Брикетирование чугунной стружки

15 июля 2021

Многие производственные процессы включают механическую обработку деталей из чугуна сверлением, фрезерованием и обточкой. Образующаяся стружка может быть подвергнута повторной переработке.

Традиционно механическая обработка деталей производится на специализированных металлообрабатывающих предприятиях, являющихся поставщиками предприятий других отраслей промышленности. В то же время предварительная и окончательная механическая обработка начинает активно осуществляться непосредственно на литейных заводах.

В первом случае образующаяся стружка продается в качестве лома, в то время как литейные заводы переплавляют ее на своем производстве или также продают как лом.

Чугунная стружка: характеристики и рынок

Чугунная стружка преимущественно используется в литейных производствах, на сталелитейных или химических заводах. В связи с этим чугунная стружка обычно собирается, складируется и продается отдельно от отходов других металлов. Тем не менее, стружка насыпью имеет некоторые недостатки. По сравнению с кусковым ломом ( листовой металл, лом отливок и т.п.) рыночная цена на стружку значительно ниже.

Недостатки чугунной стружки

• Логистика и складирование.

Насыпной вес стружки в 4 раза меньше, чем кускового материала. По этой причине для сбора и транспортировки по территории предприятия и за его пределами необходимы контейнеры большего размера. Такие контейнеры требуют более частой разгрузки и им необходима большая площадь. При этом следует учитывать, что перевозка автомобилями -контейнеровозами является самым дорогостоящим видом транспортировки.

Т.к.стружка содержит СОЖ, необходимы особые меры безопасности при ее хранении. Для предотвращения попадания СОЖ в почву и грунтовые воды необходимо использовать герметичные контейнеры на поверхностях с твердым покрытием. Это также требует дополнительных затрат на логистику и складирование.

• Качество лома.

Поскольку стружка навалом имеет большую площадь поверхности, степень окисления достаточно велика, что приводит к снижению ценности материала. Дополнительное снижение стоимости обуславливает содержание влаги. Стружка, загрязненная эмульсией, не подлежит хранению, поскольку она быстро окисляется и слипается.

• Проблемы при переплаве.

Влажная стружка не может использоваться в литейном производстве без предварительной обработки. Тем не менее, даже после обработки и высушивания, стружка, состоящая из мелких частиц металла, имеет меньшую ценность, чем кусковой лом. Если литейное оборудование (печь, загрузочная система) не приспособлено для сыпучей стружки, ее использование невозможно, либо может вызвать значительные проблемы, такие, как ограничения при загрузке, повышенное потребление электроэнергии, более продолжительные периоды плавления, повышенные угар и шлакообразование.

Как следствие, снижение общей производительности литейного оборудования.

В вагранке использование сыпучей стружки практически невозможно или возможно только после установки дополнительного оборудования (инжектора). В зависимости от установленного оборудования на каждом конкретном производстве выше перечисленные факторы влияют на процесс и результат в разной степени.

Таблица 1	Примеры использования в вагранках
Производство	Детали для автомобилей
Стружка	Чугун с шаровидным графитом , с содержанием эмульсии, прибл. 5000 т/год
Производительность	1500 кг/час
Цена	Общие инвестиции 310 000 Евро, из них прибл. 130 000 Евро на оборудование для брикетирования
Пример 2
Производство	Корпуса двигателей
Стружка	В основном чугун, содержащий эмульсию
Производительность	750 кг/час
Цена	Инвестиции прибл. 100 000 Евро
Специфика	Эмульсия, отжатая в процессе брикетирования, повторно используется в производстве

Брикетирование: технология обработки и плавления

Для успешного брикетирования чугунной стружки необходимо выполнение двух условий:

• надежное оборудование,
• соблюдение определенной технологии плавления при использовании брикетов.

Если же металлообрабатывающие предприятия планируют продавать брикеты, необходима оптимизация маркетинговых каналов.

Требования к брикетировочному оборудованию

Прессы для брикетирования чугунной стружки должны обеспечивать полностью автоматизированный процесс, без присутствия оператора, эффективное функционирование в 3 смены и низкое потребление электроэнергии. Важное значение также имеют поддающиеся расчетам затраты на обслуживание, запасные и быстроизнашивающиеся детали.

Брикеты должны быть:

• твердыми, важное качество для процесса погрузо-разгрузочных работ,
• прочными (высокая износостойкость, прочность кромок),
• иметь минимальную остаточную влажность ( <3%,и даже <2%),
• иметь максимально возможную плотность.

Для производства брикета такого качества необходимым условием является удельное давление прессования более 3000 кг кг/см² (соответствует прибл. 300 Мпа или 3000 бар). Плотность брикета можно повысить, применив более высокое усилие прессования, тем не менее, максимальное применяемое давление составляет 5000 кг/см².

При этом плотность составит приблизительно 80% плотности цельного куска чугуна. Стандартная плотность брикета из чугунной стружки составляет 5,2-5,7 кг/см².

Указанные требования к качеству брикета могут быть выполнены только при эксплуатации высокоэффективного оборудования.

Анализ развития рынка за последние прибл.10 лет показывает, что многие поставщики брикетировочных прессов ушли с рынка. В некоторых случаях потребители получили прессы неудовлетворительного качества, не соответствующие требованиям.

Кроме самой конструкции пресса и его качественного исполнения пользователь должен оценить и пакет услуг, предоставляемый поставщиком. В дополнение к быстрой поставке запчастей и предоставлению сервис-персонала, поставщик также должен обеспечить предложение дополнительного оборудования, такого, как бункеры и т.п. Поставщик также должен иметь возможность предоставить прессы в аренду на определенный ограниченный период для проведения тестового процесса плавления на производстве клиента.

С целью достижения оптимальной рентабельности клиент должен иметь возможность выбрать оборудование с необходимой производительностью из предлагаемого ассортимента различных моделей и размеров. Выбор модели с необоснованно высокой производительностью ведет к повышенным инвестиционным затратам, в которых нет необходимости.

Пограничные случаи

Хрупкая стружка (например, из закаленного чугуна) имеет свойство ломаться и крошиться во время формования. Она поддается прессованию, но не образует твердые, плотные брикеты. До определенной степени это также касается очень мелкой стружки, особенно с высокой долей содержания оксидированной стружки. Брикетирование чугунной стружки, образовавшейся после сухой механической обработки, дает хорошие результаты только после добавления увлажнителя (на фото- брикеты из стружки чугуна, содержащего пластинчатый графит).

Это может быть вода, эмульсия или масло.

При этом достаточно содержания влаги менее 1%, при условии равномерного распределения жидкости по поверхности насыпной стружки.

Технология плавления и металлургические аспекты использования брикетов

Отдельные аспекты использования брикетов могут иметь различную степень значимости, в зависимости от производственных условий конкретного предприятия. В связи с этим невозможно провести их обобщенную оценку, в данном случае приводится только краткое описание.

Преимущества брикетирования стружки

• Логистика и хранение.

Брикеты можно перевозить и складировать, подобно кусковому лому. Поскольку они обладают большим насыпным весом, их можно легко складировать и перевозить с низкими затратами. Даже влажная чугунная стружка после брикетирования может храниться продолжительное время. В отличие от насыпной стружки нет риска для здоровья, отсутствуют «масляные следы» по маршруту следования грузовиков со стружкой и на местах установки контейнеров.

• Качество лома.

Если брикеты производятся непосредственно на месте образования стружки, удается избежать коррозии металла, поскольку площадь поверхности материала при брикетировании значительно сокращается. Таким образом, не допускается образование оксидов. СОЖ, выдавливаемая в процессе прессования, может быть повторно использована производстве, что обеспечивает существенную экономию средств.

Для надлежащей подготовки шихты большое значение имеет тот факт, что литейный цех может использовать материал определенной марки с известными характеристиками. Особое значение имеет содержание углерода, кремния и других возможных элементов, поскольку оно не изменяется в процессе переработки. Напротив, использование стального лома требует дополнительных затрат на карбюризаторы и содержащие кремний легирующие добавки.

• Преимущества в процессе плавления.

Брикеты из стружки являются ценным сырьем для литейных производств, где насыпная стружка использоваться не может или процесс плавления сопровождается выше описанными проблемами. Брикеты легко загружаются, что способствует сокращению времени плавления и соответственно сокращению расходов на энергию. В то же время, повышается коэффициент полезного использования. Благодаря компактному размеру брикетов сокращаются потери вследствие угара, максимально оптимизируется выход, до минимума сокращается количество фильтруемой пыли. Кроме того, сокращается риск отложения частиц стружки на стенках печи и предотвращается перегрев печи, вызываемый ухудшением прохождения потока газа.

Таблица 2	Примеры использования в индукционных печах
Производство	Фитинги из чугуна с окончательной механической обработкой
Стружка	Чугун с шаровидным графитом , сухой, 120 т/год
Производительность	150 кг/час
Печь	Индукционная печь промышленной частоты
Цена	Инвестиции прибл.30 000 Евро
Специфика	Пресс для брикетирования оснащен дозирующим устройством, которое впрыскивает небольшое количество масла в стружку(содержание масла менее 1%). При брикетировании сухой стружки невозможно получить удовлетворительный результат. Несмотря на небольшой объем эффективность переработки высока, поскольку предприятие может вовлекать в литейное производство собственные отходы металла.
Пример 2
Производство	Изготовление тормозных дисков
Стружка	Стружка от тормозных дисков, с содержанием эмульсии, прибл. 25 000 т/год
Производительность	4 пресса для брикетирования с общей производительностью 5 т/час
Печь	Индукционные печи год
Цена	Инвестиции прибл. 480 000 Евро
Специфика	Эмульсия, отжатая в процессе брикетирования, повторно используется в производстве
Пример 3
Производство	Компоненты дизельных двигателей
Стружка	Чугун с шаровидным графитом , содержащий эмульсию, прибл. 1000 т/год
Производительность	700кг/час
Печь	Индукционные печи промышленной и повышенной частоты
Цена	Инвестиции прибл. 140 000 Евро, вкл. прибл. 100 000 Евро на пресс для брикетирования
Специфика	Производительность оборудования рассчитана для одновременно образующегося максимального объема стружки. Брикеты(влажность менее 2%) в течение многих лет переплавляются в индукционных печах

Экономические преимущества брикетов из стружки

Изложенные выше факторы делают брикеты более ценными по сравнению с насыпной стружкой. Поэтому брикетирование чугунной стружки может быть интересно с коммерческой точки зрения, как для металлообрабатывающих предприятий , не имеющих литейное производство, так и для литейных заводов, которые осуществляют механическую обработку.

Раздельный сбор стружки разных марок

Использование указанных преимуществ в полной мере возможно при брикетировании «свежей» стружки непосредственно на месте ее образования. Особенно важны раздельные сбор и обработка стружки чугуна разных марок. В частности, это касается чугуна, содержащего шаровидный графит, он должен перерабатываться отдельно от чугуна, содержащего пластинчатый графит, поскольку только на основе «чистосортных» брикетов возможно выплавить изделия из чугуна с шаровидным графитом. Если все-таки невозможно обеспечить раздельную переработку стружки чугуна разных марок, то такие брикеты могут быть использованы только для производства отливок из чугуна, содержащего пластинчатый графит.

Технология плавления

Брикеты могут применяться как в вагранках, так и в индукционных печах повышенной и промышленной частоты. В вагранках брикеты могут использоваться также, как кусковой лом.(Таблица 1). В электрических печах следует придерживаться определенных правил последовательности загрузки:

• Печи повышенной частоты:

в пустую печь, которая может быть еще теплой, сначала загружаются брикеты (нижний слой также может быть из кускового лома), затем, в качестве верхнего слоя – кусковой лом. (Таблица 2).

• Печи промышленной частоты:

В жидкий зумпф сначала загружается сухой кусковой лом до уровня, выше уровня расплавленного железа. Брикеты загружаются сверху кускового лома . а верхний слой вновь состоит из стального лома.

При загрузке печи указанным выше способом, влага, оставшаяся в брикетах, испаряется до момента плавления. В индукционных печах повышенной частоты последовательность за грузки имеет меньшие ограничения, поскольку данный тип печи загружается в пустом состоянии. Брикеты легко вступают в контакт и остаточная влага быстро испаряется. Брикеты также могут использоваться в печах промышленной частоты, поскольку имеется достаточный запас времени для испарения остаточной влаги, пока они нагреваются горячим зумпфом.

Укрытие брикетов кусковым ломом препятствует их всплытию, риск, который возникает при отсутствии достаточной подвижности в расплаве. Поскольку плотность брикетов меньше, чем плотность расплава, они могут всплыть в жидком металле, как пробки, на поверхность, и стать причиной излишнего шлакообразования и потерь металла. Благодаря укрытию кусковым ломом брикеты расплавляются с максимальной эффективностью.

Ограничения

Даже при надлежащем использовании брикетов из стружки следует обратить внимание на существующие ограничения. Следует учитывать дополнительное выделение газов, обусловленное содержанием остаточной влаги. Соответствующим образом должны быть отрегулированы системы улавливания газов и очистки. Наиболее проблематичными могут быть испаряющиеся частицы масел, которые могут оседать на фильтре и создать опасность воспламенения. Пламя из печи, вызванное горючими остатками масла, может повредить установленное загрузочное оборудование.

В этой связи важно ограничить долю содержания вторичного материала, типа брикетов, в общем объеме партии, чтобы избежать проблем при плавлении или в готовом продукте, таких, как повышенное содержание азота или кислорода, дисбаланс Si-C, содержание фосфора и серы и.т.п.

Качество брикетов из стружки

Использование материала, металлургические свойства которого неизвестны или который изначально имеет загрязнения, может вызвать серьезные последствия и затраты. С одной стороны, щелочной шлак реагирует с кислой футеровкой печи. С другой стороны, грязь и инородные металлы вызывают повышенное образование шлака, или, в худшем случае, образование нежелательных примесей.

К сожалению, желание некоторых недобросовестных продавцов ломов получить максимальную прибыль путем добавления инородных металлов привело к формированию негативного отношения к брикетам среди столкнувшихся с этим явлением литейных предприятий.

Риск плохого качества брикетов может быть исключен при использовании брикетов, произведенных из собственных отходов предприятия, либо при закупке брикетов у надежного партнера- металлообрабатывающего предприятия. В данном случае материал должен собираться и брикетироваться непосредственно на месте его образования, а брикеты должны проходить регулярный контроль.

Перспективы

Альтернативные и комплексные концепции производства брикетов для использования в литейных производствах направлены на:

• производство легированных брикетов,
• извлечение дополнительных преимуществ, как, например, введение углерода (носителей углерода),
• использование определенных металлосодержащих отходов с целью их возврата в обращение и экономии затрат на утилизацию.

Такие проекты уже находятся на стадии осуществления с использованием различных установок или активно разрабатываются. Они требуют тщательного согласования исходных материалов/соединений с одной стороны и оборудования/технологии литья с другой стороны. Они более затратны, чем простое брикетирование чугунной стружки, тем не менее, обеспечивают значительно более высокий потенциал создания добавочной стоимости.

Заключение

Брикетирование чугунной стружки может быть высокодоходным процессом, как для металлообрабатывающих предприятий, так и для литейных производств, имеющих собственные механические цеха.

Брикеты могут использоваться в вагранках. При соблюдении определенных правил загрузки брикеты успешно применяются и в индукционных печах промышленной и повышенной частоты.

Свойства брикетов схожи со свойствами кускового лома. Они имеют определенные преимущества при хранении и транспортировке.

Смазочно-охлаждающие жидкости могут быть вновь возвращены в производство после брикетирования.

Качественное оборудование обеспечивает производство брикетов высокой плотности необходимой марки.

Стружка различных марок чугуна должна собираться и обрабатываться раздельно.

Производство брикетов в месте образования стружки гарантирует постоянное высокое качество.

Организация прямых поставок брикетов от производителя на литейные предприятия гарантирует максимальные прозрачность и контроль качества.

Перевод статьи, опубликованной в специализированном журнале Foundry Trade Journal International, автор — Андреас Йесбергер, дипломированный инженер, компания RUF GMBH & Co.KG.