DE102005029742B3

DE102005029742B3 - Verfahren zum Behandeln von Gießereiformstoffen

Info

Publication number: DE102005029742B3
Application number: DE200510029742
Authority: DE
Inventors: Bernd Federhen; Markus Jendrock; Heinz Schmidt
Original assignee: KLEIN ANLAGENBAU AG
Current assignee: KLEIN ANLAGENBAU AG
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2025-06-25
Also published as: EP1745872A2; EP1745872A3

Abstract

Bei einem Verfahren zum Behandeln von Kernsand und Bindemittel enthaltenden Gießereiformstoffen wird der mit anorganischem/anorganischen Bindemittel/n gebundene Kernsand nach einem Gießvorgang von dabei entstandenen Gussstücken trocken getrennt, und stückige Teile werden trocken zerkleinert; der Kernsand wird auf eine vorgegebene Korngröße abgesiebt und unerwünschte Feinteile werden entfernt; wonach der durch Feuchteentzug ausgehärtete Kernsand in zwei Teilströme (S¶1¶, S¶2¶) unterteilt sowie der eine Teilstrom einem Zwischenlager zugeführt und der andere regeneriert wird. Der zu regenerierende Teilstrom (S¶2¶) wird einem Reaktor mit Flüssigkeit zugeführt und der eingebrachte Sand behandelt, bis die Kornoberfläche ausreichend von Binderresten und Produkten des Gussvorganges gereinigt ist. Nach dem Reinigungsvorgang wird die freie Flüssigkeit abgeschieden und der Sand des Teilstroms (S¶2¶) getrocknet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Kernsand und Bindemittel enthaltenden Gießereiformstoffen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Verfahren zum Mischen von Kernsand und organische Bindemittel enthaltenden Gießereiformstoffen beschreibt EP 0 445 436 B1 , bei dem das Mischgut von einem Mischraum in einen davon durch Einbaukörper getrennten anderen Mischraum befördert sowie die Mischgutrotation in der von den Einbaukörpern bestimmten Ebene abgebremst wird; dadurch wird eine hohe Mischintensität erreicht. Auch wird beschrieben, dass sich die Mischwirkung von Mischern mit rotierendem Mischwerkzeug durch Erhöhung der Mischwerkzeugdrehzahl solange steigern lässt, bis die Reibung des Mischgutes an der Mischbehälterwand nicht mehr ausreicht und das Mischgut als mehr oder minder kompakte Masse der Drehbewegung des Mischwerkzeuges folgt. Damit sind die für den Mischvorgang erforderlichen Reib-, Zerteil- und Umschichtkräfte begrenzt. Diese Eigenschaft macht sich besonders dann nachteilig bemerkbar, wenn auch viskose Komponenten im Mischgut vorhanden sind.

Der Sammelbegriff "Bindemittel" umfasst ein Produkt, welches sowohl gleichartige als auch verschiedenartige Stoffe miteinander zu verbinden vermag. Der Abbindevorgang erfolgt durch physikalisches Trocknen, durch Erstarren bzw. durch einen starken Viskositätsanstieg – wie einen Schmelzvorgang – oder durch chemische Reaktionen. So sind beispielsweise im Straßenbau Bitumina und Teer Bindemittel für Gesteinskörner, und in dem Bereich feuerfester Materialien können Aluminiumphosphate als Bindemittel eingesetzt werden. Bei Baustoffen wiederum werden Zusatzstoffe wie Sand und Kies durch die Erhärtung der mit Wasser versetzten Bindebaustoffe abgebunden und verkittet.

Die Zuordnung von Bindemitteln hat sich in letzter Zeit geändert. Beispielsweise wird versucht, bislang gebräuchliche organische Bindemittel im Gießbereich für Kerne – und zum Teil auch für Formen – durch anorganische Bindemittel zu ersetzen, die ungiftig sind und ohne Gestank durch Feuchtigkeitsentzug ausgehärtet werden. Dabei handelt es sich beispielsweise um Wasserglas, Magnesiumsulfat, Natriumphosphat und ähnliche Stoffe.

Die Verfestigung eines in einen Kernkasten der Gießindustrie geschlossenen Sand-Binder-Gemisches geschieht durch Feuchtigkeitsentzug; es werden beispielsweise warme Kernkästen, Microwellen oder durch das Sand-Binder-Gemisch in den Kernkasten geleitete Heißluft eingesetzt. Nach dem Abguss der Gussstücke kann der harte Kern beispielsweise durch Rütteln, im Wasserbad oder durch Hochdruck-Wasserstrahlen aus den Gussstücken entfernt werden.

Von hoher Bedeutung ist, dass der Sand aus wirtschaftlichen Gründen dann wieder zum Herstellen neuer Kerne und Formen eingesetzt werden muss, was zu einem Sandkreislauf geführt hat. Werden die Kerne durch Wasser gelöst, so muss der gesamte Sand anschließend wieder so getrocknet werden, dass er für Transport mittels pneumatischer Förderung, für die Lagerung in Silos und für Dosiervorgänge beim nächsten Umlauf geeignet ist – mit anderen Worten: er muss rieselfähig sein, was eine Trocknung des Sandes voraussetzt.

Bekannt ist das Trocknen von Sand durch Wärmezufuhr, dank deren sich auch der Sand erwärmt. Da bei den eingesetzten Bindemittelarten die Aushärtung des Sandes durch Erwärmung erfolgt, bleibt warmer Sand für die Herstellung von Kernen i. w. ungeeignet. Aus diesem Grunde muss der Sand nach dem Trocknen gekühlt werden. Da beträchtliche Sandmengen im Umlauf sind – es müssen Mengen von mehr als 10 t/h bearbeitet werden – können der für Trocknung und Kühlung erforderliche Energieaufwand und die apparativen Erforder nisse den Einsatz dieser umweltfreundlichen Bindemittel unwirtschaftlich werden lassen.

Bei trockener Entkernung hat sich gezeigt, dass die Sandqualitäten nach einigen Umläufen durch zunehmenden Binderanteil und Einflüssen des Gussvorganges nicht mehr ausreichend sind.

Aus der EP 1 260 288 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur weiteren Verarbeitung von gesammeltem Sand bekannt, die eine zukünftige Nutzung als Abgusssand durch die Erneuerung des Sammelsandes mittels Anpassung des Feuchtigkeitsgehaltes und durch Zugabe eines Binders ermöglichen. Fehlerhafte Abgüsse sollen vermieden werden, wenn diese durch einen Hauptabguss durch Benutzung von erneuertem Abgusssand hergestellt werden. Grünsand aus dem Hauptabguss wird nach Durchführung des Abgusses abgesondert und es erfolgt die Trennung in durch die Wärme des flüssigen Metalls beeinflusste und nicht-beeinflusste Anteile; der Feuchtigkeitsgehalt der nicht durch die Wärme des flüssigen Metalls beeinflussten Anteile wird angepasst und als Oberflächensand im nächsten Hauptabguss eingesetzt.

Ebenfalls befasst sich die DE 40 40 573 A1 mit dem Behandeln von Form- und/oder Kernsand, der als Sandform zum Abgießen von Gussstücken einer Formanalge zugeführt und anschließend nach erfolgtem Abguss in einer Auspackstation vom Gussstück getrennt wird. Dazu wird ein Zweikreislaufsystem vorgeschlagen; der vom Gussstück getrennte Sand wird mindestens in Teilmengen einem ersten Sandaufbereitungssystem zugeführt und ein vorbestimmter Teil des aufzubereitenden Sandes in ein zweites Regenerierungssystem zur weiteren Behandlung geleitet, um als gereinigter Kernsand dem Formsandsystem zugeführt zu werden. Im zweiten System wird der von den Sandkörnern losgelöste Staubanteil fraktioniert abgesaugt, wobei eine Trennung zwischen wiederverwendbarem Staubanteil und nicht verwendbarem Staubanteil vorgenommen wird. Der in der Regenerierungsanlage verbleibende Sand wird gereinigt als Kernsand dem System wieder zugeführt.

Vor dem Hintergrund dieser Überlegungen hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, Kernsand wirtschaftlich zu regenerieren, der mit durch Feuchteentzug ausgehärteten anorganischen Bindemitteln versehen ist. So soll dann auch eine in der EP 0 445 436 B1 beschriebene Vorrichtung effizient für anorganische Binder benutzt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Anspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Bei angegebenen Benennungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar sein.

Erfindungsgemäß wird der mit anorganischem/anorganischen Bindemittel/n gebundene Kernsand nach dem Gießvorgang trocken von dabei entstandenen Gussstücken getrennt; stückige Teile werden trocken zerkleinert, der Kernsand wird dann auf eine vorgegebene Korngröße abgesiebt und unerwünschter Feinteilanteil werden entfernt, wonach der durch Feuchteentzug ausgehärtete Kernsand in zwei Teilströme unterteilt wird. Der eine Teilstrom wird erfindungsgemäß einem Zwischenlager zugeführt und der andere Teilstrom regeneriert; der zwischengelagerte Teilstrom zum einen sowie der andere Teilstrom werden nach dessen Regenerierung zusammengeführt. Dabei hat sich ein Trocknungsgrad, bei dem das Gemisch aus dem trocken zwischengelagerten Teilstrom und dem nass regenerierten Teilstrom riesel fähig ist, als besonders günstig erwiesen. Der verbleibende Feuchtegrad der vermischten beiden Teilströme soll bevorzugt nicht über 0,1 % liegen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der zu regenerierende Teilstrom einem Reaktor mit Flüssigkeit zugeführt und der eingebrachte Sand behandelt, bis die Kornoberfläche ausreichend von Binderresten und Produkten des Gussvorganges gereinigt ist; zudem soll der Flüssigkeit – insbesondere Wasser – Zusätze beigegeben werden, beispielsweise Natronlauge bei Wasserglasbinder.

Als günstig hat es sich erwiesen, nach dem Reinigungsvorgang die freie Flüssigkeit abzuscheiden und den Sand des Teilstroms zu trocknen; die Abscheidung der freien Flüssigkeit soll bevorzugt auf Schwingsieben, Siebtrommeln oder Zentrifugen durchgeführt werden.

Des weiteren soll ein Durchströmen des Teilstromes mit getrockneter, kühler Luft im Fließbett oder im Flugstrom erfolgen oder ein Durchströmen des Teilstroms mit erwärmter Luft geringer relativer Feuchte. Es können beispielsweise Molekularsiebperlen aus – insbesondere hydrophilen – Zeolithen zugemischt werden oder auch Körner aus Silicagel.

Erfindungsgemäß werden die oberflächenfeuchten Sandkörner des zu regenerierenden Teilstroms in einem Trockenreaktor behandelt. Dazu soll der Sand mit Körnern aus einem Stoff vermischt werden, der die Feuchte der Sandkornoberfläche aufnimmt, insbesondere mit Körnern einer großen inneren Oberfläche aus porösen Stoffen.

Bevorzugt werden die Sandkörner und die Feuchtigkeit aufnehmenden Körner nach einer Reaktionszeit getrennt, in welch letzterer das Gemisch ruht oder in der es bewegt wird. Je nach den Eigenschaften der eingesetzten Körner liegt die Reaktionszeit zur Aufnahme der Feuchtigkeit von der Sandoberfläche zwischen 10 Sekunden und einigen Minuten.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird jenen Trocknungskörnern außerhalb des Sandkreislaufs die aufgenommene Feuchtigkeit entzogen.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden die feuchten Sandkörner mit faserartigen Stoffen in Kontakt gebracht, deren Fasern die Feuchtigkeit der Sandkörner aufnehmen; nach Trennung des Sandes von den faserartigen Stoffen sollen diese durch Auspressen, Luftspülung od.dgl. soweit getrocknet werden, dass sie erneut zur Aufnahme von Feuchtigkeit von Sandkörnern eingesetzt werden können.

Die faserartigen Stoffe – beispielsweise Filze, Gelege und Gewebe aus organischen und mineralischen Fasern, insbesondere Aramidfasern – können etwa in Form von Transportbändern, Trommelauskleidungen oder mit dem Sand zu vermischende und von ihm wieder trennbare Teile Anwendung finden. Im übrigen kann die Behandlung der Sandkörner chargenweise oder – bevorzugt – kontinuierlich erfolgen.

Statt faserartiger Stoffe liegen im Rahmen der Erfindung auch Körper und Bahnen aus offenporigen Schäumen, z.B. aus Polyurethanschaum.

Der besondere Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass der Sand kalt bleibt und teure Einrichtungen zur Erwärmung und Kühlung nicht benötigt werden.

Dieses Verfahren umfasst also das Regenerieren von mit anorganischen Bindemitteln gebundenem Kernsand, der durch Feuchtentzug ausgehärtet wurde, und es arbeitet ohne Erwärmung der Sandkörner beim Regenerieren. Für die notwendigen Verfahrensschritte können einfache Vorrichtungen mit geringem Energieeinsatz und geringem Verschleiß eingesetzt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; darin zeigen
1: den schematisierten Stammbaum zu einer Sandaufbereitung;
2: Verfahrensschritte zu einem Bereich des Stammbaumes der 1;
3: weitere Verfahrensschritte in dem Bereich der 2.
Der Zeichnung ist zu entnehmen, dass die Regenerierung des Kernsandes in mehreren Schritten erfolgt:

• Trockene Trennung gebundenen Sandes von Gussstücken (Bezugszeichen A).
• Trockene Zerkleinerung der stückigen Teile (Bezugszeichen B).
• Einen Siebvorgang zum Sieben des Sandes auf die gewünschte Korngröße (Bezugszeichen C).
• Das Entfernen von unerwünschten Feinteilen in Zone D.
• Das Teilen der Sandmenge im Bereich E in zwei Teilströme, deren einer als Teilstrom S₁ einem Zwischenlager zugeführt wird, wohingegen der andere Teilstrom S₂ zu regenerieren ist.
• Die Regenerierung des letztgenannten Teilstromes in Zone F.
• Das Zusammenführen und Vermischen der beiden genannten Teilströme in Zone G.

Dabei soll die Menge des für die Regenerierung entnommenen Teilstromes S₂ so gewählt werden, dass sich nach dem Zusammenführen der beiden Teilströme S₁, S₂ im Dauerumlauf ausreichend gute Sandeigenschaften ergeben. Gegebenenfalls entstehende Sandverluste können mit Neusand ausgeglichen und die Regenerierwirkung kann unterstützt werden.
Der oben erwähnte Regeneriervorgang in Zone F enthält gemäß 2 die folgenden Teilschritte:

F₁: Das Einbringen des regenerierten Sandstromes S₂ in einen Reaktor mit Flüssigkeit.
F₂: Das Behandeln des eingebrachten Sandes über einen bestimmten Zeitraum, der es ermöglicht, die Kornoberfläche ausreichend von Binderresten und Produkten des Gussvorganges zu reinigen.
F₃: Das Abscheiden von freiem Wasser beispielsweise auf Schwingsieben oder in Siebtrommeln.
F₄: Das Trocknen des Sandes.

Was nun den Teilschnitt F₂ anlangt, so erfolgt die Reinigung des eingebrachten Sandes in einer Flüssigkeit; als solche eignet sich Wasser. Zur Unterstützung des Lösevorganges können dem Wasser Zusätze in geeigneter Menge beigegeben werden, beispielsweise Natronlauge bei Wasserglasbinder. Dieser Reinigungsvorgang kann mechanisch beispielsweise durch Rührwerke, Schwingungen und Ultraschallstrahler unterstützt werden. Die Behandlung kann chargenweise oder kontinuierlich erfolgen.
Beim Trocknungsvorgang wird der Trocknungsgrad so gewählt, dass das Gemisch aus dem völlig trockenen Sandstrom S₁ des Zwischenlagers und dem nassregenerierten Sandstrom S₂ rieselfähig ist; so kann der aus beiden Teilströmen S₁, S₂ zusammengesetzte Sandstrom mit den üblichen Einrichtungen einer Gießerei gehandhabt werden.
Nach 3 werden für den oben beschriebenen Verfahrensschritt F₄ des Sandtrocknens, also die Behandlung der Sandkörner mit feuchten Oberflächen in einem Trocknungsreaktor mehrere Verfahren alternativ eingesetzt, bei denen sich die Sandkörner nicht oder nur sehr gering erwärmen; zum einen erfolgt ein Durchströmen mit getrockneter Kühlerluft im Fließbett oder im Flugstrom (Schritt F_4.1), zum anderen ein Durchströmen mit etwas erwärmter Luft mit geringer relativer Feuchte im Flugstrom oder Fließbett (Schritt F_4.2). Oder der Sand wird mit Körnern aus einem Stoff vermischt, der die Feuchte von der Sandkornoberfläche aufnimmt (Schritt F_4.3).
Der Sand wird mit Körnern aus einem Stoff vermischt, der die Feuchte von der Sandkornoberfläche aufnimmt. Die Körner bestehen beispielsweise aus porösen Stoffen mit einer großen inneren Oberfläche. Nach ausreichender Reaktionszeit, in der das Gemisch bewegt werden oder ruhen kann, werden die Sandkörner und die feuchtigkeitsaufnehmenden Körner getrennt, etwa dann mittels Siebung, wenn deren Abmessung größer ist als die der Sandkörner. So erfolgt das Trocknen ohne Erwärmung des Sandes. Der getrocknete Sand wird dem unbehandelten Sandstrom S₁ zugemischt. Die Restfeuchte verteilt sich so auf die Gesamtsandmenge.
Den Trocknungskörnern wird außerhalb des Sandkreislaufs die aufgenommene Feuchtigkeit entzogen.
Eine weitere beispielhaft gezeigte Möglichkeit, die Oberflächenfeuchte der Sandkörner ausreichend zu senken, besteht darin, die feuchten Sandkörner mit faserartigen Stoffen in Kontakt zu bringen. Die Fasern nehmen die Feuchtigkeit der Sandkörner auf und werden, wenn der Sand von den faserartigen Stoffen getrennt wurde, beispielsweise durch Auspressen, Luftspülung oder ähnliche Schritte soweit getrocknet, dass sie wieder Feuchtigkeit von Sandkörnern aufnehmen können.

Claims

Verfahren zum Behandeln von Kernsand und Bindemittel enthaltenden Gießereiformstoffen unter Bildung von Teilströmen, dadurch gekennzeichnet, dass der mit anorganischem/anorganischen Bindemittel/n gebundene Kernsand nach einem Gießvorgang von dabei entstandenen Gussstücken trocken getrennt wird und stückige Teile trocken zerkleinert werden, der Kernsand auf eine vorgegebene Korngröße abgesiebt wird sowie unerwünschte Feinteile entfernt werden, wonach der durch Feuchteentzug ausgehärtete Kernsand in zwei Teilströme (S₁, S₂) unterteilt sowie der eine Teilstrom (S₁) einem Zwischenlager zugeführt und der andere Teilstrom (S₂) nass regeneriert wird, wonach der zwischengelagerte Teilstrom (S₁) und der andere Teilstrom (S₂) nach dessen Regenerierung zusammengeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu regenerierende Teilstrom (S₂) einem Reaktor mit Flüssigkeit zugeführt und der eingebrachte Sand behandelt wird bis die Kornoberfläche ausreichend von Binderresten und Produkten des Gussvorganges gereinigt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeit, insbesondere Wasser, Zusätze beigegeben werden, beispielsweise Natronlauge bei Wasserglasbinder.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Reinigungsvorgang die freie Flüssigkeit abgeschieden und der Sand des Teilstroms (S₂) getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der freien Flüssigkeit auf Schwingsieben oder Siebtrommeln durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen Trocknungsgrad, bei dem das Gemisch aus dem trocken zwischengelagerten Teilstrom (S₁) und dem nass regenerierten Teilstrom (S₂) rieselfähig ist.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Feuchtegrad von höchstens 0,1 %.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, gekennzeichnet durch ein Durchströmen des Teilstroms (S₂) mit getrockneter, kühler Luft im Fließbett oder im Flugstrom.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, gekennzeichnet durch ein Durchströmen des Teilstroms (S₂) mit erwärmter Luft geringer relativer Feuchte im Flugstrom oder Fließbett.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenfeuchten Sandkörner des zu regenerierenden Teilstromes (S₂) in einem Trockenreaktor behandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sand mit Körner aus einem Stoff vermischt wird, der die Feuchte der Sandkornoberfläche aufnimmt.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Zumischung von Molekularsiebperlen aus Zeolithen, insbesondere aus hydrophilen Zeolithen.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Körner aus Silicagel.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch Körner aus porösen Stoffen mit einer großen inneren Oberfläche.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandkörner und die Feuchtigkeit aufnehmenden Körner nach einer Reaktionszeit getrennt werden, in welcher das Gemisch ruht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandkörner und die Feuchtigkeit aufnehmenden Körner nach einer Reaktionszeit getrennt werden, in welcher das Gemisch bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine Reaktionszeit zur Aufnahme der Feuchtigkeit von etwa 10 sec und fünf Minuten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass den Trocknungskörnern außerhalb des Sandkreislaufs die aufgenommene Feuchtigkeit entzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die feuchten Sandkörner mit faserartigen Stoffen in Kontakt gebracht werden, deren Fasern die Feuchtigkeit der Sandkörner aufnehmen.
Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Filze, Gelege oder Gewebe aus organischen und mineralischen Fasern.
Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Aramidfasern.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass nach Trennung des Sandes von den faserartigen Stoffen diese durch Auspressen, Luftspülung od.dgl. soweit getrocknet werden, dass die Feuchtigkeit von Sandkörnern von ihnen aufnehmbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die feuchten Sandkörner mit Bahnen und/oder Körpern aus offenporigen Schäumen in Kontakt gebracht werden, welche die Feuchtigkeit der Sandkörner aufnehmen.
Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch Polyurethanschaum.