SVY Talviopintopäivät Scandic City Tampere

Transkriptio

1 Juha Levander SVY Talviopintopäivät Scandic City Tampere Parhaat käytännöt (induktio)sulatuksessa energia, laatu, päästöt

2 Parhaita käytäntöjä sulatuksessa Induktiosulatuksesta yleisesti Turvallista sulatusta Energianäkökohtia Päästöasiaa Sulatuslaitteiden kunnossapitovinkkejä Uunin vuorauksesta Laadukasta sulaa argon-huuhtelulla Tulevaisuus?

3 Induktiosulatuslaitteisto

4 Magneettikenttä indusoi virran panokseen Tehojen ollessa päällä virta indusoituu panosmateriaalin pintaan Lisäksi virta kulkee panosmateriaalin sähköisten kontaktipisteiden kautta koko panoksessa Kontaktipisteissä on suuri vastus, jolloin ne kuumenevat Näissä pisteissä indusoituva lämpö nopeuttaa sulamista

5 Induktiosulatuksen turvallisuusriskejä Sula metalli, roiskeet Sähköisku Magneettikenttä Panoksen holvautuminen Vuorauksen pettäminen Sähkökatkot Yleinen tohelointi

6 Sularoiskeiden ehkäisytoimenpiteet Vältetään uunin ylitäyttöä Ei panosteta märkää panosmateriaalia Ei panosteta ylisuuria kappaleita Hellävarainen panostustekniikka

7 Maavuotoilmaisin suojaa (tappavalta) sähköiskulta Maavuotoilmaisimen herkkyys aina maksimitasolla käytön aikana Maavuotoilmaisimen toiminta testattava päivittäin

8 Holvaus paras tapa saada uuni räjähtämään Panos kiilautuu kanneksi uunin yläosaan Kannen ja sulan väliin jää eristävä ilmakerros Kannen alla sula kuumenee ja sekoittuu voimakkaasti Paras keino holvautumisen ehkäisyyn on oikealainen uunin panostus ja sopiva panosmateriaali

9 Sähkökatkon sattuessa Toimiiko hätäjäähdytysjärjestelmä, osataanko käyttää? Hätäkippauskuopan oltava tyhjä ja kuiva Uunin kippausmahdollisuus manuaalisesti/varavirralla Vesiränni Uuni Valuma-astiat hiekassa Valumaluiska uunin alla Viemäröinti

10 Yleisiä hyviä turvallisuuskäytäntöjä sulatossa Henkilökohtaiset suojavarusteet käytössä Sulaton henkilöstön turvallisuuskoulutus Asiattoman liikenteen rajoittaminen sulattoon Siisteys ja järjestys Esteettömät kulkureitit Raaka-aineiden järkevä varastointi Huolimattoman sulattajan nuttu

11 Energiankulutus metallien sulatuksessa Induktiosulatuksen osuus voi olla 60% valimon kokonaisenergiankulutuksesta ja 80% sähkönkulutuksesta Valuraudan kuumennus C lämpötilaan kuluttaa teoreettisesti 377 kwh/t Todellinen energiankulutus = teoreettinen kulutus hyötysuhde esim. 377 / 70 % = 523 kwh/t Metallien sulattamiseen tarvittava teoreettinen energiamäärä (G= valurauta, St= teräs, Ms = messinki)

12 Tavanomainen induktiosulatuksen hyötysuhde Induktiosulatuksessa suurimmat energiahäviöt kelan jäähdytykseen

13 Miten parantaa energiatehokkuutta? Laitteistovalinnan vaikutus tehokertoimeen ja hyötysuhteeseen Kansi päällä aina kun mahdollista säteilyhäviöiden minimoimiseksi 1.5 m halkaisijan avoimesta uunista sula säteilee lämpöä n. 9 kwh/min Panosmateriaalin kuivaus 1-% kosteutta panoksessa nostaa energiankulutusta n. 7 kwh/t Puhdas panosmateriaali Sinkoamaton kiertoromu voi nostaa kulutusta 25 kwh/t Tiivis panos paljon kontaktipisteitä nopeampi sulatus Täydet tehot heti päälle sulatuksen alussa Sulatus-/pitoajat mahdollisimman lyhyiksi 10 min pitempi sulatusaika ~ 100 kwh/t suurempaa kulutusta Lämmön talteenotto jäähdytysvedestä

14 Induktiokelan jäähdytysjärjestelmä Jäähdytysveteen uunista siirtyvä lämpöteho voidaan laskea kaavalla: Φ = m& h(t) eli veden massavirta kertaa uuniin tulevan ja siitä lähtevän veden ominaisentalpioiden erotus. Jos esimerkiksi jäähdytysveden virta uunin kelan läpi on 500 litraa minuutissa, ja vesi tulee kelaan 35 C ja lähtee 70 C lämpötilassa, saadaan veteen siirtyväksi lämpötehoksi = (0,5 m³/60s)*1000 kg/m³*(293,5 kj/kg-146,1 kj/kg) = 1,23 MW

15 Lämmön talteenotto jäähdytysvedestä valimohallin ilman lämmitykseen Valimohallin ilmanvaihto ja lämmitys 25 % - 30 % valimon energiantarpeesta + Ei vaadi suuria investointeja - Hyöty kylminä vuodenaikoina - Kattaa vain osan lämmitystarpeesta (~20-%)

16 Valimon käyttöveden lämmitys jäähdytysveden lämmöllä Käyttöveden lämmitys kuluttaa 0,5 % - 1 % valimon energiantarpeesta + Ympärivuotinen hyöty, riittää useimmiten kattamaan koko lämmitystarpeen - Vaatii jonkin verran investointeja (varaaja, termostaatit)

17 Päästövähennysten parhaat tekniikat (BAT)

18 Päästölähteet induktiosulatuksessa Induktiosulatus ei tuota päästöjä Sulatettava panosmateriaali ja sen sisältämät epäpuhtaudet esim. hiekka, öljy, rasva, pinnoitteet, maalit Sulassa tapahtuvat kemialliset reaktiot Tulenkestävän vuorauksen kuluminen

19 Päästöt sulatuksessa EAF Kupoli Induktio Kuona (kg/t) Pöly (kg/t) ,1-1 Kaasupäästöt CO CO, CO 2 - Tyypillinen induktiosulatuksen kuonan koostumus Tyypillinen rautavalimon filtteripölyn koostumus

20 Induktiosulatuksen päästörajat Valimon ympäristöluvassa vaatimukset koskien päästömääriä, mittaamista ja raportointia Hiukkaspäästöt ilmaan sulatuksessa BAT <20 mg/nm³, ympäristöluvassa tyypillisesti 5-10 mg/nm³ Dioksiinit (PCDD/PCDF) 0,1 ngteq/nm³ Kuonalle vaatimuksena kaatopaikkakelpoisuus Mahdolliset rajoitukset melusta ja hajuhaitoista

21 Päästöjen vähentäminen ja kierrätys Paras keino vähentää sulatuksen päästöjä on sulattaa puhtaita raaka-aineita Sulan ylikuumentaminen ja pitkät pitoajat lisäävät päästöjä Murskattua kuonaa käytetään yleisesti rakennusteollisuudessa ja maanrakennuksessa täyteaineena sekä puhallusrakeena* Induktiosulatuksen filtteripölyn uudelleenkäyttö on toistaiseksi vähäistä, pääosa päätyy kaatopaikalle tai ongelmajätelaitokselle Sulattopölyn pelletöinti / briketöinti on teknisesti mahdollista, mutta taloudellisessa mielessä harvoin kannattavaa *) Kuonien ominaisuudet ja käyttö metallin valmistusprosessin jälkeen , POHTO, Oulu

22 Sulatuslaitteiston kunnossapidosta Paras käytäntö on noudattaa valmistajan ohjeita säännöllisistä tarkastuksista 80% induktiolaitteistojen huoltotapauksista liittyy veteen Virtalähteen sisäisen jäähdytysveden täytyy olla sähköä johtamatonta, muutoin elektrolyysi alkaa syövyttämään komponentteja De-ionisoitu vesi ja/tai de-ionisointikiteet on vaihdettava veden johtavuuden noustessa, johtavuutta mitattava (jatkuvasti) Uunin ulkoiseen jäähdytyskiertoon lisättävä talvella glykolia Vesiletkut on parempi vaihtaa ennen puhkeamista Vesijäähdytettyjen virtaletkujen kestoa voidaan pidentää kääntämällä ne kerran vuodessa ympäri

23 Induktiouunin vuorauksesta

24 Kulutusvuorausmassan asennus Periaatteita Useimmat vuorausmassat ovat hydroskooppisia ja pyrkivät siten sitomaan itseensä kosteutta. Kosteus haittaa sintrautumista ja vuorausmassan sulloutuvuutta Varastointi vain sisätiloissa Asennusvaiheet Pohjamassan asennus ja tamppaus Sabloonan paikalleen nosto ja keskitys Seinämassaan kaato paikalleen Samalla ns. pirunsarvityökalulla ilmataskujen poisto Paperia tms. ei saa joutua vuoraukseen! Tiivistys täryttämällä

25 Ylärengasmassan vuorauksen periaatteet Pulverimaisen kulutusvuorausmassan ja ylärengasmassan liitosvyöhyke on heikko kohta johtuen eri materiaaleista ja sideaineista. (fosfaattisidottu vs. spinelli/mulliitti) Ongelmana usein liitosvyöhykkeen vaakasuora halkeama Tiiviiksi tärytetty pulverivuoraus tulee rikkoa pirunsarvi -tyyppisellä työkalulla, ja plastinen ylärengasmassa tampataan sekaisin n. 3-5 cm vyöhykkeeltä. Näin aikaansaadaan mekaaninen liitos, joka kestää koko vuorauksen iän. Kosteudenpoistoa varten ylärenkaaseen tehdään pistämällä Ø 2 mm reikiä Myös kaatonokka voidaan muotoilla ylärengasmassalla.

26 Hyviä käytäntöjä kampanja-aikojen pidentämiseksi Oikea vuorausmassan valinta (terminen/kemiallinen kestävyys) Hyvä vuorauspraktiikka ja sintraus Toistuva kylmäksi päästäminen lyhentää vuorauksen elinikää merkittävästi Uunin kylmäkäynnistys antaa vuorauksen halkeamille mahdollisuuden kasvaa umpeen, ennen kuin sula pääsee tunkeutumaan niihin Sulapinta ei saa nousta ylärengasmassaan asti Hellävarainen uunin panostus vähentää vuorauksen kulumista

27 Elefantinjalka -eroosio Elefantinjalalla tarkoitetaan vuorauksen alaosan voimakasta kulumista Esiintyy valuraudan sulatuksessa happamalla vuorauksella Jos alkusulassa on alhainen Si-pitoisuus, sula liuottaa piitä vuorauksesta Voidaan välttää panostamalla sulatuksen alkuvaiheessa riittävästi piipitoista kiertoromua tai ferropiitä

28 Vuorauksen kunnon seuranta Vuorauksen kulumista on jatkuvasti seurattava Seurantaan on olemassa teknisiä apuvälineitä Paras ( ) käytettävissä oleva tekniikka perustuu vuorauksen sähköisen vastuksen (muutoksen) mittaamiseen

29 Sulan puhdistus argon-huuhtelukiven avulla Sulan puhdistusta argon-huuhtelulla voidaan käyttää kaikkien metallien sulatuksen yhteydessä Voidaan asentaa myös vanhaan uuniin Pohjasta nousevat argon kuplat nostavat epäpuhtauksia ja lionneita kaasuja pintaan Argon jää sulan pinnalle suojaamaan sulaa kaasujen liukenemiselta

30 Argon-huuhtelun hyödyt Vähemmän sulkeumia Vähemmän kaasuvikoja Sulan parempi sekoitus Vähemmän susituksia Vähemmän korjaustarvetta Voi mahdollistaa huonomman romun käytön Seosaineiden ja deoxidanttien parempi sekoittuminen Parempi saanto Vähemmän analyysiohituksia Lämpötilan homogenisointi Tasaisempi vuorauksen kuluminen Pidempi vuorauksen kampanja -aika Turvallisempi, kun vuoraus kuluu tasaisesti Etenkin rst. teräksillä puhtaampi vuoraus Jos edes yksi yllämainitusta eduista saavutetaan, on käyttö perusteltua

31 Pohjahuuhtelu vs lanssi Pienempi kuplakokon ja suurempi reagoiva pinta-ala Pienempi kaasuntarve Tasainen kuplitus koko sulan läpi Kestää koko vuorauksen ajan, asennus nopeaa Ainoa huolto on uusiminen uudelleenvuorauksen yhteydessä Vähemmän roiskeita Turvallisempi Roiskeet palaavat hapettuneina sulaan lanssihuuhtelussa Esteetön sulapinta Kärynpoisto tehokasta kun kansi voi olla päällä Helppo käyttää

32 Induktiosulatuksen tulevaisuus? Tyristori vai transistori? Robotit valuparvella? Älykkäät ohjaus- ja diagnostiikkajärjestelmät? Paremmat sulatustekniikat?

33 Loppu! Kiitoksia mielenkiinnosta! Kysymyksiä? Meidän valimon parhaita käytäntöjä?