DE69109049T2 - Verfahren zur thermischen rückgewinnung. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, um ein Material wie Gießereisand thermisch zurückzugewinnen (DE-C-3903604).
• Benutzter Gießereisand wird normalerweise einer Rückgewinnung unterzogen, so daß er in Gießereiprozessen wieder benutzt werden kann. Eine solche Rückgewinnung kann die Gestalt mechanischer Abnutzung einnehmen, wobei der Sand in Teilchen aufgebrochen wird, die Korngröße haben. Benutzter Gießereisand enthält aber einen hohen Anteil chemischer Bindemittel, insbesonders Phenolharze, und nach einiger Zeit erreichen diese Mittel einen derartigen Stand, daß der Sand sogar mit mechanischer Rückgewinnung unbenutzbar wird. Daher wird eine thermische Rückgewinnungstechnik benotigt, durch die die chemischen Mittel eingeäschert werden, was relativ reinen Sand hinterläßt, der zur Wiederbenutzung bereit ist. Eine solche Rückgewinnung wird typischerweise in einem Ofen mit einer Wirbelschicht durchgeführt.
• Da die chemischen Mittel sehr flüchtig sind, ist die Reaktion in der Wirbelschicht prinzipiell im wesentlichen selbstversorgend. Das heißt, daß, wenigstens theoretisch, wenn der Verbrennungsprozeß vom Beginn einen gleichbleibenden Zustand erreicht hat (typischerweise bei ungefähr 800ºC), es nicht notwendig ist, bedeutende Brennstoffgasmengen zu liefern, da die Verbrennung stattdessen durch Brennen der chemischen Mittel unterstützt wird. Aus folgenden Gründen geschieht dieses aber nicht in der Praxis.
• Nach konventionellen Praktiken wird die Sand/Bindemittelmischung von oben zur Wirbelschicht transportiert, und wird eine Mischung von relativ leichten Teilchen (z.B. Staub) und relativ schweren Teilchen umfassen. Die Geschwindigkeit der Luft, die durch die Wirbelschicht geht (die über dem Minimum liegen muß, das erfordert ist, um den flüssigen Zustand zu erhalten), ist derart, daß sie die Absetzrate der relativ leichten Teilchen überschreitet, und diese nach oben in die Haube und den Schornstein des Ofens trägt. Dieser Effekt wird von der Ausdehnung der Luft verstärkt, während sie von der Schicht erhitzt wird. Da die relativ leichten Teilchen dazu neigen, einen hohen Anteil des Bindeinittels zu enthalten (in einigen Fällen bis zu 50%), haben sie einen hohen Erwärmungswert und werden in der Haube oder in dem Schornstein brennen, falls genug Sauerstoff vorhanden ist. Dieses verursacht überßäßige Hitzeerzeugung in den oberen Teilen des Ofens.
• Die relativ schweren Teilchen sind auch sehr flüchtig, mit dem Ergebnis, daß spontane Erhitzung stattfinden kann, während die Teilchen auf das Oberteil der Wirbelschicht treffen, so daß das Meiste der Verbrennung in dem oberen Gebiet der Schicht stattfindet. Dieses wirkt nicht nur gegen die angenommene selbstversorgende Reaktion der Verbrennung, sondern trägt auch zum Erhitzungseffekt der Haube und des Schornsteins bei. Diese Effekte verursachen kombiniert übermäßige Hitze in den Abgasen, und manchmal ist es der Fall, daß die Abgase heiter als die Wirbelschicht selbst sind.
• Um dieses Problem anzugehen, sind Versuche gemacht worden, etwas der Hitze von den Abgasen unter Benutzung eines Wärmetauschers wiederzugewinnen. Die wiedergewonnene Hitze wird dann entweder benutzt, um die hereinkommende Sand/Bindemittelmischung vorzuwärmen, oder um die Luft, die der Wirbelschicht geliefert wird, vorzuwärmen. Dieses verursacht aber weitere Probleme: zum Beispiel kann Vorwärmung der Sand/Bindemittelmischung den Sand klebrig und unkontrollierbar machen, und kann auch Abgabe von giftigen Gasen verursachen. Die Menge der Hitze, die von den heilen Abgasen wiedergewonnen werden kann, überschreitet auch bei weitem diejenige, die zur Vorwärmung der Luft für die Wirbelschicht benötigt wird. Weiterhin sind Wärmetauscher Gegenstände mit hoher Wartung, und der in den Abgasen mitgeführte Staub neigt dazu, an den Oberflächen der Wärmetauscher zu haften, was einen Zuwachs verursacht, der periodisch entfernt werden muß.
• Ein anderes Problem tritt wegen der Tatsache auf, daß, wenn man von oben zuführt, es sehr schwierig ist, etwas anderes zu tun, als die Sand/Bindemittelmischung in ein sehr ortsgebundenes Gebiet der Wirbelschicht zu bringen. Dieses schafft eine kalte Stelle an dem Eingangspunkt der Mischung in der Schicht. Es ist tatsächlich häufig der Fall, daß diese Stelle sich in einem solchen Male abkühlt, daß das Bindemittel nicht mehr zufriedenstellend eingeäschert wird, so daß giftige Dämpfe abgegeben werden, die einen hohen Anteil von ungebrannten Kohlenwasserstoffen enthalten. Deswegen ist es häufig notwendig, einen Nachbrenner zu benutzen.
• Da die Sand/Bindemittelmischung von oben in die Schicht transportiert wird, müssen die Silos oder Einfülltrichter, die die Mischung enthalten, weiterhin an einer erhöhten Stelle zum Schwerkraftstransport des Materials in die Schicht vorgesehen werden. Dieses verursacht selbst einen Schwierigkeitsgrad.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Problemen und Nachteilen vorzubeugen, und sie abzuschwächen.
• Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, um ein Grundmaterial von einer Mischung des Materials und einer brennbaren Substanz thermisch zurückzugewinnen, in dem die Substanz in einer Wirbelschicht eingeäschert ist, wobei das Verfahren umfasst, die Mischung mechanisch zu verkleinern, Staub von dem Verkleinerungsprozeß mit der Mischung zu mischen, und die Mischung direkt in einen unteren Teil der Wirbelschicht zu transportieren.
• Die Mischung wird vorzugsweise von unterhalb der Wirbelschicht zu ihr transportiert.
• Die Mischung wird praktischerweise (vorzugsweise kontinuierlich) durch einen mechanischen Förderer zu einem eingeschränkten Raum unter der Wirbelschicht transportiert.
• Die Mischung kann andererseits durch einen pneumatischen Förderer zur Wirbelschicht transportiert werden, und wird vorzugsweise auf im wesentlichen derselben Höhe wie die verflüssigende Luft/Gasmischung in die Schicht eingespritzt.
• In dem Fall, in dem die Mischung in Chargen zur Wirbelschicht transportiert wird, wird vorzugsweise eine Vielzahl von Zubringungen vorgesehen, die nacheinander arbeiten. Zum Beispiel, wenn zwei von solchen Chargen vorgesehen sind, können diese abwechselnd arbeiten.
• Die Erfindung wird nun weiter mittels eines Beispiels mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Figur 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer thermischen Rückgewinnungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist;
• Figur 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der thermischen Rückgewinnungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist; und
• Figur 3 eine praktische Ausführung der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung zeigt.
• Wenn man zunächst auf Figur 1 Bezug nimmt, dann umfasst eine erste Ausführungsform der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung einen Ofen 10, der eine Wirbelschicht 11 enthält, welcher eine Luft/Gasmischung durch eine Rohrverzweigung 12, Rohre 13 und Düsen oder Blasenhauben 14 geliefert wird. Der Ofen hat eine Haube 15 und einen Schornstein 16 über der Wirbelschicht 11, durch die Abgase gehen können, während eine Sturzrinne 17 an einer Seite der Wirbelschicht liegt durch welche Material von dem Oberteil der Schicht abgezogen werden kann.
• Während der Benutzung wird das Material, das zurückgewonnen werden soll (wie eine zerkleinerte Mischung aus Gießereisand und Phenolharzbindungsmittel), von einem Silo oder Einfülltrichter 18 von einem mechanischem Förderer 19 (wie einem Schneckenförderer) zu einem eingeschränkten Raum 20 unter der Wirbelschicht 11 transportiert. Die kontinuierliche Zubringung von diesem Material verursacht, daß die Mischung progressiv durch den Raum 20 steigt und von unten durch die Zwischenräume zwischen den Blasenhauben 14 in die Wirbelschicht 11 eintritt. Dieses stellt sicher, daß das ganze Material, d.h. sowohl die relativ leichten als auch die relativ schweren Teilchen durch den ganzen Körper der Wirbelschicht 11 transportiert wird, und dar das Harzbindemittel daher in der Schicht selbst ordentlich eingeäschert wird. Die Wirbelschicht kann in dieser Weise angeordnet werden, um die theoretische selbstversorgende Verbrennungsreaktion zu erreichen, so daß die Menge des benutzten Brennstoffgases stark verringert werden kann, wenn die Schicht nach dem Beginn ihren gleichbleibenden Zustand erreicht hat. Weiterhin können die Abgase bei einer viel tieferen Temperatur als vorher gehalten werden, da keine Verbrennung in dem Raum über der Schicht vorhanden ist. Weiterhin werden keine ortsgebundenen kalten Stellen geschaffen, da das Material zur Schicht im wesentlichen gleichförmig über seinem Gebiet transportiert wird.
• Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung, in der die Sand/Bindemittelmischung durch einen pneumatischen Förderer 22 zur Wirbelschicht 11 transportiert wird. Insbesonders wird ein Druckbehälter 23 periodisch mit der Mischung von einem Silo/Einfülltrichter 24 mittels eines Ventils 25 beladen. Der Druckbehälter 23 steht mit einer Rohrverzweigung 26 in Verbindung, die ihrerseits mit pneumatischen Förderleitungen 27 durch entsprechende Ventile 28 in Verbindung steht. Die Leitungen 27 enden an entsprechenden Einspritzdüsen 29, die auf ungefähr dergleichen Höhe wie die Blasenhauben 14 angeordnet sind.
• Wenn der Behälter 23 mit einem ausreichenden Volumen der Mischung beladen ist, wird das Ventil 25 geschlossen, und der Behälter 23 wird unter Druck gesetzt, so daß die Mischung pneumatisch durch die Leitungen 27 und die Düsen 29 zur Schicht 11 gefördert wird. Die Sand/Bindemittelmischung wird wie in der vorhergehenden Ausführungsform direkt in das untere Teil der Wirbelschicht transportiert, und geht durch sie nach oben, während sie verarbeitet wird. Das Bindemittel wird daher in der Schicht selbst ordentlich eingeäschert, und in dem Raum über der Schicht ist keine Verbrennung. Diese Ausführungsform hat auch den zusätzlichen Vorteil, daß Sauerstoff nicht nur in normaler Weise mit dem Brennstoffgas durch die Blasenhauben 14 in die Schicht transportiert wird, sondern auch in der Luft, die in dem pneumatischen Förderer 22 benutzt wird. Einspritzung des Materials in die Schicht kann so gleichförmig wie möglich gemacht werden (um Schaffung von kalten Stellen zu vermeiden), indem so viele Einspritzdüsen 29 vorgesehen werden, wie über dem ganzen Gebiet der Wirbelschicht möglich sind.
• Verarbeitetes Material (z.B. reiner Sand) wird in beiden oben beschriebenen Ausführungsformen kontinuierlich durch die Sturzrinne 17 abgezogen, wenn der Stand des Oberteils der Wirbelschicht 11 über ein Überlaufwehr 21 steigt, während Material zur Rückgewinnung kontinuierlich von unten in die Schicht transportiert wird.
• Das Material wird vor der Verarbeitung in der Wirbelschicht mechanischer Abnutzung unterworfen, um es in Teilchen, aufzubrechen, die Korngröße haben. Dieser Prozeß schafft aber viel Staub, der dazu neigt, einen hohen Anteil des Bindemittels zu enthalten. Solch ein Staub wird auch bei anderen Verarbeitungsprozessen, die auf dem Material durchgeführt werden, geschaffen. Man muß bei der Einäscherung dieses Staubs achtsam sein, da giftige Gase abgegeben werden können, wenn die Einäscherungstemperatur nicht hoch genug ist. Wenn es erwünscht ist, kann das Material, das in die Vorrichtung transportiert wird, mit solch einem Staub gemischt werden, was sicherstellen wird, daß der Staub in der Wirbelschicht ordentlich eingeäschert wird.
• Figur 3 zeigt eine praktische Variante der schematisch in Figur 2 gezeigten Vorrichtung. Benutztes Material von einem Gußprozeß wird durch einen Einfülltrichter 30 transportiert, der einen Trommelmagneten zur Entfernung von Metallteilen enthält. Das Material geht von dort eine Sturzrinne 31 hinunter und durch ein Ventil 32 zu einem Druckbehälter 33. Ein pneumatischer Förderer erstreckt sich von dem Druckbehälter 33 zu einer Wirbelschicht 35, und umfasst ein Einlaßrohr 36, eine Rohrverzweigung 37 und eine Vielzahl von pneumatischen Leitungen 38, die sich von der Rohrverzweigung 37 erstrecken. Jede Leitung 38 ist mit einem Ventil 39 vorgesehen, um die Strömung des Materials zur Schicht 39 zu regeln, und endet an einem Einspritzmittel 40, das ungefähr auf der Höhe der Blasenhauben (nicht gezeigt) in der Schicht 35 angeordnet ist. Auf einer Seite der Schicht 35 ist eine Kühl/Klassieranlage 41 vorgesehen, zu der Material von der Schicht 35 über ein Uberlaufwehr (nicht gezeigt) strömt. Wenn es erwünscht ist, kann eine Nachschicht (nicht gezeigt) zwischen der Schicht 35 und der Kühl/Klassieranlage 41 gelagert werden.
• Der Druckbehälter 33 ist mit einer Hochstandsonde 42 und einer Tiefstandsonde 43 vorgesehen. Wenn der Stand des Materials in dem Behälter die Sonde 42 erreicht, dann wird das Ventil 32 automatisch abgeschaltet, und der Behälter wird unter Druck gesetzt, so daß das Material dann von dem Förderer 34 in das untere Teil der Wirbelschicht gefördert wird. Wenn der Materialstand in dem Behälter 33 auf die Tiefstandsonde 43 gefallen ist, dann wird der Behälter 33 entlüftet und das Ventil 32 wiederum geöffnet. In dieser Weise wird das Material in Chargen von dem Behälter 33 zur Schicht 35 transportiert.
• Vorsehung der Tiefstandsonde 43 verhindert, daß die Mischung ganz von dem pneumatischen Förderer 34 nach jedem Chargentransportbetrieb erschöpft wird, so daß heiter Sand von der Schicht 35 davor gehindert wird, durch das System und in den Behälter 33 unter Wirkung von Schwerkraft zu laufen. Die Vorrichtung kann auch mit einem Beladungs- oder Zündsystem vorgesehen werden, das gestattet, während die Schicht gerade eingestellt werden soll, daß reiner Sand in den Behälter 33 transportiert wird, und von dort in den Förderer 34. In dieser Weise wird sichergestellt, daß diese Teile während der Einstellung kein Bindemittel enthalten, das andererseits Wiederbindung des Sandes und nachfolgendes Verstopfen des Behälters verursachen kann.
• Wie oben beschrieben worden ist, wird Gießereisand zur Rückgewinnung in Chargen zur Wirbelschicht transportiert. Es kann aber ein im wesentlichen kontinuierlicher Transport vorgesehen werden, indem eine Reihe von Druckbehältern und pneumatischen Förderern parallel angeordnet werden. Daher kann, wenn zwei solche Systeme vorgesehen sind, ein Druckbehälter mit Material von der Sturzrinne 31 zur gleichen Zeit beladen werden, wie Material von dem anderen Behälter zur Schicht gefördert wird.
• Die Bezugsnummer 44 kennzeichnet einen Detektor, der in der Sturzrinne 31 vorgesehen ist, um die Strömung des Materials zum Behälter 33 zu regeln. Während der Unterdrucksetzung des Behälters 33 wird sich Material in der Sturzrinne 31 ansammeln, das darauf wartet, daß das Ventil 32 wieder geöffnet wird. So lange das Material mit einer Rate transportiert wird, die geringer als die maximale Kapazität des Systems ist, wird der Stand des Materials in der Sturzrinne 31 nie so weit wie der Detektor 44 steigen, bevor sich das Ventil 32 wieder öffnet und verursacht, daß der Stand wiederum fällt. Wenn die Zubringungsrate aber die maximale Kapazität des Systems überschreitet, dann wird der Stand des Materials in der Sturzrinne so weit wie der Detektor 44 steigen, und der letztgenannte wird eine Steuerung aktivieren, um zu verursachen, dar Zubringung des Materials endet.
• Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung ist, daß der Einfülltrichter, von dem Material, das zurückgewonnen werden soll, transportiert wird, nicht notwendigerweise über der Höhe des Ofens angeordnet werden muß. Dieses ermöglicht es, daß die Vorrichtung in ein Gebäude mit einem relativ tiefen Dach oder Decke eingebaut werden kann
• Obwohl die Erfindung mit Bezug auf Rückgewinnung von Gießereisand beschrieben worden ist, kann sie auch auf andere Mischungen eines Grundmaterials und einer brennbaren Substanz angewandt werden, wie Grünsand, der auch in Gießereiprozessen benutzt wird.

Claims (8)

1. Verfahren, um ein Grundmaterial von einer Mischung des Materials und einer brennbaren Substanz thermisch zurückzugewinnen, in dem die Substanz in einer Wirbelschicht eingeäschert ist, wobei das Verfahren umfasst, die Mischung mechanisch zu verkleinern, Staub von dem Verkleinerungsprozeß mit der Mischung zu mischen, und die Mischung direkt in ein unteres Teil der Wirbelschicht zu transportieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Mischung von unten in die Wirbelschicht transportiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, in dem die Mischung durch einen mechanischen Förderer zu einem eingeschränkten Raum unter der Wirbelschicht transportiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, in dem die Mischung kontinuierlich zu dem eingeschränkten Raum transportiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, in dem die Mischung durch einen pneumatischen Förderer zur Wirbelschicht transportiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, in dem die Mischung auf im wesentlichen derselben Höhe wie eine verflüssigende Luft/Gasmischung in die Schicht eingespritzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Mischung in Chargen zur Wirbelschicht transportiert wird, und eine Vielzahl von Zubringungen vorgesehen ist, die nacheinder arbeiten.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das Grundmaterial Gießereisand ist.