DE3636479C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermo-mechanischen Regenerierung von Schüttgütern, insbesondere von Gieße­ rei-Altsand, bei dem der Altsand während seines Transportes in einer Schicht relativ geringer Höhe durch einen Wir­ belschichtofen auf eine 500°C überschreitende Temperatur erhitzt wird, wobei mindestens zur Beheizung vorgesehene Gase oder Verbrennungsluft durch einen porösen und/oder Durchtrittsöffnungen aufweisenden Boden des Wirbelschicht­ ofens in diesen eingeführt werden sowie der dem Wirbel­ schichtofen zugeführte Altsand vorgewärmt und der abge­ führte, regenerierte Sand abgekühlt werden, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Der in Gießereien benutzte Formsand wird zu seiner Verarbei­ tung mit die ihm gegebene Form sichernden Zusätzen benutzt. Ein derart verwendeter Formsand läßt sich jedoch nur bestenfalls anteilig erneut verwenden. Sowohl die Beschaf­ fung von neuem Sand als auch die Ablagerung von Altsand in Deponien erweisen sich als unvorteilhaft kostspielig. Zumal die Beseitigung des Altsandes, bspw. durch Ablagerung auf Deponien, wird durch das steigende Umweltbewußtsein sowohl erschwert als auch verteuert wird.

Aus dem Industrieanzeiger Nr. 26 vom 29. 3. 1985, Seite 32, sind daher sowohl thermische als auch mechanische sowie naß-chemische und thermo-mechanische Verfahren zur Regene­ rierung von Altsand bekannt. Allerdings werden hier sowohl die thermischen als auch die mechanischen sowie die naß-che­ mischen Verfahren als nicht wirtschaftlich vertretbar bezeichnet, da entweder die Regenerierung nur beim Vorliegen bestimmter Binder erfolgreich durchzuführen ist oder aber einen unangemessen hohen Aufwand erfordert. Empfohlen wird das chargenweise Arbeiten mit einem in einem geschlossenen Behälter wirksamen, als Rotor ausgebildeten Wirblerwerkzeug in Verbindung mit einer offenen, die Schüttgutoberfläche streifenden Flamme, welche das Schüttgut bis auf Tempera­ turen von maximal 300°C aufheizen soll. Es wurde jedoch gefunden, daß sowohl ein in Anbetracht des erzielbaren Durchsatzes unangemessen hoher Aufwand erforderlich ist als auch die gewünschte Befreiung von haftendem Binder nicht im erwünschten Maße erreicht wird.

Die DE-PS 35 16 191 empfiehlt, derartige zu entschichtende Schüttgüter in einer dosierten dünnen Schicht über Böden gleiten zu lassen, welche eine Aufheizung des gleitenden Schüttgutes durch Infrarotstrahlen gestatten. Derartige Anordnungen werden als preisgünstig, klein und kompakt sowie insbesondere bezüglich des Durchsatzes als flexibel geprie­ sen, die erzielbare Erwärmung sowie Durchsatzleistung haben sich jedoch sowohl als unzureichend als auch als unwirt­ schaftlich erwiesen. Es wird auch die thermische Entschich­ tung mit Hilfe von Wirbelschichtöfen mit relativ großem Inhalt aufgeführt, jedoch sind diese Verfahren kostenauf­ wändig und nur für große Durchsatzmengen brauchbar. Eine praktische Ausführung einer thermischen Fließbett-Regene­ rieranlage ist in: Gießerei 73, 1986, Nr. 4 vom 17.02.1986, Seite 91, sowie in Foundry Trade Jornal Aprilil 1985, Seiten 272 und 273, aufgeführt. Ein günstiger thermischer Wir­ kungsgrad wird durch Vorwärmung des Altsandes vor Erreichen eines Fließbettofens durch dessen Herdgase und durch Erwärmung der Verbrennungsluft durch den regenerierten Sand erzielt. Der Durchsatz durch den Fließbettofen wird jedoch allein durch die Fluidisierung des zu regenerierenden Sandes in Verbindung mit der Beschickung erreicht. Damit ergeben sich zunächst unterschiedliche Verweilzeiten des Sandes im Ofen, welche die Wirtschaftlichkeit nachteilig mindern. Als wesentlich hat sich auch gezeigt, daß die Verwirbelung des zu regenerierenden Sandes allein durch die Fluidisierung einen nur relativ geringen Abrieb der die Körner des Sandes umgebenden angegriffenen Binderschichten bewirkt, so daß auch schon aus diesem Grunde eine relativ lange, die Durchsatzleistung beeinträchtigende Verweilzeit im Herd erforderlich wird. Nachteilig macht sich noch bemerkbar, daß allein durch die Fluidisierung im zu regenerierenden Altsand enthaltene schwere Fremdkörper, bspw. Gußspritzer, nicht mit dem Sand über das Offenbett wandern, sondern sich auf diesem absetzen und unvorteilhaft frühe Reinigungen erfordern, so daß für den durchgehenden Betrieb mehr als ein Ofen erfor­ derlich werden. Unangenehm macht sich auch bemerkbar, daß der weitläufige Aufbau, bedingt durch große Vorwärmer und Wärmetauscher, die Anlagekosten steigert und damit die Rentabilität schmälert.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine leistungs­ fähige, rentable Anordnung der beschriebenen Gattung zu schaffen, indem zum Aufschließen der verbliebenen Binder­ schichten neben hohen Temperaturen auch starke Reibungs­ effekte genutzt werden, so daß kurze Durchsatzzeiten erreicht werden und das gewonnene Ausgangsprodukt sich ohne Einschränkunge wie Neusand verwenden läßt.

Gelöst wird diese Aufgabe, indem mindestens der Boden des Wirbelschichtofens vermittels eines oder mehrerer Vibratoren in derartige Schwingungen versetzt wird, daß der Altsand sowohl gelockert als auch zwangsweise durch den Wirbel­ schichtofen geführt wird. Zwar werden durch die hohe, 500°C, vorteilhaft 650°C, überschreitende Temperatur sowohl Kristallinen-Bindern das Kristallwasser entzogen als auch organische Stoffe restlos verbrannt, so daß die Körner des Schüttgutes umhüllenden Binderreste völlig zerstört werden. Die Zwangsaustragung, insbesondere die durch Vibration bewirkte Zwangsaustragung vermag hierüber hinaus, an Körnern des Schüttgutes haftende Binderreste durch gegenseitige Reibung schnell und restlos zu entfernen, und auch schwerere Beimengungen, wie bspw. Gußspritzer, Angußteile oder dergleichen, werden sicher aus dem Herd des Wirbelschicht­ ofens geführt.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit dieses darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei

Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Regenerierung von Gießereisand,

Fig. 2 im Querschnitt einen der verwendeten Wäremtauscher, und

Fig. 3 die Ansicht eines Rückhaltesteges.

In der Fig. 1 ist ein Silo 1 zur Aufnahme aufzuarbeitenden Altsandes gezeigt, der nach der Aufgabe einer Charge mittels eines Verschlusses 2 schließbar gestaltet ist, falls der Abschluß allein durch die Gut-Säule nicht als ausreichend erachtet wird. An seinem unteren Ende befindet sich eine Dosiervorrichtung 3, die zwei übereinander gelegene, Durchbrüche aufweisende Dosierplatten 5 und 6 aufweist, von denen mindestens eine mittels eines Vibrators 4 in Schwin­ gungen versetzbar ist. Diese Dosiervorrichtung erlaubt das dosierte Abziehen aus dem Silo 1. Das von der Dosiervor­ richtung 3 freigegebene Material wird über einen abschlie­ ßenden Trichter 7 in den Herdraum eines Wirbelschichtofens 8 so aufgegeben, daß es dessen Boden 9 in einer Gut-Schicht 10 vorgegebener Höhe bedeckt. Der Boden 9 wird durch Vibratoren 11 derart in Schwingungen versetzt, daß das Gut eine es auflockernde vertikale Beschleunigung erfährt und anderer­ seits in Förderrichtung, d.h. in der Figur nach rechts, langsam in Richtung auf eine Übergabevorrichtung 12 vorwärts bewegt wird. Die Schichthöhe wird durch eine oder mehrere Rückhaltestege 13 stabilisiert.

In der Übergabevorrichtung 12 fällt der Sand in einen Übergabesilo 14 ab, in dem er auf eine günstige Verar­ beitungstemperatur herabgekühlt wird. Über einen Abzug 15 wird der Sand in einen pneumatischen Förderer 16 gegeben und über eine Förderleitung 17 einem Sichter 19 zugeführt. Die Förderleitung 17 ist mit einer Beschleunigungsdüse 18 versehen, und der beschleunigte Sand wird in eine Prall­ glocke 20 geblasen, so daß durch den Aufprall eventuelle Reste des verbrannten Binders von den Sandkörnern gelöst werden.

Im Sichter 19 sind schräg verlaufende Böden 21 vorgesehen, über die der Sand abwärts geführt wird. Vermittels eines Gebläses 23 und eines verteilenden Luftkastens 23 wird, durch Pfeile angedeutet, Luft quer durch den Sichter 19 geblasen, so daß zwar der spezifisch schwere und in seinen Körnern kompakte Sand herabfällt, Binderreste, Staub und weitere leichte Verunreinigungen jedoch über einen Sammler 24 für die Abluft und eine Abluftleitung abgeführt und in Richtung des Pfeiles 25 einem Filter zugeführt werden.

Der in den Silo 1 eingegebene Sand wird durch die gegensei­ tigen Bewegungen der Dosierplatten 5 und 6 dosiert in den Herdraum des Wirbelschichtofens (8) aufgegeben. Sandknollen und größere Kernstücke werden in den Aufgabetrichter 28 gegeben, der zweckmäßig mit einer Gut-Schleuse ausgestattet ist, um das Entweichen von Rauchgasen zu unterbinden. Aufgegebene Knollen gleiten über eine Rutsche 26 oder einen entsprechenden Rost herab und liegen vor dem Rost 27, bis der thermische Zerfall so weit eingetreten ist, daß der freigegebene Sand die engen Roste zu passieren vermag. Gegebenenfalls sich ansammelnde Metallteile können über die Kammertür 29 dem Ofen entnommen werden.

Um den Betrieb günstig zu gestalten, sind in einem unteren Bereich des Silos 1 sowie im oberen und im unteren Bereiche des Abgabesilos 14 Wärmetauscher 31, 35 und 39 vorgesehen.

Die zur Verbrennung benötigte Luft wird mittels eines Gebläses 30 angesaugt und durch die im oberen Teil des Abgabesilos 14 vorgesehenen Wärmetauscher 31 gepreßt, so daß der mit bspw. 750°C vom Wirbelschichtofen (8) abgegebene, regenerierte Sand unter gleichzeitiger Erhitzung der Verbrennungsluft auf bspw. 200 bis 300°C abgekühlt wird. Das zur Feuerung vorgesehene Gas wird dem Wirbelschichtofen über Rohre 33 zugeführt, während die vorgeheizte Zuluft den Wärmetauschern 31 des Abgabesilos 14 entnommen wird. Gas und Verbrennungsluft werden in unter dem porösen Boden 9 vorgesehene Kammern 32 eingespeist und vermischen sich dort zu einem brennbaren Gasgemisch. Dieses passiert Porenkanäle des Bodens 9 des Wirbelschichtofens 8, der entweder porös ausgebildet sein kann oder mit Öffnungen bzw. Düsen versehen ist. So erfolgt die Verbrennung wirkungsvoll innerhalb der aufgewirbelten Gut-Schicht 10 bzw. direkt über dieser, so daß eine wirkungsvolle Aufheizung mit hohem Wirkungsgrad erreicht wird.

Die im Wirbelschichtofen 8 gebildeten Rauchgase werden über eine Rauchgasleitung 34 einer Reihe in Serie betriebener Wärmertauscher 35 zugeführt, die im unteren Bereiche, im Ausführungsbeispiel in den unteren zwei Dritteln, des Silos 1 angeordnet sind. Über eine Abgasleitung 37 werden die Rauchgase dann über einen Sammler in Richtung des Pfeiles 25, zweckmäßig über einen Filter, einer Esse, einem Kamin oder dergleichen zugeführt. Die Rauchgase geben beim Durchströmen der Wärmetauscher 35 den wesentlichen Teil ihres Wärmeinhaltes praktisch im Gegenstrom ab und erhitzen hierbei den im Silo 1 befindlichen, zu regenerierenden Altsand auf bspw. 300°C, so daß der Wirbelschichtofen mit Gut beschickt wird, das bereits auf jene Temperatur vor­ erhitzt ist, auf welche übliche thermische Verfahren das Gut insgesamt erhitzen. Durch das Abschließen des Silos 1 durch seinen Verschluß 2, beim Fehlen eines solchen Verschlusses jedoch bereits durch über den Wärmetauschern anstehende Sandmassen, werden die bei dieser Vorerhitzung entstehenden Abgase über den Trichter 7 in den Herdraum des Wirbelbett­ ofens 8 geleitet, in dem sie vollständig verbrennen und, mit der Abluft abziehend, als nicht mehr umweltgefährdend betrachtet werden können.

Die optimale Verarbeitungstemperatur von Formsand liegt, je nach Art des verwendeten Binders, etwa bei 25°C. Im unteren Bereiche des Abgabesilos 14 sind daher die weiteren Wärme­ tauscher 39 vorgesehen, die, von Kühlwasser durchsetzt, den regenerierten Sand auf jene als zweckmäßig erkannte Tempera­ tur herabkühlen.

In der Fig. 2 ist ein Wärmetauscher 31, 35 bzw. 39 geschnit­ ten dargestellt. Mehrere parallele Rohre sind mit einem gemeinschaftlichen Wärmeübertragungsblech 42 verbunden, so daß sich große Kontaktflächen zum Sand hin ergeben. Um einerseits eine große Oberfläche sowie einen das ungehinder­ te Abziehen der Rauchgase sichernden Querschnitt zu erhalten und andererseits das vertikale Weiterwandern des Schüttgutes im Silo 1 nicht zu beeinträchtigen, kann der Wärmetauscher auch einen elliptischen Querschnitt aufweisende Rohre aufweisen, auf die Wärmeleitbleche 42 aufgepreßt und/oder mit diesem verschweißt sind. Zweckmäßig steht die längere Achse des Rohres vertikal. Gleichartig können die Wärmetau­ scher 31 und 39 ausgeführt sein, insbesondere die von Kühlwasser durchflossenen Wärmetauscher 39 können jedoch Rohre geringeren Querschnittes aufweisen. Die den Kontakt mit dem Schüttgut vermittelnden Wärmeleitbleche können auf das Rohr aufgezogen sein; es besteht aber auch die Möglich­ keit, in an sich bekannter Weise Blechband auf die Rohre schraubenlinienartig aufzuwickeln und gegebenenfalls im Fußpunkt zu verschweißen.

Zur Erleichterung des Einhaltens der vorgegebenen Stärke der Gutschicht 11 kann es sich als zweckmäßig erweisen, im Herd des Wirbelschichtofens 8 auf dessen Boden 9 einen oder mehrere Rückhaltestege 13 vorzusehen. Diese können auf ihrer Oberseite Ausnehmungen 44 aufweisen. Wesentlich aber sind auf ihrer dem Boden 9 zugewandten Unterseite Ausneh­ mungen 43, welche das Durchtreten von nicht fluidisierba­ rem Material, z.B. Gußspritzern, Keramikteilen usw., erlauben so daß ein Zusetzen des Ofenherdes durch derartige Fremdkörper sicher unterbunden wird. Es wurde gefunden, daß bspw. 25°C als günstigste Verarbeitungstemperatur des regenerierten Sandes gelten kann, da bei dieser Temperatur der Binder weder zu schnell noch zu langsam abbindet und sich als besonders wirksam erweist. Zweckmäßig wird daher die Kühlung im Übergabesilo 14 geregelt. Ein am Ausgang vorgesehener Temperaturfühler faßt den Ist-Wert der Aus­ gangstemperatur auf, und als Stellglied der Regelvorrichtung wird ein Magnetventil 38 vorgesehen, welches es erlaubt, die Regelung relativ einfach und wenig aufwendig als sogenannte Zwei-Punkt-Regelung durchzuführen; das Kühlwasser wird dann über die Abwasserleitung 40 abgeführt.

Um die Darstellung nicht zu überlasten sind in der Fig. 1 die Kühlbleche der Wärmetauscher nicht dargestellt. Ins­ besondere bei den von Luft durchströmten Wärmetauschern 31 und 35 hat es sich bewährt, die Umleitung von einem Wärme­ tauscher zum höhergelegenene jeweils über Umlenkkammern 36 bzw. 45 durchzuführen. Ihre Außenwandungen bzw. jeweils über den Mündungen der Wärmetauscher anstehenden Flächen können abnehmbar ausgebildet sein, so daß insbesondere die von den Rauchgasen durchströmten Wärmetauscher 35 sich leicht reinigen lassen.

Die Erfindung läßt sich variieren; es hat sich jedoch gezeigt, daß beim Aufheizen auf entsprechend hohe Tempera­ turen Binderschichten sicher zerstört werden, so daß sie durch die während des Zwangsaustrages auftretende Reibung sicher abgetrennt werden. Die Aufheizung auf derartig hohe Temperaturen sichert andererseits, daß die hierbei abge­ gebenen Rauchgase frei von umweltschädlichen Bestandteilen sind und im wesentlichen aus Stickstoff, Wasserdampf und Kohlendioxid bestehen, so daß das Rauchgas, zweckmäßig nach einer Filterung, unbedenklich über Kamine, Essen oder dergleichen abgegeben werden kann. Die Wärmetauscher 31 und 35 sichern einen erwünscht hohen Wirkungsgrad der Anordnung, so daß auch der Brennstoffverbrauch erfreulich gering bleibt und ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist.

Claims (16)

1. Verfahren zum thermo-mechanischen Regenerieren von Schüttgütern, insbesondere von Gießerei-Altsand, bei dem der Altsand während seines Transportes in einer Schicht relativ geringer Höhe durch einen Wirbelschicht­ ofen auf eine 500°C überschreitende Temperatur erhitzt wird, wobei mindestens zur Beheizung vorgesehene Gase oder Verbrennungsluft durch einen porösen und/oder Durchtrittsöffnungen aufweisenden Boden des Wirbel­ schichtofens in diesen eingeführt werden sowie der dem Wirbelschichtofen zugeführte Altsand vorgewärmt und der abgeführte, regenerierte Sand abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Boden (9) des Wirbelschichtofens (8) vermittels eines oder mehrerer Vibratoren (11) in der­ artige Schwingungen versetzt wird, daß der Altsand so­ wohl gelockert als auch zwangsweise durch den Wirbel­ schichtofen geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu regenerierende Sand vermittels eines Kratz­ förderers zwangsweise durch den Herdraum des Wirbel­ schichtofens (8) geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vermittels von Wärmetauschern die Rauchgase des Wir­ belschichtofens den aufzugebenden Altsand und der abge­ gebene regenerierte Sand die Verbrennungsluft erhitzen, und daß im abgedeckten Aufgabesilo anstehende Rauchgase dem Herd des Wirbelschichtofens zugeführt werden.

4. Anordnung zum thermo-mechanischen Regenerieren von Schüttgütern, insbesondere von Gießerei-Altsand, bei dem der Altsand während seines Transportes in einer Schicht relativ geringer Höhe durch einen Wirbelschicht­ ofen auf eine 500°C überschreitende Temperatur erhitzt wird, wobei mindestens zur Beheizung vorgesehene Gase oder Verbrennungsluft durch einen porösen und/oder Durchtrittsöffnungen aufweisenden Boden des Wirbel­ schichtofens in diesen eingeführt werden sowie der dem Wirbelschichtofen zugeführte Altsand vorgewärmt und der abgeführte, regenerierte Sand abgekühlt werden, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtofen (8) aus einem abschließbaren Silo (1) mit dem vorgewärmten Schüttgut beschickbar ist, daß dem Wirbelschichtofen mindestens ein an dessen Boden (9) angreifender Vibrator (11) zugeordnet ist, welcher den zu regenerierenden Sand sowohl lockert als auch zwangs­ weise in Längsrichtung durch den Wirbelschichtofen führt, und daß am freien Ende des Wirbelschichtofens eine Über­ gabevorrichtung (12) vorgesehen ist, welche das Schütt­ gut in einen Abgabesilo (14) abwirft.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtofen (8) als Zwangsfördervorrichtung einen Kratzförderer aufweist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergabevorrichtung (12) Sichter bzw. Siebe auf­ weist, welche Fremdkörper vom Abgabesilo (14) fernhalten.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (9) des Wirbelschichtofens (8) mindestens einen Rückhaltesteg (13) aufweist, welcher in seinem Boden­ bereiche mit Öffnungen (43) zum Durchtreten von Fremdkör­ pern ausgestattet ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für knolliges Gut eine gesonderte zusätzliche, vorzugs­ weise mit einer Materialschleuse ausgestattete Aufgabe­ vorrichtung (28) vorgesehen ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgabesilo (14) ein Sichter (19) nachgeordnet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abgabesilo (14) und dem Sichter (19) ein pneumatischer Förderer (16), vorzugsweise mit nachgeord­ neter Beschleunigungsdüse (18) vorgesehen ist und die För­ derleitung (17) gegen eine Prallglocke (20) gerichtet ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Wirbelschichtofen (8) zugeführte Verbrennungs­ luft über im Abgabesilo (14) vorgesehene Wärmetauscher (31) gedrückt wird,
daß die im Wirbelschichtofen gebildeten Rauchgase über im Silo (1) vorgesehene Wärmetauscher (35) einem Kamin, gegebenenfalls über eine Filtervorrichtung, zugeführt werden, und
daß der nach oben durch einen Verschluß (2) oder zumin­ dest durch eine Gutsäule abgeschlossene Silo (1) zu sei­ ner Entlüftung mit dem Herdraum des Wirbelschichtofens (8) verbunden ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereiche des Abgabesilos (14) kühlwasser­ durchflossene Wärmetauscher (39) vorgesehen sind.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmetauscher (31, 35, 39) als auf ihrem Umfange mit Wärmeübertragungsblechen (42) versehene Rohre (41) ausge­ bildet sind.

14. Anordnung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen elliptischen Querschnittt aufweisende Rohre, deren größere Querschnittsachsen vertikal gerichtet sind.

15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Rohre (41) durch ihnen gemeinsame Wärmeübertragungsbleche (42) miteinander verbunden sind.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmetauschern (39) eine vorzugsweise nach dem Zwei- Punkt-Prinzip arbeitende Regelvorrichtung zugeordnet ist, der als Stellglied ein Magnetventil (38) nachgeordnet ist.