DE3614397A1 - Verfahren zum vermindern von emissionen, insbesondere von kohlenwasserstoff-verbindungen, beim giessen von metallen - Google Patents
Verfahren zum vermindern von emissionen, insbesondere von kohlenwasserstoff-verbindungen, beim giessen von metallenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern von
Emissionen, insbesondere von Kohlenwasserstoffverbindungen,
beim Gießen von Metallen nebst Vorrichtung zum Durchführen
des Verfahrens, wobei das Metall als vorbehandelte Gußei
senschmelze in eine aus Sand und einem Bindemittel be
stehende Gießform eingießbar ist.
Es ist bekannt, daß die Herstellung von Teilen aus Eisen
guß, wie GGL (Gußeisen-Lamellen-Graphit) und GGG (Gußei
sen-Kugel-Graphit) in modernen Fertigungsverfahren vielfach
durch komplizierte Form- und/oder Kernsysteme gekennzeich
net ist, die insbesondere in der Serienfertigung hinsicht
lich Fertigungsablauf, Arbeitssicherheit und Umweltbelas
tung vielschichtige Probleme aufwirft (vgl. Zeitschrift
"Staub-Reinhaltung Luft" 41 1981, Nr. 11, S. 421/424 und
"Luft" 43, 1983, Nr. 9, S. 367/371).
Auch ist es bekannt, daß aufgrund von Temperaturunter
schieden zwischen Form-/ Kernsystem und dem flüssigen Ei
sen vom Formstoff in kürzester Zeit große Wärmemengen auf
genommen werden. Besonders in den Oberflächenschichten der
Formen und Kerne kommt es zu einer schnellen Temperatur
steigerung bis ca. 1100°C. Dabei dient ein Teil der Wär
me bei Anwesenheit von Luftsauerstoff in dem Gießform-/
Kernsystem zur Verbrennung, Spaltung, Vercrackung und Ver
gasung der kohlenstoffhaltigen Formsandzusätze und der
Kunstharzsubstanzen und Härter der Kernbindestoffe sowie
des Wassers. Während des Gießvorganges werden demzufolge
große Mengen an schadstoffhaltigen Gießgasen gebildet und
freigesetzt.
Allein in der Bundesrepublik Deutschland kommen heute etwa
85000 t/Jahr an Kohlenstoffträgern als Zusatz zum Form
stoff (sogen. Naßgußsand) zum Einsatz mit hohem Gehalt an
flüchtigen Bestandteilen (35-50%). Daraus folgt, daß ca.
30000 t Kohlenwasserstoffverbindungen bei dem Gießprozeß
freigesetzt werden, wobei vor allem große Mengen an Ben
zol, Phenol, Toluol, Kresol, Naphthalin u.a., entstehen
und mit der Abluft in die Umgebungsatmosphäre gelangen,
vgl. Staub-Reinhaltung Luft 41).
Es wurde bereits versucht, durch neuartige Kohlenstoffpro
dukte als Zusatz zu tongebundenen Gießereiformsandmassen
diesem Problem zu begegnen. Leider stehen die hiermit ver
bundenen, technologischen Nachteile hinsichtlich Güte der
Gußteiloberflächen, Sandaustrag in die Gußputzerei, Auf
treten von Sandausdehnungsfehlern und größeren Zugabemen
gen einer breiten Anwendung entgegen.
Die in dieser Untersuchung genannten Vorteile werden durch
die in der Praxis erforderlichen größeren Zugabemengen zum
großen Teil wieder aufgehoben, (vgl. DE-PS 32 46 324).
Schon früher wurde versucht Metallschmelzen in Sandformen
unter Schutzgasatmosphäre auf kunstharzgebundenen Sandfor
men zu vergießen, (vgl. DE-AS 25 29 392), was jedoch in
dieser einfachen Ausführung nur an Standbahnen möglich
war. Die heutigen Formanlagen mit Taktzeiten 10-70 Sek.
verlangen gerade im unteren Bereich 60 Sek. eine entspre
chend ausgestaltete Einrichtung.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine Vorrich
tung zur Durchführung desselben dahingehend weiterzubil
den, daß durch diese möglich wird, die Zugabemenge von be
kannten Kohlenstoffträgern (z. B. Steinkohlenstäuben, Har
ze, Peche, Öle, Bitumen, Kunststoffe) als Zusatz zum soge
nannten Naßgußsand zu senken und zudem, unabhängig von der
Beschaffenheit des Formstoff-/Kernsystems, den Gasaus
stoß, der einen hohen Gehalt an Schadstoffen enthält, so
wohl während als auch kurz nach dem Gießprozeß um ca. 35%
abzubauen.
Darüber hinaus soll auch die Verstaubung des Kreislauf
sandsystems sowie die bei der Erstarrung und Abkühlung der
Gußteile in den tieferen Formstoffschichten je nach dem
Sand- zu Gußverhältnis ablaufende Pyrolyse der Formstoff
zusätze und Kernbinder gemindert werden.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe verfahrensmäßig da
durch gelöst, daß die Gußeisenschmelze einen hohen Rein
heitsgrad und Keimzustand, wie auch eine kleine Unterküh
lungsneigung und entsprechende, chemische Zusammensetzung
(Liquidustemperatur) aufweist, und diese Schmelze mit ei
ner um 50-100°C niedrigeren Gießtemperatur in Gießfor
men unter Schutzgasatmosphäre eingießbar ist, sowie der
Gießvorgang in seriengemäßer aufeinander Folge einer
Serienfertigung abläuft.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet
sich dadurch aus, daß mindestens vor dem Eingießen der
Gußeisenschmelze in die Gießform eine reduzierende Atmos
phäre in dieser eingestellt wird und zwar in der Weise,
daß als Schutzgas ein Kohlendioxyd (CO2) in die Gießform
eingebracht wird, mit dem der in der Gießform sich befin
dende Luftsauerstoff aus der Gießform verdrängt wird.
Die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Ver
fahrens beinhaltet mindestens eine Gießform aus Formsand
mit einen diesem Sand zugesetzten Bindemittel, wobei diese
Gießform auf einer Gießstrecke mit insbesondere automa
tisch arbeitender Formanlage aufsetzbar ist, und die sich
dadurch auszeichnet, daß mindestens entlang eines Teilab
schnittes der Gießstrecke eine Kohlendioxyd (CO2)-Befül
lungseinrichtung für die Gießformen installiert ist, und
daß diese in Verbindung mit individuell gestalteten Ent
weichungskanälen für die in der Gießform sich befindenden
Luft eine Gasspülung der Gießform vor und während des
Gießvorganges bei gleichzeitiger Oberflächenkühlung ermög
licht, wie auch das Gußeisen vor Oxydation schützt.
Eine weitere Weiterbildung dieser Vorrichtung besteht da
rin, daß entlang der Gießstrecke, mindestens oberhalb des
selben, Zündbrenner zum Abfacheln der während des Gießvor
ganges die Gießformen verlassenden, schadstoffhaltigen
Gießgase vorgesehen sind.
Durch diese Maßnahmen wird nicht nur die der Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft gelöst, sondern es
werden weitere, wesentliche Vorteile erzielt. So ist es
beispielsweise möglich, den Gießvorgang mit niedrigerer
Gießtemperatur (50-100°C) als gegenüber normal herge
stelltem Gußeisen durchzuführen, wodurch eine längere Tem
peraturbelastung der Gießform vermieden wird. Auch wird
durch das Einleiten des Kohlendioxydes (CO2) in das Form
und Kernsystem nicht nur der dort sich befindende Luftsau
erstoff verdrängt, sondern es werden durch diese Gas
spülung sofort bei Gießbeginn reduzierende Bedingungen im
Form-/Kernsystem geschaffen, und es wird die Entwicklung
der schadstoffhaltigen Gießgase stark vermindert. Da vor
allem in den oberflächennahen Schichten keine sehr
schnelle und hohe Aufheizung mehr vorliegt und auch keine
Oxydation stattfinden kann, wird sowohl der erste Gasstoß
als auch die später bei der Erstarrung und Abkühlung der
Gußteile einsetzende Pyrolyse einen günstigeren Verlauf
erhalten.
Es wurde festgestellt, daß mit diesem Verfahren und der
zugehörigen Vorrichtung Einsparungen an den bekannten
Kohlenstoffträgern von 15 bis 40% der sonst üblichen Zu
gabemengen möglich sind. Auf diese Weise werden die Emis
sionen der umweltschädigenden Substanzen drastisch herab
gesetzt und gleichzeitig wirtschaftliche Vorteile erzielt.
Mit dieser primären Umwelt- und Arbeitsschutzmaßnahme sind
außerdem technologische Vorteile bezüglich der Vermeidung
von Gußfehlern vorhanden, wodurch die Eigenschaften der
Gußteile verbessert werden.
In den Zeichnungen ist eine der möglichen Vorrichtungen
zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens schema
tisch dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 Eine Ansicht auf eine Gießstrecke mit zwei auf ei
ner Förderanlage aufgelegten Gießformen und die
Vorrichtung zum Einbringen des Schutzgases vor Ar
beitsbeginn,
Fig. 2 eine Ansicht auf die Gießstrecke nach Fig. 1 mit
der Vorrichtung im Einsatz,
Fig. 3 eine Ansicht auf die Gießstrecke im Zeitpunkt des
Eingießens der Metallschmelze,
Fig. 4 eine Ansicht auf die Gießstrecke nach Fig. 3 und
gleichzeitigen Abfackelns der Gießgase,
Fig. 5 eine Ansicht auf eine die Gießstrecke mit Schutz
gas versorgenden Einrichtung in Frontansicht,
Fig. 6 eine Ansicht auf die Einrichtung nach Fig. 5 in
Seitenansicht, und
Fig. 7 ein Diagramm eines Gießvorganges mit in diesem
aufgetragenen Kurven für Aufheizungen der Gieß
formen im Bereich der Formoberflächen für ohne und
mit das Verfahren nutzenden Metallgüssen.
Das Verfahren zum Gießen von Metallen, insbesondere Grau
gußschmelzen, gemäß der Anmeldung baut auf einer Schmelze
auf, die vorzugsweise nach dem in der DE-PS 26 53 341 und
DE-OS 25 08 252 beschriebenen Verfahren hergestellt und
dem ansschließenden Gießvorgang zugeführt worden ist. Die
ses Gießverfahren zeichnet sich besonders dadurch aus, daß
eine Schmelze mit hohem Schrottanteil (60 u. m. %) in ei
nem Kupolofen erstellt und ansschließend diese Schmelze in
einer Behandlungsrinne einer Desoxydation nebst Keimbil
dung durch Zufügung von Elektrodengraphit unterzogen wird,
wodurch dieser Schmelze eine außerordentlich hohe Homoge
nität verliehen wird, die wesentlich zur Steigerung der
Gußqualität beiträgt.
Diese Gußeisenschmelze wird anschließend einer Gießstrecke
1 zugeführt, wo in bereitgestellte Gießformen 2 eingegos
sen werden kann.
Um einerseits die hohe Qualität der Gußeisenschmelze nicht
zu beeinträchtigen und andererseits diese lunkerfrei und
ohne Einschluß von Verunreinigungen abgießen zu können,
werden die auf einer Gießstrecke 1 sich befindenden Guß
formen 2, welche aus Sand mit einem Bindemittel (z. B.
Kunststoff) hergestellt sind, gastechnisch vorbehandelt,
und es wird die Schmelze selbst unter Schutzgasatmosphäre
in die Gießform eingebracht. Für das Aufbauen der Schutz
gasatmosphäre ist eine besondere Einrichtung 10 nebst
Füllstempeln 11 vorgesehen.
Als Schutzgas hat sich hier Kohlendioxyd (CO2) außeror
dentlich gut bewährt, und es wird nach dem erfindungsge
mäßen Verfahren dieses Kohlendioxyd über in der Gießform 2
vorgesehenen Kanäle in diese eingebracht. Die Kanäle für
das Kohlendioxyd sind in der Gießform 2 derart einge
bracht, daß sie sowohl die Einbringung des Schutzgases
einfach ermöglichen, als auch die in der Gießform sich be
findende Atmosphäre (z. B. Luft) aus dieser Form austreten
lassen (Gasspülung).
Die beim Austritt der Atmosphäre aus der jeweiligen Guß
form 2 mit entweichenden, schadstoffhaltigen Gase, insbe
sondere aus der Verbrennung der kohlenwasserstoffhaltigen
(kunststoffhaltiges Bindemittel) entweichende Gase 3 wer
den entlang der Gießstrecke 1 abgefackelt.
Für das Abfackeln der die Gießformen 2 verlassenden schad
stoffhaltigen Abgase 3 sind Brenner entlang der Gieß
strecke 1 angeordnet, und es sind diese dort so vorge
sehen, daß sie den Bereich der Trennebene 4 der Gießformen
2 deren Unter- und Oberseite 5, 6 erreichen. Solche Zünd
brenner für das Abfackeln der Gase 3 können auch an der
Abkühlzone der Gießstrecke 1 vorgesehen sein, weil schad
stoffhaltige Gase nicht nur während des Eingießens der
Gußeisenschmelze aus den Gießformen entweichen, sondern
dies auch während der Kühlphase tun.
Die Einbringung des Schutzgases, in diesem Fall des Koh
lendioxydes (CO2) bewirkt auch eine Abkühlung der Oberflä
che der einzelnen Giesform 2 und damit auch des Gasraumes,
was sehr deutlich in dem Diagramm, gemäß Fig. 7, darge
stellt ist. In diesem Diagramm sind die Kurven der Aufhei
zung der einzelnen Gießformen 2 in einem Bereich von etwa
4 mm tief aufgetragen.
Das heißt, die Temperaturmessung an der Gießform 2 erfolgt während des Eingieß- und Abkühlvorganges in einer Zone von etwa 4 mm unter der Oberfläche der jeweiligen Gießform.
Das heißt, die Temperaturmessung an der Gießform 2 erfolgt während des Eingieß- und Abkühlvorganges in einer Zone von etwa 4 mm unter der Oberfläche der jeweiligen Gießform.
Aus dem Diagramm wird auch ersichtlich, daß bei der Kurve
A ohne Einfüllung des Kohlendioxydgases ein wesentlich
höherer Temperaturablauf als bei der Kurve B mit Kohlendi
oxydgas sich einstellt. So erfolgte bei der Kurve A das
Eingießen der Schmelze bei einer Temperatur von 1480°C,
während das Eingießen der gleichen Schmelze gemäß der Kur
ve B bei einer Gießtemperatur von 1400°C mit Kohlendi
oxydgas möglich war.
Diese Temperaturunterschiede, die sich durch die Anforde
rung des Kohlendioxydgases ergeben, sind für den Prozeß
verlauf auch insofern interessant, als die Gießform 2 bei
geringerer Temperatur auch mit einer geringeren Schad
stoffentwicklung einher geht.
Dies hat auch zur Folge, daß aufgrund dieses Temperatur
verlaufes einerseits und einer sehr guten Impfung der
Schmelze mit arteigenen Graphitkeimen und Desoxidation
nebst Entgasung und hohen Flexibilität andererseits die
einzuhaltenden Kohlenstoffgehalte festgestellt und so
weitgehend Selbstspeisung des Gußeisens vorliegen kann.
Claims (9)
1. Verfahren zum Vermindern von Emissionen, insbesondere
von Kohlenwasserstoff-Verbindungen, beim Gießen von Me
tallen, wobei das Metall als Gußeisenschmelze in Gieß
formen aus Sand mit einem Bindemittel, wie plastifizier
tem Kunststoff oder Tonmineral eingießbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gußeisenschmelze einen hohen
Reinheitsgrad und Keimzustand, wie auch eine kleine Un
terkühlungsneigung und entsprechende, chemische Zusam
mensetzung (Liquidustemperatur) aufweist, und diese
Schmelze mit einer um 50-100°C niedrigeren Gießtempe
ratur in Gießformen unter Schutzgasatmosphäre eingießbar
ist, sowie der Gießvorgang in seriengemäßer aufeinander
Folge einer Serienfertigung abläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens vor dem Eingießen der Gußeisenschmelze in die
Gießform eine reduzierende Atmosphäre in dieser einge
stellt wird und zwar in der Weise, daß als Schutzgas
ein Kohlendioxyd (CO2) in die Gießform eingebracht
wird, mit dem der in der Gießform sich befindende Luft
suerstoff aus der Gießform verdrängt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
mit der Einbringung des Kohlendioxydes (CO2) in die
Gießform auch eine Kühlung der Oberfläche der Gießform
erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die reduzierende Atmosphäre in der Gießform auch wäh
rend des Gießvorganges fortgesetzt wird.
5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den An
sprüchen 1-4, wobei die Gießformen aus einem Formsand
mit einem diesen haltenden Bindemittel gebildet sind,
und diese Gießformen auf einer Gießstrecke mit insbe
sondere automatisch arbeitender Formanlage aufsetzbar
sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens entlang
eines Teilabschnittes der Gießstrecke eine Kohlendioxyd
(CO2)-Befüllungseinrichtung für die Gießformen in
stalliert ist, und daß diese in Verbindung mit indivi
duell gestalteten Entweichungskanälen für die in der
Gießform sich befindenden Luft eine Gasspülung der
Gießform vor und während des Gießvorganges bei gleich
zeitiger Oberflächenkühlung ermöglicht, wie auch das
Gußeisen vor Oxydation schützt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß entlang der Gießstrecke, mindestens oberhalb der
selben, Zündbrenner zum Abfacheln der während des Gieß
vorganges die Gießformen verlassenden, schadstoffhal
tigen Gießgase vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß solche Zündbrenner auch an einer Abkühlzone der
Gießstrecke vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zündbrenner in zwei Ebenen (Formunterteilebene,
Teilungsebene) der Gießformen vorgesehen und dort ge
geneinander versetzt, angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Gießform mindestens einen zentralen Füllstut
zen für das Einbringen des Schutzgases (Kohlendioxyd
CO2) und mindestens einen ins Freie mündenden Kanal für
den Austritt der verdrängten Luft aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863614397 DE3614397A1 (de) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | Verfahren zum vermindern von emissionen, insbesondere von kohlenwasserstoff-verbindungen, beim giessen von metallen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863614397 DE3614397A1 (de) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | Verfahren zum vermindern von emissionen, insbesondere von kohlenwasserstoff-verbindungen, beim giessen von metallen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3614397A1 true DE3614397A1 (de) | 1987-10-29 |
Family
ID=6299734
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863614397 Withdrawn DE3614397A1 (de) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | Verfahren zum vermindern von emissionen, insbesondere von kohlenwasserstoff-verbindungen, beim giessen von metallen |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3614397A1 (de) |
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