ODDZIAŁYWANIE NA ŚRODOWISKO NATURALNE PROCESÓW

Transkrypt

KOMISJA BUDOWY MASZYN PAN – ODDZIAŁ W POZNANIU
Vol. 28 nr 1
Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji
2008
MARIUSZ HOLTZER∗, JÓZEF DAŃKO∗∗, RAFAŁ DAŃKO∗∗∗
ODDZIAŁYWANIE NA ŚRODOWISKO NATURALNE
PROCESÓW WYTAPIANIA I ODLEWANIA
STOPÓW METALI NIEŻELAZNYCH
Z WYKORZYSTANIEM
NAJLEPSZYCH DOSTĘPNYCH TECHNIK∗∗∗∗
Artykuł dotyczy najlepszych dostępnych technik (NDT) stosowanych w procesach wytapiania
i odlewania stopów metali nieżelaznych. Wykorzystanie tych technik pozwala na spełnienie wymagań, zalecanych w dokumencie referencyjnym BREF, dotyczących dopuszczalnego poziomu
emitowanych zanieczyszczeń, zużycia surowców czy energochłonności procesów, a tym samym w
znaczący sposób wpływa na ograniczenie niekorzystnego oddziaływania przemysłu na środowisko
naturalne. Spełnienie określonych wymagań stanowi dla odlewni niezbywalny warunek uzyskania
pozwoleń zintegrowanych wprowadzonych dyrektywami unijnymi IPPC.
Słowa kluczowe: metale nieżelazne, odlewnictwo, topienie, najlepsze dostępne techniki, emisja zanieczyszczeń do powietrza
1. WPROWADZENIE
Dyrektywa 96/61/WE [1] dotycząca zintegrowanego zapobiegania zanieczyszczeniom i ich ograniczenia, zwana potocznie dyrektywą IPPC (Integrated
Pollution Prevention and Control), wprowadza system pozwoleń zintegrowanych. Nowe zintegrowane podejście do ochrony środowiska przed negatywnym
oddziaływaniem przemysłu kładzie nacisk na zapobieganie, redukcję oraz, o ile
to możliwe, eliminację zanieczyszczeń przez przyznanie priorytetu zapobieganiu
powstawania zanieczyszczeń u źródła (a nie stosowanie techniki „końca rury”)
przy jednoczesnym zapewnieniu rozważnej gospodarki zasobami naturalnymi.
Podejście to uwzględnia także aspekty ekonomiczne. Zapobieganie zanieczysz∗
Prof. dr hab.
Wydział Odlewnictwa Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.
Prof. dr hab. inż.
∗∗∗
Dr inż.
∗∗∗∗
Publikacja naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2007-2009 jako projekt
badawczo-rozwojowy nr R07 012 02.
∗∗
48
M. Holtzer, J. Dańko, R. Dańko
czeniom, ich redukcja i eliminacja muszą bowiem uwzględnić rachunek kosztów
– korzyści. Do osiągnięcia tych celów dyrektywa wprowadza dwa podstawowe
instrumenty. Są to najlepsze dostępne techniki – NDT (ang. BAT – Best Available Techniques) i pozwolenia zintegrowane. Prowadzenie działalności zgodnie z
wymogami NDT oznacza stosowanie takich technik dostępnych dla danej gałęzi
przemysłu, które pozwolą na osiągnięcie ogólnie efektywnego wysokiego poziomu ochrony środowiska z jednoczesnym uwzględnieniem kryterium ekonomicznego. Zasada pozwoleń zintegrowanych jest podstawowym narzędziem
administracyjnym, wprowadzonym dyrektywą IPPC. Pozwolenie zintegrowane
jest decyzją administracyjną, stanowiącą szczegółową „licencję” na prowadzenie
instalacji i regulującą wszystkie aspekty oddziaływania instalacji na środowisko.
Podstawami dyrektywy IPPC [1] w odniesieniu do procesów odlewniczych są:
emisja zanieczyszczeń do powietrza, efektywne wykorzystanie surowców i
energii, redukcja odpadów w połączeniu z recyklingiem oraz ponownym ich
wykorzystaniem.
W niniejszym artykule omówiono techniki, które należy rozpatrywać w odniesieniu do procesów wytapiania i odlewania stopów metali nieżelaznych, gdyż
spełniają kryteria najlepszych dostępnych technik. Dokument referencyjny „Najlepsze dostępne techniki w kuźnictwie i przemyśle odlewniczym” [6, 8, 9] w
zakresie metali nieżelaznych obejmuje tylko proces topienia wlewków i złomu
wewnętrznego, ponieważ jest to standardowa praktyka w odlewniach metali
nieżelaznych.
2. TOPIENIE ALUMINIUM I JEGO STOPÓW
Do topienia aluminium i jego stopów stosowane są piece różnych typów.
Dobór pieca jest oparty na kryteriach technicznych (tj. warunki pracy, wymagana wydajność, sposób zalewania i rodzaj linii do zalewania). W jednej odlewni
może być kilka rodzajów pieców. Praktyka wskazuje, że w dużych odlewniach
scentralizowane topienie w piecach o większej wydajności charakteryzuje się
lepszą sprawnością energetyczną niż topienie w małych tyglach.
W tablicy 1 zebrano dane (charakterystyka, zużycie energii i emisja zanieczyszczeń) dotyczące typowych pieców stosowanych do topienia aluminium.
Poziom zużycia energii zależy w dużym stopniu od pojemności pieca i warunków jego eksploatacji (temperatura ciekłego metalu, kawałkowość złomu itp.).
Piec obrotowy
Piec trzonowy
jedna komora
Piec szybowy
paliwa
paliwa
paliwa
(ciekłe, gazowe) (ciekłe, gazowe) (ciekłe, gazowe)
%
15–40
<30–57
35–60
%
15–40
<30–57
35–60
600–1250
975–1150
580–900
kW⋅h/t Al
610–720
–
okresowa
okresowa
ciągła
Mg
3–10
0,5–30
0,5–4 (–15)
Mg
b.d.
b.d.
1,5–10
–
2–4
3–4
0,5–1
–
mała
mała
mała
%
b.d.
b.d.
1–3
kg/Mg Ald)
b.d.
<1
<1
kg/Mg Ald)
b.d.
<1–6
<1–6
EUR’000
b.d.
b.d.
190–370
EUR’000
b.d.
b.d.
20–100
–
filtry workowe filtry workowe
filtry workowe
w większych
w większych
w większych
instalacjach
instalacjach
instalacjach
–
Jednostki
Piec tyglowy
ogrzewany
oporowo
indukcyjny
paliwa
elektryczność elektryczność
(ciekłe, gazowe)
15–40
65
65–70
15–40
22
22–25
900–1200
750
475–640
610–680
470–590
440–470
okresowa
okresowa
okresowa
0,1–1,2
0,1–0,4
0,2–25
0,1–1,5
0,1–1,5
0,15–6
0,5–1
4–5
0,2–0,5
dobra
bardzo dobra
mała
1–2
1–2
1–2
<1
średnia
średnia
<1–6
b.d.
b.d.
20–50
12–100
190–500
3–20
15–45
35–150
niekonieczne niekonieczne
przeważnie
niekonieczne ze
względu na małą
wielkość pieców
ogrzewany
paliwem
Tablica 1
Definicja: zależność pomiędzy ciepłem zawartym w kąpieli metalowej a ciepłem dostarczonym przez paliwo; wskazane wartości obrazują rząd wielkości,
ale w dużym stopniu zależą od warunków eksploatacji, takich jak temperatura metalu.
b)
Wydajność wytwarzania energii elektrycznej (paliwa) przyjęto 35%.
c)
Zależy od pomiarów odzysku ciepła; ważne tylko dla etapu topienia; wartości podane w [3] zaznaczono kursywą.
d)
Jednostka „na tonę Al” odnosi się do 1 Mg ciekłego stopu aluminium.
e)
Zależy od projektu komory spalania i charakterystyki pracy.
f)
Zależy od pomiaru odzysku ciepła; ważny tylko dla etapu topienia.
a)
Praca okresowa/ciągła
Pojemność przy topieniu
Pojemność przy wytrzymywaniu
Czas wytopu
Możliwość świeżenia
Strata w wyniku utleniania
Emisja pyłu
NOxe)
Koszty inwestycjif)
Koszty eksploatacji
Techniki oczyszczania
Wydajność cieplnaa)
Pierwotna wydajność cieplnab)
Zapotrzebowanie na energięc)
Źródła energii
Parametry
Charakterystyka typowych pieców stosowanych do topienia aluminium i wielkość emisji zanieczyszczeń
Typical furnace properties and impurities emission data for aluminium melting
Oddziaływanie na środowisko naturalne procesów wytapiania i odlewania …
49
50
Gdy stosuje się czyste materiały wsadowe oraz nagrzewanie elektryczne lub
opalanie gazem, wówczas emisja zanieczyszczeń podczas topienia jest stosunkowo mała.
Piec szybowy. W tablicy 2 podano zużycie materiałów i energii oraz ilość
emitowanych zanieczyszczeń w przeliczeniu na tonę dobrych odlewów dla pieca
szybowego o zdolności topienia 3 Mg/h. Podano również poziom emisji poszczególnych składników w surowych gazach odlotowych (bez oczyszczania).
Współczynniki emisji zanieczyszczeń zostały opracowane dla wartości emisji
w przeliczeniu na tonę dobrych odlewów przy następujących założeniach:
– średni uzysk ciekłego metalu – 70% (odlewy/ciekły metal),
– średni udział złomu – 5% (złom z wykańczania/odlewy),
– całkowity uzysk metalu – 0,7 × 0,95 = 65% (dobre odlewy/ciekły metal).
Tablica 2
Bilans materiałowy procesu wytapiania aluminium w piecu szybowym [7]
Input and output for aluminium melting in a shaft furnace [7]
Materiały wchodzące
Gąski aluminium
Gaz ziemny
Energia elektryczna
Całkowite zużycie energii
W przeliczeniu na
megagramy
W przeliczeniu na metr sześcienny
(w warunkach normalnych)
1503 kg/Mg
717 kW⋅h/Mg
172 kW⋅h/Mg
889 kW⋅h/Mg
–
–
–
–
40,3 kg/Mg
0,3 kg/Mg
–
–
Materiały wychodzące
Żużel (zawierający 35–40% Al)
Zużyta wykładzina ogniotrwała
Emisja (bez oczyszczania gazów spalinowych)
Cząstki stałe
0,12 kg/Mg
NOx
0,18 kg/Mg
LZO
0,12 kg/Mg
SO2
0,04 kg/Mg
CO
–
Pb + Cr + Cu
–
Cd + Hg
–
As + Ni
–
112 mg/m3
113 mg/m3
–
–
150 mg/m3
0,98 mg/m3
0,01 mg/m3
0,03 mg/m3
Dane są przeliczone na 1 Mg dobrych odlewów.
Piec indukcyjny. Piece indukcyjne stosowane do topienia aluminium mają
zwykle pojemność od 500 kg do 2 Mg i pracują przy częstotliwości 250–1000
Hz. Są to sprawne energetycznie urządzenia do topienia. Zużycie energii na
stopienie zależy od wielkości kawałków (gęstości) wsadu i przyjętej praktyki
topienia. Topienie porcjami jest mniej efektywne niż użycie ciekłego wsadu
(zaczynu). Topienie jest najbardziej efektywne, gdy stosuje się 50% ciekłego
wsadu. Zużycie energii zmienia się od 540 kW⋅h/Mg dla wsadu o dużej gęstości
51
(drobny złom i gąski) do 600 kW⋅h/Mg, gdy gęstość topionego złomu jest
mniejsza (układy wlewowe z odlewów ciśnieniowych i gąski). O ile zużycie
energii w piecach indukcyjnych jest małe, o tyle koszty topienia mogą być wyższe niż w przypadku pieców opalanych gazem, ponieważ na ogół koszt energii
elektrycznej jako źródła ciepła jest większy [3].
Piec trzonowy. Istnieje szeroki zakres wielkości i kształtów pieców trzonowych (lub płomieniowych). Duże piece trzonowe umożliwiają szybkie topienie i
mogą pomieścić duże ilości materiałów wsadowych, ale bezpośredni kontakt
materiałów wsadowych z płomieniem może prowadzić do dużych strat metalu,
wychwytywania gazów przez metal i znacznego zanieczyszczenia tlenkami.
Może być również utrudniona kontrola temperatury. Tego typu piece są używane rzadziej ze względu na ich stosunkowo małą sprawność cieplną (około 1100
kW⋅h/Mg). Piece trzonowe są również stosowane do topienia stopów miedzi.
W tablicy 3 podano dane odnośnie do emisji zanieczyszczeń z pieca trzonowego opalanego olejem o wydajności 450 kg/h, stosowanego do wytapiania
aluminium i pracującego bez systemu obróbki gazów spalinowych.
Tablica 3
Dane odnośnie do wartości emisji z pieca trzonowego opalanego olejem przy topieniu Al [4]
Emission data for an oil-fired hearth type furnace melting Al [4]
Składnik
O2
CO2
CO
NOx
SO2
Pył
OWO
Al
Poziom emisji
[mg/m3]
(w warunkach
normalnych)
17,6%
2,2%
<4
45
13
1
5
0,092
Masowe natężenie Roczne masowe natężenie przepływu
przepływu
[t/rok]
[g/h]
–
–
<24
270
78
6
30
0,552
–
–
<0,0438
0,4928
0,1424
0,011
0,0548
0,001
Strumień gazów spalinowych (suchych): 6000 m3/h (w warunkach normalnych);
godziny pracy: 1825 h/rok.
Piec tyglowy (oporowy i opalany paliwem). Piece tyglowe są nagrzewane
pośrednio za pomocą palników paliwowych lub oporników elektrycznych. Efektywność cieplna tygli nagrzewanych palnikami paliwowymi nie jest tak duża jak
innych pieców do topienia, ponieważ trudno jest wykorzystać ciepło produktów
spalania. Piece te są stosunkowo niedrogie, a ponieważ płomień nie ma bezpośredniego kontaktu z ciekłym metalem, straty metalu są małe, a jakość metalu
dobra. Można również łatwo zmieniać gatunek wytapianego stopu. Przy topieniu
stopów aluminium ilość emitowanych cząstek wynosi w przybliżeniu około
0,3 kg/t ciekłego metalu [8]. W tablicy 4 podano zużycie energii i materiałów
52
oraz wartość emisji zanieczyszczeń w przeliczeniu na tonę dobrych odlewów dla
pieca tyglowego o wydajności 3 t/h wytapianego aluminium.
Tablica 4
Zużycie energii i materiałów oraz emisja zanieczyszczeń przy wytapianiu aluminium w piecu tyglowym
Consumption and impurities emission data for the crucible melting of aluminium
Materiały wchodzące
Gaz ziemny
Elektryczność
Całkowity wkład energii
Ilość
538 kW⋅h/Mg
414 kW⋅h/Mg
952 kW⋅h/Mg
Materiały wychodzące
Żużel
Wyłożenie ogniotrwałe
61 kg/Mg
6,87 kg/Mg
Emisja (po użyciu filtrów workowych)
NOx
SO2
LZO
Pył
0,18 kg/Mg
0,04 kg/Mg
0,12 kg/Mg
0,12 kg/Mg
Wszystkie dane są przeliczone na 1 Mg dobrych odlewów.
Obróbka ciekłego aluminium. Do odgazowania i rafinacji ciekłego metalu
metodą barbotażową stosuje się na ogół mieszaninę argonu lub azotu z dodatkiem 3% Cl2. Do samego odgazowania stosuje się na ogół Ar i N2 bez dodatku
Cl2. Przepływ strumienia gazu i czas odgazowania zależy od gatunku stopu oraz
wielkości kadzi, w której prowadzona jest obróbka. Zużycie modyfikatorów,
dodatków rozdrabniających ziarno i topników zależy od gatunku stopu, ale na
ogół wynosi od 100 g do 1 kg / 50 kg ciekłego metalu.
3. WYTAPIANIE I ODLEWANIE MAGNEZU I JEGO STOPÓW
Magnez i jego stopy są topione w piecach tyglowych. Jako gaz ochronny do
zabezpieczenia ciekłego magnezu przed utlenianiem stosuje się SF6 i SO2. Od lat
siedemdziesiątych XX wieku, kiedy to wprowadzono SF6, jest on preferowany
jako gaz ochronny, ponieważ jest łatwiejszy w transporcie i użyciu niż toksyczny SO2, który dodatkowo wywołuje korozję urządzeń. Jednak SF6 ma bardzo
wysoki potencjał globalnego ocieplenia klimatu wynoszący 22.300 (potencjał
globalnego ocieplenia klimatu dla CO2 wynosi 1) oraz okres życia w atmosferze
3200 lat. Z powyższych względów prowadzone są intensywne prace nad nowymi gazami ochronnymi do wytapiania i odlewania magnezu i jego stopów.
53
W ostatnich latach jako gazy ochronne z powodzeniem przetestowano następujące mieszaniny [5]:
– AM-Cover™ zawierającą HFC-134a (CF3CH2F),
– NOVEC™ 612 zawierającą nadfluroketon C3F7C(O)C2F5,
– system Magshield wykorzystujący BF3 powstający ze stałego fluoroboranu sodu lub potasu,
– COOLCOM generującą stały CO2.
W tablicy 5 podano zużycie SF6 w różnych warunkach odlewania ciśnieniowego, a w tablicy 6 podczas odlewania kokilowego. Podane stężenia gazu
ochronnego powinny być utrzymywane przy powierzchni kąpieli metalowej.
W praktyce przemysłowej czasami stosuje się większe stężenia SF6 (np. 99,4%
CO2, 0,6% SF6) [8]:
Tablica 5
Zużycie SF6 w procesie odlewania ciśnieniowego prowadzonego w różnych warunkach [2]
The use of SF6 in pressure die-casting operations under various operating conditions [2]
Temperatura
kąpieli
[°C]
650–705
650–705
650–705
705–760
705–760
Atmosfera nad kąpielą
[% obj.]
Mieszanie
powierzchni
Pozostałość
topnikaa)
Ochrona kąpieli
powietrze/0,04 SF6b)
powietrze/0,2 SF6
75 powietrze/25 CO2/0,2 SF6
50 powietrze/50 CO2/0,3 SP6
50 powietrze/50 CO2/0,3 SF6
nie
tak
tak
tak
tak
nie
nie
tak
nie
tak
doskonała
doskonała
doskonała
doskonała
bardzo dobra
a)
Może pochodzić z wcześniejszych operacji.
Minimalne stężenie w kontrolowanych warunkach.
Uwaga: w mieszance powinno być stosowane suche powietrze (<0,1% H2O).
b)
Tablica 6
Zużycie SF6 w procesie odlewania kokilowego grawitacyjnego [2]
Use of SF6 in gravity die-casting operations [2]
Średnica tygla
[cm]
30
50
75
Kąpiel spokojna
Kąpiel mieszana (dodatek skład(topienie/przetrzymywanie), małe ników stopowych/odlewanie),
natężenie przepływu gazu
duże natężenie przepływu gazu
SF6 [ml/min]
CO2 [l/min]
SF6 [ml/min]
CO2 [l/min]
60
60
90
3,5
3,5
5
200
550
900
10
30
50
Uwaga: sugerowane natężenie przepływu 1,7–2% SF6 obj.
54
4. WYTAPIANIE I ODLEWANIE MIEDZI I JEJ STOPÓW
Miedź i jej stopy są na ogół wytapiane w piecach tyglowych. Piece te mają
następujące parametry:
– pojemność
30 – 1800 kg,
– wydajność
30 – 400 kg/h,
– zużycie energii (olej)
0,4 dm3/kg,
– zużycie energii (butan) 0,3 m3/kg (w warunkach normalnych).
Tablica 7
Bilans masowy dla odlewni mosiądzu niskociśnieniowej (operacje topienia
i odlewania kokilowego) [7]
Mass balance data for a brass low-pressure die-casting foundry (melting + die casting
operations) [7]
Materiały wejściowe
Energia elektryczna
Propan
Sprężone powietrze
Woda
Tabletki odgazowujące
Odtleniacz
Stop miedzi
Topniki pokrywające
Rdzenie
Powłoka grafitowa
Ilość
1360 kW⋅h
14
48 kW⋅h
85,71
0,6 jedn.
0,9 jedn.
0,44
0,31
286
3,4
Materiały wyjściowe
Niezalana masa
Zalana masa
Powłoka grafitowa
Pył cynkowy
Żużel
Mosiężny złom
Mosiężne wióry
101
6,7
61,41
0,075
36,3
57,1
18,4
Emisja (bez oczyszczania gazów spalinowych)
Pył
LZO
SO2
NOx
Miedź
Cynk
3,9
3,3
0,1
0,03
0,081
26,3
Wszystkie dane w przeliczeniu na 1 Mg sprzedanego odlewu; dane w kilogramach, jeśli nie podano innych jednostek.
55
Stosowane są również piece indukcyjne średniej częstotliwości z wykładziną
krzemionkową lub alundową lub piece trzonowe. W tablicy 7 podano bilans
masowy dla odlewni mosiądzu produkującej zawory. Dane te odnoszą się do
operacji topienia i odlewania niskociśnieniowego (bez operacji wykańczania i
wykonywania rdzeni). Wszystkie dane zostały podane w przeliczeniu na 1 Mg
sprzedanych dobrych odlewów. Topienie prowadzono w piecu tyglowym opalanym gazem o wydajności 1 Mg/h. Ilość cząstek stałych emitowanych przy topieniu stopów miedzi w dużym stopniu zależy od zawartości cynku w stopach.
Ilość powstającego żużla i zgarów wynosi około 60 kg/Mg ciekłego metalu.
Ilość odpadów zużytego wyłożenia ogniotrwałego wynosi 8 – 0 kg/Mg ciekłego
metalu przy topieniu w piecu indukcyjnym.
5. WYTAPIANIE I ODLEWANIE CYNKU I JEGO STOPÓW
W tablicy 8 podano bilans materiałowy dla odlewni cynku stosującej technologię odlewania ciśnieniowego (stopy ZnAl4Cu1 i ZnAl4). Wlewki stopu cynku
topione są razem z wybrakowanymi odlewami i nadlewami w piecu tyglowym
opalanym gazem, współpracującym z maszyną do odlewania.
Tablica 8
Bilans materiałowy i energetyczny procesu wykonywania odlewów ciśnieniowych z cynku
Typical mass and energy data for zinc pressure die-casting
Materiały wejściowe
Stop cynku
Wybrakowane odlewy
Nadlewy
Środek antyadhezyjny
Woda
Energia elektryczna
Gaz ziemny
Ilość
1040
50
450
201
1 m3
700 kW⋅h
70 N⋅m3
Materiały wyjściowe
Dobre odlewy
Wióry
Zgary
Szlam z mycia i szlifowania
Gazy odlotowe (w warunkach normalnych)
Cząstki stałe
1000
3
30
2
10 000 m3
1
Wszystkie dane w przeliczeniu na 1 Mg dobrych odlewów; dane
w kilogramach, jeśli nie podano innych jednostek.
56
6. NAJLEPSZE DOSTĘPNE TECHNIKI TOPIENIA METALI NIEŻELAZNYCH
Piece indukcyjne do topienia aluminium, miedzi i cynku. W odniesieniu
do pieców indukcyjnych NDT obejmują:
1. Stosowanie właściwej praktyki przy załadunku i pracy pieca:
– optymalizacja jakości wsadu: chodzi tu o unikanie wsadu zardzewiałego i
zabrudzonego, o stosowanie optymalnej ilości wsadu mającego optymalną gęstość nasypową kawałków; wszystkie te działania skracają czas wytopu, zmniejszają jednostkowe zużycie energii niezbędnej do stopienia wsadu i zmniejszają
ilość tworzącego się żużla;
– stosowanie szczelnych pokryw pieca: stopień utlenienia wsadu można
ograniczyć, unikając źle uszczelnionych pokryw, zbędnego i przedłużonego
otwierania pokryw, dokonując szybko załadunku lub stosując powłokę gazu
obojętnego (N2) nad kąpielą; dobrze dopasowana pokrywa ogranicza straty ciepła do 1% całkowitej mocy dostarczonej do pieca; pracując przy zamkniętej
pokrywie, należy zważać, aby nie przegrzać pieca;
– ograniczenie do minimum okresu przetrzymywania metalu w piecu;
optymalizacja pobierania próbek, badania ich i korygowania składu chemicznego kąpieli istotnie przyczynia się do ograniczenia czasu wytrzymywania;
– prowadzenie wytopu przy maksymalnej mocy dostarczonej do pieca; należy tu również uwzględnić zmniejszenie liczby startów wytopowych z zimnym
tyglem pieca, stworzenie możliwości rozpoczynania kolejnych wytopów tuż po
zakończeniu poprzednich oraz zastosowanie komputerowego sterowania piecem;
– unikanie zbyt wysokiej temperatury metalu i zbędnego przegrzewania go;
– minimalizowanie i kontrolowanie zużywania się materiału tygla; trwałość
tygla zależy od stosowanego materiału ogniotrwałego, temperatury pracy, dbałości wykonania nowego tygla i jego prawidłowej eksploatacji.
2. Stosowanie pieców średniej częstotliwości i wymiana istniejących pieców
zwykłej częstotliwości na piece średniej częstotliwości. Piece średniej częstotliwości (250 Hz) charakteryzują się większą gęstością przykładanej mocy (do
1000 kW/Mg) niż piece sieciowej (50 Hz) częstotliwości (300 kW/Mg). Sprawność energetyczna pieców średniej częstotliwości jest o 10% większa od sprawności pieców sieciowej częstotliwości.
3. Ocena możliwości odzysku ciepła odpadowego i wdrożenie systemu jego
odzysku, jeżeli jest to możliwe. Znaczna część energii elektrycznej dostarczanej
do topienia w piecu indukcyjnym jest zamieniana na ciepło odpadowe. Około
20–30% całej energii dostarczanej do instalacji jest rozpraszana przez system
chłodzący. Ciepło zawarte w układzie chłodzącym pieca może być wykorzystane do ogrzewania pomieszczeń, wody i suszenia surowców.
4. Minimalizowanie emisji zanieczyszczeń do dopuszczalnego poziomu, a jeżeli konieczne jest wychwytywanie gazów odlotowych, to maksymalizowanie
57
stopnia ich wychwycenia podczas całego cyklu pracy i stosowanie suchych metod oczyszczania.
Piece obrotowe do topienia aluminium. W odniesieniu do pieców obrotowych NDT obejmują wdrożenie sposobów optymalizacji wydajności pieca
przez:
– zwiększenie jego sprawności w wyniku zmiany: sposobu załadowania
pieca, składu chemicznego metalu, temperatury metalu;
– zastosowanie palników tlenowo-gazowych,
– wychwytywanie gazów odlotowych blisko wylotu z pieca z zachowaniem
poziomu emisji zanieczyszczeń zgodnego z NDT.
Piece trzonowe do topienia aluminium i miedzi. Przy stosowaniu pieców
trzonowych NDT to:
− wychwytywanie gazów odlotowych blisko wylotu z pieca z zachowaniem
poziomu emisji zanieczyszczeń zgodnego z NDT,
− ograniczanie emisji zanieczyszczeń niezgodnej z zasadami NDT oraz stosowanie okapów.
Piece szybowe do topienia aluminium. Przy stosowaniu pieców szybowych
NDT to skuteczne wychwytywanie gazów odlotowych podczas przechyłu pieca i
usuwanie ich przez komin ze zwróceniem uwagi na poziom emisji zgodny z
NDT.
Odgazowanie i rafinacja aluminium. Przy tej operacji NDT to stosowanie
instalacji do barbotażu z ruchomym lub stałym wirnikiem z wykorzystaniem
mieszanek gazowych Ar/Cl2 lub N2/Cl2. Dodatek chloru wynosi około 3%.
Używanie heksachloroetanu do rafinacji stopów aluminium zostało zakazane w
krajach UE od 30 czerwca 2003 r. (dyrektywa 97/16/EC zakazująca stosowania
heksachloroetanu w metalurgii metali nieżelaznych).
Przy topieniu magnezu NDT to:
− stosowanie SO2 jako gazu ochronnego lub zastępowanie SF6 ditlenkiem
siarki; dotyczy to instalacji o rocznej wydajności 500 t lub więcej odlewów;
− w mniejszych odlewniach stosowanie SO2 jako gazu ochronnego lub minimalizowanie zużycia i emisji SF6; zużycie SF6 powinno wynosić < 0,9 kg/Mg
dobrych odlewów wykonywanych w formach piaskowych oraz < 1,5 kg/Mg
dobrych odlewów wykonywanych w kokilach; obecnie na skalę przemysłową
sprawdzane są inne gazy ochronne, będące alternatywą dla SO2 i SF6.
7. POZIOM EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ ZWIĄZANY ZE STOSOWANIEM
NAJLEPSZYCH DOSTĘPNYCH TECHNIK
Dla omówionych NDT związanych z topieniem i odlewaniem metali nieżelaznych i ich stopów określono ściśle dopuszczalny poziom emisji zanieczyszczeń. Poziom emisji pyłu przy stosowaniu NDT w powyższych procesach wyno-
58
si 1 – 20 mg/m3 (w warunkach normalnych). Współczynnik emisji pyłu związany ze stosowaniem NDT przy topieniu aluminium wynosi 0,1 – 1 kg/Mg ciekłego aluminium. Aby osiągnąć takie wartości emisji zanieczyszczeń związane ze
stosowaniem NDT, konieczne jest zainstalowanie systemu oczyszczania gazów
odlotowych. W tym przypadku NDT są suche metody oczyszczania gazów odlotowych. W tablicy 9 podano poziom emisji zanieczyszczeń związany ze stosowaniem najlepszych dostępnych technik w procesach topienia metali nieżelaznych.
Tablica 9
Poziom emisji zanieczyszczeń związany ze stosowaniem NDT w procesach topienia i obróbki
metali nieżelaznych [8]
Impurities emission to air level, associated with the use of BAT for melting of non ferrous metals
[8]
Parametr
Poziom emisji [mg/m3]
(w warunkach normalnych)
pył
chlor
1–20
3
Piec szybowy do wytapiania
aluminium
SO2
NOx
CO
LZO (lotne związki organiczne)
30–50
120
150
100–150
Piec trzonowy do wytapiania
aluminium
SO2
NOx
CO
OWO (ogólny węgiel
organiczny
15
50
5
5
Rodzaj operacji
Ogólnie
Wytapianie aluminium
LITERATURA
[1] Dyrektywa 96/61/WE Integrated Pollution Prevention and Control z dnia 24 września 1996.
[2] Erickson S.E., King J.F., Mellerud T., Recommended practices for the conservation of sulphur hexafluoride in magnesium melting operations, International Magnesium Association,
Technical Committee Report.
[3] Eurofine „European Foundry Internet Network”, http://eurofine.reflexe.fr/BDdebut_an.html,
dostęp (2002).
[4] Goovaerts L., Emission data from site visits, Vito, Personal communication 2002.
[5] Holtzer M., Bobrowski A., Atmosfery ochronne stosowane przy topieniu i odlewaniu stopów
magnezu, Przegląd Odlewnictwa, 2008, nr 3, s. 16-23.
[6] Przewodnik w zakresie najlepszych dostępnych technik dla przemysłu odlewniczego, red. M.
Holzer, Ministerstwo Środowiska 2005, www.mos.gov.pl.
[7] Silva Ribeiro C.A., Mass balance data for non-ferrous foundries, Associaçăo Portuguesa de
Fundiçăo 2002.
[8] Reference Document on Best Available Techniques in Smitheries and Foundries Industry, European Commission, May 2005.
59
[9] Zintegrowane zapobieganie i ograniczenie zanieczyszczeń. Dokument referencyjny Najlepsze
dostępne techniki w kuźnictwie i przemyśle odlewniczym, tłumaczenie wykonane na zlecenie
Ministerstwa Środowiska 2007.
Praca wpłynęła do Redakcji 1.04.2008
Recenzent: prof. dr hab. inż. Michał Szweycer
INFLUENCE OF NON-FERROUS METALS MELTING PROCESSES
ON ENVIRONMENT USING BAT
Summary
The object of the article is the problem of Best Available Techniques (BAT) utilized in processes of melting and pouring of non-ferrous metals. It is possible, with help of these method, to
fulfill the accessible emission values as well as raw materials and energy consumptions value
recommended in the Reference Document BREF and thus reduce considerably the negative influence of melting processes on the environment. The fulfilling of the above requirements is an indispensable condition for foundries to get the integrate permissions according to the EU Directive
IPPC.
Key words: non-ferrous metals, casting, melting, Best Available Techniques, emission to air

ODDZIAŁYWANIE NA ŚRODOWISKO NATURALNE PROCESÓW

Transkrypt

Podobne dokumenty

Hubert Kinder ul. Polna 4 Trzęsina Tel. 4217349 Zawodu zduna pan

Helios

Żywa legenda Agiv Forni w Polsce

STAN ZAGADNIENIA W ZAKRESIE

Urządzenia dla Przemysłu Odlewniczego

Specyfikacja: - rozmiar kół: 26"” - rozmiar ramy: 18