Procesy pirolizy i ich wpływ na jakość odlewów oraz na warunki pracy

Holtzer, M.; Kmita, A.; Roczniak, A.

doi:10.7356/iod.2016.13

Powiadomienia systemowe

Sesja wygasła!

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Procesy pirolizy i ich wpływ na jakość odlewów oraz na warunki pracy

Autorzy

Holtzer M. , Kmita A. , Roczniak A.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.7356/iod.2016.13

Warianty tytułu

Processes of pyrolysis and their effect on cast quality and working conditions

Języki publikacji

PL EN

Abstrakty

W artykule omówiono procesy termiczne, jakim jest poddawana masa formierska w kontakcie z ciekłym stopem odlewniczym. W zależności od charakteru atmosfery w formie może to być proces spalania lub pirolizy (przy braku tlenu). Procesy te, szczególnie gdy w skład masy wchodzą związki zawierające węgiel (np. masy z żywicami lub z bentonitem i nośnikiem węgla błyszczącego (NWB)), generując odpowiednią atmosferę wewnątrz formy, mają duży wpływ na występowanie takich wad w odlewach, jak: żyłki, przypalenia czy penetracja ciekłego metalu. Aby uniknąć tych wad, należy wytworzyć we wnęce formy atmosferę redukującą. W artykule dokonano obszernego przeglądu prac, w tym również prac własnych autorów, w zakresie procesów pirolizy zachodzących w masach z dodatkiem substancji zawierających węgiel. Przedstawiono schematy mechanizmów rozpadu termicznego żywic oraz NWB podawane przez różnych autorów. Procesy pirolizy generują wiele szkodliwych związków z grupy tzw. Niebezpiecznych Zanieczyszczeń Powietrza (HAPs – Hazardous Air Pollutants), w tym z grupy BTEX (benzen, toluen, etylobenzen i ksyleny) oraz z grupy WWA (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne), co zagraża zdrowiu pracowników odlewni.

The article discusses the thermal processes undergone by the sand mould in contact with the liquid casting alloy. Depending on the character of the atmosphere in the mould, this can be the process of combustion or pyrolysis (when there is no oxygen). These processes, especially when the sand mould contains compounds with carbon, (e.g. sand moulds with resins or bentonite and lustrous carbon formers (LCF)), generating the proper atmosphere inside the mould, have a significant effect on the presence of such casting defects as: veinings, burn-ons and liquid metal penetration. In order to avoid these defects, a reducing atmosphere should be formed inside the mould cavity. The article provides a comprehensive review of the studies, including the authors’ own works, in the scope of the pyrolysis process taking place in sand moulds with the addition of a carbon-containing substance. Diagrams of the mechanisms of the thermal decomposition of resins and lustrous carbon formers (LCF) given by various authors are presented. The pyrolysis processes generate many hazardous compounds from the group of the so-called Hazardous Air Pollutants (HAPs), including those from the BTEX group (benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes) as well as from the PAH group (polycyclic aromatic hydrocarbons), which create risks for the health of the foundry workers.

Słowa kluczowe

piroliza węgiel grafit masy formierskie węgiel błyszczący GC-MS FTIR TG/DTG

pyrolysis carbon graphite sand moulds lustrous carbon GC/MS FTIR TG/DTG

Wydawca

Instytut Odlewnictwa

Czasopismo

Prace Instytutu Odlewnictwa

Rocznik

2016

Tom

Vol. 56, no. 3

Strony

175--192

Opis fizyczny

Bibliogr. 32 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Holtzer M.

holtzer@agh.edu.pl

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Odlewnictwa AGH, ul. Reymonta 23, 30-059 Kraków

autor

Kmita A.

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Akademickie Centrum Materiałów i Nanotechnologii (ACMiN), al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Roczniak A.

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Odlewnictwa AGH, ul. Reymonta 23, 30-059 Kraków

Bibliografia

1. Yongjie Y. Coal Technology (II). W Coal, Oil Shale, Natural Bitumen, Heavy Oil and Peat – Vol. I, 292−318. UNESCO, EOLSS.
2. Przemysłowe laboratorium technologii chemicznej IB: Piroliza węgla i biomasy. Politechnika Wrocławska. Wydział Chemiczny, polymer-carbon.ch.pwr.wroc.pl/instrukcje/PLTRnW_piroliza.pdf.
3. Properties and characteristics of graphite. For the semiconductor industry. May 2013. USA: Entegris Inc.
4. Thomé-Kozmiensky K.J. (ed). 1994. Thermische Abfallbehandlung. Berlin: EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik.
5. Zjawisko spalania – pojęcia podstawowe [dostęp: 11.07.2016], www.k48.p.lodz.pl/pliki/K48_(taec045udaowxkls).pdf.
6. Zhang D. Thermal Decompostition of Coal. W Coal, Oil Shale, Natural Bitumen, Heavy Oil and Peat – Vol. I, 340−359. UNESCO, EOLSS.
7. Matuschek G., A.A. Kettrup. 1999. „Thermal analysis/mass spectrometry as a tool for studying environmental pollution by coal gasification”. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 51 (1−2) : 223−237.
8. Li X., G. Matuschek, M. Herrera, H. Wang, A. Kettrup. 2003. „A study on combustion of Chinese coals by TA/MS”. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 67 (2) : 393−406.
9. Cambell J.S. 1950. Casting and Forming Process in Manufacturing. New York: McGraw-Hill.
10. Richardson N., V. LaFay. 2014. „Why iron castings need sea coal”. Foundry Trade Journal 188 (3720) : 351−355.
11. Engelhardt T. 2010. „New concepts to reduce the emission from green sand”. Fonderie Magazine (7) : 24−36.
12. LaFay V., J. Schifo. 2012. „Reducing seacoal in practice”. Modern Casting 102 (7) : 32−34.
13. Jelínek P., J. Beňo. 2008. „Morphological forms of carbon and their utilizations at formation of iron casting surfaces”. Archives of Foundry Engineering 8 (2) : 67−70.
14. Casting Emission Reduction Program. 1999. Baseline testing emission results. Preproduction Foundry. California: McClellan Air Force Base.
15. Mastral A.M., M.S. Callén, T.L. Garcia. 2000. „Toxic organic emissions from coal combustion”. Fuel Processing Technology 67 (1) : 1−10.
16. Fabbri D., I. Vassura. 2006. „Evaluating emission levels of polycyclic aromatic hydrocarbons from organic materials by analytical pyrolysis”. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 75 (2) : 150−158.
17. Dungan R.S., J.B. Revees III. 2007. „Pyrolysis of Carbonaceous Foundry Sand Additives: Seacoal and gilsonite”. Thermochimica Acta 460 : 60−66.
18. Chien-Hou W., M.-N. Lin, C.-T. Feng, K.-L. Yang, Y.-S. Lo, J.-G. Lo. 2003. „Measurement of toxic volatile organic compounds in indoor air of semiconductor foundries using multisorbent adsorption/thermal desorption coupled with gas chromatography–mass spectrometry”. Journal of Chromatography A 996 (1−2) : 225−231.
19. Bobrowski A., M. Holtzer. 2009. „Analiza gazów wydzielających się z mieszanek bentonit – nośnik węgla stosowanych w odlewnictwie w zakresie temperatury 30−1000°C”. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 29 (1) : 11−19.
20. Kwaśniewska-Królikowska D., M. Holtzer. 2013. „Selection criteria of lustorus carbon carriers in the aspects of properties of greensand system”. Metalurgija 52 (1) : 62−64.
21. Holtzer M., R. Dańko (red.) 2013. Ocena szkodliwości materiałów wiążących stosowanych do mas formierskich i rdzeniowych nowej generacji. Kraków: Wydawnictwo Naukowe AKAPIT.
22. Bobrowski A., M. Holtzer. 2009. „Assessment of environmental influence of bentonite and lustrous carbon carrier – in an aspect of gases emission”. Archives of Foundry Engineering 9 (1) : 21−24.
23. Holtzer M., D. Kwaśniewska-Królikowska, A. Bobrowski, R. Dańko, B. Grabowska, S. Żymankowska-Kumon, W. Solarski. 2012. „Badania emisji niebezpiecznych związków z mas z bentonitem i nośnikami węgla błyszczącego w kontakcie z ciekłym metalem”. Przegląd Odlewnictwa 62 (3−4) : 124–132.
24. Holtzer M. 2012. „Harmfulness of moulding sands with bentonite and lustrous carbon carriers”. Metalurgija 51 (4) : 437−440.
25. Zhou H., C. Wu, J.A. Onwudili, A. Meng, Y. Zhang, P.T. Williams. 2015. „Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) formation from the pyrolysis of different municipal solid waste fractions”. Waste Management 36 (February 2015) : 136−146.
26. Holtzer M., A. Bobrowski, R. Dańko, A. Kmita, S. Żymankowska-Kumon, M. Kubecki, M. Górny. 2014. „Emission of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and benzene, toluene, ethylbenzene and xylene (BTEX) from the furan moulding sands with addition of the reclaim”. Metalurgija 53 (4) : 451−454.
27. Sheperd A. 2012. Understanding Emission Characteristics of a Foundry Sand Binder. W Proceedings of The National Conference On Undergraduate Research (NCUR) 2012, 934−942. Ogden, UT: Weber State University, March 29−31, 2012.
28. Lytle C.A., W. Bertsch, M.D. McKinley. 1998. „Determination of Thermal Decomposition Products from a Phenolic Urethane Resin by Pyrolysis-Gas Chromatography-Mass Spectrometry”. Journal of High Resolution Chromatography 21 (2) : 128−132.
29. Liang J.-J., G.-S. Tsay. 2010. „Composition and yield of the pernicious and stench gases in furan resin sand model founding process”. Environmental Engineering and Management Journal 20 (2) : 115−125.
30. Wang Y., Y. Zhang, L. Su, X. Li, L. Duan, C. Wang, T. Huang. 2011. „Hazardous air pollutant formation from pyrolysis of typical Chinese casting materials”. Environmental Science & Technology 45 (15) : 6539−6544.
31. Kubecki M. 2016. Oznaczanie wybranych niebezpiecznych zanieczyszczeń powietrza, generowanych w procesie termicznego rozkładu mas formierskich z żywicami furanowymi. Praca doktorska, Promotor: M. Holtzer. Kraków: Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Odlewnictwa.
32. Kubecki M., M. Holtzer, A. Bobrowski, R. Dańko, B. Grabowska, S. Żymankowska-Kumon. 2012. „Analiza związków z grupy BTEX powstających podczas termicznego rozkładu żywicy alkidowej”. Archives of Foundry Engineering 12 (sp.issue 1) : 119−124.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-66e85be6-3764-4cfd-9c17-8d7b7b88d9d2