Briketování litinových třísek

Kromě obrábění litinových dílů ve specializovaných firmách v dodavatelském průmyslu se trend vyvíjí směrem k předběžnému obrábění a hotovému obrábění litinových dílů ve slévárnách. V prvním případě jsou třísky prostřednictvím obchodu prodávány zásadně jako šrot, ve druhém případě se obvykle znovu používají jako šrot ve volné formě ve vlastním tavném agregátu nebo se rovněž prodávají jako šrot prostřednictvím obchodních firem se šrotem.

Litinové třísky: vlastnosti a trh

Na rozdíl od ocelových třísek (druh 5) nepředstavují litinové třísky žádný oficiální druh šrotu. Fakticky s nimi však účastníci trhu zacházejí a obchodují jako se samostatným druhem šrotu. Mají jinou, většinou vyšší, cenovou hladinu než ocelové třísky. Jsou používány především ve slévárnách, v ocelárnách nebo v chemickém průmyslu. Proto jsou litinové třísky zásadně evidovány, sbírány, skladovány a nakonec prodávány odděleně od jiných druhů šrotu.

Specifické nevýhody volných třísek se odrážejí ve výrazně nižší tržní ceně ve srovnání se šrotem, který se skládá z velkých kusů (např. plechy, zlomková litina). Těmito nevýhodami je skladování a logistika.

Třísky mají o faktor 4 nižší sypnou hmotnost než kusový šrot. Z toho důvodu jsou pro sběr – vnitropodnikový i pro externí přepravu – potřebné velké nádoby. Ty se musí častěji vyprazdňovat a je pro ně nutná větší odstavná plocha. Silniční doprava pomocí kontejnerových vozidel však je vůbec nejdražší způsob dopravy. Litinové třísky s chladicími mazacími prostředky vyžadují dodatečné náklady, především při skladování. K dispozici musí být těsné nádoby a zpevněné plochy, aby nedošlo k znečištění půdy a spodních vod. Tyto faktory mají za následek zvýšené srážky z ceny na logistiku a skladování.

Kvalita šrotu

Následkem velkého povrchu volných třísek je zkorodovaný podíl třísek poměrně velký. To má za následek srážky při zhodnocování. S další srážkou z ceny je nutné počítat u mokrých/vlhkých třísek z důvodu bezcenného podílu vody. Třísky znečištěné emulzí kromě toho nelze skladovat, protože extrémně rychle korodují a přitom se spékají.

Vymezení problémů při tavení

Mokré třísky není možné bez předběžného ošetření ve slévárně použít. I předběžné ošetřené (odvodněné) nebo suché třísky se následkem jejich drobnosti negativním způsobem odlišují od hrubých (velkokusových) kovových požívaných materiálů. Pokud tedy není tavicí provoz (pec, dávkovací zařízení) na tavení volných třísek zařízen, nelze třísky zakládat nebo to přináší různé negativní jevy – například omezení při dávkování, zvýšenou spotřebu el. energie, delší dobu tavení, vyšší propal a tvorbu strusky. Tím se produktivita tavicího agregátu jako celku snižuje. V kupolové peci nelze volné třísky používat vůbec nebo pouze s dodatečným přístrojovým zařízením (injektorem). Různé dané podmínky však vedou v různých provozech k různému hodnocení uvedených jednotlivých faktorů.

Briketování – technologie strojů a tavení

Aby bylo možné provádět trvalé a úspěšné briketování litinových třísek, musí být splněny dva předpoklady:

• spolehlivá strojní technologie;
• know-how v oblasti tavení a metalurgie při používání briket.

V případě obráběcích provozů s externím odbytem briket jsou nezbytné optimalizované odbytové cesty.

Požadavky na strojní technologii

Briketovací lisy na litinové třísky se vyplatí, pokud jsou schopny produkovat v třísměnném provozu bez poruch se zvýšenou pohotovostí, „bez obsluhy“, s kalkulovatelnými náklady na údržbu a na opotřebení náhradních dílů a při nízkých spotřebních nákladech (el. proud) trvale požadovanou kvalitu briket (obr. 1).

Brikety musejí

• být pevně slisované, vykazovat vysokou pevnost při překládání;
• vykazovat vysokou odolnost proti oděru a pevnost hran;
• vykazovat nízkou zbytkovou vlhkost ( <3, lepší <2 %);
• mít co nejvyšší hustotu.

Pro lisování briket v této kvalitě je nutné specifický lisovací tlak, větší než 3000 kg^-2 (odpovídá cca 300 MPa nebo 3000 barům). Hustotu briket lze zvýšit zvýšením specifického lisovacího tlaku, aproximováno v rozsahu 5000 kg.cm^-2 avšak na maximální hodnotu, která se již nesmí zvýšit. Ta činí cca 80 % hustoty masivního odlitku. Hustoty briket 5,2 až 5,7 kg.dm^-3 jsou pro brikety z litinových třísek obvyklé hodnoty. Aby bylo možné vyhovět těmto kvalitativním nárokům, je třeba používat kvalitní strojní techniku (obr. 2).

Pohled na trh výrobců posledních cca 10 let ukazuje, že daleko více dodavatelů briketovacích lisů „svinulo plachty“, než jich existuje v současné době. V některých případech byly zákazníkům dodány nesprávně konstruované stroje a/nebo stroje v nedostatečné kvalitě, které nebyly schopny vyhovět požadovaným nárokům.

Kromě posuzování vlastní strojní technologie by měl uživatel zařízení vzít v úvahu rozsáhlý servis. K tomu patří kromě rychlé dostupnosti náhradních dílů a servisního personálu také nabídka periferních přístrojů pro samotný lis, jako například násypek, od jednoho dodavatele. Právě tak by měla být k dispozici na omezenou dobu zařízení k pronajmutí, aby mohl zákazník (slévárna) provádět zkušební tavby.

Pro dosažení vysoké rentability musí být možné z jednoho sortimentu zařízení přizpůsobit velikost stroje požadované kapacitě. Předimenzovaná zařízení mají za následek zbytečně vysoké investiční náklady.

Mezní případy

ehké třísky (např. tvrdá litina) se při formování lámou a drobí. Lze je sice slisovat, ale nesplňují požadavek kompaktních, pevných výlisků. To platí částečně také pro drobné třísky, speciálně se zvýšeným podílem okysličovacích prostředků. Briketování litinových třísek ze suchého obrábění přináší dobré výsledky, pokud se přidává vlhkost. Může to být voda, emulze nebo olej. Stačí přitom 1 % tekutiny, která musí být rozdělena homogenním způsobem ve volných třískách.

Aspekty pro tavbu a metalurgické aspekty při používání briket.

Jednotlivé aspekty používání briket jsou v závislosti na provozních podmínkách hodnoceny různě. Není proto možné provést žádné všeobecně platné hodnocení, ale pouze vyčíslit různé dílčí aspekty.

Výhody třískových briket:

Logistika a skladování

Brikety mají stejné vlastnosti jako kusový šrot. Lze je bez problémů a s nízkými náklady skladovat a přepravovat, protože mají vysokou sypnou hmotnost.

I mokré třísky je možné ve formě briket skladovat po delší dobu. Odpadá potenciální ohrožení volných třísek, nevznikají nežádoucí „olejové stopy“ podél jízdní dráhy vozíků s třískami a na místech odstavení kontejnerů s briketami.

Kvalita materiálu vsázky

Briketování třísek přímo na místě, kde vznikají, zamezuje výrazným způsobem korozi materiálu, protože se povrch vystavený korozi drasticky zmenší. Zabrání se vzniku oxidů. Kromě toho lze vylisované chladicí prostředky znovu použít a ušetří se za nákup koncentrátu.

Obzvláště důležitá pro dávkování je možnost nasazení metalurgicky známého materiálu a materiálu se stejnou hodnotou. Vysokou hodnotu mají v neposlední řadě také obsah uhlíku, křemíku a příp. obsažené slitinové prvky, které zůstanou při novém použití zachovány. Používání ocelového šrotu má naproti tomu za následek vznik dodatečných nákladů za nauhličování a nakřemíkování.

Výhody při tavbě

Brikety z třísek jsou v tavicích provozech žádaným materiálem, pokud není možné použití volných třísek nebo jejich použití pouze s popsanými negativními jevy. Brikety lze lépe dávkovat, protože kratší doba tavby a s tím nižší spotřeba proudu umožňují lepší využití kapacit. Jejich kompaktní forma snižuje propal, je tak maximalizována výtěžnost, je minimalizován vznik prachu při filtrování. Kromě toho se snižuje připékání volných třísek na stěny pece a „převaření" pece z důvodu snížené průchodnosti plynu.

Ekonomické výhody třískových briket

Uvedené body jsou důvodem, proč jsou brikety hodnoceny lépe než volné třísky. Briketování litinových třísek přitom může být z hospodářského hlediska zajímavé jak pro podniky obrábějící litinu, tak také pro slévárny s následným třískovým obráběním.

Na prvním místě je výhoda vyššího zisku při prodeji šrotu. Zde je možné zvýšení v závislosti na provozní situaci (kvalita třísek, množství, momentální smlouvy na odběr) od 30 do 100 eur za tunu (s odchylkami nahoru i dolů)

Ve druhém případě (slévárna) lze počítat v dlouholetém průměru se ziskem 100 eur za tunu. U této hodnoty se jedná o minimální výnos za volné třísky při prodeji jako šrot oproti nákladům na nákup železných surovin pro slévárnu.

Oddělené registrování různých kvalit litiny

Popsaných výhod lze plně využít, pokud jsou třísky briketovány jako „čerstvé“ na místě, kde vznikají. Obzvláště důležité je oddělené shromažďování a zpracování různých kvalit litiny. Zejména železná litina s kuličkovým grafitem nesmí obsahovat třísky z výroby železné litiny s lamelovým grafitem, protože litinové díly s kuličkovým grafitem mohou být taveny pouze z „čistých“ briket. Pokud se nedá smísení třísek zabránit, lze z těchto briket vyrábět pouze odlitky z litiny s lamelovým grafitem.

Technologie tavení

Používání briket je možné v kupolových, středofrekvenčních i indukčních pecích. V kupolových pecích mohou být brikety používány jako ostatní kusový šrot (tabulka 1). U elektrických pecí je třeba dodržovat určitá pravidla týkající se pořadí dávkování:

• středofrekvenční pec – do prázdné pece, která ještě může být teplá, se dávkují nejprve brikety (spodní vrstva může být také šrot), navrch jako horní vrstva kusový šrot;
• indukční pec – do tekuté kaluže se dávkuje nejprve suchý šrot a sice tak, aby přesahoval úroveň tekutého železa; navrch se dají brikety a na závěr opět ocelový šrot.

Při dávkování uvedeným způsobem se zajistí, aby mohla z briket uniknout zbytková vlhkost, dříve než se brikety roztaví. U středofrekvenční pece to není takový problém, protože se může plnit v prázdném stavu. Brikety se dobře spojí a obsažená vlhkost se nejprve odpaří. Ale také u indukční pece je možný bezpečný provoz, protože v briketách obsažená vlhkost má díky zahřátí v horké kaluži dostatek času na odpaření.

Zakrytí šrotem zabrání vyplavání briket. K tomu by došlo, pokud je pohyb lázně příliš pomalý, protože menší hustota briket by zapříčinila jejich vyplavání (jako korku) na povrch taveniny, kde by došlo k zestruskování a velkým ztrátám kovu. Při zakrytí tak mohou být brikety taveny s maximální výtěžností.

Hranice a omezení

I při obezřetném používání třískových briket je třeba respektovat určitá omezení. Za prvé je třeba dbát na dodatečnou tvorbu kouře, jako u mokrých volných třísek, způsobenou zbytkovou vlhkostí briket. Je nutné s ohledem na to dimenzovat odvádění, případně čištění kouřových plynů. Obzvláště problematické mohou být odpařující se podíly olejů na celkové vlhkosti, které se srážejí na filtru a mohou působit jako zápalný zdroj. Dále může dojít při spalování olejů plameny z pece k případnému poškození pevně instalovaného dávkovacího zařízení.

Důležité je omezení oběhového materiálu třískových briket na celkové vsázce, aby nenastaly metalurgické problémy s taveninou, případně u odlitku. (Příklad: obohacení dusíkem, kyslíkem, porušení rovnováhy křemíku a uhlíku, fosforem, sírou.)

Kvalita třískových briket

Použití metalurgicky nedefinovaného, případně vědomě znečištěného materiálu může mít za následek vysoké následné náklady. Jednak napadá zásaditá struska kyselou vyzdívku pece, za druhé mají nečistoty a cizí kovy za následek zvýšenou tvorbu strusky a v nejhorším případě zavlečení nežádoucích příměsí.

Bohužel měla tendence maximalizace zisku a zavlečení cizích látek – černými ovcemi obchodu – za následek některá nemilá překvapení spotřebitelů. To způsobilo v dotčených slévárnách – neoprávněně – špatnou pověst třískových briket.

Tomuto problému lze zabránit, pokud se používá pouze vhodný vratný odpad nebo pokud jsou brikety vyráběny okamžitě na místě obrábění, kde vznikají a jsou nakupovány přímo pod stálou kontrolou kvality.

Výhled

Alternativní a další koncepce výroby briket pro použití ve slévárnách jsou zaměřeny na

• výrobu slitinových briket;
• docílení dodatečného užitku, např. dodávání uhlíku (nositelů uhlíku);
• dodávání definovaných zbytkových látek s obsahem kovů s cílem opět je začlenit do oběhu kovů a ušetřit náklady na jejich likvidaci.

Takové koncepce se s různými zařízeními již realizují a v současné době vyvíjejí. Vyžadují přesnou koordinaci (směsi) vstupních materiálů se strojní technologií a tavírnou. Jsou tak výrazně nákladnější než samotné briketování litinových třísek, slibují však v jednotlivých případech nadprůměrně vysokou tvorbu hodnot.

Shrnutí

Briketování litinových třísek má vysoký potenciál dodatečné tvorby hodnot na úrovni 30 až 100 eur za tunu pro provozy třískového obrábění bez vlastní tavírny a 100 eur za tunu pro slévárny s vlastním mechanickým obráběním.

Brikety mohou být používány v kupolových pecích, tak jako při dodržování určitých pravidel dávkování ve středofrekvenčních a indukčních pecích.

Vlastnosti briket se vyrovnají vlastnostem kusového šrotu.

Brikety mají své výhody při skladování a logistice. Chladicí maziva vznikající při briketování mohou být znovu použita. Pomocí kvalitní strojní technologie mohou být spolehlivým způsobem produkovány brikety s vysokou pevností.

Litinové třísky s různou kvalitou mají být shromažďovány a zpracovávány odděleně.

Briketování přímo na místě, kde vznikají, zajišťuje vysokou kvalitu briket. Přímé dodavatelské vztahy mezi výrobcem a spotřebitelem briket zajišťují kontrolovatelnou transparentnost.

Andreas Jessberger

RUF