DE4237838A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren von Gießereialtsand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von Gießereialtsand, indem der Altsand in einem Bear­ beitungsraum umgewälzt und dabei auf die Altsandpar­ tikel die Binderhülle aufbrechende und vom Sandkorn lösende Reibungskräfte zur Wirkung gebracht werden und das entstehende Stoffgemisch aus Sand- und Binderpar­ tikel unter Anreicherung des Sandanteils physikalisch gereinigt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Regenerieren von Gießereialtsand mit einem Bearbeitungsbehälter, der einen steuerbaren Zulauf, an seinem Umfang nahe über dem Boden einen Ablauf und wenigstens ein oberhalb des Bodens umlaufendes Reib­ werkzeug aufweist.

Die Aufbereitung von Gießereialtsand ist aufgrund von Umweltschutz-Bestimmungen zur zwingenden Notwendigkeit geworden, um das Deponievolumen von Gießereialtsanden zu verringern. Alle bekannten Verfahren zielen darauf ab, den Formsand zurückzugewinnen und die Binder ent­ weder ohne Umweltbelastung zu zerstören oder aber mit kleinem Volumen deponiefähig zu machen. Das Hauptpro­ blem bei der Aufbereitung von Altsanden liegt in der Vielzahl verschiedener Binder organischer und anorga­ nischer Art, die zur Entwicklung unterschiedlicher Auf­ bereitungsmethoden geführt haben. Bei organischen Bin­ dern bieten sich vor allem thermische Verfahren an, da diese Binder thermisch nicht stabil sind. Diese ther­ mischen Verfahren erfordern einerseits einen hohen Energieeinsatz, andererseits führen sie zur Gasemission, was einen zusätzlichen Aufwand in der Beseitigung um­ weltschädlicher Gase erfordert. Es sind deshalb in der Vergangenheit zunehmend mechanische Reib- und Scheuer­ verfahren untersucht worden, die bei anorganischen Bin­ dern ohnehin die einzig wirksame Möglichkeit der Be­ seitigung der Binderschale auf dem Sandkorn sind.

Ferner sind kombinierte thermisch-mechanische Verfahren bekannt, bei denen beispielsweise in einem einzigen Bearbeitungsbehälter der Altsand umgewälzt und gleich­ zeitig oder absatzweise einer Brennerflamme ausgesetzt und ferner mittels mechanischer Reib- und Scheuerwerk­ zeuge mechanisch belastet wird, um die Binderhülle zu sprengen (EP 0 125 384 A1). Bei einem anderen be­ kannten Verfahren (EP 0 343 272 A1) findet die ther­ mische Vorbehandlung und die mechanische Nachbehand­ lung in getrennten Räumen statt. In dem mechanischen Bearbeitungsraum wird der thermisch vorbehandelte Altsand mittels umlaufender Werkzeuge umgewälzt und gleichzeitig mittels von unten zutretender Druckluft fluidisiert und diese Fluidisierungsluft oberhalb der Sandoberfläche abgezogen. Durch die umlaufenden Werk­ zeuge soll die Binderhülle, soweit nicht schon in der thermischen Vorbehandlung geschehen, von den Sandpar­ tikeln getrennt werden. Die abgelösten Binderpartikel sollen mit der Fluidisierungsluft ständig weggefördert werden. Abgesehen von der problematischen thermischen Vorbehandlung ist der Wirkungsgrad in der mechanischen Stufe mangelhaft.

Bei einem anderen, rein mechanischen Verfahren (DE 41 06 737 A1) wird der Altsand ausschließlich einer mecha­ nischen Behandlung unterzogen, indem er in einer Scheuer­ trommel umgewälzt wird. Auch hierbei wird der entstehende Binderstaub pneumatisch weggefördert, was wiederum eine Fluidisierung, zumindest aber starke Durchlüftung der Behältercharge erforderlich macht. Auch ist dieses Ver­ fahren vorwiegend nur für tongebundene Altsande geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Altsande mit Gemischen verschiedener Binder, insbesondere auch pro­ blematischen Bindern, wie Bentonit und/oder Wasserglas, auf rein mechanischem Weg wirksam zu regenerieren.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren (EP 0 343 272) wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Teil des Stoffgemischs nach Durchlaufen der Reibungszone aus dem Bearbeitungsraum in einen getrennten Reinigungs­ raum abgezogen und gereinigt und der vorgereinigte Alt­ sand in den Bearbeitungsraum zurückgeführt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das ohne eine ther­ mische Vorbehandlung des Altsandes auskommt, wird der Altsand in dem Bearbeitungsraum ausschließlich Reibungs- und Druckkräften ausgesetzt, wobei die im Bearbeitungs­ raum enthaltene Sandcharge mit ihrem Eigengewicht auf der Reibungszone lastet, so daß ein intensiver mechanischer Druck von dem Bearbeitungswerkzeugen auf die Partikel, aber auch intensive Reibungs- und Scheuerkräfte zwischen den Partikeln stattfinden, die einerseits zum Abreiben der Binderhülle, andererseits auch gleichzeitig zum Zer­ kleinern der Partikel der Binderhülle führen, so daß in dem die Reibungszone verlassenden Stoffgemisch zwei relativ scharf getrennte Kornspektren, Sandpartikel einerseits und Binderpartikel andererseits, vorliegen. Dieses Stoffgemisch wird aus der Reibungszone des Be­ arbeitungsraums abgezogen und in einen getrennten Rei­ nigungsraum übergeführt, in welchem die Binderpartikel weitestgehend abgetrennt werden. Der auf diese Weise vorgereinigte Altsand wird aus der Reinigungskammer er­ neut in den Bearbeitungsraum übergeben, um noch anhaftende Binderanteile in einer weiteren Behandlung abzureiben. Diese Umlaufzyklen werden ggf. mehrfach durchgeführt und der schließlich ausreichend binderfreie Regeneratsand wieder in den Produktionsprozeß gegeben. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Trennung der Be­ arbeitungs- und Reinigungsstufe, so daß jede bei für sie optimalen Bedingungen durchgeführt werden kann. Dabei ist insbesondere die Tatsache wichtig, daß im Bearbeitungsraum keine Fluidisierung stattfindet und somit die im Bearbeitungsraum enthaltene Charge ein geringst mögliches Porenvolumen aufweist, um die Reibungs- und Scheuerkräfte auf einer größtmöglichen Oberfläche der Sandpartikel wirksam werden zu lassen.

Dies kann noch dadurch unterstützt werden, daß im Be­ reich der Reibungszone das Porenvolumen im Stoffgemisch reduziert wird. Dies wiederum kann auf verschiedene Art und Weise geschehen, beispielsweise durch zusätzlichen mechanischen Druck auf die Sandcharge, insbeson­ dere im Bereich der Reibungszone, um eine Verdichtung der Schüttung zu erhalten. Als sehr wirksam hat sich auch erwiesen, wenn anläßlich des Abziehens des Stoffge­ mischs aus dem Bearbeitungsraum Luft aus der Reibungs­ zone abgesaugt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren geht gegenüber dem Stand der Technik einen geradezu konträren Weg, indem nicht Luft in den Bearbeitungs­ raum zugegeben, sondern der Bearbeitungsraum, insbeson­ dere die Reibungszone möglichst luftfrei wird.

In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß die Alt­ sandcharge im Bearbeitungsraum unter Schwerkraft von oben nach unten in die Reibungszone bewegt und in dem Bereich das Stoffgemisch im wesentlichen horizontal nach außen abgezogen wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren lastet also die gesamte Sandcharge des Bearbeitungsraumes auf der Reibungszone mit dem zuvor beschriebenen Vorteil großer Partikeldichte und geringen Porenvolumens in der Reibungszone. Ferner wird das Stoffgemisch aus dem Bereich der Reibungszone unmittelbar nach außen abgezogen, um es der Vorreinigung (Abtrennung der Binderpartikel) zuzuführen.

In weiterhin vorteilhafter Ausführung ist vorgesehen, daß das Stoffgemisch im Bereich der Reibungszone mechanisch nach außen verdrängt und an der Peripherie des Bearbeitungsraums pneumatisch weggefördert wird.

Das Stoffgemisch wird im Bereich der Reibungszone durch die Druck- und Umwälzkräfte nach außen verdrängt. Durch die pneumatische Wegförderung des Stoffgemischs an der Peripherie des Bearbeitungsraums wird nahe der Rei­ bungszone ein Unterdruck erzeugt, der zur Reduzierung des Porenvolumens der Schüttung in der Reibungszone beiträgt.

Zur Lösung der Aufgabe in vorrichtungstechnischer Hin­ sicht geht die Erfindung aus von der eingangs genannten Vorrichtung (EP 0 343 272), die sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß außerhalb des Bearbeitungsbe­ hälters eine Reinigungskammer zum Trennen von Sand- und Binderpartikel vorgesehen ist, die in einem den Ablauf des Bearbeitungsbehälters mit dessen Zulauf ver­ bindenden Förderkreis angeordnet ist.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht liegen also der Bearbeitungsbehälter und die Reinigungskammer in einem geschlossenem Förderkreis. Nach Aufgabe des unbehan­ deltem Altsandes auf den Bearbeitungsbehälter durch­ läuft dieser ggf. mehrfach die Reinigungskammer und den Bearbeitungsbehälter und wird dabei laufend von den in der Reibungszone anfallenden Binderpartikeln gereinigt.

Gegebenenfalls kann zwischen der Reingigungskammer und dem Bearbeitungsbehälter ein Pufferbehälter angeord­ net sein, um eine Homogenisierung des Stoffgemischs vor der Bearbeitungszone zu erhalten und eine stets gleiche Schüttgutsäule im Bearbeitungsbehälter sicher­ zustellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Reibwerkzeug direkt über dem Boden des Bear­ beitungsbehälters umläuft und der Ablauf in der Umlauf­ ebene des Reibwerkzeugs angeordnet ist. Das Stoffge­ misch wird also unmittelbar aus der Reibungszone weg­ geführt.

Das Reibwerkzeug kann zwei oder mehr Reibarme aufwei­ sen, die bis in den Bereich des Umfangs des Bearbei­ tungsbehälters reichen.

Der Druck auf die Reibungszone kann ggf. dadurch erhöht werden, daß oberhalb des Reibwerzeugs ein auf die Sand­ füllung wirkendes Druckerzeugorgan, z. B. eine Schnecke, angeordnet ist.

In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß der Förder­ kreis von einer pneumatischen Fördereinrichtung gebildet ist, die am Ablauf des Bearbeitungsbehälters einen In­ jektor und eine von dort in die Reinigungskammer führende Förderleitung aufweist.

Auf diese Weise wird auf die Reibungszone unmittelbar ein Unterdruck wirksam, der zu einer Reduzierung des Porenvolumens in der Reibungszone führt.

Die Reinigungskammer kann grundsätzlich beliebigen Auf­ bau aufweisen. In Verbindung mit einer pneumatischen Fördereinrichtung empfiehlt sich eine Ausbildung, bei der die Reinigungskammer als Zentrifugalabscheider aus­ gebildet ist und einen Staubabzug aufweist.

Schließlich kann der Bearbeitungsbehälter mehrere am Umfang verteilt angeordnete Abläufe aufweisen, um die Umlaufmenge zu erhöhen, ggf. auch steuern zu können. In einem solchen Fall ist an jeden Ablauf eine pneu­ matische Förderleitung angeschlossen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispieles beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Aufbereiten von Altsand und

Fig. 2: eine schematische Ansicht einer Gesamtanlage.

In Fig. 1 ist ein Bearbeitungsbehälter 1 erkennbar, der an seiner Oberseite einen Zulauf 2 aufweist, der mittels einer Klappe 3 steuerbar ist. Unmittelbar oberhalb des Bodens 4 weist der Bearbeitungsbehälter 1 einen Ablauf 5 auf. Der Ablauf 5 mündet in eine pneumatische Förderleitung 6 mit Steigförderung. Die pneumatische Förderleitung 6 verbindet den Ablauf 5 mit einer Reinigungskammer 7 (siehe Fig. 2), die beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Zentrifugalabscheider ausgebildet und auf ein Puffersilo 8 aufgesetzt ist. Das Puffersilo 8 wiederum steht über den Zulauf 2 mit dem Bearbeitungsbehälter 1 in Verbindung, so daß ein geschlossener Förderkreis vom Ablauf 5 des Bearbeitungs­ behälters 1 über die Steigleitung 6, die Reinigungs­ kammer 7, den Pufferbehälter 8 und den Zulauf 2 des Bearbeitungsbehälters hergestellt ist.

Wie Fig. 2 zeigt, wird der in der Gießerei anfallende Altsand in einem Silo 9 gesammelt und von dort pneu­ matisch oder mechanisch, wie dies mit der Förderlinie 10 angedeutet ist, der Reinigungskammer 7 zugeführt und gelangt von dieser über das Puffersilo in den Be­ arbeitungsbehälter 1, um nach dessen Durchlauf über den Ablauf 5 und die Steigleitung 6 in die Reinigungskammer 7 rezirkuliert zu werden. An die Steigleitung 6 ist eine Zweigleitung 11 angeschlossen, die in ein Silo 12 führt, in der nach einer gewissen Anzahl von Arbeits­ zyklen im Bearbeitungsbehälter 1 der Regeneratsand ge­ fördert wird. Vom Regenerat-Silo 12 wird der Sand in die Sandaufbereitung und/oder in die Kernherstellung der Gießerei abgezogen. Die Reinigungskammer 7 und die Silos 9, 10 sind ihrerseits an die Saugleitung 13 einer Entstaubungsanlage 14 angeschlossen.

Wie Fig. 1 zeigt, ist innerhalb des Bearbeitungsbehäl­ ters 1 unmittelbar oberhalb dessen Boden 4 ein um­ laufendes Reibwerkzeug 15 angeordnet, das mehrere bis annähernd an den Umfang des Bearbeitungsbehälters 1 reichenden Reibarme 16 aufweist. Das Reibwerkzeug 15 wird von einer unterhalb des Bodens gelagerten und diesen durchgreifenden Antriebswelle 17 in eine Umlaufbewegung versetzt. In Höhe des umlaufenden Reibwerkzeugs 15 ist der Bearbeitungsbehälter 1 innenseitig mit einer Ver­ schleißschicht 18 ausgestattet.

Die innerhalb des Bearbeitungsbehälters 1 befindliche Sandsäule lastet auf der von den Reibwerkzeugen 15 über­ strichenen Reibungszone 19. Der Altsand läuft vornehm­ lich im mittleren Bereich in die Reibungszone 19 ein. Die in der Reibungszone befindlichen Sandpartikel wer­ den intensiven Reibungskräften ausgesetzt, die die auf ihnen haftende Binderhülle abreibt. Die Sandpartikel und die Partikel der Binderhülle wandern aus der Reibungszone 19 nach außen in den Ablauf 5 und werden dort von der bei 20 eingeblasenen Förderluft über die Steigleitung 6 in die Reinigungskammer 7 transportiert. Durch die pneumatische Förderung entsteht am Ablauf 5 ein Unterdruck, der in der Reibungszone 19 zu einer Reduzierung des Porenvolumens führt. In der Reinigungs­ kammer 7 werden die Sandpartikel durch Zentrifugal- und Gravitationskräfte abgeschieden, während die Bin­ derpartikel über die Saugleitung 13 in die Entstaubungs­ anlage 14 gelangen. Der vorgereinigte Altsand gelangt aus der Reinigungszone 7 in den Pufferbehälter 8 und nach einer entsprechenden Verweilzeit wieder in den Bearbeitungsbehälter 1. Nach mehrfachem Durchlauf wird schließlich binderfreier Regeneratsand erhalten, der über die Förderleitung 11 in das Silo 12 abgezogen wird.

Claims (18)

1. Verfahren zum Reinigen von Gießereialtsand, indem der Altsand in einem Bearbeitungsraum umgewälzt und dabei auf die Altsandpartikel die Binderhülle auf­ brechende und vom Sandkorn lösende Reibungskräfte zur Wirkung gebracht werden und das entstehende Stoff­ gemisch aus Sand und Binderpartikel unter Anreicherung des Sandanteils physikalisch gereinigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Stoffgemischs nach Durchlaufen der Reibungszone aus dem Bearbeitungs­ raum in einen getrennten Reinigungsraum abgezo­ gen und gereinigt und der vorgereinigte Altsand in den Bearbeitungsraum zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch bzw. der vorgereinigte Alt­ sand mehrfach zwischen Bearbeitungsraum und Reini­ gungsraum rezirkuliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich der Reibungszone das Po­ renvolumen im Stoffgemisch reduziert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch im Bereich der Reibungszone durch mechanischen Druck verdichtet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß anläßlich das Abziehens des Stoffgemischs aus dem Bearbeitungsraum Luft aus der Reibungszone abgesaugt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Altsandcharge im Bearbei­ tungsraum unter Schwerkraft von oben nach unten in die Reibungszone bewegt und in deren Bereich das Stoffgemisch im wesentlichen horizontal nach außen abgezogen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch im Bereich der Reibungszone mechanisch nach außen verdrängt und an der Peripherie des Bearbeitungsraums pneu­ matisch weggeführt wird.

8. Vorrichtung zum Regenerieren von Gießereialtsand mit einem Bearbeitungsbehälter (1), der einen steuerbaren Zulauf (2), an seinem Umfang nahe über dem Boden (4) einen Ablauf (5) und wenigstens ein oberhalb des Bodens (4) umlaufendes Reibwerkzeug (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß außer­ halb des Bearbeitungsbehälters (1) eine Reinigungs­ kammer (7) zum Trennen von Sand- und Binderpartikel vorgesehen ist, die in einem den Ablauf (5) des Bearbeitungsbehälters (1) mit dessen Zulauf (2) verbindenden Förderkreis angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen der Reinigungskammer (7) und dem Bearbeitungsbehälter (1) ein Pufferbehälter (8) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Reibwerkzeug (15) direkt über dem Boden (4) des Bearbeitungsbehälters (1) umläuft und der Ablauf (5) in der Umlaufebene des Reibwerkzeugs (15) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Reibwerkzeug (15) zwei oder mehr Reibarme (16) aufweist, die bis in den Be­ reich des Umfangs des Bearbeitungsbehälters (1) reichen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß oberhalb des Reibwerk­ zeugs (15) ein auf die Sandfüllung wirkendes Druck­ erzeugungsorgan, z. B. eine Schnecke, angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der Förderkreis von einer pneumatischen Fördereinrichtung gebildet ist, die am Ablauf (5) des Bearbeitungsbehälters (1) einen Injektor und eine von dort in die Reinigungskammer (7) führende Förderleitung (6) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Reinigungskammer (7) als Zentrifugalabscheider ausgebildet ist und einen Saugabzug aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungsbehäl­ ter (1) mehrere am Umfang verteilt angeordnete Abläufe (5) aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pufferbehälter (8) 5 bis 50, vorzugsweise 10 bis 20 Chargenvolumina des Bearbeitungsbehälters (1) aufnimmt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Bearbeitungs­ behälter (1) und Reinigungskammern (7) in Reihe hintereinandergeschaltet sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Bearbeitungsbe­ hälter (1) über eine oder mehrere Reinigungskammern (7) an einen Pufferbehälter (8) angeschlossen sind.