Från zinkfosfatering till silanbehandling

Transkript

1 Från zinkfosfatering till silanbehandling Potentiell kostnadsbesparing i förbehandlingen hos Ålö AB Joel Cederquist Joel Cederquist Vt 2015 Examensarbete 15 hp Högskoleingenjörsprogrammet i maskinteknik, 180 hp

2 Tekniska högskolan - Tillämpad fysik och elektronik Umeå Telefon

3 Förord Den här uppsatsen presenterar mitt examensarbete utfört vid Ålö AB i Brännland som avslutar min utbildning till högskoleingenjör i maskinteknik vid Umeå universitet. Arbetet med att ekonomiskt kartlägga Ålös förbehandlingsprocess har varit komplicerat, men väldigt lärorikt. Min fru Marlene, tack! Jag vill särskilt tacka dels min handledare på Ålö, Jonas Fjellström, för många värdefulla synpunkter och stöttning och Fredrik Hesselroth för ditt stora engagemang! Jag vill också tacka Jon-Anders Åkebo som har initierat projektet och min handledare Lars Bygdén på Umeå universitet. Tack även till Angela Hägg för hjälp med engelsk översättning. Sist men inte minst, stora eloger till förbehandlingspersonalen, och till alla andra hjälpsamma människor. Umeå i mars 2015 Joel Cederquist i

4 Sammanfattning Syftet med det här arbetet var att ta reda på om kostnadsbesparingar skulle kunna göras möjliga i Ålös förbehandling i Brännland genom att byta ut nuvarande zinkfosfatering mot silanbehandling. Som hjälp, för att utreda vilken teknik som kostar minst, tillhandahåller kemleverantören Chemetall ett kalkyleringsprogram som kan räkna ut och jämföra kostnaderna mellan de två metoderna. För att det ska göras möjligt måste först ett större antal parametrar extraheras ur dagens process och sammanställas i programmet. Zinkfosfatering är en konventionell förbehandlingsmetod som rätt utförd ger mycket gott korrosionsskydd och färgvidhäftningsförmåga. Nackdelarna med metoden är att den kräver mycket vatten, energi och underhåll samt genererar farligt avfall. En ekonomisk utredning av nuvarande förbehandlingsmetod har därför initierats och utförts. Silanbehandling är en jämförelsevis ny metod som idag används av Ålös tillverkningsenheter i USA och Kina samt av flera stora biltillverkare. Metoden har utvecklats avsevärt i stabilitet och kvalitet de senaste åren. Silan ger ett fullvärdigt korrosionsskydd och mycket god vidhäftningsförmåga vid lackering. Fördelarna med silanbehandling, är att metoden inte genererar farligt avfall, har lägre vatten- och energiförbrukning, samt har lägre kostnader för underhåll än zinkfosfatering. De viktigaste slutsatserna i den här rapporten är att silanmetoden vid 2014 års produktionsvolym lastare beräknas minska förbehandlingskostnaderna med 25 %, vilket är ungefär kronor årligen. Vid en årsproduktion av lastare väntas silan spara kr jämfört med zinkfosfatering, vilket är 26 %. Det här visar på stora årliga besparingar med silan och därför rekommenderas ytterligare utredning. ii

5 Abstract The purpose of this thesis is to investigate if cost reductions can be accomplished by changing the pretreatment method from zinc-phosphating to silane at Ålö s plant in Brännland. A survey has been conducted to identify economic benefits and drawbacks of the two techniques. The survey, facilitated by chemical supplier, Chemetall, is in the form of an application for calculation of process and chemical parameters for the current process so that comparative results can be presented for evaluation in the form of prospective savings per annum in the event of a change of pretreatment method. The zinc-phosphating technique is a conventional method, utilizing activation and crystallization steps, which, when correctly exercised, facilitates both good corrosion resistance and paint adhesion. Drawbacks of this method include high water and energy consumption, maintenance costs, and the generation of toxic waste that requires human handling and expensive disposal. Silane pretreatment is a comparatively new method used by Ålö s facilities in the USA and China, as well as established international automotive manufacturers. This method of pretreatment has developed the quality and stability aspects considerably, has the advantages of lower water and energy consumption and a non-toxic waste generating process. It is considered capable of fully replacing zinc-phosphating without compromising corrosion resistance or paint adhesion characteristics. The most important conclusion from this thesis is that the silane pretreatment method is economically beneficial for Ålö at the current rate of production ( front-loaders per annum), with an estimated cost reduction of 25 % or more than per annum. The results of this report also indicate a rise in economic benefits with silane pretreatment in the event of increased production rates. This shows that although the silane pretreatment method entails the possibility of substantial annual cost reduction, further investigation in this field is required. iii

6 Innehåll Förord... i Sammanfattning... ii Abstract... iii Beteckningar Inledning Introduktion Syfte och hypotes Syfte Hypotes Mål Projektmål Kravspecifikation Avgränsningar Företagspresentation Ålö AB Affärsidé och vision Teori Förbehandling av frontlastare Zinkfosfatering Kemisk bakgrund Förbrukning av kemikalier Rening och deponi Silanbehandling Viktiga skillnader zinkfosfatering och silanbehandling Vatten i förbehandlingen RO-vatten DI-vatten Sköljvatten Metod och genomförande Beräkningsgrunder Innehåll OXSILAN Calculator Fabriks-, process- och kemikaliekostnader Parametervärden och beräkningar Kända felkällor General Data Chemical Costs... 17

7 4.4.3 Line Layout Process Data Silanbadet Resultat Kostnader vatten och vattenrening Kostnader energi Kostnader underhåll Kostnader kemikalier Total processkostnad exklusive kemikalier Total processkostnad inklusive alla kemikalier Diskussion/Slutsats Analys av resultat Felkällor Att investera i silan Framtida undersökningar Reflexioner Bilagor... Bilaga 1 Rening av förbehandling... B1 Bilaga 2 Max. och min. tempererade bad till B2 Bilaga 3 Standardinställningar för måleriet... B3 Bilaga 4 Parametrar och värden... B4 Bilaga 5 Beräkningar... B5 Bilaga 6 Avdunstningstabell... B6 Bilaga 7 Specifikation - laborativ utrustning för zinkfosfatering B7 Bilaga 8 Specifikationer av resultatberäkningar lastare per år... B8 Bilaga 9 Specifikationer av resultatberäkningar lastare per år... B9

8 Beteckningar Fb - Förbehandlingen på Ålö OXC - OXSILAN Calculator Oxsilan - Chemetalls namn för silan ph - Produktionstimme i förbehandlingen (10,7 h/d eller 15,2 h/d beroende av takt) Överbräddning - Vätska rinner från ett bad till ett annat Utdrag - Produkten tar med sig vätska från ett bad till ett annat Indrag - Förbrukning av neutraliserande kemikalier genom kontaminering DI - Avjoniserat vatten eller Deionized Water RO - Avhärdat vatten eller Reversed Osmosis KV eller CW - Kranvatten eller City Water Tap Rinse - Sköljning med kranvatten (oftast RO) - Euro. 1 = 9,05 SEK (Ålös beräkningskurs 2015) [15] Nysatsning - Blandning av ett nytt bad L - Vid beräkningar skrivs frontlastare som L Cleaner - Rengöring. Här avfettningsbad Avg. - Vid beräkningar, genomsnitt (Average) 1

9 1. Inledning Här ges en introduktion till uppgiften samt syfte, hypotes och mål. 1.1 Introduktion Den här rapporten utreder potentiella kostnadsbesparingar i Ålös förbehandling genom att byta ut zinkfosfatering mot silanbehandling i deras fabrik i Brännland. Med förbehandling menas att man med hjälp av vatten, värme och kemikalier omvandlar metallytor så att de rengörs från orenheter, korrosionskyddas och får ökad vidhäftning för färg vid lackering. Även produktvärdet ökar i förbehandlingsprocessen [1]. Det finns flera typer av förbehandlingsmetoder. De vanligaste är neutralavfettning, alkalisk avfettning, järnfosfatering, zinkfosfatering och silanbehandling. Ålö AB i Brännland använder zinkfosfateringsteknik i sin förbehandling. Fördelarna med zinkfosfatering är att den ger ett gott korrosionsskydd och färgvidhäftningsförmåga. Nackdelarna är att den genererar farligt avfall, förbrukar stora mängder vatten och energi och kräver mycket av reningsanläggningen, vilket är kostsamt och väcker frågan om det finns ett bättre alternativ. Chemetall, Ålös kemikalieleverantör, erbjuder ett sätt att utreda om dagens process skulle vara lönsam att byta ut till en förbehandlingsmetod med silan. Silan är en tunnfilmsteknologi som med samma goda korrosionsskydd skulle kunna ersätta nuvarande förbehandling och har fördelar som lägre energiåtgång, lägre vattenförbrukning, kortare reaktionstider samt utebliven slambildning [1] [13]. Idag anlitar Ålö leverantören Chemetall för förbehandlingens och måleriets kemikaliebehov. Konkurrenter finns som levererar liknande produkter, men projektet kommer att fokusera på de eventuella kostnadssänkningar och miljövinster som kan göras möjliga genom att använda leverantörens silanmetod, kallat Oxsilan. Den här rapporten är en jämförelse mellan dagens zinkfosfatering och det undersökta alternativet med silanbehandling, ur ett i första hand ekonomiskt perspektiv. 1.2 Syfte och hypotes Syfte Syftet med projektet är att ur ett ekonomiskt perspektiv utreda kostnaderna för zinkfosfateringen vid förbehandlingen i Brännland, för att undersöka om kostnadsbesparingar kan göras möjliga genom att byta till en förbehandlingsmetod med silan Hypotes Silanmetoden är ekonomiskt mer fördelaktig zinkfosfatering och bättre för människor och miljö. 2

10 1.3 Mål Här beskrivs vilka mål projektet väntas uppnå Projektmål Att ta fram ett underlag för teknikbyte i förbehandlingen genom att ur befintlig process extrahera data och kostnader om vattenkonsumtion, vattenrening, uppvärmning, arbetstid och slamdeponi. Informationen införs löpande i Chemetalls kalkylprogram OXSILAN Calculator, som är framtaget för ekonomisk jämförelse mellan zinkfosfatering och silanbehandling. Resultat och slutsatser presenteras i denna rapport. 1.4 Kravspecifikation Använda Chemetalls kalkylprogram (OXSILAN Calculator) för resultatberäkningar Kartläggning bör omfatta förbehandlingens alla bad med fokus på bad 9 och 10 Färdigt innan den 23 mars Avgränsningar Utredningen omfattar endast nuvarande kemleverantör Chemetall. Jämförelsen av kostnaderna sker vid produktionsvolymen frontlastare per år, vilket var det antal som producerades under 2014, samt vid per år (några tusen under toppåret 2008). 3

11 2 Företagspresentation Här ges en kortfattad företagspresentation. 2.1 Ålö AB Ålö AB grundades år 1949 av Karl-Ragnar Åström i Brännland och är idag världsledande, med en marknadsandel om 25 %, av frontlastare till jordbrukstraktorer i segmentet över 50 hp. Ålö AB exporterar cirka 90 % av sina produkter och har globalt cirka 650 anställda [2]. År 2014 uppgick försäljningen globalt till cirka frontlastare och redskap och omsättningen uppgick till cirka 1,6 Mdr kronor [24]. Ålö AB ägs av riskkapitalbolaget Altor [3]. Figur 1. Ålös huvudkontor Campus X. Bild: Ålö AB Företaget har sitt huvudkontor i Umeå och den primära tillverkningsenheten för frontlastare ligger i Brännland, där man även har flertalet tjänstemän. I Umeå ligger, förutom företagets huvudkontor, även företagets hydraulcylinderfabrik som utrustar Ålös alla lastare och hydraulredskap. Hydraulcylinderfabriken är världens största med cirka levererade cylindrar för år 2014 [4]. Ålö AB har även tillverkningsenheter ute i världen; redskap i Ningbo i Kina, fundament i Matha i Frankrike och frontlastartillverkning i Telford i USA. Ålö AB har även säljbolag i åtta länder. 2.2 Affärsidé och vision Här presenteras Ålö AB:s affärsidé, vision och värdeord [22]. Ålös affärsidé Med en stark närvaro på marknader och närhet till våra kunder är vi bäst och snabbast på att utveckla, producera och globalt marknadsföra frontlastare med tillhörande redskap för att maximera jordbrukartraktorns nyttovärde. Ålös vision Kundens självklara val! Ålös värdeord Ålös värderingar bygger på ett pussel av tre värdeord; Samarbete, Delaktighet och Ansvar. Figur 2. Evolution av Ålös frontlastare. Bild: Ålö AB. 4

12 3 Teori I det här kapitlet ges en bakgrund till föreliggande förbehandlingstekniker. Följande presenteras: 3.1 Förbehandling av frontlastare 3.2 Zinkfosfatering 3.3 Silanbehandling 3.4 Viktiga skillnader zinkfosfatering och silanbehandling 3.5 Vattnets funktion och betydelse i förbehandlingsprocessen 3.1 Förbehandling av frontlastare Ålö AB i Brännland investerade i ett nytt måleri år 2005 i samband med att lastarserien Dimension introducerades. Man frångick en förbehandling med järnfosfatering och målning genom doppning i färgkar. Idag använder Ålö en förbehandling med zinkfosfatering bestående av 12 bad som åtföljs av torkugnar och pulverlackering [14]. Svetsline Förbehandling Måleri Figur 3. Förbehandlingens närliggande processer. Dokumentet som styr vilken förbehandlingsteknik som ska användas på Ålö heter Component Production And Painting [6] och stipulerar följande: Alla detaljer skall rengöras med alkalisk avfettning eller likvärdig metod och fosfateras före lackering. Kemikalierna skall vara anpassade till grundfärgen. Fosfatering skall ske med Zink-mangan. Fosfatskiktet skall ha 100 % täckning, med en vikt på 2 5 g/m2. Kristallstorlek < 20 my. Andra processer kan endast användas efter skriftligt godkännande av Ålö AB.. Figur 4. Förbehandlingens 12 bad med fem gula lyftkranar. När frontlastarna ska förbehandlas kommer de till förbehandlingen via en takhängd conveyorbana med hastigheten 7 meter per minut, där lastaren och dess tillbehör hänger i en lastbärare som i sin tur hänger i ett åk som sitter fast direkt i conveyorbanan [20]. På förbehandlingens station 1 lyfter en hiss av lastbäraren från åket. Hissen transporterar sedan lastbäraren uppåt till en så kallad kran (C1), där den lämnas över. I kranen hänger lastaren ovanför badens ytor. 5

13 Baden ligger på rad i en ventilerad tunnel, en lång överbyggnad, som omgärdar kranar och bad. Kranen kan åka sidledes i tunneln och höja och sänka lastbärarna så att frontlastaren och dess tillbehör doppas i rätt bad och under rätt tid. Fem helautomatiserade kranar (C1 C5) ser tillsammans till att produkterna doppas och transporteras genom förbehandlingens alla bad. Efter sista badet åker lastbäraren hiss ner till conveyorbanan, där den lyfts fast på ett väntande åk som sedan tar frontlastaren in i torkugnarna och sedan vidare mot kylzonen och lackeringsboxarna. Färden genom förbehandlingen (bad 2 till 13) tar ca 45 minuter [19]. Bad Process Beskrivning 2 Alkalisk avfettning Produkterna rengörs med alkalisk tensidvätska. Uppvärmt bad 50 C. 3 Alkalisk avfettning Produkterna rengörs med alkalisk tensidvätska. Motströms sköljning. Uppvärmt bad 50 C. 4 RO-skölj Sköljning med avhärdat vatten. 5 RO-skölj Sköljning med avhärdat vatten. 6 Betning Produkterna behandlas med fosforsyra för att ta bort orenheter i plåten, exempelvis defekter från laserskärning och små grader. Uppvärmt bad 55 C. 7 Sur skölj Sursköljens syfte är att bromsa effekten av syran. 8 Alkalisk skölj Här bromsas effekten ytterligare och betningen upphör. 9 Aktivering Titanpartiklar tillförs ytan på produkterna för att säkerställa god kristallisering i följande fosfateringsbad. 10 Zinkfosfatering Bildande av på produkterna heltäckande korrosionsskyddande och färgadhesionsfrämjande kristaller. Uppvärmt bad 56 C. 11 DI-skölj Stoppar fosfateringsprocessen. 12 DI-skölj Sköljbad för att få bort rester av zinkfosfatvätska. Motströms sköljning. 13 DI-skölj Slutskölj för att få produkterna riktigt rena. Motströms sköljning. Tabell 1. Översiktlig beskrivning av badens funktion. 3.2 Zinkfosfatering Zinkfosfatering är en förbehandlingsteknik som används i stor skala inom industrin. Den ger ett utmärkt korrosionsskydd vid övermålning tack vare zinkfosfatkristaller som helt täcker den behandlade ytan. Kristallerna gör även att den förbehandlade produkten får en utmärkt vidhäftningsförmåga för den färg som produkten sedan ska lackeras med. Förbehandlingen med zinkfosfatering höjer även produktens värde [1]. Kort om zinkfosfatering (Chemetall) [1]: Alkalisk avfettning följd av zinkfosfatering Kemisk betning av godset Beläggning av zinkfosfatkristaller Flera sköljsteg behövs Många steg, svårskött anläggning (6 15 steg) Genererar metallhaltigt slam Temporärt rostskydd Full ytomvandling Mycket gott rostskydd vid övermålning 6

14 Avfettad och zinkfosfaterad Endast avfettad Figur 5. Korrosionstest efter målning. Bilder: Chemetall Kemisk bakgrund Ett bad med zinkfosfateringslösning består av svavelsyra (vätejoner), fosfat, oxidationsmedel (CN4), zinkfosfat samt katalysatorn nickel [1]. En zinkfosfatering kräver att ytan är helt fri från smuts och partiklar och inleds därför alltid med en alkalisk avfettning följd av RO-sköljning i två steg. Den alkaliska avfettningen avlägsnar oljor, damm, sot, sliprester, metallspån och i viss mån svetssprut och är effektiv genom högt ph-värde. För att höja ph-värdet på produkten tillsätts NaOH (man minskar mängden H + genom tillsats av OH ). Tensider tillsätts också för att vattnet ska kunna lösa olja. En tensid (emulgator) har två ändar, en olje- och en vattenälskande. Därmed kommer den att binda till olja och bilda emulgerade droppar som kan sköljas bort med vatten. Vattnet måste också avhärdas, vilket görs genom tillsats av trikaliumfosfat. Alkaliska avfettningar brukar kunna belastas med 5 gram olja per liter badlösning. Sedan sköljs produkten i två steg. Efter det doppas produkten i fosforsyra (betning) under 180 sekunder, för att avlägsna orenheter i plåten; grader, vassa kanter och eventuella glödskal. Produkten rengörs därefter i så kallad sur skölj för att bromsa effekten av betningen. Badet innehåller vatten med en låg koncentration av fosforsyra. Sedan doppas produkten alkalisk skölj, som har till uppgift att få betningsprocessen att upphöra helt genom en basisk process [10]. För att kunna bilda ett zinkfosfatskikt med låg skiktvikt och små kristaller behövs i ett aktiveringssteg. Därför sker aktivering med titanpulver. Cirkulationspumpar i badet körs dygnet runt för att förhindra att pulvret klumpar sig [1]. Vid zinkfosfatering bildas zinkfosfat, även kallad hopeit. Hopeit har inte särskilt bra korrosionsegenskaper och därför tillsätts mangan för att driva kristallbildningen mot zinkmanganfosfat, som har bättre tålighet mot högt ph och ger en bättre färgvidhäftning, vilket resulterar i bättre korrosionsskyddsegenskaper [1]. 7

15 Figur 6. Kemiska utbyten i zinkfosfaterings-processen. Bild: Chemetall Figur 7. Aktiveringspulvrets påverkan på kristallbildningen. Bild: Chemetall 0 sek 10 sek 30 sek 60 sek 120 sek Figur 8. Zinkfosfatkristallbildning vid olika tidpunkter under reaktionen. Bilder: Chemetall. 8

16 3.2.2 Förbrukning av kemikalier Kemikalier måste ständigt tillsättas processen för att nivåerna ska hållas konstanta. Det beror på flera saker; man brukar tala om kemisk förbrukning, sönderfall av komponenter, utdrag med gods och förbrukning genom indrag [1]. Ett exempel på kemisk förbrukning är fosfat i zinkfosfatbadet. Fosfaten fälls ut på den behandlade metallens yta och förbrukas. Exempel på sönderfall av komponenter utgör oxidanten väteperoxid i zinkfosfateringsprocessen [1]. Utdraget av vätska med gods kan beräknas med 0,1 liter per kvadratmeter plåt [1]. En genomsnittlig doppad produkt på Ålö har ungefär 14 m 2 yta [13], vilket innebär ett överdrag på uppemot 2 liter/produkt [14]. Utdraget innebär en kontinuerlig förlust av kemikalier som måste ersättas. För mycket alkali innan fosfateringssteget medför en förbrukning av kemikalier i fosfateringen genom indrag [1]. Nedan listas förbrukning av kemikalier med början i största orsak [1]: 1. Utdrag med produkt 2. Förbrukning genom indrag 3. Kemisk förbrukning 4. Sönderfall av komponenter Andra processer som bidrar till kemikalieförbrukningen är temperatur, badkoncentration, avrinningstid, substrat, rengöring, behandlingstid, cirkulation, typ av dysor och spolflöde [1] Rening och deponi Zinkfosfateringsvätskan leds genom ett pressfilter som skapar kakor av det i processen genererade metallhydroxidslammet. Filtret töms i ett kar som står undertill och slamkakorna körs till en container, där det blandas med slammet från fosforsyrabetningen [17]. Slammet från fosforsyrabetningen extraheras i ett eget pressfilter, tillsammans med avfallsvatten och avfallsoljor från andra delar av fabriken. Därför är det svårt att veta exakt hur mycket slam som fosforsyrabetningen producerar. Slammet från zinkfosfatering och betning dumpas i samma container och körs på deponi. För detta betalar Ålö en årlig avgift till ett återvinningsföretag [16]. Ålö klassar allt genererat slam som farligt avfall eftersom det innehåller fosforsyralösning, vilket är befriat från skatt enligt Lagen om skatt på avfall, SFS 1999:673 [46]. 9

17 3.3 Silanbehandling Silan är ett kiselbaserat medel som blir allt vanligare som förbehandlingsmetod inom industrin. Det är en så kallad tunnfilmsteknik, på grund av sitt förhållandevis tunna skikt som har till uppgift att genom silanolbindningar fästa två material i varandra, i Ålös fall metallsubstrat och färg [1] [13] [42]. Silan har många olika användningsområden, till exempel inom odontologi och inom områden där tillverkning av homogena delar behövs [42]. Exempelvis är silan användbart på produkter som består av flera komponenter, exempelvis stål och polymerer, som måste vara bundna kemiskt. Tekniken kallas därför ibland Plastic-Metal Hybrid Technology, och anses göra det möjligt att kombinera multifunktionella delar samtidigt som produktionskostnaderna kan minskas [37]. Det finns flera olika tunnfilmsteknologier där skilda patent finns för användning inom olika ph-nivåer. Chemetalls teknik för tunnfilmsteknik är patenterad sedan år 2006 och kallas Oxsilan [1]. Silanbehandling beskrivs ibland som teknik i nanoskala inom metallförbehandling [12] [37]. När silantekniken introducerades som förbehandlingsteknik runt sekelskiftet var silanet instabilt och processerna svårskötta. Ofta kunde endast mindre volymer av relativt små produkter behandlas eftersom baden i regel behövde kasseras efter en dags användning, vilket blev mycket dyrt. Sedan dess har metoden utvecklats mycket och är idag en godtagbar ersättare till traditionella förbehandlingsmetoder [13]. Chemetalls silanprodukter är baserade på organiska kiselpolymerer som är designade för att kunna ge efterfrågade egenskaper med avseende på korrosionsskydd och färgvidhäftningsförmåga. Organokiselpolymererna reagerar redan vid rumstemperatur med hydroxider i substrat i metallens oxidlager och skapar med substratet starka, kovalenta bindningar. När silanfilmen torkar, reagerar närliggande hydroxylgrupper med varandra och bildar ett Figur 9. Jämförelse av skikttjocklek mellan zinkfosfat (grön) och silan (blå). Bild: Chemetall. kompakt, openetrerbart nätverk som är kemiskt bundet till metallens yta. Förekommande bindningar är Si-O-metall och Si-O-Si, vilka är mycket starka och därmed stabila [12]. Världens bilindustri har gått i bräschen för silanets utveckling, främst på grund av hårda myndighetskrav gällande utsläpp av nickel- och tungmetaller. Silanets korta reaktionstid med metallsubstratet passar också bra vid tillverkning av stora volymer av produkter. Silan används därför idag av flera biltillverkare; Daimler, Toyota, PSA, Renault, Opel, Hyundai och Tesla, för att nämna några [13]. Slam från betbad Figur 10. Pressfilter med slamkar. Betning och zinkfosfatering. Slam från zinkfosfatering 10

18 Kort om silanbehandling [1]: Alkalisk avfettning följt av silanbehandling Kemisk reaktion med godset Beläggning av godset med extremt tunn silanfilm Dubbla sköljsteg (5 8 steg) Temporärt rostskydd Full ytomvandling Ger kemisk silanolbindning till färgen Mindre miljöpåverkan än fosfatering Mycket gott rostskydd vid övermålning Kemisk sammansättning Organofunktionella silaner har strukturen X 3 Si(CH 2 ) n Y, där X representerar en hydrolysbar grupp, så som methoxid eller ethoxid. Y representerar vanligtvis en specifik slutgrupp. Slutgrupperna innebär grupper av SH, OH, NH 2 och är valda med hänsyn till den organiska molekylens kemi, till exempel färg, för att kunna binda till substratet [21]. Befintlig silanbehandling på Ålö Idag används silanbehandling på frontlastare i Ålö AB:s fabrik i Telford i Tennessee i USA och av företagets redskapsfabrik i Ningbo i Kina. I Telford appliceras silanet via spraydysor i boxar [14]. Figur 11. Översikt över relativa schematiska förbrukningsminskningar vid silanbehandling. Bild: Chemetall. Figur 12. Silanföreningar. Bild: Chemetall. 11

19 3.4 Viktiga skillnader zinkfosfatering och silanbehandling Här redogörs för de viktigaste skillnaderna. Fördelar med zinkfosfatering Zinkfosfatering lämpar sig bra när det finns högt ställda krav på korrosionsskydd [1]. Förbehandlingsmetoden är tacksam att använda på så vis att koncentrationen av kemikalier i badet är relativt hög. Det gör att badets fyllnadsgrad kan variera lite mera än för silanmetoden utan att resultatet påverkas i lika hög grad. Metoden är heller inte lika känslig för indrag som silan och behöver därför inte ett DI-bad innan reaktionsbadet. Zinkfosfatering ger ett visst korrosionsskydd även om färg saknas eftersom full ytomvandling med kristaller sker [1]. Nackdelar med zinkfosfatering Zinkfosfatering genererar farligt avfall i form av metallhaltigt slam som via en filterpress extraheras till slamkakor som måste hanteras av personalen [17] [18] [19]. Metoden dras med hög vatten- och energiförbrukning och har ett stort underhållsbehov. Zinkfosfateringsanläggningen är komplicerad och kräver skicklig personal, vilket gör Fördelar med silan Silanbehandling genererar inget farligt avfall, och innebär minskade kostnader för deponi, minskad vattenförbrukning (minst 5-10 % jämfört med zinkfosfatering), minskad arbetstid för underhåll, förbättrad arbetsmiljö och minskade kostnader för rening, för att nämna några [13]. Silan har även en kortare reaktionstid än zinkfosfatering, 120 sekunder jämfört med 180 sekunder för zinkfosfatering [1]. Silantekniken har goda antikorrosionsegenskaper och är tänkt att ersätta traditionell förbehandlingsteknik, som zinkfosfatering, eftersom den även har goda miljöegenskaper och låga driftskostnader [12]. Andra fördelar med silantekniken är att den inte kräver något aktiveringssteg [12]. Badet behöver inte heller värmas upp mer än att det bör hålla samma temperatur året om för att ge samma resultat med avseende på skiktvikt (mellan mg/m 2 ). Det innebär att årets högsta naturliga badtemperatur, som av förklarliga skäl inträffar sommartid, ska utgöra lägsta badtemperatur. För Ålös del skulle det innebära en temperatursänkning i fosfateringsbadet från 56 till cirka 30 grader. Anledningen till att en jämn temperatur måste hållas är att skiktvikterna ändras med temperaturen [13]. Silantekniken innebär en minskad belastning på reningsverket och behöver högst två slutsköljsteg, mot zinkfosfateringens tre. Silanbadet kontrolleras genom ph och konduktivitet. Precis som med zinkfosfatering ska silanbehandling rätt utförd ge mycket gott korrosionsskydd tillika färgvidhäftningsförmåga. Dessutom kan slutsköljvattnet återanvändas i sköljbaden efter avfettning, vilket inte är möjligt vid zinkfosfatering [12] [13]. Nackdelar med silan Kvaliteten på korrosionsskyddet kan vara något lägre än för zinkfosfatering men skillnaden anses vara försumbar. Samma sak gäller för adhesionsegenskaperna [14]. Silanbehandling kan eventuellt öka kemikaliekostnaderna [13], vilket normalt sett brukar vara av mindre betydelse eftersom de kraftigt minskade processkostnaderna väger upp. Silan ses som en nanoteknologi [37] och det är för författaren okänt vilka negativa hälsoeffekter hantering av metodens kemikalier kan innebära. Enligt Chemetall [12] så innehåller inte silan några kända gifter och anses därför säker att hantera. 12

20 3.5 Vatten i förbehandlingen Här presenteras RO-vatten, DI-vatten och sköljvatten RO-vatten Basen i Ålös förbehandling är produktionen av RO-vatten (Reversed Osmosis) - avhärdat vatten. Tillverkningen sker i två vertikala kolonner, avsaltningsanläggningen. Bad 2 till 8 använder RO. RO-vatten används i alla bad utom de tre slutsköljbaden, där man istället använder avjoniserat vatten (DI-vatten). Men för att tillverka DI-vatten, vilket Ålö gör, behövs RO-vatten. RO-anläggningen behöver salttabletter med natriumklorid för att fungera. Företaget Eurowater har levererat anläggningen DI-vatten DI-vatten (Deionized Water) eller avjoniserat vatten används på Ålö i bad 9 till 13. Det används vid nysatsning i bad 9 och 10 och för kontinuerlig påfyllnad i bad 11 till 13 (slutskölj). Det används även för andra, externa processer och för rengöring av kärl och utrustning i förbehandlingens laboratorium. Figur 13. Kolonner för avhärdning av vatten. Produktionen av DI-vatten sker i direkt anslutning till produktionen av RO-vatten och leds direkt till tank T18 för buffring Sköljvatten Sköljvattnet har fem uppgifter: 1. att avlägsna kemikalierester 2. att reducera överdraget av kemikalier (sprayduschar) 3. att avbryta kemiska reaktioner 4. att förhindra att godset torkar 5. att kyla godset Figur 14. Membran för tillverkning av DI-vatten. Motströms sköljning används för att minimera överdraget av kemikalier till nästa bad. Koncentrationen i ett sköljsteg mellan två behandlingssteg får uppgå till en hundradel av koncentrationen i förevarande behandlingssteg. Därför ska spädningen vara högst 1:100 (1 %). Om man istället använder två sköljsteg i motström efter varandra istället för ett, minskar koncentrationen till omkring en tiondel i jämförelse med ett enkelt sköljsteg, det vill säga 1:1 000 (0,1 %). Spädningen får inte vara mer än 1 % vid andra sköljsteget [1]. 13

21 Om ytterligare ett sköljsteg läggs till (tre stycken) minskar sköljvattenförbrukningen ytterligare och förbrukningen kan halveras. Detta är fallet vid slutsköljning på Ålö och då används avjoniserat vatten eftersom kraven på renhet inför pulverlackeringen är höga [1]. Figur 15. Illustration av kontamineringshalt vid motströms sköljning. Bild: Chemetall. Sköljvatten förorenas och förorenar när det används och hur mycket beror på produktionens storlek, godsets utseende, hastighet på doppningen, hängning av gods, filter, överbräddning och teknik för rening. Ett för smutsigt vatten kan orsaka ekonomiska och ekologiska problem samt kvalitetsproblem, men ett för rent vatten kan göra detsamma. För att kontrollera sköljvattnets renhet på Ålö mäts dagligen konduktiviteten, den elektriska ledningsförmågan, som har enheten μs/cm. Slutsköljvattnets konduktivitet bör ligga i intervallet μs/cm [1]. Figur 16. Mätning av ph och konduktivitet i förbehandlingens laboratorium. 14

22 4 Metod och genomförande För att ett teknikbyte ska kunna utredas, behövde nuvarande förbehandlingsprocess först kartläggas. Chemetall tillhandahåller därför ett enkelt excelprogram, som används för att räkna samman parametrarna i den befintliga processen och jämföra dem mot process- och kemikaliekostnader i en simulerad silanbehandling. Programmet heter OXSILAN Calculator (OXC), och är egentligen en excel-fil som har ifyllbara parameterceller. Även om de flesta formlerna är låsta, har beräkningarna i många fall kunnat följas och kontrolleras. Arbetet inleddes därför med fyra veckors datainsamling på plats i förbehandlingen, där mätningarna skedde i förbehandlingslaboratoriet och ute bland bad och pumpar. Parametervärden togs från mätningar, mätprotokoll och skrivet material, vilka främst kom från processpärmar, servrar och databaser. Information tillkom också från arbetsledare, chefer och produktionstekniker på förbehandlingen och andra avdelningar. Externa aktörer som kontrollföretaget Sweco, återvinningsföretaget Ragnsells [41] och kemleverantören Chemetall har bistått med information genom möten, epost och telefonsamtal. Så långt som möjligt togs parametrarna fram i samråd med förbehandlingens operatörer. De insamlade värdena togs från år 2014 om inte annat har angetts. Rapporten påbörjades parallellt med datainsamlingen. Efter datainsamlingen följer rapportskrivning där kompletterande information tas reda på vid behov. Kontroller av data och avgränsningar sker löpande. 4.1 Beräkningsgrunder För att ekonomiska uträkningar ska göras i enlighet med kalkylatorns beräkningsenheter, används kostnader i Euro. Ålö AB har för 2015 en fastställd kurs på 9,05 kronor per euro [15]. Kostnader i rapporten anges både i Euro ( ) och kronor (SEK). Specifikationerna för årsvolymen lastare har satts att gälla upp till lastare per år, vilket ungefär är det antal lastare som maximalt kan tillverkas på dagskiftsarbete på Svetsline. Högre volymer kräver en annan skiftform och då ökar ett antal olika parametrar, vilka listas här nedan. Följande specifika värden gällande produktionsvolym har använts: årsvolym lastare Produktionstid räknas som 10,7 timmar per dag, 225 dagar per år [B 5 1:31] produktionstimmar i förbehandlingen [B 5 1:31]. Mantimkostnaden är 28,73 [B 5 1:30]. Mängd slam 60 ton [16]. Kemikalier 25 ton och [B 4 Chemical Costs ]. Vatten in till Fb m³, vatten till reningsverk m³[43] årsvolym lastare Produktionstid räknas som 15,2 timmar per dag, 225 dagar per år [B 5 1:31] produktionstimmar i förbehandlingen [B 5 1:31]. Mantimkostnaden räknas till 34,14 [B 5 1:30]. Mängd slam beräknas till 84,4 ton[16]. Kemikalier 35 ton och [B 4 Chemical Costs ]. Vatten in till Fb m³, vatten till reningsverk m³ [Tabell 2]. Figur 17. Chemetalls produktnamn på silan. 15

23 4.2 Innehåll OXSILAN Calculator Kalkylatorn innehåller fyra sidor med parametrar sorterade i kategorier, vilka listas i avsnitt I samråd med Chemetall slås fast att värden framtagna för ett tidigare undersökt företag kan användas i de fall inga Ålö-specifika egna mätdata kan tas fram, vilket i så fall anges [13] Fabriks-, process- och kemikaliekostnader Programmets inledande parametersida heter General Data och behandlar fabriks- och processvolymer och kostnader. Här listas 35 olika parametrar med avseende på antal tillverkade enheter per år, kostnader för olika vattentyper, medelkonduktivitet för olika vattentyper och fosfatbad. Men också kostnader för vattenrening, avfallshantering, årlig produktionstid, kostnader per produktionstimme och elektricitet. Processkemikalier specificeras i bilaga 4 under parametersidan Chemical Costs för både zinkfosfatering och silanbehandling, med förväntade förbrukningar per år och med kostnad per kilogram. Parametersidan Line Layout anger vilka bad som är uppvärmda i zinkfosfateringsprocessen och vilka som ska värmas upp i en silanprocess. Här anges även vilka bad som använder sprayduschar för avspolning av lastare. Sprayduscharna har dock bedömts som en irrelevant faktor [13]. Process Data innehåller processparametrar och redovisas numerärt i bilaga 5. Här listas fem huvudområden som ifyllts med data utifrån badens unika egenskaper: 1. Electric Energy - data om elförbrukning och kapacitet till samtliga bads pumpar, men även uppgifter om ventilation (elförbrukning och kapacitet). 2. Heat Energy - data om badtemperaturer under produktion och produktionsstopp. Värt att notera är att OXC sätter uppvärmningsvärdet för silanbadet till noll, men justerar detta i slutberäkningen. 3. Water/Waste Water - data om tankvolymer, antal nysatsningar, behov i m 3 /h av specifikt vatten, flöde till vattenrening med mera. 4. Manpower - data om antal rengöringar per tank per år, mantimmar för varje rengöring, kostnader för rening av avhärdningslösning och mantimmar per vecka för underhåll. 5. Waste materials data om mängden genererat slam från fosforsyrabetning och zinkfosfatering. Kalkyleringsprogrammets resultatredovisning ses i Bilaga 8 och 9 och innehåller tabeller över kostnader och besparingar. Presenteras även i diagramform i delen 5.5 Resultat. 4.3 Parametervärden och beräkningar I Bilaga 4 Parametrar och värden redovisas de framtagna parametervärdena som ligger till grund för resultatet. Parametervärdena redovisas i tabellform och varje parameter har ett ID-nummer, till exempel 1:3. Tomma fält innebär att parametern saknas eller att värdet inte har varit möjligt att ta fram. För att få reda på hur värdet har tagits fram finns bilaga 5 Beräkningar. Här ses framtagna parametervärden tillsammans med beräkningar och källhänvisningar. Parametrar som saknar egna värden anges med en orsak. 16

24 4.4 Kända felkällor Här presenteras de viktigaste felkällorna. Rubrikerna hänvisar direkt till programmets kategorier General Data ID 1:1. Antal produkter genom förbehandlingen har satts till 2014 års antal, vilket ska ses som en unik siffra snarare än en prognos. Produktionen väntas minska något framöver [45]. ID 1:6. Antalet racks har satts till samma som antalet lastare. ID 1:8. RO-mätare finns, men mäter mängd tillverkat RO-vatten innan detta går till anläggningen för DIvattentillverkning. För att tillverka 1 m3 DI-vatten åtgår drygt 1,5 m3 RO-vatten [43]. Inga säkra uppgifter finns om hur länge anläggningen körs varje tillfälle men det är i regel under några timmar per dag [17] [18] [19]. ID 1:30. Kostnad per arbetstimme baseras på snittlöner och kan variera beroende av uppgiftslämnare. Olika uppgifter har framkommit gällande nuvarande skiftformer: 260 SEK per timme och 275 SEK per timme exklusive sjuklön, samt 300 SEK inklusive sjuklön [28] [40]. För att minska risken för en så kallad glädjekalkyl har det den lägsta löneuppgiften använts (260 SEK/h). ID 1:31. Se Bilaga Chemical Costs ID 2:2 till 2:30. Framtagna värden har inspekterats av Chemetalls representant [13] Line Layout ID 3:1 till 3:27. Framtagna värden har inspekterats av Chemetalls representant [13] Process Data Energi ID 4:3 till 4:5. Energiförbrukning för ventilationsfläktar finns inte med på grund av bristande information. Uppvärmning sker idag med pellets och olja. Pellets räknas som biobränsle. Andelen energi från olja får inte överstiga 6 %. OXC räknar ut förändringen i utsläpp av koldioxid vid byte till silan. Dock baseras denna beräkning på gas, vilket är vanligt i Europa. Därför redovisas inte koldioxidutsläppen. Vatten ID 4:17, 4:20, 4:22. Tillförsel till baden görs automatiskt och manuellt som kompensation för avdunstning. Avdunstningen från baden är osäker, resultaten måste bedömas efter faktumet att mätningarna gjordes under en helg. Under produktionstid bör avdunstningen vara högre med anledning av högre badtemperatur men antagandet har inget stöd med anledning av produktionspersonalens uppgifter om påfyllningsvolym och frekvens [19]. Överdraget, den vätska som lastaren tar med från ett bad till ett annat, bedömdes som en mindre faktor eftersom det rör sig om cirka 2 liter per lastare, det vill säga runt 18 liter i timmen. Överdraget har baserats på mätningar under okända förhållandena med avseende på produktstorlek. Överdraget är bland annat beroende av storleken på frontlastarna som doppas. En större produkt innebär fler kvadratmeter och har således ett större överdrag än en liten produkt. Överdraget bedöms som försumbart och har inte tagits med i beräkningarna. 17

25 Tre poster, ID 4:17, 4:20 och 4:22, ger stora utslag i kostnader och besparingar är RO- och DIvattenförbrukningen/h och volym vatten till reningsverk/h (utvatten). Vid summering av dessa poster saknas 500 m³/år för vatten till processerna och 400 m³/år för vatten till reningsverk. Påslag kan göras av de saknade volymerna (0,20 m³/ph för vatten in och 0,19 m³/ph för vatten till reningsverket) men det är svårt att säga hur mycket av dessa två poster som ska fördelas före och efter bad 9 (från och med bad 9 gäller teknikbytet till silan). Uträkning saknat vatten (IN/UT): [Börvärde: 3640 m³/år] [Ärvärde 3150 m³/år][ = 490 m³/år] [490/2400 ph = 0,20 m³/ph] [Börvärde: 3360 m³/år] [Ärvärde 2910 m³/år][ = 450 m³/år] [450/2400 ph = 0,19 m³/ph] Tester i OXC visar att var i processen insättning av saknade vattenvolymer sker inte har särskilt stor betydelse. Bedömningen har därför gjorts att det är rimligt att dela upp den saknade vattenomsättningen och placera in lika delar före och efter bad 9. Saknat invatten (0,204 m³/h) delades upp i två delar varav 0,102 m³/h insattes i bad 5 som RO-vatten och i bad 13 som DI-vatten. Detsamma gjordes för vatten till rening (0,188 m³/h), varav hälften (0,094 m³/h) insattes i vardera bad 4 och i 11. Samma typ av korrigering utfördes för att uppskatta in- och utflödet av vatten vid en produktionstakt av lastare per år. Här användes istället tidigare vattendata som bättre motsvarar produktionsökningens vattenåtgång. Ett snitt togs från mätvärdena som registrerades år 2009 till 2012, det vill säga fyra år. Genom detta kunde flödesvolymer utvinnas och sättas in på samma sätt som i föregående korrigering (för L). År Ingående Fb [m 3 ] Utgående Fb [m 3 ] Faktor ,16 1,39 1, ,17 1,24 1, ,15 1,36 1, ,11 1,26 1,14 Avg ,15 1,31 1,14 Tabell 2. Uträkning av justerade volymflöden för lastare per år. ID 4:32 och 4:33. Uppskattningar av förbehandlingens personal är att cirka 12 procent av den totala mängden slam härrör från zinkfosfateringen. Chemetalls representant menar att andelen är någonstans mellan 15 och 20 procent. Därför har andelen räknats som 17,5 % Silanbadet Temperaturen i fosfateringsbadet håller 56 grader Celsius eftersom just denna temperatur behövs för att kristallbildningen ska hållas optimal. Silan är reaktivt redan vid rumstemperatur men bör hållas på en konstant nivå över hela året för att skitvikterna ska hållas jämna. Därför kan silanbadets temperatur sänkas till cirka 30 grader. Det är en sänkning med 26 grader. I OXC anges uppvärmningen av silanbadet till noll, men i praktiken, för att skiktvikterna ska bli lika över året, så måste viss uppvärmning av badet ske under det kalla vinterhalvåret. OXC kompenserar för detta [13] men hur det sker är oklart eftersom formlerna är dolda. Det är rimligt att anta att olika kompensering behövs för anläggningar i olika delar av världen eftersom temperaturerna varierar med uteklimatet. Hur OXC hanterar detta är oklart. Eftersom variationen i årstemperatur i Sverige är stor bör den energi som behövs för att värma silanbadet ses konservativt, antagligen behövs mer energi än vad programmet kompenserar med. 18

26 Enligt uppgift från programmets skapare, Werner Rentsch, kompenserar inte programmet för minskad energiförbrukning för pumpar silanbehandlingen [13]. Figur 18. Startsida OXSILAN Calculator. Bild: Chemetall. 19

27 5 Resultat Här presenteras resultaten av de allra viktigaste posterna: vatten och rening, energiåtgång, arbetskostnad, kemikalier och processkostnader. Med anledning av jämförelsen i produktionsvolym per år, och lastare, presenteras resultat för vartdera fallet. Vid årsvolymen lastare visar resultatet att besparingar på minst 25 % kan göras med silanbehandling. Det motsvarar ungefär ( SEK). Vid lastare beräknas besparingen bli 26 % eller ( Loaders ZnPh SEK ZnPh Silane SEK Silan Savings SEK Savings % Savings Water consumption % Waste Water Treatment % Heating Energy % Electric Energy % Manpower % Waste Disposal* % Chemicals incl. Lab % Total Costs % Tabell 3. Besparingar vid lastare per Loaders ZnPh SEK ZnPh Silane SEK Silan Savings SEK Savings % Savings Water consumption % Waste Water Treatment % Heating Energy % Electric Energy % Manpower % Waste Disposal* % Chemicals incl. Lab % Total Costs % Tabell 4. Besparingar vid lastare per år. 20

28 5.1 Kostnader vatten och vattenrening Vid årsvolymen lastare per år beräknas kostnaderna för vatten och rening vara ( SEK) per år. Med silanbehandling uppskattas kostnaden vara drygt ( SEK), vilken skulle innebära en besparing med ( SEK) per år (- 66 %). Vid lastare per år uppskattas kostnaderna för zinkfosfateringen vara ( SEK). Med silan blir kostnaden ( SEK), vilket är 72 %. / year Water/waste water costs ( L/Yr) ZnPh Process OXSILAN Process Diagram 1 / year Water / waste water costs ( L/Yr) ZnPh Process OXSILAN Process Diagram 2 21

29 5.2 Kostnader energi För Ålö skulle silanbehandling innebära en minskning av uppvärmningsutsläppen med runt 30 % - om baden värmdes med gas. Ålö använder biobränsle (pellets) och olja (max 6 %). Minskningen av koldioxidutsläpp vid byte till silan har inte bedömts i Ålös fall. Kostnaderna för energiförbrukningen bedöms idag vara ( SEK) per år. Med silanbehandling uppskattas kostnaden sjunka till ( SEK), vilken är en besparing med ( SEK) per år (- 15 %). Vid lastare per år kostar zinkfosfateringen ( SEK) i energi. Silanet bedöms kosta , vilket är ( SEK) mindre och motsvarar 16 %. / year Energy costs ( L/Yr) ZnPh Process OXSILAN Process Diagram 3 / year Energy costs ( L/Yr) ZnPh Process OXSILAN Process Diagram 4 22

30 5.3 Kostnader underhåll Kostnaderna för underhåll av anläggningens bad och reningsprocesser bedöms idag vara ( SEK) per år. Med silanbehandling uppskattas kostnaden motsvara ( SEK). Det innebär att kostnaderna för arbete med rengöring och reningsverk skulle minska med ( SEK) per år (-20 %). OXC visar att kostnaderna vid lastare per år är ( SEK) för zinkfosfateringen och ( SEK) för silan. Det ger en besparing per år på 9500 ( SEK) eller 21 %. / year Manpower / waste disposal costs ( L/Yr) ZnPh Process OXSILAN Process Diagram 5 / year Manpower / waste disposal costs ( L/Yr) ZnPh Process OXSILAN Process Diagram 6 23

31 5.4 Kostnader kemikalier Kostnader för labbkemikalier med utrusning är för zinkfosfateringen cirka ( SEK) per år och för silan hälften, per år. Kostnaderna för processkemikalier bedöms med dagens zinkfosfatering vara ( SEK) per år. Med silanbehandling uppskattas kostnaden bli ( SEK), vilken skulle innebära att kostnaderna minskar med ( SEK) per år (-16 %). Labbkemikalier inräknade blir minskningen 18 %. Vid årsvolymen lastare kostar zinkfosfateringens kemikalier ( SEK). Silanbehandlingen beräknas kosta ( SEK), vilket är en minskning med ( SEK) eller 16 %. Labbkemikalier inräknade blir minskningen 18 %. / year Chemical Costs ( L/Yr) ZnPh Process OXSILAN Process Diagram 7 / year Chemical Costs ( L/Yr) ZnPh Process OXSILAN Process Diagram 8 24

32 5.5 Total processkostnad exklusive kemikalier Dagens processkostnad, exklusive process- och labbkemikalier, uppskattas uppgå till ( SEK) per år. Med silanbehandling uppskattas den kostnaden bli ( SEK), en besparing med ( SEK) per år eller 32 %. Vid lastare per år uppskattas processkostnaden vid zinkfosfatering till ( SEK) och silan ( SEK). Processkostnaden med silan skulle enligt beräkningarna bli 35 % lägre, det vill säga ( SEK) per år. / year Total Process Costs w/o Chemicals ZnPh Process OXSILAN Process Diagram 9 / year Total Process Costs w/o Chemicals ZnPh Process OXSILAN Process Diagram 10 25

33 5.6 Total processkostnad inklusive alla kemikalier Total processkostnad inklusive kemikalier är idag ( SEK). Silanbehandlingen beräknas kosta drygt ( SEK) per år. Det skulle innebära att ett byte till silan vid produktionsvolymen lastare per år kunde generera besparingar på ( SEK) per år, vilket är 25 %. I realiteten bör besparingen bli större eftersom kostnaden för laborativ utrustning med silan beräknas halveras till ( SEK) per år. Vid lastare per år med silanbehandling bör därför total kostnadsbesparing inklusive process-kemikalier och labbkemikalier med tillhörande utrustning, uppgå till ( SEK) eller 25 %. Vid lastare per år kostar zinkfosfatering inklusive labbkemikalier ( SEK) per år medan silanbehandlingen väntas kosta ( SEK). Silanbehandlingen skulle här ge en minskad kostnad med ( SEK) per år, vilket är 26 %. / YEAR Total Process Costs All Chemicals Included ( L/Yr) ZNPH OXSILAN PROCESS Diagram 11 / YEAR Total Process Costs All Chemicals Included ( L/Yr) Diagram ZNPH OXSILAN PROCESS 26

34 6 Diskussion/Slutsats I det här avsnittet diskuteras rapportens resultat. 6.1 Analys av resultat Syftet med projektet var att ur ett ekonomiskt perspektiv utreda kostnaderna med dagens zinkfosfatering för att kunna jämföra med kostnaderna för silanbehandling. Hypotesen var att silanmetoden är ekonomiskt mer fördelaktig än zinkfosfatering och mer fördelaktig för människor och miljö. Resultatet tyder på att hypotesen stämde väl. Den här rapportens viktigaste slutsats är att silanbehandling teoretiskt sänker kostnaderna för Ålö med minst 25 procent vid årsvolymen lastare, vilket skulle ge en besparing på ungefär ( SEK). Vid årsvolymen lastare ökar besparingen med silan till 26 %, vilket är ( SEK). Den framtagna besparingen stämmer relativt bra överens med Chemetalls representants tidiga uppskattning att den årliga besparingen för Ålös del bör ligga mellan och kronor per år [13]. Silan framstår som en ekonomiskt mycket positiv investering, förutsatt att processen är lika pålitlig som dagens och att de korrosions- och adhesionstester som måste göras uppvisar lika goda resultat som zinkfosfatering gör. Rent generellt har beräkningarna varit konservativa för att undvika glädjekalkyler. De flesta beräkningarna har utförts i Excel, vilket har gjort det relativt enkelt att hantera stora mängder information. Genom arbetets gång har tät kontakt hållits med Chemetalls representant Fredrik Hesselroth och förbehandlingspersonalen för att undvika uppenbara misstag. Trots det bör man ha i åtanke att tid inte har funnits till att kontrollera hur OXC har utfört alla beräkningar, det vill säga vilka parametrar, faktorer och konstanter som har vägts samman vid framtagning av resultatet. 6.2 Felkällor Vatten Det har varit komplicerat att ta fram tillförlitliga data över de volymflöden vatten som åker in och ut ur olika bad. Avdunstning och överdrag är inte gissningar men baserade på mätningar som har gjorts under speciella förhållanden. Data om avdunstning har beräknats från mätningar utförda över en helg samt från personalens uppgifter om påfyllningsgrad i procent efter helger och under veckor när produktion sker. För mera exakta data bör kompletterande mätningar utföras under produktionstid och vid olika produktionstakter. Det hela komplicerades ytterligare av att ingen mätare för avjoniserat vatten finns i anläggningen, vilket föranledde mycket tidsödande utredande. Överlag så är intrycket att det saknas relevanta flödesmätare både här och där och de som finns är inte alltid att lita på. Bland annat upptäcktes två rotametrar som mätte volymflöden som de inte var avsedda för, vilket innebär att de i praktiken är värdelösa där de sitter. 27

35 Problematiskt var även att personalen inte konsekvent använder föreskrivet vatten till alla bad. Ibland används DI-vatten i RO-bad och vice versa. Ibland används brandslang vars vatten inte registreras av mätaren för vatten till förbehandlingen. Olika personer påfyller bad med låga nivåer lite efter behov och meddelar inte alltid varandra om vad som har gjorts. Var och en kan förstå att det blir mer eller mindre omöjligt att utreda och korrekt besvara de efterfrågade vattenparametrarna. På vilket sätt ofullständigt ifyllda parametrar skulle slå på resultatet har endast gått att ta reda på genom att sätta in fingerade värden. Där av blev vattenutredningen ett spöke ända in på projektets upplopp. Att utreda vattenvolymerna var ett av de svåraste momenten i det här arbetet. Till sist visade det sig att det inte skiljer mer än några tiotusentals kronor upp eller ner beroende av var volymerna i processen felar, småpengar i det stora sammanhanget. Konduktiviteten, den elektriska ledningsförmågan, indikerar hur mycket salter och metaller som finns i vattnet i baden. Parameter mäts dagligen och bland annat kontrolleras på så sätt kemikalienivåerna. Medelkonduktiviteten för de olika vattenkvaliteterna (RO/DI/KV) samt för baden är parametrar som ska anges (ID 1:13 till 1:21) i OXC, men vad dessa har för inverkan på det ekonomiska resultatet är oklart. Det finns många felkällor inom vattenangivelserna. En av de viktigaste är hur mycket vatten som egentligen förbrukas i anläggningen. Siffrorna varierar kraftigt från år till år. Det kan bero på allt från fluktuationer i produktionsvolymer till mätarnas funktionsduglighet. Vid åtminstone ett tillfälle har mätare bytts ut. År 2014 byttes mätaren till reningsverket på grund av disfunktion, dessförinnan är det oklart hur länge den hade stått stilla. Med tanke på det ingående vattnets mängd är det troligt att den har bytts ut relativt fort. Men mätvärden som har registrerats mellan år 2009 och 2012 har använts som grund för vattenomsättningen i beräkningarna som rör lastare per år. Anledningen är att volymerna för denna period bättre motsvarar en högre produktionstakt och därför är mer lämpliga värden. Underhåll Zinkfosfateringsprocessen omgärdas av provtagningar och omfattande analyser. En silanförbehandling skulle inte kräva samma arbetsuppgifter och analyserna skulle i stort begränsas till ph och konduktivitet för bad 9 och 10 [13]. Författaren har inte tillräckliga kunskaper för att i detalj kunna avgöra vilka arbetsmoment som skulle ändras. Vid kartläggningen av arbetsbörda för badbyten, reningsverksunderhåll, filterbyten och mycket annat ligger ofta personalens subjektiva bedömningar till grund för de värden som skrivits in i OXC. Mycket beror på hur man räknar den tid som avsätts för de olika aktiviteterna. En uppgift som exempelvis tar 10 timmar att slutföra kräver inte alltid att personalen arbetar effektivt med just detta under tidsperioden. Mycket annat kan och måste göras under tiden som både har med den aktuella aktiviteten att göra och inte. Det är således väldigt svårt att göra en korrekt bedömning av det som i resultatet kallas Manpower. Chemetalls representant har gjort klart att den samlade arbetsbördan inte skulle minska trots att kostnaderna för underhåll och rening skulle minska med 20 procent om zinkfosfateringen byts ut mot silan. Arbetsuppgifterna skulle förändras men inte bli färre [13] [14]. Miljö Zinkfosfateringsbadet genererar vid årsvolymen lastare 10 ton farligt avfall årligen (60 ton för alla bad). Att byta teknik skulle kunna ha effekt på de koldioxidutsläpp som genereras i hanteringen av slammet och dessutom minska belastningen på miljön genom minskad deponi, särskilt kostnaderna för avfallet skulle öka mycket vid fortsatt zinkfosfatering. 28

36 En eventuell felkälla här är den beräkning av slammängd som har använts som grund i beräkningarna för lastare per år. För att ta fram en realistisk siffra har den befintliga mängden 60 ton per år dividerats med antal tillverkade lastare. Resultatet blir en kvot i ton per produkt som sedan har multiplicerats med Produkten har sedan multiplicerats med den kvot som får anses tillhöra fosfateringsprocessen, vilket är 17,5 %. Förfarandet ger en proportionerlig ökning av slammet med ökad tillverkningstakt och baseras på antal gram per kvadratmeter förbrukade kemikalier som anges i bilaga 4 2:23, 2:24 och 2:26. Den kanske viktigaste primära miljövinsten vid ett byte görs på förbehandlingen, där personalen slipper hantera det farliga avfallet. Det skulle rimligtvis leda till en bättre arbetsmiljö genom minskade risker för exponering för slammet. Med silanbehandlingen skulle personalen få mängden kemikalier som måste hanteras vid årsvolymen lastare, reducerad med sju ton. Följaktligen skulle det bland annat innebära en reducerad mängd transportrelaterade koldioxidutsläpp, minskad belastning på reningsverket och minskad arbetsbörda. Kemikalier Kemikalier för rengöring av värmeväxlare samt kemikalier för reningsprocessen har inte tagits med i beräkningarna eftersom de inte väntas ändras nämnvärt i förbrukning vid ett byte till silan. Rapportens resultat visar att kemikalieförbrukningen idag kostar cirka SEK per år. Chemetalls specifikationer över sålda kemikalier till Ålö för 2014 visar på SEK [44]. Därtill ska läggas de kemikalier som övriga kemleverantörer sålde till Ålö under fjolåret. Kostnaden uppgick totalt till ungefär 1,2 miljoner kronor. Så storleken på kemikalieförbrukningen i dagsläget har tyvärr underskattats i beräkningarna i OXC, vilket naturligtvis påverkar resultatet. Vidare utredning kring kemikalieförbrukningen rekommenderas därför. I övrigt så använde förbehandlingen under 2014 drygt 25 ton kemikalier från och med bad 2 till 13, varav dryga 8 ton kan härledas till aktiveringsbadet och zinkfosfateringsbadet. För silan blir motsvarande siffror 18 ton varav kg återfinns i silanbadet. Detta innebär att Ålö även kan minska både förbrukning och hantering av kemikalier med sju ton per år vid byte till silan. Ungefär 10 ton vid lastare per år. Energi Dagens förbehandlingsbad ligger i en så kallad tunnel som är ventilerad. Hur mycket energi som åtgår till ventilationen kan den här rapporten inte svara på. På grund av att energiåtgång och volymflöden är okända så lämnades dessa parametrar icke ifyllda. Hur resultatet påverkas är svårt att svara på. Dock har inte Chemetalls representant lyft fram avsaknaden av informationen som ett problem, antagligen på grund av att de här värdena inte ändras vid ett teknikbyte. Hänsyn har inte heller tagits till minskat energibehov för sänkta pumpeffekter vid silanbehandling [13]. 6.2 Att investera i silan En konvertering till silanbehandling skulle inte behöva stora materiella investeringar. Framför allt skulle investering i rördragning behövas för att ändra om kaskaderna och bygga om vattenflödena. Det ligger utanför det här arbetets ramar att undersöka dessa kostnader men det handlar om investeringar i rör och om arbetskostnad för att dra om dessa [13]. Silanbadet skulle därefter bli ett närmast slutet system (avdunstning borträknat). Mera DI-vatten skulle krävas men eftersom Ålö har en överkapacitet idag så skulle inga investeringar i detta behövas. 29

37 DI-vatten efter silanbadet skulle dessutom kunna användas på ett sätt som inte går idag. Istället för att låta första sköljbadet efter silanet brädda över till reningsverket, skulle överbräddningen kunna ledas tillbaka till den alkaliska sköljen i bad 5 och på så vis ytterligare minska vattenförbrukningen. Det är oklart om OXC har med detta i beräkningarna, men det är tänkbart eftersom silanbehandlingen enligt programmet minskar den totala processkostnaden lite grann även innan silanbadet. Ålö i Brännland använder idag en förbehandlings- och måleristandard som har tagits från Volvo (provning: std 1027,14. mätning: std 1021,2) [36]. Det innebär att anläggningen redan är anpassad efter bilindustrins hårda krav på korrosionsskyddskvalitet, vilket skulle underlätta ett byte till silan. Ett byte till silan skulle kunna inledas med Panelprovning. Det innebär att fyra 70-literskar ställs upp längs de befintliga baden. Så tas valda delar ut efter den alkaliska sköljen (bad 5) och doppas i silanlösning och sedan i tre kar med DI-sköljvatten. Därefter hängs delen eller delarna på lastaren igen och skickas vidare genom måleriet. Sedan testas dessa i enlighet med Ålös standard för korrosionstest. Ett annat och senare alternativ är Detaljprovning. Metoden innebär i stort samma som föregående metod med skillnaden att man nysatsar ett helt silanbad. Förfarandet kräver dock omprogrammering av kranarna så att zinkfosfatbadet hoppas över. Alternativet är till sin natur även mest kostsamt. Förslag layout En förbehandling på Ålö med silan skulle kunna vara utformad enligt följande: Cleaning Cleaning Tap Rinse Tap Rinse Pickling Acid Rinse Alkaline Rinse Rinse Di Rinse OXSILAN DI Rinse DI Rinse Figur 19. Förslag på layout för silanbehandling på Ålö i Brännland. 6.3 Framtida undersökningar En viktig sak att komma ihåg är att Chemetall har använts som plattform för den här ekonomiska utredningen. Det är möjligt att konkurrerande kemleverantörer skulle kunna erbjuda likvärdiga alternativ, vilket skulle kunna utredas i framtiden. Betbadet anses vara en flaskhals. Om silanbehandling skulle visa sig vara ett alternativ för Ålö så finns även möjlighet att investera i ett extra betbad för att öka flödet av lastare genom förbehandlingen [14]. Processen skulle kräva ett bad mer än vad som finns idag och kranarna skulle behöva programmeras om. Skepsis finns dock bland personalen på förbehandlingen huruvida ett extra betbad skulle öka produktflödet eller inte eftersom andra flaskhalsar då skulle uppenbaras. Dessutom skulle energiförbrukningen öka rejält eftersom betbad bör hålla 55 grader. Det fysiska utrymmet finns men vinsterna är oklara och skulle behöva utredas vidare. Utredning av nuvarande kemikalieförbrukning bör göras mera noggrant. Idag finns en differens i rapportens resultat och verkligheten. Besparingen i energi bör bli större än 1 %. Här finns okända felkällor. 6.4 Reflexioner Chemetall tjänar pengar på Ålö och det borde inte vara i deras intresse att sänka sina intäkter med 18 procent. Trots detta erbjuds möjligheten att utvärdera teknikbyte. Man kan anta att silantekniken inte dras med samma omkostnader som zinkfosfatering, och att vinster därför kan göras av både kund och leverantör. 30

38 7 Referenser [1] Hesselroth, Fredrik (2007). Kurs i fosfatering. Ålö Maskin Umeå. Chemetall Skandinavien Ytteknik AB. Utbildningsmaterial. [2] Ålö AB (2015). Bakgrund. [Hämtad ]. [3] Ålö AB (2015). Bakgrund. [Hämtad ]. [4] Ternert, Mikael (2015). Muntligen/e-post. Ålö AB. [6] Ålö AB, Standard Component Production and Painting G:\Users\KVALITET\DOKUMENT\INSTRBOK\I doc [10] Ålö AB. Beskrivning av rening till förbehandling. \\aloumesrv21\shared\produktion_brännland\7.avdelningar\produktionsteknik_1\5. Måleriet\Förbehandling\Vattenrening Myndighet\Beskrivning Rening_WORKING_2014_02_28. Hämtad [12] Chemetall (2015). Produktblad_Oxsilan_98xx_ENG. G.pdf. [Hämtad ]. [13] Hesselroth, Fredrik (2014/2015) Muntligen/e-post. Chemetall. [14] Fjellström, Jonas (2015). Muntligen/e-post. Ålö AB. [15] Johansson, Andreas (2015). E-post. Ålö AB. [16] Hörnlund, Jonas (2015). Muntligen/e-post. Ålö AB. [17] Jonsson, Mats, förb. (2015). Muntligen/e-post. Ålö AB. [18] Lars Wikberg (2015). Muntligen. Ålö AB. [19] Bergström, Christer (2015). Muntligen/e-post. Ålö AB. [20] Ålö AB. Måleriet_styrning_2013_05_3 \\aloumesrv21\shared\produktion_brännland\7.avdelningar\produktionsteknik_1\5. Måleriet\Härdugn - Processfönster [21] Belén Chico, D. de la Fuente, M. L. Pérez, M. Morcillo Corrosion resistance of steel treated with different silane/paint systems. Journal of Coatings Technology and Research. January 2012, Volume 9, Issue 1, pp [22] Ålö AB. Affärsidé och vision. [ ]. 31

39 [24] Berglund, Jan (2015). Muntligen/e-post. Ålö AB. [25] Ålö AB (2015). Processinstruktioner. Doppfosfatering. Chemetall (pärm i förbehandlingslaboratoriet). [26] Ålö AB (2014). Badanalys (pärm i förbehandlingslaboratoriet). [27] Zugil (2005). Nya måleriet ZugilDoc (pärm i förbehandlingslaboratoriet). Ålö AB. [28] Hammarstedt, Lars (2015). Muntligen/e-post. Ålö AB. [29] Lundgren, Niclas (2015). Muntligen/e-post. Ålö AB. [30] Thelin, Thomas (2015). E-post. Ålö AB. [31] Win CC (2015) processtyrningsprogram på förbehandlingen. Ålö AB. [32] Björn, Benny (2015). Muntligen. Ålö AB. [34] Lettström, Anders (2015). SWECO NaOH beräkningar_ålö_selatt.xlsx. Muntligen/e-post. SWECO. [35] Ålö AB (2012). Beställningsår Pärm på förbehandlingslaboratoriet. [36] Ålö AB. I _ändrad_JF_2012_05_31. \\aloumesrv21\shared\produktion_brännland\7.avdelningar\produktionsteknik_1\5. Måleriet\Målningsstandard ny Hämtad [37] Menon, Karan (2008). Characteristics Of Silane Bonding To Stainless Steel. Tampere University Of Technology. Hämtad [38] Ålö AB Måleri_. \\aloume-srv21\shared\produktion_brännland\5.mål och mätetal\mål_utfall\2008\4035 Måleri. [39] Gärdebro, Hans (2015). Lastarnumrering. E-post. Ålö AB. [40] Svenson, Anette (2015). E-post. Ålö AB. [41] Sandberg, Karin (2015). E-post via Christina Östin ( ). Ragnsells. [42] Bigge, I. & Ivarsson, I. (2009). Marginal missfärgning hos ett adhesivt resincement jämfört med två självadhesiva resincement. Hämtad [43] Ålö AB (20xx-2015). Protokoll Osmos (pärm i förbehandlingen vid RO-tillverkningen). 32

40 [44] Chemetall (2015). Beräkning m2 samt förbrukning Ålö inför Oxsilan Excelfil. E-post från Fredrik Hesselroth. Chemetall. [45] Stenmark, Roger (2015). Muntligen/e-post. Ålö AB. [46] Sveriges Riksdag. Lag (1999:673) om skatt på avfall. Svensk författningssamling 1999: om-skatt-pa-avf_sfs /. (Hämtad ). 33

41 7 Bilagor Bilaga 1 Rening av förbehandling B1

42 Bilaga 2 Max. och min. tempererade bad till B2