DE69105751T2

DE69105751T2 - Wirbelbettapparat und verfahren.

Info

Publication number: DE69105751T2
Application number: DE69105751T
Authority: DE
Inventors: John Eppeland; James Heath; James Nelson
Original assignee: BGK Finishing Systems Inc
Current assignee: BGK Finishing Systems Inc
Priority date: 1990-10-16
Filing date: 1991-10-15
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JPH0815637B2; DE69105751D1; EP0553243A1; CA2093812A1; EP0553243B1; JPH06501058A; WO1992006781A1; CA2093812C

Description

Der Gebrauch von Wirbelbettöfen zur Wärmebehandlung eines Produktes ist gut bekannt. Solche Öfen erzeugen ein extrem heißes Bett von verwirbelnden Teilchen, wie z.B. Aluminiumoxid. Die Öfen können sowohl zur kontinuierlichen Behandlung eines Produktes als auch zur Serienbehandlung von Produkten benutzt werden.
Das US-Patent Nr. 4,752,061 lehrt einen Wirbelbettofen, der Infrarotstrahlung als Wärmequelle benutzt. Ein Vorteil des Gebrauches von Infrarotstrahlung als Wärmequelle ist, daß sie die Benutzung von inerten Gasen zur Verwirbelung der Teilchen in dem Ofen erlaubt. Folglich kann für eine kontrollierte Atmosphäre gesorgt werden, die das in dem Ofen wärmebehandelte Produkt umgibt.
Das oben genannte US-Patent Nr. 4,752,061 plaziert Infrarotlampen aus dem Bett heraus hinter eine Quarzwand oder einen Schirm. Als Folge bewirkt die Entfernung von den Infrarotlampen zum Bett einen hohen Temperaturgradienten, wobei zu wenig der Energiequelle zur Verwirbelung des Bettes beiträgt. Dies führt zu einer beträchtlichen Energieineffizienz. Ferner können sich die Infrarotlampen in geringer Nähe zur Retorte aus nichtrostendem Strahl befinden. Dies könnte zu einem teilweisen Schmelzen der Retorte führen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Zuführen von gebrauchtem Gußsand, der Bindemittel enthält, in das Volumen zur Bestimmung eines Bettes des Gußsandes innerhalb des Volumens, wobei das Bett des Gußsandes eine vorbestimmte Höhe innerhalb des Volumens hat;
Anordnen einer Vielzahl von Rohren aus infrarotdurchlässigern Material innerhalb des Bettes des Gußsandes und unterhalb der vorbestimmten Höhe;
Anordnen einer elektrisch betriebenen Infrarot-Strahlungsquelle zur Erzeugung infraroter Strahlungswärme zum Heizen des Bettes des gebrauchten Gußsandes innerhalb jedes der Vielzahl Rohre, so daß jede einzelne der Infrarot-Strahlungsquellen durch bestimmte der Rohre vor dem Bett des gebrauchten Gußsandes geschützt ist;
Zuführen von Energie in die Infrarotstrahlungsquellen zum Erzeugen hinreichender Wärme, um den Sand von den Bindemitteln zu trennen, um den Sand zurückzugewinnen;
Verwirbeln des Bettes des gebrauchten Gußsandes während des Aufheizens des Bettes des gebrauchten Gußsandes mittels der Infrarot-Strahlungsquellen; und
Entladen des wärmebehandelten zurückgewonnenen Sandes aus dem Bett des gebrauchten Gußsandes, so daß der zurückgewonnene Gußsand wieder als Gußsand zur Bildung von Sandgußformen verwendet werden kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Zurückgewinnung von gebrauchtem Gußsand gekennzeichnet durch:
ein Mittel zur Bestimmung eines Volumens zur Aufnahme eines Bettes von gebrauchtem, Bindemittel enthaltendem Gußsand;
ein Mittel zum Laden des gebrauchten Gußsandes in das Mittel zur Bestimmung des Volumens, um ein Bett des gebrauchten Gußsandes mit einer vorbestimmten Höhe innerhalb des Mittels zur Bestimmung des Volumens zu bilden;
eine Vielzahl Rohre aus infrarotdurchlässigem Material, versenkt angeordnet innerhalb des Bettes des gebrauchten Gußsandes unterhalb der vorbestimmten Höhe;
eine Vielzahl von elektrisch betriebenen Infrarotstrahlungsquellen zur Erzeugung hinreichender infraroter Strahlungswärme zum Heizen des Bettes des gebrauchten Gußsandes auf ein vorbestimmtes Temperaturniveau, um den Sand von den Bindemitteln zu trennen, um den Sand zurückzugewinnen, angeordnet jeweils innerhalb der Vielzahl Rohre zum Schutz durch bestimmte der Rohre vor Sandpartikeln des Bettes des gebrauchten Gußsandes;
ein Mittel zum Zuführen eines Wirbelgases in das Bett des gebrauchten Gußsandes; und
ein Mittel zum Entladen des wärmebehandelten zurückgewonnenen Sandes aus dem Mittel zur Bestimmung des Volumens, so daß der zurückgewonnene Gußsand wieder als Gußsand zur Bildung von Sandgußformen verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Wirbelbettofens gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wobei ein Teil der äußeren Hülle entfernt ist, um bestimmte innere Bestandteile des Ofens darzulegen;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht bestimmter der inneren Bestandteile des Ofens von Fig. 1 ist, wobei Sammelplatten entfernt sind;
Fig. 3 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht ist, die die Verbindung der Infrarotwärmeelemente zu den Sammelplatten zeigt;
Fig. 4 eine Seitenansicht in schematischer Darstellung des Ofens der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 eine schematisch dargestellte Stirnansicht des Ofens der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6 eine schematisch dargestellte Oberseitenansicht des Ofens der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 7 eine Ansicht eines Verarbeitungssystems ist, das die Vorrichtung der Erfindung in einer Verarbeitungseinheit zur Zurückgewinnung von Gußsand benutzt.
Mit Bezug auf die verschiedenen Figuren, in denen dieselben Bestandteile durchgehend mit denselben Nummern versehen werden, wird die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform nun unter Bezugnahme auf einen Ofen 10 gegeben. Wie am besten in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, enthält der Ofen 10 eine Retorte 12, die vorzugsweise aus R330 nichtrostendem Stahl oder dergleichen gebildet ist. Die Retorte 12 enthält eine Bodenwand 14, Stirnwände 15, 16 und Seitenwände 17, 18. Die Wände 14 bis 18 wirken zusammen, um ein Retorteninneres 20 zu bilden. Eine Abdeckung (nicht in den Figuren gezeigt) kann vorgesehen werden, um die Retorte 12 oben abzudecken.
Der Ofen 10 enthält ferner eine äußere Verkleidung 22, die am besten in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist. Die äußere Verkleidung 22 enthält eine erste äußere Verkleidungswand 24, die die Wand 17 bedeckt, und eine zweite äußere Verkleidungswand 26, die die Wand 18 bedeckt. In Fig. 1 ist ein Mittelteil der Verkleidungswand 24 entfernt worden, um die Wand 17 darzustellen. Wand 24 und Wand 17 wirken zusammen, um ein Abgasplenum 28 zu bilden. Die Wände 26 und 18 wirken zusammen, um ein Einlaßplenum 30 zu bilden.
Wie am besten in den Fig. 4 und 6 gezeigt ist, sind das Innere teilende Wände 31 und 32 innerhalb des Inneren 20 vorgesehen. Die Wände 31, 32 erstrecken sich zwischen den Seitenwänden 17 und 18 und sind parallel zu den Stirnwänden 15 und 16. Die Teilungswände 31, 32 erstrecken sich vom Boden 14 teilweise zur Oberseite der Retorte 12. Die Wände 31, 32 teilen das Retorteninnere 20 in eine Wirbelkammer 20a, eine erste Überlaufkammer 20b und eine zweite Überlaufkammer 20c (siehe Fig. 4).
Eine Vielzahl von Quarzröhren 36 stellt eine Mannigfaltigkeit dar, die sich zwischen und durch die Wände 17 und 18 erstreckt. Wie gezeigt ist, sind die Rohre 36 in paralleler Ausrichtung angeordnet, im allgemeinen senkrecht zu den Seitenwänden 17, 18 und parallel zum Boden 14 der Retorte 12. Die Rohre 36 sind innerhalb des verwirbelnden Teils 20a des Inneren 20 angeordnet und befinden sich unterhalb einer vorbestimmten Höhe 38 (siehe Fig. 4) von verwirbelnden Teilchen, die innerhalb der Kammer 20a gehalten werden.
Fig. 3 zeigt die Befestigung des Rohrs 36 an der Seitenwand 17. Das Quarzrohr 36 ist ähnlich an der Seitenwand 18 befestigt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, erstreckt sich das Rohr 36 durch die Seitenwand 17 und ist mit der Seitenwand 17 durch eine Befestigungshalterung 40 aus Stahl verbunden. Die Halterung 40 beherbergt eine Vielzahl von keramischen Scheiben 42. Die Halterung 40 ist an der Seitenwand 17 mit Bolzen 44 befestigt.
Eine Infrarotlampe 46 ist innerhalb jedes der Rohre 36 angeordnet, wie am besten in den Fig. 2, 3, 5 und 6 gezeigt ist (zur Klarheit sind die Lampen innerhalb der Rohre 36 nicht in den Fig. 1 und 4 gezeigt). Die Lampe 46 befindet sich vollständig zwischen den Wänden 17, 18 und wird in koaxialer Ausrichtung durch eine Befestigungsschelle 48 im Inneren des Rohres 36 gehalten.
Um die Vielzahl der Lampen 46 mit elektrischer Energie zu versorgen, ist eine Vielzahl von Sammelschienenplatten 50 vorgesehen. (Zur Klarheit sind die Sammelschienenplatten nicht in den Fig. 1 und 4 gezeigt). Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind neun Sammelschienenplatten für jede Seite 17, 18 der Retorte 12 vorgesehen. In der schematischen Darstellung der Fig. 6 sind acht Sammelschienenplatten auf jeder Seite gezeigt.
Die Sammelschienenplatten 50 sind elektrisch leitende Metallplatten. Jede Platte 50 ist mit einer separat kontrollierbaren Stromquelle (nicht gezeigt) verbunden, die die Platte 50 mit Energie versorgt.
Die Platten 50 sind an den Wänden 17, 18 mit Aufhängevorrichtungen 52 für Sammelschienenplatten befestigt (siehe Fig. 3), die vorzugsweise keramisch sind. Eine Anschlußleitung 54 verbindet die Infrarotlampe 46 mit der Sammelschienenplatte 50. Die Anschlußleitung 54 ist mit der Sammelschienenplatte 50 durch eine Kombination 56 von einer Mutter und einem Bolzen verbunden.
Wie am besten in Fig. 2 gezeigt ist, ist eine Vielzahl von Lampen 46 durch alle vorhandenen Sammelschienenplatten 50 zugedeckt. In der vergrößerten Ansicht von Fig. 2 ist jede der Sammelschienenplatten 50 aus der die Lampen 46 und die Rohre 36 verdeckenden Position herausgenommen. Die Positionierung der Sammelschienenplatten 50 über den Lampen 46 ist in Fig. 2 durch Strichlinien gezeigt. Infolge der Vielzahl von Lampen 46, die durch eine Vielzahl von verschiedenen Sammelschienenplatten 50 bedeckt ist, kann die Länge der Wirbelkammer 20a in eine Vielzahl von Zonen unterteilt werden. Jede Sammelschienenplatte 50 stellt mit ihren zugehörigen Lampen 46 eine bestimmte Zone dar. Durch separate Regulierung eines Stromes zu jeder Sammelschienenplatte 50 kann die Intensität der Lampen, die mit einer Sammelschienenplatte 50 verbunden sind, separat kontrolliert werden. Folglich kann ein Temperaturgradient über die Länge der Kammer 20a erzeugt werden.
Wie in den Fig. 1, 4 und 5 gezeigt ist, ist ein Schirm 60 aus nichtrostendem Stahl über den Lampen 46 und den Quarzrohren 36 plaziert. Der Schirm 60 verhindert, daß ein Produkt, das wärmebehandelt wird, auf die Quarzrohre 36 fällt und sie möglicherweise beschädigt.
Verwirbelungsrohre 62 sind zwischen dem Boden 14 und den Quarzrohren 36 angeordnet. Die Rohre 62 sind über ein Rohr 64 mit einer Quelle (nicht gezeigt) von Verwirbelungsgas verbunden. Das Verwirbelungsgas kann Luft oder jedes inerte Gas, wie z.B. Stickstoff, sein. Die Verwirbelungsrohre 62 können solche wie die in dem US-Patent Nr. 4,752,061 gezeigten und beschriebenen und durch die Referenzziffern 98 in Fig. 5 dieses Patents bezeichneten sein.
Ein Kuhlmittelmechanismus ist vorgesehen, um ein Kühlfluid (vorzugsweise Luft) durch die Rohre 36 zu führen, um die Infrarotlampen 46 zu kühlen. Ein Gebläse 70, das mit dem Einlaßplenum 30 verbunden ist, ist vorgesehen. Ein Abluftventilator (nicht gezeigt) kann durch ein Abluftleitungsrohr 72 mit dem Abluftplenum 28 verbunden werden. Folglich kann die Kühlluft vom Plenum 30 durch jedes der Rohre 36 im Plenum 28 und durch das Abluftleitungsrohr 72 hinausgeleitet werden.
Ein Bett von verwirbelnden Teilchen (vorzugsweise gekörntes Aluminiumoxid) ist innerhalb der Retorte 12 vorgesehen. Eine erste Schicht 80 von groben Teilchen (vorzugsweise mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 1038 um (Korngröße 12) bedecken die Verwirbelungsrohre 62 und enden unterhalb der Quarzrohre 36. Feiner Aluminiumoxidsand (vorzugsweise mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 149 um (Korngröße 100)) liegt auf dem gröberen Sand 80 und endet in der Höhe 38. Der gröbere Sand 80 verbreitet das Verwirbelungsgas aus den Verwirbelungsrohren 62 und verteilt es gleichmäßig auf die Quarzrohre 36.
Im Betrieb kann sich die Infrarotlampe 46 von -18ºC auf 2204ºC (0ºF auf 4000ºF) erhitzen. Das Aluminiumoxid erhitzt sich von -18ºC auf 1149ºC (0ºF auf 2100ºF). Ein Steuergerät 100 (schematisch gezeigt in Fig. 2) ist über Steuerleitungen 102 mit jeder Sammelplatte 50 verbunden. Mittels des Steuergerätes 100 kann das Potential an jeder der Sammelplatten 50 separat geregelt werden. Folglich ist die Vielzahl der Infrarotlampen 46 unterteilt in eine Vielzahl von separat regelbaren Zonen.
Im Betrieb erhitzen die Lampen 46 das Aluminiumoxid. Das Verwirbelungsgas aus den Rohren 62 verwirbelt das Aluminiumoxid. Die Teilungswände 31, 32 fangen in den Kammern 20b und 20c alles Aluminiumoxid auf, das aus der Verwirbelungskammer 20a heraussprüht.
Jede der Lampen 46 und jedes der Rohre 36 bilden eine Lampenbaugruppe 37 (beziffert gezeigt in den Fig. 3, 5 und 6). Wie oben dargestellt, wird ein Kühlgas durch die Lampenbaugruppen 37 geschickt. Im Betrieb kann die Temperatur der Vorrichtung ziemlich hoch sein. Zum Beispiel wird die die Baugruppen 37 umgebende Temperatur gewöhnlich 1149ºC (2100ºF) überschreiten. Bei Temperaturen über 816ºC (1500ºF) können die Quarzrohre 36 Verschlechterung erleiden. Zum Beispiel wird Quarz bei 816ºC bis 982ºC (1500 bis 1800ºF) weich und gibt nach.
Die Luft, die durch die Quarzrohre 36 geführt wird, kühlt die Quarzrohre 36, um ein Nachgeben zu verhindern. Jedoch kann der Luftstrom eine nachteilige Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit der Infrarotlampen 46 haben. Dementsprechend muß der Luftfluß durch die Quarzrohre 36 ausbalanciert werden, um eine ausreichende Kühlung zu verschaffen, um ein Nachgeben der Quarzrohre 36 zu verhindern, während die nachteilige Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit der Lampen 46 minimiert wird.
Um die gewünschte Ausbalancierung zu erreichen, wird ein Luftstrom durch die Quarzrohre 36 vorzugswiese nur dann gegeben, wenn die Temperatur des Verwirbelungsbettes 38 eine vorbestimmte Temperatur in einer bevorzugten Ausführungsform überschreitet, die vorbestimmte Temperatur beträgt 816ºC (1500ºF).
Die Menge des Luftstromes durch die Rohre 36 wird eingestellt, um die Wärmeenergie in den Rohren 36 auszubalancieren. Das Bett 38 zieht nämlich Wärmeenergie aus dem Rohren 36. Wenn die Wärmeenergie, die aus den Rohren 36 gezogen wird, unzureichend ist, um die Temperatur der Rohre 36 unterhalb der vorbestimmten Temperatur zu halten, wird ein Luftstrom durch die Rohre 36 mit einer Durchflußmenge geführt, die so gewählt ist, daß Energie von den Rohren 36 weggezogen wird. Die Menge des Luftstromes ist eine Funktion der Länge der Rohre 36, der an den Lampen 46 angelegten Spannung und der Umgebungstemperatur (d.h. der Temperatur des Bettes in der unmittelbaren Nachbarschaft der Rohre 36). Die konkrete Menge des Luftstromes wird empirisch für eine gegebene Vorrichtung 10 abgeleitet und wird mit dem Betriebsprozeß, in dem sie benutzt wird, variieren.
Um die Ausbalancierung zu erreichen, ist ein Thermoelement 100 (nur in Fig. 5 schematisch gezeigt) zur Messung der Temperatur innerhalb des Bettes 38 in der Nachbarschaft der Rohre 36 vorgesehen. Das Thermoelement 100 liefert ein Signal an das Steuergerät 102. Das Steuergerät 102 empfängt auch eine Eingabe von dem Spannungsmeßfühler 104, der die an den Lampen 46 angelegte Spannung mißt. Indem es die Spannung an den Lampe 46 und die Temperatur innerhalb des Bettes 38 vergleicht, betreibt das Steuergerät 102 ein Gebläse 70, um Kühlgas durch die Quarzrohre 36 zu leiten, wenn die Temperatur innerhalb des Bettes 38 die vorbestimmte Temperatur übersteigt. Der Luftstrom durch die Quarzrohre 36 wird so gewählt, daß er eine ansteigende Funktion der an den Lampen 46 angelegten Spannung ist und mit der durch das Thermoelement 100 gemessenen, angestiegenen Temperatur ansteigt. Die ansteigende Funktion wird für den Luftstrom so gewählt, daß er der minimale Luftstrom ist, der zur Verhinderung einer Verschlechterung der Quarzrohre 36 nötig ist.
Die bevorzugte Ausführungsform zeigt den Gebrauch von luftgekühlten Lampenbaugruppen 37. In einer weiteren Ausführungsform können die Baugruppen durch Widerstands-Siliciumkarbid-Heizelemente (auch Glühstäbe genannt) ersetzt sein. Diese Elemente können mit elektrischer Energie versorgt werden, um zu heizen und Infrarotstrahlung zu erzeugen. Diese Elemente können in direktem Kontakt mit dem Bett benutzt werden und benötigen nicht Quarzleitungsrohre (wie z.B. die Rohre 36) oder Luftkühlung. Solche Elemente sind kommerziell erhältlich, wie z.B. die von Smith-Sharpe in Minneapolis, Minnesota, vertriebenen.
Die oben beschriebene Vorrichtung 10 ist für den Gebrauch zur Hitzebehandlung eines Produktes innerhalb eines Wirbelbettes veranschaulicht worden. Wir haben festgestellt, daß die Vorrichtung 10 überraschenderweise, zusätzlich zu jenen vorteilhaften Anwendungen, nützlich ist zur Zurückgewinnung von Gußsand.
In der Gießereiindustrie werden verschiedene Typen von Sand benutzt, um Formen zu bilden, von denen Metallabgüsse gemacht werden. Diese Sande schließen sog. "nichtbackende Sande" und sog. "Grünsand" ein. Ein nichtbackender Sand enthält ein organisches Bindemittel, das an Luft aushärtet, um den Sand zu einer Sandgußform zu binden. Grünsand enthält ein anorganisches Bindemittel, welches gebacken wird, um den Sand in eine Gußform zu binden.
Regierungsbehörden (wie z.B. die U.S. Environmental Protection Agency) haben streng die Beseitigung von Gußsand eingeschränkt. Zum Beispiel kann Gußsand nicht einfach in Deponien entsorgt werden, da er als gefährliches Material angesehen wird.
Verschiedene Methoden sind erfunden worden, um Gußsand zurückzugewinnen. Nichtbackender Sand wird durch eine mechanische Methode zurückgewonnen, bei der der Sand durch einen Zerkleinerer und einen Reiniger geschickt wird, wobei ungefähr 80 % des Sandes zurückgewonnen werden.
Die Gießereiindustrie hat mit verschiedenen Methoden zur Zurückgewinnung von Sand durch Temperaturanwendungen (in der Industrie bezeichnet als "killing" des Sand bei erhöhten Temperaturen) experimentiert. Zum Beispiel hat die Industrie gasbefeuerte Wirbelbetten benutzt, um thermisch den Sand zurückzugewinnen. Ein Beispiel eines solchen wird in dem US-Patent Nr. 4,478,572 gefunden.
Um Grünsand zurückzugewinnen, muß der Sand wärmebehandelt werden mit Temperaturen oberhalb von 760ºC bis 816ºC (1400 bis 1500ºF). Wenn Naturgas als Wärmequelle verwendet wird, ist eine beträchtliche Menge nötig. Ferner sind die Investitionskosten einer solchen Anlage sehr hoch.
Wir haben gefunden, daß unsere Vorrichtung besonders zur Zurückgewinnung von Gußsand einschließlich Grünsand geeignet ist. Um dies zu erreichen, wird der Gußsand als Wirbelbett in dem Ofen 10 benutzt, anstatt vorhergehend beschriebenes, gekörntes Aluminiumoxid als bevorzugte Wirbelbetteilchen zu benutzen.
Fig. 7 zeigt in schematischer Form den Gebrauch der Vorrichtung 10 zur Zurückgewinnung von Grünsand. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, würde ein Zurückgewinnungssystem 199 einen Beschickungstrichter 200 einschließen, um Sand einem Zerkleinerer bei 201 zuzuführen. Der Zerkleinerer 201 zerkleinert den Sand und schickt ihn zu einem magnetischen Separator 202, um ferromagnetisches Material herauszulesen. Ein Meßtrichter 206 sammelt Sand vom Separator 202 und führt den abgetrennten Sand (über ein Leitungsrohr) 209 dem Ofen 10 zu. Der völlig zurückgewonnene Sand wird von der Vorrichtung 10 durch ein Entladungsleitungsrohr 208 geschickt.
Der heiße zurückgewonnene Sand wird vom Entladungsleitungsrohr 208 zu einem Kaskadenkühler 220 geschickt. Ein Gebläse 222 bläst Kühlluft zu einem Kühler 220, wobei die Luft durch ein Leitungsrohr 224 zu einem Hauptabluftleitungsrohr 226 abgeführt wird, von dem sie zu Filtern und Reinigern (nicht gezeigt) geschickt wird.
Ein Gebläse 230 leitet die Luft zu dem Wirbelrohr 62. Beim Gebrauch der Vorrichtung 10 zur Zurückgewinnung von Gußsand enthält das verwirbelnde Gas Sauerstoff (vorzugsweise Luft), wobei der Sauerstoff mit dem Bindemittel des Sandes reagiert. Das entstehende Produktgas (z.B. CO, CO&sub2;) und Staub werden durch das Hauptleitungsrohr 226 abgezogen.
Die Benutzung des Ofens 10 zur Zurückgewinnung von Gußsand hat mit nichtbackendem Sand bei 400ºC (750ºF) mit einer Zurückgewinnung von ungefähr 94% des Gewichtes des Sandes stattgefunden. Ferner wurden 94 % von Grünsand zurückgewonnen, wenn der Ofen so betrieben wurde, daß eine Wirbelbettemperatur von 760ºC bis 871ºC (1400 bis 1600ºF) erzeugt wurde. Letzteres ist von wesentlicher Bedeutung für die Gießereiindustrie, die vor der vorliegenden Erfindung nicht in der Lage war, Grünsand zurückzugewinnen.
Die vorliegende Vorrichtung hat zahlreiche Vorteile für die Benutzung zur Zurückgewinnung von Gußsand. Sie weist viel geringere Investitionskosten als die frühere Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Sand auf. Sie arbeitet bei viel geringeren Energiekosten als die frühere Vorrichtung zur thermischen Behandlung und hat einen schnellen Durchsatz.
Die eigentliche Physik und Chemie, durch die die Vorrichtung 10 so effektiv bei der Zurückgewinnung von Sand ist, ist nicht völlig verstanden. Jedoch wird geglaubt, daß das Eintauchen einer Infrarotwärmequelle in das Sandbett dafür sorgt, daß einzelne Sandkörner während kurzer Zeiten eine sehr hohe Temperatur erfahren. Während z.B. das Bett eine Durchschnittstemperatur von ungefähr 760ºC (1400ºF) haben mag, kommen einzelne Körner vorübergehend in geringe Nähe zu eingetauchten Wärmequellen (d.h. IR-Lampen oder Glühstäben), die sehr hohe Temperaturen haben können. Es wird vermutet, daß die vorübergehende, sehr hohe Temperatur dafür sorgt, daß die Bindemittel des Standes brüchig werden und abbrennen. Folglich benötigt der Sand, der durch das neue Verfahren zurückgewonnen ist, sehr wenig Reinigung im Vergleich zu Sand, der durch frühere Fachtechniken zurückgewonnen ist.
Durch die vorangehende, detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist gezeigt worden, wie die Erfindung in einer bevorzugten Weise erreicht worden ist. Jedoch sollen andere Ausführungsformen und Äquivalente der offenbarten Begriffe, wie z.B. die, die jemand, der auf dem Fachgebiet erfahren ist, leicht einfallen werden, im Umfang der Erfindung eingeschlossen sein.

Claims

1. Verfahren zur Zurückgewinnung von gebrauchtem Gußsand in einer Vorrichtung, die ein Mittel zur Bestimmung eines Volumens zur Aufnahme eines Bettes des Sandes aufweist, wobei das Bett des Sandes eine vorbestimmte Höhe innerhalb des Volumens hat, mit den Verfahrensschritten:

Zuführen von gebrauchtem, Bindemittel enthaltendem Guß sand in das Volumen, um ein Bett des Gußsandes innerhalb des Volumens zu bestimmen, wobei das Bett des Gußsandes eine vorbestimmte Höhe innerhalb des Volumens hat;

Anordnen einer Vielzahl von Rohren aus infrarotdurchlässigem Material innerhalb des Bettes des Gußsandes und unterhalb der vorbestimmten Höhe;

Anordnen einer elektrisch betriebenen Infrarot-Strahlungsquelle zur Erzeugung infraroter Strahlungswärme zum Heizen des Bettes des gebrauchten Gußsandes innerhalb jedes der Vielzahl Rohre, so daß jede einzelne der Infrarot-Strahlungsquellen durch bestimmte der Rohre vor dem Bett des gebrauchten Gußsandes geschützt ist;

Zuführen von Energie in die Infrarot-Strahlungsquellen zum Erzeugen hinreichender Wärme, um den Sand von den Bindemitteln zu trennen, um den Sand zurückzugewinnen;

Verwirbeln des Bettes des gebrauchten Gußsandes während des Aufheizens des Bettes des gebrauchten Gußsandes mittels der Infrarot-Strahlungsquellen; und

Entladen des wärmebehandelten zurückgewonnenen Sandes aus dem Bett des gebrauchten Gußsandes, so daß der zurückgewonnene Gußsand wieder als Gußsand zur Bildung von Sandgußformen verwendet werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt:

Führen des gebrauchten Gußsandes durch einen magnetischen Separator vor dem Zuführen des gebrauchten Gußsandes in das Volumen, um den Sand von ferromagnetischem Material, welches in dem Sand vorhanden sein kann, zu trennen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gebrauchte Gußsand nichtbackenden Sand aufweist; und

das Bett des nichtbackenden Gußsandes auf ein Temperaturniveau von etwa mindestens 400 ºC (750 ºF) erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gebrauchte Gußsand Grünsand aufweist; und

das Bett des Grüngußsandes auf ein Temperaturniveau von ungefähr 760 ºC bis 871 ºC (1400 bis 1600 ºF) erwärmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bett mit Luft verwirbelt wird.

6. Vorrichtung zur Zurückgewinnung von gebrauchtem Gußsand mit:

einem Mittel zur Bestimmung eines volumens zur Aufnahme eines Bettes des gebrauchten, Bindemittel enthaltenden Gußsandes;

einem Mittel zum Laden des gebrauchten Gußsandes in das Mittel zur Bestimmung des Volumens, um ein Bett des gebrauchten Gußsandes mit einer vorbestimmten Höhe innerhalb des Mittels zur Bestimmung des Volumens zu bilden;

einer Vielzahl von Rohren aus infrarotdurchlässigem Material, versenkt angeordnet innerhalb des Bettes des gebrauchten Gußsandes unterhalb der vorbestimmten Höhe;

einer Vielzahl von elektrisch betriebenen Infrarot- Strahlungsquellen zur Erzeugung hinreichender infraroter Strahlungswärme zum Heizen des Bettes des gebrauchten Gußsandes auf ein vorbestimmtes Temperaturniveau, um den Sand von den Bindemitteln zu trennen, um den Sand zurückzugewinnen, angeordnet jeweils innerhalb der Vielzahl Rohre zum Schutz durch bestimmte der Rohre vor Sandpartikeln des Bettes des gebrauchten Gußsandes;

einem Mittel zum Zuführen eines Wirbelgases in das Bett des gebrauchten Gußsandes; und

einem Mittel zum Entladen des wärmebehandelten zurückgewonnenen Sandes aus dem Mittel zur Bestimmung des Volumens, so daß der zurückgewonnene Gußsand wieder als Gußsand zur Bildung von Sandgußformen verwendet werden kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen magnetischen Separator zur Trennung des gebrauchten Gußsandes von ferromagnetischen Materialien, die im gebrauchten Gußsand vorhanden sein können, vor dem Laden des gebrauchten Gußsandes in das Mittel zur Bestimmung des Volumens, aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

der gebrauchte Gußsand nichtbackenden Sand aufweist;

und

die Infrarot-Strahlungsquellen geeignet sind, das Bett des gebrauchten Gußsandes auf ein Temperaturniveau von etwa mindestens 400 ºC (750 ºF) zu erwärmen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß:

der gebrauchte Gußsand Grünsand aufweist; und die Infrarot-Strahlungsquellen geeignet sind, das Bett des gebrauchten Gußsandes auf ein Temperaturniveau von etwa 760 ºC bis 871 ºC (1400 bis 1600 ºF) zu erwärmen.