在实践中减少煤粉的使用


通过降低煤粉使用量来控制铸造厂排放的想法已经从理论上升到了实践

Vic LaFay, S&B 工业矿物公司和 Jim Schifo, Keramida Inc.,公司, 印第安纳波利斯的

Pride Cast Metals公司在过去四年里已经翻修了其砂系统。现在,铝湿型砂设备所生产的铸件在达到客户期望的相同质量水平的同时,还可以帮助客户减少有害排放和遵守环保法规。

2008年8月,俄亥俄州职业安全和健康局(OSHA)访问了Pride公司。当局拟确定铸造设备有害排放对操作工的潜在风险。每个操作工都被装上了单独的取样泵来检测他们的实际风险程度。

让Pride公司意外的是,OSHA用炼焦油沥青挥发物排放量来衡量危害程度。在不知道加热煤沥青这个副产品的最大允许水平的情况下,原以为铸造厂的排放量是可以接受的,但实际检测结果却显示高于允许值。

为解决这次测试中的问题,Pride 公司开始转成使用无碳混合砂工艺。新混合砂对该公司的湿型砂性能几乎没有影响。
虽然碳质材料通常可用来改善铸型性能,但Pride 公司并不是唯一进行降低煤粉使用或采用无煤粉混合砂铸造设备试验的工厂。欧洲一些铸造厂,包括荷兰的一个大的铸铁厂,也已经采取了这一战略。湿型砂设备中CO排放议题已经提交给行业贸易团体,并在过去五年中被许多研究人员在研讨会上讨论过。鉴于这种关注程度,业内分析师预计,降低煤粉使用是大势所趋。

了解你的排放量

由加利福尼亚州麦克莱伦LLC技术大学执行的铸造排放量降低项目测试发现,在浇注、冷却和落砂过程中一直有一个关键因素。CO作为标准污染物被限定。在美国,其排放量频繁地触发了环境保护署(EPA)相关文件第五部分第70条的主要资源临界值及重大污染预防法(PSD)。

EPA的数据库和参考文献并未量化来自铸造浇注、冷却和落砂操作过程的CO排放量。以往的研究主要关注了有害气体的污染问题,不过,近几年来,一些铸造厂已经开始检测湿型砂铸铁件生产中浇注、冷却和落砂操作过程中的CO量。
CERP研究已经确定了铸铁厂中有害气体污染的来源,并指明90%的排放量由湿砂型和砂芯组成。CERP排放测试的许多项目已经量化了不同成型工艺和金属的CO排放量。

降低你的排放量

氧气和高温是使碳源氧化成CO和CO2的条件。在铸造过程中,分解有机物或其它碳源的能量是由熔融金属提供的。因为不同的金属有不同的浇注温度和不同的熔化能条件要求,因而发生氧化情况的温度是个变量。

碳源和氧化产物也可被视作变量。由CERP设备执行的研究测试显示,湿砂型在没有和有砂芯时每吨金属散发的CO量在4.23和5.6磅。对很少或几乎没有使用煤粉的石墨界面的检测结果与对无机砂芯检测的结果是在相同范围。无论砂型和砂芯如何组合,CO值都保持相对稳定。因此,形成CO和CO2的碳的潜在来源是:

  • 煤粉和其它碳基湿砂型添加剂
  • 熔融金属
  • 有机砂芯材料
  • 南方粘土、西方粘土和无机添加剂

根据提供给CERP研究测试期间的煤粉样本的模型组合情况,由材料排放的CO量在56~75%。

为降低它的CO排放水平,荷兰那家铸铁厂在为期一年内取消了煤粉的使用,并逐步用无机混合材料和加工碳粉取而代之。结果发现,该工厂冷却和落砂区的CO排放量明显降低(见图1)。2007年4月至2011年2月,其铸铁连铸机的CO量从40ppm降到15ppm,而在欧洲国家这部分的CO排放量允许值是30ppm。

克服减少煤粉的不利

许多年来,在湿型砂工厂中,煤粉的应用已被广为了解,铸造行业研究人员公认的煤粉的有利之处(见图2):

  • 通过光亮碳在模型表面的沉积来减少熔融金属的浸润性
  • 为防止氧化缺陷,在型腔内部形成还原气氛
  • 密封模型表面并通过将煤炼成焦炭来降低型腔内的压应力(减少型壁移动)

在湿型砂中减少煤粉使用来控制排放会对铸件质量带来不利影响。然而,通过点火测试的损失显示,北美地区的许多铸造厂在他们的型砂中都使用了过量的含碳材料。虽然每个工厂都是独特的,但降低点火损失的15~20%一般都是能够做到的,并且不会影响铸件生产。当某个铸造厂超出了这个降低量水平时,材料替代是用来减少排放量的唯一方法。

测试显示,在湿砂型中添加石墨对综合减少浇注、冷却和落砂过程中的煤粉使用量以降低CO排放量是有效的。在湿砂型中引入石墨的方法有三种:

  • 膨润土表面上石墨的集成
  • 湿砂型石墨涂层的使用
  • 在湿砂型脱模剂中悬挂石墨

这些方法的测试结果表明,降低煤粉和增加石墨的组合减少了铸造厂的CO排放量和烟气。测试结果指出,这些方法是能够在生产条件下产出品质铸件的。

荷兰的铸铁厂和Pride 公司都已经通过减少煤粉降低了他们浇注、冷却和落砂操作中的CO和烟气测量值。在其结果的最后列表中可见,Pride 公司的煤沥青由大约0.2 mg/m3降低到足以符合OSHA法规的限定线。 ■

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