DE3639634C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von Gießereisand mit zumindest teilweise von Harzen oder entsprechendem Binder überzogenen Quarzkörnern in einem temperierten Fließbett. Außerdem umfaßt die Erfindung eine für dieses Verfahren vorgesehene Vorrichtung, die mit einer Zuführung und einem Austrag für regenerierten Gießereisand versehen ist.

Die Altsandbehandlung insbesondere kunstharzgebundener Sande aus Gießereibetrieben führt im allgemeinen nicht nur zu einer Verminderung des Einsatzes von Neusanden, sondern darüber hinaus auch zu einer gegenüber diesen besseren Qualität. Zudem vermindert sich dank der Regenerierung von Altsanden die Umweltbelastung insgesamt erheblich.

Zur thermischen Regenerierung sind durch Gasbrenner beheizte Fließbetten bekannt, deren geringer Sauerstoffüberschuß nur ein unzureichendes Abbrennen der Bindemittel erlaubt. Als weiterer Mangel hat sich gezeigt, daß Anteile von Eisenoxid beispielsweise bei Massenformstoffen mit Quarzsandbasis zu einem Zusammensintern des Fließbettes führen, wenn sich bei erhöhter Temperatur der Gasheizung FeO · SiO₂ bilden.

Aus diesem Grund wird die Sandregenerierung im Niedrigtemperaturbereich, also bei unter 500°C, betrieben.

Eine Altsandregenerierung wird üblicherweise in einer einstufigen mechanischen Zerkleinerungs- bzw. Regenerieranlage durchgeführt, wobei man den Altsand auf Kornfraktion zerkleinert und dabei von den restlichen Binderanteilen zu befreien sucht. Derartige regenerierte Sande können je nach Gießereiart und Verfahren sowie nach entsprechender Kühlung zur Form- oder Kernherstellung (mit oder ohne Zugabe von Neusanden) eingesetzt werden.

In vielen Fällen, besonders beim Abfall von Mischsanden, muß zumindest für die Kernherstellung mit 100% Neusand gearbeitet werden, da der einstufig mechanisch regenerierte Altsand den Anforderungen nicht genügt - ein großer Teil des Altsandes muß deshalb auf Deponien ausgelagert werden.

Die eingangs genannten thermischen Regenerierverfahren haben einen sehr hohen Energiebedarf, hohe Investitionskosten und bei sogenannter zweistufiger Regenerierung zudem einen großen Sandverlust. Für kleinere Gießereien sind die üblichen thermischen Regenerierverfahren nicht anwendbar, da letztere wirtschaftlich nur im Dreischichtbetrieb gefahren werden können.

Durch die DE-AS 25 08 630 ist eine Vorrichtung zum thermischen Regenerieren von harzhaltige Bindemittel enthaltenden Formsandmassen im Fließbett, mit einer Brennkammer und einer Kühlkammer, in die Luft zur Verwirbelung der zu regenerierenden Formsandmasse zuführbar bekanntgeworden, welche zum kontinuierlichen Erhalt eines homogenen Formsandes hoher Reinheit mindestens drei in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnete Kammern enthält, von denen eine Vorwärmkammer über den beiden anderen Kammern angeordnet ist und ihr Boden den Träger eines die Abluft der beiden anderen Kammern benutzenden Wirbelschichtstroms bildet. Am Ende des Trägers befindet sich ein Verschluß, der unmittelbar über der mit einem Rost, Brennstoffzuführungen und Zuleitungsrohren für ein Gas oder ein Brennstoffgemisch ausgestatteten Brennkammer befestigt ist, wobei in der dem Verschluß gegenüberliegenden Seitenwand der Brennkammer eine Durchgangsöffnung zur Kühlkammer liegt, deren Boden jenem Träger des im Wirbelschichtstrom zu einer Entleerungsöffnung verlagerten regenerierten Formsandes darstellt.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit denen unter Meidung der erkannten Nachteile in einfacher Weise eine Sandregenerierung unter günstigen Bedingungen möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß der Gießereisandstrom an hochtemperierten Heizelementen so vorbeigeführt wird, daß das - einzelne - Haufwerkskorn kurzzeitig mit dem Heizelement in Berührung gebracht und der Binderüberzug dabei durch einen Thermoschock entfernt wird. Dabei erfolgt eine kurzzeitige Temperatureinleitung mit etwa 1000°C, d. h. eine Kurzzeitberührung einer dünnen Kornschicht sowie hierdurch ein Verspröden oder Verbrennen der Binderhülle, ohne daß die übrige Masse des Quarzkornes aufgeheizt werden müßte. Eine Verringerung des Energieeinsatzes für die Beheizung ist damit evident; bei der thermischen Regenerierung erfolgt im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Erhitzung des gesamten Sandkorns auf ca. 700°C während einer langen Verweilzeit im Ofen. Dies führt zu hohem Energieaufwand und verhältnismäßig geringer Durchsatzleistung.

Die Haufwerkskörner werden im temperierten Fließbett verwirbelt, wodurch jeder Punkt der Oberfläche eines Quarzkornes dem Thermoschock unterworfen wird. Zudem wird das Haufwerkskorn im Wirbelbett in Fließrichtung mäanderartig auf und ab geführt.

Erfindungsgemäß kann der Thermoschockbehandlung ein Waschprozeß vorgeschaltet werden, mit dem organische Binder aus dem Haufwerk ausgewaschen werden. Erforderlichenfalls wird das Haufwerk nach der Thermoschockbehandlung nochmals - beispielsweise durch eine pneumatische Regenerierung - nachbehandelt, was die Effektivität und die Energiebilanz des Verfahrens verbessern kann.

Im Rahmen der Erfindung liegt eine für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung, bei der in einem Gehäuse im Fließbett mehrere Kammern einander so zugeordnet sind, daß ein längsschnittlich mäanderartiger Fließweg für das Haufwerk besteht, in welchem Heizelemente in engem Abstand zueinander angeordnet sind und schmale Fließbettquerschnitte begrenzen. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, die Heizelemente stabartig auszubilden sowie in einem Raster anzuordnen. Als Energieträger für den Temperaturschock bieten sich beispielsweise bekannte Hochleistungs-Heizpatronen mit einem Chrom-Nickel-Heizmantel an oder Keramik-Elemente, deren Wärme gezielt in die Binderhülle gebracht wird und eine Kurzzeitregenerierung ohne lange Anheizphase ermöglicht.

Von besonderer Bedeutung ist auch, daß durch die Kombination jener Heizelemente mit dem Fließbett die Sandpartikel zusätzlich aneinanderreiben, wodurch freie staubförmige Teilchen abgeschieden werden. Deshalb verläuft der Thermoschockprozeß in einem geschlossenen Gehäuse mit einer Abluftleitung, in welcher aufwirbelnder Staub mit ca. 80 bis 100°C zu einer Filteranlage gebracht wird.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Heizelemente werden bevorzugt zu einem Heizregister zusammengefaßt und ragen dann rechtwinklig von einem vertikalen Träger ab.

Um die beschriebenen mäanderartigen Fließwege zu erzeugen, sind im Gehäuse zwischen von dessen Boden aufragenden Zwischenplatten Querwände als Kammerbegrenzung angeordnet, wobei die Höhe der Querwände jener der Zwischenplatte etwa entspricht und die Unterkante jeder Querwand in Abstand zum Boden verläuft und mit diesem einen Spalt begrenzt.

Von Bedeutung für eine gleichmäßige Behandlung ist, daß die horizontalen Abstände zwischen den parallelen Querwänden und Zwischenplatten etwa gleich sind, wobei in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wenigstens drei Zwischenplatten vorhanden sind, die jeweils beidseits von einer Querwand flankiert sind. Vorteilhafterweise sind in jeder dieser Kammern drei vertikale Reihen von stabartigen Heizelementen angeordnet.

Die bevorzugte Ausführung der Vorrichtung bildet eine Thermobehandlungszone, obwohl es bei einer anderen Ausführung auch möglich ist, innerhalb der Vorrichtung dieser Thermozone eine Kühlzone nachzuordnen, dies um eine kompakte Baueinheit zu erhalten.

Als günstig hat sich für die Zuführung des Altbausandes zur Vorrichtung ein Vorsatzkasten erwiesen, der einen Einlauftrichter und einen bodenwärtigen Überkornaustrag anbietet.

Bei der beschriebenen Vorrichtung werden erfindungsgemäß an sich bekannte Hochleistungs-Heizpatronen mit Chrom-Nickel-Heizmantel oder aus Keramik als Heizstäbe eingesetzt.

Dank der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Energiebilanz bei der Altsandregenerierung erheblich verbessert, es entstehen geringere Investitionskosten als bei vergleichbaren Verfahren, und der Einsatz der Vorrichtung ist auch in kleinen Betrieben möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung wiedergegebener bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Verfahrensstammbaum mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine vergrößerte Wiedergabe der Vorrichtung nach Fig. 1 im Längsschnitt;

Fig. 3 den Querschnitt durch Fig. 2 nach deren Linie III-III;

Fig. 4 einen Teil der Fig. 2 zu einem anderen Ausführungsbeispiel.

Eine Anlage zur Regenerierung von Gießereisanden weist gemäß Fig. 1 eine Station A zur mechanischen Vorzerkleinerung - mit Teilregenerierung - auf, deren Austrag über eine Leitung 9 einer Station B zugeleitet wird, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Wascheinrichtung C.

In der Station B, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 enthält, wird der Gießereisand in einer weiter unten beschriebenen Weise behandelt, wobei die einzelnen Quarzkörner des Gießereisandes von sie umhüllenden Bindemittel befreit werden. Der regenerierte Sand gelangt dann durch eine Leitung 11 zu einer Kühlstation D, in der er auf Verarbeitungstemperatur heruntergekühlt wird. Falls erwünscht, kann in Station B eine mechanische Nachreinigung erfolgen.

Mit 12 sind Leitungen für Abluft gekennzeichnet; letztere wird in einer Filteranlage F von Schadstoffen befreit. Ein Gehäuse 20 der Vorrichtung 10 ist oberhalb einer Bodenwanne 21 in einem Gestell 19 aufgehängt. Mit einem Flanschrand 22 der Bodenwanne 21 sind - unter Zwischenschaltung eines Bodens 23 aus einer siebartigen Bodenplatte - Seitenwände 25 einer beispielsweisen Länge a von 1600 mm, eine Rückwand 26 einer Höhe h sowie eine Stirnwand 27 festgelegt, deren Höhe t größer ist als jene der Rückwand 26; von letzterer verlaufen die Oberkanten 28 der Seitenwände 25 in einem spitzen Winkel w von beispielsweise 10° zur Horizontalen H aufwärts. Dank dieser Maßgabe entsteht zwischen dieser Horizontalen H und einer Gehäusedecke 29 - oberhalb eines quaderförmigen Innenraumteils 30 des Gehäuses 20 - ein längsschnittlich keilförmiger Kopfraum 31, in den ein Abluftstutzen 32 der Stirnwand 27 mündet.

Unmittelbar unterhalb des Gehäusedaches 29 befindet sich in der Rückwand 26 ein Durchbruch als Zuführung 34, dem ein Aufgabekasten 35 mit Einlauftrichter 36 für Altsand S vorgesetzt ist. Dieser Aufgabekasten 35 ist mit einem Leitblech 37 versehen, welches den aufgegebenen Altsand als Haufwerk S jene Zuführung 34 zuleitet, sowie mit einem Überkornaustrag 38; sollten schwere Klumpen od. dgl. im Haufwerk S mitgeführt werden, fallen diese innerhalb des Aufgabekastens 35 abwärts.

Im Gehäuse 20 ist im Horizontalabstand e von etwa 200 mm zur Rückwand 26 eine Querwand 40 einer Höhe i von etwa 600 mm (etwa halbe Rückwandhöhe h) beidends an den Seitenwänden 25 befestigt, und zwar in einem Abstand q (hier: 100 mm) der Unterkante 41 zu Boden 23, also unter Bildung eines Spaltes 42.

In einem Abstand e von dieser Querwand 40 sitzt eine dazu parallel verlaufende Zwischenplatte 44 gleicher Höhe i auf dem Boden 23 auf. Die Oberkante 43 der Zwischenplatte 44 liegt um jenes Maß q tiefer als die Oberkante 39 der Querwand 40.

Wie Fig. 2 verdeutlicht, sind vier Querwände 40 sowie drei zwischen diesen verlaufende Zwischenplatten 44 vorgesehen; der in Fließrichtung x letzten Querwand 40 ist in jenem Abstand e die Stirnwand 27 zugeordnet, welche in der Höhe i die Unterkante 45 m eines Austragsschlitzes 45 aufweist, dessen Oberkante mit 46 bezeichnet ist und an den ein geneigtes Austragsmaul 47 anschließt.

Die Querwände 40 und die Zwischenplatten 44 bilden etwa vertikale Kammern 48 und mit diesen für das durchlaufende Haufwerk S mäanderartige Fließwege, die in Fig. 2 bei Q lediglich angedeutet sind.

In jenen Kammern 48 sind in einem engen Raster (m, n hier etwa: 70 mm) je drei Kolonnen von Heizstäben 50 horizontal sowie parallel zur Querwand 40 angebracht, zwischen denen ein freier Fließquerschnitt von hier etwa 30 bis 40 mm Abstand verbleibt.

Diese Heizstäbe 50 sind Hochleistungs-Heizpatronen mit einem Chrom-Nickel-Heizmantel, Keramik-Heizelemente od. dgl., mit denen Oberflächentemperaturen von etwa 1000°C erzielt werden können.

Gemäß Fig. 3 sind mehrere Heizstäbe 50 durch einen plattenartigen Träger 51 und gegebenenfalls ein Endjoch 52 zu einem auswechselbaren Heizregister 54 zusammengefaßt.

Das durch den Durchbruch bzw. die Zuführung 34 in den Innenraum 30 der Vorrichtung 10 eingebrachte Haufwerk S fällt vom Leitblech 37 in die erste der Kammern 48 und darin durch die offenen Fließquerschnitte abwärts, wobei das einzelne Quarzkorn kurzzeitig den Mantel eines Heizstabes 50 berührt. Dabei wird eine das Quarzkorn umgebende Binderhülle durch den kurzzeitig einwirkenden Temperaturschock gelöst.

Durch den Boden 23 dringt Blasluft - von etwa 1500 mm WS und einer Temperatur von etwa 25°C - in die Kammern 48 ein, die von einem Lüfter 60 durch eine Rohrleitung 61 in die Bodenwanne 21 gegen deren Verteilerprofil 62 bedrückt wird und die Bodenwanne 23 zur Luftverteilerkammer 23 werden läßt. Die Blasluft gewährleistet das Fließen des Sandes durch den Fließweg Q bis zum schlitzartigen Austrag 45. Von diesem sind Maximum-Sonde(n) 56 und Thermostat(e) 57 montiert, letztere(s) in der Höhe zwischen Unterkante 44 und Oberkante 46 des Austragsschlitzes 45.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist ein Thermobereich T ein Kühlbereich K nachgeschaltet; die Luftverteilerkammer 23 ist unterhalb der in Vorrichtungsmitte verlaufenden Zwischenplatte 44 durch eine Trennwand 64 unterteilt. Statt der Heizstäbe 50 sind im Kühlbereich K Kühlelemente 59 vorgesehen - letztere sind in Fig. 4 lediglich angedeutet, auch für sie gilt das Raster m, n.

Nicht gezeigt ist in Fig. 4 der obere Teil der Ausführungsform 10 _a , welche die Stationen B und D beinhaltet. Auch hier verläßt der regenerierte Sand S₁ die Vorrichtung 10 bzw. 10 _a bei 47.

Claims (20)

1. Verfahren zum Regenerieren von Gießereisand mit zumindest teilweise von Harz oder entsprechendem Binder überzogenen Quarzkörnern in einem getemperten Fließbett, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießereisandstrom an hochtemperierten Heizelementen so vorbeigeführt wird, daß das Haufwerkskorn kurzzeitig mit dem Heizelement in Berührung gebracht und der Binderüberzug dabei durch einen Thermoschock entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoschockbehandlung bei etwa 1000°C erfolgt, wobei die Oberfläche des Haufwerkskornes temperiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Gießereisand vor der Thermoschockbehandlung organische Bindemittel ausgewaschen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Haufwerk nach der Thermoschockbehandlung mechanisch nachbehandelt wird.

5. Vorrichtung zum Regenerieren von Gießereisand mit zumindest teilweise von Harz oder entsprechendem Binder überzogenen Quarzkörnern in einem temperierten Fließbett mit einer Zuführung und einem Austrag für regenerierten Gießereisand, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (20) in dem Fließbett mehrere Kammern (48) einander zu zugeordnet sind, daß ein längsschnittlich mäanderartiger Fließweg (Q) für das Haufwerk (S) besteht, in welchem Heizelemente (50) in engem Abstand (b) zueinander angeordnet sind und schmale Fließquerschnitte (b) begrenzen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (50) stabartig ausgebildet sowie in einem Raster (m, n) von etwa 40 bis 60 mm angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch drei vertikale Reihen von horizontal verlaufenden Heizelementen (50) in jeder der Kammern (48).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch ein in einem Gehäuse (20) auswechselbar angebrachtes Heizregister (54) aus einem in Einbaulage vertikalen Träger (51) und davon rechtwinklig abragenden Heizstäben (50).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (20) zwischen von dessen Boden (23) aufragenden Zwischenplatten (44) Querwände (40) als Kammerbegrenzungen angeordnet sind, daß die Höhe (i) der Querwände jener der Zwischenplatte(n) etwa entspricht und die Unterkanten (41) der Querwände in Abstand (q) zum Boden unter Bildung eines Spaltes (42) verlaufen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Abstände (e) zwischen den parallelen Querwänden (40) und Zwischenplatten (44) etwa gleich sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch wenigstens drei Zwischenplatten (44), die jeweils beidseits von einer Querwand (40) flankiert sind.

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenplatte (44) eine mit den Heizelementen (50) versehene Zone (T) aus mehreren Kammern (48) von einer in Fließrichtung (x) nachfolgenden und von Heizelementen freie Zone (K) aus mehreren Kammern trennt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die von Heizelementen freie Zone (K) als Kühlzone ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (23) des Gehäuses (20) mit Durchbrüchen versehen und oberhalb wenigstens einer Luftverteilkammer (21) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenplatte (44) des Gehäuses (20) eine Trennwand (64) zwischen zwei Luftverteilkammern (21) zugeordnet ist.

16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der dem Austrag (45) nächstliegenden Kammer (48) eine Maximum-Sonde (56) unterhalb der Oberkante (46) des Austrages und/oder ein Thermostat (57) vorgesehen ist/sind.

17. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Kammer (48) im Gehäuse (20) ein sich zu einem Abluftstutzen (32) erweiternder Kopfraum (31) vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführung (34) für das Haufwerk ein Einlauftrichter (36) mit bodenwärtigem Überkornaustrag (38) vorgeordnet ist.

19. Verwendung von Hochleistungs-Heizpatronen mit Chrom-Nickel-Heizmantel als Heizstäbe in der Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 11.

20. Verwendung von Hochleistungs-Heizpatronen aus Keramik als Heizstäbe in der Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 11.