DE4224493A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren von Giessereisand - Google Patents

Description

Die Regenerierung dient dem Ziel, die Körner des Gießereisandes von bewußt zugesetzten oder beim Abgießen entstehenden Fremdbe­ standteilen wie Bentonit, Kunstharz, Kohlen-, Koksstaub und anderen Fremdstoffen zu trennen und diese aus dem Gut pneumatisch abzuführen, so daß das Regenerat Neusandqualität erreicht und auch für Kerne wiederverwendet werden kann. Sie wird in Vorrich­ tungen durchgeführt die gewöhnlich aus einem Regenerator mit nachgeschaltetem Separator bestehen. Der im Regenerator abgelöste Staub wird dabei kontinuierlich oder intermittierend mit­ tels eines oder mehrerer Luftströme ausgetragen und in den Separator überführt, in dem er je nach Bauart insgesamt oder nach Staubart getrennt aufgefangen und abgeschieden wird.

Die zur Trockenregenerierung geeigneten Anlagen können nach verschiedenen Prinzipien funktionieren. Als geeignete Trockenre­ generierer bekannt sind Drehtrommeln mit oder ohne Einbauten wie Wirbler o. dgl., pneumatische oder mechanische Prall- oder Flieh­ kraftreiniger, Fließbettregeneratoren und Sandschleifmaschinen. Als Separatoren werden meistens Zyklonabscheider mit nachgeschal­ teten Feinstaubfiltern eingesetzt. Derartige Anlagen und Regene­ rierverfahren sind beispielsweise bekannt aus den Druckschriften DE 29 09 736 A1, DE 39 09 721 A1, DE 40 32 798 A1, DE 41 06 736 A1, DE 41 06 737 A1, DE 41 21 765 A1, DE 41 28 303 A1, EP 0 343 272 A1 und EP 0 465 778 A2. Sie werden in der Regel in gleich­ bleibender Weise hinsichtlich Chargendauer oder Sanddurchsatz­ menge betrieben.

Besondere Erschwernisse bereitet der Bentonit, der in Altsanden in Gehalten bis zu 30 Masse-% und sogar darüber enthalten sein kann, und der zudem in verschiedenen Zustandsformen vorkommt, die unterschiedliche Regenerierungsanforderungen stellen. Bentonit existiert in den kreislaufgeführten Betriebssanden von Eisen- und Stahlgießereien sowohl als für die Formsandbindung notwendiger Aktivbentonit als auch als Ballaststoff in Gestalt des Hartben­ tonits, der durch die Hitze des Gießmetalls seine Bindekraft verloren hat und auf den Sandkörnern als zumeist harte Schale aufgebacken ist. Die Hartbentonitbildung wird haufig auch als Oolithisierung bezeichnet. Hartbentonit muß im Verlauf der Regenerierung durch harten Schlag oder Aufprall abgesprengt oder durch intensive Korn-an-Kornreibung abgeschliffen werden, wobei die Schleifbehandlung zugleich die Sandkörner vorteilhaft rundet.

Die während der Regenerierung abzuführenden Reststoffe aus Aktiv- und Hartbentonit, Kohlenstaub und Kernbinderresten überfordern viele Regeneratoren, so daß entweder überlange Regenerierungs­ zeiten notwendig sind oder aber derart große Reststaubmengen im Regenerat zurückbleiben, daß die Eigenschaften der mit diesem Regenerat hergestellten Kerne drastisch verschlechtert sind. Es hat sich nämlich gezeigt, daß der Reststaubgehalt für die heute gebräuchlichsten Kunstharzbinder der Coldbox- und Hotbox-Ver­ fahren wesentlich unter 0,5 Masse-% liegen sollte, anderenfalls die Regenerate mit hohen Neusandzuschlägen nachgebessert und überhöhte Kunstharzmengen eingesetzt werden müssen. Diese Maß­ nahmen müssen aber künftig aus wirtschaftlichen und Umweltschutz­ gründen erheblich reduziert werden.

Untersuchungen haben gezeigt, daß sich die Zusammensetzung des dem Regenerator zugeführten Altsandes auch in und derselben Gießerei in kurzen Zeitabständen gravierend ändern und deshalb wesentlich veränderte Regenerierungsbedingungen erfordern würde, denen aber die Gießerei aus Unkenntnis nicht entsprechen kann. So wurde beispielsweise gefunden, daß der stets an gleicher Stelle einer Gießerei entnommene Altsand derart unterschiedlich zusam­ mengesetzt war, daß die Regenerierungsdauer zwischen 20 und 80 Minuten hätte angepaßt werden müssen, um gute Regeneratqualitäten zu garantieren. Der Gießerei stehen aber keine Prüfverfahren zur Verfügung, die die notwendigen Daten in ausreichend kurzer Zeit bereitstellen, um die Regenerierungsbedingungen entsprechend anzupassen. Die Regenerierung wird deshalb in der Praxis in diesem Fall mit konstant 30 Minuten Chargendauer und unveränder­ ten Schleif- und Entstaubungsbedingungen betrieben, so daß sich trotz nicht optimal erreichbarer Regeneratqualitäten unnötige Energieverluste und verminderte Durchsatzleistungen ergeben. Viele der heutigen Regenerierungsmißerfolge entstehen also dadurch, daß die jeweils auf Mittelwerte eingestellten Parameter Maschinenlaufzeit, Durchsatzgeschwindigkeit Aufprall- oder Schleifintensität und Entstaubungsleistung unverändert bleiben und auf spontane Änderungen des Altsandes nicht reagiert wird. Eine unwirtschaftliche Betriebsweise und mangelhafte Regenerate sind die Folge mit drastischen Auswirkungen auf die Kern- und Gußstücksqualität. Erschwerend kommt hinzu, daß die heutigen Maschinen von ihrer Bauart her nicht ausgelegt und geeignet sind, um die kurzfristig erforderlichen Änderungen in den Schleif- und Entstaubungsprozessen einzeln und aufeinander abgestimmt durchzu­ führen.

Angesichts dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neue einfache und wirtschaftliche Trockenregene­ rierungstechnik zu schaffen mit sich selbstregelnden Verfahrens­ abläufen und selbststeuernden Regeneratoren, die sich den wech­ selnden Erfordernissen automatisch anpassen können. Gießereisande unterscheiden sich nämlich wegen wechselnder Mengenverhältnisse von Form- und Kernsand und auch wegen der unterschiedlichen thermischen Beanspruchung von Charge zu Charge. Aber auch bei der Regenerierung einer Charge ändern sich im Regenerierungsablauf die spezifischen Anforderungen, die künftig von der Maschine selbst erkannt und berücksichtigt werden müssen. Dafür sind automatisch operierende Meßverfahren notwendig, deren Signale zu kontinuierlicher Anpassung zwischen Durchsatz, Prall- oder Schleifintensität und Entstaubungsleistung und auch zur selbständigen Feststellung der Chargen- oder Behandlungsdauer nutzbar sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während des Prozesses in der Abluft des Regenerators die Staubdichte ständig kontinuierlich oder intermittierend gemessen wird, und daß die Meßwerte zur schnellen Anpassung der Betriebsweise der Maschine an die augenblicklichen Regenerierungsanforderungen verwendet werden. Der bzw. die Meßfühler oder Sensoren des Meßgerätes sind hauptsächlich in der Abluftleitung des Regenerators angeordnet und messen die Staubdichte in der zu einer Separations- mit nachgeschalteter Filteranlage strömenden Luft und liefern ihre Meßwerte an ein Regelgerät. Je nach Regeneratortyp können auch weitere Sensoren, beispielsweise zur Temperatur- oder Feuchtig­ keitsmessung, vorgesehen sein. Vom Regelgerät das zweckmäßig mit einem Fuzzy-Prozessor ausgerüstet ist, werden die Signale ent­ sprechend aufbereitet und die einzelnen Stellglieder der Regene­ rator- und Separatoranlage und ggf. auch des dem Regenerator vorgeschalteten Altsanddosierers und nachgeschalteten Regene­ ratförderers angesteuert.

Bei Untersuchungen mit einem Schleifregenerator hat sich bei­ spielsweise gezeigt, daß der Abschliff des Hartbentonits in der Anfangsphase einer Charge durch die Gegenwart großer Mengen an feinstem Aktivbentonitstaub behindert ist, weil die elastischen Bentonitplättchen als Gleitmittel wirken. Auch Kohlenstaub hat ähnliche Schmiereigenschaften. Diese Sandbestandteile müssen deshalb zunächst unter der Kontrolle der Abluft-Staubmessung bei nur geringer Schleifintensität des Regenerators herausgelöst und abgeführt werden. Da ein Teil dieser Stoffe nachteilig im Kernsand, aber vorteilig im Formsand sind, werden sie als wiederverwendbare staubförmige Wertstoffe zweckmäßig getrennt aufgefangen. Erst wenn in der Abluftleitung niedrige Staubdichten angezeigt werden, ist der Beginn der Schleifphase sinnvoll, der von einer angepaßten Entstaubung der z. Zt. noch nicht wiederver­ wendbaren Feststoffe begleitet ist. Dadurch sind ein optimaler Regenerierungswirkungsgrad und stark verkürzte Regenerierungszei­ ten erreichbar, wodurch nicht nur die Qualität und Wirtschaft­ lichkeit der Regenerierung entscheidend verbessert wird, sondern auch die Reststoffmengen, deren Entsorgung der Gießereiindustrie erhebliche Probleme bereiten, minimiert werden.

Die Regeneratqualität wird in hohem Maße durch den Reststaub­ gehalt bestimmt, der möglichst nahe Null liegen sollte. Deshalb wird der Regenerierungszyklus bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Zeitspanne der Feinentstaubung abgeschlossen, bei der die Schleifwirkung nahezu ausgeschaltet ist, damit kein weiterer Staub mehr entstehen kann. Erst wenn der Sensor nahezu staubfreie Abluft signalisiert, wird die Charge freigegeben und automatisch ausgetragen.

Zur Messung der Staubdichte bietet die heutige Technik mehrere Möglichkeiten, beispielsweise die Anwendung von Lichtschranken aus Lichtquelle und Fotozelle, wobei der durch den Staub im Abluftstrom geschwächte Lichtstrahl die Steuerfunktion für den Regenerator übernimmt. Bei hoher Staubbeladung ist der Licht­ durchgang stark gemindert, so daß sich für die Meßstrecke eine Bypassführung mit verminderten, jedoch proportionalen Staubmengen empfiehlt. Staubablagerungen auf Lichtfenstern, Fotozellen und anderen Sensorteilen sind, durch ständige Frischluftspülung zu verhindern.

Weitere Möglichkeiten zur Bestimmung der Staubdichte bieten Infrarot-, Ultraschall-, Kapazitäts- und Leitfähigkeitsmessungen im Staubluftstrom und andere Verfahren. Auch kann es vorteilhaft sein, verschiedene Meßverfahren neben- oder nacheinander einzu­ setzen. Bei hohen Staubdichten beispielsweise kann die Ultra­ schall-, bei niedrigen hingegen die Lichtdurchlässigkeits­ messung die besseren Empfindlichkeit bieten. Da Aktivbentonit noch Elektrolyt enthält, kann mit der darauf ansprechenden Kapazitäts- oder Leitfähigkeitsmessung sein Gehalt im Abluftstrom ermittelt werden. Bei Änderung der Entstaubungsluftmenge ist auf die Anpassung der Meßempfindlichkeit zu achten, weil hierdurch auch die Staubkonzentration in der Abluft verändert wird.

Die Erfindung ist anhand von Skizzen beispielhaft erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 eine für das erfindungsgemäße Trockenregenerierungsver­ fahren geeignete Sandschleifmaschine und

Fig. 2 eine graphische Darstellung der einzelnen Prozeßstufen bei der Regenerierungsdauer einer Charge.

Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Trockenschleifmaschine hat die Form eines aufrechtstehenden Behälters 1 mit Bodenplatte 2. Um die Seitenwand des Behälters und unter der Bodenplatte sind ringförmige Luftkammern 3, 4 angeordnet, in die Zuleitungen 5, 6 für die Entstaubungsluft münden. Dabei ist Luftkammer 3 mit ringsum laufenden Düsen 7 zur Einleitung von unter Druck oder Sog zugeführter Durchluft und Luftkammer 4 mit Öffnungen 9 oberhalb der Füllhöhe 10 zur Einleitung von Querluft mit dem Innern des Behälters verbunden. Der Strom der durch Pfeil 8 angedeuteten Durchluft nimmt die abgeschliffenen Fremdteilchen des Altsandes auf und führt sie durch die Abluftleitung 12 zu einer nicht dargestellten Separatoranlage, die im einfachen Fall aus einem Zyklonabscheider mit Feinfilter bestehen kann. Der durch Pfeil 11 angedeutete Querluftstrom mündet ebenfalls in die Leitung 12 und unterstützt den Staubaustrag, wenn der zum Ent­ fernen der Fremdteilchen dienende Durchluftstrom 8 zu schwach ist, um auch gröbere Staubpartikel bis zur Abscheideanlage zu transportieren. Am Boden 2 ist ein drehzahlregelbarer Motor 13 zentrisch angebracht, der über eine Welle 14 den Schleifrotor 15 antreibt. Der zu regenerierende Sand wird über die verschließbare Befüllungsöffnung 16 bis zur Füllhöhe 10 dosiert eingebracht und nach Ende der Chargenlaufzeit durch die Entnahmeöffnung 17 ausgeleert.

Die staubhaltige Abluft 20 passiert in der Abluftleitung 12 die Meßstellen 18 und 19 der Sensoren 18a, 18b und 19a, 19b, die in diesem Beispiel als Lichtschranke 18 und Ultraschallmeßstrecke 19 ausgebildet sind, die unterschiedliche Meßempfindlichkeit haben und zeitlich nebeneinander oder auch nacheinander wirkend ge­ schaltet werden können. Je nach Einsatzfall können in der Abluft­ leitung und/oder der Behälterwand auch andere oder weitere nicht dargestellte Meßfühler vorgesehen sein, die beispielsweise die Temperatur oder Feuchtigkeit im Prozeßverlauf ermitteln oder die Umlenkklappe 23 steuern.

Die Signale der Meßfühler werden zweckmäßig nach der Methode der unscharfen Logik in einem lernfähigen Rechner aufbereitet. Dazu wird dieser mit einem Mikroprozessor mit integrierter Fuzzy- Einheit ausgerüstet, beispielsweise einem Chip vom Typ Fuzzy-166 oder höher.

Der aus der Ringkammer 3 gespeiste Durchluftstrom 8 ist über das Ventil 21, der Querluftstrom 11 über das Ventil 22 regelbar der­ art, daß die Summe der Luftströme 8 und 11 im Verlauf der gesam­ ten Regenerierungsdauer ungefähr gleich bleibt. Dieses Verfahren hat sich als besonders einfach und vorteilhaft erwiesen, weil dadurch die Abluftmenge 20 in gleichbleibendem Strom die Meß­ stellen 18 und 19 passiert und die Staubdichte nicht wesentlich beeinflußt, anderenfalls Kompensationsschaltungen notwendig würden.

Die durch die Staubdichte in der Abluft veränderten Signale der Lichtschranke 18 und Ultraschallmeßstelle 19 werden über ein Regelgerät sowohl zur Änderung der Drehzahl des Antriebsmotors 13 als auch zum öffnen bzw. Schließen der Ventile 21 und 22 genutzt. Dadurch können die Schleifintensität und die Entstau­ bungsleistung getrennt voneinander geregelt werden, was eine hohe Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Regenerierung an wech­ selnde Bedingungen gewährleistet. Auch können damit Prozeßbeginn und Ende über die Schließeinrichtungen an der Befüllungsöffnung 16 und Entnahmeöffnung 17 gesteuert werden. Weiter sind sie dazu verwendbar, um in den Fällen, in denen der größtenteils vor der eigentlichen Starkschleifphase abgeriebene Aktivbentonit und Kohlenstaub zur Wiederverwendung getrennt aufgefangen werden soll, entsprechende Umschaltklappen 23 zu separaten Abluftwegen 20 und 24 und eigenen Separatoranlagen anzusteuern.

Fig. 2 zeigt schematisch die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens angepaßte Prozeßsteuerung anhand eines Beispiels bei der Regenerierung eines stark bentonithaltigen Gießereisandes. Die gesamte Regenerierungsdauer ist in mehrere Zeitabschnitte unterteilt, deren Länge an den Sensoren 18a/18b und 19a/19b ermittelt werden.

Zu Beginn wird bei nur langsamer Umdrehung des Schleifrotors, der in diesem Stadium eigentlich nur als Rührwerk fungiert, und starker Durchlüftung des Gutes bei offenem Ventil 21 und ge­ schlossenem Ventil 22 vorzugsweise Wertstoff ausgetragen der durch Klappe 23 in Abluftleitung 20 geführt und nach Abscheidung als Konzentrat zur Rückführung in den Formsandkreislauf geeignet ist. Dieser Staub enthält große Mengen an Aktivbentonit und unverbrauchten Glanzkohlenstoffbildnern, wie z. B. Kohlenstaub. Während der erfahrungsgemäß langen Zeitspanne t₀-t₁ wird nur wenig Antriebsenergie verbraucht und ein Maschinenverschleiß ausgeschlossen, was zu der hohen Wirtschaftlichkeit des Verfah­ rens beiträgt. Zeigen die Sensoren in der Abluft nur noch geringe Staubdichten an, schaltet der Regler den Regenerator automatisch auf höhere Drehzahlen und geringere Durchluftmengen 8 bei angepaßter Verstärkung der Querluft 11. In der nun ablaufenden Schwachschleifphase t₁-t₂ wird immer noch auf den Sandkörnern klebender Aktivbentonit abgerieben und ausgetragen neben steigenden Mengen an Hartbentonit, Kernbinderresten und anderen Ballaststoffen. Hierbei empfiehlt sich die Umschaltung der Abluftklappe 23 zur Freigabe des Abluftweges 24 mit Abscheidung der Reststoffe. Sobald die Meßfühler wieder abnehmende Staub­ dichte feststellen, wird auf die eigentliche Starkschleifphase t₂-t₃ geschaltet, in der die große Masse der Hartbentonitschalen und die Ecken und Kanten der Sandkörner abgeschliffen werden. Danach folgt bei wiederum geringer Schleifrotordrehzahl und viel Durchluft unter der Kontrolle der Lichtschranke 18a/18b die für die Regeneratqualität besonders wichtige Phase t₃-t₄ der Feinentstaubung, die bei t₄ mit dem Austrag des Regenerats endet. Der Zeitpunkt t₄ ist von Sand zu Sand verschieden, seine genaue Einhaltung für eine hochwertige Gußproduktion unabdingbar, durch das erfindungsgemäße Verfahren aber gewährleistet.

So durchläuft der Regenerator unter der Kontrolle der Staubdichte in der Abluft mehrere Regenerierungsstufen, deren Dauer und Schleifintensität von der Menge und Härte der auf den Sandkörnern aufgebackenen oder anhaftenden Fremdstoffen, dem Füllungsgrad und der Leistungsfähigkeit des Regenerators abhängt.

Die Prozeßsteuerung kann, wie in Fig. 2 gezeigt, stufenweise erfolgen oder bei Fuzzy-Regelung auch gleitend ablaufen. Sie ist zwar bei bentonithaltigen Naßguß-Formsanden besonders wirkungs­ voll, kann aber auch für die Entstaubung allein kunstharzhaltiger Formstoffe eingesetzt werden. Sie ist nicht auf die beschriebene Schleifregenerierung beschränkt, sondern kann im Rahmen der Patentansprüche bei Beachtung der jeweiligen Maschinenparameter auch bei anderen eingangs erwähnten Regeneratortypen angewandt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Regenerieren von Gießereisand in Regeneratoren mit pneumatischem Staubaustrag, dadurch gekennzeichnet, daß im Regenerierungsverlauf die Staubdichte in der Austragsluft ständig gemessen und die Meßwerte als Signale zum Regeln des Regenerierungsprozesses benutzt werden.

2. Verfahren zum Regenerieren von Gießereisand in chargenweise betriebenen Trockenregeneratoren, insbesondere in Flieh­ kraft-, Fließbett- oder Schleifregeneratoren, aus denen der Staub mittels strömender Luft ausgetragen und in nachge­ schalteten Separatoren abgeschieden und aufgefangen wird dadurch gekennzeichnet, daß während der Regenerierung die Staubdichte in der Luftabführungsleitung zwischen dem Rege­ nerator und der Separatoranlage kontinuierlich oder inter­ mittierend gemessen wird und die Meßergebnisse als Signale zum Regeln des Regenerierungsprozesses benutzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Staub nach Wertstoff und Abfall getrennt abgeschieden wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Staubdichte mittels Lichtstrahl-, Ultraschall-, Kapazitäts- und oder Leitfähigkeitsmessungen ermittelt und die von den entsprechenden Sensoren gelieferten Signale zur Regelung der Intensität des Luftstromes und/oder der Drehzahl des, bzw. der rotierenden Regeneratorwerkzeuge benutzt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur und/oder Feuch­ tigkeit des Gießereisandes und/oder der Abluft gemessen und die Signale der Meßwerte zur Regelung des Regenerierungs­ prozesses mitbenutzt werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale nach der Methode der unscharfen Logik aufbereitet werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale zur vollauto­ matischen Regelung der Sandregenerierung benutzt werden.

8. Anwendung der Fuzzy-Technologie zur Regelung der Gießereisand-Regenerierung.

9. Vorrichtung zum Regenerieren von Gießereisand, bestehend aus einem Trockenregenerator, einem Luftversorgungssystem und einer dem Staubaustrag dienenden Abluftleitung zwischen dem Trockenregenerator und einer nachgeschalteten Separator­ anlage, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder in der Abluftleitung (12) eine Meßeinrichtung (18, 19) zur Ermittlung des Staubgehalts der durchströmenden Abluft (20) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (18, 19) mindestens einen Sensor enthält, der mittels Lichtstrahl-, Ultraschall-, Kapazitäts- und oder Leitfähigkeitsmessungen ständig oder intermittierend den Staubgehalt der durchströmenden Abluft (20) ermittelt und mit einer Regeleinrichtung verbunden ist, in der die Signale der Meßwerte zur Ansteuerung von Stellgliedern im Antriebs- und Luftversorgungssystem des Regenerators aufbereitet oder umgesetzt werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung mit Stellgliedern der Befüllungs­ öffnung (16) und Entnahmeöffnung (17) des Regenerators und/oder der Luftleitung vor oder in der Separatoranlage verbunden ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung der Regenerieranlage einen Mikroprozessor mit Fuzzy-Einheit hat.