Ливарне виробництво є основною заготівельною базою машинобудування. Близько 40% усіх заготовок, що використовуються в машинобудуванні, одержують литтям. Однак, ливарне виробництвоє одним із найбільш екологічно несприятливих.
У ливарному виробництві застосовується понад 100 технологічних процесів, понад 40 видів сполучних, понад 200 протипригарних покриттів.
Це призвело до того, що у повітрі робочої зони зустрічається до 50 шкідливих речовин, регламентованих санітарними нормами. При виробництві 1т чавунних виливків виділяється:
10..30 кг – пилу;
200..300 кг – оксиду вуглецю;
1..2 кг - оксиду азоту та сірки;
0.5..1.5 г - фенолу, формальдегіду, ціанідів та ін;
3 м 3 - забруднених стічних водможе надійти у водний басейн;
0.7..1.2 т-відпрацьованих сумішей у відвал.
Основну масу відходів ливарного виробництва складають відпрацьовані формувальні та стрижневі суміші та шлак. Утилізація цих відходів ливарного виробництва є найбільш актуальною, т.к. Кілька сотень гектарів поверхні землі займають щорічно вивозяться у відвал суміші в Одеській області.
З метою зниження забруднення ґрунтів різними промисловими відходами на практиці охорони земельних ресурсів передбачаються такі заходи:
утилізація;
знешкодження методом спалювання;
поховання на спеціальних полігонах;
організація вдосконалених звалищ.
Вибір методу знешкодження та утилізації відходів залежить від їх хімічного складута ступеня впливу на навколишнє середовище.
Так, відходи металообробної, металургійної, вугільної промисловості містять частинки піску, породи та механічні домішки. Тому відвали змінюють структуру, фізико-хімічні властивості та механічний склад ґрунтів.
Зазначені відходи використовують при будівництві доріг, засипанні котлованів та відпрацьованих кар'єрів після зневоднення. Водночас відходи машинобудівних заводів та хімічних підприємств, що містять солі важких металів, ціаніди, токсичні органічні та неорганічні сполуки, утилізації не підлягають. Ці види відходів збирають у шламонакопичувачі, після чого їх засипають, утрамбовують та озеленюють місце поховання.
Фенол- найбільш небезпечна токсична сполука, що знаходиться у формувальних та стрижневих сумішах. У той же час дослідження показують, що основна частина фенолсодержащих сумішей, що пройшли заливку, практично не містить фенолу і не є небезпекою для навколишнього середовища. Крім того, фенол, незважаючи на його високу токсичність, швидко розкладається у ґрунті. Спектральний аналіз відпрацьованих сумішей на інших видах сполучного показав відсутність особливо небезпечних елементів: Hg, Pb, As, Fта важких металів. Тобто, як показують розрахунки даних досліджень, відпрацьовані формувальні суміші не становлять небезпеки для навколишнього середовища і не вимагають будь-яких спеціальних заходів щодо їх поховання. Негативним факторомє саме існування відвалів, які створюють непривабливий краєвид, порушують ландшафт. Крім того, пил, що забирається з відвалів вітром, забруднює навколишнє середовище. Проте не можна сказати, що проблема відвалів не вирішується. У ливарному виробництві існує цілий ряд технологічного обладнання, Що дозволяє проводити регенерацію формувальних пісків і використовувати їх у виробничому циклі неодноразово. Існуючі методирегенерації традиційно поділяються на механічні, пневматичні, термічні, гідравлічні та комбіновані.
За даними Міжнародної комісії з регенерації пісків, 1980 р. з 70 опитаних ливарних підприємств Західної Європиі Японії 45 використовували установки механічної регенерації.
Водночас, ливарні відпрацьовані суміші - гарна сировина для будматеріалів: цегли, силікатного бетону, та виробів з нього, будівельних розчинів, асфальтобетону для дорожніх покриттів, для відсипання полотна залізниць.
Дослідження Свердловських учених (Росія) показали, що відходи ливарного виробництва мають унікальними властивостями: ними можна обробляти опади стічних вод (для цього придатні існуючі відвали ливарного виробництва); захищати сталеві конструкції від ґрунтової корозії. Фахівці Чебоксарського заводу промислових тракторів (Росія) використовували пилоподібні відходи регенерації як добавки (до 10%) при виробництві силікатної цегли.
Багато ливарних відвалів використовуються як вторинна сировина в самому ливарному виробництві. Так, наприклад, кислий шлак сталеливарного виробництва і ферохромовий шлак застосовуються в технології шлікерного формоутворення при лиття за моделями, що виплавляються .
У ряді випадків відходи машинобудівних та металургійних виробництв містять значну кількість хімічних сполук, які можуть представляти цінність як сировину та використовуватися у вигляді доповнення до шихти.
Розглянуті питання поліпшення екологічної обстановки під час виробництва литих деталей дозволяє дійти невтішного висновку у тому, що у ливарному виробництві можна комплексно вирішувати дуже складні екологічні проблеми.
Деталі Опубліковано 18.11.2019Шановні читачі! З 18.11.2019 р. по 17.12.2019 р. нашому університету надано безкоштовний тестовий доступ до нової унікальної колекції в ЕБС «Лань»: «Військова справа».
Ключовою особливістю цієї колекції є освітній матеріал від кількох видавництв, підібраний спеціально з військової тематики. Колекція включає книги від таких видавництв, як: «Лань», «Інфра-Інженерія», «Нове знання», Російська державний університетправосуддя, МДТУ ім. Н. Е. Баумана, та деяких інших.
Тестовий доступ до Електронно-бібліотечної системи IPRbooks
Деталі Опубліковано 11.11.2019Шановні читачі! З 08.11.2019 р. по 31.12.2019 р. нашому університету надано безкоштовний тестовий доступ до найбільшої російської повнотекстової бази даних – Електронно-бібліотечної системи IPR BOOKS. ЕБС IPR BOOKS містить понад 130 000 видань, з яких понад 50 000 – унікальні навчальні та наукові видання. На платформі доступні актуальні книги, які неможливо знайти у відкритому доступі в мережі Інтернет.
Доступ можливий із усіх комп'ютерів мережі університету.
«Карти та схеми у фонді Президентської бібліотеки»
Деталі Опубліковано 06.11.2019Шановні читачі! 13 листопада о 10:00 бібліотека ЛЕТІ в рамках договору про співпрацю з Президентською бібліотекою ім. Захід проходитиме у форматі трансляції в читальній залівідділу соціально-економічної літератури бібліотеки ЛЕТИ (5 корпус прим.5512).
Літеінше виробленняодство, одна з галузей промисловості, продукцією якої є виливки, які отримують у ливарних формах при заповненні їх рідким сплавом. Методами лиття виготовляється у середньому близько 40% (за масою) заготовок деталей машин, а деяких галузях машинобудування, наприклад, у станкобудуванні, частка литих виробів становить 80%. З усіх литих заготовок машинобудування споживає приблизно 70%, металургійна промисловість - 20%, виробництво санітарно-технічного обладнання - 10%. Литі деталі використовують у металообробних верстатах, двигунах внутрішнього згоряння, компресорах, насосах, електродвигунах, парових та гідравлічних турбінах, прокатних станах, с.-г. машини, автомобілі, трактори, локомотиви, вагони. Широке застосування виливків пояснюється тим, що їхню форму легше наблизити до конфігурації готових виробів, ніж форму заготовок, вироблених ін способами, наприклад куванням. Литтям можна отримати заготівлі різної складності з невеликими припусками, що зменшує витрату металу, скорочує витрати на механічну обробку і, зрештою, знижує собівартість виробів. Литтям можуть бути виготовлені вироби практично будь-якої маси - від кількох гдо сотень т,зі стінками товщиною від десятих часток ммдо кількох м.Основні сплави, з яких виготовляють виливки: сірий, ковкий і легований чавун (до 75% всіх виливків по масі), вуглецеві та леговані сталі (понад 20%) та кольорові сплави (мідні, алюмінієві, цинкові та магнієві). Область застосування литих деталей постійно розширюється.
Відходи ливарного виробництва.
Класифікація відходів виробництва можлива за різними ознаками, серед яких основними вважатимуться такі:
по галузях промисловості - чорна та кольорова металургія, рудо- та вугледобувна промисловість, нафтова та газова тощо.
по фазовому складу - тверді (пилу, шлами, шлаки), рідкі (розчини, емульсії, суспензії), газоподібні (оксиди вуглецю, азоту, з'єднання сірки та ін.)
за виробничими циклами - при видобутку сировини (розкривні та овальні породи), при збагаченні (хвости, шлами, сливи), у пірометалургії (шлаки, шлами, пилу, гази), в гідрометалургії (розчини, опади, гази).
На металургійному комбінаті із замкнутим циклом (чавун – сталь – прокат) тверді відходи можуть бути двох видів – пилу та шлаки. Досить часто застосовується мокре газоочищення, тоді замість пилу відходом є шлам. Найбільш цінними для чорної металургії є залізовмісні відходи (пил, шлам, окалина), тоді як шлаки в основному використовуються в інших галузях промисловості.
При роботі основних металургійних агрегатів утворюється більше тонкодисперсного пилу, що складається з оксидів різних елементів. Остання вловлюється газоочисними спорудами і потім або подається до шламонакопичувача, або прямує на подальшу переробку (в основному як компонент аглошихти).
Приклади відходів ливарного виробництва:
Ливарний горілий пісок
Шлак від дугової печі
Лом кольорових та чорних металів
Нафтовідходи (відпрацьовані олії, мастила)
Пісок формувальний горілий (земля формувальна) - відходи ливарного виробництва, що за фізико-механічними властивостями наближаються до супіску. Утворюється в результаті застосування способу лиття піщані форми. Складається переважно із кварцового піску, бентоніту (10 %), карбонатних добавок (до 5 %).
Я вибрала цей вид відходів тому, що питання утилізації відпрацьованої формувальної суміші – одне з важливих питань ливарного виробництва з екологічної точки зору.
Формувальні матеріали повинні мати головним чином вогнетривкість, газопроникність і пластичність.
Вогнетривкість формувального матеріалу називається здатність його не сплавлятися і спікатися при зіткненні з розплавленим металом. Найбільш доступним і дешевим формувальним матеріалом є кварцовий пісок (SiO2), досить вогнетривкий для виливки тугоплавких металів і сплавів. З домішок, що супроводжують SiO2, особливо небажані луги, які, діючи на SiO2, як флюси, утворюють з ним легкоплавкі сполуки (силікати), що пригорають до виливки та утруднюють її очищення. При плавленні чавуну та бронзи шкідливі домішки шкідливі домішки у кварцовому піску не повинні перевищувати 5-7%, а для сталі – 1,5-2%.
Газопроникністю формувального матеріалу називається його здатність пропускати гази. При поганій газопроникності формувальної землі у виливку можуть утворюватися газові раковини (зазвичай сферичної форми) та викликати шлюб виливки. Раковини виявляються під час наступної механічної обробки виливка при знятті верхнього шару металу. Газопроникність формувальної землі залежить від її пористості між окремими зернами піску, від форми та величини цих зерен, від їх однорідності та від кількості в ній глини та вологи.
Пісок з округлими зернами має більшу газопроникність, ніж пісок з округлими зернами. Дрібні зерна, розташовуючись між великими, також зменшують газопроникність суміші, знижуючи пористість і створюючи дрібні звивисті канали, що утруднюють вихід газів. Глина, маючи надзвичайно дрібні зерна, закупорює пори. Надлишок води також закупорює пори та, крім того, випаровуючись при зіткненні із залитим у форму гарячим металом, збільшує кількість газів, які мають пройти через стінки форми.
Міцність формувальної суміші полягає в здатності зберігати надану їй форму, опираючись дії зовнішніх зусиль (струсу, удар струменя рідкого металу, статичний тиск залитого у форму металу, тиск газів, що виділяються з форми, і металу при заливці, тиск від усадки металу і т.д. .).
Міцність формувальної суміші зростає при підвищенні вмісту вологи до певної межі. При подальшому підвищенні кількості вологи міцність падає. За наявності у формувальному піску домішки глини (рідкий пісок) міцність підвищується. Жирний пісок вимагає більшого вмісту вологи, ніж пісок з малим вмістом глини ("худий пісок"). Чим дрібніше зерно піску і чим незграбніша його форма, там більша міцність формувальної суміші. Тонкий сполучний прошарок між окремими зернами піску досягається ретельним і тривалим перемішуванням піску з глиною.
Пластичність формувальної суміші називається здатність легко сприймати і точно зберігати форму моделі. Пластичність особливо необхідна при виготовленні художніх та складних виливків для відтворення найдрібніших подробиць моделі та збереження відбитків їх під час заливання форми металом. Чим дрібніше зерна піску і що рівномірніше вони оточені прошарком глини, краще вони заповнюють дрібні деталі поверхні моделі і зберігають форму. При надмірній вологості сполучна глина розріджується і пластичність різко знижується.
При зберіганні відпрацьованих формувальних сумішей на звалищі відбувається запилення та забруднення навколишнього середовища.
Для вирішення цієї проблеми пропонується проводити регенерацію відпрацьованих формувальних сумішей.
Спеціальні добавки.Одним з найбільш поширених видів шлюбу виливків є пригар формувальної та стрижневої суміші до виливка. Причини, що породжують пригар, різноманітні: недостатня вогнетривкість суміші, крупнозернистий склад суміші, неправильний підбір протипригарних фарб, відсутність у суміші спеціальних протипригарних добавок, неякісне забарвлення форм та ін. Розрізняють три види пригару: термічний, механічний та хімічний.
Термічний пригар порівняно легко видаляється при очищенні виливків.
Механічний пригар утворюється в результаті проникнення розплаву в пори формувальної суміші і може бути видалений разом з кіркою сплаву, що містить вкраплені зерна формувального матеріалу.
Хімічний пригар являє собою освіту, що зцементує легкоплавкими сполуками типу шлаків, що виникають при взаємодії формувальних матеріалів з розплавом або його окислами.
Механічний і хімічний пригари або видаляються з поверхні виливків (потрібна велика витрата енергії), або виливки остаточно бракують. Попередження пригару засноване на введенні у формувальну або стрижневу суміш спеціальних добавок: меленого вугілля, азбестової крихти, мазуту та ін., а також покритті робочих поверхонь форм і стрижнів протипригарними фарбами, припилами, натирками або пастами, що містять у своєму складі тальк), що не взаємодіють при високих температурахз окислами розплавів, або матеріали, що створюють відновне середовище (меле вугілля, мазут) у формі при її заливанні.
Перемішування та зволоження. Складові формувальної суміш ретельно перемішують у сухому вигляді з метою рівномірного розподілу частинок глини по всій масі піску. Потім суміш зволожують, додаючи потрібну кількість води, і знову перемішують так, щоб кожна частинка піску покрилася плівкою глини або іншого сполучного. Зволожувати компоненти суміші до перемішування не рекомендується, так як при цьому піски з високим вмістом глини скочуються в невеликі кульки, що важко розпушують. Перемішування великої кількості матеріалів вручну - велика та трудомістка робота. У сучасних ливарних цехах складові суміші в процесі її приготування перемішують у шнекових змішувачах або бігунах, що змішують.
Спеціальні добавки у формувальні суміші. Спеціальні добавки вводяться у формувальні та стрижневі суміші для забезпечення особливих властивостей суміші. Так, наприклад, чавунний дріб, що вводиться у формувальну суміш, збільшує її теплопровідність і попереджає утворення усадкової рихлоти в масивних вузлах виливків при їх затвердінні. Тирса і торф вводять у суміші, призначені для виготовлення форм і стрижнів, що піддаються сушінню. Після сушіння зазначені добавки, зменшуючись в обсязі, збільшують газопроникність та податливість форм та стрижнів. Їдкий натр вводиться у формувальні швидкотвердні суміші на рідкому склі для підвищення довговічності суміші (усувається комкування суміші).
Приготування формувальних сумішей.Якість художньої виливки багато в чому залежить від якості формувальної суміші, з якої приготована її ливарна форма. Тому підбір формувальних матеріалів для суміші та її приготування у технологічному процесі отримання виливка має важливе значення. Формувальна суміш може бути приготовлена нз свіжих формувальних матеріалів і відпрацьованої суміші з невеликою добавкою свіжих матеріалів.
Процес приготування формувальних сумішей із свіжих формувальних матеріалів складається з наступних операцій: складання суміші (підбір формувальних матеріалів), перемішування складових суміші в сухому вигляді, зволоження, перемішування після зволоження, вилежування, розпушування.
Складання. Відомо, що формувальні піски, що відповідають усім технологічним властивостям формувальної суміші, в природних умовах трапляються рідко. Тому суміші, як правило, готують шляхом підбору пісків з різним вмістом глини, так, щоб отримана суміш містила потрібну кількість глини і мала необхідні технологічні властивості. Такий підбір матеріалів для приготування суміші називають укладанням суміші.
Перемішування та зволоження. Складові формувальної суміш ретельно перемішують у сухому вигляді з метою рівномірного розподілу частинок глини по всій масі піску. Потім суміш зволожують, додаючи потрібну кількість води, і знову перемішують так, щоб кожна частинка піску покрилася плівкою глини або іншого сполучного. Зволожувати компоненти суміші до перемішування не рекомендується, так як при цьому піски з високим вмістом глини скочуються в невеликі кульки, що важко розпушують. Перемішування великої кількості матеріалів вручну - велика та трудомістка робота. У сучасних ливарних цехах складові сумішей у процесі її приготування перемішують у шнекових змішувачах або бігунах, що змішують.
Змішувальні бігуни мають нерухому чашу і дві гладкі ковзанки, що сидять на горизонтальній осі вертикального валу, з'єднаного конічною передачею з редуктором електродвигуна. Між котками та дном чаші робиться регульований зазор, що запобігає дробленню котками зерен суміші пластичність, газопроникність та вогнетривкість. Для відновлення втрачених властивостей суміш додають 5-35 % свіжих формувальних матеріалів. Таку операцію при приготуванні формувальної суміші прийнято називати освіженням суміші.
Процес приготування формувальної суміші з використанням відпрацьованої суміші складається з наступних операцій: підготовки відпрацьованої суміші, додавання у відпрацьовану суміш свіжих формувальних матеріалів, перемішування в сухому вигляді, зволоження, перемішування складових після зволоження, вилежування, розпушування.
Існуюча компанія Heinrich Wagner Sinto концерну Sinto серійно виробляє нове покоління формувальних ліній серії FBO. На нових машинах виготовляються безопічні форми із горизонтальною площиною роз'єму. Понад 200 таких машин успішно працюють у Японії, США та інших країнах світу». При розмірах форми від 500 х 400 мм до 900 х 700 мм формувальні машини FBO можуть виробляти від 80 до 160 форм на годину.
Закрита конструкція дозволяє уникати просипів піску та забезпечує зручні умови та чистоту на робочих місцях. При розробці системи ущільнення та транспортних пристроїв велика увага приділялася зведенню рівня шуму до мінімуму. Установки FBO відповідають усім вимогам щодо екологічності, що висуваються до нового обладнання.
Система заповнення суміші дозволяє виготовляти точні форми із застосуванням формувальної суміші з бентонітовим сполучним. Автоматичний механізм контролю тиску пристрою подачі та пресування піску забезпечує рівномірне ущільнення суміші та гарантує якісне виготовлення складних виливків із глибокими кишенями та малою товщиною стінок. Такий процес ущільнення дозволяє варіювати висоту верхньої та нижньої напівформи незалежно один від одного. Це забезпечує суттєво нижчу витрату суміші, а значить більш економічне виробництво завдяки оптимальному співвідношенню метал-форма.
За своїм складом та ступенем впливу на навколишнє середовище відпрацьовані формувальні та стрижневі суміші поділяють на три категорії небезпеки:
I – практично інертні. Суміші, що містять як сполучну глину, бентоніт, цемент;
II – відходи, що містять біохімічно окислювані речовини. Це суміші після заливання, сполучною в яких є синтетичні та природні композиції;
III - відходи, що містять малотоксичні, малорозчинні у воді речовини. Це рідкоскляні суміші, невідпалені піщано – смоляні суміші, суміші, що затверджуються сполуками кольорових та важких металів.
При окремому складуванні або похованні полігони відпрацьованих сумішей слід розташовувати в відокремлених, вільних від забудови місцях, які допускають здійснення заходів, що виключають можливість забруднення населених пунктів. Полігони слід розміщувати на ділянках із слабко фільтруючими ґрунтами (глина, сулинок, сланці).
Відпрацьована формувальна суміш, вибита з опок, перед повторним використанняммає бути попередньо перероблена. У немеханізованих ливарних цехах її просівають на звичайному ситі або на пересувній суміші підготовчій установці, де відбувається відділення металевих частинок та інших сторонніх домішок. У механізованих цехах відпрацьована суміш подається з-під вибивної решітки стрічковим транспортером до сумішопідготовчого відділення. Великі грудки суміші, що утворюються після вибивання форм, зазвичай розминають гладкими або рифленими вальцями. Металеві частинки відокремлюють магнітними сепараторами, встановленими на ділянках передачі відпрацьованої суміші з одного транспортера на інший.
Регенерація горілої землі
Серйозною проблемою ливарного виробництва залишається екологія, тому що при виробництві однієї тонни лиття з чорних та кольорових сплавів виділяється близько 50 кг пилу, 250 кг окису вуглецю, 1,5-2,0 кг окису сірки, 1 кг вуглеводнів.
З появою технологій формоутворення з використанням сумішей із сполучними зробленими із синтетичних смол різних класів особливо небезпечні виділення фенолів, ароматичних вуглеводнів, формальдегідів, канцерогенного та аміачного бензопірену. Удосконалення ливарного виробництва має бути спрямовано як на вирішення економічних проблем, а й у меншою мірою створення умов діяльності та проживання человека. За експертною оцінкою, сьогодні ці технології створюють до 70% забруднень природи від ливарних цехів.
Вочевидь, за умов ливарного виробництва проявляється несприятливий кумулятивний ефект комплексного чинника, у якому шкідливий вплив кожного окремого інгредієнта (пилу, газів, температури, вібрації, шуму) різко збільшується.
Модернізуючі заходи у ливарному виробництві виділяють такі:
заміна вагранок індукційними печами низької частоти (при цьому розмір шкідливих викидів зменшується: пилу та двоокису вуглецю приблизно в 12 разів, двоокису сірки у 35 разів)
впровадження у виробництво малотоксичних та не токсичних складів сумішей
встановлення ефективних системуловлювання та нейтралізації шкідливих речовин, що виділяються
налагодження ефективної роботивентиляційних систем
застосування сучасного обладнання зі зниженою вібрацією
регенерації відпрацьованих сумішей на місцях їх утворення
Кількість фенолів у відвальних сумішах перевищує вміст інших токсичних речовин. Феноли і формальдегіди утворюються в процесі термодеструкції формувальних та стрижневих сумішей, у яких є синтетичні смоли. Ці речовини добре розчиняються у воді, що створює небезпеку попадання їх у водоймища при вимиванні поверхневими (дощовими) або ґрунтовими водами.
Викидати відпрацьовану формувальну суміш після вибивання у відвали є економічно та екологічно невигідно. Найбільш раціональним рішенням є регенерація холоднотвердіючих сумішей. Основною метою регенерації є видалення плівок сполучного із зерен кварцового піску.
Найбільшого поширення набув механічний спосіб регенерації, у якому відбувається відділення плівок сполучного від кварцових піщин за рахунок механічного перетирання суміші. Плівки сполучного руйнуються, перетворюються на пил і видаляються. Регенерований пісок надходить подальше використання.
Технологічна схема процесу механічної регенерації:
вибивання форми (Залита форма подається на полотно вибивних грат, де відбувається її руйнування за рахунок вібраційних ударів.);
роздроблення шматків формувальної суміші і механічне перетирання суміші (Пройшла крізь вибивну решітку суміш надходить у систему відтиральних сит: сталевий гуркіт для великих грудок, сито з клиноподібними отворами і дрібне відтиральне сито-класифікатор. Вбудована система сит подрібнює форму та інші великі включення.);
охолодження регенерату (Вібраційний елеватор забезпечує транспортування гарячого піску в охолоджувач/обезпилювач.);
пневмопередача регенерованого піску на ділянку формування.
Технологія механічної регенерації забезпечує можливість повторного використання від 60-70% (Альфа-сет процес) до 90-95% (Фуран-процес) регенерованого піску. Якщо для Фуран-процесу дані показники є оптимальними, то для Альфа-сет процесу повторне використання регенерату лише на рівні 60-70% є недостатнім і не вирішує екологічне та економічне питання. Для збільшення відсотка використання піску регенерованого можливе використання термічної регенерації сумішей. Регенерований пісок за якістю не поступається свіжому піску і навіть перевершує його за рахунок активації поверхні зерен та видування пилоподібних фракцій. Печі для термічної регенерації працюють за принципом киплячого шару. Нагрів матеріалу, що регенерується, проводиться бічними пальниками. Тепло димових газів використовується для нагрівання повітря, що надходить на формування киплячого шару і спалювання газу для нагрівання регенерованого піску. Для охолодження пісків, що регенеруються, використовуються установки киплячого шару, забезпечені водяними теплообмінниками.
При термічній регенерації відбувається нагрівання сумішей в окисному середовищі за температури 750-950 ºС. При цьому відбувається вигоряння плівок органічних речовин із поверхні зерен піску. Незважаючи на високу ефективність процесу (можливе використання до 100% регенерованої суміші), у нього є такі недоліки: складність обладнання, велика витрата енергії, низька продуктивність, висока вартість.
Усі суміші перед регенерацією проходять попередню підготовку: магнітну сепарацію (інші види очищення від немагнітного скрапу), дроблення (при необхідності), просівання.
При впровадженні процесу регенерації кількість твердих відходів, що викидаються у відвал, у кілька разів скорочується (іноді вони ліквідуються повністю). Кількість шкідливих викидів у повітряну атмосферу з димовими газами та запиленим повітрям із ливарного цеху не збільшується. Це пов'язано, по-перше, з досить високим ступенем згоряння шкідливих компонентів при термічній регенерації, по-друге, з високим ступенем очищення димових газів та відпрацьованого повітря від пилу. Для всіх видів регенерації використовується подвійне очищення димових газів та відпрацьованого повітря: для термічної – відцентрові циклони та мокрі пилеочисники, для механічної – відцентрові циклони та рукавні фільтри.
На багатьох машинобудівних підприємствах є своє ливарне виробництво, що використовує при виготовленні литих металевих деталей формувальну землю для виготовлення ливарних форм і стрижнів. Після використання ливарних форм утворюється горіла земля, утилізація якої має важливе економічне значення. Формувальна земля складається на 90-95% з високоякісного кварцового піску та невеликих кількостей різних добавок: бентоніту, меленого вугілля, їдкого натру, рідкого скла, азбесту та ін.
Регенерація горілої землі, що утворилася після виливки виробів, полягає у видаленні пилу, дрібних фракцій і глини, що втратила сполучні властивості під впливом високої температури при заповненні форми металом. Існують три способи регенерації горілої землі:
електрокоронний.
Мокрий спосіб.
При мокрому способі регенерації горіла земля надходить у систему послідовних відстійників з проточною водою. При проходженні відстійників пісок осідає на дні басейну, а дрібні фракції йдуть водою. Пісок потім просушується та повертається у виробництво для виготовлення ливарних форм. Вода надходить на фільтрацію та очищення і також повертається у виробництво.
Сухий спосіб.
Сухий спосіб регенерації горілої землі складається з двох послідовних операцій: відділення піску від сполучних добавок, що досягається продуванням повітря в барабан із землею, та видалення пилу та дрібних частинок шляхом відсмоктування їх із барабана разом з повітрям. Повітря, що виходить з барабана, що містить пилоподібні частинки, очищається за допомогою фільтрів.
Електрокоронний метод.
При електрокоронній регенерації відпрацьована суміш поділяється на частинки різних розмірів за допомогою високої напруги. Пісчинки, розміщені в полі електрокоронного розряду, заряджаються негативними зарядами. Якщо електричні сили, що діють на піщинку і притягують її до осадового електрода, більше сили тяжіння, піщинки осідають на поверхні електрода. Змінюючи напругу на електродах, можна розділяти пісок, що проходить між ними по фракціях.
Регенерація формувальних сумішей з рідким склом здійснюється спеціальним способом, так як при багаторазовому використанні суміші в ній накопичується більше 1-1,3% лугу, що збільшує пригар, особливо на чавунних виливках. У барабан установки, що обертається, для регенерації подають одночасно суміш і гальку, які, пересипаючись з лопатей на стінки барабана, механічно руйнують плівку рідкого скла на зернах піску. Через регульовані жалюзі в барабан надходить повітря, що відсмоктується разом з пилом у мокрий пиловловлювач. Потім пісок разом з галькою подають у барабанне сито для відсіювання гальки та великих зерен із плівками. Придатний пісок із сита транспортують на склад.
Ливарне виробництво характеризується наявністю токсичних повітряних викидів, стічних вод та твердих відходів.
Гострою проблемою у ливарному виробництві вважається незадовільний стан повітряного середовища. Хімізація ливарного виробництва, сприяючи створенню прогресивної технології, одночасно ставить завдання щодо оздоровлення повітряного середовища. Найбільша кількістьпилу виділяється від обладнання для вибивання форм та стрижнів. Для очищення викидів пилу застосовують циклони різних типів, порожнисті скрубери та циклони-промивачі. Ефективність очищення цих апаратах перебуває у межах 20-95 %. Застосування в ливарному виробництві синтетичних сполучних особливо гостро ставить проблему очищення повітряних викидів від токсичних речовин, головним чином від органічних сполук фенолу, формальдегіду, оксидів вуглецю, бензолу та ін Для знешкодження органічних парів ливарного виробництва застосовують різні способи активованим вугіллям, окислення озоном, біоочищення та ін.
Джерелом стічних вод у ливарних цехах служать, головним чином, установки гідравлічного та електрогідравлічного очищення лиття, мокрого очищення повітря, гідрогенерації відпрацьованих формувальних сумішей. Величезне економічне значення для народного господарства має утилізація стічних вод та шламу. Кількість стічних вод можна значно знизити шляхом застосування обігового водопостачання.
Тверді відходи ливарного виробництва, що надходить у відвали, є переважно відпрацьовані ливарні, піски. Незначну частину (менше 10 %) становлять металеві відходи, кераміка, браковані стрижні та форми, вогнетриви, паперове та деревне сміття.
Основним напрямом зменшення кількості твердих відходів у відвали слід вважати регенерацію відпрацьованих ливарних пісків. Використання регенератора забезпечує зниження витрати свіжих пісків, а також сполучних та каталізаторів. Розроблені технологічні процеси регенерації дозволяють регенерувати пісок з гарною якістюта високим виходом цільового продукту.
За відсутності регенерації відпрацьовані формувальні суміші, а також шлаки необхідно використовувати в інших галузях промисловості: відпрацьовані піски - у дорожньому будівництві як баластний матеріал для вирівнювання рельєфу та влаштування насипів; відпрацьовані піщано-смоляні суміші - для виготовлення холодного та гарячого асфальтобетонів; дрібну фракцію відпрацьованих формувальних сумішей - для виробництва будматеріалів: цементу, цегли, облицювальних плиток; відпрацьовані рідинноскляні суміші - сировина для будівельних цементних розчинів та бетону; шлак ливарного виробництва - для дорожнього будівництва як щебеню; дрібна фракція - як добрива.
Поховання твердих відходів ливарного виробництва доцільно проводити у яри, відпрацьовані кар'єри та шахти.
ЛИВАРНІ СПЛАВИ
У сучасної технікивикористовують литі деталі з багатьох сплавів. Нині у СРСР частка сталевого лиття у загальному балансі виливків становить приблизно 23 %, чавунного - 72 %. Виливки із сплавів кольорових металів близько 5%.
Чавун та ливарні бронзи є «традиційними» ливарними сплавами, що застосовуються з давніх-давен. Вони не мають достатньої пластичності для обробки тиском, вироби з них отримують литтям. Разом з тим для отримання виливків широко використовують і сплави, що деформуються, наприклад, сталі. Можливість використання сплаву для отримання виливків визначається його ливарними властивостями.
3/2011_МГСу ТНІК
УТИЛІЗАЦІЯ ВІДХОДІВ ЛІТЕІЇ ВИРОБНИЦТВА ПРИ ВИГОТОВЛЕННІ БУДІВЕЛЬНИХ ВИРОБІВ
RECYCLING OF THE WASTE OF FOUNDRY MANUFACTURE AT MANUFACTURING OF BUILDING PRODUCTS
В.В. Жаріков, В.А. Єзерський, H.B. Кузнєцова, І.І. Стерхов V. V. Жаріков, В.А. Yezersky, N.V. Кузнецова, І.І. Sterhov
У цих дослідженнях розглядається можливість утилізації відпрацьованої формувальної суміші при використанні її у виробництві композиційних будівельних матеріалів та виробів. Запропоновано рецептури будівельних матеріалів, рекомендовані для отримання будівельних блоків.
У сучасних дослідженнях можливість рециркуляції fulfilled формує керування є помітним при його використанні в процесі обробки комбінованих будівельних матеріалів і продуктів. Порівняння будівельних матеріалів recommended for reception building блочков єрозрізняються.
Вступ.
У ході технологічного процесу ливарне виробництво супроводжується утворенням відходів, основний обсяг яких складають відпрацьовані формувальні (ОФС) та стрижневі суміші та шлак. В даний час до 70% цих відходів щорічно вивозяться у відвал. Економічно недоцільним стає складування промислових відходіві для самих підприємств, оскільки внаслідок посилення екологічних законів за 1 тонну відходів доводиться сплачувати екологічний податок, величина якого залежить від виду відходу, що складується. У зв'язку з цим з'являється проблема утилізації накопичених відходів. Одним із варіантів вирішення цієї проблеми є використання ОФС як альтернатива природній сировині при виробництві композиційних будівельних матеріалів та виробів.
Використання відходів у будівельній індустрії дозволить знизити екологічне навантаження на території полігонів та виключити безпосередній контакт відходів з довкіллям, і навіть підвищити ефективність використання матеріальних ресурсів (електроенергії, палива, сировинних матеріалів). Крім того, вироблені матеріали та вироби з використанням відходів відповідають вимогам еколого-гігієнічної безпеки, так як цементний камінь і бетон є детоксикантами для багатьох шкідливих інгредієнтів, включаючи навіть золи від сміттєспалювання, що містять діоксини.
Метою справжньої роботи є підбір складів багатокомпонентних композиційних будівельних матеріалів, що мають фізико-технічні параметри.
ВЕСТНИК 3/2011
ми, які можна порівняти з матеріалами, що виробляються з використанням природної сировини.
Експериментальне дослідження фізико-механічних характеристик композиційних будівельних матеріалів.
Компонентами композиційних будівельних матеріалів є: відпрацьована формувальна суміш (модуль крупності Мк=1,88), яка є сумішшю в'яжучого (Етилсиликат-40) і заповнювача (кварцовий пісок різних фракцій), яка використовується для повної або часткової заміни дрібного заповнювача в суміші композиційного матеріалу; портландцемент М400 (ГОСТ 10178-85); кварцовий пісок з Мк = 1,77; вода; суперпластифікатор С-3, що сприяє зниженню водопотреби бетонної суміші та поліпшенню структури матеріалу.
Експериментальні дослідження фізико-механічних характеристик композиційного цементного матеріалу з використанням ОФС проводилися із застосуванням методу планування експерименту.
Як функції відгуку були обрані такі показники: міцність на стиск (У), водопоглинання (У2), морозостійкість (!з), які визначалися за методиками відповідно. Цей вибір обумовлений тим, що за наявності представлених характеристик нового композиційного будівельного матеріалуможна визначити область його застосування та доцільність використання.
Як фактори, що впливають, розглядалися такі: частка вмісту подрібненої ОФС в заповнювачі (х1); відношення вода/в'яжуче (х2); відношення заповнювач/ в'яжуче (х3); кількість добавки пластифікатора С-3(х4).
При плануванні експерименту діапазони зміни факторів приймалися з максимальних і мінімальних можливих значень відповідних параметрів (табл. 1).
Таблиця 1. – Інтервали варіювання факторів
Фактори Діапазон зміни факторів
х, 100% пісок 50% пісок+ 50% подрібнена ОФС 100% подрібнена ОФС
х4,% мас. в'яжучого 0 1,5 3
Зміна сумішевих факторів дозволить отримувати матеріали із широким діапазоном будівельно-технічних властивостей.
Передбачалося, що залежність фізико-механічних характеристик може бути описана поліномом неповного третього порядку, коефіцієнти якого залежать від значень рівнів сумішевих факторів (х1, х2, х3, х4) і описуються, у свою чергу, поліномом другого порядку.
В результаті проведення експериментів були сформовані матриці значень функцій відгуку У2, У3. З урахуванням значень повторних дослідів кожної функції було отримано 24*3=72 значення.
Оцінки невідомих параметрів моделей знаходилися за допомогою методу найменших квадратів, тобто мінімізуючи суму квадратів відхилень значень від обчислених по моделі . Для опису залежностей У = Дх х2, х3, х4) використовувалися нормальні рівняння методу найменших квадратів:
)=Хт ■ У, звідки:<0 = [хт X ХтУ,
де 0 - матриця оцінок невідомих параметрів моделі; X – матриця коефіцієнтів; X – транспонована матриця коефіцієнтів; У – вектор результатів спостережень.
Для обчислення параметрів залежностей У = Дх х2, х3, х4) використовувалися формули, наведені для планів типу N.
У моделях при рівні значимості а = 0,05 за допомогою -критерію Стьюдента виконувалася перевірка значущості коефіцієнтів регресії. Винятком незначних коефіцієнтів визначався остаточний вид математичних моделей.
Аналіз фізико-механічних характеристик композиційних будівельних матеріалів.
Найбільший практичний інтерес становлять залежності міцності на стиск, водопоглинання та морозостійкості композиційних будівельних матеріалів при наступних фіксованих факторах: В/Ц відношення - 0,6 (х2=1) та кількість заповнювача по відношенню до в'яжучого - 3:1 (х3=-1) . Моделі досліджуваних залежностей мають вигляд: міцність на стиск
у1 = 85,6 + 11,8 х1 + 4,07 х4 + 5,69 х1 - 0,46 х1 + 6,52 х1 х4 - 5,37 х4 +1,78 х4 -
1,91-х2 + 3,09х42 водопоглинання
у3 = 10,02 - 2,57х1 - 0,91-х4 -1,82х1 + 0,96х1 -1,38х1х4 + 0,08х4 + 0,47х4 +
3,01-х1 - 5,06х4 морозостійкість
у6 = 25,93 + 4,83 х1 + 2,28 х4 +1,06 х1 +1,56 х1 + 4,44 х1 х4 - 2,94 х4 +1,56 х4 + + 1,56 х2 + 3, 56х42
Для інтерпретації отриманих математичних моделей було побудовано графічні залежності цільових функцій від двох факторів, при фіксованих значеннях двох інших факторів.
«2Л-40 ПЛ-М
Малюнок - 1 Ізолінії міцності на стиск композиційного будівельного матеріалу, кгс/см2, залежно від частки ОФС (Х1) у заповнювачі та кількості суперпластифікатора (х4).
I Ц|1і|Мк1^|Ь1||ми..1 |||(| 9 ^ ______1|ЫИ<1ФС
Малюнок - 2 Ізолін водопоглинання композиційного будівельного матеріалу, % по масі, залежно від частки ОФС (х\) у заповнювачі та кількості суперпластифікатора (х4).
□змо ■зо-Е5
□ 1ЕІ5 ■ ИН) В 0-5
Малюнок - 3 Ізолінії морозостійкості композиційного будівельного матеріалу, цикли, залежно від частки ОФС (хх) у заповнювачі та кількості суперпластифікатора (х4).
Аналіз поверхонь показав, що при зміні вмісту ОФС у наповнювачі від 0 до 100 % спостерігається в середньому зростання міцності матеріалів на 45 %, зниження водопоглинання на 67 % та збільшення морозостійкості в 2 рази. При зміні кількості суперпластифікатора С-3 від 0 до 3 (% мас.) спостерігається середньому зростання міцності на 12 %; водопоглинання за масою змінюється не більше від 10,38 % до 16,46 %; при заповнювачі, що складається зі 100% ОФС, морозостійкість збільшується на 30%, але при заповнювачі, що складається зі 100% кварцового піску, морозостійкість зменшується на 35%.
Практична реалізація результатів експериментів.
Аналізуючи отримані математичні моделі, можна виявити не тільки склади матеріалів з підвищеними характеристиками міцності (таблиця 2), але і визначити склади композиційних матеріалів з заздалегідь заданими фізико-механічними характеристиками при зменшенні в складі частки в'яжучого (таблиця 3).
Після проведеного аналізу фізико-механічних характеристик основних будівельних виробів виявили, що рецептури отриманих складів композиційних матеріалів з використанням відходів ливарної промисловості підійдуть для виробництва стінових блоків. Даним вимогам відповідають склади композиційних матеріалів, які наведені у таблиці 4.
Х1(склад заповнювача,%) х2(В/Ц) Х3 (заповнювач/ в'яжуче) х4 (супер пластифікатор, %) ^сж, кгс/см2 Ш, % Морозостійкість, цикли
пісок ОФС
100 % 0,4 3 1 3 93 10,28 40
100 % 0,6 3 1 3 110 2,8 44
100 % 0,6 3 1 - 97 6,28 33
50 % 50 % 0,6 3 1 - 88 5,32 28
50 % 50 % 0,6 3 1 3 96 3,4 34
100 % 0,6 3 1 - 96 2,8 33
100 % 0,52 3 1 3 100 4,24 40
100 % 0,6 3,3:1 3 100 4,45 40
Таблиця 3 - Матеріали із заздалегідь заданими фізико-механічними _характеристиками_
х! (склад заповнювача, %) х2 (В/Ц) х3 (заповнювач/ в'яжуче) х4 (суперпластифікатор, %) Лсж, кгс/см2
пісок ОФС
100 % - 0,4 3:1 2,7 65
50 % 50 % 0,4 3,3:1 2,4 65
100 % 0,6 4,5:1 2,4 65
100 % 0,4 6:1 3 65
Таблиця 4 Фізико-механічні характеристики будівельних композиційних
матеріалів з використанням відходів ливарної промисловості
х1 (склад заповнювача,%) х2(В/Ц) х3 (заповнювач/ в'яжуче) х4 (супер пластифікатор, %) ^сж, кгс/см2 ш, % Р, гр/см3 Морозостійкість, цикли
пісок ОФС
100 % 0,6 3:1 3 110 2,8 1,5 44
100 % 0,52 3:1 3 100 4,24 1,35 40
100 % 0,6 3,3:1 3 100 4,45 1,52 40
Таблиця 5 - Техніко-економічні характеристики стінових блоків
Будівельні вироби Технічні вимоги до стінових блоків ГОСТ 19010-82 Ціна, руб/шт
Міцність на стиск, кгс/см2 Коефіцієнт теплопровідності, X, Вт/м 0 С Середня щільність, кг/м3 Водопоглинання, % за масою Морозостійкість, марка
100 за ТУ виробника >1300 за ТУ виробника за ТУ виробника
Піскобетонний блочок ТОВ «Там-БовБізнесБуд» 100 0,76 1840 4,3 І00 35
Блочок 1 з використанням ОФС 100 0,627 1520 4,45 Б200 25
Блочок 2 з використанням ОФС 110 0,829 1500 2,8 Б200 27
ВЕСТНИК 3/2011
Запропоновано спосіб залучення техногенних відходів замість природних сировинних ресурсів у виробництво композиційних будівельних матеріалів;
Досліджено основні фізико-механічні характеристики композиційних будівельних матеріалів з використанням відходів ливарного виробництва;
Розроблено склади рівноміцних композиційних будівельних виробів із зменшеною витратою цементу на 20 %;
Визначено склади сумішей для виготовлення будівельних виробів, наприклад стінових блоків.
Література
1. ГОСТ 10060.0-95 Бетони. Методи визначення морозостійкості.
2. ГОСТ 10180-90 Бетони. Методи визначення міцності за контрольними зразками.
3. ГОСТ 12730.3-78 Бетони. Метод визначення водопоглинання.
4. Зажигаєв Л.С., Кіш'ян А.А., Романіков Ю.І. Методи планування та обробки результатів фізичного експерименту. - М.: Атоміздат, 1978. - 232 с.
5. Красовський Г.І., Філаретов Г.Ф. Планування експерименту. - Мн.: Вид-во БДУ, 1982. -302 с.
6. Малькова М.Ю., Іванов А.С. Екологічні проблеми відвалів ливарного виробництва// Вісник машинобудування. 2005. №12. С.21-23.
1. GOST 10060.0-95 Concrete. Методи визначення frost resistance.
2. GOST 10180-90 Concrete. Методи тривалості definition on control samples.
3. GOST 12730.3-78 Concrete. A метод definition of water absorption.
4. Зажигаев Л.С., Кішян А.А., Романиков Ю.І. Метод планування та процесування результатів фізичного experiment. - Mn: Atomizdat, 1978. - 232 p.
5. Красовський Г.І, Філаретов Г.Ф. Експеримент планування. - Mn.: Publishing house BGU, 1982. - 302
6. Malkova M. Ju., Ivanov A.S. Екологічна проблема хімічної промисловості підприємства//Механічний Engineering Bulletin. 2005. №12. p.21-23.
Ключові слова: екологія у будівництві, ресурсозбереження, відпрацьована формувальна суміш, композиційні будівельні матеріали, заздалегідь задані фізико-механічні характеристики, метод планування експерименту, функція відгуку, будівельні блоки.
Keywords: bionomics in building, ресурсозбереження, fulfilled формуючи admixture, composite building materials, в advance set physicomechanical characteristics, метод planning of experiment, response function, building blocks.
