ZESPÓŁ AUTORSKI

Sieć Badawcza Łukasiewicz - Krakowski Instytut Technologiczny

mgr inż. Michał Angrecki

dr inż. Jadwiga Kamińska

mgr inż. Piotr Wieliczko

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania ceramicznej formy odlewniczej, zwłaszcza formy precyzyjnej. Klasyczna metoda wykonywania odlewów metodą wytapianych modeli polega na tym, że na wykonany z masy woskowej zestaw modelowy czyli układ wlewowy wraz z modelami odlewów, nanosi się kolejne warstwy poprzez cykliczne zanurzanie zestawu woskowego w ciekłej masie ceramicznej, a następnie posypywaniu świeżym materiałem ceramicznym o różnej ziarnistości, aż do uzyskania formy o odpowiedniej grubości i wytrzymałości mechanicznej. Celem wynalazku jest opracowanie sposobu przetworzenia zużytej masy formierskiej z różnymi rodzajami spoiw płynnych pozwalającego na wykorzystaniu uzyskanego regeneratu z odpadowej masy formierskiej jako pełnowartościowego materiału ceramicznego, przeznaczonego do wykonywania form precyzyjnych.
Podstawową zaletą wynalazku jest możliwość powtórnego wykorzystania surowca pozyskanego z recyklingu zużytych piaskowych form odlewniczych. Daje to oczywiście określone korzyści w zakresie ochrony środowiska, jak również pozwala na oszczędności spowodowane zmniejszonym zapotrzebowaniem na świeże surowce do produkcji form. Proces przygotowania regeneratu jest nieskomplikowany i tani. W fazie przygotowania surowca z odpadowej masy formierskiej straty w zakresie osnowy nie przekraczają 4 %. Nowe formy odlewnicze wykonane przy użyciu surowca pochodzącego ze zużytych form odlewniczych zachowują wszystkie wymagane właściwości.
Dzięki temu rozwiązaniu zostanie znacząco ograniczona ilość odpadów w postaci zużytych mas formierskich wywożonych na składowiska, natomiast odlewnie pozyskujące regenerat otrzymają tani materiał ceramiczny, który wykorzystają w swoim cyklu produkcyjnym.

ISTOTA WYNALAZKU

Produkcja odlewów w Polsce, łącznie ze stopów żelaza i metali nieżelaznych, wynosi około 1 mln ton. W Polsce działalność prowadzi około 400 odlewni, z których ważną grupę stanowią odlewnie precyzyjne. Odlewnictwo precyzyjne (metoda traconego wosku) pozwala na wykonywanie odlewów o skomplikowanych kształtach oraz o zróżnicowanej grubości ścianki. Zaletami tej technologii jest możliwość wykonania odlewów z dużą dokładnością wymiarową i o bardzo gładkiej powierzchni, bez konieczności rdzeniowania i dzielenia form. Pozwala to na wyeliminowanie obróbki mechanicznej gotowych detali. Konstruowanie nowoczesnych maszyn i urządzeń wymusza stosowanie w nich odlewów o coraz bardziej skomplikowanych kształtach. To z kolei wpływa na konieczność wykonywania tych detali metodą traconego wosku. Niestety wadą tej technologii są dość wysokie koszty wykonania odlewów, ponieważ do wykonania form używa się świeżych materiałów ceramicznych.
Około 10% krajowej produkcji odlewów wykonywane jest w formach piaskowych, w których ziarna osnowy łączone są ze sobą za pomocą spoiw. Spoiwa te to żywice organiczne - potocznie zwane żywicami fenolowymi i furanowymi oraz nieorganiczne - szkło wodne. Udział procentowy technologii traconego wosku w krajowej produkcji odlewów wynosi około 1,2%. Polskie odlewnie produkują odlewy stosując zarówno technologię form precyzyjnych jak i form piaskowych wiązanych chemicznie. Są to odlewnie małe i średnie, aczkolwiek bez względu na ich wielkość, problem utylizacji powstających w procesie produkcyjnym odpadów stanowi dla nich duże obciążenie finansowe. Formy piaskowe, w których wykonuje się odlewy są formami jednokrotnego użytku. Po wybiciu odlewu z formy, pozostaje zużyta masa formierska, która jest wywożona na składowisko lub jeśli odlewnia posiada odpowiednie urządzenia, regenerowana. Około 30% masy odpadowej pozostaje niezagospodarowane. Ilość generowanych podczas procesów produkcyjnych materiałów odpadowych w polskich odlewniach, wymusza podjęcie prób wyodrębnienia z materiałów odpadowych wartościowych składników. Korzystnym rozwiązaniem byłoby zagospodarowanie tej części zużytej masy formierskiej przy wykonywaniu wielowarstwowych form ceramicznych. Obecnie odlewnie precyzyjne wykonują formy ceramiczne stosując wyłącznie świeże materiały ceramiczne. Możliwość wykorzystania pozostającej odpadowej masy formierskiej, byłoby dla polskich odlewni ekonomicznym rozwiązaniem, ze względu na możliwość zakupu tańszego materiału ceramicznego (cena jednej tony materiału ceramicznego, który stosuje się jako osnowę form ceramicznych wynosi około 300 PLN) oraz zmniejszeniem kosztów związanych z deponowaniem zużytej masy formierskiej na składowiskach (koszt składowania zużytych mas formierskich to wydatek minimum 600 PLN za tonę). Jak widać składowanie odpadów jest dużo droższe niż zakup świeżych materiałów, a to przemawia za jak najszerszym zagospodarowywaniem masy formierskiej. Dlatego też odlewnie, które ponoszą ogromne koszty związane ze składowaniem zużytych mas formierskich mogą przekazywać ten materiał ceramiczny po relatywnie niskiej cenie odlewniom precyzyjnym. Zredukowanie kosztów związanych z zakupem świeżych materiałów przez odlewnię spowoduje, iż zdecydowanie zmniejszy się koszt wykonania 1 kilograma surowego odlewu, a to z kolei spowoduje wzrost zysków odlewni. Nowa technologia opracowana w ramach wynalazku zmniejszy także ilość niebezpiecznych odpadów wywożonych na wysypiska.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

W Polsce działalność prowadzi około 400 odlewni, z których ważną grupę stanowią odlewnie precyzyjne. Udział procentowy technologii traconego wosku w krajowej produkcji odlewów wynosi około 1,4%.
Wdrożeniem wynalazku mogą być zainteresowane odlewnie precyzyjne oraz odlewnie produkujące odlewy przy zastosowaniu zarówno technologii form precyzyjnych jak i form piaskowych wiązanych chemicznie. Taki charakter produkcji posiadają zazwyczaj odlewnie małe i średnie, dla których utylizacja powstających w procesie produkcyjnym odpadów stanowi duże obciążenie finansowe. Zakłady te przyjęły taką politykę produkcji, ponieważ zbyt wąska specjalizacja ogranicza pole działania, a utrata choćby jednego klienta staje się dużym problemem finansowym. Odlewnie zdywersyfikowane branżowo, są dużo bardziej odporne na wahania koniunktury.
Wynalazek stał się podstawą do złożenia wniosku z odlewnią Królmet Sp. z o.o w konkursie finansowanym przez NCBR. Wniosek został rekomendowany przez Panel ekspertów do dofinansowania.