Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung des Sandes in körniger Form aus klumpenförmigem Giesserei-Formmaterial, bestehend aus Sandkör- nern, die mit Formsandbindemitteln überzogen sind. welche durch chemische Reaktion in der Form gebildet wurden.
In der Giessereitechnik umfassen die Arbeitsgänge zum Herstellen von Sandformen und Kernen für Metallgussstücke das Packen von Formsand um das Modell und in den Kernkasten. die zum Herstellen der Form und des Kerns verwendet werden. Beim Formen ist es erforderlich, den Sand um das Modell zu drücken, um genaue Gusskörper ohne Ober flächenfehler oder -schäden zu erhalten. Danach wird das Metall gegossen. anschliessend wird entsprechend lang abgekühlt und dann der Gusskörper entfernt.
Ein wesentlicher Bestandteil beim Sandgiessen ist der Form- und Kernsand. Dieser Sand kann verschiedene Typen umfassen. was von der Grösse und der Art des Gussmaterials abhängt. Eine Art von Sand. die üblicherweise in der Giessereitechnik verwendet wird, besteht aus Silika-Sandkörnern bzw. Siliciumoxyd-Sandkörnern. die im folgenden als Quarzsandkörner bezeichnet werden. Diese Sandkörner sind mit Zusätzen oder anderen Bindestoffen vermischt.
Die gewöhnlich mit dem Sand vermischten Bindemittel tragen zur Aufrechterhaltung der Gestalt der Form und des Kerns bei, nachdem das Modell oder der Kernkasten entfernt worden ist. Ausserdem geben sie den Formen und Kernen verschiedene andere Eigenschaften.
Zu den teilweise bereits sehr lange bekannten Bindemitteln gehören Getreide, gemahlenes Pech. Steinkohle, Gilsonit.
Brennstofföl, Holzmehl. Molasse. Dextrin. Kernöl. welches ein Gemisch aus Leinsamenöl, Harz und einem Verdünner.
wie Kerosin, ist, Kornmehl. verschiedene Proteinbindemittel.
wie Gelatine. Kasein, Leim. Steinkohlenteer. Pech, Petrolpech, Holz- und Gummiharz. In den letzten zehn Jahren sind in der Giessereitechnik neue Bindemittel eingeführt worden, die die vorstehenden ersetzen. Diese neuen Bindemittel nehmen in der Form an einer chemischen Reaktion teil. Zu diesen Bindemitteln gehören Harze. wie Furane, Alkyde. Urethane, Harnstoff- und Phenolformaldehyde. Weiterhin gehören dazu Silikate, wie Natriumsilikat und Zement.
Obwohl die Vorteile des Einsatzes von Bindemittel im allgemeinen die Nachteile ausgleichen, ist es doch für den Giessereifachmann von Bedeutung. beim Einsatz von Bindemitteln vorsichtig zu sein. da sie während des Giessens verdampfen und möglicherweise zum Entstehen von Gasblasen führen, die Poren und andere Gussungenauigkeiten verursachen.
Das Problem der Verdampfung ist besonders von Bedeutung, wenn versucht wird. den Sand nach einer ursprünglichen Mischung von Quarzsand mit Bindemittel wieder zu benutzen. Die Untersuchung für die Wiederbenutzung zeigt. dass manche Sandkörner infolge des Wegbrennens des organischen Materials während des vorhergehenden Giessvorgangs von diesem Material frei sind. so dass zusätzliches organisches Material für die Wiederbenutzung des Sands beim nächsten Formvorgang zugegeben werden muss. andere Körner wiederum haben ihre Beschichtung vollständig beibehalten. Wenn zusätzliches organisches Material zu dem Material zugegeben wird. das von vorher verblieben ist. wird oft eine Verdampfung des organischen Materials erzeugt. die zu stark ist, als dass sie eingedämmt werden könnte. und ein Gussstück ergibt. das Ausschuss ist.
Beim Giessen von grossen Teilen. bei denen das Abkühlen Tage und Wochen dauert. ist der dadurch bedingte Verlust leicht ersichtlich.
Es ist bereits eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit denen versucht wird. die Sandteilchen sowohl hinsichtlich des aufgebrachten Materials auf die Körner als auch der Endgrössenverteilung der Sandteilchen zu reinigen bzw. wiederzugewinnen. So wurde bereits versucht, soviel wie möglich von dem auf die Körner als Schicht aufgebrachten organischen Material zu entfernen. Ein im wesentlichen von organischem Material freies Sandkorn, welches nicht mehr als etwa 5 % organisches Restmaterial aufweist, konnte jedoch ohne Zerstörung der gewünschten Teilchengrössenverteilung nicht erreicht werden, gemäss der typischerweise etwa 80',c der Sandkörner auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,5 bis 0.15 mm zurückgehalten werden.
Die Rückführung des Sandes auf die ursprüngliche Grösse stellt ein ernsthaftes Problem dar. da der mit den früher verwendeten Bindemitteln gebundene Sand im allgemeinen beim Ausrütteln einen losen Sand ergibt, der vielleicht nur 5 Gewichtsprozent Klumpen aufweist. Es hat sich gezeigt, dass für das Zerkleinern dieser Klumpen in einzelne Körner wenig Energie erforderlich ist, da die Bindekräfte, welche die mit Bindemittel beschichteten Sandkörner zusammenhalten, gering sind. Bei einem bekannten vereinfachten Verfahren zum Rückgewinnen bzw. Regenerieren von Sand werden übereinander angeordnete Rüttelelemente verwendet (US-PS 2488 381).
Dieser geringen erforderlichen Energie für mit den alten Bindemitteln beschichteten Sand steht die hohe Energiemenge gegenüber. die erforderlich ist. um die fest gebundenen Klumpen und Brocken von viel grösseren Dimensionen aufzubrechen, die durch den Einsatz der chemisch reagierenden Bindemittel erhalten werden. Diese extrem grossen Brocken müssen auf die Grösse einzelner Körner reduziert werden, damit sie für den Giessereifachmann wieder brauchbar sind, wobei diese gegenwärtig verwendete Art von Bindemittel aus dem Sand entfernt werden muss.
Die bisher bekannten Verfahren zum Regenerieren von Formsand, der mit dem chemisch reagierenden Bindemittel beschichtet ist. verwenden eine Art von Prallmahlen. Brechen, Aufstrahlen oder andere Einwirkungen grosser Kraft, durch die abschliessend ein Grossteil der organischen Materialschicht von den Körnern des Sandes entfernt ist. Dabei ergeben sich jedoch dadurch ernsthafte Probleme, dass die Sandkörner infolge der auf sie ausgeübten Prallkräfte gebrochen werden. Das Brechen der Sandkörner ist ein ernsthafter Mangel bei Giessereisand. da die Grössenverteilungsgleichförmigkeit des Formsandes wesentlich für das Erreichen der Undurchlässigkeit ist. die für ein gutes Giessen erforderlich ist. Das Brechen der Sandkörner schliesst die gewünschte Gasdurchlässigkeit der Form durch Füllen dieser Zwischenräume aus.
Das Ergebnis ist gewöhnlich ein zum Ausschuss gehörendes Gussstück.
Obwohl man erkannt hat. dass die Sandkorngrössenver- teilung beibehalten werden muss, ist der Einsatz von Pralloder Aufbrechkräften Teil eines jeden bekannten Regenerierverfahrens zum Wiedergewinnen von Sand. der mit chemisch reagierenden Bindemitteln beschichtet ist. Vibrationsverfahren und die Verwendung von Vibrationssieben anderseits sind bekannt und werden auch ausgeführt. jedoch immer in Kombination mit der Verwendung einer ausreichenden Prall- oder Druckkraft. welche das Sandkorn bricht. so dass es hinsichtlich des Einsatzes wesentlich schlechter wird, verglichen mit der gewünschten gleichförmigen Sandkorngrösse.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin. ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung des Sandes in körniger Form aus klumpenförmigem Giesserei-Formmaterial zu schaffen, welches Formmaterial aus Sandkörnern besteht. die mit Formsandbindemitteln überzogen sind, welche durch chemische Reaktion in der Form gebildet wurden. Insbesondere soll der Sand in körniger Form wiedergewonnen werden, ohne dass die Sandkörner gebro chen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst.
dass das klumpenförmige Material in einer ersten Zone Schwingungen ausgesetzt wird, um Agglomerate und einzelne überzogene Körner zu bilden, dass das Material in einer zweiten Zone durch Erzeugen von Schwingungen während mindestens 10 s in einer Wirbelschicht gehalten wird, wobei die Agglomerate in ihrer Grösse reduziert und die einzelnen Körner zur Entfernung des Bindemittels gleichzeitig aneinander gerieben werden, und dass die einzelnen Sandkörner schliesslich klassiert und gesammelt werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gemäss der Erfindung gekennzeichnet durch eine Plattform, auf welcher ein relativ zu der Plattform beweglicher Rahmen montiert ist, und durch einen Vibrator, der auf der Plattform angeordnet und mit dem Rahmen verbunden ist, um diesen in Schwingung zu versetzen, wobei innerhalb des Rahmens eine erste Zone zur Zerkleinerung der Klumpen durch Vibration sowie eine zweite Zone vorgesehen ist, die ein Bett für die Aufnahme des von der ersten Zone abgegebenen Materials aufweist, welches durch den Vibrator in Schwingung versetzbar ist.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 zeigt perspektivisch eine Vorrichtung, wobei ein Federabstützmechanismus aufgebrochen ist.
Fig. 2 zeigt perspektivisch teilweise auseinandergezogen die obere Aufbrech- bzw. Zersetzungszone, die Scheuer- bzw.
Abreibzone, in der die Sandkörner sich im wesentlichen im nicht abgestützten bzw. frei schwebenden fluididierten Zustand befinden, die Sieb- bzw. Sichtzone und die unterste Zone bzw. Abgabezone.
Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 1 und zeigt den Ablauf des Zerkleinerns und Regenerierens von Giesssand.
Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 3 und zeigt den Vibrations- bzw. Schwingmechanismus und seine Montage.
Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie 5-5 von Fig. 3 und zeigt dieSägezahnanordnung der Aufbrechzone.
Fig. 6 zeigt in einer stückweise aufgebrochenen Teilansicht der oberen Zone die Abstandshalter und die Sägezahnanordnung.
Fig. 7 zeigt perspektivisch teilweise im Schnitt in einer Einzelheit die die Scheuerzone bildende geschlitzte Platte.
Die in den Fig. 1 bis 4 insgesamt gezeigte Vorrichtung umfasst mehrere Stufen oder Zonen, wie dies aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist. Die erste Zone 12 ist so ausgelegt, dass die grossen Giesssandbrocken L zerbrochen werden, zu welchen die einzelnen Körner durch einen Bindemittelüberzug miteinander vrbunden sind, beispielsweise durch ein übliches Harzbindemittel, welches in der Form chemisch reagiert.
Die Stufe unter der die Klumpen zerbrechenden Stufe ist die Scheuerzone 14, in der die Körner in einem fluidisierten oder nicht abgestützten bzw. freischwebenden Zustand in Schwingung versetzt werden. Unter dem Scheuer- bzw. Abreibdeck ist eine Siebzone 16 vorgesehen, durch welche die einzelnen Körner hindurchgehen und die grossen Agglomerate oder Stücke von eingeschlossenem Metall zurückgehalten werden. In der Abgabezone 18 sind die einzelnen Körner im wesentlichen gereinigt und klassiert und werden dann abgegeben.
Die Vorrichtung 10 zum Zerkleinern und Regenerieren wird von einem motorgetriebenen Vibrator 20 in Schwingung versetzt, wie dies aus Fig. 4 zu ersehen ist.
Im einzelnen besteht die Vorrichtung zum Zerkleinern und Regenerieren aus einer Plattform oder Basis 22, die im wesentlichen aus Profilelementen 24 zusammengesetzt ist, welche miteinander durch querverlaufende Profilelemente 26 so verbunden sind, dass eine mehr oder weniger rechteckförmige Platte oder Basis 22 gebildet wird. Aus Fig. 4 ist zu ersehen, dass sich das mittig angeordnete querverlaufende Profilelement 26 über das Längsprofileisen 24 hinaus erstreckt und vertikal nach oben stehende Elemente 28 trägt, welche eine Motorhalterung 30 abstützen, welche einen herkömmlichen Motor 32 trägt. In herkömmlicher Weise treiben Riemen 24 eine Exzenterwelle 36, die in einem Gehäuse 38 sitzt, welches an der Vorderwand 40 und der Rückwand 42 befestigt ist, die ihrerseits einen Rahmen 44 der Reduzier- und Regeneriervorrichtung bilden.
Die Vorderwand 40 und die Hinterwand 42 sind an ihren Enden durch Seitenwände 46 und 48 verbunden, so dass ein Kasten gebildet wird. Das Gehäuse 38 ist mit einem Radialflansch 50 an jedem Ende versehen, der mit der jeweiligen Vorderwand 40 und Hinterwand 42 und mit mit Öffnungen versehenen Platten 52 und 54 auf der Aussenseite der Seitenwände verbolzt ist. Zwischen dem Flansch 50 und den Platten 52 und 54 mit den Öffnungen können geeignete Lagermechanismen gehalten werden, die nicht Teil der Erfindung sind, um ein Drehen der exzentrischen Welle 36 zu gestatten. An dem Motorende der Welle 36 ist ein exzentrisches Schwungrad 56 vorgesehen, um den Kasten 49 in Schwingung zu versetzen.
Der Rahmen 44 wird direkt von einem rohrförmigen Querelement 58 gehalten, das längs der Profilelemente 24, wie aus Fig. 3 zu sehen ist, im Abstand angeordnet und an dem Rahmen durch eine Vielzahl von Flanschen 60 befestigt ist, die auf jeder Seite der Vorderwand 40 und Hinterwand 42 befestigt sind. An der Positionsstelle eines jeden rohrförmigen Querelementes 58 an der Aussenseite des Rahmens ist eine Federanordnung angeordnet, die einen Haltearm 62 hat, der eine nach oben stehende Stange 64 aufweist. An der Basis der Stange 64 ruht auf dem Profilelement 24 ein Federsitz 68, der eine vertikal angeordnete Feder 70 trägt. Am oberen Ende der Stange 64 ist ein Bund 72 vorgesehen, der gegen die Feder drückt und mit einer Mutter 74 in Lage gehalten ist.
Die Stange 64 steht, wie gezeigt, nach oben durch eine Öffnung vor, die in dem Profilelement 24 bei 76 vorgesehen ist und es ermöglicht, dass der Federsitz 68 von dem Kanalelement 24 um die Öffnung 76 herum abgestützt wird. Ein Gehäuse 78 deckt das Federanordnungsteil ab, welches von der Feder 70 und den zugeordneten Elementen gebildet wird.
Die Aufbrech- bzw. Zerkleinerungszone, wie aus den Fig. 2 bis 6 zu ersehen ist, umfasst ein Verlängerungselement 80 des Rahmens, welches das Oberteil der Zerkleinerungsund Regenerierungsvorrichtung unter Bildung eines Fülltrichters umgibt. Die Verlängerung ist an dem Rahmen 44 auf geeignete Weise unter der Oberkante der Verlängerung 80 befestigt und nimmt den Aufbrechabschnitt bzw. die Aufbrechzone 82 auf. Diese Aufbrechzone ist aus Sägezahnblättern 84 zusammengesetzt, die, wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, von Distanzstücken 86 auf Abstand gehalten sind. Dadurch sind die Blätter 84 in Lage gehalten. Die Sägezahnblätter sind an einer Halteplatte 90 angeschweisst und in Lage gehalten und mit Winkeleisen 92 verspannt, die an der Vorderwand 40 und an der Hinterwand 42 befestigt sind. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, sind die Zähne 94 zueinander abwechselnd oder versetzt angeordnet.
Der Abstand zwischen den Zähnen beträgt etwa 6 mm. Die Zähne haben am Scheitel eine Breite von etwa 12 mm. An der Basis des Blattes verjüngt sich das Blatt auf etwa 9,5 mm. Der Grund, warum der Zahn am Scheitel breiter ist als das Blatt am Boden, besteht darin, dass verhindert werden soll, dass Fremdmetall oder andere grosse Stücke sich an einer Stelle unter dem Scheitel der Zähne absetzen.
Die Sägezähne haben eine Höhe, die vorzugsweise nicht kleiner als 50 mm ist, und bilden an ihren Seiten 95 Winkel von etwa 30 bis 45" von der Vertikalen, so dass eine aus reichende Fläche für den Kontakt und das Greifen des Klumpens L vorhanden ist, um dessen Aufbrechen herbeizuführen.
Es könnte auch eine Zahnhöhe von unter 50 mm und sogar ein flaches Blatt verwendet werden. Dadurch würde jedoch der Wirkungsgrad, bezogen auf Tonnen Sand pro Arbeitsstunde, verringert. Die Zahnhöhe kann über 50 mm ansteigen, beispielsweise auf 75 mm oder mehr. Wenn die Zahnhöhe über den bevorzugten Bereich von 50 bis 100 mm ansteigt, kann jedoch Fremdmetall, das gewöhnlich in dem von der Form entfernten Giesssand vorhanden ist, die Zahnspitzen umbiegen. Die günstigste Zahnhöhe beträgt deshalb 62 mm.
Die grossen Klumpen 82, die in die von dem Schutz 80 gebildete Einfülleinrichtung oben auf die Sägezahnblätter geworfen werden, werden während der Vibrationsbewegung des Rahmens zu Körnern oder Agglomeraten von Sandkörnern aufgebrochen bzw. zerlegt, die mit organischem Material beschichtet sind und eine Grösse von nicht mehr als etwa 6 mm haben. Diese Grösse ist der maximale bevorzugte Abstand zwischen den Zähnen, um die maximale Wirksamkeit zu erreichen, wobei jedoch der genaue Abstand kein entscheidender Faktor ist.
In der Scheuerzone 14 werden die Teilchen gereinigt. Das Scheuerdeck oder die Scheuerdecks setzen sich aus einer Platte oder aus Platten 98 zusammen, die eine Vielzahl von Schlitzen 100 haben. Die Schlitze 100 des Scheuerdecks können zwischen 0,8 bis etwa 4,8 mm variieren und können zueinander einen Abstand zwischen 12 mm und 50 mm haben.
Das durch die Scheuerzone gehende Material ist insgesamt kleiner als 4 mm. Gewöhnlich hat man einzelne Körner, bei denen im wesentlichen das gesamte Bindemittel infolge des Fluidisierungseffektes entfernt ist, der durch das Vibrationsbewegungen ausführende Scheuerdeck erzeugt wird.
Die Platte 98 ist an dem Rahmen dadurch befestigt, dass sie auf Profilelementen 102 gehaltert ist, die über die Vorrichtung im Abstand angeordnet sind, was aus Fig. 3 zu ersehen ist.
Wenn die Sandkörner durch die Schlitze 100 fallen, werden sie durch das Sieb 104 aufgehalten, welches die dritte Zone oder Siebzone 106 bildet. Das Sieb ist längs einer Neigung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, abgestützt und in einer konvexen Lage von der Siebhalterung 108 gehaltert. Die Längsränder des Siebes 104 sind, wie es bei 110 gezeigt ist, zurückgebogen, so dass ein Haken gebildet wird, der von einer C-förmigen Halterung 112 ergriffen ist, die das Sieb über die Siebhalterung 108 streckt. Eine federvorgespannte Stange 114 hält mit Hilfe einer Feder 116 das Sieb in Spannung in Richtung seiner Länge. Das Sieb 104 hat vorzugsweise eine lichte Maschenweite zwischen 1,6 und 0,8 mm.
Infolge der Neigung des Siebs 104 werden grosse Agglomerate und Fremdmetall, die nicht durch das Sieb 104 gehen, durch die Rinne 118 an der Seitenwand 46 abgeführt.
Nachdem die Sandkörner durch das Sieb 104 gefallen sind, werden sie auf einer zusätzlichen Abgabepfanne 120 und einer Abgabepfanne 122 aufgenommen, die, wie in Fig. 3 gezeigt ist, geneigt sind. Die Abgabepfanne kann eine Massivplatte oder ein Sieb mit einer lichten Maschenweite zwischen etwa 0,1 und 0,05 mm sein. Die Abgabepfannen 120 und 122 sind mit hochstehenden Flanschen 124 versehen, die an der Vorderwand und Hinterwand durch Bolzen befestigt sind. Der Sand wird dann bei 126 abgegeben, wobei im wesentlichen das ganze Bindemittel entfernt ist.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren werden die Sandkörner derart gereinigt, dass nur 5 Gew. % oder weniger Bindemittel auf den Sandkörnern als Schicht verbleibt. Es ist jedoch möglich, noch grössere Bindemittelmengen von den Körnern zu entfernen. Wesentlich ist, dass keine Stoss- oder Quetschkraft auf die Sandkörner ausgeübt wird, so dass die Gleichförmigkeit der ursprünglichen Grössenverteilung beibehalten wird. Zusätzlich erzeugt der Abrieb des Überzugs, der sich durch die Vibrationsbewegung ergibt, runde Körner, die in der Giessereitechnik eher erwünscht sind als durch Quetschen erzielte Teilchen, die viele Winkelflächen aufweisen.
Das Verfahren wird auf einfache Weise dadurch ausgeführt, dass grosse Klumpen L in den Fülltrichter eingebracht und auf der S gezahn-Zerlegezone plaziert werden. Zu diesem Zeitpunkt vibriert der ganze Rahmen infolge der Drehung der Exzenterwelle 36. Die Vibration wird vorzugsweise von der Welle bei einer Drehzahl von etwa 1000 Upm erzeugt, obwohl Drehzahlen von mehreren 100 bis 5000 oder mehr Upm benutzt werden können. Die Vibration ist vorzugsweise eine Vibration, die eine vertikale Verschiebung von etwa 6 mm und eine horizontale Komponente von etwa 9,5 mm hat. Der Bereich für die vertikale Verschiebung kann zwischen 3 und 12 mm, der für die horizontale Verschiebung zwischen 3 mm und 16 mm liegen.
Die grossen Klumpen von Giesssand mit Fremdmetall und anderen Verunreinigungen werden auf der Oberseite der Sägezahnblätter 84 angeordnet. Die Sägezähne 94 greifen die grossen Klumpen, und die benachbarten, nicht von den Zähnen gehaltenen Klumpen können sich frei gegen die grossen, bereits ergriffenen Klumpen bewegen. Das Ergebnis der Vibration und des physikalischen Kontaktes zwischen den Klumpen besteht in der Zerlegung der Klumpen in Agglomerate von Sandkörnern. Jedes Agglomerat besteht aus wenigen hundert oder mehr Einzelkörnern, die von dem zu entfernenden Bindemittel noch gebunden sind. Entgegen dem Quetschen und Stossen zur Grössenreduzierung der Klumpen bei den bekannten Verfahren sorgt die Vibrationszone dafür, dass die Klumpen längs der Bindemittekwischenfläche und nicht durch das Korn hindurchbrechen.
Wenn die einzelnen Körner von den grossen Klumpen entfernt sind, gehen sie durch den Abstand zwischen den Blättern 84 und fallen auf die Scheuerzone 96 und auf die Vibrationsplatte 98. Hier werden die grosse Masse von Agglomeraten von Körnern sowie die einzelnen Körner zu einem Bett angehäuft, das von 25 mm bis 30 cm tief sein kann. Vorzugsweise beträgt die Bettiefe etwa 50 mm. Infolge der Vibration befinden sich die Körner in einem im wesentlichen kontinuierlich frei schwebenden bzw. nicht gehaltenen Zustand, der auch als fluidisiertes Stadium bezeichnet werden kann. Infolge der freischwebenden Lage einer Vielzahl von Körnern treffen die Körner in ihrer willkürlichen Bewegung aufeinander.
Nach zahlreichen gegenseitigen Kontakten unter den unregelmässigen Sandkörnern, die mit Bindemittel beschichtet sind, beginnen die Körner sich sanft, jedoch wirksam von dieser Beschichtung zu reinigen. Durch Aufrechterhaltung des fluidisierten Stadiums über mehr als 10 s bis zu 15 min, bevor die Körner durch die Scheuerzone hindurchgehen, werden sie nicht nur weiter ausgehend von den möglicherweise vorhandenen Agglomeraten zerkleinert, sondern auch ganz gesäubert.
Durch die Verwendung der Scheuerplatten bzw. -decks allein werden die Körner, wenn ausreichend Zeit vorhanden ist, nur soweit gereinigt, dass noch 5 Gew. So Bindemittelschicht vorhanden sind. Es ist deshalb notwendig, dass die Vibration ausreichend stark ist, um ein fluidisiertes oder frei schwebendes Bett von Körnern aufrechtzuerhalten, und dass die Zeit in der Scheuerzone genügt, um die Bindemittelmasse in dem erforderlichen Ausmass zu entfernen. Vorzugsweise reichen gewöhnlich 20 bis 40 s. Für die Zeit, in der die Sandkörner sich in der Scheuerzone befinden, wird keine Maximalzeit festgelegt, mit der Ausnahme der Zeit, die durch Wirtschaftlichkeitsüberlegungen gegeben wird.
Allmählich fallen die Sandkörner durch die Schlitze 100 und kommen zur Siebzone. Die Schlitze sind jedoch nur vorgesehen, um eine einfache Einrichtung für den Durchtritt der Körner zur folgenden Zone zu schaffen. Es ist auch möglich, die Scheuerplatte oder Scheuerplatten durchgehend und ohne Schlitze, jedoch so geneigt auszubilden, dass die Körner von einem Ende einer jeden Platte zu der darauffolgenden Platte oder Zone gelangen können.
Nachdem die Sandkörner durch die Scheuerzone hindurchgegangen sind, kommen sie in die Siebzone 106 mit dem Sieb 104, welches in gleicher Weise schwingt. Das Sieb 104 schwingt, um die Teilchen in einem fluidisierten Zustand zu halten, damit die einzelnen Körner weiter zusätzliches Bindemittel entfernen können. Die abschliessende Siebung und Klassierung wird dazu verwendet, den üblichen Giessereisand zu erzeugen.
Wenn in der Scheuerzone tatsächlich die ganze erforderliche Bindemittelmenge entfernt wird, wirkt die Siebzone hauptsächlich als Sortierungszone, um Fremdmetall oder andere Verunreinigungen einzufangen und zu entfernen, die durch die anderen beiden Zonen hindurchgelangt sind, und um diese Verunreinigungen und Fremdmetalle nach aussen durch die Rinnen 118 abzuführen.
Die am Ende angeordnete Pfanne führt zu einer weiteren Vibration, die ausreichen kann, um die Teilchen darüber zu fluidisieren. Dies kann zu einer Klassierung der Sandkörner beitragen, die in diese Zone fallen. Die Abgabepfannen können Siebe mit einer lichten Maschenweite von 0,05 bis 0,15 mm sein. Eine nicht gezeigte Luftquelle zieht vorzugsweise Luft durch Öffnungen 128 und 130 über den Abgabepfannen und nach aussen durch die Vorrichtung, um die ganzen, sehr leichten Bindemittelteilchen zu entfernen, die von den Sandkörnern abgerieben worden sind.
Es sind alle Bauelemente in einer einzigen Einheit zusammengefasst, die einfach gebaut und wirtschaftlich zu betreiben ist.
The invention relates to a method and a device for recovering the sand in granular form from lump-shaped foundry molding material, consisting of sand grains which are coated with molding sand binding agents. which were formed in the mold by chemical reaction.
In foundry technology, the operations involved in making sand molds and cores for metal castings include packing molding sand around the model and into the core box. which are used to make the mold and core. When molding, it is necessary to press the sand around the model in order to obtain precise castings without surface defects or damage. Then the metal is poured. it is then cooled for a correspondingly long period and then the cast body is removed.
An essential component in sand casting is the molding and core sand. This sand can be of different types. which depends on the size and type of casting material. Some kind of sand. which is usually used in foundry technology, consists of silica sand grains or silicon oxide sand grains. which are referred to below as grains of quartz sand. These grains of sand are mixed with additives or other binders.
The binders usually mixed with the sand help maintain the shape of the mold and core after the pattern or core box has been removed. They also give the shapes and cores various other properties.
The binders, some of which have been known for a long time, include grain and ground pitch. Bituminous coal, gilsonite.
Fuel oil, wood flour. Molasses. Dextrin. Pumpkin seed oil. which is a mixture of flaxseed oil, resin and a thinner.
like kerosene, is, grain flour. various protein binders.
like gelatin. Casein, glue. Coal tar. Pitch, petrol pitch, wood and gum resin. In the last ten years, new binders have been introduced in foundry technology to replace the above. These new binders take part in a chemical reaction in the mold. These binders include resins. like furans, alkyds. Urethanes, urea and phenol formaldehydes. They also include silicates such as sodium silicate and cement.
Although the advantages of using a binder generally offset the disadvantages, it is important to the foundry specialist. to be careful when using binders. as they evaporate during casting and possibly lead to the formation of gas bubbles that cause pores and other casting inaccuracies.
The problem of evaporation is particularly important when attempting. to use the sand again after an original mixture of quartz sand with binder. The investigation for reuse shows. that some grains of sand are free of this material as a result of the organic material being burnt away during the previous pouring process. so additional organic material has to be added to reuse the sand in the next molding process. other grains have retained their coating completely. When additional organic material is added to the material. that remained from before. vaporization of the organic matter is often generated. too strong to be contained. and results in a casting. the committee is.
When casting large parts. where cooling takes days and weeks. the resulting loss is easy to see.
A large number of methods and devices are already known with which one tries. to clean or reclaim the sand particles both in terms of the material applied to the grains and the final size distribution of the sand particles. Attempts have already been made to remove as much as possible of the organic material applied as a layer to the grains. A grain of sand essentially free of organic material, which does not contain more than about 5% residual organic material, could not, however, be achieved without destroying the desired particle size distribution, according to which typically about 80 ', c of the sand grains on a sieve with a mesh size of 0 , 5 to 0.15 mm are retained.
The restoration of the sand to its original size poses a serious problem, since the sand bound with the binders previously used generally results when shaken out into a loose sand which has perhaps only 5% by weight lumps. It has been shown that little energy is required to break these lumps into individual grains, since the binding forces that hold the grains of sand coated with binding agent together are low. In a known, simplified method for recovering or regenerating sand, vibrating elements arranged one above the other are used (US Pat. No. 2,488,381).
This low energy required for sand coated with the old binders is offset by the high amount of energy. which is required. to break up the firmly bound lumps and chunks of much larger dimensions, which are obtained through the use of chemically reacting binders. These extremely large chunks must be reduced to the size of individual grains so that they can be used again by the foundry specialist, and this currently used type of binder must be removed from the sand.
The previously known method for regenerating molding sand which is coated with the chemically reacting binder. use some kind of impact grinding. Breaking, blasting or other effects of great force, which ultimately remove a large part of the organic material layer from the grains of the sand. However, serious problems arise in that the sand grains are broken due to the impact forces applied to them. Breaking the grains of sand is a serious deficiency in foundry sand. since the uniformity of the size distribution of the molding sand is essential for achieving impermeability. which is required for good watering. The breaking of the sand grains excludes the desired gas permeability of the mold by filling these spaces.
The result is usually a scrap casting.
Although one recognized. That the sand grain size distribution has to be maintained, the use of impact or break-up forces is part of every known regeneration process for the recovery of sand. which is coated with chemically reactive binders. Vibration methods and the use of vibrating sieves on the other hand are known and are also being carried out. but always in combination with the use of a sufficient impact or compressive force. which breaks the grain of sand. so that it becomes much worse in terms of use compared to the desired uniform grain size of sand.
The object on which the invention is based is therefore. to provide a method and an apparatus for recovering the sand in granular form from lump-shaped foundry molding material, which molding material consists of sand grains. which are coated with molding sand binders which have been formed in the mold by chemical reaction. In particular, the sand should be recovered in granular form without breaking the sand grains.
This object is achieved according to the invention.
that the lumpy material is subjected to vibrations in a first zone in order to form agglomerates and individual coated grains, that the material in a second zone is kept in a fluidized bed by generating vibrations for at least 10 s, the agglomerates being reduced in size and the individual grains are rubbed together at the same time to remove the binding agent, and that the individual grains of sand are finally classified and collected.
The device for carrying out this method is characterized according to the invention by a platform on which a frame movable relative to the platform is mounted, and by a vibrator which is arranged on the platform and connected to the frame in order to make it vibrate a first zone for crushing the lumps by vibration and a second zone having a bed for receiving the material discharged from the first zone, which bed can be set in vibration by the vibrator, is provided within the frame.
The invention is explained in more detail, for example, with the aid of the accompanying drawings.
Fig. 1 shows in perspective a device, wherein a spring support mechanism has been broken open.
Fig. 2 shows partially exploded in perspective the upper breakup or decomposition zone, the abrasion or
Abrasion zone in which the grains of sand are essentially in the unsupported or freely floating fluidized state, the sieve or sifting zone and the lowermost zone or discharge zone.
Fig. 3 is a section along the line 3-3 of Fig. 1 and shows the process of comminuting and regenerating casting sand.
Figure 4 is a sectional view taken along line 4-4 of Figure 3 showing the vibrating mechanism and its assembly.
Figure 5 is a section taken along line 5-5 of Figure 3 showing the sawtooth configuration of the rupture zone.
6 shows the spacers and the sawtooth arrangement in a partial view of the upper zone broken away in pieces.
7 shows, in perspective, partially in section, in a detail the slotted plate forming the abrasion zone.
The device shown as a whole in FIGS. 1 to 4 comprises several stages or zones, as can be seen from FIGS. 2 and 3. The first zone 12 is designed in such a way that the large chunks of casting sand L are broken, to which the individual grains are bonded to one another by a binder coating, for example by a conventional resin binder, which reacts chemically in the mold.
The stage below the lump breaking stage is the scrubbing zone 14 where the grains vibrate in a fluidized or unsupported or free-floating state. A sieve zone 16 is provided under the scrubbing or abrasion deck through which the individual grains pass and the large agglomerates or pieces of trapped metal are retained. In the delivery zone 18, the individual grains are essentially cleaned and classified and are then delivered.
The device 10 for comminuting and regenerating is caused to vibrate by a motor-driven vibrator 20, as can be seen from FIG.
In detail, the device for comminuting and regenerating consists of a platform or base 22, which is essentially composed of profile elements 24 which are connected to one another by transverse profile elements 26 so that a more or less rectangular plate or base 22 is formed. It can be seen from FIG. 4 that the centrally arranged transverse profile element 26 extends beyond the longitudinal profile iron 24 and carries vertically upwardly projecting elements 28 which support a motor mount 30 which carries a conventional motor 32. Conventionally, belts 24 drive an eccentric shaft 36 which is seated in a housing 38 which is attached to the front wall 40 and the rear wall 42, which in turn form a frame 44 of the reducing and regenerating device.
The front wall 40 and the rear wall 42 are connected at their ends by side walls 46 and 48, so that a box is formed. The housing 38 is provided with a radial flange 50 at each end which is bolted to the respective front wall 40 and rear wall 42 and to apertured plates 52 and 54 on the outside of the side walls. Suitable bearing mechanisms, which are not part of the invention, may be held between the flange 50 and the apertured plates 52 and 54 to allow the eccentric shaft 36 to rotate. An eccentric flywheel 56 is provided at the motor end of shaft 36 to vibrate box 49.
The frame 44 is directly supported by a tubular cross member 58 spaced along the profile members 24 as seen in FIG. 3 and secured to the frame by a plurality of flanges 60 on each side of the front wall 40 and rear wall 42 are attached. At the position of each tubular transverse element 58 on the outside of the frame, a spring arrangement is arranged which has a holding arm 62 which has an upwardly projecting rod 64. At the base of the rod 64 a spring seat 68 rests on the profile element 24 and carries a vertically arranged spring 70. At the upper end of the rod 64, a collar 72 is provided which presses against the spring and is held in position by a nut 74.
The rod 64 projects upwardly, as shown, through an opening provided in the profile member 24 at 76 and allowing the spring seat 68 to be supported by the channel member 24 around the opening 76. A housing 78 covers the spring assembly part which is formed by the spring 70 and the associated elements.
The breaking or crushing zone, as can be seen from Figures 2 to 6, comprises an extension element 80 of the frame which surrounds the upper part of the crushing and regenerating device to form a filling hopper. The extension is attached to the frame 44 in a suitable manner below the top edge of the extension 80 and receives the break-up portion or zone 82. This break-up zone is composed of sawtooth blades 84 which, as can be seen from FIG. 6, are held at a distance by spacers 86. This holds the blades 84 in place. The sawtooth blades are welded to a holding plate 90 and held in position and braced with angle irons 92 which are fastened to the front wall 40 and to the rear wall 42. As can be seen from FIG. 5, the teeth 94 are arranged alternately or offset from one another.
The distance between the teeth is about 6 mm. The teeth are about 12 mm wide at the apex. At the base of the leaf, the leaf tapers to about 9.5 mm. The reason the tooth at the top is wider than the leaf at the bottom is to prevent foreign metal or other large pieces from settling under the top of the teeth.
The saw teeth have a height which is preferably not less than 50 mm and form on their sides 95 angles of about 30 to 45 "from the vertical, so that there is sufficient surface for contact and gripping of the lump L, to cause it to break open.
A tooth height of less than 50 mm and even a flat blade could also be used. However, this would reduce the efficiency, based on tons of sand per hour worked. The tooth height can increase over 50 mm, for example to 75 mm or more. However, as the tooth height increases beyond the preferred range of 50 to 100 mm, extraneous metal ordinarily present in the casting sand removed from the mold may bend the tooth tips. The best tooth height is therefore 62 mm.
The large lumps 82, which are thrown into the filling device formed by the guard 80 on top of the sawtooth blades, are broken up or broken down during the vibrating movement of the frame into grains or agglomerates of grains of sand which are coated with organic material and are no longer in size than about 6 mm. This size is the maximum preferred distance between teeth for maximum effectiveness, but the exact distance is not a critical factor.
In the scrubbing zone 14, the particles are cleaned. The scrub deck or decks are composed of a plate or plates 98 which have a plurality of slots 100. The slots 100 of the scrub deck can vary between 0.8 to about 4.8 mm and can be spaced from one another between 12 mm and 50 mm.
The material going through the scrubbing zone is less than 4 mm in total. The common practice is to have individual grains with substantially all of the binder removed as a result of the fluidizing effect created by the vibratory scrub deck.
The plate 98 is fastened to the frame in that it is supported on profile elements 102 which are spaced apart over the device, as can be seen from FIG. 3.
When the sand grains fall through the slots 100, they are stopped by the sieve 104 which forms the third zone or sieve zone 106. The screen is supported along an incline as shown in FIG. 3 and is supported by the screen holder 108 in a convex position. The longitudinal edges of the screen 104 are bent back, as shown at 110, to form a hook that is engaged by a C-shaped bracket 112 which extends the screen over the screen bracket 108. A spring-loaded rod 114 holds the screen in tension along its length with the aid of a spring 116. The sieve 104 preferably has a mesh size between 1.6 and 0.8 mm.
As a result of the inclination of the sieve 104, large agglomerates and foreign metal which do not pass through the sieve 104 are discharged through the channel 118 on the side wall 46.
After the sand grains have fallen through the sieve 104, they are picked up on an additional discharge pan 120 and a discharge pan 122 which are inclined as shown in FIG. The dispensing pan can be a solid plate or a sieve with a mesh size between approximately 0.1 and 0.05 mm. The dispensing pans 120 and 122 are provided with upstanding flanges 124 which are fastened to the front and rear walls by bolts. The sand is then dispensed at 126 with substantially all of the binder removed.
By means of the method according to the invention, the sand grains are cleaned in such a way that only 5% by weight or less binder remains on the sand grains as a layer. However, it is possible to remove even larger amounts of binder from the grains. It is essential that no impact or squeezing force is exerted on the sand grains, so that the uniformity of the original size distribution is maintained. In addition, the abrasion of the coating resulting from the vibratory motion creates round grains, which are more desirable in foundry technology than crushed particles that have many angular surfaces.
The method is carried out in a simple manner in that large lumps L are introduced into the filling funnel and placed on the S-tooth dismantling zone. At this time, the whole frame vibrates due to the rotation of the eccentric shaft 36. The vibration is preferably generated from the shaft at a speed of about 1000 rpm, although speeds of several hundred to 5000 or more rpm can be used. The vibration is preferably a vibration that has a vertical displacement of about 6 mm and a horizontal component of about 9.5 mm. The range for vertical displacement can be between 3 and 12 mm and that for horizontal displacement between 3 mm and 16 mm.
The large lumps of casting sand with foreign metal and other contaminants are placed on top of the sawtooth blades 84. The saw teeth 94 grip the large clumps and the adjacent clumps not held by the teeth can move freely against the large clumps already gripped. The result of the vibration and physical contact between the lumps is the breaking up of the lumps into agglomerates of grains of sand. Each agglomerate consists of a few hundred or more individual grains that are still bound by the binding agent to be removed. Contrary to the squeezing and pushing to reduce the size of the lumps in the known methods, the vibration zone ensures that the lumps break along the surface of the binding agent and not through the grain.
When the individual grains are removed from the large lumps, they pass through the space between the blades 84 and fall onto the scrubbing zone 96 and onto the vibrating plate 98. Here the large mass of agglomerates of grains as well as the individual grains are piled into a bed, which can be from 25 mm to 30 cm deep. The bed depth is preferably about 50 mm. As a result of the vibration, the grains are in an essentially continuously freely floating or not held state, which can also be referred to as the fluidized state. As a result of the free-floating position of a large number of grains, the grains meet in their random movement.
After numerous mutual contacts among the irregular grains of sand, which are coated with binder, the grains begin to gently but effectively clean each other of this coating. By maintaining the fluidized state for more than 10 seconds up to 15 minutes before the grains pass through the scrubbing zone, they are not only comminuted further starting from the agglomerates that may be present, but also completely cleaned.
By using the scouring plates or decks alone, the grains are only cleaned to the extent that there is still 5% by weight of binder layer, if there is enough time. It is therefore necessary that the vibration be sufficiently strong to maintain a fluidized or free-floating bed of granules and that the time in the scrubbing zone be sufficient to remove the binder mass to the required extent. Preferably 20 to 40 seconds is usually sufficient. No maximum time is specified for the time in which the grains of sand are in the scrubbing zone, with the exception of the time given by economic considerations.
Gradually, the sand grains fall through the slots 100 and come to the screening zone. However, the slots are only provided to provide a simple means for the passage of the grains to the following zone. It is also possible to design the scouring plate or scouring plates continuously and without slots, but inclined so that the grains can reach the following plate or zone from one end of each plate.
After the sand grains have passed through the scrubbing zone, they come into the sieve zone 106 with the sieve 104, which vibrates in the same way. The screen 104 vibrates to maintain the particles in a fluidized state to allow the individual granules to further remove additional binder. The final screening and classification is used to produce the usual foundry sand.
When the scrubbing zone actually removes all of the required amount of binder, the screening zone acts primarily as a sorting zone to capture and remove foreign metal or other contaminants that have passed through the other two zones and to remove those contaminants and foreign metals out through the gutters 118 discharge.
The pan at the end causes another vibration that can be sufficient to fluidize the particles above it. This can help classify the grains of sand that fall into this zone. The dispensing pans can be sieves with a mesh size of 0.05 to 0.15 mm. A source of air, not shown, preferably draws air through openings 128 and 130 above the dispensing pans and out through the apparatus to remove any very light binder particles that have been rubbed off by the grains of sand.
All components are combined in a single unit that is simple to build and economical to operate.