aalto1 untyped-item.component.html
Kromiittihiekan käyttäytyminen termisen elvytyksen olosuhteissa
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Language
fi
Pages
88
Series
Abstract
The largest source of waste in foundries is the waste sand generated from their casting molds. Molding sand can be reused to a limited number of cycles before it must be disposed of. Since the reuse options for foundry waste sand are limited, internal sand recycling within the foundry can help develop a more sustainable casting process and reduce costs. Through thermal reclamation, waste sand can be restored to properties nearly equivalent to virgin sand and thus reused in foundries. This thesis addresses the thermal reclamation of chromite sand and its challenges. It is assumed that the iron in chromite sand oxidizes at high temperatures, although its oxidation reaction is slow. Thermal reclamation refers to treating sand at high temperatures in oxidizing conditions, where the organic binders are combusted from the surface of the sand grains. The theoretical part of the thesis focuses on the most common sand systems used in foundries, especially chromite sand and its properties, use, and behavior at high temperatures. The most common binders for casting molds and their properties are also reviewed. Additionally, the theoretical part delves into the mechanical and thermal reclamation of sands, as well as the waste foundry sand reclamation technology of Resand Oy. The experimental part of the thesis presents the treatment of chromite sand at different temperatures and the analysis of the sand after treatment. In addition to laboratory tests, the thesis includes chromite sand of a client foundry, reclaimed using Resand Oy's technology along with its foundry-technical characterization.
Based on the laboratory-scale experiments, it was observed that no oxidation occurred in chromite sand at 600 °C, even with extended holding times, whereas at 800 °C and higher temperatures, oxidized layers began to appear on the surfaces of the chromite grains. The results of this thesis indicate that thermal reclamation is suitable for treating chromite sand and cleaning it from binder residues, allowing it to be reused in foundries instead of virgin chromite sand. However, precise temperature control is required for this to be achieved. A successful thermal reclamation process promotes a sustainable foundry process by reducing the amount of waste generated and offering an economically and environmentally viable alternative for foundries. Further research is needed to optimize the process conditions more precisely, so that chromite sand reclamation becomes more widely applicable.
Valimoiden suurin jätelähde on niiden valumuoteista syntyvä jätehiekka. Muottihiekkaa voidaan uusiokäyttää rajallisesti määrä ennen niiden sen päätymistä läjitettäväksi. Valimojätehiekan uusiokäyttökohteiden ollessa rajatut, valimon sisäisellä hiekan kierrätyksellä voidaan kehittää kestävää valimoprosessia sekä vähentää kuluja. Termisellä elvytyksellä jätehiekka voidaan palauttaa lähes vastaamaan neitseellistä hiekkaa ominaisuuksiltaan ja siten hyödyntää uudelleen valimoissa. Tämä diplomityö käsittelee kromiittihiekan termistä elvytystä ja sen haasteita. Kromiittihiekan raudan oletetaan hapettuvan korkeissa lämpötiloissa, vaikka sen hapettumisreaktio onkin hidas. Terminen elvytys tarkoittaa hiekan käsittelyä korkeassa lämpötilassa hapettavissa olosuhteissa, jolloin orgaaniset sideaineet palavat pois hiekkarakeiden pinnalta. Työn teoriaosassa keskitytään valimoiden yleisimpiin hiekkasysteemeihin, etenkin kromiittihiekkaan ja sen ominaisuuksiin, käyttöön ja käyttäytymiseen korkeissa lämpötiloissa. Myös yleisimmät valumuottien sideaineet ja niiden ominaisuudet käydään läpi. Teoriaosassa paneudutaan myös hiekkojen mekaanisen ja termiseen elvytykseen, kuten myös Resand Oy:n omaan jätevalimohiekan elvytysteknologiaan. Työn kokeellisessa osassa esitellään kromiittihiekan käsittely eri lämpötiloissa sekä hiekan analysointi käsittelyn jälkeen. Laboratoriokokeiden lisäksi työhön on otettu mukaan Resand Oy:n teknologialla elvytetty erään asiakasvalimon kromiittihiekka sekä sen valimotekninen karakterisointi.
Työn laboratoriomittakaavan kokeiden perusteella havaittiin, että 600 °C lämpötilassa kromiittihiekassa ei tapahtunut hapettumista edes pisimmillä pitoajoilla, kun taas 800 °C ja sitä korkeammissa lämpötiloissa kromiittirakeiden pinnoilla alettiin havaita hapettuneita kerroksia. Tämän diplomityön tulokset osoittavat, että terminen elvytys sopii kromiittihiekan käsittelyyn ja hiekan puhdistukseen sideainejäämistä, jolloin sitä on myös mahdollista käyttää uudelleen valimoissa neitseellisen kromiittihiekan sijasta. Tämän mahdollistamiseksi prosessilta kuitenkin vaaditaan tarkkaa lämpötilan kontrollointia. Onnistunut hiekan terminen elvytysprosessi edistää kestävää valimoprosessia vähentämällä syntyvän jätteen määrää ja tarjoamalla taloudellisesti ja ympäristön kannalta kannattavan vaihtoehdon valimoille. Jatkotutkimuksia kuitenkin tarvitaan vielä prossessiolosuhteiden optimoimiseksi tarkemmin, jotta kromiittihiekan elvytyksestä tulisi entistä laajemmin hyödynnettävää.
Description
Supervisor
Lindberg, DanielThesis advisor
Rämä, MinnaKlemettinen, Lassi