. Před rozšířením Břečka s obsahem sušiny 30 % Suchý prach pro ztuhnutí kalu Cena za zavážku Náklady za likvidaci za rok

2 000 tun/rok 1 100 t/rok 100 EUR/t 310 000 EUR

Po rozšíření Břečka s obsahem sušiny 70 % Suchý prach pro ztuhnutí kalu Cena za zavážku Náklady za likvidaci za rok

850 tun/rok 0 t/rok 100 EUR/t 85 000 EUR

Tabulka 4.57: Náklady na likvidaci pro rozšíření systému odpadní vody s úpravou břečky [195, UBA, 2003] Kal se 70 % obsahem suchých částic nepotřebuje před likvidací další stabilizaci. V případě mokrého kalu je nutné provést ztuhnutí pomocí suchého prachu. Úspora v nákladech na likvidaci činí 310 000 EUR – 85 000 EUR = 225 000 EUR. Úspory provozních nákladů je možné porovnat s investičními náklady na rozšíření v celkové hodnotě 175 000 EUR a s dodatečnými provozními náklady pohybujícími se kolem 50 000 EUR. Celková úspora nákladů proto činí 175 000 EUR/rok při roční době návratnosti. Kalkulace nezahrnuje úsporu nákladů při opětovném použití filtrátu. Příklady závodů Sach Giesserei GmbH, Kitzingen (D)


259

Kapitola 4

Odkazy na literaturu [195, UBA, 2003] 4.6.4

Odlučovače oleje

Popis Odtoky ze všech volných míst, ale zvláště ze skladových prostor surovin, obsahují suspendované látky, které mohou být odstraněny usazováním nebo jinými postupy. Odlučovače oleje jsou umístěny ve výpustích prostorů manipulace s kovovým odpadem. Drenážní jímky se navrhují tak, aby byly dostatečně velké pro manipulaci s dešťovou vodou a aby se přizpůsobily nárazu přívalové dešťové vody. Tím se zabrání odnesení neusazeného materiálu. Odlučovače oleje jsou používány pro odpadní vodu ze sléváren, které odlévají do trvalých forem. Z hydraulických systémů automatů tlakového lití může potenciálně unikat olej, proto je systém jímání vody navržen tak, že jakýkoliv únik oleje je jímán. Případné znečištění toku vody je odstraněno použitím odlučovačů oleje. Přínosy pro životní prostředí Prevence snižuje zabraňuje znečištění vody. Účinky na ostatní média Zachycení oleje vytváří rezidua k likvidaci. Použitelnost Tento postup se používá v nových a existujících instalacích sléváren tlakového lití (trvalé formy) a ve všech ostatních slévárnách se systémem vypouštění odpadní vody přímo do povrchových vod. Důvody pro použití Zamezí se znečištění vody znečišťujícími látkami. Příklady závodů Honsek, Meschede (D). Odkazy na literaturu a příklady závodů [160, UK Environment Agency, 2002] 4.6.5

Regenerace aminu z vody pračky aminu

Popis Na základě kyselého praní odsátých plynů z Cold-boxu se tvoří aminosulfát (viz sekce 4.5.8.5). Tyto aminy mohou být regenerovány neutralizací hydroxidem sodným a následnou destilací. Jak ukazuje obrázek 4.21, sůl, která se tvoří z terciálních aminů (např. DMEA-dimetyletylamin, DMIA-dimetylisopryl amin TEA-trietamin), a v kyselé pračce kyselina pro praní (např. kyselina sírová) jsou přetransformovány reakcí se silnou bází (např. roztok sody), čímž se tvoří volné aminy, např. sulfát sodný. Amin je vyloučen vodní párou, potom je vyčištěn a koncentrován v koloně v rozsahu, ve kterém může být znovu použit. Roztok sulfátu sodného (společně se znečištěným pracím roztokem) může být regenerován nebo zlikvidován. Jestliže není amin recyklován, mohou být prací koncentráty upraveny v zařízení pro úpravu odpadní vody s vyloučením dusíku.


260

Kapitola 4

Obrázek 4.21: Zařízení na recyklaci aminu [195, UBA, 2003] Dosažené přínosy pro životní prostředí Chemické sloučeniny lze regenerovat a následně je lze znovu použít. Účinky na ostatní média Jestliže je provoz prováděn v centralizovaném provozu (závodě), zahrnuje to dopravu prací kapaliny do jednotky úprav. Použitelnost Tento postup se používá pro všechny prací kapaliny obsahující amin z odsávání při výrobě jader. Implementace je omezena ekonomickými faktory (např. náklady na dopravu), protože musí být k dispozici dostatečné množství prací kapaliny. Obecně platí, že úprava se používá v centralizovaných místech a upravují se odpady z několika sléváren. Protože při provozu vzniká riziko exploze, musí se dodržovat všechna nezbytná opatření k prevenci tohoto rizika. Důvody pro použití Chemické sloučeniny lze regenerovat. Náklady na likvidaci průmyslových odpadů jsou nižší. Příklady závodů • centralizovaný recyklační závod Voerte (D) • centralizovaný závod pro skupinu automobilových sléváren: Poitou (F) Odkazy na literaturu [195, UBA, 2003]


261

Kapitola 4

4.6.6

Redukce glykolů v odpadní vodě u tlakového lití

Popis Hydraulické systémy pro tlakové lití používají směs vody a glykolu jako hydraulickou kapalinu. Úniky z hydraulického systému a následné doplňování uniklé kapaliny do vodního systému by mohly vést k přítomnosti glykolů v odpadní vodě slévárny. Odstranění glykolu není možné použitím filtrace, nebo pomocí flotace. Používají se tyto postupy: o destilace, nebo odpařování ve vakuu o biologické odbourání o vyčištěná odpadní voda se může znovu použít jako ředidlo pro uvolňovací prostředek. Dosažené přínosy pro životní prostředí Sníží se znečištění vody. Účinky na ostatní média Při úpravě odpadní vody se tvoří koláč, který se musí likvidovat. Provozní údaje Na příkladu belgické slévárny se uvádí, že je voda v procesu upravena ve vakuové odpařovací jednotce (kapacita 3 m3/den). Do odpařovací jednotky je přiváděna znečištěná voda ze tří zdrojů: o nadbytečný separační prostředek (shromážděný pod vysokotlakými stroji) o unikající hydraulická kapalina z licích automatů (voda + glykol) o voda z čištění E-filtrem. Vakuové odpařování produkuje koláč břečky, kterou je nutné zlikvidovat, a odpadní vodu. Odpadní voda má vysoké COD a vysokou tvrdost (zásaditost), proto je vhodná pro opětovné použití jako ředidlo pro uvolňovací prostředek. Použitelnost Tato technologie se týká všech nových a stávajících sléváren tlakového lití. Důvody pro zavedení Sníží se znečištění vody. Příklady závodů Metaalgieterij Giessen, Hoboken (B): slévárna hliníku používající vysokotlaké lití a lití do kokil. Odkazy na literaturu [202,TWG, 2002]

4.7. 4.7.1

Energetická účinnost Úvod

Tavení kovu a udržování roztaveného kovu v tekutém stavu spotřebovává významnou část energie ve slévárně. V mnoha slévárnách se používá více energie při udržování kovu v roztaveném stavu než pro skutečný proces tavení. Značné množství energie se spotřebovává v jiných oblastech než, je tavení kovu. Například slévárny jsou obecně velkými uživateli stlačeného vzduchu. Ostatní spotřeby energie tvoří podobné položky, jako jsou stroje pro tlakové lití, které mají své jednotky poháněné elektřinou.


262

Kapitola 4 Slévárny s litím do pískových forem a do kokil mohou využívat horké výrobní procesy pro výrobu jader, jako jsou skořepinová jádra nebo Hot-box, použitím plynu. Elektřinu mohou využívat pro ohřívání jaderníků. Ohřev kokil, pánví a vyzdívky pece může spotřebovat významný podíl celkové použité energie. Typické procentuální využití energie ve slévárně slitin neželezných kovů a ocelí je dáno v tabulce 4.58. [64, ETSU, 1997]

Činnost

Slévárna slitin neželezných kovů Spotřeba energie (%)

Slévárna oceli s EOP (10 000 tun dobrých odlitků/rok) spotřeba energie (%) 44

Tavení 30 Udržování 30 Spouštění 15 Stlačený vzduch 14 10 Ohřev nástroje 3 Tepelné zpracování (plyn) 7 Různé 8 39 Ostatní* 39 * Zahrnuje všechny činnosti, pro které nejsou ve stejném sloupci uvedeny žádné hodnoty, a činnosti. Tabulka 4.58: Typické využití energie ve slévárně slitin neželezných kovů a ve slévárně oceli s EOP v % [64, ETSU, 1997] [202,TWG, 2002] Tyto údaje ukazují, že služby slévárny jsou odpovědné až za jednu polovinu spotřeby energie ve slévárně. To zahrnuje činnosti, jako je pohon jednotek, motorů, stlačeného vzduchu, osvětlení, ohřev prostoru a ohřev kotlů. Opatření pro energetickou účinnost by se měla týkat jak tavení, tak i služeb. [46, ETSU, 1995] Energeticky efektivní operace zahrnují prostředky ke snížení použité energie ve všech zmíněných krocích. Vylepšená energetická účinnost je také jedním z přínosů životnímu prostředí, zmíněných v postupech, již zmíněných v této kapitole. Následující sekce se zaměřují na specifické postupy, které jsou cíleny na obnovu tepla a jeho přenos do ostatních částí slévárny. 4.7.2

Indukční pec: využití odpadního tepla

Popis Významný podíl elektrické energie, kterou odebírá indukční tavicí pec se přemění v odpadní teplo. Asi 20 až 30 % celkového vstupu energie do tavírny je odváděno chladicí vodou. Chladicí okruh pece nemá vliv na elektrické ztráty v indukční cívce, ale chrání cívku proti účinkům tepla, které je vedeno přes pecní výstelku z roztaveného kovu. Teplo chladicí vody pece je v některých instalacích používáno pro vytápění prostorů, pro ohřátí vody do sprch a pro sušení surovin: o sušení surovin - při vsázkování vlhkého kovového materiálu do nataveného kovu v indukční tavicí peci je přítomnost vody v kovovém odpadu potenciálně velmi nebezpečná, pokud je kovový odpad skladován ve slévárně pod střechou, může být dodán vlhký již prodejcem; teplo obsažené v chladicí vodě pece může být odebráno do výměníku tepla vzduch/voda; ventilátorem je přiveden ohřátý vzduch do skladových bunkrů, náčrt takové instalace je ukázán na obrázku 4.22.


263

Kapitola 4

Obrázek 4.22: Použití odpadní vody pro vysoušení kovové vsázky v zásobníku [47, ETSU, 1992] o

vytápění prostoru a dodávka horké vody - podobný systém, jako shora uvedený, může být použit pro foukání horkého vzduchu do slévárny pro ohřev prostoru haly, alternativně může být použita výměna voda-voda pro ohřev vodního okruhu pro radiátory nebo pro dodávku horké vody.

Protože teplá chladicí voda je v netlakovém systému a není pravděpodobné, že by přestáhla 60–70 °C, potřebují radiátory navíc velkou plochu, aby byl přenos tepla účinný. Alternativně musí být teplota vody zvýšena nějakým jiným zdrojem, jako jsou dodatečné olejové, plynové hořáky, nebo elektrický ohřívač. Alternativní ohřívací systémy jsou nezbytné, pokud pece nepracují, např. brzy ráno pro zvýšení teploty na pracovištích na požadovanou úroveň. Chladicí zařízení pece se musí udržovat v provozu během letního období a v ostatní dobu, i když zařízení pro vytápění prostoru neodebírají teplo ze systému chlazení pece. Zásadou je zajistit přednostně systém chlazení pece. Celá instalace systému musí být navržena tak, aby nedošlo k jeho selhání a aby chránila pec proti přehřátí po celou dobu provozu. Rovněž voda vracející se do pecí nesmí být příliš studená (tj. pod 30 °C). Musí být zajištěna havarijní signalizace, která spouští teplotu vody, a nouzové přemostění potrubím se snadno ovladatelným ručním řízením. Tím se zajistí rychlé oddělení zařízení pro využití tepla od primárního chladicího okruhu v případě jakéhokoliv problému. Přínosy pro životní prostředí Zvýší se účinnost energie. Účinky na ostatní média Nebyly hlášeny žádné účinky na ostatní média. Provozní údaje Systém využití tepla, který používá chladicí olej v indukčních pecích, byl instalován v belgické slévárně. Slévárna provozuje dvě indukční udržovací pece v duplexu s kuplovnou. Induktory elektrických pecí jsou chlazeny olejem. Olej se zahřívá na 200–300 °C a odevzdává své teplo ve venkovním výměníku tepla. Před instalací systému využití tepla unikal do vzduchu až 1 MW tepelné energie, alternativní systém byl instalován, aby se používalo odpadní teplo pro ohřev prostoru. Ohřátý vzduch je vháněn do jaderny, což dovoluje využití 1/3 unikajícího tepla ve výměníku olej–vzduch a nahrazuje topný systém. Implementace je možná při nízkých nákladech, protože výměník olej-vzduch je instalován blízko jaderny. O ohřevu prostoru v jiných částech slévárny se bude uvažovat později, ale bude to vyžadovat delší potrubí (znamená to další ztráty).


264

Kapitola 4

Použitelnost Před tím, než se instaluje využití odpadního tepla, se musí splnit množství kritérií: o

o o o

aby byla aplikace rentabilní, musí být odpadní teplo dostatečně blízko, a doba po kterou se toto získané teplo využívá, musí souhlasit s dobou provozu pece; dodané teplo má obvykle nízkou teplotu, teplota chladicí vody nesmí převýšit 70 °C relativně nízké teploty znamenají, že výměníky tepla musí být mnohem větší, než s jakými se běžně počítá voda pece se nesmí vracet do pecí při teplotě nižší než asi 30 °C, jinak může způsobit problém kondenzace vlhkosti na povrchu cívky absolutní spolehlivost chladicího okruhu je zásadní, chladicí systém zajišťuje ochranu cívky; jestliže selže, mohou být výsledky katastrofické.

Výše uvedené aspekty, zvláště otázka pecní spolehlivosti, odradí většinu provozovatelů pecí od úvahy o využití tepla chladicí vody pece. Ekonomika Slévárna, která se snaží využít teplo z chladicího okruhu, musí celkově vyhodnotit přínosy a porovnat je s náklady na přídavné zařízení, bezpečnost provozu pecí a jejich obsluhy. Důvody pro použití Zvýší se energetická účinnost ve slévárně. Příklady závodů Ohřev prostoru s použitím horkého vzduchu: Proferro, Oudenaarde (B) Metso Paper Jyväskylä Foundry (F) Odkazy na literaturu [47, ETSU, 1992] 4.7.3

Kuplovna: využití odpadního tepla

Popis Potřeba chladit plyny kuplovny před jejich vstupem do tkaninového filtru vede k možnosti mít sekundární využití a využít odpadní teplo. Sekundárním využitím může být: o parní kotel o okruh tepelného oleje o okruh vytápění o okruh horké vody. Dosažené přínosy pro životní prostředí Využije se odpadní teplo, které by bylo jinak ztraceno, a sníží se spotřeba paliva jiného druhu zdroje energie. Účinky na ostatní média Nejsou známy. Provozní údaje Dva závody uvedené jako příklad jsou popsány v sekci 4.5.2. Jsou vybaveny systémem využití odpadního tepla. Údaje o zařízení byly uvedeny v tabulce 4.38. Závod G používá odpadní teplo kuplovny pro výrobu elektřiny. Část spalin je vedena k parnímu kotli, který pohání turbinu spojenou s generátorem nebo kompresorem. Schematická ukázka instalace je uvedena na obrázku 4.22. Celkové využití představuje úsporu 29 % koksu. Je vyrobeno asi 2,9 MW


265

Kapitola 4 elektrické energie. To znamená, že zařízení vyrábí elektrickou energii ve výši 75 kWh/tunu tekutého železa.

Obrázek 4.23: Schéma horkovětrné kuplovny s parním kotlem, turbínou a generátorem [27, Kran, et al., 1995] Závod H používá odpadní teplo kuplovny v okruhu tepelného oleje. Po výměně tepla pro dmýchání prochází spaliny tepelným výměníkem plyn-olej. Ohřátý tepelný olej se používá pro sušení jader. Lze dosáhnout maximální využití tepla 21 MW. Postupový diagram je na obrázku 4.24.


266

Kapitola 4

Obrázek 4.24: Schéma horkovětrné kuplovny s využitím odpadního tepla [17, Strauss, 1983] Použitelnost Tento postup se používá v nových instalacích a měl by se vzít do úvahy ve chvíli návrhu procesu. Pro existující závody lze postup použít během hlavní přestavby kuplovny, ale v existujícím závodě musí být obecně přizpůsobeny malé přídavné jednotky. Ekonomika Uvedené příklady byly instalovány jako část hlavní rekonstrukce kuplovny, proto není možné získat specifické údaje o nákladech. Důvody pro použití Zvyší se energetická účinnost průmyslových procesů. Příklady závodů Dva zmíněné vzorové závody se nacházejí v Německu. Odkazy na literaturu [17, Strauss, 1983], [27, Kran, et al., 1995], [202, TWG, 2002] 4.7.4

Snížení ztrát energie / zlepšení praxe předehřevu pánví

Popis Energií se plýtvá, jestliže systém dopravy nataveného kovu dovoluje zvýšenou ztrátu teploty mezi odpichem pece a litím do formy. Ztrátám je možno zabránit pomocí dobrých praktických opatření. Ta mohou být následující: o využívání čistých pánví předehřátých na jasně červenou barvu o doprava nataveného kovu v licích pánvích, které jsou úměrně velké pro praktické použití a jsou vybaveny víky pro snížení ztrát tepla o udržování vík na pánvích, jež stojí prázdné, nebo položení pánví obráceně (dnem vzhůru), pokud se nepoužívají o minimalizace potřeby přelévat kov z jedné pánve do druhé o vždy předávat kov co nejrychleji, při zachování všech požadavků bezpečnosti práce.


267

Kapitola 4

Přínosy pro životní prostředí Sníží se ztráty energie. Účinky na ostatní média Žádné nejsou známy. Použitelnost Protože tento postup přináší dobré výsledky, je použitelný ve všech nových a existujících slévárnách. Ekonomika Nebyly předány žádné ekonomické údaje. Důvody pro použití Účinnost energie ve slévárně lze řídit. Příklady závodů Tato opatření jsou v různé míře používána v evropských slévárnách. Odkazy na literaturu [44, ETSU, 1993]

4.8 4.8.1

Vratná formovací směs: regenerace, recyklace, opětovné použití a likvidace Úvod

Slévárny používají ve velkém množství formovací směs jako inertní primární materiál. Regenerace vratné směsi je hlavním námětem opatření ke zlepšování životního prostředí. Musí být provedeno jasné rozlišení mezi přírodním pískem na syrovo, bentonitovou směsí a chemicky tvrzenou směsí. Bentonitová směs může být po použití snadno oživena. Ve skutečnosti má recyklovaná bentonitová směs lepší technickou kvalitu než směs s novým pískem. Většina sléváren, které používají bentonitovou směs, provádí primární regeneraci. Primární regenerace zahrnuje rozpad směsí z forem a jader do původní velikosti zrn. To zahrnuje přesívání směsi, odstranění kovových příměsí, separaci a odstranění jemných podílů a hrudek, které překračují velikost zrna. Vrat je potom před odesláním do skladu ochlazován, vrácen do systému, nebo mísen s novým ostřivem.V těchto etapách zrna ostřiva zůstávají částečně obalena zbytkovým pojivem. To má vliv na množství recyklované směsi, která může být užita k výrobě forem a ještě více je tomu u výroby jader. Nové ostřivo proto musí být přidáno pro zajištění požadovaných vlastností směsi pro výrobu formy a jádra, a tím i dobré jakosti odlitku. Primárně nemá recyklovaná směs obecně dostatečnou kvalitu, aby mohla být použita pro výrobu jader bez dalšího zpracování. Dalším odstraněním zbytkových materiálů, tj. pojiva atd., je směs používána především pro formy. Primární regenerační postup se skládá z tryskání broky, rozdrolení v rotačním bubnu nebo vibrací. Sekundární regenerace zahrnuje další zpracování již separované vratné směsi na odstranění zbytkového pojiva. Ostřivu je navrácena kvalita. Slévárny využívající sekundární regeneraci mají v některých případech eliminovánu potřebu nového ostřiva. Aby se odstranilo zbytkové pojivo, je třeba použít agresivnějších postupů, než je primární regenerace. Základní postupy sekundární regenerace jsou: o studená mechanická úprava o nízkoenergetický otěr - tření, náraz (pro samotvrdnoucí směsi) o vysokoenergetický otěr - pneumatickým otíráním, broušením, odstředivým třením o tepelná regenerace (obvykle ve fluidizačním loži) o mokrá regenerace.


268

Kapitola 4

Samotvrdnoucí směsi pojené pryskyřicemi a vytvrzované za studena mohou být regenerovány jednoduchými postupy díky křehkosti vrstvy pojiva. Mechanické regenerační systémy (např. fluidizační lože) jsou založeny na vnitřním tření částic nebo na úderu. Směsi, ve kterých se používají jako pojidla termosety nebo pryskyřice vytvrzované plynem, vyžadují intenzivnější postupy pro odstranění vazné vrstvy. Zahrnují broušení, pneumatické otírání a odstředivé otírání. Křemenné písky mohou být regenerovány pouze mechanicky pomocí mechanické regenerace. Tepelná regenerace zahrnuje spalování organických pojiv. Bentonit je deaktivován vysokou teplotou. Při regeneraci bentonitové směsi může být použita kombinace jakékoliv tepelné a mechanické úpravy. Mokrá regenerace zahrnuje odstranění pojiva obrušováním částic ve vodě. Tento postup se používá pouze pro bentonitovou směs. ST směsi pojené vodním sklem nebo směsi s vodním sklem jsou tvrzené CO2. Nepoužívají se v širokém měřítku. Sekundární regenerace bentonitové směsi je využívána v omezené míře. Pro chemicky tvrzené směsi je důležitá především mechanická regenerace (> 200 jednotek v Německu v roce 1999), [80, Lahmeyer International GmbH, 1999]. Použitelnost různých regeneračních postupů a regenerátu je uvedena v tabukách 4.59 (monosměsi) a 4.60 (směsové vraty). Každý z představených postupů bude diskutován v detailech v sekcích uvedených níže. Většina monosystémových vratných směsí, které jsou vhodné pro sekundární regeneraci, jsou jádrové směsi ve slévárnách slitin neželezných kovů. Kvůli nízkému tepelnému zatížení se při odlévání snadněji separují z bentonitové směsi. Mnoho monosystémových vratných směsí vzniká z forem a jader, jež jsou vyrobeny čistě organickým postupem, jako je Croning, furanová pryskyřice a uretanový Cold-box. Menší tok vratné monosměsi je z jader, vzniká z rozbitých nebo zmetkových jader v jaderně a zbytkových směsí od jádrařských strojů. (pozn. překladatele: monosystémové vratné směsi = směsi s jedním druhem pojiva) Směsové vraty obecně obsahují vratnou bentonitovou směs a chemicky tvrzenou vratnou směs. Vznikají hlavně ve slévárnách slitin železa a představují asi 75 % celkové produkce odpadní vratné směsi.


269

Kapitola 4

Druh formovací a Regenerace jádrové směsi

Zařízení pro regeneraci

Využití

Omezení použití

Mechanická nebo tepelná

Mechanická: tření, úder,odírání použitím pneumatických systémů Tepelná: Turbulentní lože, fluidizační lože nebo rotační pec

Pro formy z ST směsí 20-25 % regenerátu na jádra z ST směsí

Cold-box, SO2, Hot-box a Croning


Mechanická: Pneumatické odírání, odstředivé tření, odírání použitím fluidizačního lože Tepelná: Turbulentní lože, fluidizační lože, nebo rotační pec

Při výrobě jader jako náhrada nového písku

ST směsi, rezolesterová pryskyřice vytvrzovaná metylformiátem

Mechanická

Mechanická: tření, úder, odírání použitím pneumatických systémů

S omezením při formování do směsi vytvrzované metylformiátem

Mechanické: degenerace pouze malé vrstvy směsi, která byla tepelně exponována roztaveným kovem -musí se splnit cílové hodnoty kvality regenerátu Mechanická: degenerace pouze malé vrstvy směsi, která byla tepelně exponována roztaveným kovem -musí se splnit cílové hodnoty kvality regenerátu -opětovné použití jemných podílů - Regenerace jako u rezol-esterů vytvrzovaných za studena, ale s menším využitím regenerátu - Zkřehnutí komponentů pojiva

Bentonitová směs

Mechanická

např. odíráním použitím pneumatických systémů

Oživení oběhu bentonitové směsi

Směsi s vodním sklem

Mechanická

Organické vratné monosystémy Samotvrdnoucí směsi (ST směsi)

Minimální množství t/h

1,5

0,75

Anorganické vratné monosystémy

Pouze pro výrobu forem a jader použitím křemenného písku

- vyžaduje předsušení 0,75 -o pětovné použití jemných podílů Zkřehnutí komponentů 0,5 pojiva při 200 °C

Tabulka 4.59: Možnost použití různých systémů regenerace pro monosystémové vratné směsi [128, IHOBE, 1998]


270

Kapitola 4

Druh směsi

Regenerace

Zařízení pro regeneraci

Využití

Omezení

Směsové organické systémy vratů


Mechanická: Pneumatické odírání, odstředivé tření ,odírání použitím fluidizačního lože Tepelná: Turbulentní lože, fluidizační lože, nebo rotační pec

Při výrobě jader jako náhrada nového ostřiva

Směsové vraty obsahující bentonitové směsi

Mechanická nebo mechanickotepelná

Mechanická: Abraze, pneumatické odírání, odstředivé tření fluidizačního lože Tepelná: Turbulentní lože, fluidizační lože, nebo rotační pec

- při výrobě jader jako náhrada nového ostřiva - za nový písek pro oběh bentonitové směsi

Minimální množství t/h 0,75

Mechanické: degenerace pouze malé vrstvy směsi, která byla tepelně exponována roztaveným kovem: - musí se splnit cílové hodnoty kvality regenerátu - opětovné použití jemných podílů - vyžaduje předsušení 0,75 - kombinovaná tepelná regenerace vyžaduje účinnou mechanickou regeneraci pro odstranění aktivního bentonitu - opětovné použití jemných podílů

Tabulka 4.60: Možnosti použití různých systémů regenerace pro směsové vraty [128, IHOBE, 1998]

Monosystémová vratná směs Vytvrzovaná za studena Cold-box, SO2, Hot-box, Croning Směs s vodním sklem (CO2, nebo ester) Bentonitová směs, primární (nedegradovaná) Bentonitová směs, sekundární (degradovaná) Směsová vratná směs Smíchaná organika Smíchaná bentonitová směs + organika X: použitelné, 0: nepoužitelné

Mechanicko-tepelná

Tepelná regenerace

Mokrá regenerace

Pneumatické otírání

Omílací buben

Studená mechanická regenerace

Broušení

Jednoduchý mechanický systém regenerace

Použitelnost různých systémů úpravy je shrnuta v tabulce 4.61 a bude projednána v dále ve specifických sekcích.

X 0 0 X 0

X X 0 0 X

X X 0 0 0

X X X 0 X

X 0 X 0 X

X X 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0

X X

X 0

X X

0 X

X 0

0 X

Tabulka 4.61: Použitelnost různých postupů regenerace na různé typy vratných směsí Použití primárního a sekundárního regenerátu do směsi v množství 92 % je ukázáno na obrázku 4.25. Toto zjednodušené schéma nebere v úvahu ztráty v jednotlivých krocích procesu. Přídavek nového písku může být snížen na minimum přidáním hrubé složky odfiltrovaných tuhých částic (z odtahu od ručních formovacích linek, vytloukacích roštů, skladovacích sil, atd.).


271

Kapitola 4

Obrázek 4.25: Rovnovážný diagram pro tepelně mechanickou regeneraci směsového vratu Stupeň regenerace 92 %. Použití regenerátu ve výši 92 %, jak je výše uvedeno, je normální hodnota pro směsové vraty bentonitové směsi a chemicky tvrzených směsí. Byly nahlášeny stupně regenerace až 98 %. Skutečný stupeň závisí na objemu a chemickém složení používaných jader. Pro furany vytvrzované za studena jako monopísky jsou hlášeny hodnoty 78 %. [202,TWG, 2002] Obecně platí, že smísení různých typů směsí, má negativní účinek na pevnost jader a následně forem, vyrobených z regenerované směsi, ačkoliv existuje několik výjimek. Aby se vyrobil regenerát dobré kvality, je velmi důležité mít separované neslučitelné směsi odděleny. Optimalizace možnosti regenerace může proto zahrnovat změnu kompatibility vazných systémů, jestliže se použijí smísené směsi, nebo naopak pokud se použijí postupy (vytloukání), které dovolí separování různých typů směsi. Tabulka 4.62. ukazuje možnost vzájemné komptability [37, Winterhalter and et al., 1992].

Cílový systém / systém zdroje Bentonit

Cold-box

Směs s vodním sklem ST s pryskyřicí Hot-box Croning Metyl formiát Amin SO2

Bentonit

+

Směs s vodní m sklem 0

0

ST s Hot-box pryskyři cí

Croning

Cold- box Metyl Amin SO2 formát

0

-

0

0

0

0

+

-

-

-

-

-

-

+

-

+

-

0

-

0

+

0 + 0

+ +

+ + 0/-

+ + -

+ + -

+ 0

0 + 0

+ + -

+ +

+ -

+ +

+ -

+ 0

0 0

+ +

+ +

+: kompatibilní, 0: omezená kompatibilita, -: nekompatibilní Tabulka 4.62: Kompatibilita regenerátů s různými pojivy [37, Winterhalter and et al., 1992], [225, TWG, 2003], [37, Winterhalter, et al., 1992], [70, ETSU, 1988], [128, IHOBE, 1998], [138, Metaalgieterij Giesen B.V., 1996], [153, Umweltbundesamt. 2002], [202, TWG, 2002], [225, TWG, 2003]


272

Kapitola 4

4.8.2 regenerace)

Regenerace vratné bentonitové směsi za optimalizovaných podmínek (primární

Popis Jednou z hlavních výhod bentonitové směsi je, že vratná směs může být upravena po odlití pro několikanásobné použití. V mísiči se přidává minimální procento nového písku pro udržení kvality formovací směsi. Množství přidaného nového písku je určeno vstupem ostřiva (písku) z jader a ztrátami v procesu. Pro bezjádrové formování je to 2-5 % nového písku. V procesech používajících jádra se nový písek doplňuje přidáním písku z jader do oběhu. V každém případě je nadbytek písku z oběhu odebrán po vytloukacím roštu, nebo ze skladovacího zásobníku vratu. Celková úprava je zobrazena na obrázku 2.28. Vnitřní oběh bentonitové směsi s minimální úpravou se často nazývá primární regenerace. Regenerace má v zásadě tři cíle: o rozbití směsi do původní velikosti zrna nebo do malých částic o odstranění jemných podílů o chlazení vratné směsi před novým mísením s oživovacími příměsemi. Pro rozbití a separaci se používají různé postupy. Vibrace - pro účely primární recyklace se používá nejčastěji vibrační rošt nebo síto, prosetá směs je dopravena k další úpravě, např. pro chlazení, třídění velikosti zrn a hrudek, tepelnou regeneraci. Zbytkový materiál je shromážděn k likvidaci. Chladicí a homogenizační buben - vratná směs po vytloukání vstupuje do rotačního bubnu vybaveného jak zvedacími, tak i dopravními elementy. Protože písek putuje podél bubnu, rotace a zvedání způsobují, že hrudky směsi se jedna o druhou omílají a rozpadají se na jednotlivá zrna. Písková zrna prochází přes síta na konci bubnu. Nadměrná zrna a kovové příměsi jsou určeny k likvidaci. Při tryskání se forma a odlitek zaveze přímo do tryskače. Výsledkem tryskání je celková desintegrace formy a očištění povrchu odlitku. Písek a tryskací prostředek jsou následně separovány. Během chlazení odlitků se směs ohřívá. Aby se dosáhlo dobrých podmínek úpravy směsi, je třeba ochladit směs na 40 – 45 °C. Používají se odpařovací chladničky s turbulentními a fluidními loži, stejně tak jako s výměníky tepla. Jestliže je vytloukání ukončeno, pak s použitím vibračních dopravníků otáčivých bubnů může dojít k ochlazení směsi. U fluidní chladničky vratu může být sušicí vzduch ohřát plynem, nebo elektrickým proudem. Průměrná doba úpravy je 10 minut. Písek vstupuje do fluidního lože s vlhkostí 2 - 3 % a o teplotě 250 – 300 °C. Teplota a vlhkost může být před fluidním ložem nižší, pokud následně přidáme řízené množství vody. To dovoluje minimalizaci tvorby jemných podílů, které mají být odstraněny během sušení na fluidním loži. Jemné podíly obsahují bentonit, který může být znovu použit přidáním do mísiče. Hladina vlhkosti vratné směsi se má držet na 2 až 2,2 % při 35 °C. Následně se během skladování bentonit obsažený v ochlazované a mokré směsi začíná aktivovat. Během mísení se pak musí upravit množství přidávané vody a bentonitu. Dobrá homogenizace písku dovoluje konstantní kvalitu vratné směsi a snadnější úpravu směsi. Homogenizační systémy jsou složeny z několika malých sil namísto jednoho velkého sila, nebo se používá oběh vratné směsi v zásobníku. V systémech, které používají chemicky tvrzená jádra, může mít smísení jádrové směsi negativní vliv na kvalitu směsi v závislosti na typu pojiva a jeho množství smíchaného s bentonitovou směsí. Negativní vlivy jsou podstatnější s kyselými a alkalickými jádry ve srovnání s neutrálními systémy (SO2 - epoxy, PUR - Cold-box). Během vytloukání se směs z jader a z forem nevyhnutelně smísí. Nevytvrzená jádra a nerozbitá jádra však mohou být odstraněna před zpětným přidáváním do primární regenerace.


273

Kapitola 4

Přínosy pro životní prostředí Sníží se použití primárních materiálů (písek a bentonit) a množství materiálu k likvidaci. Účinky na ostatní média Regenerace směsi používá elektřinu a tím zvyšuje celkovou spotřebu elektrické energie. Protože se hlavně používají mechanické postupy, je zvýšení spotřeby energie zanedbatelné. Chlazení směsi a separace jemných suchých částic způsobuje oživení odsávaného plynu novým pískem. Odtah musí být čištěn, aby se zabránilo emisím tuhých částic. Ochlazené tuhé částice jsou určeny k likvidaci nebo opětovnému použití (viz sekce 4.8.12). Provozní údaje Oživení novým pískem se řídí množstvím faktorů. Obvyklý rozsah se pohybuje mezi 10 – 20 % hmotnosti odlitého kovu. Vhodnější je uvažovat o přidání nového ostřiva (písku) jako o procentuálním vstupu písku. Pro většinu slévárenských procesů je přidání 5 % oživovacího přídavku ostřiva považováno za dostatečné, ale mnoho sléváren pracuje při nižším poměru. U monosystému bentonitové směsi se dosahuje stupně regenerace 98 %. U systémů směsí s vysokým stupněm nekompatibilních jader lze dosáhnout stupně regenerace 90-94 %. Použitelnost Tento postup je možný ve všech slévárnách používajících bentonitové směsi v nových a existujících instalacích. Ekonomika Potenciální poměr nákladů k výnosům regenerace pro slévárnu, která v současné době neregeneruje směsi, je sumarizován v tabulce 4.63. Popis Průměrná cena křemenného písku (ostřiva) Průměrný náklad na likvidaci odpadu Celkový náklad na nákup ostřiva a likvidaci směsi Odhad odpisů Výdaje na zařízení v jednom roce Průměrné provozní náklady Předpoklad úspor nákladu v prvním roce Předpoklad úspor nákladu v následujících letech

Náklad (EUR/tuna písku) 32,64 14,56 47,2 18,24 7,76 21,2 39,44

Tabulka 4.63: Úspory nákladů při primární regeneraci (Odhady UK 1995) Investice na mísič, dávkovací jednotku a kontrolu procesu se pohybuje v rozsahu 0,05-1 mil. EUR. Investice na snížení velikosti zlomků jader je 0,1 mil. EUR, pokud toto nemůže být provedeno v dostupné mechanické, nebo pneumatické regenerační jednotce. Roční provozní náklady mohou být odhadnuty na 5 - 10 % investičních nákladů. Důvody pro zavedení Mnoho sléváren stanovuje snížení nákladů jako jediný důvod pro zavedení různých programů regenerace směsí. Směrnice BAT ukládají snížení množství skládkového materiálu. Příklady závodů Primární regenerace se užívá ve všech slévárnách používajících bentonitovou směs. Úroveň regenerací se velmi různí, od jednoduchého ručního provozu až k plně automatizovanému, počítačem řízenému provozu.


274

Kapitola 4

Odkazy na literaturu [73, ETSU, 1995], [73, ETSU, 1995], [108, FEAF,1999], [110, Vito, 2001], [128, IHOBE, 1998], [140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001], [143, Inasmet and CTIF, 2002] 4.8.3

Jednoduchá mechanická regenerace ST směsí vytvrzovaných za studena

Popis Jednoduché mechanické postupy se používají pro regeneraci monosystémových vratných směsí (například furanové směsi) a nevytvrzených jádrových směsí. Tyto postupy zahrnují rozbíjení hrud, oddělení zrn ostřiva a čištění zrn třením s následným odprášením a ochlazením na provozní teplotu. Používají se různé typy drtičů a mlýnů, například nárazový drtič, čelisťový drtič, kulový mlýn. Dosažené přínosy pro životní prostředí Sníží se objem směsi určené k likvidaci a spotřeba nových původních písků (ostřiva). Účinky na ostatní média Regenerace směsi vyžaduje dodatkovou energii a způsobuje dodatečné emise tuhých částic i odloučení tuhých částic určených k likvidaci. Provozní údaje Pro furanové samotvrdnoucí směsi je hlášen stupeň regenerace kolem 78 %. Použitelnost Postup může být uplatněn pro všechny směsi vytvrzované za studena včetně směsí s vodním sklem. Regenerovaná směs může být znovu použita ve formovacím cyklu s malým přídavkem oživovacího nového písku do úrovně ztrát. Postup může být uplatněn pro nevytvrzené jádrové směsi s organickými pojivy. Regenerát lze znovu použít pro výrobu jader s přídavkem stejného druhu pojiva po smíchání s novým pískem (ostřivem), může být použit s určitým omezením pro obnovu formovací směsi. Důvody pro použití Sníží se objem zbytků určených k likvidaci. Příklady závodů Jednoduchá mechanická regenerace furanových samotvrdnoucích směsí se používá v mnoha slévárnách v Evropě a je zvláště rozšířena v Německu a ve Finsku. Odkazy na literaturu [153, Umweltbudesamt, 2002], [202, TWG, 2002] 4.8.4

Mechanická regenerace použitím jednotky s brusnými koly

Popis Toto je široce používaný systém (viz obr. 4.26), který byl původně vyvinut pro regeneraci směsných bentonito-organických vratných směsí. V tomto systému se užívá horizontálně rotující brusné kolo, které odstraňuje tvrdé oolitické vrstvy bentonitu z ostřiva. Kolem brousicího kola je pomalu se otáčející lopatkové kolo, které dopravuje vrat plynule na brusné kolo. Odprašovací jednotka odsává tuhé částice. Aby byla směs připravena pro zpracování, musí být suchá. K sušení se používá fluidizační lože, nebo jiná sušička, aby se snížil obsah vlhkosti pod 0,2 %.


275

Kapitola 4

Obrázek 4.26: Studená mechanická regenerace používající broušení [128, IHOBE, 1998] Odsátý proud plynu z regenerace je odprášen použitím cyklonu a tkaninového filtru. Odprašky z filtru obsahují zbytkový aktivní bentonit a uhlíkaté přísady. Mohou být recirkulovány do formovací směsi, kde poté dovolují snížení přísady lesklého uhlíku. Formy vyrobené z regenerátu mají lepší technickou kvalitu (vaznost, tekutost) díky obsahu zbytkového bentonitu, který dále vede ke snížení zmetkovitosti forem a snížení pracnosti při dokončování odlitků. Přínosy pro životní prostředí Sníží se objem směsi určené k likvidaci a spotřeba nového písku. Sníží se spotřeba lesklého uhlíku v bentonitové směsi. Zlepší se vlastnosti formovací směsi s výsledkem snížení množství zmetkových forem a celkového počtu zmetkových odlitků. Účinky na ostatní média Regenerace směsi vyžaduje dodatečnou energii, ač způsobuje dodatečné emise tuhých částic a zbytkové tuhé částice, které jsou určeny k likvidaci. Možnost použití regenerované směsi v procesu výroby forem umožňuje snížit množství lesklého grafitu jako přísady. Provozní údaje Pro bentonitové formy je maximální poměr regenerace 65–75 %. To koresponduje s obsahem křemenného ostřiva v materiálu. Pro chemicky tvrzenou směs je množství recyklovatelného křemenného ostřiva 90-95 %. Celkový oběh směsi v okruhu a potřeba nového ostřiva závisejí na množství použitých jader (jádrové směsi), proto jsou údaje velmi specifické. Obrázek 4.27 uvádí údaje pro slévárnu v Nizozemsku.


276

Kapitola 4

Obrázek 4.27: Provozní údaje o oběhu jádrové směsi holandské slévárny litiny používající bentonitovou formovací směs [140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001] {strana 367, obr. 2} Všeobecně vratná bentonitová směs se skládá z 80 % ze zrn křemenného ostřiva a asi ze 20 % jemného ostřiva, jež je tvořeno bentonitem, uhelným prachem atd. Ze 100 % vratné směsi je asi 70 % vráceno zpět do výroby jader jako regenerát. Stupeň účinnosti regenerace s ohledem na křemen je asi 88 %. Odprašky z filtru obsahují přibližně 40 % aktivního bentonitu, které ztrácí žíháním 17 % a obsahují 43 % jemných podílů. Opakované použití odprašků ve směsi má za následek snížení přísady lesklého uhlíku až o 30 %. Výsledky zvýšené kvality směsi v De Globe ukazují, že množství zmetkových forem bylo prakticky poloviční. Odprašky z cyklonu (20 % váhy regenerované bentonitové směsi) obsahují 25–30 % bentonitu a vysokou hladinu organických látek, ale jeho chemické složení je mimo požadovanou specifikaci pro opětovné použití jako sekundárního stavebního materiálu. V Nizozemsku je povoleno používat ho na krycí vrstvu na likvidačních skládkách. Jinde tato frakce potřebuje likvidaci. Právní předpisy omezují obsah organických materiálů určených k likvidaci. Broušení písku způsobuje intenzivní opotřebení zrn písku. Toto a recirkulace odprašků z filtru způsobuje změny v zrnitosti směsi. Celkové složení směsi proto musí být dobře řízeno a sledováno. Použitelnost Mechanická regenerace se používá hlavně pro odstranění bentonitových vrstev z ostřiva bentonitové směsi a pro odstranění chemických pojiv v chemicky tvrzených směsích. Postup obrušování je nejrozšířenější. Vibrační a nárazové postupy se používají u chemicky tvrzených směsí, ale produkují ostřivo nízké nebo průměrné kvality. Tyto postupy jsou vhodnější pro konvenční oběh směsi (primární regenerace). [110, Vito et al., 2001] {strana 135}. Sekundární regenerace bentonitové směsi má omezené použití. Ekonomika Investiční náklady pro jednotku s výkonem 50 t/den, (včetně sušení, chlazení), jednotku regenerace, cyklonu a suchý odlučovač jsou kolem 1 135 000 EUR. Údaje z Německa konstatují investiční náklady 60 000 EUR na 1,5 t/hod jednotku.


277

Kapitola 4 Hladiny spotřeby na tunu regenerátu jsou následující (na základě průměrných ročních čísel): Elektřina Zemní plyn Stlačený vzduch Opotřebené díly Obsluha Údržba

39 3 36 1,18 0 běžná

kWh/t Nm3/t (v závislosti na vstupní vlhkosti směsi) Nm3/t EUR/t

Křivka nákladů pro mechanickou regeneraci směsi s organickými pojivy je dána na obrázku 4.28. Fixní náklady kolísají podle celkové kapacity a investice. Variabilní náklady se mohou zvednout až na celkem 11 EUR/t, ačkoliv náklady závisí na specifické instalaci a místních podmínkách. Celkové náklady (fixní a variabilní) jsou od 12 do 40 EUR/t regenerované směsi, v závislosti na velikosti a typu zařízení. [128, IHOBE, 1998] {strana 92}

Obrázek 4.28: Fixní náklady na tunu regenerátu, pro mechanickou regeneraci samotvrdnoucích směsí [82, IfG – Institut für Giesssereitechnik., 1996] Důvody pro použití Sníží se množství zbytků k likvidaci. Příklady závodů De Globe, Weert, Holandsko, závod 60 tun za den, používá dvě linky, v provozu od r. 1995. Eisenwork Brühl, Brühl; D (1,5 tuny/hod) 1999. Giesserei Fritz Winter GmbH & Co KG, Stadtallendorf, D (9,5 tun/hodinu) Mercedes-Benz AG, Mannheim, D, (9 tun/hod) Odkazy na literaturu a příklady závodů [82, IfG-Institut für Giessereitechnik, 1996], [110, Vito, 2001], [128, IHOBE, 1998], [133, De Globe B.V., 1999], [140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001], [151, Gemco, 1999] 4.8.5

Mechanická regenerace používající rázového bubnu

Popis Tento postup mechanické regenerace je založen na mezikrystalickém obrušování zrn ostřiva. Aby se optimalizovala kvalita regenerátu, používá se při úpravě jen jádrová směs. Směs je podávána do bubnu s otáčejícím se rotorem malými lopatkami. Zrna ostřiva jsou vrhána proti stěně bubnu, jedno proti druhému. Náraz vyvolá mechanickou abrazivní čisticí činnost. Jemné podíly jsou odstraněny s odsávaným vzduchem. Rázový buben pracuje v dávkovacím režimu. Instalace dvou jednotek dovoluje plynulý provoz.


278

Kapitola 4

Bentonitová směs a zbytky z vtokové soustavy jsou separovány z Cold-box směsi před mechanickou úpravou použitím magnetického separátoru. Vzhledem k přítomnosti nezreagovaného bentonitu vykazuje bentonitová směs velmi slabý magnetizmus, což umožňuje separaci. Systém regenerace dovoluje přidávat limitované množství (15 %) nevytvrzené směsi (zlomky jader z výroby). Kombinace magnetické separace a rázového bubnu dovoluje optimalizovat regeneraci jádrové směsi s opětovným použitím regenerátu ve výrobě jader. Přínosy pro životní prostředí Regenerát z jádrové směsi je opětovně použit. Množství materiálu pro likvidaci a potřeba surovin se sníží. Účinky na ostatní média Regenerace vyžaduje dodatečnou energii a způsobuje dodatečné emise tuhých částic a zbytkové tuhé částice k likvidaci. Provozní údaje Regenerační buben zpracovává po 20 minut každou dávku 1,5 tuny směsi. Spotřeba energie u celkové instalace (včetně magnetického separátoru, úpravy odtahu, dopravy směsi) je 55 kWh/t upravené směsi, z něhož 35 % může být připisováno dopravě a dávkování. Regenerát má následující kvalitu: průměrnou velikost zrna podíl jemných částic pH ztráta žíháním

0,30–0,33 mm 0,4–1 % 8,7 0,25–0,5 %

Jádra vyrobená ze 100 % regenerátu mají přijatelné vlastnosti. V praxi se používá 10–70 % regenerátu pro nová jádra, v závislosti na typu jádra. Produkce jemných tuhých částic v regenerační jednotce činí 10 % ze vstupu směsi do regenerace. Tyto částice jsou odloučeny z 90 % v cykloně a z 10 % tkaninovým filtrem. Použitelnost Postup lze použít pro směsový vrat bentonitové a Cold-box směsi. Regeneruje se ta Cold-box směs, která může obsahovat nevytvrzenou jádrovou směs. Postup je užíván v nových a existujících instalacích. Ekonomika Investiční náklady na jednotku 3 t/hod s rázovým bubnem, magnetickou separací, systémem odsávání vzdušniny, jejím vyčištěním, dopravou a plnicím systémem jsou 1,3 mil EUR. Provozní náklady na jednotku činí 10 EUR/t. Tyto obsahují spotřebu energie, náhradní části, údržbu a likvidaci zbytků. To představuje přínos 37 EUR/t ve srovnání s náklady na nákup nového ostřiva a likvidaci použité směsi (oba včetně dopravy). Ve Francii pro jednotku 380 t/den byly spočítány provozní náklady na 15 EUR/t. Pro tento závod to představuje čistý zisk 18 EUR/t ve srovnání s náklady na nákup nového ostřiva a likvidaci použité směsi (oba včetně dopravy). Důvody pro zavedení Sníží se množství zbytků k likvidaci. Příklady závodů Tyto postupy se používají v následujících slévárnách: PSA, Sept-Fons (F): 6 magnetických separátorů a 2 drtiče pracující střídavě


279

Kapitola 4

GF, Leipzig (D): 2 magnetické separátory a 1 drtič Döktas-Turkey: 5 magnetických separátorů a 2 drtiče Odkazy na literaturu [185, Spitz, 2002] [122, Kirst, 1999] písku. [153, Umveltbudesamt, 2000] 4.8.6

Pneumatická regenerace

Popis V pneumatickém systému se ze zrn ostřiva odstraňuje pojivo otěrem a nárazem. Kinetická energie je dodána proudem stlačeného vzduchu. Vzniklá znečištěná vzdušnina je vyčištěna. Výhodou systému tohoto typu je, že směr a rychlost směsi může být řízena. Kvůli nízké energetické účinnosti komprese vzduchu dochází k vyšší spotřebě energie ve srovnání s čistě mechanickou regenerací. Princip pneumatické regenerace je vyobrazen na obrázku 4.29.

Obrázek 4.29: Pneumatická regenerace [122, Kirst, 1999] Regenerace používá fluidní lože s centrální stoupací trubkou. Směs je hnána do trubky stlačeným vzduchem a dopadá buď na gumovou desku deflektoru, a nebo na kuželový odrazový talíř, odtud směs padá opět dolů a cyklus začíná znovu. Čistění se děje otíráním zrn ostřiva mezi sebou a otíráním zrn na odrazovém talíři. Tvar odrazového talíře určuje hlavní čisticí mechanizmus, a to dopad (tvar zvonu), a nebo otírání (kužel). Uvolněné tuhé částice jsou odebrány proudem vzduchu přes tkaninový filtr. Regenerace se provádí v dávkách s jednotkami zapojenými do série. V tomto případě je vyčištěná směs odváděna z regenerace pod dopadovou deskou. Přínosy pro životní prostředí Sníží se množství směsi k likvidaci i použití nového ostřiva. Účinky na ostatní média Regenerace směsi vyžaduje dodatečnou energii a způsobuje dodatečné emise jemných tuhých částic, zbytky tuhých částic pro likvidaci. Celkové vyhodnocení interní regenerace oproti externímu použití a korespondující účinky na ostatní média budou uvedeny níže. BREF – Kovárny a slévárny

280

Kapitola 4

Provozní údaje Odpadní pískové směsi s chemicky tvrzenými jádry mají následující charakteristiky: 8-12 % obsahu jemných podílů, 3-5 % spalitelných látek (ztráta žíháním), < 2 % vlhkosti. Pneumatická regenerace produkuje regenerát s následujícími vlastnostmi: o výtěžnost regenerace, na základě zrn křemene, množství regenerátu v % vstupu směsi 70-80 % o obsah ultra jemných podílů (< 0,063 mm) max. 2 % o jemné podíly <2% o ztráta žíháním < 0,5 % o průměr velikosti zrna neroztříděno. Při pneumatické regeneraci, při které se používá instalace z vestavěných modulů, je základní jednotkou 0,8-1,2 t/h. Dodavatel udává spotřebu elektrické energie 15-20 kWh/t (vyjma odprašovacího zařízení). Německé provozní údaje udávají spotřebu elektrické energie 41 kWh/t pro regenerační jednotku 8 t/h, 62 kWh/t pro jednotku 0,75 t/h. Hlášená účinnost regenerace směsi je dána výtěžností regenerátu v rozsahu od 65 % do 85 %. Španělské údaje dávají celkovou spotřebu energie 120 kWh/t regenerátu pro jednotku 1,2 t/h. Použitelnost Pneumatický systém lze používat pro regeneraci směsného vratu obsahujícího bentonitovou směs s obsahem jemných podílů jako u předchozího typu, nebo následnou regeneraci v kombinované mechanicko-tepelně-mechanické regeneraci chemicky vázaných písků. [128, IHOBE, 1998] {strana 81}. Pneumatického systému se především používá k odstranění zbytků prachu z pískových zrn a chlazení. Regenerát z jednoduché mechanické regenerace může být užit při výrobě forem (užitím 100 % regenerátu), nebo jej lze smíchat s novým ostřivem (použitím 40 %-60 % regenerátu). Dále může být tento postup použit pro regeneraci jádrové směsi typu CO2-vodní sklo ve slévárnách slitin hliníku. Tento postup je uveden níže. Ekonomika Investiční náklady na jedinou jednotku 0,8–1,2 t/h jsou 330 000 EUR. Provozní náklady se odhadují na 22 EUR/t, což určuje celkové náklady na regeneraci 36,5 EUR/t směsi.[122, Kirst, 1999] {Anl5,str. 12} Důvody pro použití Sníží se množství zbytků k likvidaci. Příklady závodů Tento typ zařízení je vyráběn několika dodavateli: KGT Jet Reclaimer, Künkel-Wagner GmbH Turbo Dry, Kernfest Webac AB. Tato technologie je používána v několika slévárnách v západní Evropě a v Číně. Odkazy na literaturu [32, CAEF, 1997], [82, IfG–Institut für Giesssereitechnik, 1996], [108, FEAF, 1999], [110, Vito, 2001], [122, Kirst, 1999], [128, IHOBE, 1998] 4.8.7

Tepelná regenerace

Popis Tepelná regenerace využívá teplo ke spalování pojiv a znečisťujících látek. Všechny tepelné procesy potřebují počáteční mechanickou etapu, aby se písek rozdrobil do velikosti zrna a byly z něj na sítě odstraněny všechny kovové nečistoty. Tato předúprava může také zahrnovat (částečně) otěr bentonitu a odstranění tuhých částic [128, IHOBE, 1998] {strana 81}. Ohřevu směsi se dosáhne obvykle pomocí pecí fluidního lože, které pracují při teplotě mezi 700 až 800 °C.


281

Kapitola 4

Používají se také rotační sušárny. Teplo může být dodáno spalováním plynu elektrickým ohřívačem, nebo generátory krátkých infračervených vln. Výstup těchto tepelných regeneračních systémů je od 250 kg/h do více než 5 t/h. Vystupující plyny jsou spalovány, aby se eliminoval oxid uhelnatý a VOC, které v nich mohou být přítomny. Plyny jsou spalovány v peci pomocí spalovacího vzduchu, nebo dodatečným spalováním plynem. Jestliže teplota spalin není dost vysoká nebo jestliže čas, během kterého jsou plyny udržovány na vysoké teplotě, není dostatečný, přidává se další zařízení pro dodatečné spalování. Ve všech případech můžeme považovat emise za nepodstatné. Odsávané plyny jsou čištěny většinou pomocí textilních filtrů. Proto je potřebné chlazení, které se může provádět vháněným vzduchem, výměníkem tepla nebo mícháním se vzduchem, který přirozeně vstupuje přes otvory do chladicí jednotky. Chlazení může zahrnovat předehřívání fluidizačního vzduchu. Přínosy pro životní prostředí Sníží se množství směsi pro likvidaci i množství použitého primárního ostřiva (písku). Účinky na ostatní média Tepelná regenerace vyžaduje palivo a produkuje emise tuhých částic a spalin složek (NOX, SO2, CO; v případě oleje: SO2). Vysoká spotřeba energie a složitost instalace jsou vyváženy nízkým opotřebením zrn ostřiva a tvorbou jemných částic v inertní formě. Tepelná regenerace směsi pojené furanem s kyselinou paratoluensulfonovou jako tvrdidlem vyžaduje čištění spalin, dodatečné spalování CO a adsorpci SO2. Provozní údaje Směs je obvykle ohřívána na teplotu 700–850 °C. Teoreticky to vyžaduje 200 kWh/t. Prakticky je hlášeno použití 150–350 kWh/t v závislosti na rekuperaci energie a kalorické hodnotě vratné směsi. Provozní údaje ze 3 tepelných regenerací, které zpracovávají různé typy vratných směsí a mají různou kapacitu, jsou uvedeny v tabulce 4.64.


282

Kapitola 4

Vlastnosti Referenční slévárny Druh směsi

Jednotka

CEC/VAW

Závod Slévárna L Formovací bentonitová směs, jádra Cold-box Richards

Několika stupňová pec (500 °C) se sítem a tříděním

Pec s fluidním ložem 780 °C, mechanická separace a odprášení

Slévárna K Cold-box jádra

Regenerační jednotka Dodavatel Postup

Výstupy regenerátu

T/h

12-16

1,0

Kapacita Výtěžnost regenerace Použití regenerátu Kritéria kvality pro regenerát

T/rok %

28 600 95,00 Výroba jader Prach < 1 % d50= 0,20 / 0,22 ztráta žíháním < 0,1%

3 840 95 (99(1)) Výroba jader Stejné jako nový písek F33

Spotřeba elektrické energie Spotřeba zemního plynu Produkování zbytků

kWh/t

119

65

m3/t

24,5

38

t/rok

660

Slévárna M Ruční formování do furanových ST směsí Siempelkamp Fluidní spalovací komora s magnetickým separátorem; současné zpracování směsi a odprašků z mechanické regenerace furanové směsi 2,0 regenerátu, 0,5 prachu 5 000 95 Výroba forem a jader Ztráta žíháním < 0,5 % pH 6,0-6,5 pevnost formy po přidání 1 % pojiva a 0,3 % tvrdidla: 350 N/cm2 po 24 hodinách

Konečné uložení zbytků

V dolech

Prach: 10 Bentonitová směs: 1 700 Výroba cementu

Proud odpadních plynů Nm3/hod O Teplota odpadního C plynu Typ filtru

7 000 75

16 509 60

Po spalování a tkaninový filtr

Tkaninový filtr

Vhánění vápna + tkaninový filtr

0,1 2,2 2,3 14 0,006

4,9 5,7 1,6 n.d. n.d.

0,4 10 0 20,95 n.d.

Hladiny emisí(2) Prach Ccelkový CO O2 PCDD/F

mg/Nm3 % ng/TEQ/Nm3

200

Stavební průmysl/likvidační skládky 6 560 35

(1)

Vyšší stupeň regenerace se dosáhne pouze je-li směs regenerována ve slévárně. Stupeň 95 % se dosáhne pro interní a externí jádrové směsi. (2) Hladiny emisí jsou vypočítány jako průměrné hodnoty z nepřetržitého sledování údajů po dobu několika hodin, během odebírání vzorků tuhých částic, nebo PCDD/F.

Tabulka 4.64: Provozní data tří německých referenčních sléváren, které používají tepelnou regeneraci vratné směsi [153, Umweltbudesamt, 2002] Provedení postupu tepelné regenerace a kvalita požadavků na regenerát se může vyhodnotit na místní bázi. Specifické údaje je možno naleznout v odkazech: [187, Stephan, 1996], [187, Stephan, 1997], [188, Stephan, 2000]. Použitelnost Tepelné systémy regenerace se používají jak pro chemicky tvrzené směsi, tak pro bentonitové směsi. Některá pojiva mohou zanechat anorganické zbytky soli na povrchu zrna. Pokud se teplota zvýší nad bod tavení, rozprostřou se po povrchu zrn ostřiva a mohou způsobit sintrování zrn ostřiva po ochlazení.


283

Kapitola 4

Obr. 4.30: Fixní náklady v EUR na tunu regenerované směsi pro tepelnou regeneraci a velkou intenzitu mechanické regenerace směsového vratu [82, IfG – Institut für Giessereitechnik,1996] Tepelná regenerace furanové směsi vytváří emise SO2, jestliže je jako vytvrzovací činidlo použita kyselina sírová. Teplota odtahového systému musí být dostatečně vysoká, aby se zabránilo kondenzaci kyseliny sírové. Fosfor (z kyseliny fosforečné jako vytvrzovadla) se nevypařuje, ale zůstává na povrchu zrn ve formě soli. To může vést k akumulaci P po cyklické regeneraci. Jestliže koncentrace P stoupá nad 0,5–0,7 %, může se vyskytnout metalurgická reakce způsobující vady odlitků. Rozšíření tepelné regenerace je nižší ve srovnání s mechanickou regenerací. V Německu je hlášeno pouze 10 instalací v r. 1999 (ve srovnání s 200 mechanickými jednotkami). Tepelná regenerační jednotka Siempelkamp v Krefeldu zpracovává smetky směsi ze slévárny společně s odpadní směsí. Rovněž na ostatních druzích minerálních odpadů byly prováděny zkoušky. Ekonomika Investiční náklady se mění podle velikosti a typu zařízení a jsou dány na obrázku 4.30. Údaje jsou vzaty z tepelné regenerace s etapou mechanické úpravy před a po tepelné regeneraci, nebo v komunikaci s intenzivní mechanickou regenerací (např. drtiče). Instalace regeneračních jednotek malého výkonu mají kapacitu 0,75 t/h nebo 1 500 t/rok. Středně velké slévárny potřebují regeneraci mezi 2 500 a 5 000 t/rok. Pro malé regenerační jednotky jsou investiční náklady (s amortizací 8 let a s 8 % úrokem) 55 EUR/a. Tyto náklady neobsahují náklady na energii, personál a likvidaci zbytků. Důvody pro použití Sníží se množství zbytků k likvidaci. Příklady závodů Fluidní lože, Metaalgieterij Giesen, Nizozemsko Fluidní lože, centralizovaný regenerační závod, Bielefeld, Německo VAW Alucast GmbH, Dilingen, Germany, systém CEC/VAW Werner Rietschle GmbH, Schopfheim, Germany, systém Richards Siempelkamp Giesserei GmbH & Co, Krefeld, Germany, Siempelkamp Sofogir, Ronchamp} (F) system Regetherm 500 Duranton Sicfond, Vénissieux (F), systém Richards FOAM, Leumann (I), systém Eco-rec Fonderie Bréa, Montlucon (F)


284

Kapitola 4

Odkazy na literaturu

[9, Schneider, 1993], [32, CAEF, 1997], [80, ERM Lahmeyer International GmbH, 1999] [128, IHOBE, 1998] [133, De Globe B.V., 1996], [186, Stephan, 1996], [187, Stephan, 1997], [188, Stephan, 2000] 4.8.8 Kombinovaná regenerace (mechanická-tepelná-mechanická) pro směsové vraty (organické – bentonitové) Popis Ve směsových organických a bentonitových směsích jsou na zrnech písků přítomna vytvrzená organická pojiva a bentonit. Prach se skládá z aktivního a vytvrzeného bentonitu, uhelné moučky (pouze ve slévárnách litin), jemných podílů křemene a zbytků organických pojiv. Směsové vraty se vyskytují hlavně ve slévárnách slitin železa a představují asi 75 % celkové produkce směsí. Regenerace se může provádět pomocí mechanických, pneumatických, tepelných, nebo kombinovaných systémů. Vratná směs je předem upravena (prosívání, magnetická separace) a sušena, aby se snížil obsah vody < 1 %. Potom se směs mechanicky, nebo pneumaticky čistí, aby se odstranila část pojiva. V tepelné etapě regenerace jsou spáleny organické složky a anorganické jsou převedeny do tuhých částic nebo spáleny na zrnech ostřiva. Při konečné mechanické úpravě jsou tyto vrstvy odstraněny mechanicky, pneumaticky a odsáty s tuhými částicemi. Typický nákres regeneračního systému, který používá pneumatickou úpravu a tepelnou úpravu fluidním ložem, je zobrazen na obrázku 4.31.

1 2 3 4 5 6 7

Z áso á sobbnník ík vvratu r a tu S u šk a M a g n etická sep a r a ce H o řá k P n eu m a tická regen e ra c e P n eu m a tická d o p ra v a T ep e ln á regen e ra c e

Obrázek 4.31: Mechanická-tepelná-mechanická regenerační jednotka [108, FEAF, 1999] Přínosy pro životní prostředí Sníží se množství likvidované směsi a nového primárního písku. Účinky na ostatní média Regenerace směsi vyžaduje dodatečnou energii a způsobuje dodatečné emise tuhých částic, zbytky tuhých částic jsou určeny k likvidaci. Celkové vyhodnocení regenerace oproti externímu opětovnému použití s korespondujícími účinky na ostatní média je uvedeno odděleně níže. Provozní údaje Provozní údaje pro mechanicko-tepelně-mechanickou úpravu jsou dány v tabulce 4.65.


285

Kapitola 4

Parametr

Jednotka

Množství vratné směsi Maximální vlhkost vstupující směsi Celkový instalovaný elektrický výkon Zemní plyn Tepelná regenerace

T/h (%) (kW) (Nm3/hod) (Nm3/h)

Slévárna N 1 1 150 31 700

Slévárna O 2 1 215 62 1200

Slévárna P 3 1 400 155 3000

800 20 200 Fluidní lože

800 20 300 s cirkulací

800 20 500 vody

Průměrný proud vzduchu (fluidizace + spalování) (OC) (min) (Nm3/h)

Teplota ohřevu Průměrný čas zpracování Proud plynů Chlazení

Typ Proud vody v okruhu

(m3/h)

15

30

Teplota písku na výstupu Celková spotřeba energie

75

30-40

Elektřina Plyn

100 260 (Nm3/h)

Stlačený vzduch Výtěžnost regenerátu Kvalita regenerovaného písku

Granulometrie Ztráta zápalnosti

150

90 260 210 70 80 %

70 260 330

Nezměněna 0,1 %

Opětovné použití regenerátu

Formování Výroba jader

100 % 70 – 80 %

Tabulka 4.65: Provozní údaje pro mechanicko-tepelně-mechanickou regeneraci (pneumatickáfluidní lože-pneumatická) [108, FEAF, 1999] Německé údaje pro instalaci složení odcházejících plynů: SO2 NOX Celkový C CO

regenerace s výkonem 85 000 t/rok (13-15t/h) stanovuje následující 118 mg/Nm3 150 mg/ Nm3 10 mg/ Nm3 30 mg/ Nm3

Použitelnost Tato technologie je používána pro směsové vraty obsahující bentonit. Ekonomická a technická úspěšnost regenerace závisí na výběru směsi, která má být regenerována. Není vhodné regenerovat celé množství obíhající směsi. Vratná směs, která není tepelně poškozená, může být opětovně použita přímo pro úpravu směsi. Její regenerace není vhodná, protože by byly odstraněny aktivní pojiva a přísady. Výběr a separace musí být provedeny v průběhu vytloukání, tj. před homogenizací. Separace jádrové směsi je vhodná, protože tyto směsi narušují vlastnosti bentonitu (pojiva kyselé povahy), nebo mění vlastnosti směsi (např. písky s příměsí vodního skla). Regenerovaná směs může být použita pro výrobu jader v původním procesu pro méně náročná jádra. Použitelnost pro výrobu jader se vztahuje k původnímu množství chemicky tvrzené směsi, v ostatních pojivových systémech se musí v každém případě zkoušet. Tyto směsi se mohou používat bez omezení pro náhradu ztrát ve formovacích cyklech bentonitových směsí. Omezení se mohou vyskytnout v procesech, které používají vodní sklo nebo směsi pojené methylformiátem.


286

Kapitola 4

V posledních letech byly vyvinuty různé typy regenerací směsové vratné směsi, dosud však nenašly širšího uplatnění. Některé pracují jen v pilotním provedení, ostatní byly vyvinuty pro specifické slévárny a připravují regenerát pro opětovné použití v tom samém druhu výrobního procesu. Některé výsledky nemohou být využity v jiných slévárnách. Ekonomika Investiční náklady pro 3-etapovou instalaci (mechanicko-tepelně-mechanickou) používající pneumatického čištění jako mechanickou etapu (3 trubky v jedné komoře, typ KGT Jet Recleimer) s kapacitou 2,5 t/hod jsou následující: • provozní náklady (spotřeba, personál, údržba) jsou 21 EUR/t • investiční náklady (8 let amortizace) představují 30 EUR/t • celkové náklady na regeneraci představují 51 EUR/tunu. Spotřeby jsou následující: Elektřina 50 kWh/t Zemní plyn 18 Nm3/t (v závislosti na obsahu vlhkosti písku) Stlačený vzduch 60 Nm3/t Opotřebované díly 5 EUR/t Důvody pro použití Sníží se množství odpadu k likvidaci. Příklady závodů Halberg Guss GmbH, Saarbrucken (D), tepelně mechanický systém. Tento závod zpracuje 13-15 t/h směsového vratu s 30 % organicky, 70 % anorganicky pojené směsi. Organicky pojená směs je 50/50 směsí vratu z Croning a Cold-box. Stupeň regenerace je 78 %. Regenerát se používá pro výrobu jader (100 % Croning; 70-100 % Cold-box). Mechanická primární regenerace + separace chromitového ostřiva (z jader) a křemenného ostřiva (obě chemicky tvrzené) + tepelně mechanické zpracování křemenného ostřiva byly demonstrovány v pilotním měřítku v Německu (1993). Separování obou druhů ostřiv bylo potřebné pro možnost sintrování a eutektické přeměny, která se vyskytla ve směsném vratu. Slévárna byla později uzavřena z jiných ekonomických důvodů. [11, Schachtner and Miller-Späth, 1993] Odkazy na literaturu [11, Schachtner and Müller-Späth, 1993], [37, Winterhalter, et al., 1992], [108, FEAF, 1999], [122, Kirst, 1999], [128, IHOBE, 1998] [153, Umweltbudesamt, 2002], [225, TWG, 2003] 4.8.9

Mokrá regenerace písku

Popis Po odstranění kovu je směs smíchána s vodou a vytváří břečku, která snadněji separuje pojivo proto, aby se umožnilo následné mokré prosévání (1,6 mm). Odstranění zbytků hrudek se provádí v mokré regenerační jednotce intenzivním třením zrn ostřiva. Pojivo se uvolní do prací vody. Vyprané ostřivo je sušeno, až dosáhne konečného obsahu vody 0,3 %, za sucha proséváno (na 1,2 mm) a poté ochlazeno. Následuje dodatečné magnetické odlučování železa a konečné odloučení tuhých částic. Zbytky pojiva jsou ze suspenze separovány a zpracovány tak, aby byla umožněna jejich bezpečná likvidace. Hlavní výhodou procesu oproti mechanické a tepelné regeneraci je, že dovoluje monitoring procesu v reálném čase. Pomocí kontroly pH je možné kontinuální sledování procesu, které dovoluje opravné akce v reálném čase, pokud jsou nutné. Funguje nepřetržitá kontrola jakosti regenerátu. Postup dovoluje odstranění vrstvy pojiva mokrou mechanickou cestou kombinovanou s chemickou, je-li to potřeba, bez opotřebení zrn ostřiva.


287

Kapitola 4

Cílem procesu je jak snížení stupně oolitizace použitého písku (ztráta žíháním max. 1 %), tak i snížení stupně kyselosti. Přínosy pro životní prostředí Sníží se množství směsi k likvidaci i použití nového primárního písku. Účinky na ostatní média Mokrý proces tvoří břečku k likvidaci a proud odpadní vody. Vážným problémem tohoto toku odpadní vody je špatná sedimentace bentonitu a jeho obtížné odstranění z odpadní vody. Odpadní vody z regenerace směsi s příměsí vodního skla vykazují přítomnost alkalických iontů. Odstranění těchto iontů z odpadní vody je velice obtížné. Použitelnost Mokrý regenerační systém může být použit pouze pro bentonitovou směs nebo směsi s vodním sklem. Regenerace z těchto typů procesů dovoluje plné opakované použití regenerátu jak pro formy, tak pro jádra. Zkoušky s regenerátem z bentonitových směsí ukázaly možnost výroby jádra Hot-box dobré kvality s přijatelným množstvím pojiva (1,8 % celkem). Ekonomika Na italském slévárenském trhu může centralizovaný závod s mokrou regenerací nabídnout regenerát za cenu nižší, než je cena nového písku. Určující síla pro implementaci Systém je posuzován jako lepší systém, který dokáže eliminovat změny ve vratné směsi lépe než systém mechanický nebo tepelný. Vhodný je centralizovaný závod na regeneraci písku. Příklady závodů Centralizovaný závod na regeneraci písku v Safondu od roku 1981 zpracovává 230 000 tun použitého písku za rok. Jedna polská slévárna (Odlewnia Zeliwa Srem s.a. Srem) pracuje s mokrou regenerací ST směsi pojené furanem. Provoz je řízen specifickými faktory závodu a u postupu nelze uvažovat o dopravě na jiná pracoviště. Odkazy na literaturu a příklady závodů [37, Winterhalter and et al., 1992], [140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001], [225, TWG, 2003] 4.8.10

Pneumatická regenerace směsi s vodním sklem

Popis Směs s vodním sklem se tradičně regeneruje velmi obtížně. Použití pneumatického systému dovolilo seřídit regeneraci na stupeň regenerace 60 %. Systém pracuje na stejném principu, jak bylo popsáno výše (viz sekce 4.8.6), ale pro tento typ pojiv musí být vratná směs ohřáta před regenerací na 220 °C, aby vrstva silikátu zkřehla. Směs by měla mít před regenerací vlhkost pod 0,3 %. Regenerát může být znovu použit ve stejném systému směsí. Před vrácením regenerátu do formovacího cyklu musí být regenerát zchlazen pod 20 °C, aby ester správně vytvrzoval. Proces regenerace směsi s vodním sklem zahrnuje následující kroky: • drcení • sušení/ohřev • pneumatická otírka • chlazení – čištění. Tento postup má nižší výkon než tepelná regenerace organicky pojených směsí. Vyskytují se následující omezení: BREF – Kovárny a slévárny

288

Kapitola 4

• nižší okamžitá pevnost v tlaku • kratší časy životnosti (požitelnosti) jádrových směsí • nižší stabilita při skladování • ztráta zbytkové pevnosti v tlaku, zvláště při použití pojiv s vyšší schopností rozpadavosti. Aby se tyto problémy kompenzovaly, jsou nutné změny uspořádání regenerace nebo změny složení směsí a pojiv. Přínosy pro životní prostředí Použití směsí s vodním sklem jako pojivem má malý dopad na životní prostředí ve srovnání s použitím organických pojiv. Postup dovoluje (částečnou) regeneraci směsi pojené vodním sklem, a tak snižuje potřebu likvidace vratné směsi a použití nového ostřiva (písku). Účinky na ostatní média Pro ohřev směsi je spalován zemní plyn. Korespondující emise CO2 mají být podle odhadu 18 kg/t vratné směsi. Rovněž se vyskytují emise NOx. Provozní údaje Jako příklad uvádíme německou slévárnu, která pracuje s pneumatickou jednotkou v přerušovaném cyklu. Vratná směs je nejprve vysušena přivedením do horkého vzduchu (5 min/220 °C). Potom začíná pneumatická regenerace nárazy stlačeného vzduchu (70 min), následuje konečná fáze odprášení, během které je dmýchán pouze fluidizační vzduch (2 min). Další chlazení není potřeba, protože regenerát je ochlazen na pracovní teplotu. Výtěžnost regenerace pro jeden cyklus operace má činit podle údajů 85 % původní hmotnosti (na bázi SiO2). Pro stabilní výrobu jader při zahrnutí dalšího snížení kvality písku po druhém cyklu regenerace je možno dosáhnout maximálně stupně regenerace 62 % (při dodání 38 % nového písku). Specifické úrovně spotřeb pro jednotku : 1 500 t/rok; jednotka 0,5 t/hod: spotřeba zemního plynu 104,4 kWh/t vratné směsi spotřeba elektřiny 74,5 kWh/t vratné směsi Jako příklad uvádíme polskou slévárnu ocelolitiny, která má následující jednotky: • vibrační drtič • sušička • pneumatická regenerace • kaskádový odlučovač tuhých částic • elektromagnetický separátor. Technické detaily instalace jsou dány v tabulce 4.66. Regenerát je znovu použit pro přípravu formovací směsi pojené vodním sklem, která se používá jako výplňová směs při výrobě forem. Jako modelová směs se používá nový písek (ostřivo) s vodním sklem jako pojivem. Celková bilance ostřiva (na roční bázi) ukazuje použití regenerátu písku ve výši 45–47 %. Hodnota Charakteristika Kapacita Výtěžnost regenerátu Použití regenerátu Příkon Účinnost odprašovacího systému - 2 tkaninové filtry Prostor pro instalaci regenerace

10 t/h 90 % 50–60 % 76 kW 99,4 % 220 m3

Tabulka 4.66: Provozní údaje pro regenerační jednotku směsi s vodním sklem [200, Metalodlew, s.a., 2002] Španělská slévárna oceli pracující s ST směsí s vodním sklem pro výrobu velkých odlitků používá


289

Kapitola 4

80–88 % regenerátu při ročním průměru oživování 12,5 % nového písku. Regenerace sestává z vibračního drtiče, ohřevu nepřímo ohřívaného reaktoru s hořákem na boku komory, chlazení ve vodě, výměníkového chladiče a čištění plynů v rotační komoře. Italská slévárna používá zvláštní zařízení pro ohřev směsi na teplotu 140 až 150 °C, aby bylo možné odstranit povlaky vodního skla na zrnech ostřiva. Následuje mechanické zpracování v rotačním otírači povlaků zrn, odstranění tuhých částic a nakonec chlazení. Rotační regenerační zařízení je schematicky znázorněno na obrázku 4.32.

Obrázek 4.32: Rotační mechanické regenerační zařízení [225, TWG, 2003] Zařízení má spotřebu energie 35 kW/t vratné směsi. Provozní ztráty směsi se pohybují okolo 5 %. Pro směsi na výrobu forem a jader může být použito přes 90 % regenerátu. Dosažitelný stupeň regenerace závisí na intenzitě, době regenerace a na provozních ztrátách směsi. Ke ztrátám směsi dochází v průběhu celého koloběhu mísení, úpravy, přepravy, výroby forem a regenerace. Použitelnost Regenerace směsi s vodním sklem závisí na použitém katalyzátoru. S klasickými polyacetát-glycerolestery po několika cyklech už není regenerace dále možná. S estery kyseliny uhličité je regenerace možná, a dokonce snadnější, než u směsí s vodním sklem vytvrzovaných CO2. Jestliže nemůže být regenerát ochlazen pod 20 °C před jeho dávkováním do mísiče, musí se použít estery s pomalou reakcí. Tyto směsi však nemohou být regenerovány, k této situaci může dojít během léta v horkých klimatických podmínkách. Opětovné použití regenerátu, který je spojen vodním sklem, pro přípravu organicky vázaných forem nebo jader je problematické. Zvýšený obsah elektrolytů (pojiv) nedovoluje jejich využití v ostatních systémech pojiv pro jádra. Vysoce zásadité zbytky vodního skla mají negativní účinek na stabilitu pevnosti a stabilitu jader jak v neutrálních, tak i v zásaditých pojivových systémech. Použití v oběhu bentonitové směsi a v kyselých systémech pojiv jader ještě nebylo úspěšně zavedeno. Může to být kvůli sníženému zájmu o vývoj této aplikace. Z důvodu nízké kvality sekundárního regenerátu je nezbytné během odjádrování a shromáždění směsi identifikovat množství regenerovatelné směsi a její původ (tj. počet cyklů). Jakoukoliv nepoužitelnou směs je třeba vyřadit. [152, Notzon, 1998 {strana 71}]. Vysokými náklady a relativně nízkým stupněm regenerace mohou být pro slévárny s kapacitou > 2 500 t/rok garantovány v rozumné době pouze odpisy zařízení.


290

Kapitola 4

Ekonomika Zpracovatelské náklady tohoto postupu činí kolem 60 EUR/tunu. Tyto náklady byly pro jednoho provozovatele důvodem k tomu, že regeneraci zrušil a vrátil se k likvidaci směsi s vodním sklem (zřejmě na skládku – pozn. překladatele), která může mít náklady 30 EUR/tunu. Španělský závod uvádí provozní náklady 10 EUR/tunu. Důvody pro použití Schopnost regenerovat směs s vodním sklem je v určitých aplikacích šetrná k životnímu prostředí. Příklady závodů KGT Jet Reclaimer, centralizovaný regenerační závod pro 4 slévárny postavený v roce 1998 firmou Bröer Schweitzingen-Německo, ale zastavil svůj provoz v roce 2001 Metalodlew s.a., Krakov (PL) Lur Sue s.l., Lora Del Rio (E) Fonderia Arno Metallurgia, S. Vittore Olona (I) Faser Spa, Rogeno (I) Talleres De Amurrio S.A. Amurrio (E) Daros piston Rings AB, Partilla (S). Odkazy na literaturu a příklady závodů [128, IHOBE, 1998], [152, Notzon and Heil, 1998], [154, Baum, 2002], [200 Metalodlew s.a., 2002] [210, Martinez de Morentin Ronda, 2002], [225, TWG, 2003], [228, Galante, et al., 1997] 4.8.11

Opětovné interní použití nevytvrzené směsi

Popis Výroba jader vytváří zbytky směsi ve formě zlomků jader, jádra s malými chybami a přebytek směsi od jádrařských strojů. Nadbytečná směs může být vytvrzena ve specifické jednotce. Následně je nepoužitá směs dopravena do rozmělňovací jednotky. Výsledná směs je míchána s nově upravenou směsí pro výrobu nových jader. Přínosy pro životní prostředí Interní recirkulace 5-10 % jádrové směsi by byla jinak likvidována. Účinky na ostatní média Žádné nejsou známy. Použitelnost Tento postup je používán pro polyuretanové (Cold-box) směsi a směsi s furanovými pryskyřicemi. Jiná pojiva tento postup nedovolují. Zavedení postupu nezbytně vyžaduje změny v řízení procesu. Musí být určen optimální poměr regenerátu a nového písku. Možné jsou další dodatečné změny v přidání pojiva nebo složení. Ekonomika Postup vyžaduje investiční náklady 250 000 – 500 000 EUR pro kombinovanou úpravu a rozmělňovací jednotku. Provozní náklady jsou kolem 12 EUR/t. Tyto náklady jsou vyváženy snížením nákladů na likvidaci a nákupními cenami nového písku. Tento postup je použitelný pouze u velké výroby jader. Důvody pro použití Optimalizuje se použití primárních materiálů a sníží se množství odpadu určeného k likvidaci. Příklady závodů Použití této technologie bylo hlášeno několika velkoobjemovými slévárnami.


291

Kapitola 4

Odkazy na literaturu a příklady závodů [82, IfG – Institut für Giesssereitechnik., 1996], [110, Vito et al., 2001] 4.8.12

Opětovné použití odprašků do bentonitové směsi

Popis Tuhé částice (odprašky) jsou shromažďovány v odlučovačích od vytloukání, dávkování a dopravních zařízení v oběhu bentonitové směsi. Shromážděné částice (prach) obsahují aktivní složky pojiva a mohou být recyklovány do okruhu bentonitové směsi. Dosažené přínosy pro životní prostředí Sníží se použití pojiv (bentonitu) a přísad (uhlíku) interní recirkulací. Účinky na ostatní média Nejsou známy. Provozní údaje Slévárny litin v automobilkách, které používají automatizované formovací linky s výrobou 8 000 tun odlitků za rok, produkují 450 tun prachu za rok. Tento prach je shromažďován, chlazen a recyklován do mísičů směsi. Odprašky obsahují 23 % aktivního bentonitu a 10 % uhlíku. Vzhledem k jemnosti prachu lze recyklovat bez rizika ztráty kvality pouze směsi s 50 % prachu. Použitelnost Tento postup může být použit v nových a existujících úpravnách bentonitové směsi. Ekonomika Postup si vyžádá investice 25 000 EUR na dopravu a skladování. Doba amortizace je 8 let s diskontní sazbou 8 %. Pro instalaci jednotky s výkonem 240 t/rok činí investice 17 EUR/t upravené směsi. Další dodatečné provozní náklady nejsou, protože provoz celkové instalace se nemění. Důvody pro zavedení Optimalizuje se použití primárních materiálů a sníží množství odpadu určeného pro likvidaci. Příklady závodů Slévárna automobilových odlitků z litiny v Německu. Odkazy na literaturu [82, IfG – Institut für Giesssereitechnik, 1996] 4.8.13

Externí použití vratné směsi a jemných tuhých částic ostřiva

Popis Vratná směs a poměrné částice (s malou zrnitostí) z oběhu směsi nebo regenerace mohou najít některá externí uplatnění, jejich hlavní oblasti použití jsou: • stavební průmysl (stavba cest, dálnic) • průmyslové stavební materiály (cement, cihly, zpracování vápence) • vyplňování důlních prostor • vyplnění půdní plochy. Omezení těchto aplikací jsou dána buď jejich technickými kritérii na stavební materiály, nebo kritérii životního prostředí pro dané použití. Kritéria prostředí jsou obyčejně založena na jejich vlastnostech a u jednotlivých evropských regionů se liší. Vratná směs obyčejně odpovídá těmto limitním hodnotám. Převýšení limitů se může vyskytnout u materiálů s vysokým obsahem organických pojiv nebo se specifickými přísadami, jako je lesklý uhlík.


292

Kapitola 4

Vzhledem k vysokému obsahu křemene a vhodné granulometrii může být použitý písek aplikován jako náhrada nového písku při stavbě cest. Použití ve výrobě staveních materiálů (beton, cihly, tašky, skleněná vlna,…) je technicky možné, ale vyžaduje vyšší úroveň řízení složení a logistiky. Průmyslové zkoušky byly úspěšně aplikovány: • v základech cest • v plnicím materiálu • v drenážním materiálu • v prvcích betonu • při výrobě cementu (v závislosti na křemenu potřebném pro proces, v Německu je tato aplikace nejdůležitější) • při zaplnění důlních prostor • při krycí vrstvě výplně zemních prací (smíchaná s vodním sklem a ostatními odpady, příklad z Holandska) • pro zeskelnatění nebezpečných odpadů. Tabulka s přehledem podrobnějších informací pro různé druhy směsí je dána v sekci 4.9. Ostatní možná použití jsou při výrobě cihel, sekundárním tavením mědi a rekuperaci zinku. Je třeba zdůraznit, že diskuze o typu externího použití spadá mimo přehled současného odkazového dokumentu. Obecně však může být řečeno, že vratná směs obvykle nepotřebuje předcházející úpravu a je dopravována ze slévárny po jejím shromáždění a skladování. Aby bylo možno garantovat plynule kvalitu materiálu, je obvykle zaveden oddělený sběr a skladovací systém. Kvalita materiálu musí být dále řízena analýzou na základě pravidelného sledování. Přínosy pro životní prostředí Použití vratné směsi v externích aplikacích nahrazuje nový písek. Obecně platí, že externí aplikace nevyžadují žádnou úpravu odpadní směsi, a proto netvoří energetické náklady na slévárny. Účinky na ostatní média Zbytky organických povlaků jsou možnými zdroji aromatických uhlovodíků. Použitelnost Tento postup je použitelný pro nové a existující instalace tak dlouho, dokud tyto mohou najít uživatele odpadní vratné směsi a odprašků. U asfaltového betonu se nesnižuje odpor proti opotřebení při použití slévárenského ziskového odpadu. Použití vyvážené nadbytečné směsi ze slévárny společně s prachem z této slévárny je možné u výroby betonu z portlandského cementu. Použití vyvážené směsi ze slévárny společně s létavým popílkem a ocelářskou struskou je možné při výrobě minerální vlny. Nadbytečná směs ze slévárny v procesu kompostování bioodpadů neovlivňuje negativně rysy prostředí, nebo technické charakteristiky koncového produktu vrchní vrstvy půdy. Použití nadbytečné bentonitové směsi v minerálních podložích je z hlediska prostředí možné v horních vrstvách výplně půdy. Ekonomika Náklady na externí využití závisí na místním trhu a potřebné vzdálenosti dopravy. Investiční náklady pro shromažďování a skladování jsou minimální. Tyto mohou být často realizovány organizačními opatřeními. Provozní náklady na analýzu a administrativu mohou být vyšší než 5 000 EUR/rok. Na straně výnosů je snížení nákladů na likvidaci (až do 125 EUR/t). Důvody pro použití Sníží se množství likvidovaného odpadu.


293

Kapitola 4

Příklady závodů Četné příklady byly hlášeny z celé Evropy, např. z Finska, Nizozemska, Belgie, Německa, Spojeného království. Odkazy na literaturu [82, IfG – Institut für Giesssereitechnik, 1996], [110, Vito, 2001], [128, IHOBE, 1998], [169, Orkas, 2001], [171, The Castings Development Centre, 1999]

4.9 4.9.1

Pevné zbytky a prach: zpracování a opětovné použití Úvod

Pro usnadnění příležitostí pro obnovení, recyklaci a opětovné použití je podstatná dobrá segregace materiálů. Odpad by měl být recyklován vždy, aniž by bylo přijato uspokojující zdůvodnění, že obnovení je „technicky a ekonomicky nemožné“. Obecně odpady obsahují: • prach ze surovin shromážděný ve vaku nebo v zásobníku odlučovače • strusku z odsiřování • strusku/stěry z tavení • prach z tavení a dým shromážděný v odlučovači • prach z lití a dým shromážděný v odlučovači • prach z čistírny shromážděný v odlučovači • třísky z čistírny • použité tryskací prostředky • roztoky z odlučovačů, břečky a výstup z čistíren vod • odpad žárovzdornin z pánví a licích žlabů • písek a slévárenská směs • chemické a olejové obaly • obecně inertní průmyslový odpad. Odpad by se měl použít kdekoliv to je prakticky možné. Jiné nejvýznamnější odpady z tavení a lití jsou: • struska z tavení a úpravy kovů • prach shromážděný v odlučovači • shromážděná struska • odpad žárovzdorných materiálů. [160, UK Environment Agency, 2002] 4.9.2

Předběžná úprava pro externí využití pevného odpadu

Popis Aby se pevné zbytky daly využít externě, potřebuje materiál úpravu. Tabulka 4.67 ukazuje požadované zpracování pro různé pevné zbytky (nikoliv pískovou směs) a možná omezení jejich opětovného použití. U kupolní strusky záleží její opětovné použití na typu odstruskování. Suchý odběr strusky, tj. lití strusky do struskových pánví, její chladnutí a tuhnutí, produkuje krystalický neporézní minerál. Pokud se týká technologických hledisek, je tato struska srovnatelná se struskou z vysoké pece. Mokrý odběr strusky vytváří granulovanou strusku jejím zchlazením ve vodním proudu.


294

Kapitola 4

Typ zbytku Vzduchem chlazená kupolní struska

Úprava Drcení

Vodou granulovaná kupolní struska

Žádná

Struska z indukčního tavení

Drcení

Struska z EOP

Drcení

Odsiřovací struska

Jemné tuhé částice a břečky

Oddělení kovu a ostatních hrubých částic

Pro různé aplikace se vyžaduje lisování břečky, sušení a granulace

Omezení − vytvoření skelného prachu požadavky na manipulaci kvůli skelné povaze − tvorba skelného prachu požadavky na manipulaci kvůli skelné povaze − tvorba skelného prachu požadavky na manipulaci kvůli skelné povaze − tvorba skelného prachu požadavky na manipulaci kvůli skelné povaze málo dostupných údajů o odprašcích − požadavky na manipulaci, CaC2 vyžaduje opatrnou manipulaci kvůli možnému zranění odtok může být jako speciální odpad − požadavky na ochranu zdraví a bezpečnosti při praní u některého druhu prachu problémy s dopravou prašných materiálů vysoký potenciál úniku kvůli povaze produktu a velké ploše povrchu

Tabulka 4.67: Nezbytná úprava a možná omezení externího použití pevných zbytků [171, The Casting Development Centre, 1999] Dosažené přínosy pro životní prostředí Znovu použitý materiál bude v externích aplikacích sloužit jako sekundární materiál a může být náhradou za původní nový materiál. Výsledkem recyklace je redukované množství materiálu určeného k likvidaci. Účinky na ostatní média Předběžná úprava vyžaduje energii a může tvořit emise jemných tuhých částic. Použitelnost Postup je použitelný pro nové a existující slévárny, pokud existuje místní trh pro odběr zbytků. Přehled aplikací opětovného použití pro různé druhy pevných odpadů je uveden v tabulce 4.67.


295

Kapitola 4

SUMARIZACE OPĚTOVNÉHO POUŽITÍ

SMĚS B

Konstrukční typ

Asfalt Balast Výroba bloků Výroba cihel Cement Náhrada hrubých přísad Beton Náhrada jemných přísad Pěnový beton apod. Isolace/minerální/skleněná vlna Výroba lehkých přísad Výroba malty Konstrukce cest Střešní plst Opětovné použití v jiné slévárně Jako nový písek do bentonitové směsi

STRUSKY A f

F

F u

S k

V s

X

X

+

+

+

O

+ X X

X X X

+ + +

+ +

X + X

+

X X +

X X X +

+ + + +

+ +

+ +

+

+

+

X

+

+

V z K

V K

X X

OSTATNÍ I P

E O P

O S

Sk P

P S

X

+

X +

X

X

X

+

+

+

+

+ X

X

X

X

X X

+ + X

X X

Typ použité půdy Umělá ornice X + + X + Dekorativní krytí X X Základní krytí v jezdeckých + stájích Plnič hnojiva Výplň půdy-překrytí X X + Výplň denní krytí X X + X X X Výplň - vložka + Modifikátor půdy/vylepšení + + + + + + + Různé Abraziva/tryskací média X + X X + Absorbenty Výroba vysokopecního cementu X Chemikálie/průmyslové aplikace Náhrada za hašené vápno Tavidla + + + Skelný odpad X X X X X X Potvrzené opětovné použití u úspěšných projektů uskutečněných v UK. + Aplikace opětovného použití potvrzená teoreticky, ale není v žádném běžícím projektu v UK. O Nevhodné pro opětovné použití v neupravené formě. B - Bentonitová směs Af - Alkalicko-fenolická směs F - Furanová směs Fu - Fenolicko-uretanová směs Sk - Skořepinová směs Vs - S vodním sklem VzK - Vzduchem chlazená kuplovna VK - Vodou chlazená kuplovna IP - Indukční pec EOP - Elektrická oblouková pec OS - Odsíření SkP - Skořepina přesného lití PS - Prach a strusky

X

X + + +

+

X X X

X X

Tabulka 4.68: Sumarizace opětovného externího použití pevných zbytků slévárny (stav 1999) [171, The Casting Development Centre, 1999], [202, TWG, 2002]


296

Kapitola 4 Ekonomika Náklady spojené s externím použitím jsou hlavně procesní náklady a náklady na dopravu. Tyto lze snížit, když započteme příjmy z prodeje materiálu. Ty ale budou nízké, nebo blízké nule, zatímco typické náklady za mechanickou úpravu jsou v rozsahu 8 EUR/t. Čím více materiálu se bude dopravovat, tím větší bude nárůst nákladů. Pro odhad ekonomické schůdnosti volby pro opětovné použití se musí vzít v úvahu náklady za likvidaci. Ty se liší podle jednotlivých regionů a závisejí na druhu odpadu. Důvody pro zavedení Snížení množství zbytků určených k likvidaci. Příklady závodů Četné příklady opětovného používání směsí písků a strusky byly hlášeny z celé Evropy, např. ve Finsku, Nizozemsku, Belgii, Německu, Velké Británii. Odkazy na literaturu [171, The Casting Development Centre, 1999] 4.9.3

Minimalizace tvorby strusky

Popis Výrobu strusky lze minimalizovat použitím opatření v procesu samotném, jako např.: • použití čistého kovového vsázkového materiálu • použití nižší teploty kovu • předejití překračování hodnot (dočasná vysoká teplota) • předejít dlouhým odstavným časům kovu v tavicí peci • adekvátní použití tavidla • adekvátní použití nebo výběr žárovzdorné vyzdívky • vodní chlazení stěny pece, aby se zamezilo použití žárovzdorných materiálů (str. 168 a.o.). Dosažené přínosy pro životní prostředí Minimalizuje se tvorba zbytků a sníží se emise do ovzduší. Účinky na ostatní média Z těchto opatření žádné účinky na ostatní média nevyplývají. Pokud se týká tavení čistého vsázkového materiálu, úvaha vzešla ze sekce 4.1.4 a měla by se do úvahy zahrnout. Použitelnost Tento postup se používá ve všech nových a existujících slévárnách. Vhodnost používání čistého kovového vsázkového materiálu bylo plně popsáno v oddílu 4.1.4. Ekonomika Tyto postupy nezahrnují žádné investice, protože se týkají provozních opatření. Důvody pro použití Vysoké náklady za likvidaci zbytků se sníží. Příklady závodů Tato technologie je součástí stávajících provozních postupů ve většině evropských sléváren. Odkazy na literaturu [103, Vereningen van Nederlandse Gemeenten, 1998]


297

Kapitola 4

4.9.4

Kuplovna

4.9.4.1

Sběr a recyklace koksového hrášku

Popis Výsledkem manipulace, dopravy a druhování koksu je jeho rozlamování a tvorba koksového hrášku. Mohou být přijata specifická opatření pro sběr a recyklaci tohoto materiálu, např. systém jímání pod dopravníkovými pásy nebo v místě vsázení apod. Shromážděný materiál může být použit pro vhánění do kuplovny, nebo pro nauhličování. Dosažené přínosy pro životní prostředí Podíl zbytků je minimalizován. Účinky na ostatní média Nejsou známy. Použitelnost Tento postup se používá v nových a existujících instalacích. Určující síla pro implementaci Sníží se množství pevných zbytků. Příklady závodů Používání této technologie je hlášeno pro několik sléváren v Evropě. 4.9.4.2

Recirkulace tuhých částic z filtru do kuplovny

Popis Tuhé částice, které jsou zachycené v odlučovačích kuplovny, jsou znovu vháněny do kuplovny. Cílem tohoto postupu je dosáhnout akumulace zinku na tuhých částicích až na úroveň, která dovoluje opětovné zpracování s obnovením zinku (> 18 %). Obnovení zinku se provádí použitím procesu Waelz. Recirkulace tuhých částic lze dosáhnout jejich opětovným vháněním do dmyšen nebo zavážením kuliček tuhých částic sázecím otvorem. Oba postupy lze užít v průmyslovém měřítku. Analýza rovnováhy hmoty může ukázat, že zinek sublimoval a znovu se objevil v rekuperovaných tuhých částicích. Po mnoha cyklech jsou tuhé částice dostatečně obohacené Zn, aby ho bylo možno externě využít. Opětovné využití je technicky možné nad úrovní 18 % Zn. Existují dvě omezení pro recyklaci tuhých částic: • zinek se v zásadě objeví ve formě Zn2SO4 jako sloučenina obsahující 64 % Zn, z tohoto důvodu je stanovena maximální úroveň obohacení • částice se také obohacují alkáliemi, které způsobují zhášení spalovací komory; tento účinek lze vyřešit vháněním vodní páry do spalovacího vzduchu. Vhánění (injektáž) do dmyšen může být založeno na několika principech. Existuje patnáct (stav v květnu 2001) evropských sléváren, které recyklují tuhé částice injektáží do dmyšen. Jedenáct z nich používá postup pozitivního tlaku a čtyři používají postup Venturiho sání. Výhodou Venturiho dýzy je, že spotřebovává méně dopravního vzduchu, a tak méně ochlazuje tavicí pásmo. Tuhé částice se stávají po úspěšném cyklování lepkavými v obou postupech. V případě Venturiho postupu musí být tuhé částice smíchány s petrolkoksem, aby se umožnila jeho doprava v potrubí. Recirkulace tuhých částic aglomerací a vsázkou je méně obvyklá než při vhánění do dmyšen proto, že je proces obtížněji automatizován. Dále potřebuje dobré řízení a znalosti o peletizaci, aby měl pelety s řádnou konzistencí. Pro dobrou konzistenci pelet může být přidáváno ferrosilicium. Pro umožnění operace bylo třeba v praktických testech míchat 2/3 FeSi s 1/3 tuhých částic. Na druhé straně lze


298

Kapitola 4 postup pelet používat ke zpracování velkých objemů. Pro kuplovny s většími průměry je vhánění do největšího žáru dmyšnami obtížné, proto tento postup raději používá pelet. Vlastnosti obou postupů jsou porovnány v tabulce 4.69.

Opětovné použití jemných podílů Injektáž Vsázení shromážděných čištěním odtahu dmyšnam pelet kuplovny i Vliv odpadu Omezení množství jemných 7-8 kg/t kovu podílů tuhých částic Snížení tvořeného množství 40 % 50 % jemných podílů tuhých částic Zvýšení obsahu zinku v částicích 30 % 20 % Zvýšení produkce strusky ? ? Vliv na provoz kuplovny Množství koksu nezbytného za 0,5 – 0,6 0,2-0,3 % vyrovnání ztráty teploty % Výkyvy v analýze odtahů Ne Ne Vliv nataveného kovu ZvVýšení obsahu kovu (Zn, Pb) Omezené Žádné v železe Vliv ztrát v plameni 10-30 % Žádný Účinnost přidání jiných produktů Ano Ne (C, FeSi) stejnou metodou Náklady Snížení nákladů na likvidaci 60 % 50 % jemných podílů prachu Provoz Možnost automatizace provozu Ano Ne Dodatečný problém Ne Ano

Pozorování

Problém zhášení plamene Přibližně(1) Přibližně(1) Přibližně(1) n.a. V tisícinách Přibližně(1) (2) Přibližně(1)

Odpor proti rozdrcení pelet

Implementace technologie Existující zařízení Ano Ano Hlavně u kuploven velkých rozměrů Nová zařízení Ano Ano (1) aproximace, skutečná hodnota závisí na původním obsahu kysličníku zinku v tuhých částicích, na stupni nezbytného obohacení pro nové použití a na charakteristice kuplovny. (2) funkce množství oceli ve vsázce kuplovny. n.a. nepoužitelné Tabulka 4.69: Vlastnosti postupů pro recirkulaci tuhých částic v kuplovně [108, FEAF, 1999] Přínosy pro životní prostředí Hlavním přínosem postupu je snížení podílu tuhých částic bez Zn a Pb, které jsou slévárnami vyváženy k likvidaci, nebo k využití se Zn a Pb. Slévárna vyváží ven menší množství tuhých částic s vyšší zátěží kovu, což dovoluje obnovení Zn. Výsledkem postupu je obohacení Zn v zachycených tuhých částicích, zatímco při znečištění Pb se dostává jeho větší podíl do litiny. Jestliže je Zn účinně na tuhých částicích zachycován a externě použit, snižuje postup zatížení odloučených tuhých částic určených k likvidaci těžkým kovem a snižuje také jeho množství. Na druhé straně se zvyšuje množství vyrobené strusky.


299

Kapitola 4

Účinky na ostatní média Oba postupy budou spotřebovávat energii, tj. koks pro tavení produktu. Je zjištěno zvýšené použití koksu (0,15 až 0,25 kg koksu/kg tuhých částic) při tepelné účinnosti pece 40 %. Vhánění studených tuhých částic do tavicího pásma sníží teplotu plamene, která bude muset být zvýšena vháněním kyslíku. Celkový objem produkované strusky se také zvýší. Zavážení lepkavých částic do několika interních částí systému způsobí ztrátu účinnosti média a mohou nastat provozní problémy. To nebylo kvantifikováno. Provozní údaje Výsledkem analýzy vstupních a výstupních toků na francouzských kuplovnách je rovnováha hmoty znázorněna na obrázku 4.33 a na obrázku 4.34 každého toku ke vstupu nebo výstupu. Zinek je dán společně s hladinou Zn (hmota a %) dané jako průměr hodnot nad označenou měřenou periodu.

S u ch ý tka n in o v ý filtr

T u h é č á stice z filtru 78 % 9 k g/t Zn 27 ,6 %

T u h é čá stice 52 % 6 k g/t Z n 2 7,6 %

Obrázek 4.33: Rozdělení zinku při vhánění tuhých částic do dmyšen během 20 dní [156, Godinot, 2001]


300

Kapitola 4

6 ,7 k g /t

S u c hý tk a ni n o v ý odlučov a č

P r im á rn í t u h é č á s tic e 5% 2 ,8 k g /t Z n 10 %

T u hé č á s ti c e z fi ltr u 8 7 %

Obrázek 4.34: Rozdělení zinku při recirkulaci tuhých částic v paletách sázecím otvorem během 11 dnů [156, Godinot, 2001] Analýza vstupu a výstupu toků nedovoluje plné dosažení rovnováhy zinku. Ukazuje se, že podstatná část zinku (20 % při vhánění dmyšnami, 10 % při sázení pelet) zůstává a hromadí se v systému. Při recirkulaci se tuhé částice stávají lepkavé a usazují se ve spalovací komoře, ve výměníku tepla a v odlučovači. Recirkulace bude proto zvyšovat potřebu čištění a výsledkem v této etapě čištění bude materiál k likvidaci. Recirkulace kupolních tuhých částic (roční výroba litiny 30 000 tun) v dánské slévárně litiny se snížila o 156 tun na roční bázi bez jakéhokoliv podstatného vlivu na kvalitu životního prostředí a na kvalitu strusky. Použitelnost Technicky je možné použít externě tuhé částice se Zn při minimální koncentraci 18 % Zn. Kuplovna se vsázkou bohatou na zinek má hladinu Zn tuhých částic > 20 % bez recirkulace. Pro neutrální náklady na provoz a investici je třeba minimální obsah 40 % zinku. Do pece není možné vhánět zpět celkovou produkci tuhých částic, vhánění více než 8 kg/t má za následek zhášení plamene. Nové a existující kuplovny mohou být vybaveny těmito instalacemi pro recirkulaci prachu. Ekonomika Využití je technicky možné při obsahu > 18 % Zn. Provozovatelé hlásí ziskovost recirkulace a využití Zn při obsahu Zn > 40 %. Ze získaných provozních údajů ze dvou sléváren ve Francii, byly kalkulovány dodatečné provozní náklady, vhánění dmyšnami ukázalo dodatečné provozní náklady 0,35 EUR/t litiny; vsázkování palet 0,90 EUR/t litiny. Tato kalkulace nezahrnuje další náklady pro likvidaci strusky a náklady na údržbu. V případě vhánění systémem Venturi platí následující údaje. V německé referenční slévárně v období delším než pět let může být dodáno do zpracovatelského průmyslu 7,5 kg zinkového prachu/tunu tekutého železa. Dále lze 20 % koksu nahradit petrolkoksem, což dovoluje snížení nákladů na palivo o 15 %, odpovídá to snížení nákladů o 2,56 EUR/t tekutého kovu. Tato kalkulace nebere v úvahu další náklady na likvidaci strusky nebo údržbářské práce. Důvody pro použití Vysoké náklady na likvidaci vytvořených tuhých částic.


301

Kapitola 4

Příklady závodů Venturi systém: Pont-a-Mousson, Brebach (F) Positive Pressure (VELCO): John Deere, Mannheim (D) Odkazy na literaturu [108, FEAF, 1999], [110, Vito, 2003], [140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001], [156, Godinot, 2001], [181, Ruffin a Godinot, 1998], [198, Georg Fischer], [202,TWG, 2002] 4.9.5

EOP

4.9.5.1

Recyklace tuhých částic ze suchých odlučovačů a břečky (z tavení v EOP)

Popis Suché shromážděné tuhé částice mohou být za určitých podmínek recyklovány v peci. Lépe se upravují tuhé částice, např. peletizací nebo briketizací, protože to sníží množství částic. Ideou je využít kovovou část částic a tavit anorganickou část strusky. Obecně jsou částice přidávány na začátku každého tavicího cyklu. Jak bylo projednáno u kuploven a také u EOP, byly v některých případech použity významné objemy šrotu, který obsahoval Zn. Recyklace může vést k obohacení odfiltrovaných částic Zn na úroveň, kdy může být použit v hutnictví zinku pro roztavení Zn všude tam, kde je to ekonomicky schůdné (až do 30–40 %). Dosažené přínosy pro životní prostředí Hlavním přínosem postupu je pokles čistého objemu tuhých částic, které jsou vyváženy ze slévárny na likvidaci, nebo k hutnímu využití. Vytvořené a odsáté tuhé částice obsahují vyšší dávku kovů. To dovoluje obnovu Zn, který ulpěl na částicích z EOP. Výsledkem tohoto postupu je obohacení tuhých částic Zn. Na tuhých částicích s Pb zůstává větší podíl Pb v tavbě. Jestliže je Zn efektivně z tuhých částic využit, pak tento postup snižuje konečné množství částic, které jsou určeny k likvidaci a jejich objem zatížení těžkými kovy. Na druhé straně se zvyšuje produkce strusky. Účinky na ostatní média Možnost recyklace tuhých částic snižuje účinnost pece a zvyšuje spotřebu elektrické energie (asi 20-30 kWh/t). Výsledkem postupu je zvýšená výroba strusky. Provozní údaje Provozní údaje výroby oceli z EOP jsou ze závodu, který recykluje 75 % prachu z EOP původní výtěžnosti 20–22kg/t, a tak musí likvidovat jen asi 50 % prachu s průměrným obsahem zinku 35 %. Použitelnost Tento postup se obecně používá pro částice s vysokou zátěží těžkými kovy. Skutečná použitelnost tak závisí na mnoha faktorech, které mohou být různé pro různé slévárny. Ekonomika Postup nevyžaduje žádné dodatečné investice. Důvody pro použití Vysoké náklady za likvidaci pecního prachu jsou důvodem pro použití. Příklady závodů Tato technologie je uplatňována v několika evropských slévárnách.


302

Kapitola 4

Odkazy na literaturu [202, TWG, 2002], [211, European IPPC Bureau, 2000] 4.9.5.2

Recyklace hliníkových strusek a odpadů

Popis Možnost recyklace závisí na výrobku a vytvářených odpadech. Kovové piliny jsou většinou použity pro opětovné tavení. Ostatní odpad (obsahující příliš mnoho jiných kovů) je obvykle prodán do druhotné výroby slitin hliníku. Dosažené přínosy pro životní prostředí Minimalizuje se tvorba odpadů. Účinky na ostatní média Žádné nejsou známy. Použitelnost Tato technologie se týká nových a stávajících zařízení. Důvody pro použití Vysoké náklady na likvidaci pevného odpadu jsou důvodem použití. Příklady závodů Tato technologie je běžně užívána ve slévárnách slitin hliníku. Odkazy na literaturu [225, TWG, 2003]

4.10

Snížení hluku

Popis Slévárenský proces má mnoho míst, která jsou zdrojem hluku: • manipulace s kovem zavážení pece a se vsázkou • hořáky • automatické stroje pro odlévání pod tlakem • vytloukání • tryskání • vstřelování jader (a forem) • dokončování odlitků • všechny systémy motorů a hydrauliky • doprava (vykládka, nakládka atd.). Celkové snížení hladiny hluku vyžaduje zpracovat plán snížení hluku, ve kterém každý zdroj musí být kontrolován a vyhodnocován. Mohou být použity alternativní postupy s nižší hladinou hluku, nebo mohou být pracoviště a stroje zakrytovány. Příklady alternativních postupů byly dány v sekci 4.2.4.2 hořák v rotační peci a 4.2.2.2. - napěněná struska pro EOP. Některé příklady zakrytovaných zdrojů hluku byly uvedeny pro pece v 4.5.3.1. a vytloukání v 4.5.9.3. Obecná opatření zahrnují: a) používání závěsů snižujících hluk na všech vnějších dveřích a uzavření všech dveří (a pokud možno nechat je zavřené), zvláště v noci b) účinné vhánění vzduchu do slévárenské haly, což způsobí malé zvýšení tlaku uvnitř haly a udržení hluku uvnitř haly


303

Kapitola 4

c) zakrytování ventilátorů, izolování ventilačního potrubí a používání tlumičů d) minimalizaci dopravy během noci. Také lze uvažovat o úplném uzavření budovy slévárny. To si vyžaduje seřízení řídicího systému vnitřního klimatu pro omezení teploty uvnitř budovy. Dosažené přínosy pro životní prostředí Sníží se emise hluku. Účinky na ostatní média Uzavření budovy slévárny nebo její části může vyžadovat nezbytnou instalaci systému řízení klimatu, jehož provoz si vyžádá spotřebu energie. Provozní údaje Belgická slévárna hliníku vyvíjí v současné době plán pro snížení hluku. Cílem je snížit hladinu hluku z 50 dBA na 40 dBA, což vyžaduje studium 170 zdrojů hluku. Jsou prováděna speciální opatření ke snížení celkové hladiny hluku mezi 22.00 hodinou a 6.00 hodinou. Do budovy je vháněn další vzduch, který tvoří malý tlakový rozdíl, jenž udržuje hluk uvnitř haly. Celkový objem vzduchu je obměňován 36 krát během každé hodiny. Jiná belgická slévárna uskutečňuje projekt ke snížení emisí hluku úplným uzavřením budovy slévárny. To vyžaduje nastavení řídicího systému klimatu, aby se dosáhlo maximálního rozdílu venkovních a vnitřních teplot 8 °C. Systém v současné době prochází následnými revizemi. Použitelnost Tento postup se používá ve všech nových a existujících slévárnách. Opatření, která by se měla přijmout, záleží na umístění slévárny. Určující síla pro implementaci Reguluje se hladina hluku pocházející z průmyslových instalací. Příklady závodů MGG Hovoren (B); plán na snížení hluku Hayes-Lemmertz, Honboken (B): celkové uzavření budovy. Odkazy na literaturu

[225, TWG, 2003] 4.11

Vyřazování z provozu

Popis Některé postupy ke zohlednění jsou: - zvážení pozdějšího vyřazování z provozu ve stadiu navrhování, tím dojde k minimalizaci rizika nepřiměřených nákladů během pozdějšího vyřazování - zavedení programu vylepšení pro stávající zařízení, u kterých byly rozpoznány možné problémy. Tato vylepšení musí zajistit, aby: • podzemní nádrže a potrubí byly uchráněny, kde je to možné (pokud nejsou chráněny sekundárním uzavřením a vhodným monitorovacím programem) • existovaly způsoby pro vyčerpání i vyčištění nádob a potrubí před demontáží • kalové rybníky a skládky odpadů byly navrhovány s úmyslem jejich případného čištění nebo likvidace • byla použita izolace, která může být okamžitě demontována bez možnosti vzniku prachu nebo nebezpečí znečištění životního prostředí


304

Kapitola 4

•

-

veškeré použité materiály byly recyklovatelné (tj. musí vyhovovat provozním účelům a podmínkám životního prostředí) rozvíjení a udržování havarijního plánu uzavření pracoviště, aby se prokázalo, že v jeho současném stavu může být zařízení vyřazeno z provozu proto, aby se zabránilo jakémukoliv nebezpečí znečištění a aby pracoviště bylo možné uvést opět do uspokojivého provozního stavu; plán by měl být aktualizován, protože dochází ke změnám materiálu. I v raném stádiu by měl plán uzavření zahrnovat: • buď odstranění, nebo vypláchnutí potrubí a nádob, kde je to vhodné, a jejich úplné vyprázdnění kvůli jakémukoli možnému škodlivému obsahu • plány všech podzemních potrubí a nádob • způsob a prostředky nezbytné pro vyčištění kalových rybníků • způsob zabezpečení, aby jakákoliv skládka odpadu na pracovišti mohla vyhovovat vhodným podmínkám likvidace • odstranění azbestu nebo jiných potenciálně škodlivých materiálů, pokud bylo dohodnuto, že je přijatelné přenechat tento závazek budoucím majitelům • způsob demontáže budov a jiných konstrukcí kvůli ochraně povrchové a podzemní vody na místě stavby a demolice • testování půdy ke zjištění stupně jakéhokoliv znečištění způsobeného provozem a pro potřeby nápravy k uvedení pracoviště do uspokojivého stavu, jak je stanoveno v úvodní zprávě o pracovišti.

Dosažené přínosy pro životní prostředí Předchází se problémům negativního dopadu na životní prostředí, které mohou vzniknout v době vyřazování zařízení a objektů z provozu a v době jejich likvidace. Použitelnost Výše zmíněné postupy je možno použít během provozu zařízení, během stádia návrhu, výstavby a okamžitě po uzavření pracoviště. Odkazy na literaturu [236, UK Environment Agency, 2001]

4.12

Nástroje řízení životního prostředí

Popis Nejlepšího výsledku pro životní prostředí se obvykle dosáhne instalací nejlepší technologie a jejího provozu nejefektivnějším a nejúčinnějším způsobem. Ta je potom uznána Směrnicí IPPC s definicí použité technologie, způsobem, jakým je instalace navržena, postavena, provozována a vyřazena z provozu. Pro IPPC je Systém řízení životního prostředí (Environmental Management Systém - EMS) nástrojem, ve kterém se mohou uživatelé vyjádřit k problémům návrhu, konstrukce, údržby provozu a vyřazování zařízení z provozu systematickým a jasným způsobem. EMS obsahuje organizační strukturu odpovědnosti, praxi, postupy, procesy a zdroje pro vývoj, zavádění, udržovaní, kontrolu a sledování politiky životního prostředí. Systémy řízení životního prostředí jsou nejúčinnější a nejefektivnější tam, kde je jejich forma neodmyslitelnou součástí celkového řízení a provozu. V Evropské unii se mnoho organizací rozhodlo na základě dobrovolnosti zavádět systémy řízení životního prostředí podle EN ISO 14001:1996 nebo EU Ekonomického řízení a auditu EMAS. EMAS zahrnuje požadavky systému řízení podle EN ISO 14001, ale klade navíc důraz na právní shodu v problematice životního prostředí a zapojení zaměstnanců. To také vyžaduje externí ověření řídicího systému (audit) a zveřejnění veřejného prohlášení k životnímu prostředí (v EN ISO 14001 samostatné prohlášení je alternativou externí verifikace). Existuje také mnoho organizací, které se rozhodly zavádět nestandardizované EMS.


305

Kapitola 4

Standardizované systémy (EN ISO 14001:1996 a EMAS) a nestandardizované („přizpůsobené“) systémy v principu berou organizaci jako entitu. Dokumenty BREF zaujímají užší přístup, neobsahují všechny činnosti organizace, např. s ohledem na její výrobky a služby, protože regulovaná entita pod Směrnicí IPPC je instalace (jak je definováno v článku 25). Environmentální řídicí systém (EMS) pro zavedení IPPC může obsahovat následující komponenty: (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j)

definice politiky životního prostředí plánování a stanovení úkolů a cílů zavedení pracovních postupů kontrolu a nápravná opatření kontrolu řízení přípravu pravidelných stanovisek k životnímu prostředí potvrzení platnosti certifikačním orgánem nebo externím ověřovatelem EMS návrh úvahy pro ukončení provozu závodu vývoj čistších technologií stanovení měřítek.

Tyto charakteristiky jsou vysvětleny poněkud podrobněji níže. Pro podrobnější informace ke komponentám (a) až (g), které jsou všechny součástí EMS, je čtenář odkazován na literaturu vyznačenou níže. (a) Definice politiky životního prostředí Vrcholový management je odpovědný za definování politiky životního prostředí, za instalaci a ujištění, že instalace: − je přijatelná pro přírodu, v měřítku a dopadech svých činností na životní prostředí − má závazek zajistit prevenci a řízení znečištění − má závazek, že vyhovuje každé relevantní použitelné legislativě, směrnicím a ostatním požadavkům, ke kterým se organizace zavazuje − zajistí systém stanovení a revizi environmentálních úkolů a cílů − je průkazná a komunikuje se všemi zaměstnanci − je přístupná veřejnosti a všem zainteresovaným stranám. (b) Plánování − má procedury pro identifikaci environmentálních hledisek instalace, aby určila tyto aktivity, které mají, nebo mohou mít podstatný dopad na životní prostředí, a udržuje tyto informace v aktualizované podobě − má procedury k identifikaci, má přístup k právním a jiným požadavkům, ke kterým se organizace zavazuje, a je schopna tato environmentální hlediska ve svých činnostech používat − stanovuje a kontroluje zdokumentované environmentální cíle a úkoly, bere v úvahu všechny právní a ostatní požadavky a hlediska zainteresovaných stran − stanovuje a pravidelně aktualizuje program řízení životního prostředí včetně určení odpovědnosti pro dosažení cílů a splnění úkolů na každé relevantní funkci a úrovni, právě tak jako stanovuje prostředky a časový rámec, ve kterém a kterými prostředky mají být dosaženy (c) Zavedení pracovních postupů Je důležité mít systémy v organizaci zavedeny a ujistit se, že procedury jsou známé, že je jim rozuměno a že jsou ve shodě. Účinné řízení životního prostředí proto obsahuje:


306

Kapitola 4

(i) Strukturu a odpovědnost: − definováním systému pro dokumentování a komunikaci, odpovědnost a pravomoce, což obsahuje ustanovení jednoho odpovědného představitele managementu − zajištění základních zdrojů, které jsou nezbytné pro zavedení a kontrolu systému řízení životního prostředí včetně lidských zdrojů a speciálních řemesel, technologických a finančních zdrojů (ii) Strukturu a odpovědnost: − systém školení a jeho evidenci potřebnou k ujištění, že personál, jehož práce může svými činnostmi podstatně ovlivnit dopady na životní prostředí, získal vhodné školení (iii) Komunikace: − stanovení a udržování procedur pro interní komunikaci mezi různými úrovněmi funkcí v instalaci, právě tak jako procedur, které podporují dialog s externími zainteresovanými stranami; dále procedury pro získání dokumentace a kde je to rozumné procedury, které budou schopny dát odpověď k relevantní komunikaci přicházející z externích zainteresovaných stran (iv) Angažovanost zaměstnanců: − angažovanost zaměstnanců s cílem dosáhnout vysoké úrovně realizace požadavků na životní prostředí aplikací vhodných forem participace, jako je systém knihy návrhů nebo projekt na základě účasti skupinové práce, případně účasti výborů pro životní prostředí (v) Dokumentace: − stanovení a udržování aktuálních informací v psané nebo elektronické formě, aby byl popsán základní prvek systému řízení a jeho interakce, a tím byla zajištěna cesta k příslušné dokumentaci (vi) Účinný proces řízení: − adekvátní řízení procesu ve všech etapách činnosti organizace, tj. příprava, zahájení, rutinní provoz, uzavření, havarijní a mimořádné situace − identifikace klíčových indikátorů a metod pro měření a kontrolování těchto parametrů (tj. proud, tlak, teplota, složení a množství) − dokumentování a analyzování nenormálních provozních podmínek pro identifikaci základních kauz a následné adresné oslovení těch, kteří zajistí, že se událost nebude opakovat (to může být usnadněno kulturou chování, „neobviňování“, tam, kde je identifikace vzniklé situace důležitější, než stanovování viny jednotlivcům) (vii) Program údržby: − stanovení strukturovaného programu údržby, který je založen na technických popisech zařízení, norem atd., právě tak jako popisu jakéhokoliv selhání zařízení a jeho následků − podporování programu údržby systémem udržování záznamů a diagnostickým testováním − jasným přidělením odpovědnosti pro plánování a výkon údržby (viii) Připravenost na mimořádné události a reakci na ně: − stanovení postupů údržby při vzniku nehody a mimořádné situace pro prevenci a zmírnění dopadů na životní prostředí, které s nimi může být spojeno (d)

Kontrolní činnosti a činnosti vedoucí k nápravě, tj.: (i) Monitorování a měření − stanovení a udržování zdokumentovaných procedur pro monitorování a měření (na pravidelném základě) klíčových charakteristik provozu a aktivit, které mohou mít podstatný dopad na životní prostředí, včetně záznamu o způsobu pro zpětné vyhledání informace, relevantní provozní kontroly a shody s úkoly danými pro udržování životního prostředí v zařízení (viz také Odkazový dokument o monitorování emisí)


307

Kapitola 4

− stanovení a udržování dokumentace postupů pro periodické vyhodnocování shody s relevantní environmentální legislativou a směrnicemi (ii) Nápravná preventivní činnost − stanovení a udržování postupů pro definování odpovědnosti a pravomoci pro řízení a zkoumání neshod s dohodnutými podmínkami, jinými právními požadavky, právě tak jako definovat úkoly a cíle pro zmírnění jakýchkoliv způsobených dopadů, iniciovat a dělat nápravná i preventivní opatření odpovídající problému, souměřitelná s dopadem, který může problém mít na životní prostředí (iii) Záznamy: − stanovit a udržovat postupy pro identifikaci, údržbu a rozdělení právních, identifikovatelných a dohledatelných záznamů včetně záznamů o školení a o výsledcích auditů a kontrol (iv) Audit: − stanovení a udržování programů a postupů pro periodické audity systému řízení životního prostředí, které obsahují rozhovory s personálem, inspekci provozních podmínek a zařízení, kontrolu záznamů a dokumentace i těch výsledků v psaných záznamech, které by měly být vedeny nezaujatě a objektivně zaměstnanci (interní audity), měly by pokrývat rozsah auditu, četnost a metodologii, dále odpovědnosti a požadavky na vedení auditů a hlášení výsledků, aby se určilo, zda systém řízení životního prostředí odpovídá plánovanému záměru a byl řádně zaveden a udržován − ukončení auditu nebo cyklu auditů v intervalech ne delších než tři roky, v závislosti na povaze, měřítku a složitosti činností, s dosahem dopadů na životní prostředí, důležitostí a naléhavostí problémů, které byly zjištěny předchozími audity a historií problémů životního prostředí; složitější činnosti s vážnými dopady na životní prostředí jsou auditovány častěji − existují vhodné mechanizmy k tomu, aby bylo možné na místě zjistit, že výsledky auditu se sledují (v) Periodické vyhodnocení o vyhovění právním normám − přezkoumání shody s právní legislativou, jež se týká životního prostředí a přezkoumání, písemně vydaných podmínek týkajících se životního prostředí pro instalované zařízení (e)

Přezkoušení managementu, tj.: − vrcholové vedení přezkouší v určených termínech systém řízení životního prostředí, aby se ujistilo o tom, že systém řízení pracuje vhodným způsobem a že vyhovuje zákonům a je účinný − ujistit se, že nezbytné informace jsou shromažďovány tak, aby dovolily managementu pokračovat ve vyhodnocování − dokumentace přezkoušení je vedena

(f)

Příprava pravidelných stanovisek k životnímu prostředí: −

připravit stanovisko k životnímu prostředí, které věnuje pozornost výsledkům dosažených instalací ve srovnání se svými úkoly a cíli, stanoviska se vyhotovují pravidelně jedenkrát do roka, nebo s menší četností v závislosti na významu emisí,

tvorbě odpadu atd.; systém bere v úvahu potřebu informovat relevantní zainteresované strany a stanovisko je veřejně dostupné (např. elektronická publikace, knihovny atd.).


308

Kapitola 4

Při formulaci stanoviska může provozovatel použít existující indikátory plnění požadavků na životní prostředí, aby se ujistil, že vybrané indikátory: i podávají přesné posouzení toho, jak se instalace chová ii jsou srozumitelné a jednoznačné iii dovolí rok od roku srovnání, aby bylo možno odhadnout vývoj chování instalace k životnímu prostředí iv dovolí srovnání v národním nebo regionálním měřítku v sektoru činnosti v dovolí srovnání s vhodnými regulačními podmínkami (g)

Potvrzení platnosti certifikačním orgánem nebo externím ověřovatelem EMS: − mít systém řízení, proceduru auditu a stanoviska k auditu přezkoušena, mít potvrzenou jejich platnost akreditovaným certifikačním orgánem nebo externím ověřovatelem EMS a mít tak, pokud toto řízení proběhne správně, větší důvěryhodnost systému

(h)

Návrh úvahy pro ukončení provozu závodu: − obsahuje úvahu o dopadu na životní prostředí vlivem případného odstavení provozu jednotky, při návrhu nového zařízení, protože to vyřazení z provozu ulehčí, bude čistší a levnější − vyřazení z provozu představuje pro životní prostředí riziko kontaminace půdy (a spodní vody) a vytváří velké množství pevných odpadů Preventivní postupy jsou specifické procesy, ale obecné úvahy mohou obsahovat tyto body: i vyhnout se zařízením pod zemí ii mít připraveny postupy, které usnadní demontáž iii vybrat konečné povrchy, které lze snadněji dekontaminovat iv použít konfiguraci zařízení, které minimalizuje zachycené chemikálie a usnadňuje jejich praní nebo vypuštění v návrh flexibilních jednotek, které umožní jejich uzavření v jednotlivých fázích vi použití recyklovatelných materiálů a materiálů pro biologické odbourání tam, kde je to možné

(i)

(j)

Vývoj čistších technologií: − ochrana životního prostředí by měla být neodmyslitelným rysem jakýchkoliv aktivit návrhu procesu prováděného provozovatelem, protože nové návrhy na investici i rekonstrukci jsou jak účinnější, tak levnější; úvaha o vývoji čistších technologií může například vzejít ze studií nebo z činností oddělení výzkumu a vývoje, k interním činnostem může být jako alternativa připojeno uspořádání, které bude držet krok s činnostmi ostatních provozovatelů nebo výzkumných institucí Porovnání, tj.: − provádění systematických a pravidelných srovnání se sektorem, národními a regionálnímu měřítky včetně těch, které se týkají účinnosti energie a činností pro úspory energie, výběru vstupních materiálů, emisí do vzduchu a látek vypouštěných do vody (při použití například Evropského registru emisí znečišťujících látek, EPER- European Pollutant Emission Register), spotřeby vody a tvorby odpadů.

Standardizované a nestandardizované systémy EMS: EMS může mít podobu standardizovaného nebo nestandardizovaného („upraveného“) systému. Zavedení a dodržování mezinárodně přijatého standardizovaného systému, jako je EN ISO 14001:1996, může dát EMS větší důvěryhodnost, pokud je předmětem správně provedené verifikace. EMAS zajišťuje dodatečnou důvěryhodnost kvůli interakcím s veřejností pomocí stanoviska k životnímu prostředí a mechanizmu, který zajišťuje shodu s environmentální legislativou. Nestandardizované systémy však mohou být v principu stejně účinné za předpokladu, že jsou dobře navrženy a zavedeny. BREF – Kovárny a slévárny

309

Kapitola 4

Dosažené přínosy pro životní prostředí Zavedení a dodržování EMS soustřeďuje pozornost provozovatele na chování instalace vůči životnímu prostředí. Zvláště udržování a shoda jasnými pracovními procedurami jak pro normální, tak abnormální situace a k nim připojené linie odpovědností, by měly zajistit, že podmínky pro chování instalace a ostatní environmentální úkoly a cíle jsou v každé době plněny. Systémy řízení životního prostředí zajišťují nepřetržité zlepšování chování instalace k životnímu prostředí. Čím horší jsou podmínky na počátku provozu, tím významnější vylepšení lze krátkodobě očekávat. Jestliže má instalace povšechně dobré chování vůči životnímu prostředí, pomáhají systémy provozovateli udržovat jeho vysokou úroveň. Účinky na ostatní média Nejsou hlášeny žádné specifické informace. Provozní údaje Postupy řízení životního prostředí jsou navrženy tak, aby byly adresné ke všem dopadům na životní prostředí, což je v souladu s integrovaným přístupem Směrnice IPPC. Použitelnost Komponenty popsané výše mohou být zcela typicky použity ve všech instalacích IPPC. Přehled (tj. úroveň detailu) a povaha EMS (tj. standardizované nebo nestandardizované) se budou obecně vztahovat k povaze, rozsahu, složitosti instalace a k významnosti dopadů, které může mít na životní prostředí. Ekonomika Je obtížné určit přesně náklady a ekonomické přínosy zavádění a udržování dobrých systémů EMS. Množství studií je uvedeno níže. Nicméně jsou to jen příklady a jejich výsledky nejsou zcela shodné. Nemusejí být reprezentativní pro všechny sektory v EU, a proto by se s nimi mělo zacházet opatrně. Švédská studie uskutečněná v roce 1999 provedla průzkum všech 360 společností ve Švédsku, které měly certifikaci ISO a měly registraci EMAS. Odpovědělo jich 50 %. Uvádíme závěry tohoto šetření: • výdaje na zavedení a provozování EMS jsou vysoké, ale rozumné, zvyšování výdajů lze očekávat v budoucnu • vyšší stupeň koordinace a integrace EMS s ostatními systémy řízení je spatřován jako možný způsob ke snížení nákladů • polovina ze všech úkolů a cílů pro životní prostředí se vrací zpět během jednoho roku ve formě úspory nákladů a zvýšením výnosů • největší úspory nákladů se dosáhlo sníženými výdaji za energii, úpravu odpadu a suroviny • většina společností si myslí, že jejich pozice na trhu se díky EMS upevnila, jedna třetina společností hlásí zvýšení výnosů díky EMS V některých členských státech jsou účtovány nižší poplatky, jestliže má instalace certifikaci. Množství studií5 ukazuje, že existují u velkých společností relativně nižší náklady na zavedení EMAS. Podobné relativní vztahy existují pro dobu návratnosti investic. Oba prvky naznačují méně příznivý vztah nákladů k přínosům při zavedení EMS v malých a středních podnicích ve srovnání s většími společnostmi. Podle švýcarské studie se mohou průměrné náklady na vybudování systému ISO 14001 lišit: • pro společnost s počtem zaměstnanců od 1 do 49 - 64 000 CHF (44 000 EUR) za vybudování EMS a 16 000 CHF (11 000 EUR) za její roční provoz

5

Např. Dyllick a Hamschmidt (2000, 73) citovaní v Klemisch H. a R. Holger, Umweltmanagementsysteme in kleinen und mittleren Unternehmen – Befunde bisheriger Umsetzung, KNI Papers 01/02, leden 2002, str. 15; Clausen J., M. Keil a M. Jungwirth, The State of EMAS in the EU.Eco-Management as a Tool for Sustainable Development – Literature Study, Institute for Ecological Economy Research (Berlin) and Ecologic – Institute for International and European Environmental Policy (Berlin), 2002, str. 15


310

Kapitola 4

•

pro výrobní organizaci s více než 250 zaměstnanci - 367 000 CHF (252 000 EUR) za vybudování EMS a 155 000 CHF (106 000 EUR) za její roční provoz. Tyto průměrné hodnoty nepředstavují nezbytné skutečné náklady pro dané průmyslové organizace, protože tyto náklady také velmi závisejí na počtu významných položek (polutanty, spotřeba energie, …) a na složitosti problému, který je nutno studovat. Nedávná německá studie (Schalteger, Stefanand Wagner, Marcus, Umweltmanagement in deutschen Unternehmen – der aktuelle Stand der Praxi, Únor 2002, strana 106) ukazuje následující náklady na EMAS pro různá odvětví. Je možné konstatovat, že tato čísla jsou mnohem menší než čísla výše uvedené švýcarské studie. To potvrzuje potíže s určením nákladů na EMS. Náklady za vybudování (EUR) minimum 5 000 maximum 12 500 průměr 6 000 Náklady na udržení platnosti (EUR) minimum 5 000 maximum 12 500 průměr 6 000 Studie německého institutu podnikatelů (Unternehmerinstitute/Arbeitsgemeinschaft Selbständiger Unternehmer UNU/ASU, 1997, Umweltmanagementbefragung – Öko-Audit in der mittel ständischen Praxis – Evaluierung and Ansätze für eine Effizienzsteigerung von Umweltmanagement system in der Praxi, Bonn.) podává informaci o průměrných úsporách pro EMS za rok a průměrnou dobu návratnosti. Například za náklady na zavedení, 80 000 EUR, našli průměrnou úsporu 5 000 EUR za rok, která odpovídá době návratnosti jednoho a půl roku. Externí náklady, které jsou vztaženy k verifikaci systému, lze odhadnout z návodu, který vydalo Mezinárodní akreditační fórum (http://www.iaf.nu). Důvody pro zavedení Systémy řízení životního prostředí mohou poskytnout množství výhod, například: • • • • • • • • • •

zlepšený vnitřní pohled na aspekty životního prostředí společnosti zlepšená základna pro rozhodování zlepšená motivace personálu dodatečné příležitosti pro snížení provozních nákladů a zlepšení kvality výrobku zlepšené chování k životnímu prostředí zlepšený obraz společnosti snížení poplatků za pojištění a snížení nákladů za neshodu zvýšení přitažlivosti pro zaměstnance, zákazníky a investory zvýšená důvěra osob provádějících kontroly, která může vést ke sníženému dohledu zlepšení vztahu se skupinami, jež se zabývají ochranou (prostředky na zlepšení koality) životního prostředí.

Příklady závodů Charakteristiky popsané pod (a) až (e) jsou prvky EN ISO 14001:1996 a Evropského společenství Eco-Managementu a Schématu auditů (EMASS), zatímco charakteristiky (f) a (g) jsou specifické pro EMAS. Tyto dva standardizované systémy se používají v mnoha systémech zavedených podle IPPC. Například 375 organizací v celém chemickém průmyslu EU (NACE code 24) mělo v červenci 2002 registraci EMAS, většina z nich pracuje s IPPC.


311

Kapitola 4

Ve VB provedla The Environment Agency of England and Wales v roce 2001 průzkum v organizacích regulovaných podle IPP (předchůdce IPPC). Přehled ukázal, že 32 % respondentů mělo certifikace ISO 14001 (to odpovídalo 21 % všech instalací pod dohledem IPC) a 7 % mělo registraci EMAS. Všechny cementárny ve VB (kolem 20ti) mají certifikaci ISO 14001 a většina má registraci EMAS. V Irsku, kde stanovení EMS (nemusí být na standardizované bázi) vyžaduje licenci IPC, odhadem 100 z přibližně 500 licencovaných organizací ustanovilo EMS podle ISO 14001, ostatních 400 organizací se rozhodlo pro nestandardizované EMS. Odkazy na literaturu (Směrnice (EC) číslo 761/2002 evropského parlamentu a výboru, který povoluje dobrovolnou participaci organizací ve Společenství eko-managementu a auditním schématu (EMAS), OJ L 114, 24/4/2002, http://europa.eu.int/comm/environment/emas/indexen.htm) (EN ISO 14001:199+, http://www.iso.ch/iso/en/iso9000-14000/iso14000/iso14000index.html; http://www.tc207.org)


312

Kapitola 5

5.

NEJLEPŠÍ DOSTUPNÉ POSTUPY PRO SLÉVÁRNY

Pro pochopení této kapitoly a jejího obsahu je nutné se vrátit zpět k úvodu tohoto dokumentu a zvláště k páté sekci úvodu: „Jak pochopit a používat tento dokument“. Postupy a s nimi spojené emise, úrovně spotřeby, rozsahy úrovní představené v této kapitole byly stanoveny postupem opakování, který zahrnuje následující kroky: • identifikace klíčového problému životního prostředí pro sektor sléváren • vyzkoušení postupů týkajících se těchto klíčových problému • identifikace provedených úrovní řešení přispívajících ke zlepšení životního prostředí na základě informací dostupných v Evropské unii a celosvětově • vyzkoušení podmínek, za kterých tyto provedené úrovně řešení byly dosaženy, jako jsou náklady, účinky na ostatní média, hlavní určující síly zahrnuté do implementace postupů • výběr nejlepších dostupných postupů (BAT) a připojených emisí nebo hladiny spotřeb pro tento sektor v obecném smyslu, vše podle článku 2(11) a přílohy IV Směrnice. Odborné posouzení evropským výborem IPPC a jeho Technickou pracovní skupinou (TWGTechnical Working Group) hrálo klíčovou roli v každém z těchto kroků a ve způsobu, v jakém je informace zde představena. Na základě tohoto přístupu jsou hladiny emisí, hladiny spotřeby spojené s těmi, které používá BAT, tak jak jsou uváděny v této kapitole, považovány za hladiny, které by odrážely provedení některých instalací v sektoru. Emise nebo úrovně spotřeby “spojené s dostupným postupem“mají být pochopeny tak,že tyto úrovně představují zajišťované úrovně řešení, které přispívají ke zlepšení životního prostředí. Mohou být přijaty jako výsledek aplikace v tomto sektoru. Budeme-li popisovat tyto postupy, musíme mít na mysli rovnováhu nákladů a výhod, které jsou zahrnuty do definice BAT. V některých případech může být technicky možné dosáhnout lepších emisí nebo úrovně spotřeby, ale kvůli zahrnutým nákladům nebo společně s ostatními médii, nejsou považovány za vhodné jako BAT pro sektor jako celek. Takové úrovně mohou být považovány za omluvitelné v mnoha specifických případech, kde jsou zvláštní požadavky. Na emise a hladiny spotřeby spojené s použitím BAT musí být nahlíženo v souvislosti s podmínkami, které jsou s nimi spojeny (např. průměrné doby). V konceptu „hladin spojených s BAT“ popsaných výše má být rozlišován termín „dosažitelná úroveň“, který je použit v tomto dokumentu. Úroveň popsaná jako „dosažitelná“ pomocí zvláštní technologií nebo kombinací postupů má být pochopena tak, že může být očekávaná jako dosažitelná za dlouhou dobu v dobře udržované a provozované instalaci nebo v procesu, který tento postup používá. Tam, kde byly dostupné informace týkající se nákladů uvedeny společně s popisem postupů představených v předchozí kapitole, nám dávají hrubé rozlišení velikosti zahrnutých nákladů. Skutečné náklady využívaného postupu budou silně záviset na specifické situaci týkající se například daní, poplatků a technických charakteristik instalace. V tomto dokumentu není možné vyhodnotit takové specifické faktory závodu úplně. Pokud chybí údaje, které se týkají nákladů, jsou závěry o ekonomické schůdnosti postupu odvozeny z pozorování existujících instalací. Záměrem je postavit BAT v této kapitole jako referenční bod, vůči kterému se posuzuje provedení existující instalace nebo se posuzuje návrh pro instalaci novou. Tímto způsobem budou napomáhat v určení vhodných podmínek na základě „BAT“ pro instalaci nebo v ustanovení obecných závazných pravidel podle článku 9(8).


313

Kapitola 5

Předpokládáme, že nové instalace mohou být navrženy za podmínek obecné úrovně BAT nebo lepších, než je uvedeno zde. Také uvažujeme o tom, že existující instalace se mohou posunout směrem k obecným úrovním BAT nebo mohou být, jako předmět technické a ekonomické použitelnosti postupu, provedeny lépe. Když odkazové dokumenty BAT nestanovily právně závazné normy, jsou míněny tak, aby podávaly členským státům a veřejnosti průvodní informace o dosažitelných emisích a spotřebách při užití specifických postupů průmyslu. Vhodné limitní hodnoty pro každý specifický případ musí být určeny přijetím cílů Směrnice IPPC a místních podmínek. Slévárenský průmysl je specifický a od ostatního průmyslu se odlišuje. Prvky BAT pro určitou slévárnu musejí být zvoleny podle typu činnosti. Slévárna sestává z tavírny a formovny s licím polem. Oba provozy mají své dodávky (meziprodukty - pozn. překladatele). Pro odlévání metodou vytavitelného modelu tyto dodávky zahrnují všechny činnosti, které souvisejí s formováním a výrobou jádra. V této kapitole jsou respektovány rozdíly podle následujících hledisek: • tavení železných kovů • tavení neželezných kovů • odlévání do jednorázových (netrvalých) forem • odlévání do trvalých forem. Slévárna může být klasifikována jako kombinace kategorie tavení s kategorií formování. BAT jsou uváděny pro každou kategorii, právě tak jako obecně použitelné BAT jsou společné všem slévárnám.

5.1.

Obecně použitelné BAT (pro slévárenský průmysl)

Některé prvky BAT jsou obecně použitelné ve všech slévárnách, bez ohledu na procesy, které používají, a typ výrobku, který vyrábí. Jedná se o materiálové toky při dokončování odlitků, generování hluku, odpadních vod a řízení životního prostředí. Řízení toků materiálu Slévárenské procesy zahrnují použití, spotřebu a mísení různých typů materiálu. BAT vyžadují minimalizaci spotřeby surovin, následnou obnovu a recyklaci odpadů (zbytků) výroby. BAT mají optimalizovat řízení a kontrolu vnitřních toků materiálu. BAT znamená: • používat skladovací a manipulační metody pro pevné látky, kapaliny a plyny tak, jak bylo projednáno v BREF pro skladování • používat oddělené skladování různých vstupních materiálů a jakostí materiálů (sekce 4.1.2.), které zamezí zhoršení jejich kvality a zamezí rizikům (sekce 4.1.3) • skladování provádět takovým způsobem, aby měl kovový materiál na skladovací ploše jakost vhodnou pro vsázku do tavicí pece a aby nedošlo ke znečištění půdy, jak je popsáno v sekci 4.1.2; BAT je mít pro skladování kovové vsázky nepropustný povrch spolu se systémem jímání a odvádění vody; střecha může potřebu takového systému snížit nebo vyloučit • používat sklady tak, že kovová vsázka má vhodnou kvalitu pro vsázku do tavicí pece a že se zabrání jeho znečištění zeminou (sekce 4.1.2) • používat interní recyklaci kovového odpadu podle podmínek projednaných v sekcích 4.1.4, 4.1.5 a 4.1.6 • používat oddělené sklady různých reziduí a různých typů odpadu tak, aby bylo umožněno jejich opětovné použití, recyklace nebo likvidace • používat rozměrné nebo recyklovatelné kontejnery (sekce 4.1.7)


314

Kapitola 5

• •

používat simulační modely, řídicí a provozní postupy ke zlepšení výtěžnosti kovu (sekce 4.4.1) a k optimalizaci toků materiálu zavést dobrá praktická opatření pro dopravu tekutého kovu a manipulaci s pánvemi (sekce 4.7.4).

Dokončování odlitků Při broušení, tryskání a apretuře odlitků se zachycuje a upravuje odpadní plyn z dokončovacích operací pomocí mokrého, nebo suchého systému odlučovače, což odpovídá BAT. Hladiny emisí související s BAT činí pro prach 5–20 mg/Nm3. Technologie pro jímání odpadního plynu a čištění odpadní vzdušniny jsou popsány v sekcích 4.5.10.1 a 4.5.10.2. Pro tepelné zpracování zahrnuje BAT následující: − použití čistých paliv (tj. přírodní plyny nebo paliva s nízkým obsahem síry) v pecích tepelného zpracování (sekce 4.5.11.1) − použití automatizovaných pecních operací a řízeného spalování, nebo řízeného hořáku (sekce 4.5.11.1) − zachytit a odvést zplodiny tepelného procesu od pecí tepelného zpracování Snížení hluku BAT zahrnuje následující: − vyvinout a zavést strategii snížení hluku a opatření pro obecný a specifický zdroj hluku − použít zakrytování pro vysoce hlučné pracovní jednotky, jako je vytloukání (viz sekce 4.5.9.3) − použít dodatečná opatření, jak je popsáno v sekci 4.10, v souladu s místními podmínkami Odpadní voda BAT zahrnuje následující: − udržovat odpadní vody odděleně podle jejich složení a zatížení znečišťujícími látkami − shromažďovat povrchovou vodu a používat lapače oleje ve sběrném systému před vypuštěním do povrchových vod, jak bylo uvedeno v sekci 4.6.4 − maximalizovat interní recyklaci výrobní vody a zvýšit využití upravené odpadní vody (sekce 4.6.1) − používat úpravu odpadní vody pomocí jednoho nebo více postupů zmíněných v sekcích 4.6.2. a 4.6.3 Snížení uniklých emisí BAT má minimalizovat uniklé emise, které vznikají z různých neuzavřených zdrojů v procesním řetězci za použití kombinace následujících opatření. Tyto emise hlavně zahrnují ztráty dopravou, skladováním a rozlitím, jsou projednány v sekci 4.5.1.1. − vyhnout se venkovním nebo nepřikrytým skládkám na hromadách, tam, kde je vytváření takových skládek nevyhnutelné, je třeba použít postřiky, pojiva, postupy pro řízení zásob, větrolamy apod. − zakrytí skipů a nádob − ve formově a ve slévárnách, které používají pískové formy, je nutné odsávat formovací směs průmyslovým vysavačem podle kritérií uvedených v sekci 4.5.1.1 − čistit kola a cesty − ponechávat vnější dveře zavřené − provádět pravidelný úklid − řídit a kontrolovat možné zdroje emisí unikajících do vody Tyto metody jsou dále upřesněny v sekci 4.5.1.1. Doplňkové skladovací technologie jsou podrobně rozepsány v BREF „Skladování.“ Unikající emise mohou dále vzniknout z neúplného odsávání odtahových plynů z uzavřených zdrojů, např. emise z pecí během otevření nebo při odpichu. BAT má minimalizovat tyto unikající emise zkvalitněním zachycování a čištění při zohlednění souvisejících emisních hodnot, jak je uvedeno v


315

Kapitola 5 sekcích 5.2 a 5.3. Pro tuto optimalizaci se používá jedno nebo více z následujících opatření, přičemž se upřednostňuje zachytávání exhalací co nejblíže ke zdroji: − zakrytováním a odváděním dýmu, který vzniká z horkého kovu při zavážení vsázky do pece, odstraňováním strusky při odpichu − používat uzavření pecí pro zabránění úniku dýmu do atmosféry − používat sběr emisí ve střeše, i když tento způsob spotřebovává mnoho energie a měl by být použit jako poslední možnost Řízení životního prostředí V BAT je určeno množství postupů řízení životního prostředí. Rámec (např. úroveň detailu) nebo povaha EMS (tj. standardizované, nebo nestandardizované) se budou obecně vztahovat k povaze, měřítku a rozsahu dopadů, které mohou mít na životní prostředí. BAT má zavést a dodržovat Systém řízení životního prostředí (EMS), který v sobě zahrnuje, podle toho jak to vyhovuje individuálním okolnostem, následující charakteristiky: (viz sekce 4.12) − definovat politiku životního prostředí vrcholovým managementem pro instalaci (závazek vrcholového managementu se považuje za předpoklad pro úspěšné použití ostatních charakteristik EMS) − plánování a ustanovení nezbytných procedur − zavedení procedur věnujících pozornost zvláště: • struktuře a odpovědnosti • školení, uvědomění si spolupráce a kompetence • komunikaci • angažovanosti zaměstnanců • dokumentaci • účinnému řízení procesu • programu údržby • připravenosti k reakci na mimořádné události • shodě s environmentální legislativou kontrolu chování a přijetí nápravných činností věnujících pozornost zejména: • sledování a měření (viz také Odkazový dokument o sledování emisí) • činnost nápravy a prevence • udržování záznamů • nezávislé (kde to je použitelné) interní audity pro určení, zda byl či nebyl správně zaveden systém řízení životního prostředí a zda odpovídá plánovanému uspořádání • kontrola vrcholovým managementem. Tři další charakteristiky, které mohou doplnit výše uvedené kroky jsou považovány za podpůrná opatření. Pokud nejsou přítomny, není to v rozporu s BAT. Tyto následné kroky jsou: −

mít systém řízení a postup auditu přezkoušen a potvrzen akreditovaným certifikačním orgánem nebo externím ověřovatelem EMS − vydávat příručky (dokumentaci) (a možné externí potvrzení) a pravidelná stanoviska k životnímu prostředí popisující všechny významné aspekty instalace k životnímu prostředí, které dovolí rok od roku srovnání s cíli a úkoly právě tak jako se sektorem, který je měřítkem porovnání − zavedení a dodržování mezinárodně přijatého dobrovolného systému, jako je EMAS a EN ISO 14001:1996. Tento dobrovolný krok může dát EMS větší důvěryhodnost. Zvláště EMAS, který ztělesňuje všechny výše zmíněné charakteristiky dává vyšší důvěryhodnost. Nestandardizované systémy však mohou v principu být stejně účinné za předpokladu, že jsou správně navržené a zavedené. Specificky pro sektor sléváren je také důležité uvažovat o následujících charakteristikách EMS: − dopad na životní prostředí z jednotek vyřazovaných z provozu již při návrhu nového zařízení


316

Kapitola 5

− −

vývoj čistších technologií kde je to uskutečnitelné použít sektorového měřítka na pravidelné bázi, včetně účinnosti energie a činností spojených s využitím energie, výběru vstupních materiálů, emisí do vzduchu, vypouštění odpadů do vody, spotřeby vody a tvorby pevného odpadu.

Vyřazení z provozu BAT je použití všech nezbytných opatření pro zabránění znečištění po vyřazení jednotky z provozu. Tato opatření jsou popsána v sekci 4.11 a zahrnují následující: - minimalizaci pozdějších rizik a nákladů pečlivým plánováním ihned v počáteční fázi návrhu instalace - rozvoj a realizaci zlepšovacích programů pro stávající instalace - rozvoj a údržbu plánu uzavření pracoviště pro nové a stávající instalace. Při těchto opatřeních jsou uvažovány alespoň tyto následující části postupu: nádrže, nádoby, potrubní síť, izolace, kalové rybníky, skládky odpadů.

5.2.

Tavení železných kovů

Výběr pece Ocel se taví jak v elektrické obloukové peci (EOP), tak v indukčních pecích (IP). Výběr mezi typem pece je založen na technických kritériích (např. kapacita, jakost oceli). Díky své schopnosti rafinace dovoluje EOP tavení kovového šrotu o nízké jakosti. To je výhoda v podmínkách recyklace materiálu, ale vyžaduje to vhodné zachycení plynů a čisticí systém, jak bude uvedeno níže. Pro tavení litiny se používají kupolové, elektrické indukční a rotační pece. Výběr je založen na technických a ekonomických kritériích. Pro provoz jakéhokoliv typu vybrané pece jsou dány prvky BAT níže. Kuplovna tavící litinu Pro provoz kuplovny zahrnuje BAT následující: − rozdělenou operaci dmýchání vzduchu (2 řady dmyšen) pro studenovětrné kuplovny (sekce 4.2.1.5) − obohacení dmýchaného vzduchu kyslíkem, plynulým nebo přerušovaným způsobem, s hladinou kyslíku mezi 22–25 % (tj. 1–4% obohacení) (sekce 4.2.1.6) − minimalizovat periodu odstávky pro horkovětrné kuplovny použitím kontinuálního dmýchání, nebo provozem s dlouhou kampaní (sekce 4.2.1.8) v závislosti na požadavcích formovací a odlévací linky; provozy duplexu musí být vzaty do úvahy − opatření pro dobrou praxi tavení provozu pecí, jak je uvedeno v sekci 4.2.1.1 − užít koks známých vlastností a řízené kvality (sekce 4.2.1.2) − vyčištění plynů pece následným sběrem, chlazením a odloučením tuhých částic, pomocí kombinace postupů popsaných v sekci 4.5.2.1, BAT pro vyčištění plynů má použít suchý tkaninový odlučovač, nebo mokrý odlučovač; hodnoty emisí související s BAT jsou uvedeny níže (tab. 5.1, tab. 5.2) − dodatečné spalování v šachtě a komíně studenovětrné kuplovny, pokud mohou odpadní plyny shořet samovolně působením tepla, a posléze teplo využít pro vnitřní potřeby (sekce 4.5.2.3); pro horkovětrné kuplovny použít oddělenou spalovací komoru (sekce 4.5.2.2) a využít teplo pro předehřívání dmýchaného vzduchu a další vnitřní potřeby slévárny (sekce 4.7.3) − vyhodnocení možnosti využití odpadního tepla z udržovací pece v konfiguraci duplex a využití tepla, je-li to možné (sekce 4.7.2) − předcházet a minimalizovat emise dioxinů a furanů na úroveň pod 0,1 ngTEQ/Nm3 kombinací opatření uvedených v sekci 4.5.1.4; v některých případech to může mít za následek upřednostňování mokrého čištění; průmysl vyjádřil pochyby o provádění druhotných opatření,


317

Kapitola 5 která byla vyzkoušena pouze v jiných sektorech, a pochybuje zejména o použitelnosti pro malé slévárny použití systému mokrého odlučování při tavení se zásaditou struskou (bazicita až do 2) (sekce 4.2.1.3)

−

Odpady produkované při tavení v kuplovně včetně tuhých částic, strusky a koksového hrášku BAT pro odpady a jejich řízení zahrnuje následující: • minimalizovat tvorbu strusky použitím jednoho nebo více opatření v procesech vyjmenovaných v sekci 4.9.3 • předúpravu strusky z důvodu možnosti jejího externího opětovného použití (sekce 4.9.2) • sběr a recyklaci koksového hrášku (sekce 4.9.4.1) Tavení oceli a litiny v elektrické obloukové peci Pro provoz elektrické obloukové pece BAT zahrnuje následující: • použití spolehlivého a účinného procesu řízení ke zkrácení tavení a úpravy (sekce 4.2.2.1) • použití praxe napěněné strusky (sekce 4.2.2.2) • zachycení spalin pece pomocí jednoho z postupů projednaného v sekci 4.5.3.1 • ochlazení spalin pece a odloučení tuhých částic suchým tkaninovým odlučovačem (sekce 4.5.3.2) Odpady produkované tavením v EOP obsahují tuhé částice a strusky. BAT zahrnuje následující: • recyklaci tuhých částic zachycených v odlučovači v EOP (sekce 4.9.5.1) Tavení litiny a oceli v indukční peci BAT zahrnuje pro provoz indukčních pecí následující: • tavení čistého kovového šrotu, vyvarovat se vstupu rzi, špíny a ulpělého písku • dobrá opatření pro zavážení vsázky a provoz, jak bylo projednáno v sekci 4.2.3.1 • použít středofrekvenční zdroje a v případě instalace nové pece při rekonstrukci tavírny změnit existující hlavní přívod frekvenčních pecí na střední frekvenci (sekce 4.2.3.2) • vyhodnotit možnost rekuperace odpadního tepla a zavést systém využití tepla, je-li to použitelné (sekce 4.7.2) • použít vhodné zařízení (zakrytování) k zachycení plynů vznikajících v peci pro každou indukční pec (sekce 4.5.4.1) a maximalizovat zachycení odpadních plynů během celého pracovního cyklu • použít suché čištění plynů (sekce 4.5.4.2), vzít v úvahu hodnoty emisí související s BAT uvedené v tab. 5.1 • udržovat emise tuhých částic pod 0,2 kg/t taveného kovu Tavení litiny v rotační peci BAT zahrnuje pro provoz rotačních pecí následující: • • • •

zavedení opatření pro optimalizaci výtěžnosti pece, jak bylo projednáno v sekci 4.2.1 použít kyslíkopalivový hořák (sekce 4.2.4.2) shromaždovat plyny těsně u výstupu pece, použít dodatečné spalování, chlazení pomocí výměníku tepla, a potom použít suché odlučování tuhých částic (sekce 4.5.5.1), vzít v úvahu hodnoty emisí související s BAT uvedené v tab. 5.1 a 5.4 předcházet a minimalizovat emise dioxinů a furanů na úroveň pod 0,1 ngTEQ /Nm3 kombinací opatření uvedených v sekci 4.5.1.4, v některých případech to může mít za následek upřednostňování mokrého čištění; průmysl vyjádřil pochyby o provádění druhotných opatření, která byla vyzkoušena pouze v jiných sektorech, a pochybuje zejména o použitelnosti pro malé slévárny.


318

Kapitola 5

Úprava slitin železa Jestliže je použit k rafinaci oceli AOD konvertor, BAT zahrnuje následující: • odtažení a sběr plynu použitím stříšky Při výrobě tvárné litiny se provádí nodularizace. BAT zahrnuje pro nodularizaci toto: • výběr postupu nodularizace bez produkce spalin nebo zachycení produkovaného dýmu MgO použitím víka vybaveného odtahem, případně pomocí pevné, nebo pohyblivé stříšky • vyčištění odtažených plynů suchým tkaninovým odlučovačem, aby se mohly odloučené suché částice recyklovat Hodnoty emisí související s BAT jsou uvedeny níže (tab. 5.1). Hodnoty emisí související s BAT Následující hodnoty emisí jsou spojovány s výše uvedenými opatřeními BAT. Veškeré související emisní hodnoty jsou uvedeny jako průměr v průběhu možného měřitelného období. Kdykoli bylo proveditelné průběžné sledování, byla použita denní průměrná hodnota. Emise unikající do vzduchu jsou založeny na standardních podmínkách, tj. 273 K, 101,3 kPa a suchý plyn.

Hodnoty emisí

Parametr

Tuhé částice(1) 5–20 mg/Nm3 PCDD/PCDF 0,1 ngTEQ/Nm3 (1) Hladina emisí tuhých částic závisí na jejich komponentech, jako jsou těžké kovy, dioxiny a množství jejich proudění. Tabulka 5.1: Emise do ovzduší spojené s použitím BAT pro tavení a úpravu slitin železa

Hodnoty emisí (mg/Nm3)

Typ

Parametr


CO

20–1 000

SO2 NOx

20–100 10–200

SO2

100–400


NOx NM – VOC Bezkoksová kuplovna

NOx

20–70 10–20 160–400

Tabulka 5.2: Emise do ovzduší spojené s použitím BAT pro tavení slitin železa v kuplovnách

Parametr NOx CO

Hodnoty emisí (mg/Nm3) 10–50 200

Tabulka 5.3: Emise do ovzduší spojené s použitím BAT pro tavení slitin železa v elektrických obloukových pecích


319

Kapitola 5

Parametr SO2 NOx CO

Hodnoty emisí (mg/Nm3) 70–130 50–250 20–30

Tabulka 5.4: Emise do vzduchu spojené s použitím BAT pro tavení litin v rotačních pecích

5.3

Tavení neželezných kovů a jejich slitin

Pro tavení neželezných kovů a jejich slitin uvažuje tento dokument (pouze) o tavení housek a interního kovového odpadu, protože ve slévárnách neželezných kovů to je standardní praxe. Pro tavení slitin hliníku se používá více pecí v tavírně. Výběr typu pece je založen na technických kritériích (např. režim, kapacita, typ licí linky). Tato jsou dána v sekci 3.3 a v tabulce 3.21. Jedna slévárna může použít několik pecí. Provozní praxe a logické důvody ukazují, že centralizované tavení v pecích s vyšší kapacitou má ve velkých závodech příznivější energetickou účinnost než tavení v malých pecích. Pro výběr BAT však nejsou dostupné žádné údaje. Pro tavení mědi, olova, zinku a jejich slitin se používají indukční nebo kelímkové pece. Pro slitiny mědi se rovněž užívají nístějové pece. Výběr závisí na technických kritériích. Pro tavení hořčíku se používají pouze kelímkové pece, k zabránění oxidace se aplikuje krycí plyn. Indukční pece pro tavení slitin hliníku, mědi, olova a zinku Pro provoz indukčních pecí BAT zahrnuje následující: • zavedení dobrých opatření pro zavážení a provoz, jak bylo projednáno v sekci 4.2.3.1 • použití střední frekvence a v případě instalace nové pece při rekonstrukci tavírny změnu existujícího hlavního přívodu pece na střední frekvenci (sekce 4.2.3.2) • vyhodnocení možnosti rekuperace odpadního tepla a zavedení systému obnovy tepla, je-li to možné (sekce 4.7.2) • minimalizaci emisí v souladu s níže uvedenými hodnotami emisí, pokud je to potřeba, zachycování odpadního plynu z pece (sekce 4.5.4.1) maximalizací zachycení odpadních plynů během celého pracovního cyklu a použití suchého odlučování tuhých částic Rotační pece pro tavení slitin hliníku Pro provoz rotačních pecí má BAT: • zavést opatření pro optimalizaci výtěžnosti pece, jak bylo projednáno v sekci 4.2.4.1 • shromažďovat spaliny blízko výpusti pece a odvádět je komínem, přitom vzít v úvahu níže uvedené hodnoty emisí spojené s BAT Typ nístějové pece pro tavení slitin hliníku a mědi Pro provoz nístějových pecí zahrnuje BAT následující: • sběr pecních spalin a jejich odvádění komínem, přitom vzít v úvahu níže uvedené hodnoty emisí spojené s BAT • zachycení unikajících a viditelných emisí; podle BAT jsou prvky pro unikající emise takové, jak bylo zmíněno výše (sekce 5.1); a použití zastřešení, jak bylo projednáno v sekci 4.5.6.1 Šachtová pec pro tavení slitin hliníku Pro provoz šachtových pecí zahrnuje BAT následující: • umožnění sběru plynů nad naklápěním pece a odvádění odtaženého plynu komínem, přitom je třeba vzít v úvahu níže uvedené hodnoty emisí spojené s BAT


320

Kapitola 5

Udržovací pec se sálavým víkem pro slitiny hliníku Pro provoz udržovacích pecí se sálavým víkem zahrnuje BAT následující: • řídí se prvky BAT pro unikající emise, jak je zmíněno výše (sekce 5.1), a používá zakrytí stříškou za podmínek uvedených v sekci 4.5.6.1 Tavení a udržování slitin hliníku, mědi, olova a zinku v kelímku Pro provoz kelímkových pecí zahrnuje BAT následující: • řídí se prvky BAT pro unikající emise, jak je zmíněno výše (sekce 5.1), a používá zakrytí stříškou za podmínek uvedených v sekci 4.5.6.1 Odplynění slitin hliníku BAT pro odplynění hliníku má: • použít mobilní, nebo stacionární jednotku s impelerem plynu Ar/Cl2, případně N2/Cl2 (sekce 4.2.8.1) Tavení slitin hořčíku Pro tavení slitin hořčíku zahrnuje BAT následující: • použít SO2 jako krycí plyn, nebo nahradit SF6 pomocí SO2 jako krycího plynu, ten se používá pro instalaci s ročním výstupem 500 tun a více (sekce 4.2.7.1) • pro menší slévárny použít SO2 jako krycí plyn nebo přijímat opatření k minimalizaci spotřeby SF6 a jeho emisí, jak bylo projednáno v sekci 4.2.7.1, v případě použití SF6 je hodnota spotřeby spojená s BAT 0,9 kg/t odlitků pro odlévání do forem z pískových směsí a 1,5 kg/t odlitků pro tlakové lití Hodnoty emisí spojené s BAT Následující emisní hodnoty jsou spojovány s výše uvedenými opatřeními BAT. Veškeré hodnoty emisí jsou uvedeny jako průměr v průběhu možného měřitelného období. Kdykoli bylo proveditelné průběžné sledování, byla použita denní průměrná hodnota. Emise unikající do vzduchu jsou založeny na standardních podmínkách, tj. 273 K, 101,3 kPa a suchý plyn. BAT AEL pro tuhé částice vznikající při tavení a zpracování neželezných kovů je 1–20 mg/Nm3. Dodatečné hodnoty pro tavení slitin hliníku jsou uvedeny v tab. 5.5. Faktor emisí spojený s BAT pro emise tuhých částic z tavení slitin hliníku činí 0,1–1 kg/t roztavené slitiny. Pro splnění emisních hodnot spojených s BAT je pravděpodobně nutné instalovat čisticí zařízení spalin, v tomto případě by BAT měly využít suché odlučování tuhých částic.


321

Kapitola 5

Typ pece Všeobecně Šachtová

Nístějová

Parametr Chlor SO2 NOx CO VOC SO2 NOx CO TOC

Hodnoty emisí (mg/Nm3) 3 30–50 120 150 100–150 15 50 5 5

Tabulka 5.5: Emise do ovzduší spojené s použitím BAT při tavení slitin hliníku

5.4.

Odlévání ztracené formy (formy pro jedno použití)

Odlévání ztracené formy zahrnuje formování, výrobu jader, odlévání, chlazení a vytřásání. Do toho se počítá výroba forem z bentonitového písku, a nebo forem z chemicky tvrzené směsi. Jádra jsou založena do forem a do složené formy je odlit roztavený kov. Odlitky před vytloukáním ztuhnou a zchladnou. Dostupná technologie a její účinek na životní prostředí při formování a odlévání jsou těsně propojeny. Prvky BAT budou představeny ve třech kategoriích: • formování do bentonitové směsi • formování do chemicky tvrzené směsi • lití/chladnutí/vytloukání. Formování do bentonitové směsi Příprava bentonitové směsi začíná mísením ostřiva (písku), jílového pojiva a přísad. To může být provedeno v atmosférických (nejobvyklejší situace), nebo vakuových mísičích (viz sekci 4.3.2.1). Obě metody jsou považovány za BAT. Dodatečnou podmínkou pro vakuové mísení je, že výkon mísiče musí být větší než 60 t/hod. Pro úpravu bentonitové směsi dále zahrnuje BAT následující: − uzavřít všechny jednotkové operace úpravy bentonitové směsi (vibrační síta, odprášení směsi, chlazení, operace mísení) a vyčistit odpadní plyny (sekce 4.5.8.1), přitom vzít v úvahu emisní hodnoty spojené s BAT, jak je uvedeno v tab. 5.6; jestliže to místní trh dovolí, zachycené tuhé částice jsou externě použity (sekce 4.8.13); sběr tuhých částic z vytloukání, dávkování a manipulace je recyklován do oběhu bentonitové směsi až do výše 50 % zachycené hmotnosti směsi (sekce 4.8.12) − použít primární regeneraci, jak bylo pojednáno v sekci 4.8.2; přidání nového ostřiva závisí na množství použitých jader a kompatibilitě jádrové směsi s formovací bentonitovou směsí, pro monosystémy bentonitové směsy lze dosáhnout stupně regenerace (hmotnost regenerované směsi/celkové hmotnosti směsi) 98 %; pro systémy s vyšším obsahem nekompatibilních jader jsou stupně regenerace 90–94 %. Chemicky tvrzené směsi pro výrobu forem a jader Používají se různé typy pojiv, které mají své specifické vlastnosti a svou použitelnost. Všechna pojiva jsou určena jako BAT, pokud se užívají podle projednaných opatření, která hlavně zahrnují proces kontroly k minimalizaci emisí (sekce 4.3.3.3, 4.3.3.4). Hodnoty emisí spojené s BAT jsou uvedeny níže (tabulka 5.6).


322

Kapitola 5

Pro přípravu chemicky tvrzených směsí dále zahrnuje BAT následující: − minimalizovat spotřeby pojiv, tvrdidel a ztráty směsi zavedením řízení procesu, tj. (ruční nebo automatické) kontrolu mísiče, jak bylo projednáno v sekci 4.3.3.1; pro výrobní série, které zahrnují časté změny výrobních parametrů s vysokou výkonností, by BAT mělo být použití elektronického uchování výrobních parametrů v paměti (sekce 4.3.3.2) − zachycení odpadních plynů z míst, kde jsou jádra vyráběna, kde je s nimi manipulováno a kde jsou skladována před expedicí − používat nátěry na bázi vody místo nátěrů na bázi alkoholu pro nátěry žárovzdornin, forem a jader ve slévárnách vyrábějících ve středních a velkých sériích Použití nátěrů na bázi alkoholu je BAT : • pro velké nebo složité formy a jádra • pro směsi pojené na bázi vodního skla • při lití hořčíkových slitin • při výrobě manganové oceli s nátěrem MgO. Jak nátěr na bázi vody, tak nátěr na bázi alkoholu jsou BAT v malých slévárnách a velkých zakázkových slévárnách (viz sekci 4.3.3.7). Zavedení nátěrů na vodní bázi v těchto dvou typech sléváren je podpořeno možností mikrovlnného vysoušení (sekce 4.3.3.6) a dalšími novými vysoušecími technologiemi, pro něž však nebyly předloženy žádné informace. Při použití nátěru na bázi alkoholu má BAT zajistit v místě nátěru odvedení výparů použitím pohyblivých nebo pevných krytů, přičemž v zakázkových slévárnách, ve kterých se formuje na zemi (podlaze), to nelze provést. Pro přípravu jádra tvrzeného aminem a pojeného uretanem (Hold-box) dále zahrnuje BAT následující: − zacházet s odvedeným plynem pro přípravu jádra Cold-box pomocí jedné z metod zmíněných v sekci 4.5.8.4, emise aminu lze udržovat pod 5 mg/Nm3 − regenerovat amin z odpadního čisticího destilátu Hold-boxu za předpokladu, že celkový objem dovoluje ekonomický provoz (sekce 4.6.5) − použití rozpouštědel jak na aromatické, tak na rostlinné bázi, obě metody jsou BAT (sekce 4.3.3.7) BAT má minimalizovat objem vratné směsi, která je určena k likvidaci a to tím, že se osvojí strategie regenerace nebo opětovného používání (sekce 4.8.13) chemicky tvrzených směsí (jako směsový vrat a monosystémová směs). V případě regenerace se používají následující podmínky: − monosměsi vytvrzované za studena (např. furanová směs) jsou regenerovány použitím jednoduchých mechanických postupů, jak je uvedeno v sekci 4.8.3, toto se používá u všech monosměsí vytvrzovaných za studena kromě směsi s vodním sklem, stupeň regenerace může být až 75–80 % − nevytvrzená jádra Hold-box a ST jádra jsou vytvrzena a rozbíjena ve specifické jednotce, která dovoluje minimální vnitřní recirkulaci 5–10 % jádrové směsi (sekce 4.8.11) − monosystémová směs s vodním sklem se regeneruje pomocí tepelné a pneumatické regenerace, může být dosažen stupeň regenerace 45–85 % (jako roční průměr) (sekce 4.8.10), mělo by se však minimalizovat použití pomalu reagujících esterů − monosměsi Cold-box, SO2, Hot-box, Croning a směsové směsi s organickými pojivy jsou regenerovány použitím jednoho z následujících postupů: mechanická regenerace za studena (např. obrušovací zařízení, dopadové odstředivé bubny, pneumatická regenerace), nebo tepelná regenerace (sekce 4.8.4, 4.8.5, 4.8.6, 4.8.7); celkový stupeň regenerace závisí na množství použitých jader, pro výrobu jader lze použít 40–100 % regenerátu písku, při výrobě forem lze užít 90–100 % regenerátu − smíchaná bentonitová směs a směs s organickým pojivem je regenerována použitím mechanicko-tepelně-mechanické regenerace (sekce 4.8.8.), broušením (sekce 4.8.4), nebo


323

Kapitola 5

− −

pneumatickým nárazem a třením (sekce 4.8.6); pro výrobu jader lze užít 40–100 % regenerátu, při výrobě forem 90–100 % regenerátu kvalita a složení regenerátu se sleduje regenerát je znovu využit pouze v kompatibilním systému směsi, nekompatibilní typy směsí jsou odděleny (sekce 4.8.1).

Alternativní metody formování (sekce 4.3.4) a anorganická pojiva (sekce 6.5) skýtají možnosti minimalizace dopadů formování a odlévání na životní prostředí. Pro sériovou výrobu malých a středně velkých odlitků (max. 1 000 1 000 500 mm) se složitou strukturou, kde je nezbytná výroba s velkým množstvím jader, je BAT vyrobit odlitek metodou Lost Foam, jak bylo pojednáno v sekci 4.3.4.1. Pro odlitky, které vyžadují vysokou kvalitu konečného povrchu u nízkouhlíkatých ocelí, jako jsou ultranízkouhlíkové nerezové oceli a slitiny založené na bázi niklu s konečnou váhou do 550 kg, má BAT použít proces keramické formy, jak bylo pojednáno v sekci 4.3.4.2. Lití, chladnutí a vytloukání Lití, chladnutí a vytloukání tvoří emise prachu, VOC a ostatní organické produkty, BAT má: − zakrytovat licí a chladicí tratě a zajistit odtah plynů u sériových licích linek (sekce 4.5.9.2.) − zakrytovat zařízení pro vytloukání a čistit odtah plynu použitím cyklonu kombinovaného s mokrým, nebo suchým odloučením znečištěných částic, jak bylo uvedeno v sekci 4.5.9.3; BAT spojená s hladinou emise tuhých částic je vyčíslena v tab. 5.6. Hodnoty emisí spojené s BAT Následující emisní hodnoty jsou spojovány s výše uvedenými opatřeními BAT. Veškeré hodnoty emisí jsou uvedeny jako průměr v průběhu možného měřitelného období. Kdykoli bylo proveditelné průběžné sledování, byla použita denní průměrná hodnota. Emise unikajíc do vzduchu jsou založeny na standardních podmínkách, tj. 273 K, 101,3 kPa a suchý plyn.

Zdroj emise

Parametr

Všeobecně Jaderna Regenerační jednotky

tuhé částice aminy SO2 NOx

Hodnoty emisí (mg/Nm3) 5–20 5 120 150

Tabulka 5.6: Emise do ovzduší spojené s použitím BAT pro formování a odlévání při použití metody ztracené formy(formy pro jedno použití)

5.5

Odlévání do trvalých forem

Odlévání do trvalých forem zahrnuje vstřikování, nebo nalití roztaveného kovu do kovové formy, respektive kokily. Forma je po ztuhnutí otevřena a odlitek je vyjmut pro dokončení. V omezeném rozsahu se při gravitačním a nízkotlakém lití používají jádra z chemicky tvrzených směsí. Formy pro tlakové lití vyžadují nátěr a chlazení, aby bylo zajištěno správné tuhnutí a uvolnění odlitku. Pro tyto účely se na kokilu nastříkává separační prostředek a chladicí voda. BAT pro přípravu trvalých forem zahrnuje následující: − minimalizuje spotřebu uvolňovacího prostředku a spotřebu vody pro formy vysokotlakého lití zavedením jednoho nebo více opatření projednaných v sekci 4.3.5.1, což zabraňuje tvoření mlhy, pokud preventivní opatření nedovolují dosažení emisních hodnot pro organické látky spojených s BAT, jak je definováno v tab. 5.7; je třeba použít zakrytí a elektrostatické čištění, jak je projednáno v sekci 4.5.8.7 − sběr povrchové vody do okruhu odpadní vody pro další úpravu


324

Kapitola 5

−

sběr úniků kapaliny z hydraulických systémů do okruhu odpadní vody pro další úpravu užitím odlučovače oleje (sekce 4.6.4) a destilace, odpařováním ve vakuu, nebo biologickým odbouráním, jak bylo projednáno v sekci 4.6.6.

BAT pro přípravu chemicky tvrzených jádrových směsí je analogický k prvkům, které jsou uvedené v sekci 5.4. Protože se tvoří menší množství odpadní směsi, BAT pro vytloukání a použitou směs jsou odlišné. BAT pro řízení použitého písku ve slévárnách s trvalými formami má: − zakrytované zařízení k vytloukání jader a vyčistění odsátého plynu, v cykloně použít mokrého, nebo suchého odlučovače, jak bylo projednáno v sekci 4.5.9.3, přitom vzít v úvahu emisní hodnoty spojené s BAT, uvedené v tab. 5.7 − jestliže existuje místní trh, dodat na něj použitou jádrovou směs po vytloukání jader k jinému užití (sekce 4.8.13). Hodnoty emisí spojené s BAT Následující emisní hodnoty jsou spojovány s výše uvedenými opatřeními BAT. Veškeré uvedené hodnoty emisí jsou uvedeny jako průměr v průběhu možného měřitelného období. Kdykoli bylo provedeno průběžné sledování, je použita denní průměrná hodnota. Emise do ovzduší jsou založeny na standardních podmínkách, tj. 273 K, 101,3 kPa a suchý plyn.

Parametr Tuhé částice Olejová mlha měřená jako celkový C

Hodnoty emise (mg/Nm3) 5–20 5–10

Tabulka 5.7: Emise do ovzduší spojené s použitím BAT pro odlévání do trvalých kovových forem .


325

Kapitola 6

6

POSTUPY, KTERÉ SE PRO SLÉVÁRNY VYVÍJEJÍ

6.1

Použití levných spalitelných materiálů v kuplovně

Popis Aby se snížila spotřeba vysoce kvalitního koksu, byl vyvinut postup, který umožňuje využít jako palivo pevný odpad vysoké kalorické hodnoty a koks o nízké jakosti. Zvláštní typ kuplovny s názvem FAR byl vyvinut v Brazílii. Dovoluje tavení konvenční vsázky použitím pneumatik a kusů plastu (drcený odpad z automobilového průmyslu, pazdeří apod.) smíchaných s koksem horší kvality. Konstrukce kuplovny je oproti konvenční kuplovně zcela odlišná. Pouze kovová vsázka se dávkuje shora. Pevné palivo je dodáváno z boku, takže se dostane velice rychle do tavicího pásma. Zde se štěpí a spalují uhlovodíky. Alternativní injekční systém dovoluje přidat pazdeří nebo prach dmyšnami, případně použitím specifických injektorů. Dosažené přínosy pro životní prostředí Sníží se spotřeba koksu, který je nahrazen pevným odpadem (pneumatiky, drcený automobilový odpad, pazdeří), který je obtížně zpracovatelný v konvenčních systémech spalování. Provozní údaje Pro kuplovnu FAR byly zjištěny nejlepší výsledky použitím 35 % pazdeří a 65 % koksu. Tento postup byly vyvinut v pilotním měřítku. Účinky na ostatní média Použití alternativních paliv způsobí změnu složení kouřových plynů. Vznikne vyšší množství tuhých částic k likvidaci, k možnému vyššímu obsahu polutantů a zvýšenému riziku vzniku dioxinů, PAH a těžkých kovů. Tepelná účinnost se sníží. Použitelnost Použití této speciální kuplovny je možné pouze u nových instalací. Injekční systémy pro pevné palivo, nebo palivo, které sestává z jemných tuhých částic, se mohou použít u existujících kuploven. Ekonomika Protože byl projekt vyvinut pouze v pilotním měřítku, nejsou pro průmyslové použití k dispozici žádné ekonomické údaje. Důvody pro použití Sníží se náklady na palivo a slévárna se integruje do politiky řízení odpadů. Odkazy na literaturu [140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001]

6.2

Recyklace zachycených tuhých částic obsahujících kov (železné kovy)

Popis Tuhé částice nesoucí kov lze aglomerovat buď použitím pojiva (nejčastěji cementu), nebo smísením s třískami z mechanického obrábění, má-li slévárna obrobnu. V takovém případě mohou aglomeráty také obsahovat břečku s obsahem kovu. Tyto aglomeráty budou smíchány se vsázkou v indukční peci a roztaveny. Výtěžnost kovu může být větší než 90 %, zbytek tuhých částic přechází do strusky. Na trhu existují vhodné aglomerační stroje.


326

Kapitola 6

Dosažené přínosy pro životní prostředí Množství odpadu, který je určen k likvidaci pro půdní skrývky a výplně, se sníží stejně jako potřeba nákupu kovových materiálů. Minerální část směsi tuhých částic s kovem se neroztaví a přejde do strusky. Je to přeměněna do méně nebezpečné formy odpadu. Provozní údaje Provozní údaje nejsou v současné době k dispozici. Účinky na ostatní média Může se stát, že vytvořená struska způsobí zvýšené opotřebení vyzdívky. Také spotřeba energie se při tavení mírně zvýší. Ve slévárnách oceli je riziko nauhličení. Použitelnost Postup se používá při tavení litiny a oceli v indukčních pecích v nových a existujících slévárnách. Ekonomika Při současném stavu vývoje nejsou k dispozici žádné ekonomické údaje. Protože už existuje první odhad pro jednu slévárnu s obrobnou, byla kalkulována doba návratnosti mezi dvěma až čtyřmi lety. Důvody pro použití Hlavní určující silou pro implementaci může být to, že tuhé částice mohou být v neroztaveném stavu v některých případech klasifikovány jako nebezpečný odpad. To by znamenalo pro slévárny velmi vysoké náklady na jeho likvidaci. Příklady závodů Nejsou známy. Odkazy na literaturu Postup se v EU vyvíjí, FP5 Growth project BRICKETS „Metal by-product Recovery in Induction Furnaces – Commercial, Environmental and Technical Solutions“, číslo smlouvy G1RD-CT-200100482. Projekt byl ukončen na jaře 2004. [140, EU Thematic Network Foundry Wastes, 2001] [202,TWG, 2002]

6.3

Obnova aminu z odpadního plynu výroby jader prostupováním plynu

V pilotním závodě byl recyklován amin z odtahu vzduchu jaderny jímáním do kapaliny. Složení odsátého plynu bylo následující: • 80–90 % aminu (DMIA) • 10–20 % rozpouštědla • 0 % vody. Po několika zkušebních sériích byl recyklovaný amin použit pro výrobu jader pro brzdové kotouče. Bylo zjištěno, že mezi těmito jádry a jádry, která jsou vyrobena standardním komerčním DMIA, nebyl žádný rozdíl. Zkušební jádra byla založena do formy a forma byla odlita za normálních výrobních podmínek. Dokončený brzdový kotouč byl zkoušen obvyklými technickými testy. Všechny výsledky měly povolenou toleranci. To ukázalo, že recyklovaný DMIA lze použít za normálních provozních podmínek. Po další optimalizaci závodu lze dosáhnout ekonomické účinnosti.


327

Kapitola 6

6.4

Oddělený nástřik separačního prostředku a vody u tlakového lití slitin hliníku

Popis U tlakového lití slitin hliníku jsou trvalé formy před litím chlazeny a nastříkány separačním prostředkem, aby se zabránilo přilnutí odlitku k formě. Obvyklý způsob použití separačního prostředku je takový, že směs separátoru a vody je aplikována na teplou formu současně lineárně sestavenými tryskami. Část vody se odpaří, přičemž chladí formu a zanechá separátor na místě, zatímco další část tekutiny z formy odkape a odpaří se, což vede ke ztrátě separátoru i vody. Odpařování může rovněž způsobit tvorbu lehké mlhy (viz sekce 4.5.8.7). U alternativního postupu je voda i separátor aplikován odděleně. Za tímto účelem byla k postřikovací hlavici připojena řada trysek pro oddělené nanášení obou složek. Tyto trysky mohou být řízeny samostatně přes počítač (viz obr. 6.1).

Obr. 6.1: Rozprašovací hlavice s oddělenými tryskami pro nanášení vody a separátoru Jako první je na formu nastříkávána voda, která ji ochladí o zhruba 20 °C, následuje nástřik separátoru. Předběžné chlazení způsobuje nižší míru odpařování separátoru a zlepšuje jeho přilnavost k formě. To snižuje spotřebu separátoru o zhruba 25 %. Termografická měření dokázala, že tato technika chladí formy intenzivněji a rovnoměrněji. Testy prokázaly, že nedochází k žádnému úniku separátoru, který by jinak musel být zachytáván a zlikvidován. Separátor je nanášen pouze na ty části formy, které přijdou do styku s roztaveným hliníkem. To může snížit spotřebu separátoru o dalších 30 %. Použitím řízení trysek pro nanášení separátoru pomocí počítače se dosáhlo toho, že dříve užívaná řada trysek pro stlačený vzduch se stala nadbytečnou. Tyto trysky byly využity pro postřik formy separátorem. Výhodou pro malé série a časté změny forem je to, že program nástřiku může být uchován v počítači, a proto jej lze po změně formy pohotově reprodukovat. Dosažené přínosy pro životní prostředí Použitím odděleného nástřiku vody a separátoru může být spotřeba separátoru snížena o 25 %. Oddělené řízení trysek umožňuje dosáhnout dalších úspor, a to až o 30 % v závislosti na geometrii odlitku, protože separátor je nanášen pouze na ty části formy, které přijdou do styku s odlitkem. Spotřeba vody může být snížena o zhruba 15 %. Nedochází k žádným ztrátám vody nebo separátoru, které by musely být likvidovány. V souvislosti s odpařováním separátoru se nevytvářejí žádné emise plynu.


328

Kapitola 6

Účinek na ostatní média Není žádný. Neočekává se žádný nárůst nákladů na energii. Použitelnost Předchozí testy byly provedeny u tlakového lití slitin hliníku. Tato technika může být použita i u tlakového lití slitin zinku a u vstřikového lití plastů. Úpravy jsou nutné tehdy, pokud je rozprašovací hlavice použita při vyšších teplotách. To ještě nebylo testováno. Ekonomika Ekonomické výhody vyplývají ze značných úspor separátoru a vody a z vyloučení nákladů na likvidaci jejich odpadů. Další výhody pramení z významné úspory času, které je dosaženo při změně formy díky tomu, že program nástřiku může být uchován a znovu spuštěn. Investiční náklady na tuto technologii jsou vyšší než pro obvyklý postup. Mezi pozitiva je však nutno počítat skutečnost, že různé formy mohou být nastříkávány samostatně při použití stejné rozprašovací hlavice. Důvody pro použití Značné jsou úspory separátoru a vody. Nenastává únik směsi separátor-voda, kterou je nutno shromažďovat. Je třeba jen krátké doby požadované pro přípravu a přizpůsobení stroje pro další vyráběný odlitek. Vysoká reprodukovatelnost výsledků zajišťuje trvalou kvalitu. Příklady závodů Rozprašovací hlavice jsou vyráběny a prodávány jedním německým výrobcem od konce roku 2003. Ten již obdržel poptávky z průmyslu. Začátek průmyslového využití je očekáván na konci roku 2003. Odkazy na literaturu [234, Anders, 2003]

6.5

Anorganická pojiva pro výrobu jader

Popis Aby se snížila spotřeba organických pojiv, která způsobují emise a zápach ve slévárnách (může to vést ke stížnostem sousedů), byla vyvinuta odlišná složení anorganických materiálů při výrobě jader u tlakového lití slitin hliníku; ta již byla použita v sériové výrobě sacího potrubí pro motory automobilů. Jádra jsou vyráběna s užitím pojiva, které obsahuje síran hořečnatý anebo polyfosfát. Anorganická pojiva v podstatě obsahují směs soli a vody a rovněž malou část přísad (např. keramika), aby se zabránilo ulpívání směsi na odlitku. Poměr pojiva k množství ostřiva je váhově 3 až 8 %. Zhruba polovinu tohoto množství tvoří rozpouštědlo a krystalová voda. Aby se dosáhlo krátkých dob sušení (10 až 20 s), je předehřátá směs (60–80 C) vstřelována do předehřátých jaderníků na vystřelovacích strojích (120–140 C), ve kterých se rozpouštědlo a krystalová voda vypaří, a směs je propláchnuta proudem vzduchu. Anorganické keramické jádro pak má teplotní stabilitu vyšší než 1 000 C a udrží si vysokou pevnost. Pokud jádro přijde přímo do kontaktu s vodou, rozpadne se během několika sekund. Mísení a vstřelování teplé směsi je patentovaný způsob vstřelování jader. Po odlití může být odstranění jádra provedeno mokrým, nebo suchým způsobem. Při suchém odstranění jádra jsou hrudky písku rozmělněny na velikost zrna, část pojiva v křemenném ostřivu zůstává do značné míry neporušena. Pokud už je jádrová směs jednou použita, lze do ní přidat pouze 5 % původně užívaného množství pojiva.


329

Kapitola 6

Při mokrém odstranění jádra jsou odlitky prudce ochlazeny ve vodě, což může způsobit požadované zlepšení mikrostruktury a dále způsobuje úplné rozpuštění pojiva. Rozdílné tekutosti směsi vyžadují revizi jaderníků a odvětrávacích otvorů před realizací této technologie ve stávajícím závodě. V etapě sušení musí veškerá vlhkost z jádra být odstraněna, což může omezovat rozměry jádra. Dosažené přínosy pro životní prostředí Narozdíl od postupu Hold-box, který vyvolává nárůst emisí organických sloučenin, jako jsou aminy, zplodiny pyrolýzy a dým, tato technologie nepředstavuje žádné emise z pojiv ani v průběhu vstřelování jádra, ani v průběhu lití. Odstraňováním zbytků směsi nevzniká žádný odpad a není potřeba nákladné regenerace směsi. Množství směsi, které má být nahrazeno, je velmi malé. Keramické přísady obsažené v pojivu nevyžadují nátěr jádra. Pokud je pro odstranění jádra použita suchá technologie, veškeré pojivo obsažené ve směsi může být znovu použito. Provozní údaje Tekutost směsi pojivo-ostřivo je dostatečná, aby bylo možné vyrobit složité tvary, jako např. jádro vodního pláště hlavy motoru. Pevnost testovacích jader byla 250–300 N/cm3. Pevnost směsi může být přizpůsobena požadavkům na jádro přidáním většího množství pojiva. Protože se v průběhu odlévání netvoří žádné plyny, nevznikají problémy s propustností plynu. Pojivo proto umožňuje použití velmi jemného písku, který podstatně zlepšuje jakost povrchu (např. drsnost odlitku). Jelikož je stupeň regenerace vysoký, je ekonomicky schůdné použít dokonce dražší alternativní syntetické keramické ostřivo, nebo např. zirkonové ostřivo. Účinky na ostatní média Protože z pojiva nevznikají žádné emise, není zde potřeba zachycovat a čistit odpadní plyn. Zahřívání směsi pojivo-ostřivo a předehřívání jaderníků na vstřelování jader způsobují zvýšení nákladů na energii ve srovnání s jinými technologiemi výroby jader. Použitelnost Tuto technologii je možno použít pro výrobu jader u tlakového lití hliníku v nových provozech a ve stávajících provozech po úpravě vstřelovacích strojů. Další rozvoj je zaměřen na přizpůsobení pojiva pro použití při odlévání litiny i jako formovacího materiálu. Ekonomika I přes potřebu zahřívání jaderníků pro vstřelování jader vede tato technologie k celkovým úsporám nákladů na výrobu jader, mezi jiným také k nižší spotřebě nového ostřiva; rovněž není nutná nákladná tepelná regenerace nebo likvidace směsi. Úspory mohou také vzniknout recyklováním pojiva. Značného snížení nákladů je dosaženo tím, že nejsou zapotřebí systémy úpravy odpadního plynu k odstranění organických sloučenin, jako jsou aminy a zplodiny pyrolýzy, které mohou vzniknout v průběhu vstřelování jader a lití, pokud jsou použita organická pojiva. Podle hrubých odhadů snižuje tato technologie náklady na výrobu jader o 30 až 50 % v porovnáním s postupem Hold-box. Určující síla pro implementaci Značně se sníží náklady. Omezí se problémy se zápachem a organickými emisemi. Příklady závodů Slévárna VW AG, Hannover, Německo.


330

Kapitola 6

Odkazy na literaturua [235, Bischoff, 2003]


331

Kapitola 7

7

ZÁVĚREČNÉ POZNÁMKY

7.1

Časové rozvržení práce

První plenární schůze TWG se uskutečnila v dubnu roku 1999, avšak krátce poté byl projekt odložen do ledna 2000 pro změnu vedoucího odborníka v EIPPCB. Práce znovu začala v listopadu 2001, druhá plenární schůze TWG byla uspořádána v lednu roku 2002 k přezkoumání stavu práce a závěrů první schůze, přičemž byly vzaty v úvahu nové možné vývoje v tomto odvětví. První koncept BREF byl pak zaslán z TWG konzultantům v listopadu 2002. Připomínky byly posouzeny a začleněny do spisu a druhý koncept včetně návrhů pro závěry BAT byl odeslán v květnu 2003. Poslední plenární schůze TWG se konala v říjnu 2003. Po poslední schůzi proběhla krátká konzultace závěrečných poznámek a souhrnných kapitol, než byl vyhotoven konečný spis.

7.2

Zdroje informací

Mnoho dokladů bylo zasláno výzkumnými centry, odborníky a zástupci průmyslu jako základ informací pro tento spis. Podklady BAT z Belgie [110, Vito, 2001] a z průmyslu [32, CAEF, 1997] mohou být považovány za základní kameny. Tyto byly použity jako východisko při psaní kapitoly o technologiích, které měly být zvažovány při určení BAT (kapitola 4). Byly doplněny doklady BAT a průvodci správnou environmentální praxí ze Spojeného království, Španělska, Dánska a Nizozemska. Cenné informace o určitých technologiích a jejich provedení v závodech byly dodány ze strany Německa. Během celého projektu probíhala dobrá a otevřená komunikace se slévárenskými odborníky z výzkumných středisek a společností ve Francii, Německu, Španělsku, Spojeném království, Finsku, Belgii, Itálii, Švédsku a Portugalsku. Návštěvy pracovišť byly uskutečněny v Německu, Francii, Španělsku, Belgii a Polsku. Série konzultací zajistily od slévárenských techniků určitou odezvu, poznámky na použitelnost a provedení některých technologií a doplňkové provozní údaje. Po celou dobu projektu byla zvláštní pozornost věnována účasti zemí vstupujících do EU, které mají významný slévárenský průmysl. To vedlo k aktivní účasti Polska, České republiky a Maďarska zejména při výměně informací. Aby se získal lepší přehled o tom, jaké informace byly dostupné o emisích a odstranění dioxinu, zorganizovala delegace průmyslu v září roku 2003 mimořádný seminář. Tohoto semináře se zúčastnilo přes 30 lidí – jak členů TWG, tak odborníků z průmyslu. Seminář poskytl dodatečné provozní údaje a užitečné technické informace. Většina spisů, které vznikly z výměny informací, se týkala sléváren slitin železných kovů. Postupy sléváren slitin neželezných kovů byly v průběhu výměny informací reprezentovány nedostatečně. Nicméně i zde probíhala dobrá komunikace s několika slévárenskými odborníky, ačkoli se nezúčastnili plenárních schůzí TWG. Cenné informace byly shromážděny v průběhu návštěvy provozů ve slévárnách neželezných kovů v Německu, Francii a Belgii. International Magnesium Association poskytla užitečné informace o krycích plynech pro tavení slitin hořčíku. Kvalita údajů tohoto spisu vykazuje určitou nerovnováhu například v tom, že hodnoty spotřeby a emisí zmíněné v kapitole 3 a 4 se mění – od přehledových údajů pro odvětví v celé zemi přes údaje, které pokrývají několik vzorových závodů až ke specifickým údajům z jednotlivých závodů. Údaje o emisích pro slitiny neželezných kovů jsou převážně založeny na jednotlivých instalacích. Pro tavení mědi, zinku a jejich slitin byly dodány pouze emisní faktory (udány v kg/t kovu nebo kg/t odlitku). Pro tavení slitin hořčíku a olova nebyly poskytnuty žádné údaje o hodnotách spotřeby a emisí. Co se týče tavení slitin hliníku, nebyly dodány žádné údaje pro indukční, rotační nebo kelímkové pece. Pokud byly údaje k dispozici, jsou uvedeny v kapitole 3. Nebyl zde však jasný vzájemný vztah mezi zmíněnými emisními faktory a použitými technologiemi. Proto závěry BAT se souvisejícími emisními hodnotami nebylo možné uvést pro tavení jiných slitin neželezných kovů než pro slitiny hliníku.


332

Kapitola 7

BREF obsahuje informace o technologiích prevence a úpravy odpadních vod. Nebyly však dodány žádné údaje týkající se hodnot emisí, které jsou spojeny s těmito technologiemi. Nebyly poskytnuty ani žádné provozní údaje o kvalitě odpadních vod v souvislosti s použitou úpravou. Z tohoto důvodu nebylo možné určit emisní hodnoty spojené s BAT pro odpadní vody. Nebyly poskytnuty žádné informace, které se týkají technologií na snížení emisí VOC. Nedostatek informací o technologiích na snížení emisí a spojených hodnotách emisí znemožnil formulovat závěry BAT. Technologie pro snížení emisí VOC v souvislosti s nátěrovými postupy (v případě použití na jádra a formy) lze najít v BREF u „Povrchových úprav s použitím rozpouštědla“. V diskuzi o opětovném použití jemných tuhých částic a usazenin nebyly poskytnuty žádné informace o technologiích úpravy a opětovného použití zachycených tuhých částic z tavení v indukčních pecích, strusky z tavení slitin hliníku, tuhých částic z vyzdívky pece, brusiva, nebo zachycení tuhých částic tryskáním, přestože je možné opětovné použití většiny těchto materiálů v druhotné kovovýrobě. Přehledy právních předpisů byly zaslány dvěma členskými státy, ale tyto nejsou nutně charakteristické pro celou Evropskou unii. Informace o příslušné legislativě v těchto dvou členských státech lze nalézt na následujících internetových adresách: - Rakousko: http://www.ris.bka.gv.at - Německo: http://www.bmu.de/de/txt/download/b_taluft/

7.3

Stupeň dosažené shody

Závěry práce byly odsouhlaseny na závěrečné plenární schůzi v říjnu roku 2003 a dosáhlo se vysokého stupně shody. Zástupci průmyslu vyjádřili znepokojení v záležitosti dioxinů, jak je detailně vyjádřeno v sekci 5.2. Kromě tohoto znepokojení byly veškeré závěry BAT plně odsouhlaseny, jak je vyloženo v tomto dokumentu. Hlavní otázky diskuze na závěrečném setkání se týkaly technologií zachycování a úpravy odpadních plynů, minimalizace uniklých emisí, snížení hluku, úlohy ohledu na životní prostředí v technických volbách a emisních hodnot spojených s BAT. U některých postupů, především v oblasti tavení neželezných kovů a jejich slitin, nebyly informace kompletní, a proto nemohly být odsouhlaseny žádné BAT AEL. Na setkání proběhla jen krátká diskuze o technologiích, které jsou charakteristické pro slévárny neželezných kovů a jejich slitin, částečně kvůli nepřítomnosti odborníků z této oblasti. Otázka, zda ohleduplnost k životnímu prostředí hraje určující roli v základním výběru tavicí pece a způsobu formování, jak je vyjádřeno ve čtvrté kapitole tohoto spisu, byla pečlivě zvážena. Došlo se k názoru, že tyto volby jsou komplikované a měly by být založeny na technických důvodech a ohledech na trh, problematiku je nutno řešit jednotlivě. Proto tato záležitost nebyla zvolena jako BAT. Diskuze o zpracování odpadních plynů skončila přijetím stanoviska, že pro většinu operací ve slévárnách slitin železných kovů jsou jak suché systémy, tak dobře provedené mokré systémy BAT. Spojené emisní hodnoty byly založeny na informacích dostupných v dokumentu. Co se týče snížení uniklých emisí a hluku, proběhla diskuze o prezentaci těchto témat, detaily jsou uvedeny v kapitole 4 a 5. Všeobecně byl přijat názor nestanovovat určitou hladinu hluku, která by mohla být spojena s BAT.

7.4

Doporučení pro budoucí práci

Výměna informací a výsledek této výměny, tj. tento dokument, představuje důležitý krok vpřed v dosahování integrované prevence a kontroly znečištění ze slévárenství. U několika témat však informace nejsou kompletní, proto nemohly být vytvořeny závěry BAT. Nejdůležitější otázky byly představeny v sekci 7.2. Budoucí práce by mohly být užitečně zaměřeny na sběr následujících informací:


333

Kapitola 7

•

•

•

•

7.5

technologie pro snížení VOC - emise VOC vznikají tepelným rozkladem pojiv při odlévání, při natírání jader a forem a při tavení znečištěného šrotu; jsou klíčovou otázkou tohoto odvětví ve vztahu k životnímu prostředí; ve slévárnách se typicky týkají velkoobjemových, nízkoúrovňových toků/znečištění, které představují významnou zátěž pro životní prostředí a mohou způsobit vznik zápachu; je třeba získat informace o technologiích vhodného zachycení a úpravě těchto toků spolu se souvisejícími údaji o emisích a ekonomickými údaji; prevence emisí VOC použitím alternativních pojivových a nátěrových materiálů si rovněž zasluhuje další studium, údaje by měly být shromažďovány a ohlašovány z použití těchto technologií v provozní praxi úprava odpadních vod - v tomto dokumentu je úprava odpadních vod představena všeobecným popisným způsobem, provozní údaje jsou vlastně uvedeny pouze u jednoho vzorového závodu; základ pro diskuzi by měl být rozšířen pomocí výměny informací o výkonech široké řady čistíren odpadních vod, které by tak poskytly další provozní údaje; vzhledem k výběru mokrého čištění jako součásti BAT by měly být získávány informace o souvisejících úpravách odpadních vod a o hodnotách emisí do povrchových a odpadních vod tavení neželezných kovů a jejich slitin - diskuze o tavení neželezných kovů je založena na tavení čistých ingotů a čistého vnitřního vratného materiálu; z tohoto důvodu jsou předpokládány nízké hodnoty emisí; je potřeba získat kompletnější informace jak o řízených, tak o uniklých emisích (např. kovu, organických látek) z tavení neželezných kovů ve slévárnách založených na provozní praxi a vyjádřených jako emisní hodnoty (množství/objem spalin) i jako hmotnostní průtok (množství/vyrobený kov nebo odlitky) ekonomické údaje - pro mnoho technologií představených v kapitole 4 je zde nedostatek ekonomických informací, ty je potřeba shromažďovat zástupci průmyslu a členskými státy z probíhajících projektů a současně se zabývat realizací představených technologií.

Navržená témata pro budoucí projekty výzkumu a vývoje

Výměna informací také odhalila některé oblasti, kde by mohly být z projektů výzkumu a vývoje dodatečně získány užitečné poznatky. To se týká následujících témat: • monitorování a snížení hladiny dioxinu - aby bylo možno plně realizovat prvotní měření pro prevenci dioxinu, je zapotřebí lépe porozumět podílu parametrů procesu na tvorbu dioxinu, což vyžaduje monitorování emisí dioxinu pro různé instalace a za rozdílných podmínek, navíc je třeba zkoumat použití a účinnost sekundárních opatření ve slévárenství; sekundární opatření (např. vstřikování přísad, katalytické filtry) byla realizována v jiných odvětvích (např. při výrobě oceli, spalování odpadu, výroba neželezných kovů), ale je zde málo zkušeností s jejich provedením a možnými provozními problémy, které mohou nastat při použití ve slévárnách • emise rtuti - emise kovů mají do značné míry souvislost s jemnými tuhými částicemi, minimalizace emisí tuhých částic, jak je uvedeno v BREF, bude také minimalizovat emise kovu; to platí pro veškeré kovy týkající se tohoto odvětví kromě rtuti, ojediněle může pro kovy těkavost rtuti způsobit plynné emise, které s prachem nemají souvislost; vzhledem k provádění evropské politiky, která se týká emisí rtuti, je potřeba provést výzkum emisí rtuti z tavicích postupů obecně a konkrétněji především ze sléváren (neželezných kovů) • hořáky vzduch-plyn a jejich použití v kuplovnách - použití hořáků vzduch-plyn v kuplovnách je popsáno v sekci 4.2.1.10; technologie vykazuje určité přínosy pro životní prostředí, obtíže, na které se naráží při realizaci této technologie, však omezují její rozšíření; TWG oznámil, že byla vypracována nová použití jako výsledek probíhajícího výzkumu; je zde prostor pro další výzkum a vývoj, aby tato technologie byla přivedena do takového vývojového stupně, který dovoluje její další realizace.


334

Odkazy

8

ODKAZY

2

Hoffmeister, J.; Reichardt, N. and Alwast, H. (1997). "NE-Metallindustrie -Betreiberleitfaden für Anlagen zum Gießen in verlorenen Formen - Sandgußverfahren",Ministerium Umwelt, Raumordnung u. Landwirtschaft NRW.

9

Schneider, B. (1993). "Verwertung von Gießereialtsanden durch thermisch-mechanische Aufbereitung in einer zentralen Anlage", Umweltbundesamt, 30 441-5/9.

11

Schachtner, J. and Müller-Späth, G. (1993). "Demonstrationsanlage zur thermischen Altsandregenerierung mit Komponententrennung für Quarz- und Chromerzsand (Demonstration Plant for Thermical Regeneration of Used Sand with Components Separation of Silica and Chromite Sand - Final Report 9010)", Umweltbundesamt,UBA3 0 441-2/4.

15

Gwiasda, F. (1984). "Erfassung und Reinigung von Abgasen bei der Kernfertigung einer Gießerei", Umweltbundesamt.

16

Gerber, E. and Gwiasda, F. (1981). "Erfassung und Reinigung von Abgasen an Ausschlagrosten einer Gießerei", Umweltbundesamt.

17

Strauß, D. (1983). "Emissionsminderung druch Umbau einer Kupolofenanlage (Reduction of Emissions by Reconstruction of Cupola Furnace Melting Plant – Final Report 1018)", Umweltbundesamt.

18

Rademacher, H. (1993). "Errichtung und Betrieb einer Absaugung der InduktionsofenSchmelzerei und Nebenbetriebe (Establishment and Operation of Exhausting the Induction Furnaces Melting Equipment and its Sub-Plants – Final Report 1107",Umweltbundesamt, 50 441-5/168.

20

Gapp, H. (1998). "Reduzierung des Gehaltes an Benzol in den Abgasen von Gießund Kühlstrecken durch den Einsatz eines Bio Filters (Reduction of the Benzene).

36

Winterhalter, J.; Mauersberger, G.; Bars, P. and Toussaint, D. (1992). "Vermeidung von Abfällen durch abfallarme Produktionsverfahren – Gießereialtsande aus Nichteisenmetallgießereien", Abfallberatungsagentur (ABAG).

37

Winterhalter, J.; Mauersberger, G.; Bars, P. and Toussaint, D. (1992). "Vermeidung von Abfällen durch abfallarme Produktionsverfahren – Gießereialtsande aus Eisen-, Stahl-und Tempergießereien", Abfallberatungsagentur (ABAG).

42

US EPA (1998). "EPA Office of Compliance Sector Notebook Project: Profile of the Metal Casting Industry", U.S. EPA, EPA/310-R-97-004.

43

Batz, R. (1996). "Dioxin- und Furanemissionen aus Schmelzanlagen in Eisen-, Temper-und Stahlgießereien", Umweltbundesamt, 0722 186X.

44

ETSU (1993). "Cupola Melting of Cast Iron in Iron Foundries (Good Practice – Guide 58)", Energy Efficiency Office – Department of the Environment.

45

ETSU (1990). "Achieving High Yields in Iron Foundries (Good Practice – Guide 17)", Energy Efficiency Office - Department of the Environment.

46

ETSU (1995). "Energy Saving in Foundry Services (Good Practice - Guide 166)", Energy Efficiency Office - Department of the Environment.


335

Odkazy

47

ETSU (1992). "Guidance Notes for the Efficient Operation of Coreless Induction Furnaces (Good Practice - Guide 50)", Energy Efficiency Office - Department of the Environment.

48

ETSU (1994). "Improving Metal Utilisation in Aluminium Foundries (Good Practice - Guide 142)", Energy Efficiency Office - Department of the Environment.

55

ETSU (1993). "Electric Holding of Hot Metal in Iron Foundries", Energy Efficiency Office Department of the Environment.

64

ETSU (1997). "Non-Ferrous Foundries (second edition)", Energy Efficiency Office Department of the Environment.

70

ETSU (1998). "Optimising Sand Use in Foundries", Energy Efficiency Office - Department of the Environment.

71

ETSU (1998). "Cost-Effective Management of Chemical Binders in Foundries (GG104)", Energy Efficiency Office - Department of the Environment.

72

ETSU (1995). "Chemically Bonded Sand: Use and Reclamation (EG4)", Energy Efficiency Office - Department of the Environment.

73

ETSU (1995). "Foundry Greensand: Use and Reclamation (EG 5 Guide)", Energy Efficiency Office - Department of the Environment.

75

ETSU (1996). "Improved Process Control Reduces Mould Losses", Energy Efficiency Office Department of the Environment.

77

ETSU (1996). "Environmental Management Systems in Foundries (GG 43 Guide)", Energy Efficiency Office - Department of the Environment.

80

ERM Lahmeyer International GmbH (1999). "Aufkommen und Entsorgung Gießereialtsanden (Amount of Waste Foundry Sand and Disposal)",Umweltbundesamt.

82

IfG - Institut für Gießereitechnik (1996). "Untersuchung von Eisen- und NE-Metallgießereien Branchengutachten", Ministerium Baden Württemberg, 0941-780 X.

96

Spillner, A. (1997). "Vermeidung von Kernsanden und Aminabfällen durch den Einsatz des Lost-foam-Verfahrens im Leichtmetall-Serienguß", Abfallberatungsagentur (ABAG).

103

Vereniging van Nederlandse Gemeenten (1998). "Werkboek milieumaatregelen Metaal - en Elektrotechnische Industre", VNG Uitgeverij.

108

FEAF (1999). "Fundición de Metales Ferrosos", Fundación Entorno Empresa y Medio Ambiente.

110 112

Vito (2001). "Beste Beschikbare Technieken voor de Gieterijen", Vito, ISBN 90 3820312 8. Salminen, S. and Salmi, J. (1999). "The Biological Air Purification Syst. Purifyin, Odours Produced in a Foundry Process", Vapo Oy Biotech.

122

Kirst, J. (1999). "Regenerierung von Kernformstoffen und Formstoffen",Umweltbundesamt, UBA III 2.2-50441-14/7.

126

Teknologisk (2000). "A Survey of the Pollution and Environmental Conditions in the Foundry Industry", Danish Technological Institute.


von

336

Odkazy

128

IHOBE (1998). "Arenas de Moldeo en Fundiciones Ferreas", Gobierno Vasco.

129

infoMil (1999). "Reductie van de uitstoot van isopropylalcohol door ijzergieterijen", infoMil.

130

de Wilde, J. M. and ten Houten, M. R. (1999). "LCA van drie gietsystemen voor gietijzer op basis van de LCA van een compressor casing ten behoeve van een rotorhuis Z3", TNO Industrie.

133

De Globe B.V. (1999). "Aanvraag revisievergunning Wet milieubeheer", Provincie Limburg.

138

Metaalgieterij Giesen B.V. (1996). "Emissiemeetprogramma Thermische Zandregeneratie", Provincie Limburg.

140

EU Thematic Network Foundry Wastes (2001). "Foundry Waste Possibilities in the Future", Inasmet.

141

CERP (1999). "Foundry Process Emission Factors: Baseline Emissions from Automotive Foundries in Mexico", Casting Emission Reduction Program.

143

Inasmet and CTIF (2002). "Eurofond 2002: Sand Moulding: Key to Competitiveness" Eurofond 2002, San Sebastian (E).

144

US Dept. of Energy (1998). "Advanced Lost Foam Casting", Office of Industrial Technologies, http://www.oit.doe.gov/factsheets/metalcast/pdfs/lostfoam.pdf.

145

Inductotherm (2002). "Inductotherm Safety http://www.inductotherm.com/safety/safety.htm.

148

Eurofine (2002). "European http://eurofine.reflexe.fr/BDdebut_an.html.

149

Beauvais, P. and Choplin, L. (2001). “New technologies for the application of water- based coatings", Fonderie Fondeur Aujourd'hui, 201, pp. 9-29.

150

ETSU (1998). "Long campaign hot-blast cupolas in iron foundries", GPCS366.

151

Gemco (1999). "Sand Cleaner", Gemco Engineers Foundy Projects.

152

Notzon, I. and Heil, D. (1998). "Verminderung von Kernsanden aus dem CO2-WasserglasVerfahren durch mechanische Regenerierung", Abfallberatungsagentur (ABAG).

153

Umweltbundesamt (2002). "Techniken zur Regenerierung von Mono- und Mischsanden aus Giessereien", Umweltbundesamt, personal communication.

154

Baum (2002). "personal communication", firma Bröer, personal communication.

155

European IPPC Bureau (2001). "Reference Document on Best Available Techniques in the Non-Ferous Metal Industries", European Commission.

156

Godinot, P. (2001). “Evolution of the Cupola in Europe", Fonderie Fondeurs Aujourd'hui, 205, pp. 28-40.

157

Godinot, P.; Charbonnier, M.; Dervin, B. and Morin, A. (1999). “Le traitement des fumées de cubilot", Fonderie Fondeurs d'Aujourd'hui, 188, pp. 37-43.


Manual

Foundry

On-line",

Internet

Inductotherm,

Network",

337

Odkazy

158

Charbonnier, M.; Godinot, P. and Stephan, J. (1998). “Devenir des poussičres de cubilots dépoussierés ŕ sec", Fonderie Fondeur Aujourd'hui, 174, pp. 44-52.

160

UK Environment Agency (2002). "Interim Guidance for the A2 Ferrous Foundries Sector External Consultation Draft", IPPC S(A2)2.01 (2002).

161

UK Environment Agency (2002). "Process Guidance Note Draft Electrical, Crucible and Reverberatory Furnaces", UK Environment Agency, PG 2/3 (2002).

163

UK Environment Agency (2002). "DRAFT Process Guidance Note: Hot and cold blast cupolas and rotary furnaces", UK Environment Agency, 163.

164

UK Environment Agency (2002). "Draft Process Guidance Note Processes for melting and producing aluminium and its alloys", UK Environment Agency, PG 2/6a(2002).

165

UK Environment Agency (2002). "Draft Process Guidance Note Processes for melting and producing magnesium and its alloys", UK Environment Agency, PG 2/6b(2002).

168

CAEF (2002). "Data relating to the European Foundry Industry", Committee of European Foundry Associations, http://www.caef-eurofoundry.org/industry.htm.

169

Orkas, J. (2001). "Technical and environmental requirements for surplus foundry sand utilisation", Helsinki University of Technology.

170

Godinot, P. and Carlier, P. (1999). “Le Cubilot sans Coke", Fonderie - Fondeurs d'Aujourd'hui, 185, pp. 32-38.

171

The Castings Development Centre (1999). "Beneficial Re-use for Managers", The Castings Development Center.

172

Neumann, F. (1994). "Gusseisen", expert verlag.

173

Huelsen, W. B. (1985). “Arc furnace emission control", The British Foundryman, july 1985, pp. 302-309.

174

Brown, J. R. (2000). "Foseco Ferrous Foundryman's Handbook", Butterworth-Heinemann, ISBN0 7506 4284 X.

175

Brown, J. R. (1999). "Foseco Non-ferrous Foundryman's Handbook 11th Ed.", Butterworth Heineman, ISBN 0 7506 4286 6.

176

ETSU (1998). "Induction Melting of Aluminium", Good practice guide 229.

177

Silva Ribeiro, C. A. (2002). "Mass balance data for non-ferrous foundries", Associaçăo Portuguesa de Fundiçăo.

178

Wenk, L. (1995). "Use of hexachloroethane for refinement of aluminium alloys and grain refinement of aluminium containing magnesium alloys", Verein Deutscher Giessereifachleute (VDG), personal communication.

179

Hoppenstedt (2002). "Guss Produkte Jahreshandbuch", Giessereien - Zulieferer - Ausstatter.

180

Assofond (2002). "Italian Foundry dust emission data", Assofond.


338

Odkazy

181

Ruffin, A. and Godinot, P. (1998). “Recyclage des poussičres du cubilot", Fonderie Fondeurs Aujourd'hui, 175, pp. 18-41.

182

Closset, B. (2002). "SF6 replacement", International Magnesium Association, personal communication.

183

Goovaerts, L. (2002). "Emission data from site visits", Vito, personal communication.

184

Godinot, P. and Ressent, S. (2002). “Bibliographical study and survey on the coke-gas cupola", Fonderie fondeur d'aujourd'hui, 216, pp. 32-41.

185

Spitz, G. (2002). "Operational data PSA foundry", PSA Sept-Fons, personal communication.

186

Stephan, J. (1996). “Régénération thermique des sables de fonderie – caractérisation d'une installation Regetherm 500", Fonderie Fondeurs d'Aujourd'hui, 158, pp. 37-47.

187

Stephan, J. (1997). “Régénération thermique des sables de fonderie – caractérisation d'une installation Richards PX800", Fonderie Fondeurs d'Aujourd'hui, 170, pp. 21-53.

188

Stephan, J. (2000). “Régénération thermique des sables de fonderie – caractérisation d'une installation Fataluminium Eco-Rec", Fonderie Fondeurs d'Aujourd'hui, 198, pp. 54-69.

189

Hüttenes-Albertus (2002). "Die neue Cold-box Generation".

190

Schubert, W. and Gjestland, H. “Use of SO2 as protection gas in magnesium die casting".

191

IMA; Erickson, S. E.; King, J. F. and Mellerud, T. "Recommended practices for the conservation of sulphur hexafluoride in magnesium melting operations", International Magnesium Association, technical committee report.

192

Gjestland, H. and Westengen, H. (1996). "Use of SF6 in the megnesium industry, an environmental challenge" 3rd International Magnesium Conference, Manchester.

194

UNEP IPCC (2002). "Climate change 2001: the Scientific basis", Intergovernmental Panel on Climate Change, http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/001.htm.

195

UBA (2003). "Waste Water from Iron, Steel and Malleable Iron Foundry", Umweltbundesamt.

196

Unido (2002). "Cleaner Production in Metalworking (foundry)", Unido Information Sources on Cleaner Production, http://www.unido.org/ssites/env/sectors/sectors303.html#1.

197

Nalonchem (2002). "Foundry coke", http://www.nalonchem.com/productos.htm.

198

Georg Fischer "Einsaugsystem für Kupolöfen", GF.

199

Metalodlew s.a. (2002). "De-dusting system for Electric Arc Furnaces in the cast steel foundry Metalodlew s.a.", Metalodlew s.a.

200

Metalodlew s.a. (2002). "A site for regenerating of self-hardening moulding core sands in the cast steel foundry Metalodlew s.a.", Metalodlew.

201

CEN (2000). "Definition and classification of grades of steel (EN10020)", Europeann Committee for Standardisation, EN10020.


339

Odkazy

202

TWG (2002). "Comments to first draft".

203

Linxe, D. (2002). "Le prototypage rapide et ses applications en fonderie", CTIF.

204

Carnicer Alfonso, P. L. (2001). "Emisiones de un Horno Rotativo de Oxigas para la fabricación de fundición férrea. Diagnóstico y medidas correctoras.", Universidad del Pais Vasco.

205

European IPPC Bureau (2003). "Reference Document on Best Available Techniques on Emissions from Storage", European Commission.

206

Ditze, A. and Scharf, C. (2000). "Remelting of Magnesium type 1 scrap with or without flux?", Magnesium Industry Website, http://www.magnesium-industry.com/library/highlights/paper

207

Drews, B. (1996). “Simultaneous mixing and cooling of moulding sand under vacuum", Casting Plant+Technology International, 2, pp. 4-10.

208

Devinny, J. S. (1998). “Cleaning the Air, Biologically", Civil Engineering, september, pp. 4649.

209

Metalodlew s.a. (2003). "Environment-frienly conditions and improvement of work conditions", Metalodlew, http://metalodlew.nss.pl/eng/produkcja/srodowisko/index.php.

210

Martínez de Morentin Ronda, J. (2002). "Operational data Lur-Sue Foundry", Lur-Sue,personal communication.

211

European IPPC Bureau (2000). "Best Available Techniques Reference Document on the production of iron and steel", European Commission.

212

Zalensas, D. L. (1993). "Aluminium Castings Technology, 2nd ed.", American Foundrymen Society.

213

CTIF and CQRDA (2002). "Cast Aluminium Alloys - The reference guide", Artecomm document engineering.

214

Gerl, S. (2003). “Aufbereitung von Feststoffmischungen mit Evactherm-Vakuummischern", Giesserei-Praxis, 1-2003, pp. 17-22.

215

Müller, G. (1996). "Direkterfassung von Emissionen aus Formkästen im Groß- und Einzelguß (Hohl- und Vollform)", BIA, ISBN 3-88383-425-4.

216

Hobelsberger, H.; Kröger, H. and Nisi, D. (1997). “Erste Erfahrungen met einem weiterentwickelten umweltverträglichen Cold-Box-System bei Daimler-Benz",Giesserei, 84/21, pp. 48-49.

217

Paul, H.; Nisi, D. and Timm, J. (1994). "Solvent (amine) recycling from the exhaust air of a core shop by means of gas permeation" GIFA-Kongress Giessereitechnik '94, Düsseldorf (D).

218

Harnisch, J. and Schwarz, W. (2003). "Cost and impact on emissions of potential regulatory framework for reducing emissions of hydrofluorocarbons, perfluorocarbons and sulphur hexafluoride", Ecofys GmbH, Öko-Recherche, B4-3040/2002/336380/MAR/E1.

219

Castings Technology International (2003). "Replicast http://www.castingsdev.com/tech_services/replicast/replicast.htm.


(R)",

CTI,

340

Odkazy 223

Rauch, E.; Sigmund, A. and Galovsky, U. (2003). "Technische und betriebswitrschaftliche Aspekte des Inhouse-Recycling von Mg-Legierungen", http://www.lkr.at/german/news/news1/pdf/technische_betriebswirtschaftliche.pdf.

224

Helber, J.; Bautz, H. and Wolf, G. (2000). "PCDD-/PCDF-Emissionnen bei Kupolöfen" Conference Internationale sur le Cubilot, Strasbourg.

225

TWG (2003). „Comments to the Second draft“.

226

CTIF (1977). „Evolution des moyens d´élaboration de la fonte liquide“, Ademe, 4.02.0025.

227

Godinot, P. (2004). „The economical future of cupola“ International cupola conference, Trier.

228

Galante, G.; Michilli, O. and Maspeto, R. (1997). „No-bake as we see it“, Impianti Machine Fonderia.

229

Lilja, B. G.; Westberg, H. and Nayström, P. (2000). „Survey of isocyanates in foundries, parts 1–5“, Swedish Foundry Association – Svenska Gjuteriföreningen, 000317.

230

CAEF (2003). „Presentations of the Dioxin Workshop“ Dioxin Workshop 24/09/2003, Brussels.

231

UNEP (2003). „Formation of PCDD and PCDF – an overview“ Stockholm convention on persistent organic pollutants, expert group on BAT and BEP, Research Triangle Park (USA).

232

Novem (2000). „Vervangen cokes-gestookte kroesoven door aargas/zuurstof-gestookte trommeloven“, Tenders Industriële Energiebesparing, 39520/0047.

233

IARC (1977). „Silica, some silicates, coal dust and para-aramid fibrils“, International Agency for Research on Cancer.

234

Anders, U. (2003) „Ökologisch und ökonomisch optimierter Trennstoffeinsatz beim Aluminium-Druckguss“, Integrierter Umweltschutz in Gießereien, Verein Deutscher Gießereifachleute.

235

Bischoff, U. (2003). „Untersuchungen zum Einsatz eines wasserlosen, anorganischen Kernbinders auf Basis von Magnesiumsulfat in einer Aluminiumleichtmetallgießerei“, Universität Bergakademie.

236

UK Environment Agency (2001). „Guidance for the recovery and Disposal of hazardous and non-hazardous waste (other than by incineration and landfill)“, SEPA, IPPC S5.06.

237

HUT (2003). „Foundry pictures database“, Hel


341

Slovníček

9 SLOVNÍČEK 9.1

Zkratky

AEL ADI AFS AFS AOD AOX BAT BREF BTEX BTX CAD CAD CAEF CAM CBC CNC DEM DMEA DMIA DMPA DS EAF EEA EFR EIPPCB EMS EP EPER EPS EUR FA GWP GBP HBC HCE HFC HIP HP HPDC ID IEF IF IMA IPA IPPC IPTS

související hodnota emisí isotermicky zušlechtěná tvárná litina Americká slévárenská společnost AFS - zrnitost AOD konventor absorbovatelné organické halogenidy nejlepší vhodné technologie BAT referenční dokumenty benzen, toluen, ethylbenzen, xyleny benzen, toluen, xyleny Kanadský dolar - měna počítačová podpora návrhu Asociace evropských slévárenských svazů počítačová podpora výroby studenovětrná kuplovna počítačové numerické řízení Německá marka dimethylethylamin dimethylisopropylen dimethylpropylamin suché pevné látky elektrická oblouková pec Evropská environmentální agentura Emisní faktorový poměr Evropská IPPC kancelář EMS - ekologický řídící systém elektrostatický odlučovač EPER - Evropský registr emisního znečištění expandovatelný polystyren (pěnový polystyren) EURO - měna furfuryl alkohol globální tepelný potenciál Britská libra - měna horkovětrná kuplovna hexachlorethanol fluorovodík lisování za tepla vysoká čistota (hořčíkové slitiny) vysotlaká výroba odlitků indukovaný proud Informační fórum (pro IPPC Direktiva) indukční pec Mezinárodní asociace hořčíku isopropyl alkohol Integrovaná prevence a kontrola znečištění Ústav pro technologické studie


342

Slovníček

JRC l. LCA LOI m. MDI n.a n.d NM-VOC OU PAH PCDD/F PCB PE PEVA PF PFC PM PMMA ppm r. RF RP RPM SG SME TEA TEQ TWA TWG VOC VODC UF USD 9.2

Spojené výzkumné centrum vlevo stanovení životnosti (životnost zařízení) ztráta žíháním uprostřed metyl diisocyanát není aplikace nejsou data nemetanové organické sloučeniny (nemetanové VOC) jednotky pachu polyaromatickéuhlovodíky polychlorované dimenzofurany polychlorovanébifenyly polyethylen polyethylen vinylacetát fenol-formaldehyd perfluorovaný uhlovodík (neobsahuje vodíkové atomy) prach polymethylmetakrylát ppm vpravo rotační pec rapid prototyping – výroba prototypů respirabilní prach kuličkový grafit malý a střední podnik trimethylamin toxické ekvivalentní množstí (při výpočtu má charakter faktoru) časově vážený průměr technická pracovní skupina VOC – těkavé organické sloučeniny vakuový oxidační oduhličovací konvertor močovinoformaldehyd (pryskyřice) americký dolar – měna

Termíny

Žíhání

tepelné zpracování odlitku, které se skládá z jeho ohřevu na určitou teplotu, z prodlevy na této teplotě a z následujícího zpravidla pomalého ochlazování

Austenitizace

postup tepelného zpracování, při němž je slitina udržována na dostatečnou dobu nad kritickou teplotou přeměny, aby se zajistila úplná přeměna kovové matrice na austenit

Faktor vzduchu

λ, poměr vzduchu přidaného do procesu spalování k stoechiometrickému množství vzduchu potřebnému k úplnému spálení

Litina

slitina železa, která tuhne eutekticky při jakémkoli chemickém složení, ale obvykle s obsahem uhlíku nad 2 %


343

Slovníček

Odlitek :

výrobek, zhotovený odlitím slitiny vhodného složení, do formy žádaného tvaru a ztuhlý v této formě (ISO 3134-tj1985)

Rozptýlené emise

emise vytvářející se z přímého kontaktu těkavých nebo lehkých tuhých částic s životním prostředím (atmosféra, za normálního provozu). Tyto mohou být výsledkem: -

provozu zařízení ve slévárně (např. odlučovače, sušičky…) provozních podmínek (např. během přepravy a manipulace materiálu mezi zásobníky, skládání…) - typu operací (např. údržba) - nebo postupného úniku do jiných médií (např. do chladicí nebo odpadní vody). Emise těkavých látek jsou podskupinou rozptýlených emisí Emise

přímé nebo nepřímé uvolňování látek, vibrací, teplem z jednotlivých nebo rozptýlených zdrojů v zařízení do vzduchu, vody nebo půdy

Postup

konce trubky (výduchu apod.) postup, který snižuje konečné emise nebo spotřeby pomocí přídavných postupů zařízení, ale nemění základní operaci procesu. Synonyma: „druhotná technologie“, „redukční technologie“. Antonyma: „technologie integrovaného postupu“, „primární technologie“ (technologie, která určitým způsobem mění způsob, ve kterém funguje postup základního postupu a tím se snižují emise nebo spotřeba materiálů a energií.

Stávající zařízení

zařízení, které je v provozu nebo – v souladu s legislativou existující před datem, kterým je realizována tato Směrnice, schválené zařízení nebo z pohledu kompetentního odborníka předmět požadavku k autorizaci za předpokladu, že zařízení není uvedeno do provozu později než jeden rok po datu, kdy je tato Směrnice realizována Železné materiály takové materiály, jejichž hlavní složkou je železo, tj. obsah železa Fe (% ) je vyšší než obsah jakýchkoliv jiných složek (následující EN 10020:2000; § 2.1).

Postup plné formy

technologie formování, při které se používá polystyrenový model v chemicky pojeném písku a při které se model během odlévání ztratí (odpaří se), obvykle je tato technologie užívána pouze pro velké odlitky.

Zpevnění zrna

zpracování tekutého kovu uskutečněné v závěru operace tavení, pro dosažení pevných rovnoosých zrn.

Bentonitová směs

směs ostřiva, jílu a přísad, která je používána pro výrobu forem. Jako ostřivo je používán křemenný písek.

Litina s lupínkovým grafitem

šedá litina, kde grafit je vyloučen v lupíncích (LLG).

Nístějová pec

tavící pec s přímým ohříváním.

Vměstky

nečistota ve struktuře kovu vytvářející strukturální vady; většinou používán pro neželezné kovy a jejich slitiny (např. oxidy v magnéziu, vodík v hliníku).


344

Slovníček Jungbluth – síťový diagram

diagram závislosti mezi množstvím foukacího větru, množstvím vsázkového koksu, tavícím výkonem kuplovny a teplotou litiny na žlábku.

Postup spalitelného modelu – Lost Foam technologie formování , používající modely z polystyrenu v písku (ostřivu). Model po odlití kovu se odpaří a plyny shoří; použití pro sériovou výrobu. Ztracená forma forma pro jednorázové použití formy na jednorázové použití, forma, která je vyrobena pro každý odlitek a po odlití je zničena. Formy jsou obvykle vyrobeny z ostřiva (písku), pojeného chemicky , jílem a nebo dokonce nepojeného. Do této skupiny může být zahrnuto i přesné lití metodou ztraceného vosku. lití metodou ztracené formy. Lití do formy pro jedno použití veškeré postupy ve formovně a slévárně, při nichž jsou použity formy pro jednorázové použití, které se po odlití kovu zničí. Příprava směsi, formování, výroba jader, lití, chlazení, vytloukání, čištění. Temperovaná litina

litina, která je do určité míry tvárná nebo je vhodná pro tvarování bucharem; vyráběna oduhličením (temperovaná perlitická litina – s bílým lomem), nebo bez oduhličení (temperovaná feritická litina – s černým lomem) tepelným zpracováním litiny neobsahující grafit s bílým povrchem lomu (bílá litina).

Tavicí kapacita

Tavící kapacita pece zahrnující přípravu pece, vsázkování, tavení, rafinace, odlévání. Do kapacity je nutno započítat opravu vyzdívky opravy pece. Pokud je to vhodné, měl by být používán hodinový výkon vynásobený 24.

Modul

poměr SiO2/Na2O používaný pro charakterizaci vodního skla.

Litina s kuličkovým grafitem

tvárná litina, kde grafit je vyloučen v kuličkách (LKG).

Nodularizace

zpracování litiny přidáním hořčíku za účelem dosažení změny uhlíkových částic na nodulární tj.kuličkový tvar.

Neželezné materiály

všechny materiály, které nejsou železné / neobsahují železo.

Normalizační žíhání

postup tepelného zpracování, při kterém se litina ochlazuje na vzduchu z teploty nad kritickým teplotním pásmem.

Opětovné použití písku mimo slévárnu použití písku různými způsoby mimo slévárnu. Trvalá forma

forma na mnohonásobné (opakované) použití. Forma je používána pro gravitační, nízkotlaké, tlakové nebo odstředivé lití; formy jsou obvykle kovové. Formy pro gravitační lití nazýváme kokily.

Lití do trvalých forem

veškeré procesy ve slévárně, při nichž jsou použity trvalé formy. Příprava jádrové směsi, výroba jader, lití, vyjmutí odlitku a odstraňování jádra, čištění odlitku.


345

Slovníček

Znečišťující látka / nečistota / škodlivina / polutant látka nebo skupina látek, které mohou poškodit nebo ovlivnit kvalitu životníhoprostředí Přídavné spalování zapálení a spalování odpadních plynů přiváděním vzduchu nebo použitím hořáku; používá se ke snížení množství CO a (těkavých) organických sloučenin. Primární regenerace

zpracování použitého bentonitu pro opětovné upotřebení v koloběhu směsi, vytloukání, odloučením nežádoucích příměsí, prosíváním, chlazením a smícháním s novým pískem (ostřivem), novým bentonitem a jinými přísadami.

Výrobní kapacita

výroba „jakostních odlitků“ a kapacita založená na teoretické kapacitě slévárny v případě 24hodinového provozu za předpokladu, že je takto technicky provozuschopná.

Stupeň regenerace

poměr mezi množstvím regenerované směsi a celkovým množstvím regenerátu použitého při výrobě forem a jader, vyjádřený v procentech.

Oběh směsi

zařízení pro skladování, přepravu, úpravu a zpracování směsi.

Recyklace směsi

příprava použité směsi v provozu pro opětovné externí použití.

Sekundární regenerace (směsi) opatření (mechanická, pneumatická, tepelná a mokrá) zaměřená na odstranění vyčerpaných vrstev pojiva z jádra písku; navrácení regenerátu v jakosti podobné nebo lepší než má nový písek (ostřivo). Ocel

slitina železa, obsahem železa vyšším než jiných prvků a obsah uhlíku je obecně nižší než 2 %; slitina obvykle obsahuje také jiné prvky.

Zušlechťování

tepelné zpracování, které se po zakalení (vytvrzení) slitiny skládá z ohřevu na teplotu pod Ac1 a chlazení na vzduchu, po austenitizaci a chlazení kapalinou tento postup zajistí slitině nejvyšší možnou tvrdost a pevnost.


346

Slovníček

9.3

Slovník

English

Deutsch

Francais

Čeština

bentonite

Bentonit

bentonite

bentonit

bridging

Brückenbildung

accrochage

přemostění

burr

Grat

barbe

otřep

cast iron

Gusseisen

fonte

litina

cast steel

Stahlguss

acier moulé

litá ocel

casting chamfer

Giessen Abschrägung

couler chanfrein

odlitek úkos

channel induction furnace coating

Rennenofen Schlichte

four à induction à canal enduit, poteyage

kanálková indukční pec nátěr

cold-box

kalter Kernkaste

boîte froide

cold-box

core

Kern

noyau

jádro

corebox

Kernkasten

boîte à noyaux

jaderník

core-making

Kernfertigung

noyautage

výroba jader

crucible furnace

Tiegelofen

four à creuset

kelímková pec

decoring

Entkernen

debourrage

odstraňování jádra

die die lubricant

Druckgiessform Druckgiessschlichte

moule poteyage

kokila kokilový postřik, lak

drying oven fettling

Backofen putzen

étuve ébarbage

sušící pec čištění odlitků

grinding induction furnace

schleifen Induktionsofen

meulage four à induction

omílání/obrušování indukční pec

lamellar iron or grey část

Grauguss, GGL

fonte lamellaire, fonte grise

LLG nebo šedá litina

lustrous carbon

Glanzkohlenstoff

carbone brillant

lesklý uhlík

malleable iron mixer

temperguss (GT) Menger

fonte malléable malaxeur

temperovaná litina mísič

mould

mote

forma

nodular,ductile, SG iron pouring

Form GGG,Gusseisen Kugelgraphit Giessen

fonte à graphite sphéroidal couler

LKG nebo tvárná litina lití/odlévání

sand shaft furnace

Sand Schachtofen

sable four à cuve

písek šachtová pec

shake-out

Ausleeren

décochage

shot blasting

Schleuderstrahlen

grenaillage

vytloukání otryskávání/tryskání/čiště ní

sprue turnings

Einguss Späne

canal de coulée copeaux

vtokový kanál třísky/špony

Veins

rissen

gerces

trhliny/žilky


mit

347

Přílohy

10

PŘÍLOHY

10.1 Příloha 1 Přehled údajů pro tavení litiny v různých typech kuploven a v indukčních pecích Přehled hodnot spotřeby a emisí různých technických modifikací tavení v kuplovnách byl sestaven Neumannem v roce 1994, jak je uvedeno níže. Všechny údaje se vztahují k systému výroby 10 t/h tvárné litiny s obsahem 3,6 % C a 1,6 % Si při teplotě lití 1 530 °C. Bilance na obrázku 10.1 představují vstupy, výstupy a teploty při postupu. Posledně jmenované teploty budou vyšší v porovnání s provozní praxí. Porovnání různých bilancí umožňuje posouzení účinku všech modifikací. Doplňkové provozní údaje pro studenovětrné a horkovětrné kuplovny s různými typy zařízení na čištění plynů jsou uvedeny a projednány v sekci 4.5.2. Tyto údaje byly pořízeny z provozních závodů. Obrázek znázorňuje následující technologie: (A): studenovětrná kuplovna, sekundární řada dmyšen (B): studenovětrná kuplovna, obohacování studeného větru kyslíkem (C): studenovětrná kuplovna s plyno-kyslíkovými hořáky (D): horkovětrná kuplovna (500 °C), dlouhá kampaň (E): horkovětrná kuplovna s podpůrným elektrickým ohřevem (750 °C) (F): horkovětrná kuplovna, obohacování horkého větru kyslíkem (injektáž) (G): horkovětrná kuplovna, s plazmovým podpůrným ohřevem (1 450 °C) (H): bezkoksová kuplovna v duplexním provozu (přehřívání v elektrické peci)


348

Přílohy


349

Přílohy

Obr. 10.1: Bilance vstupů a výstupů pro různé technické modifikace tavení v kuplovně [172, Neumann, 1994] A Steel scrap – ocelový šrot Pig iron – surové železo Foundry returns – slévárenský vrat Cupola off-gas – spaliny z kuplovny CO H2 Before filter – před filtrem Air – vzduch

C Cokes – koks Natural gas – zemní plyn E Elektricity – elektřina H Refractory bed – žáruvzdorné lože

B Oxygen – kyslík Provozní údaje jsou uvedeny v tabulkách 10.1, 10.2 a 10.3. Tyto zahrnují ekonomické údaje, které jsou založené na nákladech , stanovených na jednotku zpravidla nataveného kovu. Provozní údaje jsou založeny na výrobě litiny s obsahem 3,3 % C a 2 % Si. V procesu dmýchání studeného vzduchu je použito 35 % ocelového šrotu . Proces dmýchání horkého vzduchu umožňuje použití až 60 %. Tato skutečnost se bere na vědomí v případě nutného nauhličování. Za tímto účelem je uhlík dodáván přidáním briket SiC. Kalkulace teplotní rovnováhy vede ke stanovené efektivitě přenosu tepla. Studenovětrná kuplovna vykazuje výkonnost < 30 %. Použití kyslíku nebo druhé řady dmyšen zvyšuje účinnost na 37–40 %. Horkovětrná kuplovna vykazuje dále zvýšenou účinnost v případě, když má pec žárovzdornou výstelku. V provozu bez výstelky klesá účinnost pod 40 %, což může být vykompenzováno přidáním kyslíku. Bezkoksová kuplovna s přehříváním v el. Indukční peci má velice vysokou účinnost – blíží se k 60 %. Kalkulované provozní náklady zahrnují odpisy investičních nákladů, ale nezahrnují mzdové náklady. Rozdíl provozních nákladů mezi různými technologiemi je dost malý. Kalkulace přihlíží ke spotřebě koksu a cenám šrotu a surovin. V případě předehřívání vzduchu za použití plazmových hořáků vede zvýšená spotřeba elektřiny ke zvýšení nákladů. V praxi může být tento nárůst vyvážen zvýšeným používáním kovových pilin jako suroviny. Bezkoksová kuplovna vykazuje nejnižší náklady. V tomto zhodnocení však nebyly vzaty v úvahu dopady místních nákladů a neurčitostí, jako např. dopad


350

Přílohy hodinové sazby, které však musí být započítány. Všechny citované údaje platí pro zařízení s vysokou hodinovou sazbou. Tato skutečnost znevýhodňuje provoz studenovětrné kuplovny. Jednotky a náklady

Stanovené množství Koks na tavení Koks na nauhličení Zemní plyn Elektřina Kyslík Vháněný vzduch Odpadní plyny z kuplovny Filtrované odpadní plyny Struska Žáruvzdorný materiál Brikety SiC (45 % SiC) Celkový ohřev Přenos tepla do litiny Náklady Investice Slitina Přísady Koks Ocelový šrot Zlomková litina Surové železo Zemní plyn Elektřina Kyslík Grafit Žárovzdorný materiál Kapitál Celkové náklady tavení

Normál

O2

Sekundární řada

Sekundární + O2

kg/t kg/t m3/t kWh/t % m3/t m3/t m3/t kg/t kg/t kg/t MJ/t %

150 10

125 10

120 10

105 10

20 711 902 3 022 36 5,2 28,5 5 003 26,9

20 3 562 724 2 150 35 5,2 28,5 3 643 37,2

20 604 731 1 765 46 4,8 31,3 3 588 37,8

20 2 517 628 1 646 45 4,8 30,3 3 416 39,8

mil. EURO 332 EURO/t 10 EURO/t 204 EURO/t 128 EURO/t 128 EURO/t 194 EURO/t

2,81 9,44 0,20 32,65 44,64 12,76 38,78

2,91 9,44 0,20 27,55 44,64 12,76 38,78

3,06 10,36 0,20 26,53 44,64 12,76 38,78

3,16 10,36 0,20 23,47 44,64 12,76 38,78

153 EURO/1 000 m3

0,31

0,31

0,31

0,31

89 EURO/MWh

1,79

1,79

1,79

1,79

179 EURO/1 000 m3

-

3,01

-

1,84

561 EURO/t 764 EURO/t 10 let/8 % EURO/t

3,98 11,22 155,77

3,98 11,63 154,08

3,67 12,24 151,28

3,67 12,65 150,46

Složení litiny: 3,3 % C; 2,0 % Si; 0,3 % Mn; 0,1 S; 1 500 °C Složení vsázky: 35 % ocelového šrotu; 35 % vratného materiálu; 20 % surového železa; 10 % zlomkové litiny

Tabulka 10.1: Provozní údaje studenovětrné kuplovny (10 t/h) [172, Neumann, 1994]


351

Přílohy

Jednotka a jednotkové náklady

Typ A*

Typ B

Typ C

Typ D

Typ E

Ano Ne Ano

Ne Ne Ano

Ne Ano Ano

Ne Ne Ne

Ne Ano Ne

kg/t kg/t % m3/t m3/t m3/t kg/t kg/t kg/t MJ/t %

95 8 571 680 1 798 60 15 50 3 756 39,8

100 7 566 667 1 471 60 6 53 3 630 40,2

85 7 3 425 519 1 134 60 6 53 3 076 44,9

115 8 626 746 1 819 60 1,5 50 4 098 36,5

100 8 3 473 586 1 473 60 1,5 50 3 534 38,7

mil. EURO 332 EURO/t 10 EURO/t

3,42 16,58 0,20

3,57 17,60 0,20

3,65 17,60 0,20

3,49 16,58 0,20

3,55 16,58 0,20

204 EURO/t 128 EURO/t 128 EURO/t

21,02 76,53 12,76

21,84 76,53 12,76

18,78 76,53 12,76

25,10 76,53 12,76

22,04 76,53 12,76

179 EURO/1 000 m3

-

-

3,06

-

3,42

765 EURO/t 10 let/8 % EURO/t

11,48 13,67 152,24

4,59 14,29 147,81

4,59 14,59 148,11

1,12 13,98 146,28

1,12 14,18 146,84

Charakteristika Denní výměna pece Obohacení kyslíkem Vyzdívka pece Stanovené množství Koks na tavení Koks na nauhličení Kyslík Vzduch Odpadní plyny z kuplovny Filtrované plyny Struska Žáruvzdorný materiál Brikety SiC (45 % SiC) Celkový ohřev Přenos tepla do litiny Náklady Investice Slitina Přísady

Koks Ocelový šrot Zlomková litina Kyslík Žárovzdorný materiál Kapitál Celkové náklady tavení

* Jako nový závod se již nestaví Složení litiny: 3,3 % C; 2,0 % Si; 0,3 % Mn; 0,1 S; 1 530 °C Složení vsázky: 35 % ocelového šrotu; 35 % vratného materiálu; 10 % zlomkové litiny

Tabulka 10.2: Provozní údaje horkovětrné kuplovny s dlouhou kampaní (10 t/h) [172, Neumann, 1994]


352

Přílohy

Jednotky a jednotkové náklady

Bezkoksová kuplovna s O2 + indukčním přehříváním

kg/t kg/t m3/t kWh/t % m3/t m3/t m3/t kg/t kg/t kg/t

55 80 1,5 5,30 692 815 58 16 -

81 10 2 175 419 451 1 313 59 9,3 13,7

90 12 2 82 474 531 1 264 60 4,3 15,4

kg/t

8

-

-

MJ/t %

2 562 58,4

3 952 41,4

3 320 41,5

mil. EURO 332 EURO/t 454 EURO/t Si 10 EURO/t 204 EURO/t 89 EURO/MWh

2,81

5,10 4,54

3,83 5,10

7,14

0,56 18,57 15,61

0,56 23,06 7,30

128 EURO/1 000 m3

6,99

0,31

0,31

128 EURO/t 128 EURO/t 561 EURO/t 179 EURO/m3 102 EURO/t 765 EURO/t 10 let/8 % EURO/t

44,64 44,64 6,73 1,43 0,61 7,65 11,22 135,26

4,64 4,64

44,64 44,64

0,31 4,80 20,41 154,39

0,20 1,79 15,31 142,91

Stanovené množství Koks na tavení Koks na nauhličení Zemní plyn Elektřina Kyslík Vzduch Odpadní plyny z kuplovny Filtrované odpadní plyny Struska Žáruvzdorný materiál Brikety SiC (45 % SiC) Brikety FeSi (1 kg Si na briketu) Celkový ohřev Přenos tepla do litiny Náklady Investice Slitina Brikety Fe-Si Přísady Koks Elektřina Plyn Ocelový šrot Zlomková litina Grafit Kyslík Žárovzdorný materiál Žárovzdorný materiál Kapitál Celkové náklady tavení

3,62 0,56

Horkovětrná kuplovna předehřívání předehřívání vzduchu s použitím vzduchu s použitím plazmy elektrického odporu

Složení litiny: 3,3 % C; 2,0 % Si; 0,3 % Mn; 0,1 S; 1 530 °C Složení vsázky: 35 % ocelového šrotu; 30 % vratného materiálu; 35 % železného šrotu

Tabulka 10.3: Provozní údaje bezkoksové a horkovětrné kuplovny s předehříváním vzduchu [172, Neumann, 1994] CTIF rovněž vypočítala náklady taveniny ve srovnávací studii o rozdílných způsobech tavení [226, CTIF, 1997]. Tato studie, která byla vydána v roce 1997, byla aktualizována roku 2003 [227, Godinot, 2004


353

Přílohy

TŘÍDA Jednotky

EUR/t

% EUR/t % EUR/t

Tavicí zařízení Vsázka kovu Slitiny železa + přísady Energie a kapaliny Vyzdívka pece Náklady na zaměstnance Údržba Životní prostředí Odsíření Odpis investic Celkem za t vsázky Propal Celkem za t taveniny Procento vratného materiálu Celkem za t odlitku

Litina s lupínkovým grafitem (šedá litina) (ENGJL 250) Indukční Studenovětrná Horkovětrná Bezkoksová kelímková kuplovna kuplovna kuplovna pec 95,80 59,52 96,68 72,97

Litina s kuličkovým grafitem (tvárná litina) (ENGJS 400-15) Indukční Horkovětrná Bezkoksová kelímková kuplovna kuplovna pec 49,75 73,52 59,80

7,62

13,09

27,22

25,72

5,27

24,17

24,85

33,14

35,26

20,29

27,28

40,12

21,07

27,28

3,73

4,29

8,79

1,47

4,55

8,79

1,47

10,05

10

11

9,10

10,42

11

9,10

1,55 4,50

3,15 4,30

0,16 3,15

0,93 0,55

0,16 3,15

0,93 0,55

5,92

14,81

8,89

8,89

3,15 4,30 10,33 14,81

8,89

8,89

162,31

144,42

176,78

146,91

142,70

150,75

132,97

5

5

5

3

5

5

3

170,85

152,02

185,45

151,45

150,21

158,68

136,98

35

40

35

40

50

50

50

262,85

253,36

285,31

252,42

300,42

317,37

273,96

Tabulka 10.4: Porovnání nákladů taveniny – červen 2003. Hromadná výroba – 10 t/h


354

Přílohy

Studenovětrná Kanálková indukční pec Indukční pec kelímková Horkovětrná kuplovna Bezkoksová kuplovna kuplovna Cena Cena Cena Cena Cena Cena Cena Cena Cena Cena Charakteristika Jednotka EUR/ Podíl EUR/ Podíl EUR/ Podíl EUR/ Podíl Podíl EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/jednotka EUR/t jednotka jednotka jednotka jednotka Koks t 210 0,145 30,45 210 0,125 26,25 Elektřina kWh 0,0513 20 1,027 0,0448 609 27,28 0,0448 609 27,28 0,0513 128 6,57 0,0513 165 8,46 Kyslík Nm3 0,535 2 1,07 0,535 2 1,07 0,23 11 2,53 kWh Plyn 0,0296 20 0,59 0,228 60 1,37 0,0186 500 9,30 NCV Mezisoučet 33,14 27,28 27,28 35,26 20,29 Vratný materiál t 0 0,35 0 0 0,40 0 0 0,50 0 0 0,40 0 0 0,35 0 Surové železo t 185 0,20 37 185 0,15 27,75 200 0,10 20 185 0,25 46,25 Zlomková litina t 167 0,20 33,4 167 0,15 25,05 Ocelový šrot t 101,5 0,25 25,4 101,5 0,225 22,83 101,5 0,30 30,45 101,5 0,25 25,38 (E3) Ocelový šrot t 99,5 0,225 22,39 99,5 0,40 39,80 (E8) Ocelový šrot (E1 t 96,9 0,30 29,07 C) Mezisoučet 95,8 72,97 59,80 59,52 96,68 Uhlíkatá přísada kg 0,70 16,7 11,69 0,80 17,92 14,34 0,7 8,12 5,68 FeSi kg Si 0,68 8 5,44 1,13 10,6 11,98 1,13 9,39 10,61 0,68 15,8 10,74 0,68 11,71 7,96 FeMn kg Mn 0,595 2,7 1,60 0,79 2,6 2,05 0,59 3,2 1,89 0,595 1,45 0,86 CaCO3 + různé t 12,2 0,048 0,58 12,2 0,0375 0,46 12,72 Mezisoučet

7,62

25,72

24,95

13,09

27,22

Tabulka 10.5: Cena natavené litiny s lupínkovým grafitem: vsázka kovu + energie


355

Přílohy

Jednotky

Koks Elektřina Kyslík Plyn Mezisoučet Vratný materiál Surové železo Zlomková litina Ocelový šrot (E8) Ocelový šrot (E3) Mezisoučet Uhlíkaté přísady FeSi FeMn CaCO3 + různé

t kWh Nm3 kWh (NCV) t t t t t

Horkovětrná kuplovna Cena EURO/ Cena Podíl jednotka EURO/t 210 0,14 29,40 0,0513 140,5 7,21 0,535 4 2,14 0,0288 60 1,37 40,12 0 0,40 0

99,55

0,50

Bezkoksová kuplovna Cena EURO/ Cena Podíl jednotka EURO/t 0,0513 0,23 0,0186

180 11 500

0 199 167

0,40 0,20 0,05

101,5

0,25

0,7 0,68

12,37 4,11

49,75 49,75

kg kg Si kg Mn t

Mezisoučet

9,23 2,53 9,30 21,07 0 39,8 8,35 25,38 73,52 8,66 2,79

0,68

7

4,76

12,2

0,042

0,51

12,72

5,27

24,17

Tabulka 10.6: Cena litiny s kuličkovým grafitem: vsázka kovu + energie Tabulka 10.4 shrnuje náklady na tvárnou litinu vypočítané pro 3 hlavní typy kuploven ve srovnání s indukční pecí bez jádra. Některé položky závisí ve velké míře na tavicím zařízení a na jakosti: energií, vsázky kovu a feroslitin. Podrobně jsou rozepsány v tabulkách 10.5 a 10.6. Porovnávaná tavicí zařízení taví 10–12 t/h ve dvousměnném provozu typickém pro hromadnou výrobu, např. pro automobilový průmysl. Návratnost investic je 10 let a odpovídá průmyslové praxi v každém případě, tj.: Studenovětrná kuplovna - Instalované 2 kuplovny tavicí střídavě vždy jeden den - zpracování odpadních plynů: spalování, chlazení, suchý tkaninový odlučovač - Horkovětrná kuplovna - kuplovna s dlouhou kampaní - zpracování odpadních plynů: spalování, dmýchání horkého vzduchu, chlazení, suchá tkaninový odlučovač - udržování v kanálkové indukční peci. Bezkoksová kuplovna - kuplovna s dlouhou kampaní - zpracování odpadních plynů: chlazení, suchý tkaninový filtr - ohřev a opětné nauhličování v elektrické peci - udržování v kanálkové indukční peci. Indukční pec - 2 pece 12 t - jeden zdroj energie 10 MW – 250 Hz. Při vyčíslení nákladů na litinu se musí vzít v úvahu její opětné nauhličování (bezkoksová kuplovna), její udržování a také systém na zpracování kouřových plynů. Cena litiny byla porovnávána u dvou rozdílných litin v případě hromadné výroby v automobilovém průmyslu: - litina s lupínkovým grafitem (ENGJL 250) (šedá litina) - litina s kuličkovým grafitem (základ pro ENGJS 400-15). (tvárná litina) Studenovětrná kuplovna je stále méně a méně využívána pro výrobu litiny s kuličkovým grafitem a v tomto případě nebyla zvažována.


355

Přílohy

Porovnání kalkulací CTIF a Neumanna: Instalace tavicích zařízení od nejlevnějšího po nejnákladnější není stejná a závisí na typu litiny a slévárně a autorovi informace. -

-

Litina s lupínkovým grafitem (LLG) CTIF: indukční pec, horkovětrná, studenovětrná a bezkoksová kuplovna Neumann: bezkoksová, horkovětrná, studenovětrná kuplovna litina s kuličkovým grafitem CTIF: indukční pec, horkovětrná, bezkoksová kuplovna (malý rozdíl).

Porovnání odlišných položek u Neumanna a Godinota vede k následujícím závěrům: 1. Energie a plyny. - bezkoksová kuplovna je ve všech případech nejméně nákladná - je patrné, že náklady na energii vysoce závisejí na zemi, obzvláště co se týče ceny a dostupnosti elektřiny a plynu. Ve studii CTIF se náklady na energii vztahují k případu Francie (ceny byly zveřejněny v přehledu „Energy Plus“). 2. Kovová vsázka. Postup klasifikace vykázal nevýhody bezkoksové kuplovny u CTIF, ale ne u Neumanna. Nejdůležitější rozdíly jsou následující: - Neumann uvádí 0 % surového železa pro bezkoksovou kuplovnu, zatímco Godinot uvádí minimum 25 % podle průmyslové praxe. Surové železo je nejdražší kovovou vsázkou. - Neumann uvádí stejné náklady na ocelový i litinový šrot. V případě Francie se poměr mezi těmito dvěma náklady pohyboval mezi 2 a 1,3 v průběhu 10 let. Tento poměr byl 1,6 v červnu roku 2003, datum zvažované pro kalkulaci, jak je uvedeno v obrázku 10.2. Je zřejmé, že ceny surovin včetně šrotu jsou dnes stanoveny na mezinárodní úrovni. Cost (EURO/t) – náklady (EURO/t) Jan – leden Jul – červenec SG pig iron – surové železo pro tvárnou litinu Lamellar pig iron – surové železo pro výrobu šedé litiny

Obrázek 10.2: Ceny surovin (Francie: od roku 1993 do 2003)

Scrap iron (VF2) – zlomková litina (VF2) Scrap steel (E1C) – ocelový šrot

3. Další položky. Investiční náklady jsou méně důležité pro studenovětrnou, bezkoksovou kuplovnu a indukční pec kelímkovou. - v případě taveniny ze studenovětrné kuplovny je litina vyráběna při vhodné teplotě a je možno provést analýzu na žlábku kuplovny; kromě toho závisejí metalurgické výsledky v malé míře na hodinové produkci. Není nutné udržovat litiny v kanálkové indukční peci.


356

Přílohy

-

-

v případě horkovětrné nebo bezkoksové kuplovny je obtížné určit hodinovou produkci. Mezi kuplovnou a formovnou je nutno mít zásobník (mísič) tekutého kovu, tj. obecně kanálkovou indukční pec v případě bezkoksové kuplovny je množství kouře, který musí být zpracován, malé, a není nutno spalovat CO konečně v případě koksové kuplovny (horkovětrná nebo studenovětrná) je odsíření obecně prováděno před modifikací taveniny na LKG. Náklady na odsíření jsou vysoké, což zvýhodňuje bezkoksovou kuplovnu, jejíž litina neobsahuje žádnou síru.

4. Závěry. Při zohlednění průmyslové praxe má podle Godinota bezkoksová kuplovna výhodu nízké spotřeby energie, ale vykazuje mimořádné náklady na surový vsázkový materiál. V případě LKG (tvárná litina) je produktem bezkoksové kuplovny kov bez síry a s cenovou hladinou podobnou horkovětrné kuplovně. V případě LLG (šedá litina) ve Francii bezkoksová kuplovna vyrábí litinu dražší, než kdyby byla vyráběna v koksové kuplovně. V současnosti je ve Francii kapacitní mezní limit mezi kuplovnou a indukční pecí 10 t/h (šedá litina) a je vyšší pro tvárnou litinu (kuplovna je méně nákladná pro 20 t/h). Tyto kalkulace byly vytvořeny pro typ hromadné výroby pro automobilový průmysl. Pro jiné použití je nutno tyto kalkulace nepatrně upravit. Je možno říci, že srovnávaný předpis závisí na místních podmínkách, obzvláště na nákladech na energii, které jsou různé v různých zemích.

10.2 Příloha 2 Zařízení na kontrolu emisí tuhých částic ve velkokapacitní slévárně automobilového průmyslu Údaje o sledování emisí suchých částic byly dodány švédskou slévárnou automobilového průmyslu, vyrábějící odlitky hromadnou výrobou. Slévárna používá systém průběžného sledování emisí jemných částic se 17 suchými tkaninovými odlučovači. Údaje byly zaznamenány do grafu pro různá časová rozmezí a pro 4 místa měření, jak je znázorněno na obrázcích 10.3, 10.4 a 10.5. Z obrázků je patrné, že průběžná hodnota emisí tuhých částic byla pod 1 mg/Nm3 v úpravně směsi a čištění odlitků tryskáním. Při interní dopravě směsi bylo dosaženo průměrné 24hodinové hodnoty 1,3–1,6 mg/Nm3. Sand preparation (cooling and mixing) – úprava směsi (chlazení a mísení) Sand preparation – úprava směsi Shot blasting – čištění tryskáním Sand transport – přeprava směsi

Obrázek 10.3: Údaje sledování emisí tuhých částic ze 4 míst v úpravně směsi (24hodinové průběžné monitorování)


357

Přílohy

Obrázek 10.4: Údaje sledování emisí tuhých částic ze 4 míst v úpravně směsi (2týdenní průběžné monitorování)

Obrázek 10.5: Údaje sledování emisí tuhých částic ze 4 míst v úpravně směsi (30denní průběžné monitorování) Tento vzorový závod má povolen limit emisí tuhých částic 10 mg/Nm3. Monitorovací systém má nastaveno poplašné zařízení při dosažení limitu 5 mg/Nm3. Pokud je tento limit překročen, odlučovač (především filtrační tkanina) je zkontrolován a testován fluorescenčním materiálem. Pokud naměřená hodnota překročí hranici 10 mg/Nm3, výroba i odlučovač jsou zastaveny. Kalibrace monitorovacího zařízení je prováděna dvakrát ročně externím dodavatelem. Pokyny pro obsluhu a údržbu jsou následující: - denně: • kontrola poklesu tlaku • vizuální kontrola • kontrola magnetického ventilu • odtok kondenzované vody -

měsíčně: • kontrola těsnosti kvartálně (každé tři měsíce): • kontrola fluorescenčním materiálem.


358

Přílohy

10.3

Příloha 3

Poznámky překladatele:

Tuhé znečišťující částice označované v BREF jako tuhé částice,TZC.Emise z výduchů obsahují dým-nejjemnější částice(kouř) , jemné částice(prach) o velikosti zrn 2,5 mikrometrů tzn polétavý prach a větší částice než prach. Formovací jádrová směs

. Chemicky tvrzené směsi

obsahuje ostřivo, pojiva, přísady a v případě užití směsí z předchozího výrobního cyklu (vratná směs) i degenerované směsi a kov jako pojivo se používají organické a anorganické látky

Bentonitové formovací směsi jako pojivo se používá bentonit a voda Ostřivo

obecný název pro tuhou část směsi. Všeobecně se používá křemenný písek. Pro speciální účely se používají i jiné minerály( např.zirkon)

Písková forma

forma, jádro netrvalá pro jedno použití ze směsi , skládající se z ostřiva, pojiva, přísad.

Úprava směsí

mísení komponentů formovací a jádrové směsi tj. ostřiva, pojiva, přísad.

Vratná směs

použité formovací směsi, které se upravují oživovacími přídavky(nové ostřivo,pojivo, přísady) pro nové použití.

Kovová vsázka pro litiny

surové železo, ocelový šrot, zlomková litina(litinový šrot), vratný materiál( vtoky, výfuky, nálitky apod.) feroslitiny.

Kovová vsázka pro ocel

ocelový šrot, vratný apod.)feroslitiny.

materiál(

vtoky,

výfuky,

nálitky

Kovová vsázka pro nežel. kovy základní materiál v houskách (zpravidla již výsledného chemického složení odlitků) legující kovy a jejich slitiny. Ocelový šrot

tříděný materiál podle složení a velikosti nebo upravený lisováním do balíků ( nejedná se o odpad podle zákonů o odpadech, ale o produkt podle obchodního zákona).

Litinový šrot

zlomková litina , získaná z litinových částí strojů, tříděná a upravená podle požadované velikosti ( nejedná se o odpad podle zákonů o odpadech, ale o produkt podle obchodního zákona ) .


šachtová pec, používající dmýchaný ohřátý vzduch na 500-600 st.C. Zpravidla se nejedná o kuplovnu s dlouhou kampaní.


šachtová pec, používající vzduch ( nebo vítr) mající teplotu okolí a nebo předehřátý na teplotu pod 500 stupňů C .

Kychtový plyn

plyn, vycházející ze vsázky v kuplovně.


359

Přílohy Kouřový plyn

plyn , vznikající po spálení i nespálení kychtového plynu , který je zředěný vzduchem nad sázecím otvorem.

Odlučovač

zařízení na čištění plynu, především odstraňuje tuhé znečišťující látky. Mokrý odlučovač zařízení na čištění plynu, využívající principu hladinového odlučování, vířivého Venturiho odlučování nebo desintegrátorem.

Suchý odlučovač

cyklona( odstředivý princip) tkaninový filtr( hadicový, kapsový)

Tryskací prostředek

materiál pro čištění povrchu odlitků.Tvar tryskacího prostředku je kulový( odlévané kuličky) ostrohranný( drcený) sekaný drát. Jako materiál se používá ocel, litina, nerez, nekovové materiály. Tryskací prostředek se třídí podle velikosti zrn. zařízení na čištění povrchu odlitků metáním nebo proudem tryskacího prostředku

Tryskač


360

Integrovaná prevence a kontrola znečistění. Referenční materiál nejlepších dostupných technik pro kovárny a slévárny. Květen 2005

Recommend Documents