Теория и технология литейного производства. Формовочные материалы и смеси

12.ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАБОТЫ ФОРМОВОЧНЫХ

ИСТЕРЖНЕВЫХ ОТДЕЛЕНИЙ

Одной из главных проблем литейных цехов является высокая степень загазованности как внутри цехов, так и за их пределами. Это связано с химизацией литейного производства, широким внедрением песчано-смоляных смесей и технологий изготовления из них форм и стержней. При производстве 1 т отливок из черных сплавов выделяется до 50 кг пыли, 250 кг оксида углерода, 2 кг оксида серы, 1 кг углеводородов [26]. Установлено, что использование в качестве связующего различных синтетических смол может приводить к превышению концентрации вредных веществ на участках смесеприготовления, заливки и выбивки отливок из форм в 6-20 раз. В связи с этим, рассматривая те или иные связующие материалы, формовочные и стержневые смеси, всегда необходимо учитывать их экологические показатели, т.к. именно они оказывают решающее влияние на вопросы защиты окружающей среды. Кроме того, газотворность связующих и смесей существенным образом влияет на качество отливок, особенно на вероятность образования в них газовых дефектов.

Газовыделения при термодеструкции смесей зависит от природы связующего и катализатора отверждения, соотношения металл-форма, вида сплава отливки и температуры заливки. Количественный и качественный состав выделяющихся из смесей газов необходим, как для экологической оценки смесей, так и для проектирования систем газоочистки.

341

В табл.12.1 приведен перечень основных вредных веществ, выделяющихся из формовочных и стержневых смесей на различных технологических переделах изготовления отливок. Как видно из представленных данных, на различных участках используется большое многообразие канцерогенных материалов и выделяется гамма газов, отличающихся друг от друга как классом опасности, так и нормами предельно-допустимой концентрации (ПДК) в атмосфере (табл.12.2). В работе [26] наиболее полно проанализированы различные факторы, влияющие на загазованность литейных цехов и установлено, что удельное газовыделение зависит, в первую очередь, от вида связующего материала стержневой смеси и вида технологической операции изготовления отливок (табл.12.3, 12.4, 12.5, 12.6). Как следует из приведенных сравнительных данных (табл.12.3 и 12.5), основная масса газов выделяется при заливке и охлаждении форм из ХТС. При этом абсолютные цифры отличаются на порядки. Аналогичная зависимость наблюдается и при анализе смесей, отверждаемых тепловой сушкой (табл.12.4 и 12.6). Очень важный момент, который необходимо учитывать при анализе экологической ситуации в литейном цехе – это не только количественный, но и качественный состав выделяющихся газов. Так, например, при использовании в качестве связующего фенолсодержащих смол одним из основных токсичных компонентов является фенол и возникает проблема снижения его выделений на всех стадиях технологического процесса. С этой целью в смеси в качестве добавок добавляют химические соединения различных классов. Одни из них

– щелочи (30-40%-ный раствор), - блокируя гидроксильную группу

342

фенола, образуют соли-феноляты. Окислители – перманганит и персульфат калия, диоксид марганца и др. – превращают фенол при неполном окислении в малотоксичные кислоты (малеиновую, глиоксиловую); при полном окислении – в диоксид углерода и воду. Оксиды металлов в различных сочетаниях выполняют роль окислителя и адсорбента. Хлориды металлов образуют с фенолом комплексные соединения; при этом прочность смесей возрастает на 4045%, что позволяет снизить содержание связующего в смеси примерно в 1,5 раза и сократить выделение токсичных веществ в воздух в 2 раза [14].

К аналогичному результату приводит использование в составах ХТС добавок таких материалов, как FeCl3, CuO, KMnO4, железной руды в количестве не более 1% от массы наполнителя

343

344

345

346

Таблица 12.3 Удельное газовыделение при изготовлении стержней и форм

из ХТС

347

*1 – В качестве катализатора для всех карбамидных смол и КФФ-Л использовалась ортофосфорная кислота. Для всех фенольных – бензолсульфокислота;

*2 – Содержание связующего в смеси 3 мас. ч. на 100 мас. ч песка, во всех остальных смесях – не более 2 мас. ч.

348

Таблица 12.4 Газовыделение Q*1 (мг/кг) и условная токсичность Т при

тепловом отверждении смесей (2400 С)

349

350