DD297295A5

DD297295A5 - Verfahren zum Umhüllen von körnigen, mineralischen Materialien mitKunstharz

Info

Publication number: DD297295A5
Application number: DD344317A
Authority: DD
Inventors: Franz Dipl-Chem Baumgartner; Franz Grothe; Hans-Ulrich Schubert; Hermann Theilen
Original assignee: Huettenes Albertus
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1990-10-01
Publication date: 1992-01-09
Also published as: EP0475548A1; DE59108606D1; BR9103848A; MX174308B; ZA916984B; DE4028031A1; EP0475548B1; ATE149892T1; KR930005755A; JPH04244226A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umhuellen von koernigen mineralischen Materialien mit Kunstharz. Derartige Materialien, wie zum Beispiel Quarzsand, Zirkonsand, Schamotte und Korund, kommen in umhuellter Form in Giessereien als Formstoff zur Herstellung von Maskenformen nach dem Croning-Verfahren zur Anwendung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heissumhuellungsverfahren zu Verfuegung zu stellen, welches mit Zugabe von heissfluessigem Kunstharz zu dem zu umhuellenden mineralischen Material arbeitet, die Nachteile des Standes der Technik aber dahingehend beseitigt, dass es einen schnellen Wechsel der zu verarbeitenden Kunstharztypen gestattet, dass eigenreaktive Kunstharze eingesetzt werden koennen, und dass es im Regelfall praktikabler und weniger aufwendig ist. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass das heissfluessige Kunstharz erst kurz vor seiner Zugabe zum mineralischen Mineral durch Aufschmelzen von festem Kunstharz erzeugt wird.{Umhüllung; Materialien, mineralisch; Quarzsand; Zirkonsand; Chromerzsand; Schamotte; Korund; Kunstharz, flüssig; Schmelzen; Gieîerei; Maskenform}

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ummanteln von körnigen, mineralischen Materialien, wie zum Beispiel Quarzsand, Zirkonsand, Chromerzsand, Schamotte oder auch Korund mit einer härtbaren Kunstharzhülle. Derartig umhüllte, körnige Mineralien kommen in Gießereien als Formstoff zur Herstellung von Maskenformen nach dem Croning-Verfahren zur

Anwendung.

Bisher sind im wesentlichen zwei Umhüllungsverfahren praktiziert worden, nämlich das Warm- und das Heißumhüllungsverfahren. Bei der sogonannten Warmumhüllung wird das in einem Lösungsmittel gelöste Kunstharz zusammen mit einem

entsprechenden Heißhärter einem Mischer zugeführt, in dem sich das zu umhüllende körnige Mineral befindet. Während des

Mischvorganges wird Warmluft in den Mischer eingeblasen, um das Lösungsmittel aus der Harzlösung auszutreiben. Nach einer

zähflüssigen, teigigen Zwischenphase bilden sich Schollen, welche sich während der Fortführung des Mischvorganges langsam auflösen und zu umhüllten Körnern vereinzeln.

Mit diesem Verfahren ist eine sehr gleichmäßige Ummantelung des körnigen Minerals erreichbar. Wegen seiner Nachteile, zu

denen neben der langen Mischzeit vor allem das in großer Luftverdünnung anfallende Lösungsmittel und die damit erforderlich werdende, kostenaufwendige Abluftreinigung (Kühlfallen, Biowäscher, Nachv jrbrenners etc.) zählen, wurde es weitestgehend vom Heißumhüllungsverfahren abgelöst

Bei diesem Verfahren wird das zu umhüllende Mineral in einem Erhitzer deutlich über den Schmelzpunkt der Kunstharze erwärmt

und dann einem Mischer zugeführt. Gleichzeitig bzw. mit kurzer Verzögerung führt man das Kunstharz zu. Die im Mineral befindliche Wärmemenge bewirkt ein langsames Aufschmelzen des Kunstharzes bei gleichzeitigem Vermischen. Eine

Umhüllung des Minerals erfolgt erst, wenn das Kunstharz ausreichend niedrigviskos aufgeschmolzen ist. Bevor nun ein Heißhärter zugeführt werden kann, wird die Temperatur des Gemenges abgesenkt, um eine Vorhärtung zu vermeiden. Allerdings

ist danach die Verteilung des Heißhärters innerhalb des Kunstharzfilmes nicht mehr optimal. Nach Zugabe des Heißhärters wird durch weiteres Absenken der Temperatur bei gleichzeitigem Mischen eine Vereinzelung des umhüllten Minerals erreicht.

Im Vergleich zur Warmumhüllung korn..it die Heißumhüllung mit kürzeren Misch- bzw. Umhüllungszeiten aus, und die Aufwendungen für die Abluftreinigung können entfallen. Neben diesen Vorteilen sind aber auch Nachteile zu verzeichnen. So muß das zu umhüllende mineralische Material relativ hoch

aufgeheizt werden, d.h. auf Temperaturen zwischen 130 und 17O⁰C, damit die zum Aufschmelzen des untergemiscr,.en festen

Kunstharzes erforderliche Wärmemenge im Minoral gespeichert und durch Wärmeübertragung zur Verfügung steht. Ein

weiterer Nachteil sind die aus der hohen Mischtemperatur resultierenden langen Kühizeiten.

Die vorgenannten Nachteile des Heißumhüllungsverfahrens können mit dem in der GB-PS 1563686 offenbarten Verfahren

vermieden werden. Dazu wird vorgeschlagen, das durch Umsetzung von Phenol und Formaldehyd unter Wärmezuführung erzeugte heißflüssige Harz nach Abdestillieren des Wassers und des überschüssigen Phenols direkt weiterzuverwenden, d. h.

das Harz wird nicht, wie sonst üblich, durch Abkühlung in einen festen Zustand überführt, sondern aus seiner Herstellung heraus heißflüscig dem oben beschriebenen Heißumhüllungsprozeß zugeführt.

Offensichtliche Vorteile dieses Verfahrens sind die völlige Einsparung der sonst bei der Produktion des Kunstharzes erforderlichen Aufwendungen zu seiner Überführung in einen festen Zustand sowie die Energieeinsparung für das erforderliche Wiederaufschmelzen des Kunstharzes im Umhüllungsprozeß. Des weiteren reicht es nach diesem Verfahren aus, das zu umhüllende Material nurgeringfügig über den Schmelzpunkt des Kunstharzes zu erwärmen, da eineZufuhr von Schmelzenergie aus dem Material heraus nicht erforderlich ist. Aus der geringeren Mischtemperatur resultieren in vorteilhafter Weise kürzere Kühlzeiten für das umhüllte Mineral.

Die genannten Vorteile werden dadurch relativiert, daß das Verfahren nur dann praktikabel ist, wenn Herstellungs- und Verbrauchsort des Kunstharzes gleich sind. Im Regelfall wird diese Bedingung nicht erfüllt sein. Dies bedeutet, daß das aus seiner Produktion heraus heißflüssig vorliegende Kunstharz über mehr oder weniger große Entfernungen zur Umhüllungsanlage transportiert werden muß. Dazu sind spezielle, isolierte Transportbehälter erforderlich, denn das Kunstharz darf sich ja nur gering abkühlen, zumindest nicht unter seinen Schmelzpunkt, will man, wie beabsichtigt, eine höhere Aufheizung des Minerals für den Umhüllungsprozeß vermeiden.

Kann das angelieferte Kunstharz nicht sofort verbraucht werden, beispielsweise aufgrund eines Schadens in der Umhüllungsanlage, muß dem in den Transport- bzw. Lagerbehältern gelagerten Kunstharz Wärmeenergie zugeführt werden, um seine Temperatur nicht absinken zu lassen.

In modernen Umhüllungsanlagen wird die Produktion aufgrund der diffe-ierenden Anforderungen der Gießereien an das umhüllte Mineral hinsichtlich der verarbeiteten Kunstharzqualitäten und der Rezepturen mehrmals am Tage umgestellt. So ist es keine Seltenheit, daß monatlich bis zu 200 Rezepturen gefahren werden, um die jeweils von den Gießereien bestellten Produkte liefern zu können. Wollte man diesen praktischen Anforderungen mit dem Verfahren gemäß GB-PS 1563686 nachkommen, wäre es erforderlich, der Umhüllungsanlage eine Vielzahl von wärmeisolierenden Lagerbehältern zuzuordnen, in denen jeweils eine bestimmte Kunstharzqualität gelagert wird. Diese Behälter müßten zudem beheizt werden, um das Kunstharz auf Temperatur zu halten.

Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß das Kunstharz über erhebliche Zeiträume auf relativ hohen Temperaturen gehalten wird. Da ι tit ist die Verwendung von eigenreaktiven Kunstharzen, wie o-o'-Novolaken und Resolen, bei diesem Verfahren nicht möglich. Für die Gießereien ist aber gerade die Verwendung von mit derartigen Kunstharzen umhüllten Mineralien von Vorteil, weil dadurch Reaktions- und Taktzeiten bei der Herstellung von Maskenformen erreicht werden können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heißumhüllungsverfahrenzur Verfügung zu stellen, welches ebenfalls mit Zugabe von heißflüssigem Kunstharz zu dem zu umhüllenden mineralischen Material arbeitet, die Nachteile des Standes der Technik aber dahingehend beseitigt, daß es einen schnellen Wechsel derzu verarbeitenden Kunstharztypen gestattet, daß eigenreaktive Kunstharze eingesetzt werden können, und daß es im Regelfall praktikabler und weniger aufwendig ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das heißflüssige Kunstharz erst kurz vor seiner Zugabe zum mineralischen Material durch Aufschmelzen von festem Kunstharz erzeugt wird.

Der relative Zeitbegriff „kurz" ist im Sinne der Erfindung so zu verstehen, daß das Kunstharz nach dem Aufschmelzen nicht zu Lagerhaltungszwecken über eine bestimmte Zeit bevorratet, sondern direkt, ggfs. unter Zwischenschaltung einer Konditionierungsstufe, dem Umhüllungsprozeß zugeführt wird, d. h., es wird nur in einer relativ geringen, zur kontinuierlichen Fortführung der Produktion erforderlichen Menge aufgeschmolzen.

Aufgrund dieser Verfahrensweise kann kurzfristig auf die differierenden Anforderungen der Gießereien hinsichtlich der Eigenschaften des umhüllten Minerals reagiert werden, da nach Zuführung der erzeugten Kunstharzschmelze zum Umhüllungsprozeß sofort ein anderer Kunstharztyp aufgeschmolzen werden kann.

Hinsichtlich der Eigenschaften des erzeugten Produktes ist es auch vorteilhaft, daß durch entsprechende Temperaturführung die Kunstharzschmelze je nach Bedarf niedrig-, mittel-, oder hochviskos eingestellt werden kann.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß eigenreaktive Kunstharzsysteme zum Einsatz kommen können, da die im Umhüllungsprozeß unerwünschte duroplastische Vernetzung aufgrund der relativ geringen Zeitspanne, in der die Harztemperaturen in dem dafür kritischen Bereich liegen, nur in einer unerheblichen Größenordnung stattfinden kann. Nicht zuletzt können durch die Erfindung die gesamten Aufwendungen des Verfahrens nach GB-PS 15tf3686 hinsichtlich des Transportes und der Lagerhaltung des heißflüssigen Kunstharzes eingespart werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Aufschmelzen des festen Kunstharzes innerhalb der Zeit eines Mischtaktes und in einer für die jeweils nächste Mischercharge benötigten Menge. Dadurch kann die Produktion praktisch von einer Charge zur anderen umgestellt und die bei Verarbeitung eigenreaktiver Kunstharze durch Einsetzen der duroplastischen Vernetzung kritische Zeitspanne minimiert werden.

Das Harz wird in Form von Pastillen, Flakes, Bruchharz, Staub oder stückigem Mischharz verarbeitet. Es handelt sich dabei um Schüttgut mit geringer Dichte und schlechter Wärmeleitfähigkeit. Diese Eigenschaften des Schmelzgutes stehen einem für die Realisierung der Erfindung erforderlichen schnellen Schmelzvorgang hindernd entgegen. Zur Lösung dieses Problems werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die aus den Unteransprüchen 3 bis 7 ersichtlichen Möglichkeiten für ein schnelles Aufschmelzen der erforderlichen Harzmenge vorgeschlagen

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1: ein Verfahrensfließbild mit einer beheizten Doppelschnecke als Schmelzaggregat, Fig. 2: ein Verfahrensfließbild mit einer beheizten Walze als Schmelzaggregat, Fi^. 3: ein Verfahrensfließbild mit einem Mikrowellen-Schmelzofen und Fig. 4: ein Verfahrensfließbild mit einem Autoklaven als Schmelzaggregat. In dem Ausführungsbßispiel nach Fig. 1 wird das Harz, beispielsweise in Flakesform, einer Dosierschnecke 1 aufgegeben, die es

in eine zwischen 120 und 15O⁰C beheizte Doppelschnecke 2 fördert. Dort findet durch Zwangsverdichtung und Zwangstransport eine intensive Wärmeübertragung auf das Schmelzgut statt. Die Verflüssigung des Harzes wird dabei durch den erzeugten Druck unterstützt.

Aus der Doppelschnecke 2 gelangt das nun hei^flüssige Harz in einen nachgeschalteten Zwischenbehälter 3. Dieser Zwischenbehälter 3 ist so ausgelegt, daß er etwa die vier- bis fünffache Menge des für eine Mischercharge benötigten Harzes

aufnehmen kann. Er dient dazu, die schwankenden Schmelzlelstungen der Doppelschnecke 2 auszugleichen. Sinnvollerwelse kann er zusätzlich zur Nachmodifizierung der Harzschmelze genutzt werden, indem entsprechende Zusätze 6, z. B. Heißhärter, zugeführt werden. Zwecks gleichmäßiger Verteilung der Zusätze β in der Schmelze ist der Zwischenbehälter 3 mit einem

Rührwerk 7 ausgerüstet. Eine Kolbenpumpe 8 fördert die Schmelze aus dem Zwischenbehälter 3 in einen Dosierzylinder 4, der die für eine Mischercharge

benötigte Menge an Harzschmelze in den Mischer 5 dosiert. In diesem befindet sich bereits zu umhüllender Quarzsand, der in einem nicht dargestellten Sanderhitzer auf eine Temperatur zwischen 70 und 120°C aufgeheizt und kurz zuvor dem Mischer 5 zugeführt wurde. Nach einer Mischzeit von ca. 2 bis 3 Minuten wird die Charge aus dem Mischer 5 ausgetragen und der weiteren, allgemein üblichen Bearbeitung zugeführt.

Es ist selbstverständlich, daß alle Aggregate der Anlagen, bis auf den Mischer 5, sowie die Verbindungsleitungen 9, wie

symbolisch dargestellt, beheizt sind, um ein Abkühlen der erzeugten Schmelze zu verhindern.

Das nächste Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 gezeigt. Der Schmelzvorgang wird hier auf einer beheizten Walze 10 vorgenommen. Ihr Einsatz beschränkt sich auf kleinere Umhüllungsanlagen, da die Schmelzleistung relativ gering ist. Die großen Oberflächen

bewirken eine oxidative Beeinflussung der Schmelze und gegebenenfalls auch Verkräckung. Die selbstreinigenden

Eigenschaften sind im Vergleich zur im vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwendeten Doppelschnecke 2 sehr gering. Die Folgeaggregate entsprechen dem Verfahren des Fließbildes nach Fig. 1. Im Unterschied zu den beiden vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird bei dem Ausführungen ' piel gemäß Fig.3 die für

eine Mischercharge benötigte Harzmenge auf einer Waage 12 abgewogen und einem Mikrowellen-Schmelzofen 11 zugeführt,

d. h., es wird nur die Harzmenge aufgeschmolzen, die für den nächsten Umhüllungsprozeß erforderlich ist. Das Aufschmelzen des Harzes erfolgt dabei in Anwesenheit einer ausreichend bemessenen Wassermenge, welches als „Energieübertragungsmedium" fungiert. Die dem Mikrowellen-Schmelzofen 11 nachgeschalteten Aggregate entsprechen denen der vorhergehenden Beispiele, so daß sie hier nicht nochmals erläutert werden.

Alternativ zur Mikrowellen-Schmelze ist auch eine Erwärmung in einem Induktionsofen möglich. Dazu wird ein Gemisch aus Metallkugeln und Harz durch einen Induktionsreaktor geführt. Nach Passieren des Reaktors wird die erzeugte Schmelze von den Metallkugeln separiert und der Umhüllung zugeführt. Die Metalikugeln laufen in den Schmelzprozeß zurück. Das Verfahrensfließbild nach Fig. 4 zeigt den Einsatz eines beheizten Autoklaven 13 als Schmelzaggregat. Auch hier wird das für

eine Mischercharge benötigte Harz über eine Waage 12 zugeführt. Durch Einleiten von Sittdampf 14 mit ca. 12bar wird die

Wärmeenergie gleichmäßig in das Schmelzgut eingetragen und bewirkt ein fast momentanes „Flüssigwerden" des Harzes. Ein

im Autoklaven 13 angeordnetes Rührwerk 7 sorgt für eine Homogenisierung der Schmelze. Die erzeugte Schmelze kann direkt oder über einen nachgeschalteten Dosierzylinder 4 dem Mischer 5 zugeführt werden.

Claims

1. Verfahren zum Umhüllen von körnigen, mineralischen Materialien mit Kunstharz, bei dem das Kunstharz dem geringfügig über den Harzschmelzpunkt erwärmten mineralischen Material im heißflüssigen Zustand zugegeben und mit diesem vermischt wird sowie die Mischercharge nach erfolgter Vermischung auf eine Temperatur unterhalb des Harzschmelzpunktes abgekür. It und auf Korngröße vereinzelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das heißflüssige Kunstharz erst kurz vor seiner Zugabe zum mineralischen Material durch Aufschmelzen von festem Kunstharz erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen des festen Kunstharzes innerhalb der Zeit eines Mischtaktes und in einerfür die jeweils nächste Mischercharge benötigten Menge erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzprozeß in einer beheizten Doppelschnecke (2) stattfindet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzprozeß in einem Mikrowellen-Schmelzofen (11 !stattfindet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzprozeß in einem Induktionsreaktor stattfindet, dem dazu ein Gemisch aus Kunstharz und Metallkugeln zugeführt wird, wobei die Metallkugeln nach dem Passieren des Reaktors aus der Schmelze entfernt und dem Prozeß erneut zugeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzprozeß in einem beheizten Autoklaven (13) dei stattfindet, daß in die aufzuschmelzende Kunstharzcharge Sattdampf (14) eingeleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzprozeß auf einer beheizten Walze (10) vorgenommen wird.