DE102011081530A1

DE102011081530A1 - Verfahren zur Regenerierung des Sandes von Sandformen und -kernen

Info

Publication number: DE102011081530A1
Application number: DE102011081530A
Authority: DE
Inventors: Matthias Hübner; Harald Schwickal
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2013-02-28
Also published as: US20140166226A1; CN103561885B; US8985184B2; WO2013026579A1; ES2607503T3; EP2747914B1; EP2747914A1; CN103561885A

Abstract

Zur Regenerierung des Sandes, der aus Sandformen und/oder -kernen gewonnen wird, die aus dem Sand und Wasserglas als Bindemittel hergestellt und in der Metallgießerei eingesetzt werden, wird der aus den Sandformen und/oder -kernen gewonnene Sand einer mechanischen Regenerationsstufe und einer thermischen Regenerationsstufe unterworfen und zwischen der mechanischen und der thermischen Regenerationsstufe mit einem Härtungsmittel für Wasserglas versetzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenerierung des Sandes, der aus Sandformen und/oder -kernen gewonnen wird, die aus dem Sand und Wasserglas als Bindemittel hergestellt und in der Metallgießerei eingesetzt werden, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Metallgießerei werden z. B. zur Bildung von Hohlräumen mit einem Wasserglas-Bindemittel verfestigte Sandkerne verwendet. Dabei werden beispielsweise zur Serienherstellung von Automobilteilen große Mengen an Sand benötigt.
Statt Neusand wird dabei insbesondere aus Kosten- und Umweltschutzgründen für die Sandkernherstellung Altsand verwendet, d. h. ein aus den Sandkernen gewonnener Sand.
Die Regenerierung des Altsandes kann zweistufig in einer ersten mechanischen und einer zweiten thermischen Regenerationsstufe erfolgen. Der regenerierte Altsand wird im Kreislauf geführt. Nach der Regenerierung des Altsandes erfolgt eine prozentuale Zugabe von Neusand.
Durch die Regenerierung werden Bindemittelreste aus dem Altsand entfernt. Ein im Altsand vorhandener Bindemittelrest wirkt sich auf die Sandkern- und Sandformherstellung aus. So können sich dadurch die Verarbeitungseigenschaften des Formstoffs, also des Gemischs aus Sand und Wasserglas-Bindemittel, ändern, beispielsweise die Fließfähigkeit des Formstoffs und die Aushärtegeschwindigkeit. Zudem kann die Festigkeit des Sandkerns bzw. der Sandform durch Bindemittelreste in dem Altsand beeinträchtigt werden.
Durch die Regenerierung des Sandes mit einer mechanischen und einer thermischen Regenerationsstufe werden die Bindemittelreste auf der Sandkernoberfläche jedoch nur unvollkommen beseitigt. Dieser Zusammenhang gewinnt bei einem geschlossenen Materialkreislauf mit mehrfacher Regeneration des Altsandes an Bedeutung, da bei einer mehrfachen Regeneration des Altsandes eine entsprechende Kumulation der Bindemittelreste erfolgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Regenerierung des Altsandes, der aus mit Wasserglas als Bindemittel verfestigten Sandkernen oder -formen gewonnen wird, so zu verbessern, dass das Bindemittel im Altsand möglichst vollständig beseitigt wird.
Dies wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wiedergegeben.
Nach der Erfindung wird der Altsand, also der aus den Sandformen und/oder -kernen gewonnene Sand, nachdem er vorzugsweise beispielsweise über einem Brecher kornvereinzelt worden ist, einer mechanischen Regenerationsstufe zugeführt. Dazu kann das Bindemittel durch Reibung der Sandkörner aneinander, beispielsweise durch eine mechanisch-pneumatisch Behandlung entfernt werden.
Nach der mechanischen Regenerationsstufe bleibt in dem Altsand ein Bindemittelrest zurück. Dieser Bindemittelrest besteht aus einem aktiven Anteil, der sich unter den Bedingungen der Sandkern- oder Sandformherstellung löst und einen inaktiven Anteil, der unter den Bedingungen der Sandkern- oder Sandformherstellung unlöslich ist. Während der aktive Anteil die Verarbeitungseigenschaften des Formstoffs und die Festigkeit des Sandkerns bzw. der Sandform beeinträchtigt, hat der inaktive Anteil keinen Einfluss auf die Verarbeitungseigenschaften des Formstoffs sowie die Festigkeit des Sandkerns bzw. der Sandform.
Um den aktiven Bindemittelanteil zu beseitigen, wird erfindungsgemäß der kornvereinzelte Sand nach der mechanischen Regenerationsstufe mit einem Härtungsmittel für Wasserglas versetzt, worauf er einer thermischen Reaktionsstufe unterworfen wird.
Als Härtungsmittel wird ein Mittel zur Vernetzung oder Polymerisation der Silikat-Ionen des aktiven Bindemittelanteils verwendet. Durch die Vernetzung und der daraus folgenden vollständigen Aushärtung des verwendeten Wasserglasbindemittelsystems soll die Deaktivierung hervorgerufen werden. Das heißt, zu der Regenerierung des Sandes wird durch einen zusätzlichen Prozessschritt ein Härtungsmittel für Wasserglas zugegeben, welches zu einer vollständigen chemischen Deaktivierung der aktiven, alkalischen Bindemittelreste auf der Sandkornoberfläche führt. Diese Deaktivierung erfolgt durch eine Fällungsreaktion des Wasserglases zu Kieselsäure, jedenfalls zu nicht löslichen Polysilikaten, oder entsprechend dem verwendeten Härtungsmittel auch zu anderen Reaktionsprodukten, z. B. Zeolithe.
Das Härtungsmittel kann eine anorganische oder organische Säure oder ein Salz sein.
Die anorganische Säure kann eine Mineralsäure, beispielsweise Salzsäure oder Phosphorsäure, oder Kohlendioxid sein. Als organische Säure kann eine Mono-, Di- oder Polycarbonsäure verwendet werden, beispielsweise Zitronensäure oder Essigsäure.
Das Salz kann ein Aluminat, beispielsweise Natrium- oder Kaliumaluminat, ein Sulfat, beispielsweise Aluminiumsulfat, ein Phosphat, beispielsweise Aluminiumphosphat oder ein Fluorosilikat, beispielsweise Fluorohexasilikat sein. Das Härtungsmittel sollte gefahrlos in einem automatisierten Prozess einsetzbar sein. Weiterhin sollten die bei der Deaktivierung des aktiven Bindemittelanteils entstehenden Reaktionsprodukte keinen negativen Einfluss auf die Sandqualität bzw. die Bindereaktion bei der Verwendung des regenerierten Sandes haben. Die Fällungsprodukte sollten daher vorzugsweise in der thermischen Regenerationsstufe verbrennen und nicht mehr in dem Salz enthalten sein.
Das Härtungsmittel kann vorzugsweise als wässrige Lösung eingesetzt werden. Die Zugabe des Härtungsmittels darf zu keiner Verklumpung des trockenen Sandes in der Regeneration führen. Vorzugsweise erfolgt eine feine Benetzung der Sandkornoberflächen mit einer Lösung des Härtungsmittels.
Vorzugsweise wird der mit dem Härtungsmittel versetzte Sand während der Härtungsreaktion in einem Fließbett bewegt. Alternativ kann auch ein Mischer eingesetzt werden. Damit kann die Härtungsreaktion während einer definierten Reaktionszeit ablaufen. Mit dem Fließbett kann der Sand in eine Reaktionskammer weiter bewegt werden, in der die thermische Reaktionsstufe durchgeführt wird. Statt eines Fließbettes kann der Sand auch mit einer mechanischen Einrichtung, z. B. einer Förderschnecke, gefördert werden.
Der mit dem Härtungsmittel versetzte Sand kann vor der thermischen Reaktionsstufe auch zwischengelagert werden. Dazu erfolgt ein Transport des Sandes in einem Zwischenbehälter und abschließend die thermische Regenerationsstufe.
In der thermischen Regenerationsstufe wird die Deaktivierung des Bindemittels, also die Aushärtung des aktiven Bindemittels zu inaktivem Bindemittel vervollständigt.
Dazu wird der Sand auf eine Temperatur von vorzugsweise mindestens 200°C, insbesondere mindestens 500°C erhitzt. Die thermische Regenerationsstufe kann mit einer Flamme durchgeführt werden, um die Wasserglasreste an den Sandkörnern zu deaktivieren. Die thermische Regenerationsstufe kann jedoch auch in einem Fließbettofen durchgeführt werden, dem der mit dem Härtungsmittel versetzte Sand zugeführt wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch eine vollständige Deaktivierung des Wasserglasbindemittels eine deutlich verbesserte und konstante Qualität des Altsandes erreicht, also der aus den Sandkernen und/oder -formen gewonnenen Sandes. Das führt zu einem stabileren Fertigungsprozess der Sandkern- bzw. Sandformfertigung und somit zu geringeren Fehler- und Ausschusszahlen. Aufwändige und personalintensive Rezeptanpassungen sind nicht notwendig.
Durch die Deaktivierung des Bindemittels mit dem Härtungsmittel kann ferner die Prozesszeit für die Regenerierung des Sandes herabgesetzt werden. Zudem kann die Prozesstemperatur der thermischen Regenerationsstufe verringert werden. Damit kann der Durchsatz des Altsandes und eine Reduzierung der Betriebskosten erreicht werden.
Zudem wird durch die erfindungsgemäße Deaktivierung des aktiven Restbindeanteiles eine Reduzierung des Neusandanteils erreicht. Die maximale Umlaufzahl und Lebensdauer des Sandes wird erhöht und die notwendige Menge an Neusand sinkt.
Dabei kommt der erfindungsgemäßen Maßnahme, den Sand zwischen der mechanischen und thermischen Regenerierungsstufe mit einem Härtungsmittel für Wasserglas zu versetzen, wesentliche Bedeutung zu.
Während der Anteil des aktiven Restbindemittels ohne diese Maßnahme bei einem Neusandzusatz von z. B. 10 Gew.-% je Altsand-Umlauf mit der gleichen Anlage und sonst gleichen Bedingungen sich nach einem beispielsweise fünffachen Umlauf des Altsandes bereits derart erhöht, dass eine spürbare Beeinflussung der Verarbeitungseigenschaften des Formstoffs eintritt, wird durch das Versetzen des Sandes mit Härtungsmittel die Umlaufzahl entsprechend erhöht oder die notwendige Menge an Neusand entsprechend verringert.

Claims

Verfahren zur Regenerierung des Sandes, der aus Sandformen und/oder -kernen gewonnen wird, die aus dem Sand und Wasserglas als Bindemittel hergestellt und in der Metallgießerei eingesetzt werden, wobei der aus den Sandformen und/oder -kernen gewonnene Sand einer mechanischen Regenerationsstufe und einer thermischen Regenerationsstufe unterworfen und im Kreislauf der Sandform- und/oder -kernherstellung wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sand zwischen der mechanischen Regenerationsstufe und der thermischen Regenerationsstufe mit einem Härtungsmittel für Wasserglas versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Härtungsmittel als wässrige Lösung eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Härtungsmittel versetzte Sand während der Härtungsreaktion in einem Fließbett oder mit einer mechanischen Fördereinrichtung bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Härtungsmittel versetzte Sand vor der thermischen Regenerationsstufe zwischengelagert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Härtungsmittel für Wasserglas eine anorganische oder organische Säure oder ein Salz verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Säure eine Mineralsäure ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Säure eine Mono-, Di- oder Polycarbonsäure ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz ein Aluminat, Phosphat oder Fluorosilikat ist.