| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Brancheindsats for jern- og metalstøberier

8 Pyrolyseproduktudvikling fra organiske additiver til bentonitbundet sand

• 8.1 Pyrolyseproduktudvikling målt på laboratoriebasis ved GO-APIC projektet
• 8.2 Pyrolyseproduktudvikling målt på støberierne I til III
• 8.3 Udvikling af pyrolyseprodukter fra betonitbundet sand tilsat 3 forskellige additiver

Jernstøberier tilsætter organiske additiver til formsandet med det formål at opnå en fejlfri og glat godsoverflade. Det skal bemærkes, at metal- og stålstøberier ikke tilsættes additiver. Årsagen er, at stålstøberier kan forvente en uønsket opkulning af det yderste godslag og ved metalstøberier (Cu- og Al-legeringer) har organiske additiver ikke den samme effekt, som ved støbejern.

Tilsætningsmængden er dels afhængig af additivtypen og dels af støbegodsets størrelse og geometrien. Generelt er andelen af organiske bestanddele i formsandet mellem 4 til 6 vægtprocent, målt som glødetab. Deraf udgør andelen af det organiske additiv, målt som glødetab, mellem 2 og 4 vægtprocent. Resten af glødetabet stammer primært fra binderresten af tilgået kernesand, og krystalvandet fra bentonitten.

De organiske additiver leveres til støberierne, som selvstændigt materiale og eller blandet med bentonitten. Additiverne kan opdeles i 3 grupper.

• Ren stenkulsmel (pulver)
• Modificeret kulmel
• Høj kulstofholdige produkter, så som polistyren, harpikser eller proceskulstof

De mest anvendte additiver er de rene og modificerede kulmelsprodukter. Der findes dog støberier, som anvender en kombination af bentonit formalet med fx proceskulstof.

Ren stenkulsmel
Ren stenkulsmel er oftest et produkt af formalet stenkul blandet fra flere gruber. Formålet med en blanding af kul fra flere gruber, er at udjævne kullets egenskaber.

Modificeret stenkulsmel
Ved et modificeret stenkul er der tale om en blanding af fx stenkulsmel med harpiks. Materialet leveres oftest blandet med bentonitten.

Høj kulstofholdige produkter
Denne gruppe af stoffer anvendes som nævnt i væsentligt mindre omfang end de 2 førstnævnte. Også disse additiver leveres hovedsageligt blandet med bentonitten.

8.1 Pyrolyseproduktudvikling målt på laboratoriebasis ved GO-APIC projektet

Laboratoriemålingerne dvs. prøvetagningen udførtes efter samme metode, som ved de kemiske bindemidler, men modellen og jern/sandforholdet er ikke den samme. Ved den aktuelle undersøgelse var jern/sandforholdet 1,15:1. Dette bevirker en væsentlig højere pyrolyseproduktudvikling, men svarer ikke til jern/sandforholdet i praksis. I jernstøberier med automatiske formanlæg svinger jern/sandforholdet mellem 1:5 til 1:10. Danske Disa støberier, fx tilstræber et gennemsnitligt jern/sandforhold på 1:6.

De analyserede sandprøver er modtaget fra 3 jernstøberier med forskellige automatiske formanlæg. Glødetabet af sandet, før testen, er målt til følgende værdier:

• Støberi I    = 6,4 %
• Støberi II   = 5,8 %
• Støberi III = 5,2 %

Analyseresultaterne fremgår af tabel 8.1.1.

Tabel 8.1.1. Analyseresultater af sandprøver.

Prøvetagningsforhold
Formvægt:               3,8 kg

Metalvægt:               3,3 kg (støbejern)

Støbetemperatur:     1380 - 1400°C

Prøvetagningstid:     30 min efter afstøbning

Kulbrinteudviklingen
Sammenholdes bentonitbundet sands kulbrinteudvikling (120 til 174 mg/kg) med denne fra de kemiske bindere, ses at bentonibundet sand udvikler lang mindre. Således er udviklingen fra:

• Furanbindere op til 10 gange større
• Cold-boxbindere mellem 50 og 100 gange større
• Resolbindere op til 10 gangen større
• Skalsand mellem 10 og 20 gange større

Phenoludviklingen
Ved bentonitbundet sand ligger phenoludviklingen mellem 0,5 og 2,2 mg/kg sand. Dette er i forhold til:

• Furanbindere ca. det dobbelte
• Cold-boxbindere ca. 2 til 4%
• Resolbindere ca. 20%
• Skalsand ca. 1 til 4%

Formaldehydudviklingen
Formaldehydudviklingen fra bentonitbundet sand ligger mellem 0,5 og 1,4 mg/kg sand i forhold til de kemiske bindere svarer dette til:

• Furanbindere 2 til 4 gange større
• Cold-boxbindere ca. dobbelt så stor
• Resolbindere ca. sammen niveau
• Skalsand ca. 10 til 15 gange større

CO-udviklingen
CO-udviklingen fra bentonitbundet sand er mellem 5300 og 6100 mg/kg sand. Disse værdier ligger gennemsnitligt 10 til 20 gange over værdierne fra de kemiske bindere.

Øvrige pyrolyseprodukter
Analysen af pyrolysegassen fra bentonitbundet sand viser, at denne også udvikler en del SO₂, NH₃ samt en begrænset mængde PAHére. Heraf udgør naphtalen ca. halvdelen.

Vurderes pyrolyseprodukternes miljøbelastning ved hjælp af fortyndingsfaktoren, ses at CO har med afstand den største indflydelse, med benzen som den næststørste.

Som figur 8.1.1 viser, har CO-udviklingen nået det højeste niveau, 35.000 - 40.000 ppm, ca. 5 min efter afstøbning, og er efter 30 min faldet til under 5.000 ppm. Dette lader antage, at udviklingen af de øvrige pyrolyseprodukter følger samme mønster.

Figur 8.1.1. CO-udvikling afhængig af afkølingstiden

8.2 Pyrolyseproduktudvikling målt på støberierne I til III

I samme tidsrum med laboratoriestøbeforsøg måltes emissionen fra 3 produktions-anlæg i de nævnte støberier. Der er omtalt automatiske produktionsanlæg, se skema 8.2.1, to horisontale og et vertikalt formanlæg

Prøvetagningsforhold
Måletid:                                           5 h

Målested:                                         Kølezone og udslagningsområdet

Udstøbt jer i måletperioden:           Støberi I ca. 25 t

                                                         Støberi II ca. 4 t

                                                         Støberi III ca. 60 t

Sandmængde i måleperioden:         Støberi I ca. 150 t

                                                         Støberi II ca. 20 t

                                                         Støberi III ca. 680 t

Støberierne II og III producerer kernegods. Støberi I producere kernefrit gods.

Skema 8.2.1: Pyrolyseproduktkoncentration målt på støberierne I - III

8.3 Udvikling af pyrolyseprodukter fra betonitbundet sand tilsat 3 forskellige additiver

I 1992 undersøgte det østrigske støberiinstitut pyrolyseproduktudviklingen fra bentonitbundet sand iblandet 3 af støberiindustriens mest anvendte additiver.

Forsøgene udførtes på basis af nysand med følgende sammensætning:

Bentonit:                       8,5 %

Additiver:               3 %

Vand:                     Svarende til en fortætningsgrad mellem 42 til 45 %, ca. 3 %

Jern/sandforhold:   1:5,5

Støbetemperatur:  1400°C

Af hver blanding gennemkøres 10 cykler og der måltes pyrolyseproduktudvikling ved 1., 5. og 10. cyklus (se skema 8.3.1). Prøvetagningstid op til 60 min efter afstøbning.

Den anvendte prøvetagningsmetode har været den samme, som blev anvendt til testning af de kemiske bindere og ved bentonitbundet sand under afsnit. 8.1.

Skema 8.3.1: Pyrolyseproduktudvikling i mg/kg sand, prøvetagningstid 30 hhv. 60 min

Additiv 1 = ren stenkulsmel

Additiv 2 = modificeret stenkulsmel

Additiv 3 = bentonit tilsat carsin

Da der ikke blev anvendt de samme additiver i afsnit 8.1 og 8.3 og pga. det høje jern/sand-forhold, ved undersøgelsen under afsnit 8.1 kan resultaterne ikke direkte sammenlignes.

Sammenholdes værdierne fra skema 8.1.1 med værdierne i skema 8.3.1, kan konstateres, at CO-udviklingen fra additiv 1 og 2 når op på samme niveau, som formsandet fra støberierne I til III. Det samme gælder PAH-udviklingen. Derimod er benzenudviklingen i forhold til de 3 støberiers formsand ved samtlige additiver betydelige lavere.

Bemærkelsesværdig er også, at benzenkoncentrationen falder i takt med stigende cyklustal.

Den omvendte tendens kan observeres ved CO-udviklingen. Som det ligeledes fremgår af skema 8.3.1 og figur 8.3.1 er CO-udviklingen 30 min efter afstøbning næsten afsluttet. Denne observation er i overensstemmelse med observationerne fra afsnit 8.1 og måleresultaterne under afsnit 6.1, se figur 6.1.2 - 6.1.4 og 6.1.6 - 6.1.8. Som skema 8.3.1 og figur 8.3.1 viser, er CO-udviklingen fra additiv 1 og 2 næsten på sammen niveau. Derimod er CO-udviklingen fra additiv 3 kun 6 til 7% af udvikling fra additiverne 1 og 2.

Figur 8.3.1. CO-udvikling fra de 3 undersøgte additivtyper

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 September 2006, © Miljøstyrelsen.