Brancheindsats for jern- og metalstøberier
13 Erfaringer med pyrolysegasudvikling
Erfaringsmaterialet er yderst begrænset, idet evt. målinger af fx CO-koncentrationen i støbehallen oftest er personbårne eller stationære målinger målt over hele arbejdsdagen uden hensyntagen til en givet forms afstøbningstidspunkt og afkølingsforløb.
Ved det aktuelle projekt konstateres generelt en hurtig udvikling af pyrolysestoffer. Således når fx CO-udviklingen ved furanforme det maksimale niveau ca. 1 min efter afstøbning. Til sammenligning er kulbrinteudviklingen forskudt i 3 til 4 min.
CO-udviklingen fra en tilsvarende cold-boxform viser det samme udviklingsforløb, som ved furanformene.
Hvad kulbrinteudviklingen angår, adskiller furan- og coldboxbinderne sig dog betydelig. Her når kulbrinteudviklingen ved coldboxbinderen det maximale niveau ca. 25 min efter afstøbning. Til sammenligning når furanbinderen dette maximale niveau efter 3 - 5 min.
Støbetemperaturen har en markant indflydelse på udviklingsforløbet, idet udviklingsniveauet uanset bindertype aftager med faldende støbetemperatur, dvs. ved støbning af Cu- og Al-legeringer.
Ved det aktuelle projekt måltes udviklingsforløbet ved standardforme med et jern/sandindhold på 1:3. Ved Cu- og Al-legeringerne var metal/sandforholdet 1:2,8 hhv. 1:8,1.
I praksis vil udviklingsforløbet være afhængig af virksomheders produktionsforhold. Dvs. formenes størrelse (vægt) samt vægten og temperaturen af det støbte metal. Udviklingsforløbet, mængde og typen af pyrolysestoffer afhænger af følgende forhold:
- Metal/sandforhold
- Støbetemperaturen (Fe, Cu, Al)
- Støbegodsets geometri
- Bindersystem
- Binder/hærdermængde
- Sandtilstand (ny/regenereret)*
- Åbninger i støbeform (antal og diameter af åbne efterfødere)
*Ved regenereret sand har regenereringsgraden en betydelig indflydelse på udviklingsforløbet og mængden af udviklede pyrolyseprodukter.
13.1 Måleresultat
Målinger af pyrolysestoffernes (CO og SO2) udviklingsforløb målt på et dansk støberi omkring en furanform fremstillet med 75% regenereret og 25% nysand vises i figurerne 13.1.1 og 13.1.2 samt skemaerne 13.1.1 og 13.1.2.
Målingerne er udført på 2 furanforme afstøbt i hhv. støbejern og stål.
Formdimensionerne, vægt og binder/hærdetype af form afstøbt i støbejern:
Dimension: L = 2,0 m, B = 1,0 m, H = 1,2 m
Formvægt: 3,3 t
Jernvægt: 2,3 t
Bindermængde: 1,1% (perasit 5101)
Hærdermængde: 0,5% (PTS)
Støbetemperatur: Ca. 1400°C
Formdimensionerne, vægt og binder/hærdetype af form afstøbt i stål:
Dimension: L = 1,8 m, B = 1,4 m, H = 1,2 m
Formvægt: 4,3 t
Stålvægt: 1,3 t
Bindermængde: 1,6% (sinotherm 100D)
Hærdermængde: 1,0% (mod. PTS)
Støbetemperatur: Ca. 1600°C
Målingerne af pyrolyseproduktkoncentrationen er udført ved hjælp af 6 målestationer placeret 6 forskellige steder omkring og ovenover de afstøbte forme. De viste kurver baserer gennemsnitsværdier af de 6 måleresultater.
Figur 13.1.1: CO og SO2-udvikling i mg/m³ luft mellem 0 og 8 timer efter afstøbning med støbejern
| Pyrolysestoffer | Udvikling efter afstøbning i mg/m³ | |
| 0 - ½ h | ½ - 6 h | |
| Formaldehyd | 1,0 | 0,1 |
| Fenol | 0,3 | 0,2 |
| Cresol | 0 | 0 |
| Benzen | 5,1 | 1,0 |
| Toluen | 9,9 | 3,8 |
| Xylen | 0 | 0,3 |
Skema 13.1.1: Udvikling af pyrolysestoffer mellem 0 og ½ time samt mellem ½ til 6 timer efter afstøbning med støbejern.
Figur 13.1.2: CO og SO2-udvikling i mg/m³ luft mellem 0 og 8 timer efter afstøbning med stål
| Pyrolysestoffer | Udvikling efter afstøbning i mg/m³ | |
| 0 - ½ h | ½ - 6 h | |
| Formaldehyd | 1,0 | 0,1 |
| Fenol | 0,4 | 0,6 |
| Cresol | 0 | 0,1 |
| Benzen | 5,0 | 2,3 |
| Toluen | 16,0 | 8,1 |
| Xylen | 1,1 | 0,4 |
Skema 13.1.2: Udvikling af pyrolysestoffer mellem 0 og en ½ time samt mellem en ½ til 6 timer efter afstøbning med stål.
13.2 Kommentarer
Udviklingsforløbet fra formen afstøbt i støbejern viser, at CO-udviklingen når det højeste niveau ca. 4 timer efter afstøbning, og SO2 udviklingen er på det højeste niveau ca. 1,5 timer efter afstøbning. Udviklingen af de øvrige pyrolysestoffer er størst den første ½ time efter afstøbning.
Sammenlignes udviklingskurven fra formen afstøbt i støbejern med kurven fra den stålstøbte form observeres en tydelig adskillelse. Ved den stålstøbte form nås max. niveauet for samtlige pyrolysestoffer allerede en ½ time efter afstøbning.
Årsagen til denne forskel kan bl.a. skyldes de tidligere omtalte faktorer. Den stålstøbte form adskiller sig fra formen afstøbt i støbejern på flere områder, som fx på metal/sandforhold, bindertype og mængde samt hvad åbne efterfødere angår. Åbne fødere kan muligvis påvirke udviklingsforløbet og måleresultater på to måder. Dels kan de under støbeprocessen udviklede gasser hurtige undvige fra støbeforme med åbne efterfødere i forhold til forme uden. Og dels påvirker åbne efterfødere den termiske opdrift oppe over formen betydeligt. Konvektionsstrømmen bevirker, at der suges betydelige mængder luft fra de nærmere omgivelser forbi måleudstyret placeret over og omkring formen. Derfor kan det antages, at de til analyse udtagne luftprøver ikke svarer til de faktiske forhold.
Pga. de i afsnittet nævnte forhold er det vanskeligt at forudberegne i hvor lang tid, fx punktudsug og loftventilation skal være aktiveret efter den sidste form er støbt. Dette gælder især for støberier med stort håndformet støbegods, hvor de nævnte forhold svinger fra form til form.
Alt tyder dog på, at pyrolysegassernes udvikling kan strække sig over flere timer. Dette bekræftes bl.a. også af målinger af SO2-udviklingen på et tysk støberi med produktion af stort jernstøbegods. Målingen viste, at SO2-udviklingen nåede det højeste niveau 4 timer efter afstøbning.
Version 1.0 September 2006, © Miljøstyrelsen.