DE19545917A1

DE19545917A1 - Dispergiervorrichtung und Verfahren zur Bentonitdispergierung

Info

Publication number: DE19545917A1
Application number: DE1995145917
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Weikert; Marian Ivanov; Ulrich Minkner; Uwe Kuechler
Original assignee: Kuenkel Wagner Service und Vertriebs GmbH
Current assignee: Kuenkel Wagner Germany GmbH
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1995-12-08
Publication date: 1997-01-30
Anticipated expiration: 2015-12-09
Also published as: DE19545917B4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dispergiervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen, Speichern und Dosieren von Bentonitsuspension für die Formsandaufbereitung.

Fig. 1 zeigt eine Dispergiervorrichtung wie in Beispiel 1 beschrieben,

Fig. 2 zeigt eine Dispergiervorrichtung wie in Beispiel 2 beschrieben,

Fig. 3 zeigt eine Dispergiervorrichtung wie in Beispiel 3 beschrieben und

Fig. 4 zeigt eine Rühranordnung mit Dispergierscheibe.

Fig. 5 zeigt das allgemeine Formsandumlaufsystem mit Aufbereitung.

Stand der Technik

Fig. 5 beschreibt das Umlaufsystem von Gießereiformsand.

Die Bezugszeichen haben die folgende Bedeutung:

I Formen/Gießen
II Ausleeren/Trennen
III Befeuchten/Kühlen
IV Dosieren/Mischen/Konditionieren
A Frischsand
B Altsand.

In Station I werden die geformten Kästen abgegossen. Danach durchlaufen sie die Abkühlstrecke. Die unterschiedliche Strichdichte beschreibt die Konzentration an Bindemitteln und das Verhältnis Formsand/Eisen. Dieses Verhältnis bestimmt den Verschleiß des Werkstoffes Formsand.

In Station II werden die Formkästen ausgeleert. Die fertigen Gußkörper werden vom Formstoff getrennt. Der Altsand wird weitertransportiert. Weil der Altsand heiß ist, wird er in Station III gekühlt. Dazu wird Wasser benutzt. Über die Verdampfungswärme des Kühlwassers erfolgt die Abkühlung des heißen Altsandes.

Zwischen Station III und IV befindet sich die Homogenisierungsstrecke. Hier wird der nun kalte Altsand gelagert. Ungleicher Verschleiß und Bentonitabbrand wird für die verschiedenen Segmente des Sandstromes durch gezieltes Vermischen ausgeglichen (getrenntes Speicherfüllen und gemeinsames Speicherentleeren).

Die Verbrauchsfaktoren sind:

1. Thermischer Verschluß; Flüssigeisendurchsatz; Abbrand in kg/% × 100 kg Fe
2. Sandzulauf
3. Austrag (Entstaubung).

Zusätzlich zum Kühlwasser wird im Kühler eine weitere Wassermenge dosiert. Diese Dosierwassermenge erhöht den Wassergehalt des Altsandes von z. B. ca. 1,0% Restfeuchte auf ca. 2,5% Sollfeuchte am Kühlerausgang. Der Altsand wird mit diesem Istwassergehalt dann in die Speicherhomogenisierstrecke übergeführt. Das im Altsand noch befindliche Bindemittel Aktivton erlangt mit diesem Wassergehalt einen Teil seiner ursprünglichen Bindekraft zurück.

Die Sandaufbereitung wird ausschließlich als ein einstufiger Aufbereitungsprozeß realisiert. Es wird angestrebt, dem Altsand während des Aufbereitungsprozesses im Mischer die volle Bindefähigkeit zu verleihen. Hier wird über Dosieraggregate außerdem der Aktivtonanteil durch Frischbentonit ergänzt. Frischbentonit muß zugegeben werden, weil ein Teil des Aktivtones im vorherigen Gießvorgang thermisch verschlissen ist und keine Bindekraft mehr besitzt. Der Ergänzungsbentonit zur Auffrischung des Sandes wird nach der Wasserzugabe trocken im Mischer zudosiert.

Die Hauptaufgaben der Aufbereitungstechnik

Gleichverteilen der Formsandkomponenten
Bentonitdispergierung
Sandkorneinbindung und
Auflockern

werden von einem Mischaggregat durch hohe Mischintensität und Reibkräfte erzielt. Die Wirksamkeit dieser einstufigen Aufbereitung hat wegen feuchtigkeitsarmer Formsande und grobdisperser Bentonite in den letzten Jahren abgenommen. Dabei werden zunehmend Hartbentonitschichten von der Sandkornoberfläche abgerieben, die als inaktiver Staub für die Verdünnung und Abmagerung des Aktivbentonits verantwortlich sind. Die Folgen sind vergleichsweise hoher Bentonit- sowie Glanzkohlenstoffbildner- und Neusandbedarf bei gleichzeitig steigenden Abfallmengen.

Es ist deshalb nach anderen Verfahren gesucht worden, mit deren Hilfe die obigen Nachteile vermieden werden könnten. Genannt werden können hier die folgenden:
Aufbereitung nach dem Bypass-Prinzip (z. B. Joe Schuhmacher- System): Dem Umlaufsand wird ständig eine gewisse Sandmenge entzogen. Diese wird dem Kreislauf beim Mischen gemeinsam mit dem neu zu mischenden Altsand im Umlauf stets neu zugeführt. Angestrebte Effekte sind eine Vergleichmäßigung des Sandstromes und der Sandtemperatur sowie Erhöhung der spezifischen Bindekraft des Aktivtons.

Bentonit-Slurry-Technik: Das von der Bohr- und Bauindustrie bekannte Slurryverfahren wurde auch für die Gießerei- Formsandaufbereitung erprobt. Dieses Verfahren findet seine Anwendung in einem Mischaggregat, siehe Fig. 2; mit Wasser wird Bentonit aufgeschlämmt und vorgequollen.

In der Formsand-Aufbereitung wird diese Bentonitsuspension im Mischer zugegeben und ersetzt die übliche Trockenbentonitzugabe.

Die Zugabemenge an Bentonitsuspension in den Mischer ist begrenzt. Die Begrenzung ergibt sich aus der maximal zuführbaren und für den Aufbereitungsprozeß notwendigen Wassermenge. Wird z. B. ein Altsand mit einem Wassergehalt von 2% für den Mischprozeß (aus dem Kühler bzw. der Bunkergruppe) zur Verfügung gestellt, so kann bei einem gewünschten Zielwassergehalt von 3,5% für die geforderte Sollverdichtbarkeit nur noch 1,5% Wasser im Mischvorgang zugegeben werden.

Die Herstellung einer Bentonitsuspension ist begrenzt durch die Quelleigenschaften des Bentonits. Eine Bentonitmenge eines bestimmten definierten Bentonittyps von 10 kg muß z. B. mit einer notwendigen mindestens 5-fachen Wassermenge (d. h. 50 kg) versetzt werden, um eine gebrauchsfähige und förderfähige Bentonitsuspension herzustellen. Wenn die in der Bentonitsuspension enthaltene Wassermenge die maximal für den Mischprozeß benötigte Wassermenge überschreitet, kann die notwendige Soll-Bentonitmenge, die während des Mischprozesses zugeführt werden soll, nicht eingebracht werden. Damit sind die Einsatzmöglichkeiten einer solchen Slurry-Einrichtung - durch den Eingabe-Ort - wesentlich beschränkt.

Trockenbentonit-Dosierung im Kühler

Durch Trockenbentonitzugabe im Kühler wird die Möglichkeit einer zweistufigen Aufbereitung realisiert. Der dadurch erreichten früheren Vermischung des Frischbentonits mit dem Altsand stehen aber wichtige technologische Nachteile entgegen. Solche Nachteile resultieren vor allem aus dem Kühler-Wirkprinzip und insbesondere aus der Luftdurchströmung während des Kühlens. Dadurch wird ein undefinierbarer Bentonitanteil all Staub aus dem Kühler abgeführt. Die Dosiergenauigkeit wird erheblich gesenkt, die Durchmischung und die Dispergierung ist unzureichend.

Die eingesetzten Bindemittel-Einbringaggregate für Formsandkühler weisen die folgenden Nachteile auf: Über Schnecken wird das trockene Bindemittel in den fließenden Altsandstrom eingebracht, dort untergemischt und somit dem fließenden, in Kühlung befindlichen Altsandstrom zugeführt. Diese Trockendosierung mittels Schnecke weist Nachteile auf. Folgende Hauptmängel der Dosiertechnik sind bekannt: die Anlagen können nur ohne fließenden Formsand ausgelitert werden, um die Zugaberate zu ermitteln. Die Zugabe über die Schnecke ist abhängig von der Sandhöhe im Kühler. Bei Unterschreitung gewisser Minima schaltet die Schnecke selbsttätig ab. Die Zugabe läuft nur, wenn gleichzeitig Wasser, über andere Zuführungen, zuläuft. Generell läuft damit nicht ständig Bentonit zu. Die Konstruktion der Schnecke bringt schon Ungenauigkeiten mit sich. Unterschiedliche Dichten des Bindemittels können nicht berücksichtigt werden. Die Zugabe hängt weiter von der seitwärtigen Heranführung der Mischerschaufeln und damit dem Gegendruck des Sandes ab. Verfahrenstechnologische Hauptmängel sind damit - wie erwähnt - die Ungenauigkeit der Dosierung, das Absaugen des noch trockenen Materials und die Zugabe in nicht voraufgeschlossener Form.

Verschiedene Firmen setzen Bindemittel-Dosieraggregate für Formstoffmischer ein. Das Bindemittel wird in die Formsande während des Mischprozesses trocken eingeblasen. Die Bindemittelinjektion erfolgt erst im Mischprozeß selbst. Die Wirksamkeit des Bindemittels kann nur scheinbar entfaltet werden, da die kurze Periode des Aufschlusses unter der mechanischen Einwirkung der Mischkraft nur einen Teil der absolut zur Verfügung stehenden Bindekraft - in der Kürze der Zeit - zur Wirkung bringen kann. Eine zweistufige Aufbereitung wird so nicht erreicht. Es wird lediglich versucht, die einstufige Aufbereitung zu verbessern.

In Gießerei 80, 1993, S. 817 ff werden die grundsätzlichen Nachteile der derzeitigen Verfahren und die Vorteile eines mehrstufigen "Schlickerverfahrens" beschrieben.

Dieses Verfahren ist jedoch nach den Ausführungen des Verfassers bisher technisch nicht realisierbar. Angestrebt wird, in einer ersten Stufe die erforderliche Dispergierung des Bentonits durch Zwängen des in Wasser gequollenen Materials durch enge Spalten zu erzielen. Dies sei für Natriumbentonit wegen dessen hoher Quellfähigkeit jedoch nicht möglich, vielmehr müsse man mit Calciumbentonit arbeiten. In einer zweiten Stufe sollen dann die Sandkörner mit dem "Bentonitschlicker" in einer Mischmaschine (Flügel- oder Schaufelmischer) eingebunden werden. Dabei seien Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, um vorhandene Hartbentonitschichten der Sandkörner nicht zu verändern. Auch wird empfohlen, den Mischer gleichzeitig als Kühler für heiße Formsande zu gestalten und die Wasserverdampfung aus dem Schlicker gleichzeitig zur Kühlung und zum Wasserentzug des Schlickers zu nutzen. Dabei würde aber leicht zu viel Wasser eingetragen, so daß der - nachteilige - Zusatz einer adäquaten Menge an Trockenbentonit erforderlich werde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dispergieren von Bentoniten bereitzustellen, die die vorstehenden Nachteile nicht aufweisen und z. B. auch für Natriumbentonit ohne weiteres eingesetzt werden können. Weiterhin sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten von Altsand mit Hilfe der dabei gewonnenen Suspension zur Verfügung gestellt werden.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch das Verfahren der Ansprüche 1 bzw. 7 und 8 sowie die Vorrichtung der Ansprüche 10 bzw. 19 gelöst.

Im einzelnen:

(1) Der Bentonit wird nicht mehr - wie bisher üblich - trocken dosiert. Der Bentonit wird mittels einer Dispergiervorrichtung mit Wasser in Berührung gebracht und durch hohe Mischintensität sowie die speziellen Mischwerkzeuge (Ansprüche 1 bis 4 und 10 bis 15) aufgeschlossen und in einen quellfähigen Zustand versetzt.

Die vorliegende Erfindung bedient sich dabei zur Lösung der Aufgabe verschiedener Elemente (Zuführ-, Umwälz- und Dispergierelemente), die miteinander bewirken, daß das zu behandelnde Material durch unterschiedliche Relativgeschwindigkeiten einem Schereffekt unterworfen wird.

Die speziellen Mischwerkzeuge umfassen dabei unter anderem eine Dispergiereinrichtung, die bevorzugt eine Dispergierscheibe oder ein Dispergiergitter, ggf. mit Schaufel, ist.

Die Dispergierscheibe wie das Dispergiergitter haben die Funktion,

- Agglomerierung von Pulvern zu vermeiden, die in feuchter Suspension zum Klumpen neigen,
- klumpende Pulver zu deagglomerieren, zu zerteilen.

Die Dispergierscheibe ist ein in der Rührwerkstechnik häufig eingesetzter Gegenstand, bevorzugt eine Scheibe aus Edelstahl. Sie besitzt flächige Elemente mit unterschiedlichem, wechselweise versetztem Richtungscharakter. Bevorzugt hat sie einen sägezahnförmigen Grundaufbau mit an der äußeren Begrenzung angeordneten Lippen, die wechselnd nach unten oder oben ragen und bevorzugt so ausgestaltet sein können, daß sich in Dreh-/Bewegungsrichtung der Lippen der Abstand zum Drehmittelpunkt vergrößert, wobei die Lippen eine in Drehrichtung ansteigende angeschnittene Phase aufweisen. Auch ohne Abstandsvergrößerung der Lippen in Richtung Drehmittelpunkt ergibt sich bereits eine gute Deagglomerationswirkung.

Die Dispergierscheibe bewirkt also infolge der Sägezähne und Lippen ein mechanisches Scheren in Kombination mit dem Auslösen von Relativgeschwindigkeitsverschiebungseffekten.

Ganz bevorzugt (siehe Beispiel 1) werden die speziellen Mischwerkzeuge so ausgestaltet, daß das Herstellen der Bentonit-Suspension unter Einwirkung von drei Scherfronten erfolgt. Die erste Scherfront wurde voranstehend im Zusammenhang mit der Dispergierscheibe beschrieben. Die vertikale Komponente der Umwälzbewegung bewirkt, daß die Masse nach oben und nach unten geschoben wird. Die Radialbewegung des "Masseblocks", der mit der Dispergierscheibe umläuft, ergibt die zweite Scherfront. Gegenläufig zur Schubrichtung der Umwälzpropeller laufende Außenrührelemente (Anspruch 13) bewirken die dritte Scherfront.

Diese hochaufgeschlossene Bentonitsuspension kann im Formsand eine hohe spezifische Festigkeit entfalten. Diese Festigkeit ist höher als die, die durch Dosieren von trockenem Bentonit im Formsand bei einem gleichen Bentonit/Wasser-Verhältnis entstünde.

(2) Die Bentonitsuspension wird dem Altsand zu einem früheren Zeitpunkt als dem Mischvorgang zugegeben. Der Zugabeort ist der Altsandkühler (Ansprüche 7 und 19). Im Altsandkühler wird eine Kühlwirkung kombiniert mit der energiearmen Gleichverteilung der Komponenten.
(3) Mit Hilfe eines Rechenprogramms können bei Bedarf die notwendigen Zugaberaten und Zyklen für unterschiedliche Altsandtypen berechnet werden. Bei der Berechnung der Bentonitsuspension können vom Rechenprogramm außerdem bentonitspezifische Eigenschaften berücksichtigt werden, die für die Herstellung der Bentonitsuspension von Bedeutung sind.

Dabei bestimmt die einbringbare Wassermenge die einbringbare Bentonit/Wasser-Suspensionsmenge. Die einbringbare Wassermenge hängt vom Zustand des ankommenden Altsandes ab.

Je nach dessen Zustand kann/muß also viel oder wenig Wasser zugegeben werden. Für die Regelung wird der Zustand des Altsandes erfaßt. Eine Feuchtesonde und eine Temperatursonde zeigen den Zustand des Altsandes an. (T1, F1). Mitunter kann nicht der gesamte für die Aufbereitung des Altsandes notwendige Bentonit im Kühler zugegeben werden. Der Rest muß im Mischer zugegeben werden.

Wird z. B. mit Festmengenzugabe im Mischer gearbeitet (d. h. ohne verschleißbezogene Dosierberechnung) so kann diese verschleißbezogene Dosierung durch eine Erfassung des Altsandzustandes kompensiert werden. Die Festmenge wird nur noch als Restbetrag der Dosierung im Kühler - wenn überhaupt nötig - ausgeführt.

Mit der Erfassung des Zustandes des Altsandes wird die Bentonitzugabemenge, nach oben begrenzt durch die mögliche Wassermenge, festgestellt. Versetzt um den durchschnittlichen Zeitabstand der Bunkerdurchläufe wird diese Menge von der Bentonitdosierung im Mischer abgezogen.

Die Steuerung/Regelung kann wie folgt abgestuft werden:

Fall 1: Kalt und naß bis sehr naß

- T1 (Stufe 1) und F1 (Stufe 2/3)
BSE aus (Stufe 0)

Fall 2: Kalt und trocken (z. B. Montag früh)

- T1 (Stufe 1) und F1 (Stufe 1)
BSE ein (Förderleistung Stufe 2)

Fall 3: Warm und trocken

- T1 (Stufe 2) und F1 (Stufe 1)
BSE ein (Förderleistung Stufe 3)

Fall 4: Warm und naß

- T1 (Stufe 2) und F1 (Stufe 2)
BSE ein (Förderleistung Stufe 2)

Fall 5: Warm und sehr naß

- T1 (Stufe 2) und F1 (Stufe 3)
BSE ein (Förderleistung Stufe 1)

Fall 6: Heiß und trocken

- T1 (Stufe 3) und F1 (Stufe 1)
BSE ein (Förderleistung Stufe 3)

Fall 7: Heiß und naß

- T1 (Stufe 3) und F1 (Stufe 2)
BSE ein (Förderleistung Stufe 2),

BSE Betonitsuspensionszugabe
F1 Feuchtemessung auf dem Kühlereingangsband
T1 Temperatur Kühlereingang

Tabelle 1

Selbstverständlich ist die voranstehend dargestellte Regelung ganz allgemein auf die Zugabe von Bentonitsuspension anwendbar, unabhängig von deren Herstellungsverfahren.

Wichtige technologische und ökonomische Vorteile sind:

- Es wird ein vollständiges Aufschließen auch schwer dispergierbarer Bentonite gewährleistet. Eine Beschränkung auf Calciumbentonit ist weder erforderlich noch angezeigt.
- Es erfolgt eine intensivere Vermischung der Bentonitsuspension mit dem Altsand. Der Altsand wird schon im Kühler mit der Bentonitsuspension vermischt und teil-homogenisiert. Dabei wird:
- durch Wasserverdampfung bei gleichzeitigem Wasserentzug der Bentonitsuspension der Sand gekühlt
- auch der Kernaltsand umhüllt
- die Hartbentonitschicht der Sandkörner mit energiearmer, weicher, aktivtonreicher Hülle versehen.
- Die beiden im Kühler zuführbaren Wassermengen sind Kühlwasser (Verdunstungs-Wasser) und Befeuchtungswasser (Wassermenge zur Erhöhung der Ist-Altsandfeuchte auf einen Sollwert). Es ist eine vergleichsweise hohe Wasserzugabemenge möglich. Damit ist es möglich, die aus dem Stand der Technik gegebene Begrenzung aufzuheben. Die beiden Wassermengen können durch den Wasseranteil in der Bentonitsuspension dargestellt werden.
- Die vergleichsweise frühe Zugabe gibt dem gesamten Formsand die Möglichkeit, über eine vergleichsweise längere Kontaktphase während des Speicherhomogenisierens eine intensivere Verbindung durch Quellen und Lagern zu erlangen.
- Der Abrieb der Hartbentonitschicht während der nachfolgenden Aufbereitung im Mischer wird minimiert. Damit sinkt der inaktive (nicht bindefähige) Feinanteil im Formsand. Gleichzeitig wird die Ausbildung einer glatten Binderhülle erleichtert.
- Durch die "Umkehrung" des Aufbereitungsvorganges im Vergleich zur Trockenbentonit-Zugabe (sehr feuchter Bentonit geht über in formgerechten - trockeneren - Zustand) wird die spezifische Bindekraft des Bentonits und damit die spezifische Festigkeit und Plastizität des Formsandes erhöht. Dies führt zu niedrigerem Bentonitbedarf und damit zur Einsparung von Bentonit sowie Glanzkohlenstoffbildnern und ggf. weiteren Additiven.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt eine Dispergiervorrichtung zur Herstellung, Speicherung und Dosierung von Bentonitsuspension. Man erkennt einen Mischbehälter 8 und und einen Lagerbehälter 12.

Der Mischbehälter 8 hat ein Nutzvolumen von ca. 200 l und besitzt zwei Rührwerk-Gruppen, die an zwei ineinander mit unterschiedlicher Drehzahl laufenden Wellen angebracht sind. Die erste Rührwerk-Gruppe besteht aus einer Abtropfscheibe, einer Dispergierscheibe (Durchm. 135 mm) sowie zwei Propellern (Durchm. 160 bzw. 80 mm). Der Antriebsmotor dieser Rührwerk-Gruppe ist polumschaltbar auf eine Drehzahl von 670 bzw. 1.430 Upm. Die Antriebsleistung beträgt 0,6 bzw. 2,5 kW.

Der erste Umwälzpropeller ist oberhalb der Dispergierscheibe angeordnet und dreht wie eine Schiffsschraube. Das Material wird dadurch nach unten in Richtung Dispergierscheibe gedrückt.

Der zweite, unterhalb der Dispergierscheibe angeordnete Propeller dreht sich ebenfalls wie eine Schiffsschraube und unterstützt bei der Entleerung den Ausdrückvorgang für das aufbereitete Material.

Die zweite Rührwerk-Gruppe besteht aus einem Anker mit Wand- und Bodenabstreifer und hat eine Antriebsleistung von 0,55 kW bei einer Drehzahl von 21 Upm.

Der Lagerbehälter 12 hat ein Nutzvolumen von ca. 400 l und besitzt eine Füllstandssonde sowie ein aus einem Anker und Wand- und Bodenabstreifern bestehendes Rührwerk, dessen Antriebsleistung 0,75 kW bei einer Drehzahl von 16 Upm beträgt.

Mit dieser Vorrichtung kann folgendermaßen gearbeitet werden:

1. Eine schnelle Wasserdosierung erfolgt über Mengenzähler (7) und Absperrschieber (6) aus einem Wasserbehälter (5). Die Dosierung der notwendigen Wassermenge resultiert aus der zu dosierenden Bentonitmenge unter Berücksichtigung des vorgegebenen einzustellenden Bentonit-Wasser-Verhältnisses.
2. Aus dem Bentonitbunker (1) wird über eine Dosiervorrichtung, z. B. eine Dosierschnecke (2), eine vorgegebene Bentonitmenge oder Bentonit-C-Träger-Gemisch in einen Dosierbunker (3) eingeführt. Die vorgegebene Bentonitmenge im Dosierbunker wird mit Hilfe eines Absperrschiebers (4) und Überführleitung in den Mischbehälter (8) transportiert.
3. Die schnelle Durchmischung der beiden Komponenten ist durch die hohe Mischleistung der Rührwerke gewährleistet. Das Gemisch wird im Wirbelstrom des größeren Propellers zur Dispergierscheibe beschleunigt und dort dispergiert. Das vollständige Wenden und Umrühren wird durch das langsamer drehende Anker-Rührwerk erzielt. Während des Mischvorganges erfolgt die Bentonitdosierung und das Füllen des Wasserbehälters für die nachfolgende Charge.
4. Nach einer festgelegten Mischzeit wird die fertige Suspension über ein Quetschventil (10) und Überführleitung in den Lagerbehälter (12) transportiert. Der Transportvorgang wird durch den am Boden des Mischbehälters angebrachten kleineren Propeller unterstützt. Das Ende der Entleerung wird über eine Füllstandssonde (9) signalisiert.
5. Die im Lagerbehälter befindliche Suspension wird mit einem Anker-Rührwerk ständig homogenisiert. Dadurch werden mögliche Thixotropie-Erscheinungen vermieden. Der Lagerbehälter ist zusätzlich mit einem Absperrschieber (13) und einer Füllstandssonde (11) versehen.
6. Über eine Exzenterschneckenpumpe (14) wird die Suspension als gesteuerter Volumenstrom zum Kühler gefördert. Die Pumpe erreicht eine Förderleistung von 0,93 bis 5,5 m³/min. bei einem Förderdruck von 2 bis 6 bar.
7. Die Suspension kann z. B. mit Hilfe von Düsen auf den Altsand gespritzt werden. Die Düsen befinden sich im Sandeinlauf des Altsandkühlers. Damit wird der Altsand mit einer vorgegebenen Menge dispergierten Bentonits angereichert.
8. Um eine bedienerfreundliche Wartung der Vorrichtung zu gewährleisten, ist zusätzlich eine Spülwasserleitung (15) als Bypass zwischen der Pumpe und dem Mischbehälter eingeschaltet.

Zahlenbeispiel

Beispiel 2

Fig. 4 zeigt eine Dispergiervorrichtung zur Herstellung, Speicherung und Dosierung von Bentonitsuspension. Die Vorrichtung weist ein Dispergiergefäß auf. Das Dispergiergefäß ist in einen Misch- und Speicherraum geteilt, die eine gemeinsame Mischerwelle haben. An der Mischerwelle sind ein Dispergiergitter, eine Dispergierschaufel sowie weitere Rührwerke und eine Schließscheibe angebracht. Die Schließscheibe dient zum Trennen der beiden Gefäße voneinander.

Mit dieser Vorrichtung kann folgendermaßen gearbeitet werden:

1. Aus einem Bentonitbunker (3) wird über eine Dosiervorrichtung, z. B. eine Dosierschnecke (2) mit Motor (1), eine vorgegebene Bentonitmenge oder Bentonit-C-Träger-Gemisch in den Mischraum (7) des Dispergiergefäßes eingeführt. Nach dem Dosierstop wird die Schließklappe (5) des Mischraumes (7) geschlossen.
2. Die Bestimmung der notwendigen Wassermenge resultiert aus der dosierten Bentonitmenge unter Berücksichtigung des vorgegebenen Bentonit-Wasser-Verhältnisses. Diese Wassermenge, reduziert um eine konstante Menge "Vorwasser" (siehe Punkt 4), wird über eine mit Mengenzähler ausgerüstete Düse (6) in den Mischraum (7) eingespritzt.
3. Nach einer festgelegten Mischzeit wird die Mischerwelle (13) pneumatisch um einen bestimmten Abstand nach oben geschoben. Damit öffnet die Schließscheibe (15) den Speicherraum (8), und die Bentonitsuspension wird über die Transportschaufel (16) in den Speicherraum transportiert.
4. Während des nachfolgenden (nächsten) Dosiervorganges (siehe Punkt 1) erfolgt die Rückführung der Mischerwelle (13) in Ausgangsposition, die Zugabe einer konstanten Menge Wasser (ca. 1/4 von der Gesamt-Wassermenge) und das Öffnen der Schließklappe (5).
5. Die im Speicherraum befindliche Suspension wird mit einem Umrührer (20) und einer Dispergierschaufel (19) ständig homogenisiert und weiter dispergiert, wobei der Umrührer vorzugsweise um 90° zur Dispergierschaufel versetzt ist.
6. Über eine Förderpumpe (21) mit Auslaßventilen (22) wird die Suspension als gesteuerter Volumenstrom zum Kühler befördert.
7. Die Suspension wird mit Hilfe von Düsen auf den Altsand gespritzt. Die Düsen befinden sich im Sandeinlauf des Altsandkühlers. Damit wird der Altsand mit einer vorgegebenen Menge dispergierten Bentonits angereichert.

Weitere in Fig. 4 abgestellte Elemente sind ein pneumatischer Kolben (4) der Schließklappe (5) für die Bentonitzugabe, der Füllstandsmesser (9) für den Speicherraum (8), der pneumatische Kolben (10) des Mischers, die Konsole (11) des Mischermotors (12), das Dispergiergitter (14) im Mischraum (7), die Öffnungsklappe (17) und die Wasserdüsen (18) für das Säubern des Speicherraums (8).

Beispiel 3

Fig. 5 zeigt eine Dispergiervorrichtung zur Herstellung und Dosierung von Bentonitsuspension. Die Vorrichtung besteht aus z. B. zwei parallel angeordneten Suspensions-Mischern, die über eine doppelt wirkende Pumpe im Wechseltakt den Altsandkühler mit Bentonitsuspension beliefern. Das Prinzip bewirkt eine Wechselwirkung zwischen Ansaugen der fertigen Suspension aus einem Mischer und dem Beschicken und Mischen in dem anderen Mischer.

Arbeitsweise

1. Der Mischer 2 (6) wird mit einer festgelegten Wassermenge über einen Mengenzähler (7) und ein Ventil (8) gefüllt.
2. Aus dem Bindemittelbehälter (2) wird über eine Dosierschnecke (3) eine vorher bestimmte Menge Bindemittel über eine Weiche (4) in den Mischer 2 zugegeben und vermischt. (Die Dosierung kann auch über eine Waage erfolgen).
3. Über die doppelt wirkende Pumpe (14) wird die vorher aus dem Mischer 1 (5) über das Ventil (11) angesaugte Suspension über das Ventil (13) in den Altsandkühler von unten oder seitlich in den Altsandstrom hineingedrückt und gleichzeitig auf der Kolbenrückseite über ein Ventil (10) die im Mischer 2 vorhandene Suspension angesaugt.
4. Parallel zum Schub der Pumpe wird der Mischer 1 entsprechend Punkt 1 und 2 beschickt. (9) ist das Einlaßventil für den Mischer 1 (5).
5. Über die doppelt wirkende Pumpe (14) wird die entsprechend Punkt 3 angesaugte Suspension aus Mischer 2 über das Ventil (12) in den Kühler (1) gedrückt.

Claims

1. Verfahren zum Dispergieren von Bentoniten in wäßrigem Medium, wobei die Bestandteile in einem Misch- und Dispergiergefäß

- vollständig gewendet und gerührt werden,
- zu einer Dispergiereinrichtung transportiert werden und
- mittels dieser Dispergiereinrichtung einem Schereffekt unterworfen werden, der zumindest durch unterschiedliche Relativgeschwindigkeiten der Bestandteile bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile im Dispergiergefäß drei unterschiedlichen Scherfronten ausgesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispergiereinrichtung eine Dispergierscheibe und/oder ein Dispergiergitter und ggf. eine Dispergierschaufel umfaßt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wenden und Rühren mit einer geringeren Drehzahl der entsprechenden Wende- und Rührmittel erfolgt als das Dispergieren und Transportieren durch die entsprechende Dispergiereinrichtung und das entsprechende Transportmittel.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bentonit Natriumbentonit ist.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bentonit frei von C-Träger ist oder daß er ein Bentonit-C-Träger-Gemisch ist oder ein solches enthält.

7. Verfahren zum Aufbereiten von Gießereiumlaufsänden, umfassend die folgenden Schritte:

- Herstellen einer Bentonitsuspension mit Hilfe des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
- Eindosieren der Bentonitsuspension in den Altsandkühler,
- energiearmes Gleichverteilen von Suspension und Altsand und kühlendes Entziehen von Wasser aus der Suspension während des Kühlvorganges des Altsandes im Kühler,
- kurzzeitiges energiereiches Mischen der an Wasser verarmten, gekühlten Mischung aus Umlaufsand und Suspension in einem Mischer mit hoher Mischintensität und Reibkraft.

8. Verfahren zum Aufbereiten von Gießereiumlaufsanden, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Herstellen einer Bentonitsuspension, insbesondere mit Hilfe des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
(b) Messen von Eigenschaften des in den Kühler gelangenden Altsandes,
(c) Eindosieren von Bentonitsuspension in den Altsandkühler, wobei die Menge an Bentonitsuspension anhand der gemessenen Eigenschaften des Altsandes geregelt wird,
(d) energiearmes Gleichverteilen von Suspension und Altsand und kühlendes Entziehen von Wasser aus der Suspension während des Kühlvorganges des Altsandes im Kühler,
(e) Erfassen der in den Altsandkühler dosierten Bentonitmenge in einem Rechner (Speicher),
(f) Berechnen der Differenz zwischen erforderlicher Gesamt- Bentonitmenge für den unter (b) in den Kühler gelangten Altsand und ihm im Kühler zugegebener Bentonitmenge,
(g) Berechnen der Zeitdifferenz (Verweilzeit) zwischen Zugabezeitpunkt im Kühler und Zugabezeitpunkt der gegebenenfalls noch im Mischer zuzudosierenden Differenzmenge an Bentonit für diesen Sand,
(h) gegebenenfalls Eindosieren der Differenzmenge Bentonit in den Mischer unter Einhaltung der berechneten Zeitdifferenz,
(i) kurzzeitiges energiereiches Mischen der an Wasser verarmten, gekühlten Mischung aus Umlaufsand und Suspension sowie ggf. der Differenzmenge Bentonit in einem Mischer mit hoher Mischintensität und Reibkraft.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gemäß (b) zu messenden Eigenschaften die Temperatur und die Feuchte des Altsandes sind.

10. Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren von Bentoniten in wäßrigem Medium, umfassend ein Dispergiergefäß mit

- Mitteln zum vollständigen Wenden und Umrühren der Bestandteile
- Mitteln zum Führen der Bestandteile zu einer Dispergiereinrichtung und
- mindestens ein Dispergierelement, das einen Schereffekt durch unterschiedliche Relativgeschwindigkeiten im zu behandelnden Material erzeugen kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, worin die Mittel zum vollständigen Wenden und Umrühren zusammen mit den Mitteln zum Führen der Bestandteile zur Dispergiereinrichtung und dem mindestens einen Dispergierelement so ausgebildet sind, daß während des Mischens und Dispergierens drei Scherfronten auf die Bestandteile einwirken.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispergierelemente eine Dispergierscheibe und/oder ein Dispergiergitter und ggf. eine Dispergierschaufel sind oder umfassen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Rührwerkgruppe mit einer Dispergierscheibe sowie mindestens einem Propeller sowie eine zweite Rührwerkgruppe mit einem Anker, fakultativ mit Wand- und Bodenabstreifer, vorhanden ist, wobei der Antriebsmotor der ersten Rührwerkgruppe so ausgelegt ist, daß er mit einer höheren Drehzahl arbeiten kann als der Antriebsmotor der zweiten Rührwerkgruppe.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Rührwerkgruppe einen zweiten Propeller aufweist, dessen Durchmesser etwa die Hälfte des Durchmessers des ersten Propellers beträgt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der beiden Rührwerkgruppen ineinander angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, worin das Dispergiergefäß einen Mischraum sowie einen darunter angeordneten Lagerraum aufweist, und wobei eine Welle bzw. ineinander angeordnete Wellen neben den Mitteln zum Wenden, Umrühren, Führen und dem/den Dispergierelement(en) zusätzlich eine Schließscheibe aufweist/aufweisen und in Längsrichtung verschiebbar ist/sind, so daß Mischraum und Speicherraum durch Heben bzw. Senken der Welle(n) getrennt bzw. verbunden werden können.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das Dispergiergefäß einen Mischraum und einen über ein Quetschventil mit diesem verbundenen, Mittel zum Homogenisieren aufweisenden Lagerbehälter umfaßt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Homogenisieren ein Anker-Rührwerk umfassen.

19. Vorrichtung zum Aufbereiten von Gießereiumlaufsänden, umfassend

- eine Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren von Bentoniten in wäßrigem Medium nach einem der Ansprüche 10 bis 18,
- einen Altsandkühler mit Mitteln zum energiearmen Gleichverteilen der Bentonitsuspension mit Altsand, und
- eine Pumpeinrichtung zum Fördern der Bentonit-Suspension zum Altsandkühler.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Pumpe eine Exzenterschneckenpumpe ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, worin zwei Dispergiergefäße zum Mischen und Dispergieren von Bentoniten vorgesehen sind, die wechselweise über eine Weiche mit Bentonit aus einem Dosierbunker und wäßrigem Medium aus einem Behälter beschickbar sind und jeweils über ein Ventil mit der Pumpeinrichtung zum Befüllen des Altsandkühlers in Verbindung stehen und wobei die Pumpeinrichtung Mittel derart aufweist, daß sie gleichzeitig Bentonitsuspension aus einem der beiden Dispergiergefäße ansaugen und die zuvor aus dem anderen Dispergiergefäß angesaugte Bentonitsuspension in den Altsandkühler drücken kann.