DE4100520A1 - Verfahren zum regenerieren von giesserei-altsanden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von Gießerei-Altsanden mit organischen und anorganischen Bindemittelbestandteilen oder dgl., insb. mit hohem Ton-, speziell Bentonitanteil, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein Verfahren dieser Art ist z. B. aus der DE-OS 34 00 656 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird der Altsand über einen Magnetabscheider einer Dreh­ trommel mit mechanischen Schikanen zugeführt und in dieser mit Hilfe von durch die Trommel geleiteter heißer Luft getrocknet. Die Trommel dient gleichzeitig dazu, die Sandbestandteile, soweit erforderlich, zu zerkleinern und die auf den Sandkörnern haftenden Bindemittelbestandteile durch Reibung me­ chanisch abzuarbeiten. Hierzu können auch in der Drehtrommel vorhandene Mahlkörper dienen. Diese mechanische Abreinigung kann aber auch in einer gesonderten Stufe mit Hilfe eines Aufprallseparators erfolgen, wie sie bei­ spielsweise aus der DE-PS 20 56 536 oder der DE-PS 31 10 578 bekannt sind.

Nach Zwischenspeicherung wird der Sand bei dem bekannten Verfahren durch einen Fließbettofen geleitet, in dem bei Temperaturen um etwa 800°C vor allem die chemischen Bestandteile, wie organische Bindemittel, abgebrannt werden. Der heiße Sand gelangt dann durch eine Kühltrommel, in der eine Nachreinigung erfolgt und in der der Sand mit Hilfe von Kühlluft auf Raum­ temperatur abgekühlt wird. Danach kann der Sand klassiert und der Wiederver­ wendung zugeführt werden. Zur Trocknung des Sandes wird die heiße Abluft des Fließbettofens verwendet, die über einen Abluftfilter der Trocknertrommel zugeführt und nach erneuter Filterung zusammen mit allen gasförmigen Schad­ stoffen umweltschädigend in die Atmosphäre abgeleitet wird. Auch die Abluft des Kühlers ebenso die zur Weiterbeförderung des Sandes verwendete Luft wird ebenfalls nach Passieren des Filters in die Atmosphäre abgeleitet.

Die Wiederaufbereitung der Altsande in Gießereien erlangt zunehmende Bedeu­ tung, da einer einfachen Deponierung der Altsande aus ökologischen Gründen zunehmende Schwierigkeiten entgegenstehen. Es werden daher in zunehmendem Maße Regenerierungsanlagen für Altsande eingesetzt. Diese Altsande können chemische Zusatzstoffe, insb. organische Bindemittel ebenso wie anorganische Bindemittel, wie Tonanteile, enthalten. Dabei bereitet die Regenerierung von Altsanden mit hohen Tonanteilen besondere Schwierigkeiten. Diese Tonanteile können (bei Natursanden und Klebsanden) als Kaolinit, als Montmorillonit (Hauptbestandteil des Bentonits) und als Mullit oder Aluminiumsilikat (wich­ tiger Bestandteil der Schamotte) vorliegen.

Eine rein mechanische Abreinigung oder Regenerierung der Altsande ist nur dann zufriedenstellend, wenn diese nur einen relativ geringen Tongehalt aufweisen. Deshalb ist man häufig, wie bei dem Verfahren nach der oben genannten OS 34 00 656, dazu übergegangen, eine thermische Behandlungsstufe einzuschalten, in der die Altsande auf Temperaturen von etwa 800°C erhitzt werden. Bei diesen Temperaturen werden die organischen Bindemittel verbrannt und die tonhaltigen Bestandteile in einem erheblichen Umfange als Mullit auf das Quarzsandkorn aufgebrannt. Der Sand wird so schamottisiert, wobei der Anteil an Schamott in dem regenerierten Sand häufig 5% oder mehr erreicht. Als nachteilig hat sich dabei erwiesen, daß die Schamottisierung zu einem höheren Verbrauch von vorbestimmten Komponenten des Bindemittels führt. Außerdem wird die Sandoberfläche in erheblichem Maße porös, was ebenfalls den Bindemittelverbrauch erheblich steigert. Hierzu trägt auch das Verbrennen der organischen Bestandteile bei, da durch dies Verbrennen ebenfalls zusätzliche Hohlräume im Ouarzkorn entstehen.

Ein weiterer Nachteil der hohen Erhitzung des Sandes liegt in dem hohen Bedarf an thermischer Energie. Auch müssen die Sandkörner nach dieser Erhitzung noch einmal einer mechanischen Abreinigung unterzogen werden. Diesen Nachteilen kann man teilweise mit Erfolg begegnen, wenn man den Altsand im nassen Zustand regeneriert. Dies führt jedoch zu hohen Kosten und zu erheblichen Problemen bezüglich der Entsorgung des anfallenden Klär­ schlammes.

Es ist Aufgabe der Erfindung die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden und ein trockenes Regenerierungsverfahren vorzuschlagen, das zu einer guten Qualität des regenerierten Sandes bei wesentlich geringerem Aufwand führt.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst.

Auf die Anlage der oben genannten DE-PS 31 10 578 geht eine Regenerierungs­ anlage zurück, bei der die zweite mechanische Reinigungsstufe der oben erwähnten Anlage durch eine thermische Reinigungsstufe ersetzt ist (vgl. DE-OS 38 25 361). Dieser thermischen Regenerierungsstufe ist wenigstens eine mechanische Regenerierungsstufe jeweils vor- und nachgeschaltet. Bei dieser bekannten Anordnung ist die thermische Regenerierungsstufe so ausgelegt, daß die Sandumhüllungen deutlich schneller als das Sandkorn selbst erhitzt und in den Sandumhüllungen so Wärmespannungen erzeugt werden, die zu einer Ver­ kokung und Versprödung der nicht regenerierbaren Umhüllungen führen. Es geht dabei im wesentlichen darum, durch eine Art Thermoschockbehandlung nur der Umhüllung deren physikalisches Verhalten für die nachfolgende mechanische Regenerierung zu Verändern, so daß dort die versprödeten Umhüllungen leichter auf- und abplatzen. Dazu ist es erforderlich, daß der Heizgasstrom selbst eine sehr viel höhere Temperatur aufweist, als es für eine thermische Regenerierung des Sandgemisches erforderlich ist und um 1000°C oder höher liegt. Gleichzeitig wird die Kontaktzeit zwischen dem aufzubereitenden Sand und dem heißen Gasstrom so kurz bemessen, daß eine Aufheizung der Sandkörner über eine Temperatur von etwa 200° bis 300° nicht erfolgt. Auf der anderen Seite ist die Zuführungstemperatur des Heizgasstromes so hoch, daß Aluminiumflimmer augenblicklich aufgeschmolzen oder vergast werden.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zielt demgegenüber in eine wesentlich andere Richtung.

Bei dem neuen Verfahren wird auf eine hohe Erhitzung des Altsandes ver­ zichtet. Der als Staub anfallende Reststoff enthält noch alle bindefähigen Trockenbestandteile und kann in den Gießereiprozeß wieder eingeführt werden. Die Prozeßtemperatur wird in allen Stufen so begrenzt, daß weder eine Scha­ mottisierung noch ein Ausbrennen organischer Bestandteile stattfindet. Dadurch wird der Bedarf an thermischer Energie wesentlich verringert. Es wird vor allem aber ein Anstieg des pH-Wertes des Sandes vermieden und die Porösität der Quarzsandoberfläche erheblich verringert, so daß bei Wiederverwendung des regenerierten Sandes ein wesentlich verringerter Bedarf an Bindemittel entsteht. Die organischen und vor allem die tonhaltigen Bindemittel werden auf effektive Weise mechanisch entfernt. Dabei bleiben Reste an organischen Bindemitteln in den Poren des Sandes. Dies führt zu einer wesentlichen Ver­ ringerung der Oberflächengröße der Sandkörner, d. h. zu einer glatteren Ober­ fläche, die den geringeren Bedarf an Bindemittel zur Folge hat. Die Temperatur wird dabei auf maximal 550°C beschränkt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Prozeßluft oder das bei der Behand­ lung entstehende Luftgasgemisch durch die Trocknungsstufe und durch die (erste) direkt nachgeschaltete mechanische Abreinigungsstufe im Kreislauf durch eine der Regenerationsstufe nachgeschalteten Trockenfilter und einen Lufterhitzer geführt wird. Auf diese Weise wird die Prozeßwärme weitgehend erhalten. Ein vorbestimmter Anteil des Luftgasgemisches wird dabei fortlaufend aus dem Kreislauf abgezweigt und einer Nachverbrennung zugeführt. Die Nachverbrennung kann auch dazu dienen, die überschüssigen Anteile der vom Sand abgetrennten staubförmigen Bestandteile zu inertisieren. Eine solche Inertisierung ist vor der Lagerung dieser Bestandteile in einer Deponie aus ökologischen Gründen unbedingt erforderlich. Die thermische Energie,die beim Verbrennen des abgezweigten Luftgasgemisches und beim Nachbrennen der überschüssigen Staubbestandteile gewonnen wird, steht zur Erhitzung bzw. Nacherhitzung des im Kreislauf geführten Luftgasgemisches zur Verfügung.Man erhält so eine gute Qualität des regenerierten Sandes, dessen Wiederverwendung daher nicht eingeschränkt ist. Man erhält ferner eine Prozeßführung, die alle ökologischen Anforderungen gut erfüllt. Der bei dem neuen Verfahren gewonnene regenerierte Sand ermöglicht ferner einen sparsamen Einsatz der Bindemittel. Schließlich ist das Verfahren auch aus Gründen des Energieverbrauches und auch aus Gründen der Kosten besonders günstig.

Das neue Verfahren nach Anspruch 1 kann noch einfacher gestaltet und zu diesem Zweck abgewandelt werden, wobei bezüglich der Anlage und der Ver­ fahrenskosten noch erhebliche Einsparungen erzielt werden können. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Aufgaben und Funktionen, welche die Trock­ nungsstufe erfüllt, auch von der ersten mechanischen Regenerierungsstufe über­ nommen werden können, da dort infolge der starken mechanischen Beanspruchung des Sandes die Trocknung sich außerordentlich rasch vollzieht und damit der Altstand schon bei Beginn der mechanischen Regenerierung die Konsistenz auf­ weist, wie er sie bei Zuspeisung aus der vorgeschalteten Trocknungsstife besitzt. Diese vorteilhafte Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1 ist Gegenstand des Anspruchs 5.

Die weiteren Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausbildungen bzw. Weiter­ bildungen der Verfahren nach Anspruch 1 bzw. nach Anspruch 5.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an zwei Aus­ führungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen in gleicher Darstellungsweise

Fig. 1 eine Anordnung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 und

Fig. 2 eine Anordnung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 5.

Das neue Regenerationsverfahren ist mehrstufig. Vor der ersten Behandlungsstufe wird der Altsand, wiedergegeben durch den Pfeil 2 bei 1 einem Magnetabscheider 3 oder dgl. aufgegeben, um in dem Altsand vorhandene Gußreste und andere Metallteile bei 4 abzuscheiden. Der so behandelte Altsand wird bei 5 einer Trocknungsstufe zugeführt. Diese besteht zweckmäßigerweise aus einer Mahltrocknungsanlage in der der durchlaufende Sand in Bewegung gehalten wird, Sandzusammenballungen zerkleinert werden und der Sand mit Hilfe heißer Luft getrocknet wird. Der bei 5 aufgegebene Altsand kann eine Restfeuchte von 2 bis 3% aufweisen. Diese Feuchtigkeit wird in der Mahltrocknungsanlage möglichst vollständig entfernt. Die Bewegung des Sandes in der Mahltrocknungsanlage können Wurfschaufeln oder dgl. übernehmen. Es sind verschiedene geeignete Mahltrocknungsanlagen bekannt, so daß eine nähere Beschreibung nicht erforderlich ist.

Die der Anlage zugefügte Trocknungsluft wird in einem Kreislaufsystem 7 ge­ führt. In einem Lufterhitzer 8 wird die Luft erhitzt und bei 9 der Trocknungsanlage 6 zugeführt. Die Temperatur der Trocknungsluft wird auf maximal 500° bis 550°C eingestellt. In der Mahltrocknungsanlage wird der Altsand erwärmt, zerkleinert und getrocknet. Die Temperatur des Altsandes beim Verlassen der Trocknungsanlage 6 kann etwa 120° betragen. Mit etwa der gleichen Temperatur tritt die Abluft bei 10 aus der Tocknungsanlage und gelangt in eine dieser unmittelbar nachgeschalteten erste mechanische Reinigungs- oder Regenerationsanlage 11. Bevorzugt wird in der Stufe 11 ein ein- oder mehrzelliger Aufprall-Separator eingesetzt, wie er bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt ist. Das dabei benötigte Trägermedium für den Sand wird über die Leitung 10 der Stufe 11 zugeführt. Das Trägermedium besteht aus dem Luftgasgemisch, das sich in der Trocknungszone 6 bildet. Bevorzugt wird das Trägermedium ebenfalls auf eine erhöhte Temperatur von bis maximal 250°C eingestellt. Zur Einstellung der Temperatur kann erhitzte Luft aus der Leitung 9 über Ventil 17 und Leitung 16 abgezweigt und dem Luftgasgemisch in der Lei­ tung 10 zugemischt werden. Das aus der Stufe 11 abgeführte Luftgasgemisch wird über die Leitung 12 einem Trockenfilter 13 zugeführt und gelangt von diesem über die Leitung 14 zu dem Erhitzer 8 zurück, von dem das Luftgas­ gemisch dem Prozeß erneut zugeführt wird.

Die bei der mechanischen Abreinigung in der Stufe 11 anfallenden übergroßen Körner werden bei 18 ausgeschieden. Staubförmige Bestandteile werden mit dem Luftgasgemisch über die Leitung 12 in den Filter 13 ausgetragen und bei 20 aus dem Kreislauf ausgeschieden.

Ein über Ventil 28 einstellbarer Anteil des Luftgasgemisches aus dem Kreislauf 7 wird über Leitung 27 fortlaufend abgezweigt und in dem Nachbrenner 25 einer Verbrennung unterzogen. Der Nachverbrennungseinrichtung 25 werden auch solche überschüssigen Anteile der staubförmigen Bestandteile, die bei 20 aus dem Filter ausgeschieden werden, bei 26 aufgegeben. Durch den Brennvorgang werden diese Bestandteile in einen inerten Zustand überführt, so daß sie bei 32 ausgeschieden und in einer Deponie ökologisch unbedenklich ab­ gelagert werden können. Die in der Nachverbrennungsvorrichtung 25 gewonnene thermische Energie wird über die Abgase gemäß Leitung 30 einem Wärmetau­ scher und gegebenenfalls einer Zusatzwärmequelle in dem Erhitzer 8 zugeführt. Nach Abgabe der Wärme können die Abgase, ggf. nach entsprechender Reini­ gung, bei 31 dem Kamin zugeführt werden. Die bei 27 abgeführte Teilmenge des Luftgasgemisches kann durch Frischluft in den Kreislauf 7 ersetzt werden.

Der so aufbereitete Sand kann nunmehr direkt gekühlt und der Wiederver­ wendung zugeführt werden.

Es ist jedoch zweckmäßig eine zweite mechanische Abreinigungsstufe 40 nach­ zuschalten, der ein eigener Luftkreislauf 47, 48 zugeordnet ist, der eine ent­ sprechende Filteranlage 13a zur Ausscheidung der staubförmigen Bestandteile bei 20a aufweist. Die mechanische Abreinigungsanordnung 40 kann in entspechender Weise wie die Abreinigungsanordnung 11 ausgebildet sein. Auch hier können noch verbliebene übergroße Teile bei 18a ausgeschieden werden.

Bei Nachschalten einer zweiten Reinigungsanordnung kann dem ersten Luftgas­ kreislauf die erforderlich Ergänzungsluft über Ventil 50 und Leitung 49 aus dem zweiten Kreislauf 47, 48 zugeführt werden, dem selber Ergänzungsluft über Ventil 52 bei 51 zugeleitet wird.

Der in der Stufe 11 aufbereitete Sand tritt mit seiner Restwärme von z. B. 120 bis 200°C in die zweite mechanische Behandlungsstufe 40 ein. Diese Eintritts­ temperatur des Sandes bestimmt in dieser Stufe die Verfahrenstemperatur. In dieser Stufe kühlt der Sand auf z. B. 100°C ab und tritt mit dieser Temperatur bei 45 in den nachgeschalteten Kühler 52 ein. Zur weiteren Abkühlung des Sandes dient ein eigener Kühlkreislauf, z. B. ein Wasserkühlkreislauf 51, dem die Wärme über den Wärmetauscher 53 und z. B. eine Luftkühlung 54 entzogen wird.

Die bei 20 bzw. 20a aus den Filteranlagen anfallenden und ausgeschiedenen Feinanteile enthalten noch wirkungsvolle Bestandteile von Bentonit und von Glanzkohlenstoffbildnern. Diese staubförmigen Bestandteile können also zu einem erheblichen Teil in der Grünsandaufbereitung wieder verwendet werden. Die überschüssigen staubförmigen Bestandteile werden dagegen bei 26, wie erwähnt, der Verbrennung zugeführt.

Die im ersten Kreislauf benötigte Luftmenge kann bei einer Leistung der Anla­ ge von 5 t/h beispielsweise 7000 Nm³/h betragen. Die über die Leitung 27 ab­ gezweigte Menge beträgt etwa 50 Nm³/h. Die Temperatur in dem Mahltrock­ ner 6 liegt vorzugsweise zwischen 120 und 500°C, während die Prozeßtemperatur in der Stufe 11 zweckmäßig unter 250°C gehalten wird. Die Verweilzeit des Sandes im Trockner 6 beträgt etwa 1 Stunde und in den Ab­ reinigungsstufen 11 und 40 jeweils etwa 1/2 bis 1 Stunde. Die Geschwindigkeit des Trägermediums bei Verwendung von pneumatisch-mechanischen Regenerationsstufen, z. B. Aufprallseparatoren in den Stufen 11 und 40 beträgt zwischen 20 und 40 m/sek.

Die oben angeführten Zahlen beziehen sich auf eine bestimmte Anlagen. Die Werte sind von jeweiligen Gegebenheiten und der Auslegung der Anlage ab­ hängig.

Der Erhitzer 8 besteht zweckmäßigerweise aus einem der Nachverbrennungs­ einrichtung 25 nachgeschaltetem Wärmetauscher und einer zuschaltbaren Auf­ heizeinrichtung.

Die Anordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 nur in dem Bereich zwischen dem Magnetabscheider 3 und der ersten mechanischen Reinigungs- oder Regenerierungsanlage 11, die bei dieser Ausführung dem Mag­ netabscheider 3 direkt nachgeschaltet ist. Die erhitzte Luft des Heißgaskreis­ laufes 7 wird der ersten mechanischen Regenerierungsstufe 11 direkt zugeführt und wie bisher über die Leitung 12 dem geschlossenen Kreislaufsystem 7 wieder zugeführt. Über das Ventil 17 kann z. B. durch Zumischung eines Anteils des kühleren Gasgemisches aus dem Leitungsabschnitt 14 über die Kurzschluß­ leitung 17a die Zuführungstemperatur des Gasgemisches in der Leitung 16 auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Diese Zuführungstemperatur liegt in jedem Fall maximal bei 550°C. Bevorzugt wird jedoch die Zuführungstempera­ tur des Gasgemisches zu der ersten mechansichen Abreinigungsstufe auf einen Wert eingestellt, der 250°C nicht übersteigt.

Es zeigt sich im Vergleich zu Fig. 1, daß die Anlage nach Fig. 2 vereinfacht ist und noch ökonomischer und energiesparender ausgeführt werden kann. Auch bei diesem Verfahren fallen die Bindemittelbestandteile mit noch sehr hoher Bindekraft an, so daß diese direkt wieder für die Aufbereitung der regnerierten Sande für die Formherstellung verwendet werden können.

Claims (8)

1. Verfahren zum trockenen Regenerieren von Gießsereialtsanden, die organische und anorganische Bindemittelbestandteile, wie hohe Ton-, insb. Bentonitanteile enthalten, bei dem der Altsand mit einer Restfeuchte nach Aussondern von Metallresten zunächst in einer Trocknungsstufe in Bewegung gehalten wird, Sandzusammenballungen zerkleinert werden und die Restfeuchte des Sandes mit Hilfe von erhitzer Luft entfernt wird, der trockene Sand in wenigstens einer Abreinigungsstufe mechanisch gereinigt wird, die anfallenden staubförmigen Bestandteile mittels Luftstrom abgeführt werden und der trockene, gereinigte Sand dann auf Verarbeitungstemperatur abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsstufe die erhitzte Luft mit einer Temperatur deutlich unterhalb der Sintertemperatur von ton­ haltigen und unterhalb der Verbrennungstemperatur von organischen Bindemittel zugeführt und die Luftzufuhrtemperatur auf maximal 550°C be­ grenzt wird, der getrocknete Sand der mechanischen Abreinigungsstufe direkt zugeführt wird und das aus der Trocknungsstufe abgezogene Luftgasgemisch im geschlossenen Kreislauf durch die direkt nachgeschaltete mechanische Ab­ reinigungsstufe, einen Trockenfilter und einen Erhitzer der Trocknungsstufe wieder zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Kreislauf des Luftgasgemisches fortlaufend ein vorbestimmter Anteil abge­ zweigt und einer Nachverbrennungsstufe zugeführt wird, und daß die in der Nachverbrennungstufe gewonnene thermische Energie dem Erhitzer zugeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung in einer Mahltrocknungsstufe erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverbrennungsstufe auch die überschüssigen Anteile der in der mecha­ nischen Abreinigungsstufe vom Sand abgetrennten staubförmigen Bestandteile und/oder übergroße Körner zu deren Inertisierung zugeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Sand und die auf eine Zuführungstemperatur von maximal 550°C erhitzte Luft unter Umgehung der Trocknungsstufe direkt der mechanischen Abreinigungsstufe zugeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzte Luft mit einer Temperatur bis maximal 250°C der als ein- oder mehrzelliger Aufprallseparator ausgebildeten ersten mechanischen Abreini­ gungsstufe zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten pneumatisch-mechanischen Abreinigungsstufe eine zweite, vorzugsweise pneumatisch-mechanisch arbeitende, Abreinigungsstufe direkt nachgeschaltet ist, deren Prozeßluft in einem gesonderten geschlossenen Kreislauf über einen Trockenfilter geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem geschlossenen Kreislauf des erhitzten Gasgemisches laufend abgezweigte und der Nachverbrennung zugeführte Menge fortlaufend aus dem gesonderten, ge­ schlossenen Kreislauf der zweiten mechanischen Abreinigungsstufe ersetzt wird.