Popioły lotne jako składnik osnowy ziarnowej nowej generacji mas formierskich i rdzeniowych (FASANDS)

• Autorzy: Purgert, R. , Sobczak, J. , Baliński, A. , Darłak, P. , Szolc, M. , Sobczak, N.

Warianty tytułu

EN

Fly ash as a component of grain matrix for the new generation of moulding and core sands (FASANDS)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

PL

Popioły lotne, zwane także pyłami, kominowymi (z ang. fly ash), stanowią jeden z produktów spalania węgla głównie w przemyśle energetycznym (w elektrociepłowniach węglowych). Ich pozyskiwanie, składowanie i wykorzystanie stanowi istotny problem w racjonalnym gospodarowaniu surowcami odpadowymi nie tylko w kraju, ale również na całym świecie. Ilości składowanych i ciągle wytwarzanych popiołów lotnych SĄ olbrzymie. Tylko w USA od 1996 roku "wyprodukowano" ponad 100 min ton, a w Polsce z przyrostem rocznym 23 min ton składuje się już 200 min ton tych odpadów. Corocznie zajmują one krajowe tereny o powierzchni około 1,2-1,4 km2. Znalezienie rozsądnych i efektywnych sposobów rozwiązania problemu utylizacji popiołów lotnych, ograniczenie a docelowo nawet wyeliminowanie ich niekorzystnego oddziaływania na środowisko naturalne, stanowi więc problem ogólnej, globalnej wagi. W artykule przedstawiono wyniki pracy badawczej wykonanej w Instytucie Odlewnictwa we współpracy z Energy Industries of Ohio z USA, dotyczącej próby zastosowania popiołów lotnych jako składnika osnowy mas formierskich i rdzeniowych. Wybrane popioły lotne zostały poddane badaniom mającym na celu określenie podstawowych parametrów określających ich przydatność jako materiałów formierskich, tzn. analizie sitowej, pomiarom gęstości, wyznaczeniu charakterystyk temperaturowych oraz współczynnika pH, jak również badaniom parametrów technologicznych, tj. wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałości na rozciąganie, przepuszczalności i zagęszczalności. Wstępne badania wskazują na możliwość wykorzystania popiołu lotnego w całkowicie nowym obszarze zastosowań, jako osnowy ziarnowej mas formierskich nowej generacji. Popiół lotny z powodzeniem może zastąpić dotychczas stosowane materiały ziarnowe stosowane do wykonywania form na odlewy stopów żelaza (częściowo), Cu, Al i Zn. Dodatkowo, wyniki badań potwierdziły możliwość zastosowania w 100% popiołu lotnego uzyskanego z Dayton Power & Light (USA) jako składnika mas formierskich z lepiszczem bentonitowym. Perspektywa szerszego stosowania pyłów kominowych wymaga jeszcze przeprowadzenia szeregu doświadczeń, mających na celu zoptymalizowanie charakterystyki ich składu ziarnowego, składu chemicznego oraz ilości spoiwa bądź lepiszcza, wpływających szczególnie na przepuszczalność mas formierskich oraz zdolność usuwania odlewów z form i rdzeni z odlewów.

EN

Fly ash materials as a waste by-product, are produced during combustion of coal by thermal power plants and present a serious ecological problem associated with their storage and disposal. Therefore, the development of suitable scientific, technical and economic solutions of fly ash utilization is very pressing and important. Because of the complex physical and mechanical properties with respect to low price and low density, fly ash can be an extremely attractive material applicable for the synthesis of composites. This very unique and inexpensive powder resource, unlike those synthetically produced in a favourable spherical form with wide ranges of size and density, may be suitable in various light weight structural applications (ALuminum - Fly Ash (ALFA composites)). Another promising application of fly ash can be its use as replacement for foundry sand in mould and core production (FASANDS). This paper summarizes the work clone at the Foundry Research Institute (Poland) in collaboration with the Energy Indus-tries o f Ohio on an attempt to yisualize the effect of fly ash (DP&L, First Energy and LEG - Poland) as an additive to green sand and as a filler for chemically bonded sand. The physical properties such as dimensions (screen distribution), density, characteristic temperatures and chemical properties (pH value) as well as technological parameters (compression strength, tensile strength, permeability, friability and compatibility) for wide range of FASANDS have been investigated. It was concluded that the fly ash can be utilized as a replacement and filler in foundry sands used for moulds and cores production. The moulds made from such foundry sands can be successfully poured by many metals and Fe-, Cu-, Al- and Zn-based alloys. Additionally, the results of investigations have confirmed the possibility of using 100% DP&L fly ash as sand grains for the production of chemically bonded moulds and cores. For wide-scale applications the chemical composition and amount of binder should be optimized, especially to reduce the friability and permeability of chemically bonded sands.

Słowa kluczowe

PL

masa formierska; masa rdzeniowa; osnowa ziarnowa; popiół lotny

EN

moulding sand; core sand; grain matrix; fly ash

• Czasopismo: Odlewnictwo - Nauka i Praktyka
• Rocznik: 2004
• Tom: R. 6, nr 6
• Strony: 4-19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Purgert, R.

• Energy Industries of Ohio, USA

autor

Sobczak, J.

• Foundry Research Institute, Krakow

autor

Baliński, A.

• Foundry Research Institute, Krakow

autor

Darłak, P.

• Foundry Research Institute, Krakow

autor

Szolc, M.

• Foundry Research Institute, Krakow

autor

Sobczak, N.

• Foundry Research Institute, Krakow

Bibliografia

• 1. Rohatgi P.K.: Low-Cost Fly Ash Containing Aluminum Matrix Composites. JOM 1994, 11, pp. 55-59.
• 2. Rohatgi P.K., Guo R.K.: Low Cost Cast Aluminum-Fly Ash Composites for Ultra Light Automotive Application. Processing, Properties, and Applications of Cast Metal Matrix Composites, TMS publication, 1997, pp. 157-168.
• 3. Rohatgi P.K. et al.: Cast Aluminum - Fly Ash Composites for Engineering Applications. AFS Transactions, 1995, pp. 575-586.
• 4. Rohatgi P.K. et al.: Influence of Squeeze Pressure of A1Si9Zn3Cu3Fe1MnMg, Aluminum A1loy-Fly Ash Composites. Transactions of the Foundry Research Institute, 1993, vol. 43, no. 3, pp. 143-160.
• 5. Rohatgi P.K., Sobczak J., Sobczak N.: Structure and Properties of Squeeze Cast Aluminum Alloy-Fly Ash Composites. Proceedings ICCE-2, ed. D. Hui, Aug. 20-24, 1995, New Orleans, USA, pp. 689-690 .
• 6. Sobczak J., Sobczak N., Rohatgi P.K.: Using of Fly Ash for the Production of Light Weight Composites. Advanced Light A1loys and Composites, ed. R. Ciach, NATO ASI Series, 3. High Technology, K1uwer Academic Publishers, 1998, 59, pp. 109-115.
• 7. Sobczak J., Sobczak N., Purgert R.M., Rohatgi P.K.: New Alfa Composites (Aluminum Alloys and Fly Ash): Fly Ash Waste Material for the Synthesis of Light Weight Low Cost Aluminum Matrix Composites. Proceedings of the Seventeenth International Pittsburgh Coal Conference, Pittsburgh, Pennsylvania, USA, September 11-14, 2000, pp.1-14.
• 8. Rohatgi P.K., Sobczak J., Purgert R.M.: The Properties of ALFA Composites. Proceedings of the Seventeenth International Pittsburgh Coal Conference, Pittsburgh, Pennsylvania, USA, September 11-14, 2000, 13 pages.
• 9. Sobczak J., Sobczak N., Rohatgi P.K., Purgert R.M.: Squeeze Casting of ALFA (AK12 A1uminum Alloy - Fly Ash) Composites. Proceedings of the Seventeenth International Pittsburgh Coal Conference, Pittsburgh, Pennsylvania, USA, September 11-14,2000, pp. 1-23.