DE4303868A1

DE4303868A1 - Process and apparatus for separating off and recovering abrasives when using water/abrasive blasting

Info

Publication number: DE4303868A1
Application number: DE4303868A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Prof Dr Ing Louis; Joerg Dipl Ing Ohlsen; Gerhard Dipl In Meier-Wiechert
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1993-02-10
Publication date: 1994-09-08

Abstract

The solids (abrasive and joint material) settling in the collecting system filled with water are fed with the assistance of additional water jets by a pump to a hydrocyclone and are thereby separated into two part streams which, in addition to water, essentially contain, on the one hand, re-usable solids and, on the other hand, solids requiring disposal. The solid which is to be re-used is, in the case of water/abrasive suspension blasting, taken directly to a re-use. For water/abrasive injector blasts, prior drying should be carried out. The suspension requiring disposal is thickened by means of a hydrocyclone, the solid being classified and taken to disposal, and the water being recycled into the circulation.

Description

Die Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren als auch die da zu gehörige Anlage zur Trennung und Rückgewinnung von Abrasivmit teln bei der Anwendung von zwei- (Wasserabrasivsuspensionsstrahl) und dreiphasigen (Wasserabrasivinjektorstrahl) Wasserabrasivstrahlen.The invention relates both to a method and to that appropriate plant for the separation and recovery of abrasives when using two- (Water abrasive suspension jet) and three-phase (Water abrasive injector jet) water abrasive jet.

Um die Schneidleistung von Wasserstrahlen hoher Geschwindigkeit zu erhöhen und ihre Anwendung von nichtmetallischen Werkstoffen auf metallische Werkstoffe, Gestein, Keramiken, Verbundwerks toffe usw. zu erweitern, werden dem Wasserstrahl Abrasivmittel beigemischt. Die Erzeugung derartiger wasserabrasivstrahlen erfolgt entweder nach dem Injektorprinzip oder nach dem Suspensionsprinzip.To the cutting performance of high speed water jets to increase and their use of non-metallic materials on metallic materials, stone, ceramics, composite To expand materials etc., the water jet becomes an abrasive added. The generation of such water abrasive jets takes place either according to the injector principle or according to the Suspension principle.

Beim Wasserabrasivinjektorstrahl erzeugt der Wasserstrahl hoher Geschwindigkeit in einer Mischkammer den erforderlichen Unter druck, um Abrasivmittel und Luft zu dessen Transport anzusaugen. Dieses Dreiphasengemisch wird anschließend in einer weiteren Düse (Fokussierdüse) gebündelt und stellt beim Aus tritt daraus das schneidende bzw. abtragende Werkzeug dar.With the water abrasive injector jet, the water jet produces higher Speed in a mixing chamber the required sub pressure to transport abrasives and air suck in. This three-phase mixture is then in one further nozzle (focusing nozzle) bundled and turns off this results in the cutting or removing tool.

Beim Wasserabrasivsuspensionsstrahl wird im Druckkreislauf ein Teilstrom über einen mit Abrasivmittel gefüllten Druckbehälter geführt, durch ihn hindurchgeleitet und anschließend wieder mit dem Reststrom vereinigt. Der Volumenstrom durch den Bypass beeinflußt die ausgetragene Abrasivmittelmenge. Die Umsetzung des Druckes in einen Wasserstrahl hoher Geschwindigkeit erfolgt in einer gemeinsamen Düse. Ein derartiger Strahl besteht im Gegensatz zu dem vorher genannten nur aus zwei Phasen, d. h. aus Wasser und Abrasivmittel. With the abrasive water suspension jet, a in the pressure circuit Partial flow through a pressure tank filled with abrasive guided, passed through it and then again with the residual flow combined. The volume flow through the bypass affects the amount of abrasive discharged. The implementation pressure into a high speed water jet in a common nozzle. Such a beam consists of Contrary to the aforementioned only two phases, i. H. from water and abrasive.

In jedem Fall werden Abrasivmittel in Massengehalten von 5 bis 30% der Wasserdurchsatzmasse verwendet, d. h. beim Wasserabra sivinjektorstrahl 100 bis 500 g Abrasivmittel pro Minute und beim Wasserabrasivsuspensionsstrahl bis zu 2,5 kg Abrasivmittel pro Minute.In any case, abrasives are in mass contents from 5 to 30% of the water flow mass used, d. H. with water abra sivinjector jet 100 to 500 g abrasive per minute and with water abrasive suspension jet up to 2.5 kg of abrasive per minute.

In beiden Fällen dient der Flüssigkeitsstrahl lediglich zur Be schleunigung der Abrasivmittel, die in Form eines Mikrospanpro zesses zum Abtragen des Materials bis hin zu deren Trennung führen. Dadurch gelangt das abgetragene bzw. geschnittene Material in den Abrasivstoff. Beim Schneiden beträgt das Fugen material weniger als 10 Massen-% (z. B. Blei) der eingesetzten Abrasivmittelmenge. Während des Microzerspanprozesses zerbre chen die Abrasivstoffpartikel, so daß nach dem Schneidprozeß Korngrößen kleinerer Fraktionen, als der Ausgangsfraktionen vorliegen.In both cases, the liquid jet is only used for loading acceleration of the abrasive in the form of a microspanpro Process for removing the material up to its separation to lead. This removes the removed or cut Material in the abrasive. When cutting, the joint is material less than 10% by mass (e.g. lead) of the used Amount of abrasive. Shatter during the micro-cutting process Chen the abrasive particles so that after the cutting process Grain sizes of smaller fractions than the original fractions available.

Nach dem Schneiden ist das Abrasivmittel mit dem Fugenmaterial vermischt und zu entsorgen. Das führt zu Kosten, die sich zum einen aus dem Einsatz neuen Abrasivmittels und zum anderen aus der direkten Entsorgung zusammensetzen, wobei davon auszugehen ist, daß insbesondere die Entsorgungskosten zukünftig stark steigen werden. Grundlegende Untersuchungen in unserem Hause haben ergeben, das ein Großteil des Feststoffes wiederverwendet werden kann.After cutting, the abrasive is with the grout mixed and disposed of. This leads to costs that lead to one from the use of new abrasives and the other of direct disposal, assuming is that especially the disposal costs will be strong in the future will rise. Basic examinations in our house have shown that a large part of the solid is reused can be.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verfahren und Anlage zur Trennung und Rückgewinnung von Abrasivmittel bei der Wasserab rasivstrahlanwendung so auszubilden, daß das eingesetzte Abra sivmittel mehrfach und das im Einsatz befindliche Wasser fast ausschließlich wiederverwendet werden können, und daß die Trennung des recyclierbaren Abrasivmittels von dem nicht wie derverwertbaren Abrasivmittel bereits dort erfolgt, wo die nicht recyclierbaren Feststoffe noch im Wasser suspendiert vorliegen. The object of the invention is therefore to process and plant for Separation and recovery of abrasives during water drainage to train the razor jet so that the abra used active agent several times and the water in use almost can only be reused, and that the Separation of the recyclable abrasive from the not like The usable abrasives are already there where the non-recyclable solids still suspended in water available.

Die Erfindung geht davon aus, daß die Rückgewinnung fortlaufend erfolgt, die Option für den diskontinuierlichen Betrieb jedoch nicht ausschließt. Das Abrasivmittel, das aufgrund seiner Fein körnigkeit nicht mehr eingesetzt werden kann, wird vor einer Entsorgung weitgehend von den Wasseranteilen befreit. Das Wasser wird dem Entsorgungskreislauf wieder zugeführt.The invention assumes that recovery is ongoing done, but the option for discontinuous operation does not exclude. The abrasive that due to its fine granularity can no longer be used before a Disposal largely freed from the water components. The Water is returned to the disposal cycle.

Kernstück der Trennung von wiederverwendbarem und zu entsorgen dem Feststoff ist jeweils ein Hydrozyklon, der durch die Wahl der geeigneten Strömungsführung (innere Geometrie) und durch die Wahl der äußeren Parameter (Durchmesser, Zulaufdauer und Geschwindigkeit des Suspensionsstromes) ein Trennen in der flüssigen Phase gewährleistet. Bei dem Einsatz von Wasserabra sivinjektorstrahlen ist nur der wiederverwendbare Anteil des Feststoffes einer Trocknung zuzuführen. Beim Einsatz von Was serabrasivsuspensionsstrahlen entfällt diese Trocknung.The core of the separation of reusable and disposal The solid is a hydrocyclone, each by choice the appropriate flow guidance (inner geometry) and through the choice of external parameters (diameter, inflow duration and Speed of the suspension flow) a separation in the guaranteed liquid phase. When using water abra sivinjektorstrahl is only the reusable part of the Feed solid to a drying. When using what This drying is not necessary for serabrasive suspension blasting.

Da die Korngröße des wiederverwendbaren Abrasivmittels vom Abrasivmittel selbst und vom zu schneidenden Material und der gewünschten Qualität abhängt, sind die inneren und äußeren Be triebsparameter des Zyklons dem jeweiligen Realfall anzupassen bzw. für einen optimalen Einsatzfall auszulegen. Die Entsorgung beschränkt sich auf den Teil des Feststoffes, der aufgrund seiner Feinkörnigkeit nicht für einen wirtschaftlichen Einsatz zum Schneiden wiederverwendet werden kann. Da beim Schneidpro zeß ein hoher Anteil der gebildeten Späne kleiner ist als der wiederzuverwendende Feststoff, reichert sich das Fugenmaterial in den kleinen Fraktionen an und kann so dem Prozeß entzogen.Since the grain size of the reusable abrasive from Abrasive itself and the material to be cut and the desired quality depends on the inner and outer loading Adjust the cyclone's drive parameters to the respective real case or for an optimal application. The disposal is limited to the part of the solid that is due its fine grain not for economical use can be reused for cutting. Since the cutting pro zeß a high proportion of the chips formed is smaller than that solid to be reused, the joint material accumulates in the small fractions and can thus be withdrawn from the process.

Dadurch wird sogar ermöglicht, daß der zu entsorgende Feststoff je nach zu schneidenden Werkstoffen in drei verschiedenen Gruppen entsprechend der Weiterbehandlung klassifiziert werden kann. Diese Gruppierung bezieht sich auf das zu entsorgende Material, einmal aufgeteilt in umweltunbedenkliches Material, welches zu geringen Kosten entsorgt werden kann, und umweltbe denkliches Material, dessen Entsorgung höhere Kosten verursacht.This even enables the solid to be disposed of depending on the material to be cut in three different Groups are classified according to the further treatment can. This grouping refers to what is to be disposed of Material, once divided into environmentally safe material, which can be disposed of at low cost, and environmentally conceivable material, the disposal of which costs more caused.

Die dritte Gruppe beinhaltet Fugenmaterial in Anteilen größer 15%, die eine Wiedergewinnung aus Kostengründen (Rohstoffkosten oder Deponiekosten) sinnvoll erscheinen lassen.The third group contains grouting material in larger proportions 15%, which is a recovery for cost reasons (raw material costs or landfill costs) make sense.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der in der Abbildung wiedergegebenen schematischen Anlage beschrieben werden.In the following the invention with reference to the in the figure reproduced schematic system are described.

Eine übliche Wasserstrahlschneideinrichtung, sowohl geeignet für den Wasserabrasivinjektorstrahl als auch für den Wasserabrasivsuspensionsstrahl, ist in (1) wiedergegeben. Zur Vernichtung der Restenergie des durch das zu bearbeitende Material hindurchtretenden Wasserabrasivstrahls dient eine Wanne, die mit Wasser gefüllt ist. Der Wasserstand kann gegebe nenfalls reduziert werden, wenn zusätzliche Hindernisse in die Wanne eingebaut werden. Die Wanne hat außerdem die Funktion, die sich im Schneidstrahl befindlichen Feststoffe aufzufangen. Neben einer Wanne können jedoch auch andere Auffangsysteme eingesetzt werden, wie z. B. linien- oder punktförmige Systeme.A conventional water jet cutting device, both suitable for the water abrasive injector jet and for the water abrasive suspension jet, is shown in ( 1 ). A tub filled with water is used to destroy the residual energy of the water abrasive jet passing through the material to be processed. The water level can be reduced if necessary if additional obstacles are built into the tub. The trough also has the function of collecting the solids in the cutting jet. In addition to a tub, other collection systems can also be used, such as. B. line or point systems.

Aufgrund der Konstruktion der Wanne und aufgrund der höheren Dichte des Abrasivmaterials sammelt sich der Feststoff am Boden vornehmlich an der tiefsten Stelle. Von hieraus erfolgt eine Austragung aus der Wanne mittels einer Pumpe (4), wobei die Austragung durch zusätzliche seitlich angebrachte Wasserstrah len (3) verbessert wird.Due to the design of the tub and the higher density of the abrasive material, the solid mainly collects on the bottom at the lowest point. From here, it is discharged from the tub by means of a pump ( 4 ), the discharge being improved by additional water jets ( 3 ) mounted on the side.

Von der Pumpe, die gegebenenfalls auch als Wasserstrahlpumpe ausgebildet sein kann, werden das Wasser und der Feststoff dem ersten Hydrozyklon (5) zugeführt. In diesem Hydrozyklon erfolgt durch die Wahl geeigneter innerer und äußerer Parameter eine Trennung in zwei Suspensionen. Die eine enthält die zu entsor genden und die andere die wiederverwendbaren Feststoffe. Die wiederverwendbaren Feststoffe werden einem umlaufenden Bandfil ter zugeführt (6), der wesentliche Flüssigkeitsanteile abscheidet.The water and the solid are fed to the first hydrocyclone ( 5 ) by the pump, which can optionally also be designed as a water jet pump. In this hydrocyclone, a separation into two suspensions takes place through the selection of suitable internal and external parameters. One contains the solids to be disposed of and the other contains the reusable solids. The reusable solids are fed to a circulating band filter ( 6 ), which separates essential liquid components.

Von diesem Bandfilter gelangt das nasse Abrasivmittel in eine Trockenstation (7), die in Form eines beheizbaren Drehrohres, oder anderer Prinzipien, den Feststoff trocknet. Durch die Drehbewegung und/oder zusätzlich eingebaute Vorrichtungen wird die Agglomeration der Partikel verhindert. Nach Durchlaufen der Trocknungsstation wird der getrocknete und wiederverwertbare Feststoff einem Vorratsbehälter (9) zugeführt. Von diesem Vor ratsbehälter gelangt der Feststoff, gegebenenfalls vermischt mit neuem Abrasivmittel, zum Ausgleich des entsorgten Anteils, wieder in den Schneidkreislauf.The wet abrasive passes from this belt filter into a drying station ( 7 ), which dries the solid in the form of a heatable rotary tube or other principles. The agglomeration of the particles is prevented by the rotary movement and / or additionally installed devices. After passing through the drying station, the dried and reusable solid is fed to a storage container ( 9 ). From this storage container, the solid, possibly mixed with new abrasive to compensate for the discarded portion, gets back into the cutting circuit.

Für den Einsatz von Wasserabrasivsuspensionsstrahlen ist eine Trocknung nicht erforderlich.For the use of abrasive water suspension jets is a Drying is not necessary.

Hier wird direkt vom Hydrozyklon (5) kommend die Suspension mit wiederverwertbarem Feststoff in einen Vorratsbehälter geleitet. Der aus dem Hydrozyklon (5) ausgetragene Feststoffanteil, der nicht wiederverwendet werden kann, wird über eine Pumpe (10) zwecks Eindickung einem zweiten Hydrozy klon zugeführt (11). Die Betriebsbedingungen dieses Hydrozy klons erlauben ein hohes Maß an Trennung in den Wasseranteil, mit nur noch sehr kleinen Schwebeteilchen, und in den eingedickten, nicht wiederverwertbaren Feststoffanteil mit wesentlichen Teilen des Fugenmateriales. Das Wasser wird direkt einer Vorratsstation zugeführt (12) und gelangt wieder in den Entsorgungskreislauf. Dem nicht wiederverwendbaren Abrasiv- und Schneidgut wird durch einen umlaufenden Bandfilter (13) die verbliebene Flüssigkeit weitgehend entzogen und einer Entsor gungsstation (14) zugeführt. Die Entsorgungsstation kann bis zu drei Einheiten enthalten, und zwarHere, the suspension with recyclable solids coming directly from the hydrocyclone ( 5 ) is passed into a storage container. The solid fraction discharged from the hydrocyclone ( 5 ), which cannot be reused, is fed via a pump ( 10 ) to a second hydrocyclone for thickening ( 11 ). The operating conditions of this Hydrozy clone allow a high degree of separation in the water content, with only very small suspended particles, and in the thickened, non-recyclable solid content with essential parts of the joint material. The water is fed directly to a supply station ( 12 ) and returns to the disposal circuit. The non-reusable abrasive and cutting material is largely removed by a circulating belt filter ( 13 ) and the remaining liquid is supplied to a disposal station ( 14 ). The disposal station can contain up to three units

a) für umweltunbedenkliches Material, was zu geringen Kosten entsorgt werden kann a) for environmentally safe material, resulting in low costs can be disposed of
b) für umweltbedenkliches Material, dessen Entsorgungskosten höher liegen, weil eine Sonderbehandlung erforderlich istb) for environmentally harmful material, its disposal costs are higher because special treatment is required
c) und für Material, was einer Wiederaufbereitung zugeführt werden kann, entweder um das darin vorhandene Fugenmaterial zurückzugewinnen, um es wieder zu verwenden, oder das Fugen material vom restlichen Abrasivmittel zu trennen, um die Entsorgungskosten zu verringern.c) and for material that is recycled can be, either to the existing joint material recover to use it again, or grouting to separate material from the rest of the abrasive in order to Reduce disposal costs.

Untersuchungen im eigenen Hause haben ergeben, daß mehr als 80% des Abrasivmittels wiederverwendet werden können.In-house research has shown that more than 80% of the abrasive can be reused.

Claims

1. Verfahren zur Trennung und Rückgewinnung von Abrasivmittel aus dem Auffangsystem einer Wasserstrahlschneideinrichtung, wobei das Abrasivmittel durch Schwerkraft und mit Unter stützung zusätzlicher Wasserstrahlen in den Eintrittsbe reich einer Fördereinrichtung gelangt und dadurch gekenn zeichnet, daß die aus dem Auffangsystem ausgetragene Sus pension, in zwei Teilsuspensionen unterschiedlicher Abra sivteildurchmesserfraktionen getrennt, unterschiedlich aufbereitet und dann zum Teil einer Wiederverwendung zuge führt werden kann.1. A process for the separation and recovery of abrasive from the collection system of a water jet cutting device, the abrasive by gravity and with the support of additional water jets in the entry area reaches a conveyor and is characterized in that the discharged from the collection system Sus pension, in two partial suspensions different abrasive part diameter fractions can be separated, processed differently and then partially recycled.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrennung der Suspension aus Wasser und Feststoff in zwei Teilsuspensionen mit Hilfe eines Hydrozyklons erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the Separation of the suspension from water and solid into two Partial suspensions are carried out using a hydrocyclone.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Trocknung gelangende Feststoff einen beheizba ren Drehrohrofen der Schwerkraft folgend durchläuft.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the solid to dry has a heatable passes through the rotary kiln following gravity.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das sich im Auffangsystem befindliche Abra sivmittel kontinuierlich ausgetragen wird.4. The method according to claim 1 or 2 or 3, characterized records that the Abra active funds are continuously discharged.

5. Anlage zur Trennung und Rückgewinnung von Abrasivmittel aus dem Auffangsystem einer Wasserstrahlschneideinrichtung, wobei das Abrasivmittel durch Schwerkraft und mit Unter stützung zusätzlicher Wasserstrahlen in den Ansaugbereich einer Fördereinrichtung gelangt und dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Auffangsystem ausgetragene Suspension, in zwei Teil-suspensionen unterschiedlicher Abrasivteildurch messerfraktionen getrennt, unterschiedlich aufbereitet und dann zum Teil einer Wiederverwendung zugeführt werden kann. 5. Plant for the separation and recovery of abrasives the collection system of a water jet cutting device, with the abrasive by gravity and with sub support of additional water jets in the suction area a conveyor and characterized, that the suspension discharged from the collection system, in two partial suspensions of different abrasive parts through knife fractions separated, prepared differently and can then be partially recycled.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trockenstation Drehrohr (7), Heizstäbe, UV-Strahler usw. als Wärmespeicher vorgesehen sind.6. Plant according to claim 5, characterized in that in the drying station rotary tube ( 7 ), heating elements, UV lamps, etc. are provided as heat storage.

7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung in zwei Teilsuspensionen mit Hilfe eines geeigneten Hydrozyklons (5) erfolgt.7. Plant according to claim 5 or 6, characterized in that the separation takes place in two partial suspensions with the aid of a suitable hydrocyclone ( 5 ).

8. Anlage nach Anspruch 5 oder 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rückgewinnung des Wassers der nicht wiederverwendbaren Suspension im wesentlichen mit Hilfe eines geeigneten Hydrozyklons (10) erfolgt.8. Plant according to claim 5 or 6 or 7, characterized in that the recovery of the water of the non-reusable suspension takes place essentially with the aid of a suitable hydrocyclone ( 10 ).

9. Anlage nach Anspruch 5 oder 6 oder 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Entsorgung des nicht wieder verwertbaren Feststoffs eine Klassifizierung erfolgt in leicht entsorgbares, schwer entsorgbares und wiederaufbe reitungsfähiges bzw. wiederaufbereitungserforderliches Material.9. Plant according to claim 5 or 6 or 7 or 8, characterized characterized in that the disposal of not again usable solid is classified in easily disposable, difficult to dispose of and recycle equitable or reprocessing required Material.

10. Anlage nach Anspruch 5 oder 6 oder 7 oder 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht wiederverwendbare Feststoff, der wesentliche Anteile (größer 20%) des Schneidgutes enthält, aufbereitet wird zum Zweck der Rück gewinnung des Schneidgutes.10. Plant according to claim 5 or 6 or 7 or 8 or 9, characterized in that the non-reusable Solid, the essential portions (greater than 20%) of Contains clippings and is processed for the purpose of return extraction of the material to be cut.