DE102013001801B4

DE102013001801B4 - Method and device for the mechanical treatment of foundry sand

Info

Publication number: DE102013001801B4
Application number: DE201310001801
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Bernd Federhen
Current assignee: KLEIN ANLAGENBAU AG, DE
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-12-18
Anticipated expiration: 2033-02-02
Also published as: DE102013001801A1

Abstract

Verfahren zur Behandlung von Gießereisand in den Lückenräumen (LR) eines Haufwerkes von Staukörpern (SK) in einem Behandlungsgefäß, wobei das Haufwerk von dem Behandlungsgefäß in Bewegung versetzt wird, oder das Haufwerk von Rotoren im Behandlungsgefäß bewegt wird, wenn das Behandlungsgefäß ruhend gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass – Staukörper (SK) von kugeliger oder kugelähnlicher Gestalt, die mindestens 10× größer als das maximale Korn des zu behandelnden Sandes sind, eingesetzt werden, wobei – zumindest die äußere Schicht der Staukörper (SK) aus quarzhaltigem Material besteht oder zumindest die äußere Schicht der Staukörper (SK) aus Polyurethan oder dergleichen elastischem Material besteht und/oder die Staukörper (SK) hohl sind, so dass die bewegten Staukörper (SK) den Sandstrom lenken und die sie berührenden Sandkörner anregen, und diese angeregten Sandkörner auf weitere Sandkörner reinigend einwirken.Method for treating foundry sand in the gaps (LR) of a pile of damming bodies (SK) in a treatment vessel, the pile being set in motion by the treatment vessel, or the pile being moved by rotors in the treatment vessel when the treatment vessel is resting, characterized in that - damming bodies (SK) of spherical or spherical shape, which are at least 10 × larger than the maximum grain size of the sand to be treated, are used, wherein - at least the outer layer of the damming bodies (SK) consists of quartz-containing material or at least the outer layer of the bluff body (SK) consists of polyurethane or similar elastic material and / or the bluff body (SK) are hollow, so that the moving bluff body (SK) direct the sand flow and stimulate the grains of sand touching them, and these excited grains of sand on other Have a cleaning effect on grains of sand.

Description

Es ist wirtschaftlich und ökologisch notwendig, dass Form- und Kernsand nach dem Abguss von Gussteilen nahezu vollständig wieder verwendet werden kann. Es soll ein Sandkreislauf stattfinden, in dem nur Sandverluste ergänzt werden müssen.It is economically and ecologically necessary that molding and core sand can be almost completely reused after the casting of castings. It should take place a sand cycle, in which only sand losses must be supplemented.

Leider zeigt es sich, dass die Qualität von Formen und Kernen, die nur aus gebrauchtem Sand – so genanntem Altsand – hergestellt werden, mit jedem Umlauf schlechter wird. Dies erkennt man an Fehlern der damit hergestellten Gussteile und am sinkenden Raumgewicht von aus diesem Altsand hergestellten Probestäben. Eine Ursache dieser Veränderungen erkennt man mittels Rasterelektronenmikroskop hergestellter Aufnahmen von Fragmenten von Formen und Kernen:
Die Einzelsandkörner sind über kleinste Brücken aus gehärteten Bindemitteln verbunden, die bei der Kornvereinzelung zerbrechen. Auf der Sandkornoberfläche bleiben Brückenansätze zurück und verhindern, dass, bei erneuter Verwendung dieser Sande, die Sandkörner so dicht wie bei Neusand – dessen Oberfläche ja glatt ist – gepackt werden können.Unfortunately, it turns out that the quality of molds and cores, which are made only of used sand - so-called old sand - gets worse with each round. This can be seen from defects in the castings produced with them and the decreasing density of test specimens made from this used sand. One cause of these changes can be seen by scanning electron microscope images of fragments of forms and nuclei:
The single sand grains are connected via the smallest bridges of hardened binders, which break up during grain separation. On the sand grain surface bridging approaches remain and prevent, when using these sands, the grains of sand as close as new sand - the surface is indeed smooth - can be packed.

Deshalb ist es notwendig, den Altsand vor der erneuten Verwendung mechanisch oder thermisch zu behandeln und zusätzlich eine gewisse Menge (z. B. 10%) Altsand durch Neusand zu ersetzen.Therefore, it is necessary to treat the used sand mechanically or thermally before reuse, and in addition to replace a certain amount (eg 10%) of used sand with new sand.

Die thermische Behandlung ist nur bei Sanden mit organischen, also brennbaren Bindersystemen, möglich. Sande, die mit anorganischen Bindersystemen gebunden wurden, werden mechanisch oder, wenn der Binder wasserlöslich ist (z. B. Binder auf Wasserglasbasis), nass behandelt.The thermal treatment is only possible with sands with organic, ie combustible binder systems. Sands that have been bonded with inorganic binder systems are treated mechanically or, if the binder is water-soluble (eg, waterglass-based binders), wet-treated.

Beispiele für bekannte Behandlungsmethoden: A) Thermisch: DE 40 15 031 C2 ; DE 40 12 158 A1 ; DE 34 00 656 A1 B) Nass: DE 100 38 419 A1 C) Mechanisch: DE 24 08 981 ; DE 43 16 610 A1 ; EP 03 43 272 ; DE 41 09 993 A1 ; DD 228 468 A1 Examples of known treatment methods: A) thermal: DE 40 15 031 C2 ; DE 40 12 158 A1 ; DE 34 00 656 A1 B) Wet: DE 100 38 419 A1 C) Mechanically: DE 24 08 981 ; DE 43 16 610 A1 ; EP 03 43 272 ; DE 41 09 993 A1 ; DD 228 468 A1

Viele bekannte mechanische Behandlungsmethoden für Gießereisande sind der Zerkleinerungstechnik für Mineralien entlehnt. Das sind z. B. Kugelmühlen mit rotierenden Trommeln oder mit Rührwerken. Auch Prallmühlen wurden für diese Aufgabe versucht. Diese Geräte sind zum Zerkleinern und Zermahlen von Stoffen geschaffen, nicht aber zur Entfernung der Ansätze zerbrochener Bindemittelbrücken von der Oberfläche von Altsandkörnern, ohne die Sandkörner zu zerkleinern.Many known mechanical treatment methods for foundry sands are borrowed from the mineral comminution technique. These are z. As ball mills with rotating drums or with stirrers. Impact mills were also tried for this task. These devices are designed to crush and grind fabrics, but not to remove the stoppers of broken binder bridges from the surface of used sand grains without crushing the sand grains.

Es ist auch bekannt, Altsand mittels Luftstrahlen oder rotierender Teller auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen und dann gegen starre Flächen oder sich bildende Sandpolster prallen zu lassen. Geschwindigkeiten um 40 m/sec sind notwendig, um aus der geringen Sandkornmasse und der Bewegung der Sandkörner Kräfte zu erzeugen, die einen Abtrag der Binderbrückenreste von der Sandkornoberfläche bewirken. Des weiteren soll die hohe Geschwindigkeit verhindern, dass die Sandkörner bei deren Aufprall auf die starren Prallflächen oder Sandpolster ausweichen können, ohne bearbeitet zu werden. Die hohe Geschwindigkeit der Sandstrahlen in Verbindung mit der Härte der Sandkörner und deren Kornform erzeugt aber einen hohen Verschleiß an den Vorrichtungen und Splitterkornanteil bei den behandelten Sanden. Kennzeichen dieser Verfahren ist auch, dass die Zone, in der die Behandlung der Sandkörner erfolgt, räumlich eng begrenzt ist und die Zeit, in der die Behandlung stattfindet, nur ein Sekundenbruchteil ist.It is also known to accelerate old sand by means of air jets or rotating plates to high speeds and then to bounce against rigid surfaces or forming sand pads. Speeds around 40 m / sec are necessary to generate from the small grain of sand and the movement of the grains of sand forces that cause a removal of the binder bridge residues from the sand grain surface. Furthermore, the high speed should prevent the grains of sand from dodging on the rigid baffles or sand pads when they are impacted without being processed. However, the high speed of the sandblasting in conjunction with the hardness of the grains of sand and their grain shape produces a high wear on the devices and fragmentation of the treated sands. Characteristic of these methods is also that the zone in which the treatment of the grains of sand takes place, is spatially limited and the time in which the treatment takes place is only a split second.

Ziel der Erfindung ist ein mechanisches Verfahren und eine Vorrichtung zum Abbau von Binderbrückenresten von der Oberfläche von Sandkörnern und deren Glättung, insbesondere von Sandkörnern aus Gießereisanden, bei dem die notwendigen Kräfte zur Behandlung der Sandkörner bei geringen Geschwindigkeiten erzeugt werden, der Behandlungszeitraum länger und wählbar ist und die Behandlungszone weit ausgedehnt ist. Zudem soll die erforderliche Energie gleichmäßig über die Behandlungszeit umgesetzt werden, um weniger splittriges Korn zu erzeugen. Die Behandlung in der Vorrichtung soll bei normalen Temperaturen möglich sein. Es sollen auch für die spätere Verwendung des aufbereiteten Sandes erforderliche feste und flüssige Stoffe zugegeben werden können. Auch soll das Runden kantiger Sande möglich sein.The aim of the invention is a mechanical method and apparatus for the degradation of Binderbrückresten from the surface of sand grains and their smoothing, especially of sand grains from foundry sands, in which the necessary forces for the treatment of sand grains are produced at low speeds, the treatment period is longer and selectable and the treatment zone is extensive. In addition, the required energy should be implemented evenly over the treatment time to produce less splintered grain. The treatment in the device should be possible at normal temperatures. It should also be possible for the subsequent use of the processed sand required solid and liquid substances can be added. Also, the rounding edged sands should be possible.

Die Lösung dieser Aufgaben wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 bzw. die Vorrichtung nach Anspruch 11 erreicht. Die zu behandelnden Sandkörner strömen durch die Lückenräume zwischen sich bewegenden Staukörpern in einem Behandlungsgefäß, wobei die Staukörper den Sandstrom in die Lückenräume zwischen den Staukörpern lenken und ein freies Ausweichen der einzelnen Sandkörner verhindern, die Staukörper mit ihrer Masse, Bewegung und Gestalt auf die zwischen ihnen strömenden Sandkörner einwirken und die Sandkörner mit der ihnen zugeführten Energie benachbarte Sandkörner bearbeiten. Die Sandkörner sind also die Werkzeuge, mit denen Binderbrückenreste auf Nachbarsandkörnern abgearbeitet werden. The solution of these objects is achieved by the method according to claim 1 and the device according to claim 11. The sand grains to be treated flow through the gap spaces between moving bluff bodies in a treatment vessel, the bluff bodies direct the flow of sand into the gap spaces between the bluff bodies and prevent free dodging of the individual sand grains, the bluff body with their mass, movement and shape on between them acting sand grains act and the sand grains with the energy supplied to them adjacent grains of sand. The grains of sand are thus the tools with which binder bridge residues on neighboring sand grains are processed.

Die Größe der Lückenräume, die die Behandlungsräume für die Sandkörner bilden, wird bestimmt durch die Dimensionen der Staukörper und deren Volumenanteil im gesamten Behandlungsgefäß. Dies ist leicht zu erkennen, wenn man sich die Staukörper kugelig in dem Behandlungsgefäß ruhend vorstellt. Wird das Behandlungsgefäß in Bewegung versetzt, so lockert sich das Haufwerk der Staukörper und der Sandstrom durch die Lückenräume zwischen den Staukörpern wird möglich. Die Staukörper wirken mit ihrer Masse, Bewegung und Gestalt auf die sie berührenden Sandkörner und diese bearbeiten die ihnen benachbarten Sandkörner. Die Bearbeitungsintensität wird bestimmt durch die Dimension, der Masse und der Bewegungsgeschwindigkeit der Staukörper. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Sand vor der mechanischen Behandlung zur Deaktivierung nicht völlig ausgehärteter Binderreste zu erwärmen. Bei gewünschter Dimension der Staukörper zur Bildung optimaler Zwischenräume, kann die Masse der Staukörper durch die Wahl des Werkstoffes, durch die Wahl verschiedener Werkstoffe für Mantel und Kern oder durch die Ausführung mit hohlem Kern bestimmt werden. Für den Mantel der Staukörper bietet sich verschleißfestes Material, z. B. Polyurethan an.The size of the gap spaces that form the treatment rooms for the grains of sand is determined by the dimensions of the bluff bodies and their volume fraction in the entire treatment vessel. This can be easily recognized if one imagines the bluff body in a spherical position in the treatment vessel. If the treatment vessel is set in motion, then the heap of the bluff body loosens and the flow of sand through the gaps between the bluff bodies becomes possible. The baffles act with their mass, movement and shape on the touching sand grains and they work on the adjacent grains of sand. The machining intensity is determined by the dimension, the mass and the speed of movement of the bluff bodies. It has proven to be advantageous to heat the sand prior to mechanical treatment to deactivate not completely cured binder residues. With the desired dimension of the bluff body to form optimum spaces, the mass of the bluff body can be determined by the choice of material, by the choice of different materials for sheath and core or by the design with a hollow core. For the jacket of the bluff body offers wear-resistant material, eg. As polyurethane.

Zur Vermeidung von Fremdstoffeintrag in Gießereisand kann zumindest der Mantel der Staukörper aus Quarz bestehen.To avoid impurity entry into foundry sand, at least the jacket of the bluff body may consist of quartz.

Die Bewegungsintensität und Bewegungsrichtung der Staukörper wird durch die Bewegung des Behandlungsgefäßes bzw., wenn die Staukörper durch einen Rotor in einem ruhenden Behandlungsgefäß angeregt werden, durch die Rotorbewegung bestimmt. Sie soll so bestimmt sein, dass die Sandkornoberfläche von Bindemittelresten gereinigt, die Sandkörner aber nicht zerstört werden.The movement intensity and direction of movement of the bluff body is determined by the movement of the treatment vessel or, if the bluff bodies are excited by a rotor in a stationary treatment vessel, by the rotor movement. It should be so determined that the sand grain surface cleaned of binder residues, but the grains of sand are not destroyed.

Die Bewegung des Behandlungsgefäßes kann rotierend oder schwingend, ein- zwei- oder dreidimensional sein. Das Behandlungsgefäß kann offen oder geschlossen sein. Die Bewegungsachse des Behandlungsgefäßes, bzw. der Rotoren, ist horizontal, vertikal oder geneigt ausführbar. Die durch die Behandlung frei werdenden Feinteile können während der Behandlung im Behandlungsgefäß oder nach der Behandlung außerhalb des Behandlungsgefäßes abgezogen werden. Dazu eignen sich besonders Luftströme im Behandlungsgefäß. Der Luftstrom kann auch erwärmt sein. Als Austragsvorrichtungen für die frei werdenden Feinteile, die nach dem Behandlungsgefäß angeordnet werden, sind insbesondere Fließbetten, die auch mit erhitzter Luft betrieben werden können, geeignet. Die Trennung der Staukörper vom behandelten Sand wird durch Siebe oder Luftströme vorgenommen. Werden die Staukörper durch Rotoren bewegt, so kann die Luft zum Austragen der anfallenden Feinteile auch durch die Rotoren zugeführt werden. Die Behandlung der Sande ist kontinuierlich oder satzweise möglich. Es können Stoffe, die zur Verbesserung der Sandeigenschaften für neue Formen und Kerne nötig werden, z. B. Siliconöl, Natronlauge oder Eisenoxid zugegeben und in der Vorrichtung innig mit dem Sand vermischt werden.The movement of the treatment vessel can be rotating or swinging, one- or three-dimensional. The treatment vessel may be open or closed. The axis of movement of the treatment vessel, or the rotors, is horizontally, vertically or inclined executable. The fines released by the treatment may be withdrawn during treatment in the treatment vessel or after treatment outside the treatment vessel. Air streams in the treatment vessel are particularly suitable for this purpose. The air flow can also be heated. As discharge devices for the liberated fines, which are arranged after the treatment vessel, in particular fluidized beds, which can also be operated with heated air, are suitable. The separation of the bluff body from the treated sand is carried out by sieves or air streams. If the bluff bodies are moved by rotors, the air for discharging the resulting fine particles can also be supplied by the rotors. The treatment of the sands is possible continuously or batchwise. It may substances that are necessary to improve the sand properties for new forms and cores, z. As silicone oil, sodium hydroxide or iron oxide are added and mixed intimately in the device with the sand.

Die Staukörper haben bevorzugt kugelige Gestalt. Sie sind aber auch kugelähnlich wie elliptoidisch, zylindrisch oder als vielflächige Körper möglich.The bluff bodies preferably have a spherical shape. But they are also spherical like elliptoid, cylindrical or polyhedral body possible.

1 stellt die verfahrensmäßige Arbeitsweise dar. 1 represents the procedural mode of operation.

Die sich bewegenden Staukörper (SK), deren Gestalt in der Skizze beispielhaft dargestellt ist, wirken auf die Sandkörner in den mit sandartiger Schraffur dargestellten Lückenräumen (LR). Durch die Gestalt der Staukörper (SK) wird erreicht, dass die Staukörper (SK) auf die Sandkörner einwirken können, ohne dass die Sandkörner ausweichen können. Die Bewegung der Staukörper (SK) ändert aber ständig Form und Größe der Verbindungskanäle (VK) und Lückenräume (LR) und erzwingt so einen Wechsel der Sandkörner durch die Lückenräume (LR) unter Bearbeitungseinfluss der Staukörper (SK) und der Reibung Sandkorn an Sandkorn.The moving bluff bodies (SK), the shape of which is shown as an example in the sketch, act on the grains of sand in the gaps (LR) shown by sand-like hatching. The shape of the bluff body (SK) ensures that the bluff bodies (SK) can act on the grains of sand without the sand grains being able to escape. However, the movement of the bluff bodies (SK) constantly changes the shape and size of the connecting channels (VK) and void spaces (LR) and thus forces a change of sand grains through the void spaces (LR) under the influence of machining the bluff body (SK) and the sand grain to sand grain friction.

In 2 wird ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gezeigt.In 2 an embodiment of an apparatus for performing the method is shown.

3 ist ein Schnitt durch die Schnittebene A-B der 2. 3 is a section through the cutting plane AB of 2 ,

Der Trommelmantel 1 lagert mit Laufringen auf den antreibenden Rollen 2, die mit einem nicht dargestellten Antrieb die Trommel in Rotation in Pfeilrichtung DR versetzen. In der Trommel befinden sich Staukörper (SK) 6, die von der Trommelinnenfläche durch Reibung in Laufrichtung der Trommel angehoben werden. Sie sind hier als hohle Staukörper dargestellt. Die Trommel hat einen Innendurchmesser D1 und die Länge L1. Schon mit 20% Füllung des Volumens der Trommel 1 mit Staukörpern (SK) 6 und einer Drehzahl von 20% der kritischen Drehzahl nk
(nk = 42,3/(D1)^0,5), nk in U/mm, D1 in m),
wurden erhebliche Verbesserungen des behandelten Sandes festgestellt. Optimiert werden kann sie durch Versuche mit dem konkret zu behandelnden Sand. So bleibt in der Aufgabeseite für Sand ausreichend Platz für das z. B. als Dosierschnecke ausgebildete Zuführorgan 3 mit dem Einlauf 10 für den in der Vorrichtung zu behandelnden Sand und den Anschlussquerschnitt 4 für die nicht eingezeichnete Absaugeeinheit aus Ventilator und Filter.The drum shell 1 stores with races on the driving wheels 2 , the drive with a drive, not shown, the drum in rotation in the direction of arrow DR. In the drum there are bluff bodies (SK) 6 , which are lifted by the drum inner surface by friction in the direction of the drum. They are shown here as hollow bluff bodies. The drum has an inner diameter D1 and the length L1. Already with 20% filling of the volume of the drum 1 with bluff bodies (SK) 6 and a speed of 20% of the critical speed nk
(nk = 42.3 / (D1) ^ 0.5), nk in U / mm, D1 in m),
Significant improvements in the treated sand were noted. It can be optimized by experiments with the specific sand to be treated. So remains in the task page for sand enough space for the z. B. designed as a metering feeder 3 with the enema 10 for the sand to be treated in the device and the connection cross-section 4 for the not shown suction unit consisting of fan and filter.

Auf der Austragseite der Trommel ist die Austragsöffnung mit einem Gitter 7 zum Rückhalt der Staukörper (SK) 6 in der Trommel, dessen Öffnungen kleiner als die Staukörper (SK) 6 sind, versehen. In Fließrichtung hinter dem Gitter 7 sind ein Sieb 8, dessen Maschenweite dem behandelnden Sand entspricht, und die Eintrittsöffnung 9, durch die die angesaugte Entstaubungsluft strömt, angeordnet. Der behandelte Sand verlässt bei 11 die Vorrichtung.On the discharge side of the drum is the discharge opening with a grid 7 for the support of the bluff bodies (SK) 6 in the drum, whose openings are smaller than the bluff bodies (SK) 6 are provided. In the flow direction behind the grid 7 are a sieve 8th , whose mesh size corresponds to the treated sand, and the inlet opening 9 , through which the sucked dedusting air flows, arranged. The treated sand leaves 11 the device.

Claims

Method for treating foundry sand in the voids (LR) of a heap of bluff bodies (SK) in a treatment vessel, wherein the debris is set in motion by the treatment vessel, or the heap of rotors is moved in the treatment vessel when the treatment vessel is stored stationary, characterized in that - bluff body (SK) of spherical or ball-like shape, which are at least 10 × larger than the maximum grain of the sand to be treated, are used, wherein - at least the outer layer of the bluff body (SK) consists of quartz-containing material or at least the outer layer of the bluff bodies (SK) is made of polyurethane or similar elastic material and / or the bluff bodies (SK) are hollow, so that the moving bluff bodies (SK) direct the sand flow and stimulate the sand grains touching them, and these excited sand grains on more Sand grains act as a cleaning agent.

A method according to claim 1, characterized in that the abraded fines are discharged.

A method according to claim 2, characterized in that the fines are discharged by an air flow.

A method according to claim 3, characterized in that the air flow is heated.

A method according to claim 1, characterized in that at least a subset of the particles dissolved by the sand grains remains as a buffer in the sand.

A method according to claim 1, characterized in that during the treatment of the sand liquid or powdery substances are supplied.

A method according to claim 1, characterized in that the bluff body (SK) and the grains of sand are separated from each other at the end of the treatment.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the treatment is carried out continuously.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the treatment is carried out batchwise.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sand to be treated is deactivated by heating before the mechanical treatment.

Apparatus for carrying out the method according to claim 1, wherein the apparatus comprises a treatment vessel with a heap of bluff bodies (SK), and the treatment vessel is set in motion, or in the treatment vessel one or more rotors are present when the treatment vessel is stored in rest, thereby in that - the bluff bodies (SK) are of spherical or spherical shape and at least 10 × larger than the maximum grain of the sand to be treated, and - at least the outer layer of the bluff bodies (SK) consists of quartz-containing material or at least the outer layer of Jam body (SK) made of polyurethane or similar elastic material and / or the bluff body (SK) are hollow.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the treatment vessel with bluff bodies (SK) has a cylindrical shape and rotates.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the treatment vessel with bluff bodies (SK) oscillates.

Apparatus according to claim 11 and / or 12, characterized by a rotor or a plurality of rotors in the treatment vessel with bluff bodies (SK).

Device according to one or more of the preceding claims 11 to 13, characterized in that the treatment vessel with bluff bodies (SK) is open.

Device according to one or more of the preceding claims 11 to 13, characterized in that the treatment vessel with bluff bodies (SK) is closed.

Device according to one or more of the preceding claims 11 to 16, characterized in that the movement axis of the treatment vessel with bluff bodies (SK) or the rotors is oriented horizontally, inclined or vertically.

Device according to one or more of the preceding claims 11 to 16, characterized in that the movement axis of the treatment vessel with bluff bodies (SK) is tumbling.