doc. dr inż. Jerzy Tybulczuk Instytut Odlewnictwa

Prezentacja na temat: "doc. dr inż. Jerzy Tybulczuk Instytut Odlewnictwa"— Zapis prezentacji:

1 doc. dr inż. Jerzy Tybulczuk Instytut Odlewnictwa
ENERGIA ZNACZĄCYM ELEMENTEM STRUKTURY KOSZTÓW PRODUKCJI ODLEWÓW. KIERUNKI DZIAŁAŃ W CELU ZMNIEJSZENIA JEJ ZUŻYCIA doc. dr inż. Jerzy Tybulczuk Instytut Odlewnictwa Kocierz

2 Spis treści Wstęp Odlewnictwo – branża o znaczeniu strategicznym dla rozwoju przemysłu – ŚWIAT, EUROPA, POLSKA Trendy w zakresie produkcji odlewów Energia w strukturze kosztów odlewów Rodzaje i wielkość zużywalności energii w procesie produkcji i funkcjonowania przedsiębiorstwa odlewniczego Analiza informacji z dostępnych publikacji i źródeł zagranicznych Kierunki i metody oszczędności energii w odlewnictwie – doświadczenie zagraniczne

3 I. Wstęp Prezentowane informacje są wynikiem analizy wybranych publikacji związanych z kryzysem energetycznym w końcu lat 70-tych i 90-tych ub. wieku i podejmowanymi w krajach zachodnich działaniami oraz ich doświadczeniami w zakresie oszczędności energii w procesie produkcji odlewów.

4 II. Odlewnictwo – branża o znaczeniu strategicznym dla rozwoju przemysłu – ŚWIAT, EUROPA, POLSKA
Wzrost produkcji odlewów i ich wykorzystanie w ostatnich latach potwierdza ich znaczenie dla rozwoju nowoczesnego przemysłu i gospodarki. Produkcja odlewów CHINY 31.3 milionów ton JAPONIA 7 milionów ton Żeliwo szare Żeliwo sferoidalne Staliwo Metale nieżelazne 15.5 mln t. 7.7 mln t. 4 mln t. 3.5 mln t. 2.9 mln t. 2 mln t. 300,000 t. 1.7 mln t. USA 11.8 milionów ton NIEMCY 5.8 milionów ton FRANCJA 2.4 milionów ton 3.9 mln t. 1.2 mln t. 2.6 mln t. 2.7 mln t. 1.8 mln t. 210,000 t. 1.1 mln t. t. 1 mln t. 110,000 t. 350,000 t. ROSJA 7.8 milionów ton BRAZYLIA 3.2 milionów ton KOREA 2 miliony ton 3.3 mln t. 1.3 mln t. 2.7 mln t. Łącznie z żeliwem szarym 230,000 t. 590,000 t. 150,000 t. 240,000 t. INDIE WŁOCHY 2.7 milionów ton 5.3 mln t. 800,000 t. 610,000 t. 670,000 t. 90,000 t.

5 Europa: 17.7 mln t. Rosja: 7.8 mln t. Japonia: 7 mln t. Chiny: 31.3 mln t. Indie: Ameryka Północna: 14.4 mln t. Według regionów Chiny zdecydowanie wyprzedziły inne kraje, natomiast produkcja w Ameryce Północnej i Europie pozostała porównywalna.

6 Podczas gdy globalna produkcja wzrosła średnio o 4% kilka krajów wykazało drastyczny wzrost i spadek w 2007 r. W poniższym zestawieniu podano kraje o wysokości produkcji sięgającej mln t. metrycznych lub przekraczającej tę wartość Kilka krajów wykazało znaczny spadek produkcji. Rosja (od 2005) + 13% - 7 mln t. Chiny + 11% mln t. Polska + 11% t. Turcja + 9% mln t. Indie + 8% mln t. Hiszpania + 8% mln t. Wielka Brytania - 34% t. Japonia - 12% - 7 mln t. USA - 5% mln t.

7 Produkcja odlewów w świecie w 2007 r. (94 919 007 mln t.)

8 Produkcja odlewów w Europie 17,7 mln ton
w tys. ton/2007 5,840 Niemcy 2,743 Włochy 2,472 Francja 1,422 Hiszpania 1,317 Turcja 0,922 Polska 0, 718 Wielka Brytania Zmiany wielkości produkcji odlewów ogółem ze stopów żelaza i metali nieżelaznych w krajach Unii Europejskiej w latach roku

9 Struktura produkcji odlewów w roku 2005 w podziale na tworzywa w krajach UE
Zmiany wielkości produkcji odlewów łącznie ze stopów żelaza i metali nieżelaznych w Polsce w latach 1998–2007

10 Udział tworzyw w produkcji odlewów w Polsce w roku 2007 r. – 922 tys. t

11 III. Trendy w zakresie produkcji odlewów
Wzrost (zmiana) rynku odlewów do roku 2015 Niemcy Europa NAFTA/USA Azja Samochodowy - + Inżynieryjny Energetyczny ++ Konstrukcyjny Elektroniczny Okrętowy 0 (+)

12 Prognozy dostaw (zapotrzebowania) na odlewy w USA
Prognozy dostaw (zapotrzebowania ) na odlewni w USA wg tworzyw Miliony ton żeliwo szare Żeliwo sferoidalne Stopy Al Staliwo Stopy Cu Prognozy sprzedaży odlewów w USA Bilioiny dolarów

13 IV. Energia w strukturze kosztów odlewów
Odlewnictwo w całym świecie należy do sektorów przemysłowych o najwyższym zapotrzebowaniu na materiały i energię. Wielka ilość energii zużywana jest na topienie, przegrzewanie i wytrzymywanie ciekłego metalu, na obróbkę, wentylacje itp., pozostałe materiały takie jak metale, woda, piasek i składniki organiczne również wykorzystywane są znacznym stopniu przez odlewnie. Jest normalnym zjawiskiem, że przemysł bazujący na przetapianym metalu zużywa stosunkowo dużo energii i materiałów z drugiej strony jego produkty – czyli odlewy w całym świecie znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach i dlatego odlewnie odgrywają zasadniczą rolę w rozwoju nowoczesnego społeczeństwa. Ogólne informacje dające wyobrażenie o udziale kosztów energii w całkowitych kosztach wytwarzania odlewów pokazują rysunki.

14 Struktura kosztów produkcji odlewów w Polsce i wybranych krajach świata

15 Struktura kosztów w typowej odlewni klientowskiej-kooperacyjnej
Struktura kosztów (odlewy dla motoryzacji wykonywane w odlewniach nienieckich, % udział kosztów produkcji) 22% Materiały 7% Materiały operacyjne 20% Energia 32% Koszty robocizny 12% Koszty inwestycyjne różne

16 V. Rodzaje i wielkość zużywalności energii w procesie produkcji i funkcjonowania przedsiębiorstwa odlewniczego Analiza informacji z dostępnych publikacji i źródeł zagranicznych Raport końcowy „Foresight technologiczny odlewnictwa polskiego” rozdz. I. Odlewnictwo – branża strategiczna rozwoju przemysłu i gospodarki. Analiza opracowania amerykańskiego, G. Ulmer: „Profil energetyczny i specyfikacja zmniejszania zużycia energii odlewni” Fonderie 369 lipiec 1977 S.W. Palmer: „Wykorzystanie energii w przemyśle odlewniczym”, Foundry Trade Journal, sierpień 11/25, 1983 H. Stigmarker, J. Svenson, Referat oficjalny nr 45 Międzynarodowy Kongres Odlewniczy, Budapeszt 78 J.L. Henson, M.D. Scott: Monitorowanie i cele energetyczne w przemyśle odlewniczym”, The Foundrymem, November 1988 J. Mitchell: „Efektywność energetyczna – spojrzenie w przyszłość”, Foundry Trade Journal, September 1994 „Oszczędność energii – skomplikowana arytmetyka ale zawsze pozytywna odpowiedź” Foundry Trade Journal, February 1997 „Sytuacja aktualna i przyszła ewolucja w zakresie efektywności” Hommes et Fonderie, December 1996 I. Tichell: „Uzysk – twój klucz do zyskowności?”, The Foundryman 1992

17 Zużycie energii w odlewnictwie w USA
Przemysł odlewniczy w USA zużywa rocznie ponad 485 mld kJ energii. Z tego około 346 mld kJ (71%) przypada bezpośrednio na odlewanie metali, a około 139 mld kJ jest zużywane na operacje pomocnicze, wliczając w to straty dystrybucji. Samodzielne odlewnie zużywają 70% energii, a niesamodzielne (wydziały większych przedsiębiorstw) pozostałe 30%. Główne procesy odlewnicze zużywające energię obejmują: topienie metalu, wytwarzanie rdzeni, wytwarzanie form, obróbkę cieplną i obróbkę wykańczającą. Koszty zakupu energii obejmowały około 11% kosztu materiałów i 5% wartości produkcji. Koszty energii były najwyższe w odlewniach żeliwa (13% kosztów materiału), a najniższe w odlewniach ciśnieniowych stopów metali nieżelaznych (6% kosztów materiału). Ilość energii zużywana rocznie przez typową odlewnię odpowiada zużyciu energii przez 100 domów mieszkalnych. Większość energii przemysłowej (73%) jest dostarczana przez paliwa kopalne (w tym - 83% gaz, 16% koks i miał koksowy, 1% inne źródła paliw). Elektryczność pokrywa pozostające 27% zapotrzebowania na energię przemysłową

18 Koszty energii wg procesów
Przemysł odlewniczy USA Z łącznej liczby 2700 odlewni rozmieszczonych w 50 stanach, 80% zatrudnia mniej niż 100 osób, 14% zatrudnia między 100 a 250 osób, a tylko 6% zatrudnia więcej niż 250 osób. Przeciętny zakład odlewniczy rocznie zużywa ilość energii odpowiadającą 100 domom mieszkalnym. Przemysł zakupił 346 mld kJ energii w 1998 r., o wartości 1,3 mld USD. Przemysł zatrudniał około pracowników w roku 2000, wypłacając 9,4 mld USD pensji. Wartość produkcji w 2001 r. wyniosła 16,2 mld USD. Emisja dwutlenku węgla wyniosła 10,79 mln ton metrycznych CO2 rocznie. Źródło: Metal Casting – Industry of the future. Fiscal Year 2004 Annual Report. Industrial Technologies Program. U.S. Department of Energy. Energy Efficiency and Renewable Energy, Luty 2005 Zużycie energii w odlewnictwie USA

19 Raport „Zużycie energii w różnych procesach odlewania metalu” ocenia potencjał potrzebny do zmniejszenia ilości energii zużywanej do topienia metalu (żeliwa, staliwa, stopów aluminium, magnezu, cynku i miedzi). Obejmuje to również możliwości oszczędzania energii poza topieniem. Raporty te posłużą programowi „Odlewnictwo Metali – Przemysł Przyszłości” oraz Koalicji Odlewnictwa w skierowaniu wysiłków na badania nowoczesnych procesów. Partnerskie organizacje publiczno-prywatne prowadzące badania, takie jak Koalicja Odlewni (CMC) wykazały, że są niezbędne w prowadzeniu długoterminowych badań koniecznych dla utrzymania wydajnego i prawidłowo funkcjonującego przemysłu odlewniczego Stanów Zjednoczonych. Program Technologii Przemysłowych (ITP) Urzędu ds. Efektywnego Wykorzystania Energii i Energii Odnawialnej (EERE) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) wspiera te partnerskie przedsięwzięcia przez sponsorowanie wspólnie finansowanych B+R dla zmniejszenia zużycia energii w odlewnictwie.

20 B+R, takie jak: badania finansowane przez Program Technologii Przemysłowych (ITP), Urząd ds. Efektywnego Wykorzystania Energii i Energii Odnawialnej (EERE) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE), są nieodzowne dla utrzymania pozycji przemysłu odlewniczego Stanów Zjednoczonych wobec globalnej konkurencji. Celem DOE jest rozwinąć te technologie, które do roku 2020 zmniejszą o 20% energię potrzebną do wyprodukowania jednej tony odlewów.

21 Udoskonalone topienie
Analiza zużycia energii – ukierunkowanie na bardziej efektywne wykorzystanie energii Udoskonalone topienie Innowacyjne procesy odlewania B+R Integracja i analiza systemu Cele wpływu Poprawa wydajności Redukcja braków Nowe technologie topienia Cieńsze ścianki/Wysoka wytrzymałość Szeroka gama stopów do odlewania metodą zgazowywanych modeli Technologie odlewania staliwa Właściwości i charakterystyka materiałów Tanie materiały wsadowe do odlewania w stanie półciekłym Obróbka mechaniczna: redukcja wtrąceń i porowatości Technologie odlewania ciśnieniowego Narzędzia modelowania komputerowego Maszyny i urządzenia odlewnicze Systemy zakładów produkcyjnych Wytyczne w zakresie energii Redukcja emisji zanieczyszczeń Redukcja odpadów przy produkcji Krytyczne tolerancje pomiaru Badanie benchmarkingowe dotyczące energii Wzrost wydajności/redukcja braków – osiągnięcie łącznie 10% wzrostu wydajności i redukcji braków do roku 2020. Wydajność topienia – poprawienie skuteczności topienia, żeby osiągnąć 10% oszczędności energii w całym przemyśle do roku 2020. Korzyści dla środowiska – zmniejszenie zużycia energii i związanych z tym emisji o 20% do roku 2020.

22 Kategorie badań programu „Odlewnictwo Metali"
Badania są zgrupowane w trzech kategoriach. Udoskonalone topienie: badania, które pozwolą na opracowanie nowych praktyki topienia i/lub nowych metod projektowania urządzeń dla znacznego obniżenia zużycia energii podczas topienia oraz kosztów odlewania. Badania w tym zakresie poprawią wydajność topienia, zmniejszą straty spowodowane transportem metalu, zmniejszą ilość braków oraz poprawią wydajność procesu formowania. Badania w zakresie udoskonalonych technologii topienia koncentrują się nie tylko na samym procesie topienia, ale również obejmują: skład chemiczny i czystość topionego wsadu, a także dodatków stopowych oraz ich wpływ na zmniejszenie zużycia energii. Badania dotyczą również poszukiwania metod zmniejszenia zgaru, który wpływa bezpośrednio na zużycie energii netto podczas topienia 2. Innowacyjne procesy odlewania: badania, które pozwolą na zmniejszenie zużycia energii podczas procesów odlewniczych oraz zwiększą uzysk i zmniejszą braki. Badania w tym obszarze koncentrują się na następujących zagadnieniach: opracowanie dokładnych narzędzi symulacji, projektowanie i wykonywanie odlewów cienkościennych o wysokich parametrach, czujniki i sterowanie w czasie rzeczywistym, usprawnienia w szybkim prototypowaniu oraz rozszerzenie bazy wiedzy o właściwościach różnych materiałów. 3. Integracja i analiza systemu: integracja technologii stosowanych w programie ITP dla zmniejszenia zużycia energii i emisji zanieczyszczeń w odlewnictwie. Kategoria ta obejmuje inne pakiety ITP oraz program Najlepszych Praktyk ITP zarządzania zapotrzebowaniem na energię.

23 Na podstawie kontroli i badań dotyczących bilansu energetycznego i wykorzystywania energii przeprowadzonych w 60-ciu francuskich odlewniach o łącznej wielkości produkcji ton/r. uzyskano wyniki, które mogą stanowić bazę porównawczą i odniesienie do wykorzystania energii w polskich odlewniach oraz które powinny być wykorzystane do poprawy ich efektywności energetycznej. Wielka różnorodność procesów cieplnych i różne rodzaje energii wykorzystywanej w stosowanych procesach, realizacji produkcji w sposób ciągły i nieciągły, rodzaje stopów wielkość tonażowa produkcji, masa i wymiary odlewów pozwoliły ustalić w sposób ogólny i skomasowany rząd całkowitego zużycia energii w określonej grupie odlewni. Niemniej jednak taki bilans pozwala ocenić zużycie specyficzne energii przez podstawowe urządzenia używane w odlewni i określić działy (obszary) na których należy koncentrować działania dla oszczędności energii poprzez poprawę funkcjonowania istniejących instalacji, oraz wybór uzasadnionych inwestycji na warunkach rentowności w celu modernizacji instalacji istniejących wprowadzeniu nowych jednostek produkcyjnych oraz odzysku traconego ciepła.

24 Podział zużycia energii (w %) w odlewniach z uwzględnieniem rodzaju energii i rodzaju procesu [1]
koks Paliwa płynne gaz elektryczność Razem Topienie 40 1 10 52 Obróbka cieplna - 5,5 11 1,5 18 Podgrzewanie kadzi i zbiorników 2,5 3 0,5 6 Inne operacje termiczne 2 5 Sprężone powietrze Ogrzewanie zakładu 4 7 Elektryczność poza procesami termicznymi i sprężonym powietrzem RAZEM 41 15 19 25 100 Dla wizytowanych odlewni stopów żelaza ustalona wielkość zużycia energii (specyficznej) globalna wyniosła 3000 th/t 1 th = 1,16 KWh 1 th = 4186,8 KJ

25 Udział odlewnictwa w zużyciu energii w całej gospodarce musi być analizowany jako udział w poszczególnych etapach procesu produkcji odlewów – taka analiza musi stanowić bazę w każdej odlewni, która podejmuje działania w celu obniżenia zużycia energii. Ważną przyczyna wzrostu zużycia energii szczególnie elektrycznej jest konieczność poprawy warunków pracy i ochrony środowiska poprzez wentylację i wymianę usuwanego zanieczyszczonego powietrza na świeże, które wymaga podgrzania w zimie. Zużycie energii w odlewniach stopów żelaza: Rozpiętość w każdej kategorii powodowana jest przez: Zróżnicowanie typów asortymentów Zróżnicowanie wyposażenia do topienia i obróbki cieplnej i jego adaptacji do wielkości produkcji Przestrzeganie w lepszym lub gorszym stopniu zasad dobrego wykorzystania energii Ogólnie Odlewy z żeliwa szarego th/t Odlewy z żeliwa ciągliwego th/t Odlewy staliwne th/t

26 Żeliwo Praca ciągła Zużycie całkowite
Zużycie energii na topienie: Żeliwo Praca ciągła Zużycie całkowite Topienie w żeliwiaku th/t Rozchód koksu % th/t W piecu indukcyjnym tyglowym kWh/t kWh/t * Wytrzymywanie i podgrzewanie w piecu indukcyjnym kanałowym 25-30 kWh/t kWh/t Wytrzymywanie i podgrzewanie w piecu indukcyjnym tyglowym kWh/t kWh/t Staliwo W piecu łukowym kWh/t kWh/t ** kWh/t * nawet do 1000 kWh/t w piecach o niewielkim stopniu wykorzystania ** bez pozostawienia na dnie tygla ciekłego „zaczynu”

27 Zużycie energii w odlewniach stopów metali nieżelaznych
Stopień wykorzystywania energii cieplnej w piecach do topienia matali nieżelaznych jest niższy niż do stopów żelaza z następujących powodów: Wielkość produkcji pojemność pieców jest mniejsza co powoduje relatywnie większe straty termiczne W piecach opalonych gazem pośredni sposób podgrzewania w celu zmniejszenia zgaru powoduje znaczne straty ciepła uchodzącego razem z e spalinami Każdorazowa potrzeba podnoszenia temperatury związana z nieciągła pracą utrzymanie odpowiedniej temperatury (przegrzania) stopu do odlewania w formy metalowe wymaga dodatkowej energii rzędu 1/3 energii potrzebnej do topienia Z powyższych powodów piece elektryczne indukcyjne lub oporowe (do wytrzymywania ciekłego metalu) mają trzykrotnie wyższe wykorzystanie energii niż piece płomieniowe. Średnia zużycie energii właściwej na topienie w podstawowych rodzajach pieców przedstawia się następująco: Piece tyglowe opalane gazem th/t Piece tyglowe opalane paliwem płynnym th/h Piece tyglowe płomieniowe (révérbere) th/t piece tyglowe indukcyjne kWh/t Podane wartości odnoszą się do topienia stopów lekkich i brązów - Wartości najniższe odnoszą się do topienia w sposób ciągły - Wartości najwyższe odnoszą się do topienia w sposób okresowy

28 Działania ukierunkowane na oszczędności energii w przedsiębiorstwie odlewniczym
Wyznaczanie na szczeblu zarządzania osób odpowiedzialnych za problemy energii Kontrola zużycia energii na wydziałach i stanowiskach jej użycia Informowaniu pracowników o kosztach inwestycyjnych i kosztach funkcjonowania powierzonych im do obsługi urządzeń Szkolenie personelu na temat dobrego wykorzystywania istniejących urządzeń Poszukiwania i wybór nowego wyposażenia po dokładnych porównaniach i analizach ekonomicznych bilansu energetycznego Jednym z kluczowych działań osób odpowiedzialnych za zużycie energii jest ciągła kontrola jej zużycia na różnych stanowiskach wynika to z tego, że pierwszą rzeczą, którą należy zrealizować jest zainstalowanie liczników pozwalających na precyzyjne ustalenie bilansu zużycia energii. Dokładna znajomość charakterystyk technicznych i ekonomicznych istniejącego wyposażenia niezbędna jest do jego udoskonalenia lub zastąpienia nowym o wyższych parametrach użytkowych.

29 Główne zasady realizacji zużycia energii w odlewni
Wydziałowe liczniki zużywanej energii Moc zainstalowania a jej wykorzystanie Stopień wykorzystania Zredukowanie czasu oczekiwania między operacjami w piecach Pozostawienie na dnie tygla ciekłego metalu (zaczynu) Optymalna wielkość załadunku pieców do obróbki cieplnej Rozdzielenie operacji topienia od przegrzewania i wytwarzania ciekłego metalu (np. żeliwiak współpracujący z piecem indukcyjnym kanałowym pozwala taniej uzyskać niż w samym żeliwiaku W odlewni stopów lekkich (Al) odlewanych do form metalowych zcentralizowane topienie w piecu indukcyjnym i wytrzymywanie w elektrycznym piecu oporowym na poziomie stanowiska zalewania Regulacja spalin – w urządzeniach nowych i modernizowanych, używanie palników powietrznych (gazowo-tlenowych) z automatyczną kontrolą spalin, w urządzeniach starszych kontrola spalin poprzez analizę gazów Kontrola i regulacja ciśnienia w piecach do obróbki cieplnej w piecach płomieniowych Redukcja strat ciepła poprzez izolacje i pokrycia Pokrywy i pokrycia izolacyjne pieców tyglowych Pokrywy i pokrycia kanałów przy odlewaniu ciągłym Izolacje cieplne między wykładziną ogniotrwałą i obudową pieców, pokrywy izolacyjne kadzi odlewniczych

30 Izolacja lokalna w miejscach anormalnych strat
Wewnętrzne warstwy izolacyjne (włókniny izolacyjne) w piecach do obróbki cieplnej zastępowanie ciężkich ścian ognioodpornych lekkimi filtrami izolacyjnymi Ograniczenie czasu trwania ogrzewania: Dobór do rzeczywistych potrzeb czasu wygrzewania Określenie i nie przekraczanie min, czasu włączania pieca i wygrzewania kadzi Programowanie włączania i wyłączania urządzeń do ogrzewania lokalu Usprawnienia podnoszące sprawność cieplną Podgrzewanie wsadu gazami spalinowymi z pieców Odzysk ciepła traconego w spalinach, wodzie chłodzącej piece

31 Topienie pochłania średnio ponad 55% całkowitej energii zużycia poprzez odlewnie.
W nowszych indukcyjnych piecach topialnych uzysk cieplnej topienia przekracza 60% ale w praktyce utrzymania wysokiego uzysku wiąże się z stosowaniem następujących zasad: instalacja stanowiskowych liczników energii Wysokiego wykorzystania wydajności nominalnej (optymalnej) Pozostawienie w dolnej części tygla zaczyn ciekłego metalu na następny wytop Pomiar temperatury kąpieli pirometrem dla unikania przekraczania temperatury przegrzania Stosowanie pokryw izolacyjnych na tygle pieca (straty cieplne przez promieniowanie powierzchni kąpielowej wynoszącą około 20% Analiza bilansu cieplnego wykazuje , że straty cieplne przez chłodzenie wodne cewki wynoszą około 20% (przy ciągłym topieniu i wydajności nominalnej)

32 Kierunki inwestycji w celu oszczędności energii - Modernizacja zainstalowanych urządzeń lub tworzenie nowych jednostek Generalnie decyzję dotyczące ważnych inwestycji należy podejmować na podstawie bilansu energetycznego, uwzględniającego energię pobieraną i bilansu ekonomicznego, uwzględniającego nie tylko korzyści w zakresie energii ale również w zakresie materiałów często ważniejszych. Czynniki, które musza być brane pod uwagę to oszczędność robocizny, poprawa warunków pracy i ochrona środowiska, lepsza kontrola jakości , wzrost wydajności. Dwa zasadnicze kryteria warunkujące wybór urządzeń zużywających energię to wydajność i moc właściwa dostosowana do wielkości produkcji uwzględniająca: topienie, wytrzymywanie ciekłego metalu i obróbkę cieplną. Np. w odlewni żeliwa dla osobnego podgrzewania i wytrzymania ciekłego metalu potrzebna jest moc minimalna. Dlatego wytrzymanie metalu w piecu indukcyjnym tyglowym przeznaczonym do topienia jest operacją kosztowną. W odlewniach staliwa wybór skierowany jest głównie na piec łukowy, który jest najbardziej odpowiedni za wyjątkiem staliwa specjalnego. W przypadku obróbki cieplnej oszczędność nawet do 50% uzyskuje się w stosunku do pieca klasycznego z ruchomym trzonem, cienką wymurówka ogniotrwałą przez zastąpienie nowym piecem charakteryzującym się: ścianami wyłożonymi ogniotrwałą włókniną izolacyjną, palnikiem o dużej prędkości injekcji, dającą jednorodną temperaturę, podłożem z załadunkiem odlewów na rusztach, redukcją automatyczna ciśnienia w piecu.

33 W odlewni żeliwa otwarta jest sprawa konkurencyjności między żeliwiakami i piecami elektrycznymi indukcyjnymi łukowymi. Dla żeliw specjalnych, żeliwa ciągliwego sferoidalnego piece elektryczne indukcyjne do wytopu bezpośredniego lub w duplexie z żeliwiakiem są coraz częściej stosowane. Dla żeliwa szarego uzysk energii pierwotnej dostarczanej przez piece elektryczne nie jest oczywisty natomiast stopień wykorzystania w żeliwiaku może być trzykrotnie wyższy. Natomiast topienie elektryczne daje inne korzyści np. możliwość wzrostu udziału stali w wsadzie, zmniejszenie zgaru, zanieczyszczenia środowiska. W przypadku żeliwa sferoidalnego dobre rozwiązanie to żeliwiak + piec indukcyjny kanałowy. W odlewni metali nieżelaznych w sytuacji nowych instalacji występuje konkurencja pomiędzy piecami indukcyjnymi i gazowymi dla wytapialni oraz pomiędzy piecami elektrycznymi oporowymi i gazowymi dla podgrzewania, wytwarzania ciekłego metalu.

34 Odzysk energii cieplnej traconej w odlewni
Główne źródła ciepła, które mogą być odzyskiwane to: Spaliny z pieców do topienia zwłaszcza żeliwiakowe Spaliny i ciepło z pieców do obróbki cieplnej Znaczące ciepło z odlewów wybitych po zalaniu i po obróbce cieplnej Ciepło w wodzie chłodzącej z pieców elektrycznych i innych urządzeń Wyrzucane powietrze z odlewni zawierające ciepło rozproszone Bardziej szczegółowe informacje dotyczące rozwiązań i urządzeń do odzysku energii cieplnej będą przedstawione na następnych seminariach przewidzianych w ramach realizacji projektu „Foresight technologii odlewniczych w kontekście energii do 2030” oraz w raporcie końcowym.

35 Podobnie jak we Francji w końcu ub. Wieku w latach 80-tych w Wlk
Podobnie jak we Francji w końcu ub. Wieku w latach 80-tych w Wlk. Brytanii Brytyjski Instytut Odlewnictwa BCIRA przy wsparciu Departamentu Przemysłu dokonał analizy wykorzystania energii w brytyjskim przemyśle odlewniczym – wizytowano w tym celu 500 odlewni zatrudniających więcej niż 25 pracowników) . Na początku lat 80-tych produkcja odlewów żeliwnych w Wlk. Brytanii spadła z 3,83 do 1,82 mln ton. Udział surówki we wsadzie między 1970 a 1980 r. zmniejszyła się z 26,9 do 11,4% a udział złomu stalowego wzrósł z 21,1% do 29% przy niezmiennym udziale złomu żeliwnego. Uzysk odlewów przeznaczonych do sprzedaży w relacji do ilości wytopionego metalu wyniósł pomiędzy 61-67%. Zużycie energii na 1 tonę dobrych odlewów wyniósł 15,7 GJ w proporcjach wynosi: Koks 44%, gaz 26%, elektryczność 17%, paliwa płynne 11%. W każdej z wizytowanych odlewni rejestrowano zużycie energii w ostatnich 12 miesiącach. Wyniki analizy zużycia różnych rodzajów energii przedstawia rys.

36 Zużycie energii we wszystkich wizytowanych odlewniach (500)

37 Zużycie energii w odlewniach topiących w żeliwiakach

38 Zużycie energii w odlewniach topiących w żeliwiakach i w procesie duplex

39 Zużycie energii w odlewniach prowadzących proces topienia i wytrzymywania w piecach elektrycznych

40 Natomiast średnie zużycie roczne energii na tonę dobrych odlewów przedstawia tabela 1.
Średnie roczne zużycie energii do wyprodukowania dobrych odlewów w każdej z grup wizytowej Średnia roczna produkcja dobrych odlewów koks Elektryczność Gaz Olej Inne paliwa Całkowita energia Topienie jedynie w żeliwiakach (64 odlewni) t 0,259 Therms 74 kWh 309 11 21 Kg 35 14 2 122 GJ 12,8 Tysiąc ton 295 Topienie w żeliwiakach z wykorzystaniem duplex w piecu elektrycznych (13 odlewni) 0,227 65 710 24 25 10 4 128 13,5 163 Topienie i wytrzymanie w piecach elektrycznych - 2140 73 29 62 129 13,6 59 Topienie i 100% odlewów obrabianych cieplnie 0,243 70 893 30 66 46 19 189 19,8 320 Ilośc odlewni wizytowanych (125) 738 39 40 16 149 15,7 842

41 Wykorzystanie energii elektrycznej w dużej odlewni ciśnieniowej
Z badań przeprowadzonych w Wlk. Brytanii w końcu lat 90-tych okazało się, udział energii zużywanej w odlewniach ciśnieniowych metali nieżelaznych i odlewniach stopów żelaza przedstawiała się: Wykorzystanie energii elektrycznej w dużej odlewni ciśnieniowej

42 Diagram Przepływu metalu w odlewni
Wnioski z szczegółowej analizy danych zebranych z wizytowanych odlewni żeliwa pokrywają się w całej rozciągłości z wnioskami przedstawionymi po wizycie w odlewniach francuskich ponadto w raporcie angielskim położony jest nacisk na uzysk który zawiera w sobie wszystkie elementy dotyczące zużycie i wykorzystanie energii obrazowo pokazuje na rys. Diagram Przepływu metalu w odlewni Metal stopiony Metal wlany do formy Metal w odlewach (z układem wlewowym) Metal w dobrych odlewach Dobre odlewy przeznaczone do wysyłki do klienta (6) Odlewy zabrakowane (4) Układy wlewowe (3) Resztki metali przetwarzane na gąski Złom obiegowy Nowy wsad metalowy (1) Straty topienia (2) Rozpryski (rozlewki ) metalu (5) Straty podczas oczyszczania odlewów Straty metalu

43 Ważnym elementem działań ciągle aktualnym problemem energii w procesach odlewniczych jest konieczność realizacji prac badawczo-rozwojowych ukierunkowanych na oszczędności energii. Proponowane przez specjalistów brytyjskich prace badawcze i rozwojowe, które w sposób pośredni lub bezpośredni prowadzą do oszczędności energii zawierają się w następujących propozycjach: Badania nad efektem poprawy jakości koksu na nawęglanie z uwzględnieniem dzielonego dmuchu (drugi rząd dysz) wzbogaceniami dmuchu w tlen Badania przemysłowych indywidualnych pieców elektrycznych do topienia w kontekście oszczędności energii Badanie nad systemami nowych spoiw na formę i rdzenie lub poprawę istniejących, w aspekcie wyższej wytrzymałości, lepszego utwardzenia i wybijalności form - w celu obniżenia zużycia energii. Rozszerzeniu zastosowania procesu mas formierskich wiązanych na zimno do produkcji form cienkościennych Rozwój nowych systemów i metod badań i kontroli nieniszczącej, które bezpośrednio lub pośrednio poprawiają uzysk dobrych odlewów oraz obniżają koszty wykańczania odlewów Kontrola i poprawa recyrkulacji powietrza w oczyszczalni

44 Badania nad istniejącymi i oczekiwanymi systemami ogrzewania i oświetlenia w odlewni
Zastosowanie mikroprocesorów do kontroli sterowania procesami odlewniczymi Ciągły lub okresowy monitoring temperatury ciekłego metalu w piecach elektrycznych dla regulacji zwrotnej i sterowania pobieraną mocą elektryczną Zastępowanie narzędzi pneumatycznych na elektryczne w celu zmniejszenia zapotrzebowania na sprężone powietrze Rozwój systemów automatycznych wyłączania silników elektrycznych w okresie przewidywanych postojów oraz zróżnicowania wielkości pobieranej mocy w zależności od występującego obciążenia.

45 Podobnie jak w przytoczonych działaniach w odlewnictwie francuskim i angielskim w Szwecji w związku z kryzysem energetycznym końca lat 70-tych przeprowadzone zostały badania nad redukcją zużycia energii w odlewnictwie. Badania przeprowadzone zostały przez Szwedzki Instytut Odlewnictwa „Gjuteriföreningen” Całkowite zużycie energii w Odlewniach Szwedzkich wyniosło w badanym okresie (końcu lat 70) 2 TWh czyli 2000 GWh (1TWh = 1000 GWh = MWh = KWh 1 KWh = 3,6 MJ W celu uzyskania bazy dla oceny możliwości zmiany jednego rodzaju energii na inny w aspekcie jej oszczędności ważnym była znajomość zużycia energii w podziale na różne jej rodzaje i różne zastosowania.

46 Inne (transport, oświetlenie) 2,7%
Na podstawie badań zużycia energii w typowej odlewni używającej żeliwiaki i tyglowe piece indukcyjne opracowano odpowiedni diagram przestawiony na rys. Elektryczność 64% Topienie 35,7% Formowanie 1,1% Wykonywanie rdzeni 0,8% Wytrzymywanie 10,2% Obróbka cieplna 3,1% Inne (transport, oświetlenie) 2,7% Wykańczanie odlewów 1,5% Podgrzewanie wentylacja 6,7% Przeróbka mas 2,2% Pyły węglowe 12,8% Olej 23% Wygrzewanie kadzi Gaz 0,2% Zużycie energii – 4,02 MWh/ton Zużycie energii na pracownika – 134 MWh Energia dla topienia – 0,658 MWh/ton Energia dla wytrzymywania – 0,192 MWh/ton Rys.1 Zużycie energii w odlewni z topieniem w indukcyjnym piecu tyglowym.

47 Podgrzewanie wentylacja
Olej 33% 28,8% Wygrzewanie kadzi Obróbka cieplna Podgrzewanie wentylacja Formowanie Topienie 0,8% 3,4% Gaz 1,2% Koks Elektryczność 25% Wykańczanie odlewów Przeróbka mas Wykonywanie rdzeni Inne Pyły węglowe 6,8% 0,6% 0,1% 3,6% 1,3% 0,3% 5,4% 4,5% 9,2% Zużycie energii – 4,85 MWh/ton Zużycie energii na pracownika – 124 MWh Energia dla topienia – 1,60 MWh/ton Energia dla wytrzymywania – 0,80 MWh/ton Rys.2 Zużycie energii w odlewni z topieniem w żeliwiaku i przy w mniejszym udziale w piecu indukcyjnym tyglowym częstotliwości sieciowej.

48 Na całkowite zużycie energii ma wpływ rodzaj produkowanych odlewów metody topienia, metody formowania i wykonywania rdzeni, systemy wentylacji i wiele innych czynników, ale pokazane na diagramach wielkości można przyjąć jako typowe dla odlewni szwedzkich. W wyniku realizacji badań przedstawiono metody zmniejszania zużycia energii w procesach produkcji odlewów podobnych zresztą jak w przypadku odlewni francuskich i angielskich. Ponadto pokazano wdrożone i efektywne rozwiązania stosowane w odlewniach szwedzkich w celu odzyskania energii w odlewni. Szczegółowe informacje dotyczące takich rozwiązań przedstawione zostaną na następnych seminariach i będą zawarte w raporcie końcowym naszego projektu.

49 Usprawnienia Kontrola Monitoring Gromadzenie danych
Wprowadzenia standardów Porównanie aktualnego zużycia ze standardami Inicjowanie zmian (np. zmiana roboczych praktyk, zaplanowanych nowych inwestycji Ustalenie celów dla obniżenia zużycia energii Ustalenie kontroli Eliminacja odpadów Wdrożenie oszczędności Usprawnienia Udoskonalenie standardów Ogólny zarys działań – ukierunkowanych na oszczędność energii - Analiza przyjętego marketingu i celów