Témata
Reklama

Proteinové pojivo - alternativa při výrobě odlitků

Článek popisuje princip použití proteinových pojiv ve slévárenské výrobě, jejich technologické, ekologické a ekonomické výhody. Ukazuje také výsledky provozních zkoušek těchto pojiv provedených v několika slévárnách při výrobě odlitků ze slitin hliníku a šedé litiny.

Slévárenská pojiva řady PB pro odlitky ze slitin hliníku a šedé litiny jsou ekologicky nezávadná proteinová pojiva vytvrzovaná dehydratací při teplotě 120–130 °C. Jádrová (případně formovací) směs obsahující vodný roztok pojiva se vytvrzuje teplem v horkém jaderníku za současného cyklického profukování stlačeným vzduchem pro urychlení odvodu vodní páry z objemu jádra nebo formy.

Obsah pojiva ve směsi je pouze 0,7–1,0 %, dosahované pevnosti v ohybu jsou přitom v rozmezí 1,5–2,8 MPa v ohybu ihned po vyjmutí z jaderníku a následně, po vychladnutí jader, vzrostou na 3,5–5,5 MPa v ohybu. Taková pevnost dovoluje vyrábět i tvarově složitá, tenkostěnná jádra, jako je např. jádro hlavy motoru na obr. 1 vyrobené touto metodou.

Reklama
Reklama
Reklama
Jádro hlavy motoru

Skladování a recyklace

Vytvrzená jádra lze v suchém prostředí skladovat řádově několik měsíců bez významného poklesu pevnosti. Alternativní možnosti vytvrzení jádrové směsi představuje sušení v sušičce nebo v mikrovlnném zařízení.

Již vytvrzenou jádrovou směs (např. ze zmetkových jader) je možné jednoduše recyklovat rozdrcením a opětovným zavlhčením. Dochází jen k mírnému poklesu pevnosti díky odprášení části pojiva setřeného z povrchu zrn ostřiva. Při použití 100 % takového recyklátu (tedy bez přídavku nového pojiva či ostřiva) k opětovné výrobě jádrové směsi dochází k přibližně 15% poklesu výsledných pevností jader.

Převážně adhezní typ destrukce pojivových můstků mezi zrny ostřiva také ukazuje na možnost snadné regenerace jádrových směsí pojených tímto typem pojiva.

Rozpadavost jader

Rozpadavost jader s pojivy řady PB je lepší než u jader vyrobených technologií CB (metoda studeného jaderníku). Pro odstranění jader z odlitků stačí vibrace, například poklepání na nálitek. To dobře ilustruje následující řada obrázků. Jedná se o odlitky z Al slitiny odlévané nízkotlakým litím do kovové formy ve slévárně Metaz Týnec nad Sázavou a o odlitky z Al slitiny a LLG odlévané gravitačním způsobem do bentonitových forem ve firmě Slévárna a modelárna Nové Ransko.

Vytvrzená jádra před vyjmutím z horkého jaderníku.

Al odlitky po vyjmutí z nízkotlakých forem Metaz Týnec nad Sázavou.

Jádro a Al odlitek Metaz Týnec nad Sázavou, nízkotlaké lití

Rozpadavost jader s pojivy řady PB, odlitky z Al slitiny, Slévárna a modelárna Nové Ransko, gravitační lití, bentonitové formy

Odlitky z Al slitiny, Slévárna a modelárna Nové Ransko, gravitační lití,bentonitové formy

Rozpadavost jader s pojivy řady PB, odlitky z LLG, Slévárna a modelárna Nové Ransko, gravitační lití, bentonitové formy

Odlitky z LLG po otryskání, Slévárna a modelárna Nové Ransko, gravitační lití, bentonitové formy

Při této technologii výroby jader se na rozdíl od v současnosti používaných metod CB, HB, WB a Croning nepoužívají žádné zdraví škodlivé materiály, jako aceton, alkohol, aminy, benzen, fenol, formaldehyd, furfurylalkohol, furan, metanol, metyletylketon, metylformiát, močovina, naftalen, toluen, xylen apod. Při použití pojiv řady PB se používá pouze nezávadné proteinové pojivo a voda.

Jádrová směs

Použitá jádrová směs (tj. „spálená“ směs z jader již použitých při odlévání odlitku) má obsah polyaromatických uhlovodíků (PAU) max. 0,0194 mg.kg-1 při obsahu 1 % pojiva v jádrové směsi. Srovnání těchto naměřených hodnot PAU s hodnotami uvedenými v Příloze č. 5 k vyhlášce č. 341/2008 Sb. ukazuje, že použité („spálené“) jádrové směsi patří do třídy I dle této vyhlášky (v této třídě je povolené maximální množství PAU 3,3 mg.kg-1) a dle Přílohy č. 6 k vyhlášce č. 341/2008 Sb. jsou tedy použitelné „pro použití na povrchu terénu užívaného nebo určeného pro zeleň u sportovních a rekreačních zařízení včetně těchto zařízení v obytných zónách s výjimkou venkovních hracích ploch“. S deponiemi takového odpadu by tedy neměl být zásadní problém.

Spaliny vznikající při odlévání

I spaliny vznikající při odlévání obsahují méně polyaromatických uhlovodíků (PAU) než povolují příslušné předpisy. Suma PAU ve spalinách je maximálně 0,036 12 mg.m-3 (opět při obsahu 1 % pojiva v jádrové směsi). Vztažení na objem spalin není příliš vypovídající hodnota, neboť ji lze ovlivnit objemem odtahovaných spalin, nicméně uvádí ji i Příloha č. 1 k Nařízení vlády č. 615/2006 Sb., která se zabývá emisními limity v plynných odpadech. V této příloze není uveden limit PAU pro slévárenskou výrobu, pouze pro zdroje emisí při zpracování uhlí a tento limit činí pro tzv. velký zdroj 0,2 mg/m3. Tento limit je tedy o řád vyšší než naměřené hodnoty.

Bylo provedeno i ekonomické srovnání pojivových systémů používající pojiva řady PB, a metod WB a CB amin provedené ve firmě Slévárna a modelárna Nové Ransko a je uvedeno v tabulce.

Zavedení technologie je velice jednoduché

Z uvedeného materiálu jednoznačně vyplývá technologická (rozpadavost), ekonomická a ekologická výhodnost uvedené technologie s proteinovými pojivy PB 50 a PB 30 ve srovnání s nyní používanými technologiemi HB, WB a CB. Uvedené údaje byly ověřeny ve slévárnách Slévárna a modelárna Nové Ransko a Metaz Týnec nad Sázavou. Ekonomická efektivnost uvedené technologie byla přímo ověřena v podniku Slévárna a modelárna Nové Ransko podle firemních kalkulací. Zavedení technologie je velice jednoduché, investiční náklady na zavedení technologie jsou minimální (pro uživatele technologií HB a WB jsou prakticky nulové).

Ing. Petr Cupák, Ph.D.

Zpracováno v rámci projektu FSI-S-13-2066.

VUT Brno, Ústav strojírenské technologie
cupak@fme.vutbr.cz

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 140134
Datum: 12. 02. 2014
Rubrika: Trendy / Slévárenství
Autor:
Firmy
Související články
Vysoce přesné odlitky pro energetiku

V dnešní době je kladen důraz na dodávky přesných odlitků vyráběných metodou vytavitelného modelu, u kterých nebude nutné provádět již další operace obrábění. Za posledních pět až sedm let se požadavky na relativní přesnost odlitků zvedly několikanásobně.

Cesta k budoucímu růstu vede přes investice

Rok 2020 by se dal přejmenovat na Rok černých labutí. Ekonomové k těmto původem australským ptákům přirovnávají události, které nikdo nečeká a které hluboce zasáhnou samotné základy hospodářství. Tak jako to dokázala pandemie nového typu koronaviru. Ze dne na den donutila vlády, aby vypnuly na několik měsíců nejen českou, ale také další klíčové ekonomiky pro české exportéry.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Související články
Budoucnost nástrojových materiálů bez kritických kovů

V současné době jsou nejrozšířenějšími nástrojovými materiály slinuté karbidy a nástrojové oceli. Slinuté karbidy, tedy cermety tvořené vysokým podílem karbidů, převážně karbidu wolframu, a dále TiC, TaC a NbC, a kobaltem jako pojivem jsou využívány především pro výrobu výměnných břitových destiček pro strojní obrábění, případně vrtáků do zdiva a betonu. Díky výborné otěruvzdornosti a velmi dobré lomové houževnatosti jsou v poslední době tyto materiály využívány pro různé aplikace, jako je obrábění ocelí, litin i neželezných kovů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Trnitá cesta české vědy a výzkumu

Třicet let je diskutovaným tématem propojení české vědy a výzkumu s průmyslem. Podařilo se konečně v této oblasti učinit pokroky? Proč se čeští vědci nehrnou do tuzemských firem a proč české školství negeneruje kreativní osobnosti? K diskuzi o těchto otázkách jsme pozvali docenta Jiřího Krechla, který se problematice výzkumu a vývoje dlouhodobě věnuje.

Fórum výrobních průmyslníků

Jak zásadně ovlivňuje vaši výrobu totální nedostatek materiálových vstupů a jak tomu čelíte? Jste nuceni kvůli tomu omezovat výrobu? Promítáte skokové navýšení cen surovin do výsledných cen vašich produktů a jak na to reagují odběratelé?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak se současný způsob výuky odráží na studentech – na jejich osobnosti, přístupu ke studiu, k dosahování dílčích výsledků, na přípravě k finální části studia, k následujícímu profesnímu působení, ale i v sociální/osobní rovině vazby pedagog – student?

Fórum výrobních průmyslníků

Jaké zásadní problémy vám současná doba přináší do chodu firmy, jak se je snažíte řešit a s jakým výsledkem?

Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 9. a 10. díl: Jak se staví odborníci k e-mobilitě

V minulém díle našeho seriálu jsme dali prostor pověřenci ministra dopravy pro čistou mobilitu Mgr. Janu Bezděkovskému pro vyjádření se k jednotlivým problematickým aspektům, které s sebou přináší deklarovaný úplný přechod na elektromobilitu. V tomto díle jsme s podobnými otázkami oslovili odborné garanty našeho seriálu – prof. Macka a Ing. Morkuse –, již na ně velmi obšírně odpověděli. Zároveň tímto rozhovorem s odborníky, kteří náš seriál dozorovali, připomínkovali jednotlivé díly a motivovali nás k tvorbě dalších, seriál Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu končí. Snad svůj účel – jímž bylo představit některé problematické stránky úplného přechodu na elektromobilitu a předložit je k další diskuzi – splnil.

Fórum výrobních průmyslníků

Vrátíme se po odeznění hygienických opatření v souvislosti s covid-19 do „normálního stavu“, jaký byl před krizí, nebo se firemní procesy a postupy trvale změní? Pokud ano, jaké změny očekáváte?

Fórum děkanů strojních fakult

Pokud byste byl jmenován ministrem školství, jaký první krok byste ve své funkci realizoval směrem k technickému vzdělávání?

Podpora rozvoje mladých technologicky orientovaných firem

Je všeobecně známo, že zejména v počátečních fázích podnikání či inovačního cyklu, kdy firma vyvíjí nový, nebo modifikuje již existující produkt pro zcela nové využití, vzniká celá řada otázek spojených s designem produktu, se strategií jeho komercializace, s definicí vhodných zahraničních trhů a se smysluplným byznys modelem. Jedná se o kritickou fázi rozvoje firem, protože jen malé části z nich se podaří touto fází projít bezi zásadních problémů.

Způsob myšlení definuje naši úspěšnost

Ekonomické změny způsobené pandemií vyžadují nové přístupy v oblasti lidských zdrojů a leadershipu. O své zkušenosti a náměty, jak v tomto turbulentním čase efektivně využít lidský potenciál, včetně svého, se s námi podělila Lucie Teisler, vedoucí partnerka poradenské společnosti Anderson Willinger.

Život podle profesora Kassaye

Profesor Štefan Kassay se řadí mezi klíčové osobnosti podnikatelského a vědeckého života, a to nikoliv pouze na Slovensku, ale i v okolních evropských zemích. Vyučil se jako soustružník a díky své neskonalé touze po poznání se vypracoval mezi evropskou elitu a nenašli byste zde jemu rovnému, který by dokázal v takové míře integrovat podnikatelské, ekonomické, vědecké, pedagogické a diplomatické znalosti, jako právě profesor Kassay. V oblasti vědy a vzdělávání vidí zásadní impuls pro rozvoj jednotlivce a společnosti a proto mj. založil svoji nadaci, která tyto kroky podporuje.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit