DE4100520C2 - Verfahren zum Regenerieren von Gießerei-Altsanden - Google Patents
Verfahren zum Regenerieren von Gießerei-AltsandenInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von Gießerei-Altsanden
mit organischen und anorganischen Bindemittelbestandteilen oder dgl., insb. mit
hohem Ton-, speziell Bentonitanteil, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1.
Ein Verfahren dieser Art ist z. B. aus der DE-OS 34 00 656 bekannt. Bei diesem
bekannten Verfahren wird der Altsand über einen Magnetabscheider einer Dreh
trommel mit mechanischen Schikanen zugeführt und in dieser mit Hilfe von
durch die Trommel geleiteter heißer Luft getrocknet. Die Trommel dient
gleichzeitig dazu, die Sandbestandteile, soweit erforderlich, zu zerkleinern und
die auf den Sandkörnern haftenden Bindemittelbestandteile durch Reibung me
chanisch abzuarbeiten. Hierzu können auch in der Drehtrommel vorhandene
Mahlkörper dienen. Diese mechanische Abreinigung kann aber auch in einer
gesonderten Stufe mit Hilfe eines Aufprallseparators erfolgen, wie sie bei
spielsweise aus der DE-PS 28 56 536 oder der DE-PS 31 10 578 bekannt sind.
Nach Zwischenspeicherung wird der Sand bei dem bekannten Verfahren durch
einen Fließbettofen geleitet, in dem bei Temperaturen um etwa 800°C vor
allem die chemischen Bestandteile, wie organische Bindemittel, abgebrannt
werden. Der heiße Sand gelangt dann durch eine Kühltrommel, in der eine
Nachreinigung erfolgt und in der der Sand mit Hilfe von Kühlluft auf Raum
temperatur abgekühlt wird. Danach kann der Sand klassiert und der Wiederver
wendung zugeführt werden. Zur Trocknung des Sandes wird die heiße Abluft
des Fließbettofens verwendet, die über einen Abluftfilter der Trocknertrommel
zugeführt und nach erneuter Filterung zusammen mit allen gasförmigen Schad
stoffen umweltschädigend in die Atmosphäre abgeleitet wird. Auch die Abluft
des Kühlers ebenso die zur Weiterbeförderung des Sandes verwendete Luft
wird ebenfalls nach Passieren des Filters in die Atmosphäre abgeleitet.
Die Wiederaufbereitung der Altsande in Gießereien erlangt zunehmende Bedeu
tung, da einer einfachen Deponierung der Altsande aus ökologischen Gründen
zunehmende Schwierigkeiten entgegenstehen. Es werden daher in zunehmendem
Maße Regenerierungsanlagen für Altsande eingesetzt. Diese Altsande können
chemische Zusatzstoffe. insbesondere organische Bindemittel ebenso wie anorganische
Bindemittel, wie Tonanteile, enthalten. Dabei bereitet die Regenerierung von
Altsanden mit hohen Tonanteilen besondere Schwierigkeiten. Diese Tonanteile
können (bei Natursanden und Klebsanden) als Kaolinit, als Montmorillonit
(Hauptbestandteil des Bentonits) und als Mullit oder Aluminiumsilikat (wich
tiger Bestandteil der Schamotte) vorliegen.
Eine rein mechanische Abreinigung oder Regenerierung der Altsande ist nur
dann zufriedenstellend, wenn diese nur einen relativ geringen Tongehalt
aufweisen. Deshalb ist man häufig, wie bei dem Verfahren nach der oben
genannten DE-OS 34 00 656, dazu übergegangen, eine thermische Behandlungsstufe
einzuschalten, in der die Altsande auf Temperaturen von etwa 800°C erhitzt
werden. Bei diesen Temperaturen werden die organischen Bindemittel verbrannt
und die tonhaltigen Bestandteile in einem erheblichen Umfange als Mullit auf
das Quarzsandkorn aufgebrannt. Der Sand wird so schamottisiert, wobei der
Anteil an Schamott in dem regenerierten Sand häufig 5% oder mehr erreicht.
Als nachteilig hat sich dabei erwiesen, daß die Schamottisierung zu einem
höheren Verbrauch von vorbestimmten Komponenten des Bindemittels führt.
Außerdem wird die Sandoberfläche in erheblichem Maße porös, was ebenfalls
den Bindemittelverbrauch erheblich steigert. Hierzu trägt auch das Verbrennen
der organischen Bestandteile bei, da durch dies Verbrennen ebenfalls
zusätzliche Hohlräume im Quarzkorn entstehen.
Ein weiterer Nachteil der hohen Erhitzung des Sandes liegt in dem hohen
Bedarf an thermischer Energie. Auch müssen die Sandkörner nach dieser
Erhitzung noch einmal einer mechanischen Abreinigung unterzogen werden.
Diesen Nachteilen kann man teilweise mit Erfolg begegnen, wenn man den
Altsand im nassen Zustand regeneriert. Dies führt jedoch zu hohen Kosten und
zu erheblichen Problemen bezüglich der Entsorgung des anfallenden Klär
schlammes.
Es ist Aufgabe der Erfindung die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden und ein
trockenes Regenerierungsverfahren vorzuschlagen, das zu einer guten Qualität
des regenerierten Sandes bei wesentlich geringerem Aufwand führt.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
Auf die Anlage der oben genannten DE-PS 31 10 578 geht eine Regenerierungs
anlage zurück, bei der die zweite mechanische Reinigungsstufe der oben
erwähnten Anlage durch eine thermische Reinigungsstufe ersetzt ist (vgl.
DE-OS 38 25 361). Dieser thermischen Regenerierungsstufe ist wenigstens eine
mechanische Regenerierungsstufe jeweils vor- und nachgeschaltet. Bei dieser
bekannten Anordnung ist die thermische Regenerierungsstufe so ausgelegt, daß
die Sandumhüllungen deutlich schneller als das Sandkorn selbst erhitzt und in
den Sandumhüllungen so Wärmespannungen erzeugt werden, die zu einer Ver
kokung und Versprödung der nicht regenerierbaren Umhüllungen führen. Es geht
dabei im wesentlichen darum, durch eine Art Thermoschockbehandlung nur der
Umhüllung deren physikalisches Verhalten für die nachfolgende mechanische
Regenerierung zu Verändern, so daß dort die versprödeten Umhüllungen
leichter auf- und abplatzen. Dazu ist es erforderlich, daß der Heizgasstrom
selbst eine sehr viel höhere Temperatur aufweist, als es für eine thermische
Regenerierung des Sandgemisches erforderlich ist und um 1000°C oder höher
liegt. Gleichzeitig wird die Kontaktzeit zwischen dem aufzubereitenden Sand
und dem heißen Gasstrom so kurz bemessen, daß eine Aufheizung der
Sandkörner über eine Temperatur von etwa 200° bis 300° nicht erfolgt. Auf der
anderen Seite ist die Zuführungstemperatur des Heizgasstromes so hoch, daß
Aluminiumflimmer augenblicklich aufgeschmolzen oder vergast werden.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zielt demgegenüber in eine
wesentlich andere Richtung.
Bei dem neuen Verfahren wird auf eine hohe Erhitzung des Altsandes ver
zichtet. Der als Staub anfallende Reststoff enthält noch alle bindefähigen
Trockenbestandteile und kann in den Gießereiprozeß wieder eingeführt werden.
Die Prozeßtemperatur wird in allen Stufen so begrenzt, daß weder eine Scha
mottisierung noch ein Ausbrennen organischer Bestandteile stattfindet. Dadurch
wird der Bedarf an thermischer Energie wesentlich verringert. Es wird vor
allem aber ein Anstieg des pH-Wertes des Sandes vermieden und die Porösität
der Quarzsandoberfläche erheblich verringert, so daß bei Wiederverwendung des
regenerierten Sandes ein wesentlich verringerter Bedarf an Bindemittel
entsteht. Die organischen und vor allem die tonhaltigen Bindemittel werden auf
effektive Weise mechanisch entfernt. Dabei bleiben Reste an organischen
Bindemitteln in den Poren des Sandes. Dies führt zu einer wesentlichen Ver
ringerung der Oberflächengröße der Sandkörner, d. h. zu einer glatteren Ober
fläche, die den geringeren Bedarf an Bindemittel zur Folge hat. Die
Temperatur wird dabei auf maximal 550°C beschränkt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Prozeßluft oder das bei der Behand
lung entstehende Luftgasgemisch durch die Trocknungsstufe und durch die (erste)
direkt nachgeschaltete mechanische Abreinigungsstufe im Kreislauf durch eine
der Regenerationsstufe nachgeschalteten Trockenfilter und einen Lufterhitzer
geführt wird. Auf diese Weise wird die Prozeßwärme weitgehend erhalten. Ein
vorbestimmter Anteil des Luftgasgemisches wird dabei fortlaufend aus dem
Kreislauf abgezweigt und einer Nachverbrennung zugeführt. Die Nachverbrennung
kann auch dazu dienen, die überschüssigen Anteile der vom Sand abgetrennten
staubförmigen Bestandteile zu inertisieren. Eine solche Inertisierung ist vor der
Lagerung dieser Bestandteile in einer Deponie aus ökologischen Gründen
unbedingt erforderlich. Die thermische Energie, die beim Verbrennen des
abgezweigten Luftgasgemisches und beim Nachbrennen der überschüssigen
Staubbestandteile gewonnen wird, steht zur Erhitzung bzw. Nacherhitzung des im
Kreislauf geführten Luftgasgemisches zur Verfügung. Man erhält so eine gute
Qualität des regenerierten Sandes, dessen Wiederverwendung daher nicht
eingeschränkt ist. Man erhält ferner eine Prozeßführung, die alle ökologischen
Anforderungen gut erfüllt. Der bei dem neuen Verfahren gewonnene
regenerierte Sand ermöglicht ferner einen sparsamen Einsatz der Bindemittel.
Schließlich ist das Verfahren auch aus Gründen des Energieverbrauches und auch
aus Gründen der Kosten besonders günstig.
Die weiteren Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausbildungen bzw. Weiter
bildungen der Verfahren nach Anspruch 1.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Aus
führungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Anordnung zum Ausführen des trockenen Verfahrens zum Regenerieren von Altsanden.
Das Regenerationsverfahren ist mehrstufig. Vor der ersten Behandlungsstufe
wird der Altsand, wiedergegeben durch den Pfeil 2 bei 1 z. B. einem Magnetabscheider
3 aufgegeben, um in dem Altsand vorhandene Gußreste und andere
Metallteile bei 4 abzuscheiden. Der so behandelte Altsand wird bei 5 einer
Trocknungsstufe 6 zugeführt. Diese besteht aus einer
Mahltrocknungsanlage in der der durchlaufende Sand in Bewegung gehalten wird,
Sandzusammenballungen zerkleinert werden und der Sand mit Hilfe heißer Luft
getrocknet wird. Der bei 5 aufgegebene Altsand kann eine Restfeuchte von 2 bis
3% aufweisen. Diese Feuchtigkeit wird in der Mahltrocknungsanlage möglichst
vollständig entfernt. Die Bewegung des Sandes in der Mahltrocknungsanlage
können Wurfschaufeln übernehmen. Es sind verschiedene geeignete
Mahltrocknungsanlagen bekannt, so daß eine nähere Beschreibung nicht
erforderlich ist.
Die der Anlage zugefügte Trocknungsluft wird in einem Kreislaufsystem 7 ge
führt. In einem Lufterhitzer 8 wird die Luft erhitzt und bei 9 der
Trocknungsanlage 6 zugeführt. Die Temperatur der Trocknungsluft wird auf
maximal 500° bis 550°C eingestellt. In der Mahltrocknungsanlage wird der
Altsand erwärmt, zerkleinert und getrocknet. Die Temperatur des Altsandes
beim Verlassen der Trocknungsanlage 6 kann etwa 120° betragen. Mit etwa der
gleichen Temperatur tritt die Abluft bei 10 aus der Trocknungsanlage und gelangt
in eine dieser unmittelbar nachgeschalteten erste mechanische Reinigungs- oder
Regenerationsanordnung 11. Bevorzugt wird in der Stufe 11 ein ein- oder mehrzelliger
Aufprall-Separator eingesetzt.
Das dabei benötigte Trägermedium für den Sand wird über die
Leitung 10 der Anordnung 11 zugeführt. Das Trägermedium besteht aus dem
Luftgasgemisch, das sich in der Trocknungszone 6 bildet. Bevorzugt wird das
Trägermedium ebenfalls auf eine erhöhte Temperatur von bis maximal 250°C
eingestellt. Zur Einstellung der Temperatur kann erhitzte Luft aus der Leitung 9
über Ventil 17 und Leitung 16 abgezweigt und dem Luftgasgemisch in der Lei
tung 10 zugemischt werden. Das aus der Stufe 11 abgeführte Luftgasgemisch
wird über die Leitung 12 einem Trockenfilter 13 zugeführt und gelangt von
diesem über die Leitung 14 zu dem Erhitzer 8 zurück, von dem das Luftgas
gemisch dem Prozeß erneut zugeführt wird.
Die bei der mechanischen Abreinigung in der Anordnung 11 anfallenden übergroßen
Körner werden bei 18 ausgeschieden. Staubförmige Bestandteile werden mit
dem Luftgasgemisch über die Leitung 12 in den Filter 13 ausgetragen und bei
20 aus dem Kreislauf ausgeschieden.
Ein über Ventil 28 einstellbarer Anteil des Luftgasgemisches aus dem Kreislauf
7 wird über Leitung 27 fortlaufend abgezweigt und in dem Nachbrenner 25
einer Verbrennung unterzogen. Der Nachverbrennungseinrichtung 25 werden
auch solche überschüssigen Anteile der staubförmigen Bestandteile, die bei 20
aus dem Filter ausgeschieden werden, bei 26 aufgegeben. Durch den
Brennvorgang werden diese Bestandteile in einen inerten Zustand überführt, so
daß sie bei 32 ausgeschieden und in einer Deponie ökologisch unbedenklich ab
gelagert werden können. Die in der Nachverbrennungsvorrichtung 25 gewonnene
thermische Energie wird über die Abgase gemäß Leitung 30 einem Wärmetau
scher und gegebenenfalls einer Zusatzwärmequelle in dem Erhitzer 8 zugeführt.
Nach Abgabe der Wärme können die Abgase, ggf. nach entsprechender Reini
gung, bei 31 dem Kamin zugeführt werden. Die bei 27 abgeführte Teilmenge
des Luftgasgemisches kann durch Frischluft in den Kreislauf 7 ersetzt werden.
Der so aufbereitete Sand kann nunmehr direkt gekühlt und der Wiederver
wendung zugeführt werden.
Es ist zweckmäßig eine zweite mechanische Abreinigungsanordnung 40 nach
zuschalten, der ein eigener Luftkreislauf 47, 48 zugeordnet ist, der eine ent
sprechende Filteranlage 13a zur Ausscheidung der staubförmigen Bestandteile
bei 20a aufweist. Die mechanische Abreinigungsanordnung 40 kann in
entsprechender Weise wie die Anordnung 11 ausgebildet sein. Auch
hier können noch verbliebene übergroße Teile bei 18a ausgeschieden werden.
Bei Nachschalten einer zweiten Abreinigungsanordnung kann dem ersten Luftgas
kreislauf die erforderlich Ergänzungsluft über Ventil 50 und Leitung 49 aus
dem zweiten Kreislauf 47, 48 zugeführt werden, dem selber Ergänzungsluft
über Ventil 62 bei 61 zugeleitet wird.
Der in der als Stufe ausgebildeten Anordnung 11 aufbereitete Sand tritt mit seiner Restwärme von z. B. 120
bis 200°C in die zweite mechanische Behandlungsstufe 40 ein. Diese Eintritts
temperatur des Sandes bestimmt in dieser Verfahrensstufe die Verfahrenstemperatur. In
dieser Stufe kühlt der Sand auf z. B. 100°C ab und tritt mit dieser Temperatur
bei 45 in den nachgeschalteten Kühler 52 ein. Zur weiteren Abkühlung des
Sandes dient ein eigener Kühlkreislauf, z. B. ein Wasserkühlkreislauf 51, dem
die Wärme über den Wärmetauscher 53 und z. B. eine Luftkühlung 54 entzogen
wird.
Die bei 20 bzw. 20a aus den Filteranlagen anfallenden und ausgeschiedenen
Feinanteile enthalten noch wirkungsvolle Bestandteile von Bentonit und von
Glanzkohlenstoffbildnern. Diese staubförmigen Bestandteile können also zu
einem erheblichen Teil in der Grünsandaufbereitung wieder verwendet werden.
Die überschüssigen staubförmigen Bestandteile werden dagegen bei 26, wie
erwähnt, der Verbrennung zugeführt.
Die im ersten Kreislauf benötigte Luftmenge kann bei einer Leistung der Anla
ge von 5 t/h beispielsweise 7000 Nm3/h betragen. Die über die Leitung 27 ab
gezweigte Menge beträgt etwa 50 Nm3/h. Die Temperatur in dem Mahltrock
ner 6 liegt vorzugsweise zwischen 120 und 500°C, während die
Prozeßtemperatur in der Verfahrensstufe 11 zweckmäßig unter 250°C gehalten wird. Die
Verweilzeit des Sandes im Trockner 6 beträgt etwa 1 Stunde und in den Ab
reinigungsstufen 11 und 40 jeweils etwa 1/2 bis 1 Stunde. Die Geschwindigkeit
des Trägermediums bei Verwendung von pneumatisch-mechanischen
Regenerationsstufen, z. B. Aufprallseparatoren in den Verfahrensstufen 11 und 40 beträgt
zwischen 20 und 40 m/sek.
Die oben angeführten Zahlen beziehen sich auf eine bestimmte Anlage. Die
Werte sind von jeweiligen Gegebenheiten und der Auslegung der Anlage ab
hängig.
Der Erhitzer 8 besteht zweckmäßigerweise aus einem der Nachverbrennungs
einrichtung 25 nachgeschaltetem Wärmetauscher und einer zuschaltbaren Auf
heizeinrichtung.
Claims (10)
1. Verfahren zum trockenen Regenerieren von Gießerei-Altsanden,
bei dem
- a) der Altsand mit einer Restfeuchte nach dem Aussondern von Metallresten in einer Trocknungsstufe (6) in Bewegung gehalten wird, Sand-Zusammenballungen zerkleinert werden und die Restfeuchte des Sandes mit Hilfe erwärmter Luft entfernt wird, die mit einer Temperatur deutlich unterhalb der Sintertemperatur von tonhaltigen und unterhalb der Verbrennungstemperatur von organischen Bindemitteln mit maximal 550°C zugeführt wird;
- b) der getrocknete Sand in einer direkt folgenden Abreinigungsstufe (11) mechanisch gereinigt wird;
- c) wobei das aus der Trocknungsstufe (6) abgezogene (10)
Luft/Gas-Gemisch in wenigstens einem geschlossenen
Kreislauf (7; 47, 48) durch
- 1. die mechanische Abreinigungsstufe (11),
- 2. einen Trockenfilter (13; 13a) und
- 3. einen Erhitzer (8)
- d) der trockene, (mechanisch) gereinigte Sand auf Verarbeitungstemperatur abgekühlt (52) wird;
- e) die in der Abreinigungsstufe (11) abgeschiedenen staubförmigen Feinanteile über eine Filteranlage (13) dem Luft/Gas-Kreislauf (7) entzogen (20) werden;
- f) wobei die noch wirkungsvollen Bestandteile des Bentonits und der Glanzkohlenstoffbildner der Feinanteile wiederverwendbar bleiben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
- a) aus dem Kreislauf (7) des Luft/Gas-Gemischs fortlaufend ein vorbestimmter Anteil (28) abgezweigt und einer Nachverbrennung (25) zugeführt wird;
- b) die in der Nachverbrennung (25) gewonnene thermische Energie dem Erhitzer (8) zugeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem
die Trocknung (6) eine Mahltrocknung ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, bei dem der
Nachverbrennung (25) die überschüssigen Anteile der bei der
mechanischen Abreinigung (11) vom Altsand abgetrennten
(20; 20a), staubförmigen Bestandteile und/oder übergroße
Körner (18; 18a) zu deren Inertisierung zugeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, bei dem die erwärmte (8)
Luft mit einer Temperatur bis maximal 250°C der als ein-
oder mehrzelliger Aufprallseparator ausgebildeten ersten
mechanischen Abreinigung (11) zugeführt wird.
6. Verfahren nach Ansprüch 5, bei dem
der ersten mechanischen Abreinigungsstufe (11) eine zweite,
vorzugsweise mechanisch arbeitende, Abreinigungsstufe (40)
direkt nachgeschaltet ist, deren Prozeßluft in einem
gesonderten geschlossenen Kreislauf (47, 48) über einen
Trockenfilter (13a) geführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem
die dem geschlossenen Kreislauf (7) des erwärmten
Luft/Gas-Gemisches laufend abgezweigte und der
Nachverbrennung (25) zugeführte Menge forlaufend aus dem
gesonderten, geschlossenen Kreislauf (47, 48) der zweiten
mechanischen Abreinigungsstufe (40) ersetzt wird (50, 49).
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem
vorzugsweise die nicht mehr wirkungsvollen Bestandteile der
abgeschiedenen staubförmigen Feinanteile der
Nachverbrennung (25) als Brennstoff zugeführt werden (26).
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem
die staubförmigen Feinanteile durch den Brennvorgang im
Nachbrenner (25) in einen inerten Zustand überführt werden.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 8
und/oder 9, bei dem der Sand während des gesamten
Trocknungs- und Reinigungsverfahrens eine Temperatur von
300°C nicht übersteigt.
Priority Applications (6)
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