DE4215867A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Sandaustrages bei der thermischen Regenerierung von Gießerei-Altsand in Wirbelschichtöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Regelung des Sandaustrages aus Wirbel­ schichtöfen, bei denen der zu regenerierende Gieße­ rei-Altsand auf einer Seite des Wirbelschichtofens eingegeben und nach fließbettförmigem Durchlauf auf der anderen Seite ausgetragen wird.

Aus der DE-OS 36 36 479 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur thermo-mechanischen Regenerierung von Schüttgütern, insbesondere von Gießerei-Altsand, be­ kannt. Hierbei wird vorgewärmter Gießerei-Altsand an einer Seite eines Ofens eingegeben. Der Boden des Ofens ist dabei mit Öffnungen in Form von Düsen ver­ sehen, durch die brennbare Gase und Verbrennungsluft in den oberen Ofenbereich gelangen, so daß ein Wir­ belbett entsteht und das zu regenerierende Gut fließ­ bettförmig zum Sandaustrag, der der Aufgabeeinrich­ tung gegenüberliegt, geführt wird. Die Regelung des Vorganges der thermischen Regenerierung wird durch eine Dosiereinrichtung an der Sandaufgabe und durch einen Rückhaltesteg, der sich kurz vor dem Sandaus­ trag befindet, durchgeführt. Der Rückhaltesteg dient dabei dazu, daß die Schichthöhe des Wirbelbettes sta­ bilisiert wird, und verfügt an seiner Unterseite über Ausnehmungen zum Durchtreten von nichtfluidisierbarem Material wie z. B. Gußspritzern, Keramikteilchen o. ä., so daß ein Zusetzen des Ofenherdes durch diese Fremd­ körper nicht möglich ist. Weiterhin können die Vor­ gänge im Wirbelschichtofen nur durch die Beeinflus­ sung der Temperatur und die Änderung der Strömungs­ geschwindigkeit des durch den porösen Boden strömen­ den Gases erreicht werden. Die letztgenannten Mög­ lichkeiten wirken sich jedoch ungünstig auf eine kon­ tinuierliche Verfahrensführung aus und eine Erhöhung der Luftgeschwindigkeit kann nur in äußerst geringen Grenzen erfolgen, da sich sofort erhebliche Auswir­ kungen auf das Wirbelbett ergeben. Mit diesen be­ schränkten Möglichkeiten kann es dazukommen, daß er­ hebliche Qualitätsunterschiede im Ergebnis der thermischen Regenerierung auftreten können.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß der aus dem Wirbelschichtofen abgeführte thermisch behandelte Gießerei-Altsand immer in einen Kühler oder eine an­ dere ähnliche Einrichtung, die sich unterhalb des Ofens befindet, gegeben wird. Dadurch sind aufwendige Konstruktionen erforderlich, um den Ofen und auch die Aufgabeeinrichtungen, die häufig unter Ausnutzung der Schwerkraft ohne zusätzliche Fördermittel betrieben werden, oberhalb der nachgeschalteten Einrichtungen zu halten, so daß neben einer erforderlichen sehr großen Gebäudehöhe auch entsprechend hohe Kosten für Stützkonstruktionen entstehen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Sandaustrag aus einer Einrichtung zur thermischen Regenerierung von Gießerei-Altsand auf einfache, kostengünstige Weise zu regeln und die Qualität des regenerierten Sandes konstant zu halten und dabei die Möglichkeit zu schaffen, die Nachbehandlung des geglühten Regene­ rierungsgutes auf nahezu dem gleichen Höhenniveau, auf dem sich der Ofen befindet, durchzuführen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 7 genannten Merkmale erreicht. In vorteilhafter Weise werden das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung durch die in den Unteransprüchen genannten Merkmale weiter­ gebildet.

Durch den als Auslaßsteuerorgan wirkenden Schüttke­ gel der durch den ausgetragenen thermisch behandel­ ten Sand auf einem Boden, der über Öffnungen verfügt, eines pneumatischen Förderers gebildet wird und in der Lage ist, bei voller Ausbildung den Sandaustritt des Auslaufrohres des Wirbelschichtofens vollständig zu verschließen, kann der Sandaustrag aus dem Wirbel­ schichtofen auf einfache Weise mit geringstem Aufwand geregelt werden. Der Schüttkegel wird dabei dadurch beeinflußt, daß die Luftzufuhr durch den mit Öffnun­ gen versehenen Boden des pneumatischen Förderers ge­ regelt wird. Dies kann in einfacher Weise durch Ein- und Ausschalten der Luftströmung erfolgen oder durch Regelung des Volumenstromes, der durch die Öffnungen geführt wird. Die Luftzufuhr führt dazu, daß geglüh­ ter Sand vom Schüttkegel in Richtung einer pneumati­ schen Förderrinne bewegt wird und von dort einer Wei­ terbehandlung zugeführt werden kann. In dem Moment, in dem sich der Schüttkegel verkleinert, wird der Sandaustritt des Auslaufrohres freigegeben, und es kann weiter fertiggeglühter Sand den Wirbelschicht­ ofen verlassen und den Schüttkegel bei abgeschalteter bzw. verringerter Luftzufuhr durch die Öffnungen des Bodens wieder so ausbilden, daß der Sandaustritt er­ neut verschlossen wird. In einfachster Form könnte die Steuerung der Luftzufuhr durch den Boden des pneumatischen Förderers taktzeitgesteuert erfolgen. Hierbei entsteht bereits der Vorteil, daß der Sand­ austritt aus dem Wirbelschichtofen ohne zusätzliche mechanische Verschlußelemente geregelt wird, die bei den herrschenden hohen Temperaturen hohe Anforderun­ gen an die Zuverlässigkeit stellen würden.

Mit nur geringem Aufwand ist es möglich, die Wirbel­ schichthöhe im Ofen, wobei der Sand fließbettartig durch den Ofen geführt wird, auf ein gewünschtes Maß einzustellen, indem der Druck unterhalb des Wirbel­ bettes in der Windkammer des Wirbelschichtofens ge­ messen und als Steuersignal für die Regelung der Luftzufuhr, die den Boden des pneumatischen Förderers durchströmt und den Schüttkegel beeinflußt, verwendet wird. Der in der Windkammer gemessene Druck ist pro­ portional der Wirbelschichthöhe, so daß diese mit den benannten Mitteln konstant gehalten werden kann.

Das die Luftzufuhr zum pneumatischen Förderer regeln­ de Ventil kann direkt über eine Bypass-Leitung, die mit der Windkammer verbunden ist, ohne zusätzliche Steuerelemente mittels Klappen oder Membranen regu­ liert werden.

Es ist auch möglich, Drucksensoren in der Windkammer anzuordnen, die Steuersignale an eine Steuereinheit richten. Die Steuereinheit regelt das Luftzufuhrven­ til entsprechend dem in der Windkammer herrschenden Druck. Zusätzlich kann außerdem die Temperatur im Wirbelbett mittels Thermosensoren gemessen und ge­ meinsam mit den Druckwerten oder allein zur Regelung der Luftzufuhr und damit des Sandaustrittes aus dem Wirbelschichtofen verwendet werden.

Das Auslaufrohr für den fertiggeglühten Gießerei-Alt­ sand kann relativ kurz sein und einen relativ gerin­ gen Neigungswinkel aufweisen, so daß sich der Sand­ austritt nur unwesentlich unterhalb der Ebene des ausgebildeten Wirbelbettes befindet und somit eine geringe Gesamthöhe erforderlich wird.

Eine weitere Möglichkeit zur Regelung des Sandaus­ trittes kann dadurch erreicht werden, daß der pneuma­ tische Förderer in seiner Lage bezüglich der Höhe und auch in Horizontalrichtung zum Sandaustritt des Aus­ laufrohres verschiebbar ist, so daß die Gestalt des ausgebildeten Schüttkegels und dadurch wiederum die Regelempfindlichkeit veränderbar ist.

Mit dem pneumatischen Förderer kann der fertiggeglüh­ te Sand vom Schüttkegel nahezu auf gleicher Ebene der weiteren Behandlung zugeführt werden. Durch die Luft­ zufuhr ist eine erste Kühlung des noch heißen Sandes gegeben. Der Sand verläßt den pneumatischen Förderer über eine Förderrinne und wird in einem Blasraum auf­ gefangen und von dort durch den Luftstrom, der aus einer Blasdüse austritt, in ein Blasrohr gerissen und einem Kühler, der vorzugsweise als Fließbettkühler ausgeführt ist, zugeführt. Dabei kann oberhalb des Austrittes des Blasrohres eine Prallglocke angeordnet sein, gegen die der Sand geschleudert wird und an der noch anhaftende Verunreinigungen abplatzen. Die Ver­ wendung eines Fließbettkühlers bietet sich besonders unter dem Aspekt der gewünschten geringen Bauhöhe an.

Die Fördermenge des aus dem Blasgefäß in den Kühler zu transportierenden Sandes kann dadurch geregelt werden, daß der Abstand zwischen Blasdüse und Ein­ tritt in das Blasrohr bei konstanter Luftströmung, die die Blasdüse verläßt, verändert wird.

Mit der Erfindung können Wirbelschichtofen und Kühler in einer Ebene angeordnet werden, wodurch sich die gesamte Bauhöhe reduziert, eine aufwendige Stützkon­ struktion entfällt und im Ergebnis eine Senkung der Investitionskosten auftritt.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine verbesserte Ausführungsform der Vor­ richtung, und

Fig. 3 eine Regeleinrichtung zur Steuerung des Sandaustrittes.

Der zu regenerierende Gießerei-Altsand wird in einem Wirbelschichtofen 1 thermisch behandelt. Das zu rege­ nerierende Gut wird über eine nicht dargestellte Auf­ gabeeinrichtung dem fließbettartigen Wirbelbett zu­ geführt. Das Wirbelbett ist auf einem mit Öffnungen versehenen Boden 2 abgestützt und wird mittels einer Gasströmung, die aus brennbaren Gasen und Luft be­ steht, aufrechterhalten.

Auf der der Aufgabeeinrichtung gegenüberliegenden Seite des Wirbelschichtofens 1 befindet sich ein Aus­ laufrohr 4 für den Sandaustritt des fertigbehandelten Gießerei-Altsandes. Das Auslaufrohr 4 endet in einem pneumatischen Förderer 5 oberhalb eines Bodens 7, der ebenfalls über Öffnungen, die poren- oder düsenförmig ausgebildet sind, verfügt. Dabei wird durch den durch Auslaufrohr 4 ausgelaufenen Sand oberhalb des Bodens 7 ein Schüttkegel 6 gebildet, der bei ausreichender Größe den Austritt aus dem Auslaufrohr 4 verschließt. Der Sandaustritt aus dem Auslaufrohr 4 wird dadurch freigegeben, daß durch die Öffnungen im Boden 7 des pneumatischen Förderers 5 eine Luftzufuhr erfolgt und Sand vom Schüttkegel über eine Förderrinne 8 der wei­ teren Nachbehandlung zugeführt wird.

Die Lage des pneumatischen Förderers 5 oder nur sei­ nes Bodens 7 ist dabei in vertikaler und horizontaler Richtung mittels einfacher mechanischer Vorrichtungen einstellbar, wie das mit dem auf der Fig. 1 erkenn­ baren Pfeilkreuz sichtbar gemacht werden soll. Je nach Einstellung der horizontalen Lage und des Ab­ standes des Sandaustrittes aus dem Auslaufrohr 4 vom Boden 7 des pneumatischen Förderers 5 kann die Form des Schüttkegels 6 verändert werden. Daraus ergibt sich je nach Bedarf eine bessere oder schlechtere Feineinstellung der Regelbarkeit des Sandaustrittes je nach Form des Schüttkegels 6.

Der mittels der zugeführten Luft etwas vorgekühlte Sand verläßt den pneumatischen Förderer 5 über eine Förderrinne 8 in einen Blasraum 9 und wird von dort aus mittels eines kalten Luftstromes, der aus einer Blasdüse 10 austritt, in ein Blasrohr 11 gefördert und prallt dort oberhalb des Austrittes aus dem Blas­ rohr 11 gegen eine Prallglocke 12, wobei eventuell noch anhaftende Verunreinigungen abplatzen, und ge­ langt von der Prallglocke 12 in einen darunterliegen­ den Fließbettkühler 13, in dem der geglühte Sand wei­ ter gekühlt wird und anschließend einer eventuellen mechanischen Regenerierungsstufe zugeführt oder einer Sichtung zur Entfernung von Staubteilchen unterzogen wird.

In der Fig. 2 ist ein zusätzlicher Bypaßkanal 16 dar­ gestellt, der die Windkammer 3 direkt mit dem Regel­ ventil 15 verbindet, das die Luftzufuhr, die durch die Öffnungen des Bodens 7 strömt, in den pneumati­ schen Förderer 5 regelt. Dabei kann der der Wirbel­ schichthöhe proportionale Druck in der Windkammer 3 das Regelventil 15 so ansteuern, daß es lediglich ein- oder ausschaltet, oder in etwas aufwendigerer Form eine Proportionalregelung realisieren. Die An­ steuerung des Regelventils 15 kann dabei allein mit mechanischen Mitteln erfolgen, indem der Druck im By­ paßkanal 16 direkt auf Membranen oder Klappen wirkt, die die Öffnung des Regelventils 15 beeinflussen. Die Einstellung des Regelventils 15 sollte dabei so sein, daß, wenn der Windkammerdruck einen Soll-Wert, d. h. einen oberen Grenzwert überschreitet, die Luftzufuhr mit dem Regelventil 15 entweder eingeschaltet oder erhöht wird, so daß sich dadurch der Schüttkegel 6 abbaut, der den Sandaustritt des Ausflußrohres 4 freigibt. Verringert sich dadurch der Windkammerdruck bis auf einen unteren Grenzwert, wird in umgekehrter Weise die Luftzufuhr mit dem Regelventil 15 entweder verringert oder sogar abgeschaltet, und es erfolgt ein erneuter Aufbau des Schüttkegels 6 bis zum Ver­ schluß des Sandaustrittes des Auslaufrohres 4.

In einer Ausführungsform, wie sie in Fig. 3 darge­ stellt ist, wird neben einem Drucksensor 17 in der Windkammer ein Temperatursensor 18 in der Wirbel­ schicht verwendet. Beide Sensoren 17 und 18 sind über Leitungen 19 und 20 mit einer Steuereinheit 21 ver­ bunden. In der Steuereinheit 21 erfolgt ein Vergleich der gemessenen Drücke und Temperatur mit Soll-Wert- Kurven, und entsprechend dem Vergleichsergebnis wird das Regelventil 15 über die Steuerleitung 22 ange­ steuert und die Luftzufuhr durch die Luftzuführlei­ tung 14 und die Öffnungen des Bodens 7 in den pneuma­ tischen Förderer 5 zur Beeinflussung des Schüttkegels 6 geregelt.

In vereinfachter Form kann die Regelung auf die Aus­ wertung nur eines Meßsignales entweder des Druckes in der Windkammer oder der Temperatur in der Wirbel­ schicht reduziert werden und nur ein entsprechender Sensor im Wirbelschichtofen angebracht werden.

Die Baugröße des pneumatischen Förderers 5 wird im wesentlichen durch das Volumen des zu regenerierenden Gießerei-Altsandes bestimmt. Bei größeren Volumenmen­ gen können auch mehrere Ausflußrohre 14 mit anschlie­ ßenden pneumatischen Förderern 5 in paralleler Anord­ nung Verwendung finden.

Die räumliche Ausdehnung der bzw. des pneumatischen Förderers 5 ist dabei wesentlich kleiner als die an­ deren zur Regenerierung erforderlichen Einzelelemen­ te. Durch den einfachen und die damit verbundene gro­ ße Robustheit ist eine geringe Störanfälligkeit gege­ ben.

Claims (14)

1. Verfahren zur Regelung des Sandaustrages über ein auf der gegenüberliegenden Seite einer Sand­ aufgabe eines Wirbelschichtofens angeordnetes Auslaufrohr bei der thermischen Regenerierung von Gießerei-Altsand, bei dem der Boden des Wir­ belschichtofens Öffnungen aufweist, durch die heiße Gase in das Wirbelbett gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Erhöhung der Luftzufuhr in einem dem Wirbelschichtofen (1) nachgeschalteten pneu­ matischen Förderer (5) durch dessen mit Öffnun­ gen versehenen Boden (7) ein zwischen dem Ende des Auslaufrohres (4) und dem Boden (7) ausge­ bildeter Schüttkegel (6) abgebaut und der Sand­ austritt aus dem Auslaufrohr (4) freigegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Luftzufuhr in Abhängigkeit des in der Windkammer (3) des Wirbelschichtofens (1) gemessenen Druckes derart geregelt wird, daß bei Überschreiten eines vorgegebenen oberen Grenz­ wertes der Volumenstrom der Luftzufuhr bis zur Erreichung eines unteren Druckgrenzwertes einge­ schaltet oder erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftzufuhr in Abhängigkeit des in der Windkammer (3) des Wirbelschichtofens (1) gemessenen Druckes und der Temperatur im Wirbel­ schichtofen (1) geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lage des Bodens (7) gegenüber dem Austritt des Auslaufrohres (4) verändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der thermisch behandelte Gießerei- Altsand mittels des pneumatischen Förderers (5) einem Blasgefäß (9) zugeführt und dort mittels einer Blasdüse (10) über ein Blasrohr (11) gegen eine Prallglocke (12) geschleudert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gutbeladung des Förderstromes durch die Änderung des Abstandes zwischen Blasdüse (10) und dem Eintritt des Blasrohres (11) gere­ gelt wird.

7. Vorrichtung zur Regelung des Sandaustrages über ein auf der gegenüberliegenden Seite einer Sand­ aufgabe eines Wirbelschichtofens angeordnetes Auslaufrohr bei der thermischen Regenerierung von Gießerei-Altsand, bei dem der Boden des Wir­ belschichtofens Öffnungen aufweist, durch die heiße Gase in das Wirbelbett gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sandaustritt aus dem Auslaufrohr (4) in einem Abstand oberhalb des mit Öffnungen verse­ henen Bodens (7) eines pneumatischen Förderers (5), der sich unterhalb des mit Öffnungen verse­ henen Bodens (2) des Wirbelschichtofens (1) be­ findet, so angeordnet ist, daß sich ein Schütt­ kegel (6) ausbildet, der den Sandaustritt ver­ schließen kann, und der durch den Boden (7) geführte Luftstrom ein- und ausschaltbar oder regelbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Lufteintritt (14) des pneumati­ schen Förderers (5) ein Ventil (15) vorhanden ist, das in Abhängigkeit vom in der Windkammer (3) des Wirbelschichtofens (1) herrschenden Druckes geöffnet oder geschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventil (15) über eine By­ paßleitung (16) mit der Windkammer (3) verbunden ist und der Druck in der Bypaßleitung (16) den Öffnungsgrad des Ventiles direkt regelt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventil (15) in Abhängig­ keit des mit einem Drucksensor (17) gemessenen Druckes in der Windkammer (3) und/oder der mit einem Temperatursensor (18) in der Wirbelschicht gemessenen Temperatur regelbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abstand und/oder die Lage zwischen dem Sandaustritt des Auslaufrohres (4) und dem Boden (7) des pneumatischen Förderers (5) veränderbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der pneumatische Förderer (5) mittels einer Förderrinne (8) mit einem Blasgefäß (9) verbunden und der thermisch behandelte Gießerei-Altsand durch ein Blasrohr (11) durch einen aus einer Blasdüse (10) gerichteten Luftstrom einem Fließbettkühler (13) zuführbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand zwischen Blasrohrein­ tritt und Blasdüse (10) veränderbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Blasrohraus­ trittes eine Prallglocke (12) angeordnet ist.