Nouvo Sistema Cold Box per la riduzione delle emissioni nelle fonderie

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1 Nouvo Sistema Cold Box per la riduzione delle emissioni nelle fonderie PH Vacelet - ASK Relatore: Lorenzo Vincenti ASK Chemicals Italia

2 Emissioni durante il processo di fonderia Processo Cold Box: fonti di emissione in fonderia Mixer Spara anima Stoccaggio anime Forno di essicazione Colata Solventi leggeri 1% VOC s 20 C Ammina, solventi leggeri 3% VOC s 20 C Ammina e componenti leggeri 1% VOC s 20 C Elementi Leggeri e intermedi 10% Restanti elementi volatili + prodotti di pirolisi e di ricombinazione VOC s 150 C 85% La quantità delle emissoni è in funzione della temperature e dal punto di evaporazione dei solventi Noi possiamo considerare il punto di evaporazione (Pvap) del solvent a questa temperatura: Se il Pvap > 0,01 kpa a 150 C potrebbe essere considerate come VOC VOC s>200 C PAH s BTX aldeide 2

3 Definizione del termine EHS (ENVIRONMENT HEALTH AND SAFETY) Volatile Organic Compounds (VOC) componenti organici volatili VOC Definizione in Europa: In accordo con la direttiva EC 1999/13/EC (Direttiva sulle emissioni dei solventi), sono definiti come componenti organici volatitili (Volatile Organic Compounds VOC) quei componenti che hanno a K (i.e., 20 C) una pressione di vapore di 0.01 kpa, o quelli che hanno una corresponsabilità nella volatilità in particolari condizioni di uso. Si definisce come componente organico ogni elemento che contiene almeno Carbonio e uno o più elementi di: Idrogeno, Alogeni (esempio: Cloro, Fluoro o Bromo), Ossigeno, Zolfo, Fosforo, Silicio, o Azoto, ad eccezione di Ossido di Carbonio e Carbonati e Bicarbonati inorganici. 3

4 Definizione del termine EHS (ENVIRONMENT HEALTH AND SAFETY) BTEX or BTX Definizione: BTEX è il termine usato per definire: benzene, toluene, ethylbenzene, e xylene- componenti organici volatili presenti nei prodotti petroliferi, come benzina e diesel Environmental Protection Agency, 2010 I Benzeni, Tolueni, Xyleni (BTX) sono idrocarburi aromatici monociclici (monocyclic aromatic hydrocarbons: MAH) costituiti da un solo ciclo benzenico Source: Internet checked and approved by ASK Chemicals 4

5 Definizione del termine EHS (ENVIRONMENT HEALTH AND SAFETY) Fonti delle emissioni in fonderia possiamo considerare due fondamentali tipi differenti Evaporazione Decomposizione Mescolazione Sparo Stoccaggio anime Colata Raffreddamento Sterratura Legante (Sabbia) Catalizzatore (Distaccanti) 5

6 Definizione del termine EHS (ENVIRONMENT HEALTH AND SAFETY) Durante la produzione di anime le emissioni sono dovute alla evaporazione di ben definiti componenti Evaporazione Mescolazione Legante (Sabbia) Sparo Catalizzatore (Distaccanti) Stoccaggio delle anime La quantità di eveporazione dipende dale caratteristiche fisiche (punto di ebollizioineboiling points) dei prodotti intetressati. Fondamentalmente i solventi e le ammine. Il lavaggio dell anima con aria e l aspirazione accrescono l effetto evaporazione. Anche da considerare l effetto della evaporazione in staccaggio delle anime. 6

7 Definizione del termine EHS (ENVIRONMENT HEALTH AND SAFETY) Il comportamento di evaporazione può essere considerato come conseguenza alla formulazione del legante - La combinazione solvente può essere scelta in modo tale che i componenti altobollenti dominano => meno evaporazione / (comunque più "decomposizione") meno VOC. - La formulazione del legante può essere sviluppata in modo tale che il consumo di ammina possa essere abbassato, massimizzando la reattività. 7

8 In contrario, durante il processo di colata, i componenti organici vengono decomposti e possono formare "nuovi" legami La decomposizione termica del polimero avviene ad alta temperatura In funzione sia della temperatura che della struttura del polimero si producono dei «frammenti» detti radicali liberi, i quali si ricombinano fra di loro. Decomposizione Oltre ai processi sopra descritti hanno un ruolo fondamentale, la temperatura, i gradienti di temperatura, la cinetica di trasporto nel sistema sabbia resina I prodotti di decomposizione possono quindi ri-condensarsi nella sabbia (o nella conchiglia) o evaporare., Colata Raffreddamento Sterratura 8

9 La decomposizione termica inizia con> 200 C, cioè si svolge in tutte le regioni del nucleo, che presentano questa temperatura. La decomposizione termica dei componenti organici comincia, quando i nuclei diventano caldi. In funzione della struttura della rete di polimeri e la temperatura dei "frammenti" sono prodotti, cosiddetti radicali, che reagiscono ulteriormente. Oltre ai processi sopra descritti hanno un ruolo fondamentale, la temperatura, i gradienti di temperatura, la cinetica di trasporto nel sistema sabbia resina I prodotti di decomposizione possono quindi ri-condensarsi nella sabbia (o nella conchiglia) o evaporare. La decomposizione termica di resina fenolica (schematica) Arno Gardziella, Luigi Pilato, André Knop: Resine fenoliche: chimica, le applicazioni, la standardizzazione, la sicurezza e l'ecologia; Springer Verlag Berlin 9

10 Alcune nuove molecole si formano in una fase intermedia, che evapora e condensa La decomposizione termica dei componenti organici comincia, quando i nuclei diventano caldi. In funzione della struttura della rete di polimeri e la temperatura dei "frammenti" sono prodotti, cosiddetti radicali, che reagiscono ulteriormente. Oltre ai processi sopra descritti hanno un ruolo fondamentale, la temperatura, i gradienti di temperatura, la cinetica di trasporto nel sistema sabbia resina R O O OH NH O OH OH *2 O Temp NH O R O H 2 C CH 2 -C 2 H 4 -CO CH H 2 C CH 2 I prodotti di decomposizione possono quindi ri-condensarsi nella sabbia (o nella conchiglia) o evaporare.. Temp H 2 N NH 2 Temp NH 2 NH 2 + CH 3 10

11 I sistemi modello possono essere esaminati, dall analisi dei soli spettri però non è possibile avere una misurazione reale. Una correlazione della ricetta tra Legante / Emissione durante il getto è impossibile da prevedere. La decomposizione termica dei componenti organici comincia, quando i nuclei diventano caldi. In funzione della struttura della rete di polimeri e la temperatura dei "frammenti" sono prodotti, cosiddetti radicali, che reagiscono ulteriormente. Oltre ai processi sopra descritti hanno un ruolo fondamentale, la temperatura, i gradienti di temperatura, la cinetica di trasporto nel sistema sabbia resina. I prodotti di decomposizione possono quindi ri-condensarsi nella sabbia (o nella conchiglia) o evaporare. 11

12 EMISSIONI DURANTE IL PROCESSO DI FONDERIA Le emissioni generate dal legante durante il processo di fonderia Sistema legante I sistemi con un elevato contenuto di aromatici Sistemi con solventi a base di silicati organici Sistemi con un ridotto contenuto di aromatici Sistemi liberi da solventi aromatici Sistemi ad alto contenuto di carbono VOC s Emissioni VOC s durante il processo di essicazione Emissioni durante colata (BTX, PAH s )? Except Amin? Except Amin? Punti di forza Alte resistenze, fumo basso, basso catramina, a basso costo basso livello di fumo, basso odore, bassa catramina Buon rapporto prezzo / prestazioni Basso odore, bassa domanda di ammia Basso odore, bassa domanda ammina Maggiore tenuta termica Debolezze Odore Resistenza all'umidità, resistenze meccaniche Fumi bianchi Durante la colata / catramina Fumi bianchi Durante la colata / catramina Principali applicazioni Alluminio Alluminio Alluminio; e ghisa fusione di ghisa fusione di ghisa Agendo solo sul pacchetto solvente, non possiamo ridurre o modificato le emissioni durante la colata che rappresenta circa 80/95% del totale delle emissioni provenienti dal legante. 12

13 EMISSIONI DURANTE IL PROCESSO DI FONDERIA Solo chi è in grado di ridurre la quantità di legante, può ridurre l'emissione totale nella sua fonderia. 13

14 Il nuovo concetto di HE-SYSTEM: Alta efficienza sistema COLD BOX per il processo e la riduzione dei costi. 14

15 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) Ricette tipiche cold box Parte 1: Fenolo Formaldeide Parte 2: 100% 80% 45 Solventi 20 Solventi Isocianato 60% Solvents: 40% 80 Isocianato Aromatici Esteri 20% 55 Base F/P Esteri di acidi grassi Alifatici Silicato organico... 0% Cold Box part 1 Cold Box part 2 15

16 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) Ricette tipiche cold box Riduzione di % resina Solventi Base F/P / Isocianato 16

17 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) Il concetto di alta efficienza Alta efficienza Aumento della resistenza immediata Aumento della reattività Riduzione della quantità di legante Riduzione della quantità di Amine 17

18 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) Il concetto di alta efficienza Resistenza Meccanica Vs tempo Resistenze [N/cm 2 ] ,8% je Teil, H Sof. 10" 0,5h 1h 2h 24h 24h 90% r. F. Punti di forza ed evoluzioni Resistenza all umidità 3h/sof. 3h/24h 10"/30" wet Vita di banco 10"/30 wet/ 30" 150 C Base d'acqua capacità rivestimenti Standard Cold-Box ECOCURE 30 HE 2/ ECOCURE 60 HE 2 18

19 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) I vantaggi dei sistemi ad alta efficienza PUNTI DI FORZA DEL COLD BOX HE Riduzione di legante Ottimizzazione dell'intero processo Aumento del valore aggiunto Riduzione dei costi del materiale Riduzione delle emissioni inquinanti Riduzione degli odori Riduzione di sviluppo di gas Riduzione di catramina Riduzione della appiccicosità Riduzione degli odori Riduzione di appiccicare Più breve tempo di gassaggio Aumento della produttività Riduzione dei difetti da gas Riduzione dei costi del materiale Miglioramento della resistenza all'umidità Riduzione della richiesta di Amina 19

20 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) Le emissioni generate dal legante durante il processo di fonderia Sistema legante VOC s Emissioni VOC s durante il processo di essicazione Emissioni duriante colata (BTX, PAH s ) Punti di forza Debolezze Principali applicazioni I sistemi con un elevato contenuto di aromatici Alta resistenza meccanica, Catramina, basso costo Odore Alluminio Sistemi con solventi a base di silicati organici Basso fumo, basso odore, bassa catramina, Resistenza all'umidità, resistenza meccanica Alluminia Sistemi con un ridotto contenuto di aromatici? Buon rapporto prezzo / prestazioni Alluminio Sistemi liberi aromatici Except Amin? Basso odore, bassa domanda amina Fumi bianco in fase di colata e catramina fusione di ghisa Sistemi ad alto contenuto di carbonio Except Amin? Basso odore, bassa domanda amina, resistenze a caldo Fumi Bianchi durante il processo di colata catramina fusione di ghisa Sistemi ad alta efficienza / Except Amin Basso odore, bassa domanda amina elevate resistenze.. 20 Fumi fusione di ghisa

21 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) Emissione: riduzione degli inquinanti % - 25% HE-System, 0.8% each part HE-System, 0.6% each part % % FID Smell [GE] BTX [mg/m3] 21

22 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) Emission: BTEX reduction - 40 % - 25% Binder volume in the cores Combustione senza O2 = pirolise Emissione = BTEX, HAPs, Nox, Aldeidi... O2 disponibile nell anima e nella forma Per combustione totale sotto O2. Emissioni CO2 e H2O = 22

23 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) Sommario 23

24 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) Sommario 24

25 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) Sommario 25

26 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) Sommario 26

27 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) 2008 Alta efficienza 1 st generazione Definizione : Sistema ad alta reattività Altissima resistenza immediata ridotto consumo di ammina ottima capacità di miscelazione e costanza di produzione Prestazioni uguali o migliori con l'utilizzo di meno legante R & D: 1- Sviluppo di nuova base alta reattiva 2- Accurata selezione dei solventi e degli additivi introdotti nella formulazione 3- Fornitori qualificati e controllati Sviluppo nelle fonderie: In serie in diverse grandi fonderie principalmente in Germania 27

28 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) 2011 Alta efficienza 2 nd generatione La versione LF Definizione: Stesse caratteristiche tecniche come HE 1a generazione + Ulteriori drastiche riduzioni delle emissioni:- meno fenolo libero(~ 3%) meno formaldeide libera<0,1% - meno odori ed emission di fumi R & D: lavoro di fondo sul processo di base (ricetta, processo di produzione) + adattamento della formulazione di diluizione Sviluppo nelle fonderie: In serie in molte grandi fonderie in Germania, Francia, Paesi Bassi, Svezia, Polonia In fase di sviluppo in molte altre aree: Austria, Ungheria, Belgio, Turchia 28

29 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) Portafoglio Attuale: Alta efficienza CB-System per getti in ghisa sistemi aromatici liberi: Bassa emissione di odori Riduzione consumo ammina (in particolare con Kat 704 e 706) Ottima resistenza alle vernici a base acqua Sistemi misti: Bassa viscosità nella parte 1 HE 1 st generazione (2008) HE 2 nd generazione (2011) HE 1 st generazione (2008) ECOCURE 30 HE 1 ECOCURE 60 HE 1 ECOCURE 30 HE 1 LF ECOCURE 60 HE 1 LF ECOCURE 30 HE 2 ECOCURE 60 HE 2 Altissime resistenze Riduzione di emission di fumi Elevata accuratezza dimensionale HE 2 nd generazione (2011) ECOCURE 30 HE 2 LF ECOCURE 60 HE 2 LF 29

30 SISTEMA COLD BOX HE (HIGH EFFICIENCY) Alta efficienza 2 generazione: Una parte 1 con molte parti 2 ECOCURE 30 HE 1 LF ECOCURE 60 HE 1 LF ECOCURE 60 HE 12 LF ECOCURE 60 HE 13 LF ECOCURE 60 HE 14 LF ECOCURE 60 HE 2 LF ECOCURE 60 HE 22 LF ECOCURE 60 HE 23 LF Portfolio include standard part 2 E anche, parti 2 specificatamente formulate per ottimizzare determinate caratteristiche (Vita di banco, movimentazione robot, tendenza alla appiccicosità) ECOCURE 60 HE 24 LF ECOCURE 30 HE 2 LF ECOCURE 60 HE 25 LF 2014 New Cold Box systems for reduction of the emissions in the foundries 30

31 Nuovo processo: SL-SYSTEM: Solvent Less (senza solventi) sistema COLD BOX per getti di Alluminio 31

32 NUOVO COLD BOX SL (SOLVENT LESS) PER FONDERIE DI ALLUMINIO Tipica composizione di Cold Box Part 1: Phenolo-Formaldeide Part 2 : Isocianato Solvents: Aromatici Esteri Polari Flexibilizer Esteri di acidi grassi Alifatici Silicato organico Solventi Additivi Solventi Additivi Isocianato Resina Cold Box Teil 1 Cold Box Teil 2 32

33 NUOVO COLD BOX SL (SOLVENT LESS) PER FONDERIE DI ALLUMINIO SL Cold Box: composizione Additive Solvents Additive Isocyanat Resin Cold Box Teil 1 Cold Box Teil 2 Solvente libero parte 2 Confronto di ricette Composizione tipica per la colata di alluminio: 0,55% Parte 1 + 0,55% Part 2 Composizione con il nuovo sistema di SL: 0,55% Parte 1 0,4% Parte 2 33

34 NUOVO COLD BOX SL (SOLVENT LESS) PER FONDERIE DI ALLUMINIO Composizione tipica di Cold Box Riduzione della resina Solventi Resina/Isocianato 34

35 NUOVO COLD BOX SL (SOLVENT LESS) PER FONDERIE DI ALLUMINIO Concetto di solvent less Andamento delle resistenze Resistenza [N/cm 2 ] H Sof. 10" 0,5h 1h 2h 24h 24h 90% r. F. Resistenza Resistenza all umidità 3h/sof. 3h/24h Vita di banco della Sabbia Standard Cold-Box 0,55 % 0,55 % 0,55 % EC 10 SL 4441/ 0,45 % EC 20 SL

36 NUOVO COLD BOX SL (SOLVENT LESS) PER FONDERIE DI ALLUMINIO Domanda di Amine Resina Solventi Standard Cold Box Meno solvent Cold Box AMINA AMINA Meno solvente significa anche meno bisogno di Amina Standard Cold Box System Solvent Less Cold Box Il sistema SL ben si adatta a tutti i catalizzatori amminici. 36

37 NUOVO COLD BOX SL (SOLVENT LESS) PER FONDERIE DI ALLUMINIO I benefici dei prodotti solvent less Senza solventi Part 2 Riduzione della % del legante usato Ottimizzazione globale del processo Creazione di valore Riduzione del costo del materiale Riduzione delle emissioni Sistema Inodore Meno sviluppo di gas Meno fumi Miglioramento di shake-out Meno condensato (catramina) Minore appiccicosità Meno odori Bassa tendenza alla appiccicosità Basso tempo di gassaggio Riduzione di gas Riduzione del costo del materiale Riduzione di amina 37

38 NUOVO COLD BOX SL (SOLVENT LESS) PER FONDERIE DI ALLUMINIO Riassumendo : Vantaggi: Protezione dell'ambiente e dei lavoratori Meno legante = Meno emissioni Vantaggi : Aumento della produttività Tempo di ciclo più breve e meno pulizia necessaria grazie alla minore quantità di legante ed Amina, migliore shake-out, più vita della macchina Vantaggi : Riduzione dei costi Costi piu bassi grazie al meno utilizzo di Amina e legante 38

39 Il Nuovo SL-SYSTEM: Storia del successo in MGG Netherland BV (NL) 39

40 SL SYSTEM in MGG MGG (Tegelen NL): tonnellate di colata di alluminio / anno 300 lavoratori Mercati principali: Veicoli industriali -Automotive - Riscaldamento-caldaia 40

41 SL SYSTEM in MGG Riferimenti: Daimler (Mercedes) - BMW - Porsche - Austin Martin... DAF- Volvo - Liebehrr - Pieburg... Remeha... 41

42 SL SYSTEM in MGG Dati di produzione di base: sabbia : Sibelco 55 AFS Amina : Kat 706 (DMnPA) Ricetta Standard (media con i vecchi sistemi) 0,52% part 1 / 0,52% part 2 Ricetta media col Sistema SL : 0,53% part 1 / 0,40% part 2 (-22%) Minima % di uso col vecchio sistema: 0,4%/0,4% Minima % di uso col Sistema SL : 0,42%/0,32% 42

43 SL SYSTEM in MGG I vantaggi citati dal cliente con l'utilizzo del Sistema SL John Huskes - Prod. mgr MGG Riduzione del legante del >10% Riduzione di Amina del 30% Aumento della vita di banco (90 min al posto di meno di 60 min con il vecchio sistema ). Riduzione di appiccicosità e quindi del tempo e della frequenza di pulizia Riduzione intorno al 5% degli scarti dovuti allo sviluppo gas nella produzione del boiler (livello degli totale scarti nella produzione è ora intorno al 2%) Riduzione delle Emissioni (meno odore 20% / BTX meno 50 %) Limitata produzione di fumo in fase di colata Miglioramento della capacità di sterratura dell anima 43

44 SL SYSTEM in MGG Riduzione di Emissioni (test comparativo eseguito dalla MGG alla IFG) % - 18,5% - 8,5% Concorrente nuova tecnologia : 0,47% -0,47% - 10,6 % EC 10 EP 4283/1/EC 20 EP 4408 : 0,43%-0,43% EC 10 SL 4441/ 20 SL 4429 : 0,45%-0,39% % - 52% Smell [GE] BTX [mg/m3] 44

45 SL SYSTEM in MGG Meno o niente fumo nella zona di raffreddamento 45

46 SL SYSTEM ECOCURE Solventless cold-box, la tecnologia è ora disponibile anche per le applicazioni in fonderia di ghisa ASK Chemicals ha ora trasferito con successo la tecnologia ECOCURE Solventless (SL) alle applicazioni in fonderia di ghisa. Con questa nuova tecnologia cold-box, le fonderie possono ridurre drasticamente le emissioni ed anche aumentare le performance. Il nuovo sistema per la fonderia di ghisa ha già dimostrato i suoi punti di forza. Lavorando mano nella mano con i propri clienti, ASK Chemicals ha adattato con successo il nuovo sistema con condizioni e requisiti specifici dei clienti, e di conseguenza subito dopo il lancio dei nuovi componenti per la fonderia di ghisatra cui i dischi dei freni, la scatola trasmissione, carter e fusioni per impianti idraulici - sono già stati fabbricati con la nuova tecnologia SL ECOCURE. 46

47 ASK Chemicals 2013 Grazie!