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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet des Sandgusses.
Insbesondere betrifft sie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Wiedergewinnung von Gießmedien
in einer Gießerei,
sowie das Verfahren zur Verwendung der wiedergewonnenen Formmedien
in der Gießerei.
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Hintergrund
der Erfindung
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Der
Naßguß ist ein
bekanntes Verfahren zum Formen gegossener Metallartikel. In diesem
Verfahren wird eine Gießform
zur Herstellung von Gußerzeugnissen,
hergestellt aus Formmedien, die primär Sand und Bentonit-Ton darstellen,
in nur einem Formzyklus zur Herstellung eines oder mehrerer Gußerzeugnisse
verwendet. Wenn sich das Gußerzeugnis
in der Form verfestigt hat, wird die Form zerbrochen und der Gußzyklus ist
abgeschlossen. Ein Teil der Formmedien kann in einem weiteren Gießverfahren
wiederverwendet werden, jedoch verläßt ein großer Teil der Formmedien die
Gießerei
als Gießereiabfall.
Allein in den USA sammelt sich Gießereiabfall von 6 bis 10 Millionen
Kubikyards pro Jahr an. Das große
Volumen an Gießereiabfall
in Verbindung mit den zunehmenden Kosten für die Deponiefläche und
den Transport ist problematisch.
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In
Grünsand-Gießereien
wird eine Gießform
hergestellt, wobei eine "Gründsandform" verwendet wird, die
den Außenkörper des
Gußstücks und
einen "Kern" vorgibt, der sich
innerhalb der Gründsandform
befindet, und die innere Konfiguration des Gußstücks vorgibt. 1 ist
ein Flußdiagramm
des Verfahrens, das die bekannte Art und Weise zeigt, in der die
Formmedien verwendet werden, um Gründsandformen und Kerne herzustellen,
die im Gießzyklus
einer Grünsand-Gießerei verwendet
werden. Primärquarzsand
(d.h. neuer Sand) vom Eingangsstrom 1 und das chemische
Bindemittel vom Eingangsstrom 3 werden zur Erzeugung von
Kernen im Kernformschritt A verwendet. Der Kern, der während der
Ausbildung des Gußstücks einem
hohem Druck standhalten muß,
wird durch die Beschichtung der Sandpartikel mit einer beliebigen
Menge chemischer Bindemittel erzeugt, beispielsweise einem zweiteiligen
Urethan-System, die auf diesem Gebiet der Technik bekannt sind.
Das Gemisch aus Sand und chemischem Bindemittel ist in Übereinstimmung
mit der inneren Konfiguration des herzustellenden Gußstücks vorgeformt
und das chemische Bindemittel wird dann zur Ausbildung eines vollständigen hochfesten
Kerns reagieren gelassen. Im Formkörper-Formschritt B werden Primärquarzsand 2,
Bentonit-Ton 4 und organische Zusatzstoffe 5 zur
Erzeugung von Grünsandformen
verwendet. Die Grünsandform
wird aus Preßformsand
hergestellt, der mit einem Gemisch aus Bentonit und organischen Zusatzstoffen
beschichtet ist, generell als "Bindemittel" bezeichnet. Die
Zugabe von Wasser mit dem Eingangsstrom 6 hydratisiert
die Bindemittel und führt
dazu, daß die
Sandkörner
aneinanderhaften und Form annehmen. Die Grünsandformen enthalten typischerweise
etwa 86 bis 90% Sand, 8 bis 10% Bentonit-Ton, 2 bis 4% organische
Zusatzstoffe und 2 bis 4% Feuchtigkeit.
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Nachdem
der Kern und die Grünsandform
ausgebildet sind, wird der Kern in die Grünsandform eingebracht und geschmolzenes
Metall wird in die Grünsandform
eingefüllt,
wonach im Gießschritt
C der Guß stattfindet.
Nachdem sich das geschmolzene Metall verfestigt hat, wird das Gußstück im Ausleerungsschritt
D herausgeschlagen, wobei die Sandform und der Kern in kleine Teilchen
oder Klumpen zerbricht. Beim Ausleeren fließen die Teilchen des Kerns
aus dem verfestigten Gußstück und vermischen
sich mit den Teilchen von der Grünsandform.
Ein Teil des Materials, das einmal die Grünsandformen und die Kerne ausgemacht
hatte, dargestellt durch Förderstrom 8,
verläßt den Prozeß als "Gießabfall". Die Zugabe von
Primärsand 2 im
Formkörper-Formschritt
B kompensiert den "Fein"sand, der nach jedem
Formzyklus aus dem Prozeß abgeführt wird. Primärer Bentonit-Ton 4 und
primäre
organische Zusatzstoffe 5 gleichen (das Material für) das zusätzliche
Bindemittel aus, das benötigt
wird, um den unbeschichteten Primärsand sowie den unbeschichteten
Sand, der vorher die Kerne gebildet hatte, zu beschichten. Die Zugabe
von primärem
Bentonit-Ton und organischen Zusatzstoffen kompensiert den Verlust
an Formmedien infolge der hohen Temperaturen, denen diese ausgesetzt sind.
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Die überschüssigen Formmedien,
d.h., der Gießereiabfall,
der in den nachfolgenden Gießzyklen
nicht wieder verwendet werden kann, entsteht an verschiedenen Orten
in der Gießerei.
Die Zusammensetzung und Partikelgrößenverteilung des Gießereiabfalls
kann in Abhängigkeit
von verschiedenen Bereichen der Gießerei, in denen dieser gesammelt
wird, verschieden sein, jedoch kann der Gießereiabfall allgemein in zwei
Kategorien unterteilt werden, nämlich
in "Gießabfall" und "Filterkammerstaub". Der Begriff "Gießabfall" bezieht sich auf
die überschüssigen Formmedien
aus zerbrochenen Grünsandformen
und Kernen (Förderstrom 8)
die sich beim Ausschlagen ergeben. Eine weitere Quelle für Gießereiabfall,
dargestellt durch Strom 9, machen die beschädigten Kerne
aus, die nie im Gießvorgang
verwendet werden. Gießabfall
kann Materialien enthalten, die in beiden Förderströmen 8 und 9 vorhanden
sind, sowie Medien, die in verschiedenen Stadien in der gesamten Gießerei aus
dem Fördersystem
herausfallen. In vielen Grünsandgießereien
enthält
der Gießabfall
typischerweise etwa 80 bis 90% Sand, 6 bis 10% Bentonit-Ton, 1 bis
4% organische Zusatzstoffe. Gießabfall
enthält Sand,
der mit einem Bindemittel sowie mit einzelnen Sandpartikeln, mit
Bentonit und organischen Zusatzstoffen beschichtet ist.
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Es
sind Versuche unternommen worden, die Anhäufung von Gießabfall
zu verringern, indem das Bindemittel mechanisch vom Sand entfernt
wurde, sodaß der
Sand ausreichend sauber wurde, um bei der Herstellung von Kernen
wiederverwendet zu werden. In diesen Prozessen wird der Sand wiedergewonnen,
aber der Bentonit-Ton, der um einiges teurer ist als Sand, bezogen
auf das Gewicht, sowie die organischen Zusatzstoffe wurden beseitigt.
Ein weiterer Nachteil der mechanischen Rückgewinnung ist, dass die Kosten
des Primärsandes
in vielen geographischen Gebieten ziemlich niedrig sind, so dass
die Kapitalaufwendungen für
die Rückgewinnung
des Sandes wirtschaftlich nicht vertretbar sind.
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Eine
weitere große
Quelle für
Gießereiabfall,
Strom 10, sind feine Partikel aus Sand, Bentonit-Ton, organischen
Zusatzstoffen und Ablagerungen, die sich im Luftabzugssystem der
Gießerei
sammeln. Der Gießereiabfall 10 ist
in Gießereien
allgemein als "Filterkammerstaub" bekannt. Filterkammerstaub
enthält
im wesentlichen mehr Bentonit-Ton als Gießabfall. Filterkammerstaub
enthält
typischerweise etwa 40 bis etwa 70% Sand, etwa 20 bis etwa 50% Bentonit-Ton
und etwa 10 bis etwa 30% organischer Zusatzstoffe.
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In
einigen Fällen
war es einigen Gießereien
möglich,
den Bentonit-Ton
zurückzugewinnen,
indem der Filterkammerstaub wieder in das Wassersystem einbracht
wurde, das zur Herstellung von Grünsandformen im Gießverfahren
verwendet wird. Auf diese Weise wird der Filterkammerstaub in das
Wassersystem eingemischt, das in Übereinstimmung mit einem erweiterten
Oxidationsverfahren (advanced oxidation; AO Technologie) behandelt
und in einen Absetztank eingebracht wird. Siehe: Advanced Oxidants
Offer Opportunities to Improve Mold Properties, Emissions; Modern
Casting, September 2000, S. 40 bis 43. Nach dem Absetzen wird Bentonit-Ton,
der Wasser enthält,
von der Oberfläche
des Absetztanks abgezogen und in den Grünsandform-Produktionsstraßen wieder verwendet. Allerdings
besteht ein Nachteil darin, dass der Schlicker, der sich außerhalb
des Absetztanks absetzt und beseitigt wird, den meisten Sand im
Filterkammerstaub enthält.
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WO
85/03462 offenbart eine Anordnung, in der ein Benetzungsmittel,
beispielsweise Natriumhydroxid, dem abgelagerten Sand zugesetzt
und in einer Waschtrommel gemischt wird. Das Bindemittel wird vom
Sand getrennt und das verbleibende Gemisch wird in eine Zentrifuge
gefüllt,
die zwei Teile aufweist. In der Trenneinheit wird das Gemisch in
eine Sandfraktion und in eine Schlickerfraktion getrennt, die das
Bindemittel und das Benetzungsmittel umfaßt. In der Wascheinheit wird
die Sandfraktion gereinigt und das Wasser wird dann aus dem Sand
abgetrennt. Die Schlickerfraktion wird in eine andere Zentrifugen-Trenneinrichtung
gegeben, wo dann eine Trennung von Bindemittel und Benetzungsmittel
erfolgt.
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Es
besteht daher die Notwendigkeit, die Menge an Gießereiabfall
zu verringern, die in einer Grünsandgießerei anfällt. Es
besteht ferner der Bedarf an einem Verfahren zur Rückgewinnung
von Sand, dessen Qualität
ausreichend hoch ist, um in der Gießerei für die Herstellung von Kernen
und Grünsandformen
verwendet zu werden, und mit dem sich im nachfolgenden Gießverfahren
qualitativ hochwertige Gußerzeugnisse
erzielen lassen. Es besteht ferner der Bedarf an einem Verfahren
zur Rückgewinnung
von Sand, Bentonit-Ton und organischen Zusatzstoffen, um die Menge
an Primärmaterialien
zu verringern, die als Rohmaterial in die Gießerei gelangen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Diese
und andere Notwendigkeiten wurden von der vorliegenden Erfindung
behandelt, die auf der Erkenntnis beruht, dass eine große Menge
des Sandes und des Bentonit-Tons, die sich im Gießereiabfall
befinden, der in einer typischen Grünsandgießerei anfällt, für eine Wiederverwendung zur
Erzeugung neuer Grünsandformen
in einer zweistufigen hydraulischen Trennung rückgewonnen werden können, wobei
in der Trennung zunächst
grobkörniger
Sand zurückgewonnen
wird, der zur Wiederverwendung bei der Herstellung neuer Grünsandformen
aus dem Abfall geeignet ist, und danach Feinsand abgetrennt wird,
der zur Verwendung bei der Herstellung neuer Grünsandformen aus dem Rest des
Abfalls nicht geeignet ist, um als Nebenprodukt einen wäßriges Bentonit-Ton-Strom,
zu erzeugen, der auch bei der Herstellung von neuen Grünsandformen
verwendet werden kann.
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So
wird in einer Ausführungsform
der Erfindung Filterkammerstaub nach dem Vermischen mit Wasser zur
Erzeugung eines Unterströmungs-Förderstroms
hydraulisch abgetrennt, der mindestens etwa 40% des Sandes enthält, der
ursprünglich
im Filterkammerstaub enthalten war, und eines Überflußstroms, der mindestens etwa
60% des Bentonit-Tons im Filterkammerstaub enthält. Im Zusammenhang mit der
vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, daß der relativ
grobkörnige
Sand, der in der Unterströmung
enthalten ist, eine Partikelgrößenverteilung
hat, die es ermöglicht,
ihn direkt zur Herstellung von neuen Grünsandformen in einem nachfolgenden
Gießzyklus
zu verwenden. Daher wird dieses Grobsandprodukt recycelt und, nach
der optionalen Entfernung des Wassers, zur Wiederverwendung in der
Herstellung zusätzlicher
Grünsandformen
zur Grünsandform-Herstellungsstation
transportiert. Der wäßrige Überflußstrom,
der als Nebenprodukt des ersten hydraulischen Trennungsschritts
erzeugt wurde, kann, falls erwünscht,
einem zweiten hydraulischen Trennungsschritt unterworfen werden,
um den größten Teil
seines Sandgehalts zu entfernen. Dieser Sand ist zu fein, um bei
der Herstellung zusätzlicher
Grünsandformen
nützlich
zu sein und wird daher ausgetragen. Der Abflußstrom, der infolge des zweiten
Trennungsschritts entsteht, und mindestens etwa 50% des Bentonit-Tons enthält, der
sich ursprünglich
im Filterkammerstaub zusammen mit sehr wenig Sand befand, kann auch
direkt zur Herstellung neuer Grünsandformen
verwendet werden, und wird daher aus diesem Grunde zur Grünsandform-Station
recycelt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird der Gießabfall,
der im Betrieb einer typischen Grünsandgießerei entsteht, im wesentlichen
in der gleichen Weise wie oben beschrieben bearbeitet.
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In
diesem Beispiel wird jedoch der Gießabfall zunächst, zur Erzeugung einer leichteren
und einer schwereren Fraktion, mechanisch abgetrennt. Die leichtere
Fraktion enthält
den größten Teil
des Bentonit-Tons und der organischen Bestandteile im Gießabfall
und kann daher in der gleichen Weise selbst, oder zusammen mit dem
durch die Gießerei
erzeugten Filterkammerstaub bearbeitet werden, wie oben beschrieben,
um den brauchbaren Sand und Bentonit-Ton zur Herstellung von zusätzlichen
Grünsandformen
zurückzugewinnen. Die
durch die mechanische Trennung erzeugte schwerere Fraktion besteht
vornehmlich aus Sand. In Übereinstimmung
mit einem weiteren Merkmal der Erfindung kann dieses wiedergewonnene
Sandprodukt so hergestellt werden, daß es eine Partikelgrößenverteilung
zeigt, die der des Primärsandes
angenähert
ist, indem die mechanische Trennprozedur in einer geeigneten Weise
durchgeführt
wird.
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Wenn
daher diese schwerere Sandfraktion in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung in geeigneter Weise hergestellt wird, kann sie zumindest
einen Teil des bei der Herstellung neuer Kerne verwendeten Primärsandes
ersetzen, wodurch der Gesamtbedarf der Gießerei an Primärsand im
Grünsandformverfahren
insgesamt signifikant verringert wird.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung ist unter Bezug auf die folgenden Zeichnungen
einfacher zu verstehen. In diesen zeigen:
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1 ein
schematisches Flußdiagramm,
welches zeigt, wie die zur Ausbildung der Grünsandformen und der zugehörigen Gußkerne verwendeten
Gußmedien
in einer typischen Grünsandgießerei erhalten,
verwendet und ausgetragen werden, und
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2 ein
schematisches Flußdiagramm,
welches die vorliegende Erfindung zeigt, und
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3a eine Mikrofotografie eines typischen
Beispiels von primärem
Quarzsand, der zur Herstellung der Formkerne in einer Grünsandgießerei verwendet
wird, und
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3b eine Mikrofotografie eines wiedergewonnenen
Sandprodukts, hergestellt gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung werden Sand, Bentonit-Ton und organische Zusatzstoffe aus
dem Filterkammerstaub, der in einer typischen Grünsandgießerei erzeugt wird, zurückgewonnen
und zur Herstellung zusätzlicher
Grünsandformen
wiederverwendet. Im allgemeinen wird Quarzsand verwendet und Grünsand kann
ebenfalls beispielsweise Quarzsand, Seesand (Quarz und Calcium,
Muscheln etc.) Chromitsand, Zirkonsand, Olivinsand, Nickelschlacke
und Kohlesand enthalten. Auch verschiedene Typen Bentonit-Ton werden
verwendet, und es kann sich hierbei beispielsweise um Calcium-Bentonit,
Natrium-Bentonit und
um Bentonit aus aktiviertem Natrium handeln. Die in den Grünsandgießereien
verwendeten organischen Zusatzstoffe sind Zellulose, Cerealien,
Stärke,
kaustifizierte Braunkohle, Gilsonite und Anthrazit, sind aber nicht
darauf beschränkt.
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Dieses
Verfahren zur Rückgewinnung
von Sand, Bentonit-Ton und organischen Zusatzstoffen in einer Grünsandgießerei ist
in 2 gezeigt, die zeigt: Filterkammerstaub 10 und
Wasser 22 werden in einen Schlickertank gegeben und in
einem Schlickerschritt E zur Erzeugung des Schlickers 24 gemischt.
Zwar kann im Schlickerschritt E eine beliebige Menge Wasser zugegeben
werden, jedoch ist die übliche
Menge Wassers, die zugegeben wird, mindestens das Zehnfache der
Menge Filterkammerstaub, bezogen auf das Gewicht. Typischerweise
wird genug Wasser zugegeben, so daß das Gewichtsverhältnis Wasser
zu Filterkammerstaub zwischen 12:1 und 40:1 liegt, noch bevorzugter
zwischen 15:1 und 30:1.
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Sodann
wird der Schlicker 24 zum Trennschritt F gefördert, wo
er hydraulisch getrennt wird, um die gröberen und schwereren Sandpartikel
für ihre
Wiederverwendung zur Herstellung zusätzlicher Grünsandformen zurückzugewinnen.
Mit "hydraulisch
getrennt" ist gemeint,
daß der
Schlicker mit einer Kraft, beispielsweise Schwerkraft oder Zentrifugalkraft
beaufschlagt wird, so daß die
gröberen
und schwereren Sandpartikel von den anderen Komponenten des Schlickers,
d.h. dem Wasser und den leichteren, feineren Partikeln, getrennt werden.
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Verschiedene
Verfahren können
angewendet und unterschiedliche Ausrüstung kann verwendet werden,
um Partikel verschiedener Größen und
Dichte voneinander zu trennen. So kann zum Beispiel eine Ausrüstung zur
Fluidbehandlung verwendet werden, die dem Schlicker die Zentrifugalkraft
erteilt, um die größeren oder
dichteren Partikel von den kleineren, leichteren Partikeln wegzubewegen.
Beispiele für
eine solche Fluidbehandlungsausrüstung
sind Hydrozyklone und Zentrifugen. Ein Hydrozyklon hat einen stationären, senkrechten
Zylinder mit konischem Boden, der den Schlicker, der durch einen
Einlaß nahe
der Spitze eintritt, mit Zentrifugalkraft beaufschlagt. Der eintretende
Schlicker erhält
beim Eintritt in den Zylinder eine Drehbewegung und der so gebildete
Wirbel entwickelt die Zentrifugalkraft, die die schwereren Sandpartikel
radial zur Wand des Hydrozyklons bewegt und sie von dem Fluid trennt,
welches die feinen Partikel enthält.
Die dem Schlicker erteilte Zentrifugalkraft steigert die Absetzrate
des gröberen
Sandes und führt
dazu, dass sich der Sand wesentlich vor den feineren Partikeln am
Boden absetzt. Eine Unterströmung,
die die gröberen
Sandpartikel enthält,
tritt am Boden des Hydrozyklons aus, während ein Überflußstrom, der die Partikel enthält, die
nicht abgetrennt wurden, durch einen Auslaß austritt, der sich oberhalb
des Auslasses der Unterströmung
befindet. Ein kommerziell verfügbares
Beispiel einer derartigen Einheit ist die Hydroclone Unit 212, die
von Swaco Inc., Houston, Texas, bezogen werden kann.
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Der
Trennschritt F wird in Übereinstimmung
mit der Erfindung durchgeführt,
so dass mindestens etwa 40% des Sandes im Schlicker 24 im
Unterströmungs-Förderstrom 28,
und mindestens etwa 60% des Bentonit-Tons im Schlicker 24 im Überflußstrom 26 wiedergewonnen
werden. Im Rahmen der Erfindung ist festgestellt worden, dass bei
einem derartigen Betrieb mindestens etwa 80% des groben Sandprodukts,
das im Unterströmungs-Förderstrom 28 wiedergewonnen
wird, normalerweise eine Partikelgröße von mindestens etwa 60 Mikrometern
hat. Diese Partikelgröße ist zur
Erzeugung neuer Sandformen geeignet, und so kann der Unterströmungs-Förderstrom 28 direkt
zum Formkörper-Formschritt
B zur Wiederverwendung des darin enthaltenen Sandes recycelt und,
falls erwünscht,
zur Herstellung zusätzlicher
Grünsandformen
verwendet werden.
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In
der speziellen gezeigten Ausführungsform
wird der Unterströmungs-Förderstrom 28 im
Entwässerungsschritt
H zur Entfernung der überwiegenden
Menge Wassers aus dem wiedergewonnenen groben Sand entwässert. Der
Förderstrom 34 des
Festkörperanteils,
der im wesentlichen den gesamten Sand im Unterströmungs-Förderstrom 28 und
nicht mehr als etwa 10 Gewichts-% Wasser, typischerweise nicht mehr
als etwa 2 Gewichts-%,
enthält,
kann direkt oder indirekt im Formkörper-Formschritt B zur Herstellung
von zusätzlichen Grünsandformen
recycelt werden. Alternativ kann der Sand des Förderstroms 34 getrocknet
und als Zusatzstoff im Kernformschritt A oder für einen anderen Zweck innerhalb
oder außerhalb
der Gießerei
verwendet werden.
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Der
Trennschritt H erzeugt auch einen flüssigen Anteil 36,
der normalerweise etwa 1 bis 3 Gewichts-% Bentonit-Ton und etwa
8 bis 15 Gewichts-% der organischen Zusatzstoffe im Schlickerstrom 24 enthält. Dieser Strom
kann ebenfalls direkt im Formkörper-Formschritt B recycelt
werden.
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Es
können
viele verschiedene Typen kommerziell erhältlicher Ausrüstung zur
Durchführung
des Trennschrittes H verwendet werden. Beispiele sind Entsandungsanlagen,
Schlammreiniger und Schüttelflächen. Ein
spezielles Beispiel eines solchen kommerziell verfügbaren Ausrüstungsgegenstandes
ist die Entsandungsanlage Modell 202, die von Swaco Inc.,
Houston, Texas, bezogen werden kann.
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Wie
oben angegeben, wird der Trennschritt F so durchgeführt, dass
mindestens etwa 40% des Sandes im Schlicker 24 im Unterströmungs-Förderstrom 34 28 wiedergewonnen
wird, während
mindestens etwa 60% des Bentonit-Tons 24 im Überflußstrom 26 wiedergewonnen
werden. Bei einem derartigen Betrieb werden etwa 60% oder mehr der
organischen Stoffe, die ursprünglich
im Schlicker 24 enthalten waren, ebenfalls im Überflußstrom 26 zurückgewonnen.
Der Trennschritt F wird bevorzugt derart betrieben, dass etwa 50
bis 80% des Sandes im Schlicker in einem Unterströmungs-Förderstrom 28 zurückgewonnen
werden, während
etwa 70 bis 95% des Bentonit-Tons und 70 bis 90% der organischen
Stoffe, die ursprünglich
in diesem Schlicker 24 enthalten waren, im Überflußstrom 26 zurückgewonnen
werden. In einigen Beispielen wird der Trennschritt F wird derart
betrieben, dass etwa 60 bis 80% des Sandes im Schlicker 24 in
einem Unterströmungs-Förderstrom 28 zurückgewonnen
werden, während
etwa 80 bis 95% des Bentonit-Tons
und 75 bis 85% der organischen Stoffe, die ursprünglich in diesem Schlicker
enthalten waren, im Überflußstrom 26 zurückgewonnen
werden.
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Wie
dem Fachmann auf diesem Gebiet einleuchtend sein wird, hängt der
Grad der Trennung, den man erhält,
wenn eine kommerziell verfügbare
Wassertrennausrüstung
betrieben wird, von verschiedenen Betriebsgrößen der verwendeten Ausrüstung ab,
wie beispielsweise vom Grad der Zentrifugalkraft oder einer anderen
Kraft, denen der Schlicker ausgesetzt wird, der Strömungsrate,
mit der der Schlicker in die Ausrüstung eingebracht wird, der
Verweilzeit usw. Die Wirkungen dieser Bearbeitungsvariablen können einfach
durch Routineexperimente bestimmt werden, um, wie oben angegeben,
den erwünschten
Grad der Trennung zu erzielen.
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In
Abhängigkeit
von der Zusammensetzung des Filterkammerstaubs 10 und der
Art und Weise, in der der erste Wassertrennschritt F erfolgt, kann
der wäßrige Überflußstrom 26,
der auch im Trennschritt F erzeugt wurde, eine bedeutende Menge
Sand einer Partikelgröße von etwa
20 Mikrometern oder darunter enthalten. Da diese Partikelgröße zu klein
ist, um für
die Herstellung von zusätzlichen
Grünsandformen
interessant zu sein, wird der Überflußstrom 26 bearbeitet,
um diesen Sandgehalt, sowie andere Ablagerungen, die in diesem Strom
vorhanden sein können,
zu entfernen. Das ist als zweiter Wassertrennschritt G in 2 gezeigt.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird der zweite Trennschritt G durchgeführt, um im
wesentlichen den gesamten Sand aus dem wäßrigen Überflußstrom 26 zu entfernen
und so den Abwasser-Förderstrom 30 zu
erzeugen, der ein Maximum von etwa 5%, bevorzugt etwa 3% und, noch
bevorzugter, etwa 1% des Sandes enthält, der ursprünglich im Überflußstrom 26 enthalten
war. Der Abwasser-Förderstrom 30 enthält auch
einen großen
Anteil Bentonit-Ton
und organischer Zusatzstoffe, die ursprünglich im Überflußstrom 26 enthalten
waren, und es wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt,
dass eine beträchtliche
Menge dieses zurückgehaltenen
Bentonit-Tons in dem Sinne "aktiv" ist, dass er gewisse
aktive Bindungseigenschaften aufweist, wenn er dehydratisiert und
wieder hydratisiert wird. Daher kann dieser wiedergewonnene Bentonit-Ton
als aktive Bentonitquelle zur Erzeugung zusätzlicher Grünsandformen durch das Recycling
des Abwasser-Förderstroms 30 direkt
oder indirekt in den Formkörper-Formschritt B verwendet
werden, anstatt diesen Strom als Abfall auszutragen.
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Wie
im Schritt F, kann der Trennschritt G durchgeführt werden, indem bekannte
hydraulische Schwerkraft- oder Zentrifugal-Trennanlagen, wie z.B. ein Hydrozyklon
oder eine Zentrifuge verwendet werden, beispielsweise, um einen
wäßrigen Überflußstrom 26 zur
Erhöhung
der unterschiedlichen Absetzraten der schwereren, größeren Partikel
von den leichteren, feineren Partikeln mit Schwerkraft und/oder
Zentrifugalkraft zu beaufschlagen, um die Partikel voneinander physisch
wegzubewegen, so dass sie getrennt abgezogen werden können. Es
ist festgestellt worden, dass im wesentlichen die gesamten Feinsandpartikel
aus dem Abfall entfernt werden können,
der den größten Teil
de s Bentonit-Tons enthält.
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Wie
oben angegeben, sind die Sandpartikel im Überflußstrom 26 zu fein,
als dass sie für
die Herstellung zusätzlicher
Grünsandformen
interessant wären.
Beispielsweise 80% oder mehr des Sandes im Feststoffaustragsstrom 32 haben
normalerweise eine Partikelgröße von etwa
20 Mikrometern oder weniger. Daher wird der Feststoffaustragsstrom 32 normalerweise
entsorgt. Es ist aber überraschenderweise
festgestellt worden, dass diese Sandpartikel, zusammen mit den organischen
Materialien und anderen evtl. vorhandenen Ablagerungen, wahrscheinlich
wegen des restlichen vorhandenen Bentonit-Tons zu Kolloidagglomeraten
zusammenwachsen. Es wird angenommen, dass die Einkapselung von Sand
und organischen Materialien durch den Bentonit die mit der Entsorgung
dieses Materials verbundene Umweltgefährdung verringern.
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Zusammenfassend
kann gesagt werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren etwa 40 Gewichts-% oder
mehr des Sandes, etwa 60 Gewichts-% oder mehr des Bentonit-Tons
und etwa 20 Gewichts-% oder mehr der organischen Zusatzstoffe, die
ursprünglich
im Filterkammerstaub der Gießerei
enthalten sind, zurückgewinnt.
Die früheren
bekannten Verfahren gewinnen diese Materialien überhaupt nicht zurück, oder,
wenn sie sie zurückgewinnen,
gewinnen sie nur einige unter beschränkten Bedingungen beiläufig im
Zusammenhang mit der erweiterten (advanced) Oxidationstechnologie
zurück.
Die erweiterte Oxidationstechnologie ist bei der vorliegenden Erfindung
nicht erforderlich, kann aber auch angewendet werden, falls erwünscht. In
jedem Fall können
die rückgewonnenen
Materialien, die in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung erzeugt wurden, in der Gießerei zur
Herstellung zusätzlicher
Grünsandformen
recycelt werden, wodurch die Menge an Primärsand, Bentonit-Ton und organischen
Stoffen, die zugegeben werden müssen,
um die Gießerei
in Betrieb zu halten, wesentlich verringert werden kann und auch
die Abfallmenge wesentlich verringert wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die obige Trenntechnik zur Rückgewinnung
von Sand, Bentonit-Ton und organischen Stoffen aus dem Gießabfall
angewendet, der auch in den Grünsandgießereien
anfällt.
Auch dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in 2 illustriert.
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Der
aus dem Schritt des Ausschlagens D resultierende Gießabfall 8 und/oder
der Gießabfall 9 aus dem
Kernformschritt A und/oder der Gießabfall von nicht verwendeten
oder beschädigten
Grünsandformen, der
aus dem Formkörper-Formschritt
B resultiert, wird im Vorbereitungsschritt I zunächst getrocknet, ausgesiebt
und entmagnetisiert, und es wird ein trockenes Gießabfallprodukt 52 erhalten.
Der Gießabfall
kann auch, vor oder nach dem Trocknen, falls erforderlich, in einem
vorhergehenden Zertrümmerungsschritt
bearbeitet werden.
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Das
trockene Gießabfallprodukt 52 sollte
einen Feuchtigkeitsgehalt von 10 Gewichts-% oder weniger, bevorzugt
4 Gewichts-% oder weniger, bevorzugt 2 Gewichts-% oder weniger oder
sogar 0,5 Gewichts-% aufweisen. Darüberhinaus sollte es eine derartige
Partikelgröße haben,
dass nicht mehr als 20 Gewichts-% eine Partikelgröße aufweist,
die eine Maschenweite von 8 und bevorzugt eine Maschenweite von
10 überschreitet. Das
Gießabfallprodukt 52 ist
ferner erwünschtermaßen im wesentlichen
frei von Eisen und anderen metallischen Bestandteilen, die zur magnetischen
Trennung befähigt
sind, weil solche Materialien den Abfall kontaminieren.
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Die
Ausrüstung
zum Trocknen, Aussieben und Entmagnetisieren des Gießereiabfalls,
was im Vorbereitungsschritt I geschieht, ist kommerziell verfügbar. Ferner
muß, falls
erwünscht,
der Gießabfall 8, 9 nicht, wie
oben beschrieben, getrocknet, ausgesiebt und entmagnetisiert werden,
da die Techniken und Vorteile der Erfindungen unabhängig davon
realisiert werden, ob eine derartige Vorbehandlung erfolgt ist oder
nicht. Die unten beschriebenen Verarbeitungsschritte bieten jedoch
in der Erzeugung der wiedergewonnenen Materialien höherer Qualität dann ein
noch wirksameres Ergebnis, wenn der Gießabfall auf diese Weise getrocknet, ausgesiebt
und entmagnetisiert wurde.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das Gießabfallprodukt 52 im Trennschritt
J mechanisch getrennt. "Mechanische
Trennung" bedeutet
ein Trennverfahren, in dem der Gießabfall mechanisch durch Schlageinwirkung
oder Abrieb behandelt wird, um die Agglomerate, die Sandpartikel enthalten,
physisch auseinanderzubrechen und/oder den Bentonit-Ton, die kohlehaltigen
Zusatzstoffe und andere chemische Bindemittel, die auf den Oberflächen dieser
Partikel vorliegen könnten,
von diesen Sandpartikeln zu trennen.
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Verschiedene
andere Typen einer kommerziell verfügbaren Ausrüstung können zur Durchführung des mechanischen
Trennschrittes J der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In
einigen anderen wird das zu bearbeitende Material gegen einen massiven
Gegenstand getrieben, beispielsweise durch einen Luftstrahl oder
den Strahl eines anderen Gases. In anderen mahlt Material an Material.
Eine mechanische Trennanlage, in der der Gießabfall mit Hilfe eines Gases
geblasen wird und auf eine stationäre Platte auftrifft, ist die
Einheit EvenFlo Pneumatic Reclaimer, die von Simpson Technologies,
Aurora, IL., bezogen werden kann. Eine mechanische Trenneinheit,
die Gießabfallpartikel
gegeneinander reibt, ist das Modell NRR32S, das von Sand Mold Systems,
Inc., Newygo, Michigan, bezogen werden kann. Wie den Fachleuten
auf diesem Gebiet der Technik bekannt ist, hängt der Umfang der durch diese
Maschinen erzielten Trennung von einer Reihe von Betriebsfaktoren
ab, wie der Verweildauer, der Geschwindigkeit der Partikel, der
Anzahl der Wiederholungen, mit der die Abfallpartikel bearbeitet
werden, etc.
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Im
mechanischen Trennschritt J wird eine leichtere Fraktion erzielt
(verbleibender Förderstrom 56 in 2),
die aus Sand, Bentonit-Ton
und organischen Zusatzstoffen besteht, und eine schwerere Fraktion
(Förderstrom 58 in 2),
die primär
aus grobem Sand besteht. In den Verfahren vom Stand der Technik
zur Rückgewinnung
von Sand aus Gießabfall
werden der restliche Sand, der Bentonit-Ton und die organischen
Zusatzstoffe entsorgt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist
jedoch festgestellt worden, daß der
verbleibende Förderstrom 56 auf
die gleiche Weise, wie oben in Verbindung mit dem Filterkammerstaub 10 beschrieben, behandelt
werden kann, um auch den Sand, den Bentonit-Ton und die organischen
Zusatzstoffe aus diesem verbleibendem Strom zurückzugewinnen und zusätzliche
Grünsandformen
herzustellen.
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Gemäß diesem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher der verbleibende Förderstrom 56 zum Schlickerschritt
E geleitet, wo er zu Schlicker verarbeitet wird, worauf dann der
erste hydraulische Trennschritt F und der zweite hydraulische Trennschritt
G folgt und ein wäßriger Überflußstrom 26,
ein Unterströmungs-Förderstrom 28,
ein Abwasser-Förderstrom 30,
ein Feststoff-Austragsstrom 32, Feststoffanteil-Förderstrom 34 und
eine flüssige
Fraktion 36 auf die gleiche Weise, wie oben beschrieben,
erzeugt werden. Wie bei der Bearbeitung des Filterkammerstaubs ist
bei diesem Aspekt der Erfindung festgestellt worden, dass es ebenfalls
möglich
ist, etwa 40 Gewichts-% oder mehr des Sandes, etwa 60 Gewichts-%
oder mehr des Bentonit-Tons und etwa 20 Gewichts-% oder mehr der
organischen Zusatzstoffe, die ursprünglich im verbleibendem Förderstrom 56 enthalten
waren, mit der Durchführung
des ersten und zweiten Trennschritts auf die beschriebene Weise
zurückzugewinnen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, wie in 2 gezeigt, werden sowohl der
verbleibende Förderstrom 56,
als auch der Filterkammerstaub 10 zur weiteren Verarbeitung
in Schlicker 24 überführt. Mit
dieser Technik können
beide Quellen des Gießereiabfalls – der Filterkammerstaub
und der Gießabfall – gleichzeitig
bearbeitet werden, um den Sand, den Bentonit-Ton und die organischen
Bestandteile darin zurückzugewinnen
und zusätzliche
Grünsandformen
herzustellen. Daher kann die Menge an Sand, Ton und der organischen
Bestandteile, die für
den Betrieb der Gießerei
benötigt
werden, und der gesamte, von der Gießerei erzeugte Abfall noch
weiter verringert werden.
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Zusätzlich zu
dem verbleibenden Förderstrom 56 wird
auch vom mechanischen Trennschritt J ein Förderstrom 54 erhalten,
der primär
aus gröberem
Sand besteht. Normalerweise besteht dieses gröbere Sandprodukt aus etwa 30
bis 90%, bevorzugt etwa 50 bis 85% und, noch bevorzugter, aus 75
bis 85% des Sandes im Gießabfall 8/9.
Im Rahmen der Erfindung ist ferner festgestellt worden, dass dieses
grobe Sandprodukt so erhalten werden kann, dass es, in Bezug auf
die Zusammensetzung und die Partikelgrößenverteilung, neuem Quarzsand
gleicht, indem der mechanische Trennschritt J in geeigneter Weise
durchgeführt
wird. Daher wird, gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, das grobe Sandprodukt im Förderstrom 54, nach
dem Waschen und Trocknen im Endbearbeitungsschritt K für eine erneute
Verwendung bei der Herstellung zusätzlicher neuer Formkerne durch
Recyceln dieses Produktes direkt oder indirekt im Kernformschritt A
zurückgewonnen.
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Zwei
Faktoren sind bei der Bestimmung, ob das wiedergewonnene Sandprodukt
im Förderstrom 54 als
Ersatz für
Primärquarzsand
(neuen) bei der Herstellung neuer Formkerne verwendet werden kann,
behilflich. Der erste ist die Menge restlichen Bentonit-Tons und
organischer Zusatzstoffe, die an der Oberfläche der Sandpartikel dieses
Produktes verbleiben, und der zweite ist die Partikelgröße dieses
Produktes.
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Der
Bentonit-Ton und die organischen Zusatzstoffe, die an der Oberfläche der
Sandpartikel verbleiben, die aus dem Trennschritt J zurückgewonnen
wurden, könnten
sich nicht mit dem neuen chemischen Bindemittel vertragen, das zu
diesen wiedergewonnenen Sandpartikeln bei der Herstellung neuer
Kerne zugegeben wird. Das wiederum kann die Festigkeit der neuen
Kerne und schließlich
die Qualität
der aus diesen Kernen hergestellten Gußerzeugnisse negativ beeinflussen.
Daher sollte der Trennschritt J so durchgeführt werden, dass genug Ton
und organische Stoffe, die sich ursprünglich auf dem Sand im Förderstrom 54 befinden,
entfernt werden, sodaß die
Klebfestigkeit der neuen Kerne, die aus diesem wiedergewonnenen
Sand hergestellt sind, nicht signifikant beeinträchtigt ist.
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Eine
Möglichkeit
zur Bestimmung, ob genug Ton und organische Stoffe im mechanischen
Trennschritt J entfernt wurden, ist die "AFS-Ton-Messung" des zurückgewonnenen
Sandes gemäß dem AFS-Verfahren Nr. 110-87-S.
Wie den Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik bekannt ist, gehört dieses
Testverfahren zum Standard der American Foundry Society und es mißt den Feinkorngehalt,
beispielsweise des Materials, das nicht Ton ist, auf den Oberflächen der
Sandkörner.
Der AFS-Ton des Primärsandes,
welcher in die Grünsandgießereien
eingeführt
wird, hat typischerweise die Größe 0,3.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung hat der wiedergewonnene Sand, der vom Trennschritt F zurückgewonnen
wurde, wünschenswerterweise
einen AFS-Ton-Wert der unter etwa 0,5, bevorzugt unter 0,4, und
noch bevorzugter unter etwa 0,3 liegt.
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Ein
weiteres Verfahren zur Bestimmung, ob genug Ton und organische Stoffe
im mechanischen Trennschritt J entfernt wurden, ist es, die Klebfestigkeit
eines Testkerns zu messen, der aus dem wiedergewonnenen Sand hergestellt
wurde. Mit anderen Worten kann ein Testkern, der alle Ingredienzien
enthält,
die geplantermaßen
bei der Herstellung der Kernprodukte, einschließlich des zu testenden wiedergewonnenen
Sandes, zu verwenden sind, getestet werden, um beispielsweise mit
dem AFS-Verfahren Nr. 317-87-S seine Zugfestigkeit zu bestimmen.
Wenn die Zugfestigkeit des Testkerns die minimal annehmbare Zugfestigkeit überschreitet,
die geeignet ist, um dem Druck standzuhalten, der in dem geplanten
Gießverfahren
auftreten wird, so folgt daraus, dass ausreichend Ton und organische
Stoffe im Trennschritt J entfernt worden sind.
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In
einer Alternative dieser Technik kann der Testkern so hergestellt
werden, dass nur wiedergewonnener Sand verwendet wird. Wird in diesem
Beispiel eine annehmbare Zugfestigkeit erreicht, zeigt das, dass
der im Trennschritt J wiedergewonnene Sand die Klebfestigkeit nicht
auf einen Pegel unter dem annehmbaren Pegel verringert, auch wenn
zur Herstellung der Kernprodukte kein Primärsand verwendet wurde. Das
wiederum deutet darauf hin, dass Kernprodukte, die, zusätzlich zum
wiedergewonnenen Sand der vorliegenden Erfindung, mit einer signifikanten
Menge Primärsand
hergestellt wurden, sogar eine größere Stärke als die minimalen annehmbare
haben müßten.
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Es
ist also wünschenswert,
dass der wiedergewonnene Sand im Förderstrom 58 eine
Partikelgrößenverteilung
hat, die ähnlich
der Partikelgrößenverteilung
des Primärsandes
ist, den er ersetzen soll. Wenn im Trennschritt J eine zu große Kontaktstärke verwendet
wird, können
die Sandpartikel brechen, was wiederum dazu führen kann, dass ein wiedergewonnenes
Sandprodukt zu viel Feinsandpartikel enthält, um noch von Nutzen zu sein.
Es sollte daher während
des Trennschritts J darauf geachtet werden, dass so harte Kontaktbedingungen
vermieden werden, dass das wiedergewonnene Sandprodukt im Förderstrom 58 mehr
als etwa 3 Gewichts-% feine Partikel enthält, die als die Summe des Gewichts
definiert ist, das auf den Maschenweiten 200 und 270 und
in den Wannen zurückgehalten
wird.
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Wie
den Fachleuten auf diesem Gebiet einleuchtend sein wird, ist keiner
der obigen Faktoren (Partikelgröße und Oberflächenrückstände) ein
absolutes Erfordernis, das es ermöglicht, dass der im Förderstrom 58 wiedergewonnene
Sand, zumindest bis zu einem gewissen Grade, als Ersatz für Primärsand im
Kernformschritt A verwendet wird. Diese Faktoren sind eher Anleitungen,
die zu bestimmen helfen, wie der mechanische Trennschritt J in bestimmten
Fällen
durchgeführt
werden soll.
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Mit
anderen Worten, sogar wenn die Partikelgröße und die Oberflächenrückstände des
wiedergewonnenen Sandes nicht den obigen Standards entsprechen,
kann es immer noch möglich
sein, diesen wiedergewonnenen Sand als einen Ersatz zumindest für einen
kleinen Anteil des Primärsandes
in der Herstellung neuer Formkerne zu nutzen. Je mehr andererseits
der wiedergewonnene Sand sowohl in Bezug auf Partikelgröße als auch
Oberflächenrückstand
den Primärsand
ersetzt, je wahrscheinlicher ist es, dass größere Mengen dieses Produktes
als Primärsandersatz
verwendet werden können,
ohne negative Auswirkungen auf die erzeugten Formkerne. Wenn daher
also spezielle Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden, können die
Partikelgröße und der
Oberflächenrückstand
als handliche Anhaltspunkte verwendet werden, die exakt zu bestimmen
helfen, wie die mechanische Trennung zu erfolgen hat.
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Um
die vorliegende Erfindung klar und noch umfassender zu beschreiben,
so dass die Fachleute auf diesem Gebiet besser verstehen können, wie
die vorliegende Erfindung praktisch anzuwenden ist, sind die folgenden
Beispiele angegeben. Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung
illustrieren und sind nicht in irgendeiner Form als Einschränkung der
Erfindung zu verstehen, die hier offenbart ist und beansprucht wird.
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Beispiel 1
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725,8
kg (1600 Pound) Filterkammerstaub von einer Grünsandgießerei, die etwa 350 Formen
pro Stunde herstellt, wurden unter Verwendung des hydraulischen
Trennmodells bearbeitet, das in 1 dargestellt
ist. Der Filterkammerstaub, der 392,0 kg (864 Pound) Sand, 203,2
kg (448 Pound) Bentonit-Ton und 130,6 kg (288 Pound) organischer
Zusatzstoffe enthielt, wurde mit 9146,2 kg (20.164 Pound) Wasser
gemischt, um einen Schlicker (den Schlicker 24) zu erzeugen.
Dieser wurde sodann in einen Hydrozyklon (model unit 212 von Swaco
gegeben, um den Sand vom Bentonit-Ton und den organischen Zusatzstoffen
in einem ersten hydraulischen Trennschritt (Schritt F) zu trennen.
Ein Überflußstrom 26 und
eine Unterströmung 28 wurden
erzeugt. Die Unterströmung
enthielt 235,0 kg (518 Pound) Sand (60% des im Filterkammerstaub
enthaltenen Sandes), 5,9 kg (13 Pound) Bentonit-Ton (3%), 24,0 kg
(53 Pound) organische Zusatzstoffe (18%) und 2157,7 kg (4757 Pound)
Wasser. 80% des Sandprodukts in der Unterströmung hatten eine Partikelgröße größer als
60 Mikrometer, was anzeigte, dass dieses Sandprodukt wiederverwendet
werden könnte,
um zusätzliche
Grünsandformen
zu erzeugen.
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Der Überflußstrom 26 enthielt
197,3 kg (435 Pound) Bentonit-Ton (97% des im Filterkammerstaub
vorliegenden Bentonit-Tons), 106,6 kg (235 Pound) organische Füllstoffe
(82%), 156,9 kg (346 Pound) Sand (40%) und 6986,7 kg (15.403 Pound)
Wasser. Dieser Überflußstrom wurde
dann durch eine Zentrifuge geführt, um
den Feinsand und die Ablagerungen vom Bentonit und den organischen
Zusatzstoffen zu trennen (Schritt G). Die Trennung mit Hilfe der
Zentrifuge erzeugte einen Abflußstrom,
der 157,9 kg (348 Pound) Bentonit-Ton (78% im Filterkammerstaub),
47,6 kg (105 Pound) organische Füllstoffe
(36%) und 6849,2 kg 15.100 Pound) Wasser enthielt. Der Abflußstrom enthielt
ferner weniger als 1% Sand, was anzeigt, dass er als Ansatzwasser bei
der Ausbildung neuer Grünsandformen
verwendet werden könnte.
Es wurde festgestellt, dass der gesamte Bentonit im Bentonitstrom
aktiver Bentonit war, was aus den Ergebnissen des Methylenblauaufnahme-Tests hervorging.
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Der
Feststoffaustrag, der in der Form nasser Kolloidagglomerate stattfand,
enthielt 156,9 kg (346 Pound) Sand (40%), 59 kg (130 Pound) organische
Zusatzstoffe (45%), 39,5 kg (87 Pound) Bentonit-Ton (19%) und 137,4 kg (303 Pound) Wasser
(insgesamt 1% Wasser). 90% des Sandes hatte eine Partikelgröße von weniger
als 60 Mikrometern, was anzeigt, dass er zu fein war, um für die Herstellung
zusätzlicher
Grünsandformen
oder Formkerne interessant zu sein.
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Beispiel 2
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Das
folgende Beispiel wurde durchgeführt,
um die Befähigung
der kommerziell verfügbaren
mechanischen Trennausrüstung
zu zeigen, Standardgießabfall
in ein wiedergewonnenes Quarzsandprodukt umzuwandeln, das befähigt ist,
Primärquarzsand
zu ersetzen.
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907,2
kg (2000 Pound) Gießabfall,
der von der obengenannten Grünsandgießerei erzeugt
wurde und einen Feuchtigkeitsgehalt von 1,84% aufwies, wurde einem
mechanischen Trennverfahren mit mehreren Durchgängen unterworfen, in dem eine
mechanische Regenerationsausrüstung
verwendet wurde, die von Sand Mold Systems, Inc., Newygo, Michigan,
bezogen werden kann. Es wurde Abfallsand oben in die zweizellige
Einheit eingeführt
und kam mit einer Drehtrommel in Kontakt. Der Abfallsand wurde in
der Trommel gedreht und wurde gegen Sand gerieben, der sich am Einlegeboden
aufbaute. Der Bentonit, die organischen Zusatzstoffe und das Bindemittel,
die aus dem Sand entfernt wurden, wurden durch ein Staubauffangsystem
gesammelt und die schwereren Sandkörner fielen zum Boden der Einheit
und wurden klassifiziert. In der zweizelligen Einheit erfolgten
sechs Durchläufe.
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Die
Daten in Tabelle I unten listen mehrere gemessene Kennwerte auf:
1) Der Gießabfall
wird bearbeitet, 2) Der Gießabfall
nach jedem der sechs Durchgänge
durch die zweizellige Einheit und 3) Primärsand (Kontrolle). Jedes Beispiel
wurde nach der Sandkorngrößenverteilung
klassifiziert und es wurden mehrere physische Eigenschaften des
Sandes gemessen. Zusätzlich
wurden Mikroaufnahmen mit 40-facher Vergrößerung vom Rohmaterial des
Primärsandes,
der von der Gießerei
für die
Herstellung von Formkernen verwendet wurde, und vom wiedergewonnenen
Quarzsand gemacht, der wie oben nach dem sechsten Durchgang durch die
zweizellige Einheit beschrieben, erzeugt wurde.
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Die
Ergebnisse dieser physischen Messungen sind in der folgenden Tabelle
I enthalten und die Mikroaufnahme des Primärsandes ist in
3a,
die Mikroaufnahme des wiedergewonnenen Quarzsandes ist in
3b gezeigt. Tabelle
I
- * LOI – minimaler
Sauerstoffgehalt in einem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch, der eine Verbrennung unterstützt.
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Wie
aus Tabelle I und den 3a und 3b ersichtlich ist, ähnelt der mechanisch wiedergewonnene Sand
dem Primärsand
in Größe und Form
und die Partikelgrößenverteilung
dieses in Tabelle I aufgelisteten Sandes ist nahezu identisch mit
der Partikelgrößenverteilung
des in die Gießerei
eingebrachten Primärsandes. Das
zeigt, dass der wiedergewonnene Sand leicht als Ersatz zumindest
für einen
Teil des Primärsandes
verwendet kann, der verwendet wird, um neue Formkerne herzustellen.
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Beispiel 3
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Um
die Eignung des wiedergewonnenen, in Beispiel 2 erhaltenen Sandes
als Ersatz für
einen Teil des Primärsandes
oder den gesamten Primärsand
zu zeigen, der verwendet wird, um neue Formkerne herzustellen, wurde
die Zugfestigkeit mehrerer unterschiedlicher Zugbriketts getestet.
Die unterschiedlichen Zugbriketts wurden hergestellt, wobei 1) Primärquarzsand,
2) wiedergewonnener Sand verwendet wurde, der nach 6 Durchgängen einer
Mischung 80/20 dieses wiedergewonnenen Sandes und eines Primärquarzsandes
durch die mechanische Trenneinheit von Beispiel 2 und 3 erhalten
wurde. Ein Phenol/Urethan-Harz einer Menge von 1, 1,3 und 1,8 Gewichts-%
wurde ebenfalls in jedem Brikett als Bindemittel verwendet. Alle
Zugbriketts wurden nach dem folgenden Verfahren hergestellt:
Etwa
4000 Gramm gewaschener und getrockneter Quarzsand (AFS #50; Bridgman
1L-5W) von der Bridgman Corporation wurde in eine rostfreie Mischschale
gegeben. Im Sand wurde eine kleine Vertiefung gemacht und 28,1 Gramm
des Teils I des chemischen Bindeharzes wurde hineingegeben. Teil
I des Bindeharzes war ein Phenolharz, als Teil I kommerziell verfügbar von
der Delta HA Corporation, Detroit, Michigan. Das Bindeharz wurde
leicht mit Sand bedeckt und in einem Hobart N-5D-Mischer eine Minute
lang bei Geschwindigkeit #1 gemischt. Die Schale wurde in Bezug
auf nicht gemischtes Harz an den Seiten und am Boden untersucht
und dann noch eine Minute lang gemischt. Wieder wurde im gemischten
Sand eine kleine Vertiefung gemacht und 23,4 Gramm von Teil II des
Bindeharzes hineingegeben. Teil II des Bindeharzes ist eine Isocyanatverbindung, die
kommerziell als Teil II von der Delta HA Corporation, Detroit, Michigan,
verfügbar
ist. Die gleiche Mischprozedur wie bei Teil I wurde für Teil II
für die
Gewinnung der Sandmischung wiederholt. Die Sandmischung wurde in
einem Polyethylenbehälter
gelagert, bis sie zum Einsatz für
die Herstellung von Zugbriketts bereit war.
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Die
Zugbriketts wurden hergestellt, indem das Sandgemisch vom Polyethylenbehälter in
einen metallischen Kernbehälter
mit einem 3-gong
(?) Fassungsvermögen
mit Öffnungen
gemäß industrieller
Bauweise überführt wurde,
der den AFS-Spezifikationen entsprach. An die Kernblasmaschine,
eine modifizierte Redford-Carver HBT-1-Kernblasmaschine (von Redford-Carver
Foundry Products, Sherwood, Oregon, zu beziehen), wurde ein Begasungs-Manifold
angebracht und Amin, ein Katalysator, Triethylamin (TEA), von Ashland, Chemical,
Cleveland, Ohio, zu beziehen, wurden sieben Sekunden lang in den
Kernbehälter
eingeblasen. Das Brikett aus dem Zentrum wurde aus dem Kernbehälter entfernt
und dann in eine Zugtestmaschine eingebracht.
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Die
Zugfestigkeit jedes Kerns wurde eine Stunde, nachdem der Sand und
das chemische Bindemittel gemischt und zu einem Kern geformt worden
waren, ermittelt. Die Zugfestigkeitsmessungen wurden nach dem Thwing-Albert
Operating Manual vorgenommen. Die Tabelle II listet die erhaltenen
Ergebnisse auf.
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Wie
aus dieser Tabelle ersichtlich, ist die Zugfestigkeit von Briketts,
die aus dem wiedergewonnenen Sand der vorliegenden Erfindung hergestellt
sind, obwohl nicht so hoch wie solche Briketts, die aus dem Primärsand hergestellt
sind, immer noch einigermaßen
hoch. Darüberhinaus
kann die Zugfestigkeit der mit dem wiedergewonnenen Sand der vorliegenden
Erfindung hergestellten Briketts wesentlich gesteigert werden, wenn
kleine Mengen Primärsand
dazugegeben werden. Das legt nahe, dass Brikettprodukte mit der
erwünschten
Zugfestigkeit einfach durch eine darin enthaltene geeignete Auswahl
der Menge an wiedergewonnenem Sand der vorliegenden Erfindung ausgebildet
werden können.
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Beispiel 4
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Sand
wurde mechanisch gemäß Beispiel
2 wiedergewonnen und mit 1,8% chemischem Bindemittel gemischt und
zur Herstellung eines Kerns in eine Kernform geschüttet. Der
Kern wurde dann in eine Grünsandform
gesetzt und der Gießprozeß durchlaufen.
Das erhaltene Gußerzeugnis
entsprach in Bezug auf die Abmessungen und die Oberflächenqualität den Qualitätsstandards.
