DE3639634A1 - Verfahren und vorrichtung zum regenerieren von giessereisand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regenerieren von Gießereisand mit zumindest teilweise von Harzen od. dgl. Binder überzogenen Quarzkörnern od. dgl. in einem temperierten Fließbett.

Die Altsandbehandlung insbesondere kunstharzgebundener Sande aus Gießereibetrieben führt im allgemeinen nicht nur zu einer Verminderung des Einsatzes von Neusanden, sondern darüber hinaus auch zu einer gegenüber diesen besseren Qualität. Zudem vermindert sich dank der Regenerierung von Altsanden die Umweltbelastung insgesamt erheblich.

Zur thermischen Regenerierung sind durch Gasbrenner be­ heizte Fließbetten bekannt, deren geringer Sauerstoffüber­ schuß nur ein unzureichendes Abbrennen der Bindemittel er­ laubt. Als weiterer Mangel hat sich gezeigt, daß Anteile von Eisenoxid beispielsweise bei Massenformstoffen mit Quarzsandbasis zu einem Zusammensintern des Fließbettes führen, wenn sich bei überhöhter Temperatur der Gasheizung FeO.SiO₂ bildet.

Aus diesem Grund wird die Sandregenerierung im Niedrig­ temperaturbereich, also bei unter 500°C, betrieben.

Eine Altsandregenerierung wird üblicherweise in einer einstufigen mechanischen Zerkleinerungs- bzw. Regene­ rieranlage durchgeführt, wobei man den Altsand auf Korn­ fraktion zerkleinert und dabei von den restlichen Binder­ anteilen zu befreien sucht. Derartige regenerierte Sande können je nach Gießereiart und Verfahren sowie nach ent­ sprechender Kühlung zur Form- oder Kernherstellung (mit oder ohne Zugabe von Neusanden) eingesetzt werden.

In vielen Fällen, besonders beim Anfall von Mischsanden, muß zumindest für die Kernherstellung mit 100% Neusand gearbeitet werden, da der einstufig mechanisch regenerierte Altsand den Anforderungen nicht genügt - ein großer Teil der Altsandes muß deshalb auf Deponien ausgelagert werden.

Die eingangs genannten thermischen Regenerierverfahren haben einen sehr hohen Energiebedarf, hohe Investitionskosten und bei sogenannter zweistufiger Regenerierung zudem einen großen Sandverlust. Für kleinere Gießereien sind die üblichen thermischen Regenerierverfahren nicht anwendbar, da letztere wirtschaftlich nur im Dreischichtbetrieb gefahren werden können.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung der ein­ gangs erwähnten Art zu schaffen, mit denen unter Meidung der erkannten Nachteile in einfacher Weise eine Sand­ regenerierung unter günstigen Bedingungen möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß der Altsandstrom an hochtemperierten Heizelementen so vorbeigeführt wird, daß das einzelne Haufwerkskorn kurzzeitig mit wenigstens ei­ nem der Heizelemente in Berührung gebracht und der Binde­ überzug dabei durch einen sogenannten Thermoschock ent­ fernt wird. Es erfolgt dabei eine kurzzeitige Temperatur­ einleitung mit etwa 1000°C, das heißt eine Kurzzeitbe­ rührung einer dünnen Kornschicht,erfolgt und hierdurch ein Verspröden oder Verbrennen der Binderhülle, ohne daß die übrige Masse des Quarzkornes aufgeheizt werden müßte, eine Verringerung des Energieeinsatzes für die Beheizung ist damit evident; bei der thermischen Regenerierung er­ folgt im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Erhitzung des gesamten Sandkorns auf ca. 700°C während einer langen Verweilzeit im Ofen. Dies führt zu hohem Energieaufwand und verhältnismäßig geringer Durchsatz­ leistung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zudem die Haufwerkskörner verwirbelt, um zu gewährleisten, daß je­ der Punkt der Oberfläche eines Quarzkornes dem Thermo­ schock unterworfen wird. Nach einem diesbezüglichen Merk­ mal wird das Haufwerkskorn im Wirbelbett in Fließrichtung mäanderartig auf und ab geführt.

Erfindungsgemäß kann der Thermoschockbehandlung ein Wasch­ prozeß vorgeschaltet werden, mit dem organische Binder aus dem Haufwerk ausgewaschen werden. Erforderlichenfalls wird das Haufwerk nach der Thermoschockbehandlung nochmals bei­ spielsweise durch eine pneumatische Regenerierung nachbe­ handelt, was die Effektivität und die Energiebilanz des Verfahrens verbessern kann.

Im Rahmen der Erfindung liegt eine für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens besonders geeignete Vor­ richtung, bei der in einem Gehäuse im Fließbett mehrere Kammern einander so zugeordnet sind, daß ein längsschnitt­ lich mäanderartiger Fließweg für das Haufwerk besteht, in welchem Heizelemente in engem Abstand zueinanderangeordnet sind und schmale Fließbettquerschnitte begrenzen. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, die Heizelemente stab­ artig auszubilden sowie in einem Raster anzuordnen. Als Energieträger für den Temperaturschock bieten sich bei­ spielsweise bekannte Hochleistungs-Heizpatronen mit einem Chrom-Nickel-Heizmantel an oder Keramik-Heizelemente, deren Wärme gezielt in die Binderhülle gebracht wird und eine Kurzzeitregenerierung ohne lange Anheizphase ermöglicht.

Von besonderer Bedeutung ist auch, daß durch die Kombination jener Heizelemente mit dem Fließbett die Sandpartikel zu­ sätzlich aneinanderreiben, wodurch freie staubförmige Teil­ chen abgeschieden werden. Deshalb verläuft der Thermoschock- Prozeß in einem geschlossenen Gehäuse mit einer Abluftlei­ tung, in welcher aufwirbelnder Staub mit ca. 80 bis 100°C zu einer Filteranlage gebracht wird.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Heizelemente werden bevor­ zugt zu einem Heizregister zusammengefaßt und ragen dann rechtwinklig von einem vertikalen Träger ab.

Um die beschriebenen mäanderartigen Fließwege zu erzeugen, sind im Gehäuse zwischen von dessen Boden aufragenden Zwi­ schenplatten Querwände als Kammerbegrenzung angeordnet, wobei die Höhe der Querwände jener der Zwischenplatte etwa ent­ spricht und die Unterkante jeder Querwand in Abstand zum Boden verläuft und mit diesem einen Spalt begrenzt.

Von Bedeutung für eine gleichmäßige Behandlung ist, daß die horizontalen Abstände zwischen den parallelen Querwänden und Zwischenplatten etwa gleich sind, wobei in einem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel wenigstens drei Zwischenplatten vorhanden sind, die jeweils beidseits von einer Querwand flankiert sind. Vorteilhafterweise sind in jeder dieser Kam­ mern drei vertikale Reihen von stabartigen Heizelementen angeordnet.

Die bevorzugte Ausführung der Vorrichtung bildet eine Thermobehandlungszone, obwohl es bei einer anderen Aus­ führung auch möglich ist, innerhalb der Vorrichtung die­ ser Thermozone eine Kühlzone nachzuordnen, dies um eine kompakte Baueinheit zu erhalten.

Als günstig hat sich für die Zuführung des Altsandes zur Vorrichtung ein Vorsatzkasten erwiesen, der einen Einlauf­ trichter und einen bodenwärtigen Überkornaustrag anbietet.

Dank der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Energie­ bilanz bei der Altsandregenerierung erheblich verbessert, es entstehen geringere Investitionskosten als bei vergleich­ baren Verfahren, und der Einsatz der Vorrichtung ist auch in kleinen Betrieben möglich.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

Fig. 1 einen Verfahrensstammbaum mit einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine vergrößerte Wiedergabe der Vorrichtung nach Fig. 1 im Längsschnitt;

Fig. 3 den Querschnitt durch Fig. 2 nach deren Linie III- III;

Fig. 4 einen Teil der Fig. 2 zu einem anderen Ausführungs­ beispiel.

Eine Anlage zur Regenerierung von Gießereisanden weist ge­ mäß Fig. 1 eine Station A zur mechanischen Vorzerkleinerung -- mit Teilregenerierung -- auf, deren Austrag über eine Leitung 9 einer Station B zugeleitet wird, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Wascheinrichtung C.

In der Station B, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ent­ hält, wird der Gießereisand in einer weiter unten beschrie­ benen Weise behandelt, wobei die einzelnen Quarzkörner des Gießereisandes von sie umhüllendem Bindemittel befreit wer­ den. Der regenerierte Sand gelangt dann durch eine Leitung 11 zu einer Kühlstation D, in der er auf Verarbeitungstempera­ tur heruntergekühlt wird. Falls erwünscht, kann in Station B eine mechanische Nachreinigung erfolgen.

Mit 12 sind Leitungen für Abluft gekennzeichnet; letztere wird in einer Filteranlage F von Schadstoffen befreit.

Ein Gehäuse 20 der Vorrichtung 10 ist oberhalb einer Boden­ wanne 21 in einem Gestell 19 aufgehängt. Mit einem Flansch­ rand 22 der Bodenwanne 21 sind -- unter Zwischenschaltung ei­ ner siebartigen Bodenplatte 23 -- Seitenwände 25 einer bei­ spielsweisen Länge a von 1 600 mm, eine Rückwand 26 einer Höhe h sowie eine Stirnwand 27 festgelegt, deren Höhe t größer ist als jene der Rückwand 26; von letzterer verlaufen die Oberkanten 2 B der Seitenwände 25 in einem spitzen Winkel w von beispielsweise 10° zur Horizontalen H aufwärts. Dank die­ ser Maßgabe entsteht zwischen dieser Horizontalen H und einer Gehäusedecke 29 -- oberhalb eines quaderförmigen Innenraum­ teils 30 des Gehäuses 20 -- ein längsschnittlich keilförmiger Kopfraum 31, in den ein Auslaßstutzen 32 der Stirnwand 27 mün­ det.

Unmittelbar unterhalb des Gehäusedaches 29 befindet sich in der Rückwand 26 ein Durchbruch 34, dem ein Aufgabekasten 35 mit Einlauftrichter 36 für Altsand S vorgesetzt ist. Dieser Aufgabekasten 35 ist mit einem Leitblech 37 versehen, welches den aufgegebenen Altsand S jenem Durchbruch 34 zuleitet, so­ wie mit einem Überkornaustrag 38; sollten schwere Klumpen od. dgl. im Altsand S mitgeführt werden, fallen diese innerhalb des Aufgabekastens 35 abwärts.

Im Gehäuse 20 ist im Horizontalabstand e von etwa 200 mm zur Rückwand 26 eine Querwand 40 einer Höhe i von etwa 600 mm (etwa halbe Rückwandhöhe h) beidends an den Seitenwänden 25 befestigt und zwar in einem Abstand q (hier: 100 mm) der Unterkante 41 zur Bodenplatte 23, also unter Bildung eines Spaltes 42.

In einem Abstand e von dieser Querwand 40 sitzt eine dazu parallel verlaufende Zwischenplatte 44 gleicher Höhe i auf der Bodenplatte 23 auf. Die Oberkante 43 der Zwischen­ platte 44 liegt um jenes Maß q tiefer als die Oberkante 39 der Querwand 40.

Wie Fig. 2 verdeutlicht, sind vier Querwände 40 sowie drei zwischen diesen verlaufende Zwischenplatten 44 vorgesehen; der in Fließrichtung x letzten Querwand 40 ist in jenem Ab­ stand e die Stirnwand 27 zugeordnet, welche in der Höhe i die Unterkante 44 eines Austragsschlitzes 45 aufweist, des­ sen Oberkante mit 46 bezeichnet ist und an den ein geneigtes Austragsmaul 47 anschließt.

Die Querwände 40 und die Zwischenplatten 44 bilden etwa vertikale Kammern 48 und mit diesen für den durchlaufenden Altsand S mäanderartige Fließwege, die in Fig. 2 bei Q lediglich angedeutet sind.

In jenen Kammern 48 sind in einem engen Raster (m,n hier etwa: 70 mm) je drei Kolonnen von Heizstäben 50 horizontal sowie parallel zur Querwand 40 angebracht, zwischen denen ein freier Fließquerschnitt der Breite b von hier etwa 30 bis 40 mm verbleibt.

Diese Heizstäbe 50 sind Hochleistungs-Heizpatronen mit einem Chrom-Nickel-Heizmantel, Keramik-Heizelemente od. dgl., mit denen Oberflächentemperaturen von etwa 1000°C erzielt werden können.

Gemäß Fig. 3 sind mehrere Heizstäbe 50 durch eine Träger­ platte 51 und gegebenenfalls ein Endjoch 52 zu einem auswechselbaren Heizregister 54 zusammengefaßt.

Der durch den Durchbruch 34 in den Innenraum 30 der Vor­ richtung 10 eingebrachte Altsand S fällt vom Leitblech 37 in die erste der Kammern 48 und darin durch die offenen Fließquerschnitte abwärts, wobei das einzelne Quarzkorn kurzzeitig den Mantel eines Heizstabes 50 berührt. Dabei wird eine das Quarzkorn umgebende Binderhülle durch den kurzzeitig einwirkenden Temperaturschock gelöst.

Durch die Bodenplatte 23 dringt Blasluft - von etwa 1500 mm WS und einer Temperatur von etwa 25°C - in die Kammern 4 B ein, die von einem Lüfter 60 durch eine Rohrleitung 61 in die Bodenwanne 21 gegen deren Verteilerprofil 62 gedrückt wird. Die Blasluft gewährleistet das Fließen des Sandes durch den Mäanderweg Q bis zum Austragsschlitz 45. Vor diesem sind Maximum-Sonde/n 56 und Thermostat/e 57 montiert, letztere/s in der Höhe zwischen Unterkante 44 und Oberkante 46 des Aus­ tragsschlitzes 45.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist einem Thermobereich T ein Kühlbereich K nachgeschaltet; die Bodenwanne ist unterhalb der in Vorrichtungsmitte verlaufenden Zwischen­ platte 44 durch eine Trennwand 64 unterteilt. Statt der Heizstäbe 50 sind im Kühlbereich K Kühlelemente 59 vorge­ sehen - letztere sind in Fig. 4 lediglich angedeutet, auch für sie gilt das Raster m, n.

Nicht gezeigt ist in Fig. 4 der obere Teil der Ausführungs­ form 10 _a , welche die Stationen B und D beinhaltet. Auch hier verläßt der regenerierte Sand S ₁ die Vorrichtung 10 bzw. 10 _a bei 47.

Claims (21)

1. Verfahren zum Regenerieren von Gießereisand mit zumindest teilweise von Harz od. dgl. Binder überzogenen Quarz­ körnern od. dgl. in einem temperierten Fließbett, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießereisandstrom an hochtemperierten Heizelemen­ ten so vorbeigeführt wird, daß das Haufwerkskorn kurz­ zeitig mit dem Heizelement in Berührung gebracht und der Binderüberzug dabei durch einen Thermoschock entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine kurzzeitige Temperatureinleitung mit etwa 1000°C erfolgt, wobei die Oberfläche des Haufwerkskornes temperiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Haufwerkskorn in einem Wirbelstrom geführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß aus dem Gießereisand vor der Thermo­ schockbehandlung organische Bindemittel ausgewaschen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Haufwerk nach der Thermoschockbe­ handlung mechanisch nachbehandelt wird.

6. Vorrichtung zum Regenerieren von Gießereisand mit zu­ mindest teilweise von Harz od. dgl. Binder überzogenen Quarzkörnern od. dgl. in einem temperierten Fließbett mit einer Zuführung und einem Austrag für regenerierten Gießereisand, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Ge­ häuse (20) in dem Fließbett mehrere Kammern (48) einan­ der so zugeordnet sind, daß ein längsschnittlich mäan­ derartiger Fließweg (Q) für das Haufwerk (S) besteht, in welchem Heizelemente (50) in engem Abstand (b) zu­ einander angeordnet sind und schmale Fließquerschnitte (b) begrenzen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (50) stabartig ausgebildet sowie in einem Raster (m,n) von etwa 40 bis 60 mm angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einem Gehäuse (20) auswechselbar angebrachtes Heiz­ register (51) aus einem in Einbaulage vertikalen Träger (51) und davon rechtwinklig abragenden Heizstäben (50).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (20) zwischen von dessen Boden (23) aufragenden Zwischenplatten (44) Querwände (40) als Kammerbegrenzungen angeordnet sind, daß die Höhe i der Querwände 40 jener der Zwischenplatte/n etwa entspricht und die Unterkanten (41) der Querwände in Abstand (q) zum Boden unter Bildung eines Spaltes (42) verlaufen.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Ab­ stände (e) zwischen den parallelen Querwänden (40) und Zwischenplatten (44) etwa gleich sind.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch wenigstens drei Zwischenplatten (44), die jeweils beidseits von einer Querwand (40) flankiert sind.

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch drei vertikale Reihen von horizontal verlaufenden Heizelementen (50) in jeder der Kammern (48).

13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der dem Austrag (45) nächstliegenden Kammer (48) eine Maximum-Sonde (56) un­ terhalb der Oberkante (46) des Austrages und/oder ein Thermostat (57) vorgesehen sind/ist.

14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenplatte (44) eine mit den Heizelementen (50) versehene Zone (T) aus mehreren Kammern (48) von einer in Fließrichtung (x) nachfolgenden und von Heizelementen freie Zone (K) aus mehreren Kammern trennt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die von Heizelementen freie Zone (K) als Kühlzone ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (23) des Gehäuses (20) mit Durchbrüchen versehen und oberhalb wenigstens einer Luftverteilkammer (21) angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 und 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zwischenplatte (42) des Gehäuses (20) eine Trennwand (64) zwischen zwei Luftverteilkammern (21) zugeordnet ist (Fig. 4).

18. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Kammer (48) im Gehäuse (20) ein sich zu einem Abluftstutzen (32) od. dgl. Austrag erweiternder Kopfraum (31) vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführung (34) für das Haufwerk ein Einlauftrichter (36) mit bodenwärtigem Überkornaustrag (3 B) vorgeordnet ist.

20. Verwendung von Hochleistungs-Heizpatronen mit Chrom- Nickel-Heizmantel in der Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 19.

21. Verwendung von Hochleistungs-Heizpatronen aus Keramik in der Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 19.