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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von Gießereisanden
beziehungsweise Gießerei-Altsand, welcher beim Gießprozess
unter Verwendung von Kern anfällt, wobei die Kerne aus zum
Teil organisch gebunden und zum Teil anorganisch gebundenen Kernsanden
gebildet sind. Das Verfahren umfasst eine Kombination aus thermischer und
nasschemischer Aufbereitung.
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In
der Metall-Gießerei werden je nach Anforderungsprofil unterschiedliche
Formgrundstoffe und Gießkernzusammensetzungen verwendet.
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Unter
den Kernen sind im Folgenden einzelne Kerne, Kernpakete, Zusammengesetzte
Kerne oder deren Kombination zu verstehen. Die Kerne werden aus
Kernsand gebildet. Nach dem Abgießen gehen die Kerne in
Gießerei-Altsand über. Eine Quelle für
Altsand ist der vor dem Abguss anfallende Ausschuss an Kernen (z.
B. Kernbruch) oder auch anderweitig ausgehärtete Kernsandmischungen.
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Als
Formgrundstoff wird in der Regel Sand verwendet, insbesondere Quarzsand,
Chromitsand, Zirkonsand und Olivinsand, wobei erstgenannter die größte
Verbreitung hat. Die Synthetischen Kernsandgemische bestehen in
der Regel aus aufbereitetem natürlichen Sand (Tonanteil < 1%) mit Bindemittelzusätzen.
Die Aufbereitung erfolgt meist aus einer Reinigung, Klassierung
und Trocknung.
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Prinzipiell
unterscheiden sich die Grundstoffe für die Form- und Kernherstellung
nicht. Veränderlich ist hier die Aufbereitung und die Versetzung
mit Bindemitteln.
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Für
die Gießkerne oder Modelle werden zum Teil anorganische
Binder verwendet, da sie vor allem gute Festigkeitseigenschaften
(u. a. Druckfestigkeit) haben. Dabei unterscheidet man hier Quellbinder und
hydraulische Bindemittel. Quellbinder sind Tonide. Sie härten
durch Wärmezufuhr aus und reagieren relativ wenig mit andern
Metalloxiden.
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Hydraulische
Binder sind z. B. Wasserglas (Natriumsilikat, Na2SiO3), Zement oder Gips. Wasserglas kann beispielsweise
mit einer CO2-Begasung, Heißluftspülung
oder durch Dehydratisierung ausgehärtet werden.
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Zur
Herstellung der organisch gebundenen Kerne wird überwiegend
das Cold-Box-Verfahren angewendet. Hierzu gehören die Kernfertigungsverfahren,
bei denen feuchte schüttfähige Formgrundstoffe in
kalten Kernkästen in kurzen Zeiten bei Raumtemperatur gehärtet
werden. Die Kerne werden aus Kernsand und einem chemischen Zweikomponenten-bindemittel
(z. B. PUR) gefertigt. Hot-Box-Verfahren verwenden häufig
als Binder flüssige Phenol-, Furan- und Aminoharze, beziehungsweise
deren Kombinationen, unter Zusatz eines Warm-Härters, wie
z. B. Ammoniumstearat. Die Aushärtung erfolgt beispielsweise
nach dem Verschießen in heiße Kernkästen
bei Temperaturen von ca. 200 bis 270°C.
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Oft
wird aus Kostengründen in einem Gießvorgang unterschiedlicher
Sand benutzt. Der werkstücknahe Sand, insbesondere der
Modellsand besteht häufig zu großem Anteil aus
Neusand. Dabei ist es von großem wirtschaftlichem Interesse
möglichst hohe Anteile aus wieder aufbereitetem Gießereissand
zu verwenden.
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Aus
der
EP 05 21 201 A1 ist
ein Verfahren zum Regenerieren von Gießereialtsand bekannt,
wobei der Kernsand als Formstoff anorganische Bindemittel wie insbesondere
Bentonit oder/und organische Bindemittel wie insbesondere Phenol-
oder/und Furanharze enthielt. Es ist vorgesehen, den aufzubereitenden
Altsand mit Wasser zu tränken und anschließend
im feuchten Zustand in einer erhitzten Wirbelschicht zu trocknen.
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Aus
der
DE 19925 720 C1 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Gießereisand
bekannt. Der Gießereisand wird dabei nach der Übergabe
des aus dem Produktionsprozess stammenden Altsandes durch Zwischenlagerung, Beimischung
von Neusand und Beimischung von Zuschlagstoffen, insbesondere Bindemittel,
in der Weise konditioniert, dass der aufbereitete Gießereisand anschließend
zu neuen Formen verarbeitbar ist. Zur Verbesserung der Konditionierung
des Gießereisandes wird zumindest ein Teil der Zuschlagsstoffe
vor der Zwischenlagerung dem Gießereisand beigemischt.
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Aufgrund
unterschiedlicher Anforderungen an die Kerne innerhalb einer Gießform
oder aber unterschiedlich betriebener Gießstraßen
können in einer Gießerei Gießereisande
aus anorganisch und organisch gebundenen Kernen nebeneinander und
in variablen Mengen anfallen.
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Problematisch
ist dabei die Aufbereitung von Mischungen aus anorganisch und organisch
gebundenen Gießerei-Altsanden in einer wieder verwendbaren
Qualität.
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Gießereien
stehen unter dem Druck ihre Emissionen zu vermindern. Die Emissionen
basieren zum großen Teil auf den organischen Kernbindemitteln,
die zumeist in Cold-Box-Verfahren verwendet werden. Im Gegensatz
zu organischen Bindern lassen sich anorganische Kernbindemittel
(AOB) nahezu emissionsfrei anwenden.
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Die
Einführung von AOB in bestehende Gießereien mit
Sandregenerierungen ist schwierig, bzw. im Rahmen der normalerweise
bestehenden Prozessketten nicht möglich, da sich Gießereisande
mit anorganischer Bindung und mit organischer Bindung nicht vermischen
dürfen. Im Falle der Vermischung, wäre eine erneute
Herstellung von organisch gebundenen Kernen, insbesondere im Cold-Box-Verfahren nicht
prozesssicher möglich. Bei Kreislaufführung des
aufgearbeiteten Kernsandes steigt die Basizität des so
entstehenden Regenerat-Formgrundstoffes unweigerlich stetig an.
Dies ist ein Effekt des zunehmenden Gehaltes an anorganischem Binder
beziehungsweise Wasserglasbinder. Sowohl die Verarbeitbarkeit, bzw.
Topfzeit, der angemischten Fomsandmassen als auch das Festigkeitsniveau
der gebildeten Formkerne wären ungenügend, da
die organischen Bindersysteme, insbesondere Cold-Box-Rindersysteme
im basischen Medium vorzeitig aushärten.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur gemeinsamen Aufbereitung
von gemischten Gießerei-Altsanden und Altsanden aus organisch und
anorganisch gebundenen Kernsanden aufzuzeigen, das die Wiederverwendung
der regenerierten Sande sowohl für anorganisch wie für
organisch gebundene Formkerne ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch
ein Verfahren zum Regenerieren von Gießerei-Altsand und/oder
Altsand, welcher beim Gießen unter Verwendung von Kernen
aus organisch gebundenen und anorganisch Kernsanden anfällt,
durch eine Kombination aus thermischer und nasschemischer Aufbereitung,
mit den Verfahrensschritten
- a) Zerkleinerung
der Kerne oder gehärteten Kernsande
- b) thermische Aufbereitung durch Ausbrennen der organischen
Binder und Bestandteile
- c) nasschemische Aufbereitung durch Auswaschen des anorganischen
Binders mit einer Waschlösung
- d) Abtrennung der Waschlösung und des in der Waschlösung gelösten
und/oder suspendierten anorganischen Binders
- e) Trocknung und Klassierung des regenerierten Gießereisandes
unter Bildung von Regeneratsand, mit den Merkmalen des Anspruchs
1.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft,
wenn anorganisch gebundene Kerne oder Formkerne in bereits bestehende
Gießereien bzw. Gießereiprozesse mit Sandregenerierung
von organisch gebundenen Gießereikernen eingeführt werden.
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Der
Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt
die Anwendung von anorganisch und organisch gebundenen Kernen für
die Herstellung gemischter Kernpakete (anorganisch und organisch
gebundene Teilkerne) zu. Ebenso ist in einer Gießerei der
Betrieb von unterschiedlichen Gießstraßen nebeneinander
möglich, die jeweils nur eine der beiden Kernvarianten
verwenden, ohne dass unterschiedliche Regenerationsverfahren vorgehalten
werden müssen.
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Es
ist vorgesehen, die Gießereialtsande bzw. Restsande innerhalb
der Gießstraße oder auch aus unterschiedlichen
Gießstraßen zu sammeln und nach dem Passieren
eines herkömmlichen Sandzerkleinerers, beispielsweise einem
Knollenbrecher in eine thermische Regenerierung zu überführen.
Diese thermische Regenerierung dient dem Ausbrennen der organischen
Bestandteile. Es ist dabei von Bedeutung, dass die anorganischen
Binder bzw. anorganischen Bestandteile des Gießereialtsands
nahezu unverändert erhalten bleiben, während die
organischen Bestandteile vollständig entfernt werden.
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Das
Ausbrennen der organischen Bestandteile erfolgt bevorzugt bei einer
Temperatur unterhalb 900°C, typischerweise bei 500–900°C.
Besonders bevorzugt sind Temperaturen in einem Bereich von 580–650°C.
Dabei wird das Ausbrennen bevorzugt in einem Wirbelschichtreaktor,
insbesondere bei einer Temperatur im Bereich von 580 bis 650°C
durchgeführt.
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Je
nach Bedarf erfolgt hierauf eine Entstaubung des vorregenerierten
Gießereialtsandes.
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Es
ist wesentlich für die Erfindung, dass nach der thermischen
Regenerierung eine gezielte Abtrennung des verbleibenden anorganischen
Binders durchgeführt wird.
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Der
thermisch vor-regenerierte Gießerei-Altsand wird nun erfindungsgemäß einer
Nassregenerierung (nasschemische Aufbereitung) zugeführt. Hierbei
wird durch geeignete Waschvorgänge mit wässrigen
Lösungen der Gießerei-Altsand von den anorganischen
Bindern befreit. Die Waschvorgänge können durch
mehrmaligen Umlauf der Waschlösung, ggf. mit unterschiedlichen
Drücken und Geschwindigkeiten des Waschwassers/Waschlösung durchgeführt
werden.
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Als
Waschlösung wird Wasser, gegebenenfalls mit Zusatzstoffen,
insbesondere zur Regulierung des pH-Wertes, der Oberflächenspannung
und der Schaumbildung verwendet. Bevorzugt wird in der Waschlösung
ein neutraler pH-Wert eingestellt, insbesondere bei der Verwendung
von silikatischen Bindern, wie Wasserglas.
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In
einer Absetzwanne oder Becken wird der abgespülte anorganische
Binder aufgefangen und abgetrennt. Der Binder lässt sich
hierauf zumindest teilweise wieder als Binder für neue
Kernformstoffmischungen verwenden.
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Werden
mehrere Waschgänge durchgeführt, so wird bevorzugt
zumindest im letzten Waschgang ein neutraler pH-Wert eingestellt.
Hierdurch wird effektiv verhindert, dass basischer Regeneratsand
entstehen kann.
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Der
so regenerierte Gießereialtsand wird anschließend
getrocknet. Bevorzugt wird bei der Trocknung die Abwärme
der ersten Regenerierungsstufe genutzt.
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In
einer weiteren Verfahrensstufe ist vorgesehen den getrockneten Gießereialtsand
zu klassieren und in geeignete Fraktionen zu zerlegen.
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Durch
den somit gebildeten Regeneratsand werden die Formgrundstoffe für
die unterschiedlichen Gießkerne, und Kernfertigungsverfahren
zur Verfügung gestellt. Ein Vermischen der verschiedenen Sande
ist somit möglich.
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Der
Regeneratsand lässt sich mit wechselnden Anteilen an Neusand
als Formgrundstoff im Cold-Box-Verfahren (CB) oder für
die Herstellung anorganisch gebundener Kerne (AOB) zur Kernherstellung
wieder verwenden.
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Das
Verfahren wird bevorzugt auf Gießereiprozesse angewendet,
die mit zusammengesetzten Kernen oder Kernpaketen arbeiten, bei
denen die Formkerne nur teilweise durch das Cold-Box-Verfahren gefertigt
werden.
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Beispiel:
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Zur Überprüfung
der Wirksamkeit des Verfahrens wurden Vergleichsversuche mit Normprüfkörpern
aus Regeneratsand (Reg. AOB/CB) und Neusand durchgeführt.
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Als
Maßstab zum Vergleich der Sande wurde die Festigkeit (Biegefestigkeit)
und Festigkeit nach unterschiedlichen Verarbeitungszeiten (von organisch
gebundenen Normprüfkörpern herangezogen.
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Zur
Herstellung der Normprüfkörper nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren wurden Gießereialtsande aus einem Cold-Box-Verfahren
(CB) und anorganisch gebundene Altsande (AOB) in einem Verhältnis
von 50/50 gemischt.
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Diese
Mischung wurde zur thermischen Regeneration für 3 h auf
600°C aufgeheizt. Die nasschemische Regeneration erfolgte
durch 5-maliges Auswaschen mit Wasser ohne Zusatzstoffe. Hierauf erfolgte
eine Trocknung bei 120°C. Aus diesem regenerierten Gießereialtsand
wurden unter Verwendung von Cold-Box-Bindemitteln Normprüfkörper
hergestellt und deren Festigkeit nach bestimmten Zeiten der Lagerung
gemessen.
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Die
Vergleichskörper wurden aus dem entsprechenden Neusand
mit dem gleichen Binder hergestellt.
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1 zeigt
den Festigkeitsanstieg der Normprüfkörper nach
unterschiedlicher Lagerdauer.
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Es
zeigt sich, dass für Prüfkörper aus Neusand
und für Regeneratsand mit zunehmender Lagerzeit eine Erhöhung
der Biegefestigkeit ergibt. Bei allen Lagerzeiten liegen regenerierter
Kernsand und Neusand nahezu auf gleichem Festigkeitsniveau.
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2 zeigt
die Festigkeit der Normprüfkörpern aus Neusand
und aus Regenerat nach unterschiedlicher Verarbeitungszeit.
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Es
zeigt sich, dass sowohl Neusand als auch Regeneratsand nahezu gleich
bleibende Festigkeit in Abhängigkeit der Verarbeitungszeit
aufweisen. Dabei zeigen die Regeneratsand-Prüfkörper
im Rahmen der Messgenauigkeit die gleichen Festigkeiten wie die
Neusand-Prüfkörper auf.
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Beide
Unersuchungsergebnisse zeigen, dass mit dem Regeneratsand aus anorganisch
und organisch gebundenem Sand ein Formgrundstoff bereitgestellt
wird, der einem neuen und unbehandelten Neusand ebenbürtig
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0521201
A1 [0010]
- - DE 19925720 C1 [0011]