DE69733434T2

DE69733434T2 - Sandkernentfernung und wärmebehandlung eines gussstückes

Info

Publication number: DE69733434T2
Application number: DE69733434T
Authority: DE
Inventors: Staffin Karin BICKFORD; Kenneth Herbert STAFFIN; Bernard Robert ROAPER
Original assignee: Procedyne Corp
Current assignee: Procedyne Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1997-01-06
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: EP0954398A4; EP0954398A1; WO1998014291A1; CA2270625C; US6253830B1; CA2270625A1; ATE296699T1; JP2001501135A; DE69733434D1; EP0954398B1; JP3380256B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Eisen- und Nichteisenmetallgießerei und insbesondere das Ablösen und Entfernen von Sandkernen aus Gussteilen und in einigen Fällen die Wärmebehandlung der Gussteile in Verbindung mit der Entfernung von Sandkernen.
Kurze Beschreibung des Standes der Technik
Beim Gießen von Eisen- und Nichteisenmetallen zu Teilen verbrauchten die Gießereien in den Vereinigten Staaten von Amerika allein im Jahr 1988 7,7 Millionen Tonnen Gießereisand. Die Stahlgießereien und viele Graugießereien verwenden zum Gießen von Gussformen Quarzsand von hoher Reinheit (über 98 Gew.-% SiO₂). Viele Kraftfahrzeuggießereien verwenden einen weniger reinen Quarzsand (über 93 Gew.-% SiO₂). Das meiste von diesem Sand wird von den Gießereien zum Gießformen oder zur Kernherstellung benutzt. Wenn Gussformen oder Kerne hergestellt werden, wird dem Gießereisand ein Bindematerial zum Formen der Gussform oder des Kerns zugesetzt. Im Allgemeinen formt die Gussform die Außenflächen des Gussstücks, während die Kerne die Innenflächen und Bahnen formen. Das Gussteil wird geformt, indem das geschmolzene Eisen- oder Nichteisenmetall in die Gussform gegossen wird. Wenn das Teil interne Öffnungen oder Bahnen aufweist, wird das geschmolzene Metall in das Volumen zwischen der Gussform und dem Kern (den Kernen) gegossen, das gewöhnlich einen Teil oder das meiste des Kerns umgibt. Wenn sich das Metall verfestigt hat, wird die Gussform geöffnet und das Teil entnommen. In den meisten Fällen bleibt der Kern in den inneren Bereichen, die seine Gegenwart gebildet hat, zurück und muss entfernt werden.
Die Entfernung der Kerne wird normalerweise durch Stoß- und Vibrationsvorrichtungen und/oder durch Erhitzen zur Zerstörung der Bindemittel und/oder manuell durch Zerschlagen und Herausbrechen der Kerne ausgeführt. Die Kerne werden im Allgemeinen in kleinere Stücke innerhalb des Teils zerschlagen und können durch verschiedene Öffnungen des Teils entfernt werden. Der Schwierigkeitsgrad bei der Ausführung dieses „Sandkernablösens" hängt von der Geometrie des Teils, das gegossen wird, und der Temperatur des geschmolzenen Metalls ab.
Wenn Teile aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen gegossen werden, ist es wegen der verwendeten niedrigeren Gusstemperatur besonders schwierig, den Sandkern zu entfernen. Eine niedrigere Grenzflächentemperatur führt gewöhnlich zu einer geringeren Trennung des Sandkerns von dem Aluminiumteil. Außerdem ist das Aluminium ein weicheres Material und neigt mehr zu Beschädigungen, wenn beim Ablösungs- und Entfernungsprozess ein physischer Stoß angewendet wird. Zusätzlich muss das Aluminiumteil wesentlich abgekühlt werden, bevor ein Versuch ausgeführt wird, den Sandkern durch ein vernünftiges physikalisches Mittel abzulösen und zu entfernen, oder das Teil wird schon durch geringe Handhabung beschädigt.
Wenn Erhitzungsverfahren eingesetzt werden, um Sandkerne durch thermale Zerstörung der Bindemittelsysteme zu entfernen, sind die Erhitzungszyklen typischerweise lang, 4 bis 10 Stunden, und die Entfernung des Kerns ist häufig unvollständig. Sandkernstücke bleiben dort zurück, wo der Erhitzungsprozess nicht alle Teile des Sandkerns wirksam wärmezersetzt hat. Außerdem muss aus den Gussstücken entferntes Sandkernmaterial entsorgt oder wieder aufbereitet werden. Die Entsorgung wird zunehmend teurer, da der Bindemittelrückstand meist als gefährlicher und/oder giftiger Abfall eingestuft wird, der entsprechend gehandhabt werden muss. Die Wiederaufbereitung des Gießereisands durch physikalische und thermale Verarbeitungsschritte erfährt zunehmend Aufmerksamkeit, beinhaltet aber auch beträchtliche Kosten.
Die US-Patentschrift Nr. 5 423 370 beschreibt einen Wirbelschichtofen zur Entfernung von Sandkernen aus Gussstücken, wobei ein thermales Verfahren auf der Basis des Gebrauchs von fluidisiertem Sand desselben Typs, wie er zur Herstellung des Sandkerns benutzt wird, angewendet wird. Dieselbe Patentschrift beschreibt die Verwendung des Wirbelschichtofens zur Wärmebehandlung der Aluminiumgussstücke. Dieses thermale Verfahren mit fluidisiertem Sand beseitigt die größeren Nachteile im Zusammenhang mit herkömmlichen Sandkernablösungsverfahren.
Jedoch veranschaulicht die in der US-Patentschrift Nr. 5 423 370 beschriebene Erfindung die Ausübung des Verfahrens unter Anwendung eines diskontinuierlichen Wirbelschichtverfahrens, d. h. die Teile, die verarbeitet werden, werden in oder auf einen Kübel bzw. Korb oder eine Befestigungseinrichtung platziert und dann in die fluidisierten Feststoffe bei einer geeigneten Temperatur während einer geeigneten Zeitdauer untergetaucht, um das Sandkernbindemittel zu pyrolysieren und/oder anderweitig thermal zu zersetzen, so dass dadurch dieser Sand freigesetzt wird und frei in das fluidisierte Bett fließt und schließlich wiedergewonnen und wieder verwendet wird.
Für Anwendungszwecke, die eine hochvolumige Verarbeitung von Teilen beinhalten, sind die Gussmaschinen typischerweise so entworfen, dass sie das Gussstück durch einen Wiederholungsgussvorgang mit relativ kurzem Zyklus formen.
Die Verwendung eines diskontinuierlichen Wirbelschichtofens oder von diskontinuierlichen Wirbelschichtöfen zur Durchführung des Sandkernablösens und/oder gleichzeitiger oder nachfolgender Wärmebehandlungsvorgänge zeigt die folgenden Nachteile:

a) Nachdem die Teile gegossen sind, werden sie in Befestigungseinrichtungen oder Kübel gegeben, bis diese Haltevorrichtungen entsprechend ihrem Fassungsvermögen gefüllt sind, woraufhin die Befestigungseinrichtungen oder Kübel, die die Teile enthalten, in den Wirbelschichtofen für den Zeitraum, der erforderlich ist, um die Verarbeitungsziele zu erreichen, eingetaucht werden. Dies erfordert es, dass die ersten Teile, die in die Befestigungseinrichtung oder den Kübel kommen, warten, bis das Beladen des Kübels oder der Befestigungseinrichtung beendet ist, wodurch sie während dieser Wartezeit Wärme verlieren. Die Durchschnittstemperatur der Teile in der beladenen Befestigungseinrichtung ist beträchtlich niedriger als deren Temperatur, wenn sie die Gussmaschine verlassen. Dies stellt in Bezug auf ein folgendes thermales Verfahren zur Sandkernablösung und Wärmebehandlung eine Energieunzulänglichkeit dar.
b) In typischen Anwendungen hochvolumiger Gussstückverarbeitung liefern die Gussmaschinen mit gleichmäßiger Zykluszeit Teile an das Verfahren. Die Anforderung, eine Ladung Teile zu empfangen, die Abdeckung des Wirbelschichtofens zu öffnen, die Teile einzuladen und dann die Ofenabdeckung zu schließen, verlängert die Verarbeitungszykluszeit noch mehr, wodurch die Kosten für den Prozess steigen.

Des Weiteren wird die gleichmäßige Zuführung der Teile über das Gießverfahren durch die diskontinuierliche Natur der Wirbelbettöfen unterbrochen und wäre mit einem kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Produktfluss durch einen kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Wirbelschichtofen zur Sandkernablösung und Wärmebehandlung besser bedient.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet die Verwendung eines kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Wirbelschichtofens zur Sandkernablösung von Eisen- und Nichteisen-Gussstücken mit oder ohne nachfolgende Wärmebehandlung. Die vorliegende Erfindung beseitigt die Nachteile der älteren Verfahren mit einem nicht-fluidisierten Bett sowie jene des diskontinuierlichen Wirbelschichtofens, wobei ein wirksameres Verarbeitungssystem in Bezug auf die Betriebskosten sowie die Qualität der verarbeiteten Stücke erzielt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung umfasst ein kontinuierliches oder halbkontinuierliches Verfahren oder einen kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Prozess des Entfernens von Sandkernen aus einem in einer Gussform gegossenen Metallteil, das bzw. der einen gebundenen Sandkern zum Ausbilden eines internen Durchgangs und bei Bedarf die Wärmebehandlung des Gussstücks gleichzeitig mit der oder nachfolgend auf die Sandkernentfernung umfasst, welches bzw. welcher folgendes umfasst:
Aussetzen des den Sandkern enthaltenden Teils einer Temperatur, welche ausreicht, um das Sandkernbindesystem zu pyrolysieren oder anderweitig thermal zu zersetzen, und zwar in einem Wirbelschichtofen, der mit einer Fördereinrichtung ausgestattet ist, die die Teile auf kontinuierlicher oder halbkontinuierlicher Basis durch den Ofen bewegt;
und in Fällen, in denen auf die Sandkernentfernung eine Wärmebehandlung der Teile folgt, wird der Wärmebehandlungsprozess in demselben Wirbelschichtofen und/oder in einem erwärmten Volumen, das auf diesen Ofen folgt, oder im Freibord dieses Ofens über dem Bett aus fluidisierten Feststoffen ausgeführt.
Diese Vorgehensweise sieht ein Mittel zur Entfernung von Sandkernen und bei Bedarf zur ökonomischen Wärmebehandlung von Gussteilen bei hohen Produktionsvolumina mit gleichmäßigerer Produktqualität und geringeren Betriebskosten vor. Der aus dem Prozess wiedergewonnene fluidisierte Sand kann zum weiteren Gießereigebrauch recycelt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein diagrammatisches Schema, das den Gesamtprozess der Erfindung zeigt. In einigen Fällen ist es nicht erforderlich, dass einer oder mehrere der gezeigten Schritte gewünschte Ergebnisse erzielen.
2 ist eine Querschnitt-Seitenaufrissansicht eines Wirbelschichtofens, der in dem erfindungsgemäßen Prozess für den Fall nur einer Sandkernentfernung verwendet wird oder der in dem erfindungsgemäßen Verfahren für den Fall einer Sandkernentfernung und einer gleichzeitigen oder anschließenden Wärmebehandlung eingesetzt wird.
3 ist eine Querschnitt-Seitenaufrissansicht eines Wirbelschichtofens, der in dem erfindungsgemäßen Prozess für den Fall einer Sandkernentfernung plus einer Wärmebehandlung verwendet wird, worin der Fluidbett-Freibord als erhitztes Volumen zur Verarbeitung genutzt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Fachleute auf dem Gebiet werden die Erfindung durch das Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen der 1, 2 und 3 gesehen wird, schätzen lernen.
1 zeigt die verschiedenen Schritte, die typischerweise in der kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Sandkernentfernung und Wärmebehandlung typischer Aluminiumgussstücke umfasst sind, die den erfindungsgemäßen Prozess beinhalten. Der Ofen 30 ist die Sandkernentfernungseinheit, die einen thermalen Prozess anwendet, der einen Wirbelschichtofen beinhaltet. Der typische Betriebstemperaturbereich der fluidisierten Feststoffe beträgt 430°C (806°F) bis 520°C (968°F) und die Verarbeitungszeit beträgt typischerweise 30 Minuten bis 2 Stunden, je nach der Komplexität des Gussteils und dem verwendeten Bindemittel der Sandkerne.
Der Glühofen 31 ist ein Wärmebehandlungsschritt, der als „Lösungsglühen" bezeichnet wird, das einen Wirbelschichtofen beinhaltet. Die typische Betriebstemperatur liegt im Bereich von 490°C (914°F) bis 520°C (968°F) und die Verarbeitungszeit beträgt typischerweise 2 bis 10 Stunden, je nach den erforderlichen Eigen schaften des Gussteils und der genauen Zusammensetzung des Aluminiums, das zum Gießen des Teils verwendet wird.
Das Abschreckgefäß 32 ist der Abkühlschritt, der als „Abschrecken" unter Einbeziehung eines Fluidbett-Abschreckgefäßes bezeichnet wird. Die typische Betriebstemperatur des Fluidbett-Abschreckgefäßes liegt im Bereich von 100°C (212°F) bis 200°C (392°F) und der typische Abschreckprozess beinhaltet das Abkühlen des Teils von seiner Lösungsglühen-Verarbeitungstemperatur auf ungefähr 200°C (392°F) innerhalb eines Zeitbereichs von 0,5 bis 10 Minuten, je nach den geforderten Eigenschaften des Gussteils und der genauen Zusammensetzung des Aluminiums, das zum Gießen des Teils verwendet wird.
Der Alterungsofen 33 ist der Wärmebehandlungsschritt, der als „Altern" bezeichnet wird und einen Wirbelschichtofen oder Konvektionsofen beinhaltet. Die typische Betriebstemperatur beträgt 200°C (392°F) und die Verarbeitungszeit beträgt typischerweise 2 bis 10 Stunden, je nach den geforderten Eigenschaften des Gussteils und der genauen Zusammensetzung des Aluminiums, das zum Gießen des Teils verwendet wird.
Die letzte Kammer 34 ist das Abkühlen der Teile, um die Handhabung aus dem Prozess zu vereinfachen. Dies wird typischerweise durch eine Konventionskühlkammer oder natürliches konvektives Abkühlen in Umgebungsluft erreicht.
Eine typische Strategie für den Umgebungslufteinlass in das System, die Energieeingaben, die Energiewiedergewinnung und das Ablassen in die Atmosphäre ist ebenfalls diagrammatisch in 1 für einen typischen Aluminiumgießvorgang gezeigt, der den erfindungsgemäßen Prozess beinhaltet.
Umgebungsluft wird durch das Gebläse 37 komprimiert, durch den Wärmetauscher 36 und dann durch den Warmluftbereiter 39 hindurchgeführt und wird zur fluidisierten Luft für den Wirbelschichtofen 30 zur Sandkernentfernung. Ein anderer Zweig bzw. Anteil dieser Luft aus dem Wärmetauscher 36 wird durch den Warmluftbereiter 40 hindurchgeführt und wird zur fluidisierten Luft für den Lösungsglühofen 31. Diese Fluidisierungsluftströme mit hoher Temperatur, die typischerweise im Temperaturbereich von 520°C (968°F) bis 650°C (1202°F) liegen, liefern die Energieeingabe, um diese beiden Wirbelschichtöfen auf ihrer jeweiligen erforderlichen Betriebstemperatur durch Steuerung der Energieeingaben in die Warmluftbereiter 39 und 40 zu halten und zu steuern. Diese Energieeingabe wird typischerweise von elektrischen Widerstandserhitzern oder durch Erdgasbrenner in den Warmluftbereitern geliefert.
Ein weiterer Luftanteil aus dem Gebläse 37 wird unerwärmt in das Fluidbett-Abschreckgefäß 32 eingeführt und wird zur fluidisierten Luft in diesem Fluidbett-Abschreckgefäß. Die Temperatur des Fluidbetts im Abschreckgefäß 32 wird typischerweise auf der erforderlichen Temperatur gehalten und gesteuert, indem wassergekühlte Rohre verwendet werden, die in den fluidisierten Feststoffen des Betts eingetaucht sind.
Umgebungsluft wird von dem Gebläse 38 komprimiert, durch den Wärmetauscher 41 hindurchgeführt und in den Konvektionsalterungsofen 33 eingegeben, in dem es zur Konvektionsluft mit gesteuerter Temperatur wird, die die Teile, die verarbeitet werden, auf der erforderlichen Temperatur hält, so dass die Alterungsbehandlung erzielt wird.
Das Umgebungsluftgebläse 38 führt auch unerwärmte Luft in die Kühlkammer 34 ein, die sie an die Atmosphäre abgibt.
Fluidisiertes Abgas, das aus dem fluidisierten Bett im Ofen 30 abgegeben wird, wird durch ein Reinigungssystem 35, typischerweise einen Zyklon und Nachverbrenner, geführt, um Feinstaub und organische Verunreinigungen aus dem Sandkernpyrolyseschritt zu entfernen, dann durch den Wärmetauscher 36 zur Energiewiedergewinnung geführt, dann durch den Wärmetauscher 41 zur zusätzlichen Wärmewiedergewinnung geführt und dann in die Atmosphäre abgegeben.
Fluidisierendes Abgas, das aus dem Ofen 31 durch ein Reinigungssystem 42, typischerweise einen Zyklon zur Feinstaubentfernung, abgegeben wird, verbindet sich mit jenem, das aus dem Ofen 30 an einem Punkt nach dem Wärmetauscher 36 abgegeben wird, und die verbundenen Ströme werden dann durch den Wärmetauscher 41 zur zusätzlichen Wärmewiedergewinnung hindurchgeführt, und dann wird es an die Atmosphäre abgegeben.
Fluidisierendes Abgas aus dem Fluidbett-Abschreckgefäß 32 wird durch ein Reinigungssystem 43, typischerweise einen Zyklon zur Feinstaubentfernung, geführt und dann an die Atmosphäre abgegeben.
Abgas aus dem Alterungsofen 33 wird an die Atmosphäre abgegeben, ebenso wie das Abgas aus der Kühlkammer 34.
Eine typische Strategie, wie sie vorstehend beschrieben ist, erzielt sowohl die Vorteile einer hohen Energieeffizienz als auch die Erfüllung der Anforderungen strenger Normen zur Atmosphärenemission.
Es wird auf 2 Bezug genommen, in der ein typischer kontinuierlicher oder halbkontinuierlicher thermaler Prozess zur Ausführung des erfindungsgemäßen Prozesses in Bezug auf Sandkernentfernung diagrammatisch gezeigt ist. Dies ist ein typisches Beispiel für die Erfindung. Dieses Verfahren kann mit anderen Konfigurationen aus Ofen und/oder mechanischen Fördereinrichtungen in die Praxis umgesetzt werden.
Ein Wirbelschichtofen 7 ist mit einer kontinuierlichen Fördereinrichtung 9 ausgestattet, die ein Kettentyp oder irgendeine der Fördereinrichtungen aus dieser allgemeinen Kategorie sein kann. Die Fördereinrichtung besteht aus Kübeln oder Befestigungseinrichtungen 10, die die Gussstücke 17 halten und sie einzeln oder in Gruppen kontinuierlich oder zyklisch (halbkontinuierlich) durch den Ofen gleichmäßig und mit linearer Geschwindigkeit bewegen können, die so angepasst wird, dass sie die erforderliche Verweilzeit der Teile im Ofen erzielt.
Die Teile kommen in den Ofen und den Vorraum 18 durch eine Tür 14, die automatisch geöffnet und geschlossen werden kann. Nachdem die Tür 14 geschlossen ist, öffnet sich die folgende Tür 13 und lässt den Kübel oder die Befestigungseinrichtung 17 den Vorraum 18 verlassen und in den Ofenraum 8 kommen. Diese Zubringertüren 13 und 14 öffnen und schließen sich weiterhin abwechselnd, während die Fördereinrichtung 9 die aufeinander folgende Reihe von Kübeln oder Befestigungseinrichtungen durch den Ofen zum Abgabevorraum 19 bewegt.
Die Teile verlassen den Ofen durch die Tür 15 in den Abgabevorraum 19.
Nachdem der abgebende Kübel oder die abgebende Befestigungseinrichtung 10 in den Abgabevorraum 19 gekommen ist, schließt sich die Tür 15 und die Tür 16 öffnet sich und lässt den Kübel oder die Befestigungseinrichtung den Vorraum 19 verlassen und zum nächsten Verarbeitungsschritt für die Gussstücke oder zu einem Entladebereich weitergehen, wo das Gussstück 17 aus dem Kübel oder der Befestigungseinrichtung entnommen wird, wenn dieser Prozess nur das Sandkernablösen beinhaltet. Diese Auslasstüren 15 und 16 öffnen und schließen sich weiterhin abwechselnd, während die Fördereinrichtung 9 die aufeinander folgende Reihe von Kübeln oder Befestigungseinrichtungen aus dem Ofen 8 hinaus bewegt.
Der Ofen 8 enthält ein Bett aus fluidisierten Feststoffen 6, das in der bevorzugten Ausführungsform fluidisierter Gießereisand derselben Zusammensetzungs- und Größenspannen ist, wie er zur Herstellung der Sandkerne, die in diesem Ofen entfernt werden, benutzt wurde. Das Niveau fluidisierter Feststoffe ist dergestalt, dass die abnehmende Erhöhung der Fördereinrichtung 9 am Zubringerende von einer horizontalen Ebene gefolgt und dann von der ansteigenden Erhöhung der Fördereinrichtung 9 am Abgabeende gefolgt ist, so dass die Kübel oder die Befestigungseinrichtung 10, die die Teile 17 enthalten, mit gesteuerter Geschwindigkeit durch das Bett fluidisierter Feststoffe hindurchgeführt werden.
Die fluidisierte Luft zur Schaffung des fluidisierten Betts aus körnigen Feststoffen ist typischerweise Umgebungsluft, die durch das Gebläse 1 durch den Warmluftbereiter 2 und durch den Verteilungskanal 3 gepumpt wird, der die erwärmte Luft der Sammelkammer 4 zuführt, welche das enthaltene Volumen unter der Fluidisierungsluft-Verteilerplatte 5 hält und die fluidisierte Luft durch die Verteilerplatte 5 zuführt, die wiederum eine gleichmäßige Verteilung der Luft in die fluidisierten Feststoffe ausführt, wodurch die körnigen Teilchen schwerelos schweben und das Phänomen fluidisierter Feststoffe schaffen.
Die erwärmte fluidisierte Luft liefert auch die erforderliche Energie, um die fluidisierten Festestoffe auf der Temperatur zu halten und zu steuern, die erforderlich ist, um die Sandkerne durch thermisches Pyrolysieren oder anderweitiges Zersetzen des Sandkern-Bindemittels abzulösen, das dazu dient, die Sandkerne als gehärtete Masse zu bewahren. Wenn das Bindemittel thermisch pyrolysiert oder zersetzt wird, wird der Sand des Sandkerns fließfähig, die Sandkörnchen fließen aus dem Gussstück und werden beweglich und zu einem Teil der fluidisierten Feststoffe im Ofen. Diese thermale Zersetzung des Bindemittels wird typischerweise in einem Temperaturbereich von 800°F bis 950°F erreicht, wobei sich die Teile ungefähr 20 bis 90 Minuten, je nach der Geometrie und Größe der betroffenen Teile, auf der Temperatur befinden.
Der zugesetzte Gießereisand aus den Sandkernen, der in das fluidisierte Bett fließt, wird aus dem Ofen durch Überfließen durch das Überlaufrohr 20 abgelassen, das sich typischerweise nahe dem oder am Auslassende des Ofens befindet. Es wird dann gesammelt, gekühlt, gegebenenfalls gesiebt und ist dann typischerweise bereit für eine erneute Verwendung.
In einem typischen kontinuierlichen Prozess ist der Sand aus den Sandkernen, die zu den fluidisierten Feststoffen des Ofens beitragen, ein relativ kleiner Teil der Gesamtmenge. Daher ist die Verweilzeit des wiedergewonnenen abgelösten Sands im Ofen relativ lang, typischerweise 10 bis 100 Stunden, je nach den Prozessdetails der Anwendung. Diese verlängerte Zeitdauer bei erhöhter Temperatur von vorteilhafterweise ungefähr 510°C führt typischerweise zu einem wiedergewonnenen Sand von sehr hoher Qualität.
Das fluidisierende Gas aus dem Bett fluidisierter Feststoffe 6 verlässt den Ofen durch den Kanal 21, wird dann durch eine Abgasbehandlung, das System 11, das typischerweise einen Zyklon zur Feinstaubentternung und einen Nachverbrenner zum Oxidieren aller flüchtigen organischen Kohlenstoff- (volatile organic carbon – VOC-) Verbindungen aus der thermischen Zersetzung des Sandkern-Bindemittels enthält, und dann durch einen Auslass 12 geführt, der den Wirbelschichtofen 7 unter einem leicht negativen Druck, typischerweise weniger als 0,5 Zoll Wassersäule (inches wc), hält und bewirkt, dass das fluidisierende Gas das Ofensystem verlässt.
Wenn anschließend an die Anforderung einer Sandkernablösung ein Lösungsglühen-Wärmebehandlungsschritt folgt, kann dasselbe in 2 gezeigte System für beide Schritte mit der Ausnahme verwendet werden, dass der Wirbelschichtofen 7 ausreichend lang ausgeführt werden muss, um die Verweilzeitanforderungen zur Durchführung beider Verarbeitungsschritte vorzusehen.
Ein größerer wirtschaftlicher Vorteil für diese Vorgehensweise ist, dass während des Schrittes der Sandkernablösung die Gussstücke auf eine erhöhte Temperatur erhitzt werden, die auch zu einem gleichzeitigen Lösungsglühen führt. In den meisten Fällen wird die Sandkernentfernungs-Verweildauer Teil der Lösungsglühzeit, wodurch die Gesamtzykluszeit verkürzt wird.
Dieser Vorteil ist von Bedeutung, wenn die Temperatur zur thermischen Sandkernablösung derjenigen, die zum Lösungsglühen erforderlich ist, gleich- oder nahe kommt, wie es der Fall ist, wenn Aluminiumgussstücke verarbeitet werden.
Es wird auf 3 Bezug genommen, worin der erfindungsgemäße Prozess auch unter Einsatzes des Volumens, d. h. des Freibords, über dem fluidisierten Bett des Wirbelschichtofens als Haltezone zur Wärmebehandlung oder zum Vorwärmen der Teile, die verarbeitet werden, praktiziert werden kann.
Diese Verarbeitungsanordnung nutzt die Tatsache, dass in einem Wirbelschichtofen die fluidisierte Gasphase, die vertikal durch die Oberfläche der fluidisierten Feststoffe austritt, die Temperatur in dem Volumen als Freibord auf einer sehr gleichmäßigen Temperatur hält, da die austretende Gasphase eine sehr gleichmäßige Temperatur hat.
Außerdem fließt diese Gasphase mit einer angemessenen Geschwindigkeit, je nach der Größe der Teilchen, die das fluidisierte Bett bilden, und daher ergibt sich daraus die Fluidisierungsgeschwindigkeit.
Die Anordnung in 3 ist ein zweischichtiges Beförderungssystem mit Teilen, die durch das fluidisierte Bett in eine Richtung transportiert und am Ende des Betts erhöht und in die andere Richtung über dem Bett zurückbefördert werden. In 3 sind Teile, die denen in 2 beschriebenen analog sind, mit gleichen Nummern, gefolgt von einem Strichindexsymbol, bezeichnet.
In dem in 3 gezeigten Verarbeitungsbeispiel kommen die Gussteile durch die automatische Tür 14' in den Vorraum 18' in den Ofen und dann durch die Tür 13' in den Wirbelschichtofen 8', wobei der abwechselnde Zyklus dieser beiden Türen den Vorraum 18' bildet, was verhindert, dass sich die Ofenatmosphäre und die Umgebungsatmosphäre frei austauschen.
Die befestigten Teile 17' im Kübel oder in der Befestigungseinrichtung 10' werden durch die Kettenfördereinrichtung 9' mit der erforderlichen Temperatur durch das fluidisierte Bett zur Ausführung des Sandkernablösens transportiert.
Am entfernten Ende des Ofens läuft der Bereich 21 der Förderkette vertikal und kehrt dann in die entgegengesetzte Richtung zurück (siehe Bereich 22').
Wenn die befestigten Teile die Endposition 25' erreichen, hebt der Lift 23' den Kübel oder die Befestigungseinrichtung zur oberen Ebene der Kette 22' und dann wird er bzw. sie horizontal zur Ausgangstür 15' befördert.
Während dieses Durchgangs über dem fluidisierten Bett werden die Gussstücke auf konstanter Temperatur gehalten und dadurch lösungsgeglüht.
Die befestigten Teile verlassen dann den Ofen durch die Tür 15', den Vorraum 19' und die Ausgangstür 16'.
Die gezeigte Verarbeitungsstrategie von fluidisierender Luft und Abgasabgabe ist dieselbe, wie sie für 2 beschrieben ist.
Die Vorteile dieser Verarbeitungsvorgehensweise mit einem zweischichtigen Fluidisierungsbett umfassen:

1. Hohe Energieeffizienz pro verarbeitetes Teil. Das Fluidisierungsgas hält die Temperatur im fluidisierten Bett und wird ein zweites Mal mit derselben Temperatur im Freibordvolumen verwendet.
2. Die Ofengröße für eine gegebene Kapazität ist in der Länge beträchtlich verringert, was die Kosten des Ofens pro verarbeitetes Teil senkt, und dies gilt gleichermaßen für einige der Zubehörteile des Verarbeitungssystems.

Es wird bemerkt, dass das in 3 gezeigte Verarbeitungsschema zum Vorerhitzen von Teilen für einen Sandkernablösungsprozess angewendet werden kann, der keinen Wärmebehandlungsvorgang erfordert, indem die Richtung der Förderkette 9', 24' und des Bereichs 22' umgekehrt wird.
In der vorliegenden Verarbeitungsanordnung kommen die befestigten Teile bei Umgebungstemperatur durch die Tür 16', den Vorraum 19' und die Tür 15' in den Ofen.
Die befestigten Teile gehen über das fluidisierte Bett hinweg, wobei sie durch den Kettenabschnitt 22' vom Zufuhrpunkt zur Endposition 26' befördert werden. Während sie diesen Weg zurücklegen, wird die Temperatur der Teile von der Umgebungstemperatur oder oberhalb der Umgebungstemperatur auf die zum Sandkernablösen notwendige Temperatur erhöht.
Von der Position 26' wird das befestigte Teil durch den Lift 23' zum unteren Kettenabschnitt 9' gesenkt, wodurch es in das fluidisierte Bett getaucht wird.
Die befestigten Teile werden durch den Kettenabschnitt 9' durch das fluidisierte Bett transportiert und verlassen den Ofen durch die Tür 13', den Vorraum 18' und die Tür 14'. Der Sandkernablösungsprozess wird während dieses Zeitraums durchgeführt, während sich die befestigten Teile im fluidisierten Bett während der erforderlichen Verweilzeit auf der Temperatur befinden.

Das folgende Beispiel, das Aluminium-Kraftfahrzeugmotorteile betrifft, wurde in einem Pilotanlagen-Vorgang durchgeführt, der den Prozess der vorliegenden Erfindung simuliert. Das Beispiel beschreibt die Art und den Prozess des Herstellens und Anwendens der Erfindung und veranschaulicht die beste Art und Weise, die zum Ausführen der Erfindung in Betracht gezogen wurde, ist aber nicht als einschränkend anzusehen. BEISPIEL

Teile	Aluminiumgussstücke/Motorblöcke 5.500 kg/h
Sandkernablösungsbedingungen:	Temperatur: 500°C Verweilzeit: 90 Minuten Umgebung: Fluidisierte Feststoffe/Gießereisand
Wärmebehandlungsbedingungen:	Temperatur: 500°C Verweilzeit: 5 Std. Dies war die Gesamtzeit einschließlich der 90 Minuten für das Sandkernablösen. Beide Vorgänge wurden nacheinander in demselben Ofen durchgeführt.
Abschrecken:	Schnelles Abschrecken auf 200°C in Fluidisierungs-Feststoff-Bett aus Gießereisand. Fluidisierte Feststoffe unter Verwendung von Wasserkühlschlangen gekühlt.
Altern:	3 Std. bei 230°C in Wirbelschicht-Alterungsofen Umgebungsluftabkühlung auf 60°C
Wärmebehandlungsergebnisse:	Blöcke erzielten eine Brinell-Härte von 93–109.

Claims

Verfahren zur Entfernung von Sandkernen aus den internen Durchgängen und Hohlräumen mehrerer durch die Sandkerne geformter Metallgussstücke (17, 17'), wobei die Sandkerne aus Sand und einem Bindemittel zur Aufrechterhaltung einer erforderlichen Form und Härte des Sandkerns bestehen und das Bindemittel bei einer erhöhten Temperatur thermal zersetzt wird, umfassend das Vorsehen eines Wirbelschichtofens (7, 7') mit einem Bett (6, 6'), das aus fluidisiertem Sand geformt ist, der auf einer Temperatur gehalten wird, welche ausreicht, um das Bindemittel thermal zu zersetzen, und einem Freibordraum (8, 8') über dem Bett; dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihe einzelner und separater Metallgussstücke (17, 17'), die die Sandkerne enthalten, kontinuierlich der Reihe nach durch den Ofen hindurchgeführt und in dem fluidisierten Sand untergetaucht werden, wobei das Durchführen bei einer Geschwindigkeit erfolgt, um einzelne Gussstücke der Reihe nach während einer Verweilzeit untergetaucht zu halten, welche ausreicht, um das Bindemittel thermal zu zersetzen; wodurch Sand aus den Kernen, der frei von Bindemittel ist, frei aus dem einzelnen Gussstück fließt, um sich in den fluidisierten Sand im Ofenbett (6, 6') zu integrieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperatur des fluidisierten Sands durch Erwärmen der Umgebungsluft auf eine Temperatur über der Erhaltungstemperatur und Verteilen der erwärmten Umgebungsluft auf dem Grund des fluidisierten Sandbetts aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hindurchgeführten Metallgussstücke (17, 17') anschließend wärmebehandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Bindemittel gleichzeitig mit der Wärmebehandlung zersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Wärmebehandlung ein Lösungsglühen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Wärmebehandlung ein Lösungsglühen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren das kontinuierliche Abschrecken der einzelnen und separaten Metallgussstücke bei ihrem Auftauchen aus dem fluidisierten Bett umfasst, wodurch eine erforderliche Härte erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, das des Weiteren das kontinuierliche Abschrecken der einzelnen und separaten Metallgussstücke bei ihrem Auftauchen aus dem fluidisierten Bett umfasst, wodurch eine erforderliche Härte erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, das des Weiteren das kontinuierliche Abschrecken der einzelnen und separaten Metallgussstücke bei ihrem Auftauchen aus dem fluidisierten Bett umfasst, wodurch eine erforderliche Härte erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, das des Weiteren das kontinuierliche Abschrecken der einzelnen und separaten Metallgussstücke bei ihrem Auftauchen aus dem fluidisierten Bett umfasst, wodurch eine erforderliche Härte erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, das des Weiteren das Altern der abgeschreckten Metallgussstücke bei erhöhter Temperatur in einem Wirbelschichtofen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, das des Weiteren das Altern der abgeschreckten Metallgussstücke bei erhöhter Temperatur in einem Wirbelschichtofen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, das des Weiteren das Altern der abgeschreckten Metallgussstücke bei erhöhter Temperatur in einem Wirbelschichtofen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, des Weiteren das Altern der abgeschreckten Metallgussstücke bei erhöhter Temperatur in einem Wirbelschichtofen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die einzelnen und separaten Metallgussstücke, welche Sandkerne enthalten, vorerhitzt werden, bevor sie kontinuierlich in den Wirbelschichtofen geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Vorerhitzen ausgeführt wird, indem die Sandkerne enthaltenden Metallgussstücke kontinuierlich durch den Wirbelschichtofen-Freibord über dem Bett hindurchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metall Aluminium ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der aus den Sandkernen wiedergewonnene Gießereisand auf einer Temperatur von annähernd 510°C während langer Verweilzeiten von 10 Stunden bis mehr als 100 Stunden gehalten wird, um einen organischen Fortbestand zu eliminieren.
Vorrichtung für die fortgesetzte aufeinander folgende Entfernung von Sandkernen aus den internen Durchgängen und Hohlräumen mehrerer durch die Sandkerne der Reihe nach geformter Metallgussstücke (17, 17'), wobei die Sandkerne aus Sand und einem Bindemittel zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Form und Härte des Sandkerns bestehen und wobei das Bindemittel bei einer erhöhten Temperatur thermal zersetzt werden kann, welche folgendes umfasst: einen Wirbelschichtofen (7, 7'); eine erste mechanische Fördereinrichtung (9, 9'), die dazu ausgelegt ist, die Sandkerne enthaltenden Gussstücke kontinuierlich oder halbkontinuierlich in den Ofen einzutragen und die Gussstücke in dem fluidisierten Bett (6, 6') im Ofen un terzutauchen und die Gussstücke im untergetauchten Zustand durch das fluidisierte Bett (6, 6') zu tragen; eine Temperatursteuerungseinrichtung, um das Fluidbett auf Temperaturen zur thermalen Zersetzung des Bindemittels zu halten; eine Fördergeschwindigkeits-Steuerungseinrichtung für die mechanische Fördereinrichtung (9, 9') zur Steuerung der Verweilzeit im fluidisierten Bett; wodurch der Sand aus dem bindemittelfreien Sandkern frei aus den internen Durchgängen und Hohlräumen des Gussstücks fließt, um sich mit den fluidisierten Feststoffen im Ofen zu assimilieren; und eine Dauerausgangseinrichtung (15, 19, 16; 15', 19', 16') aus dem Wirbelschichtofen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das fluidisierte Bett eine Länge zum Vorsehen eines gleichzeitigen Sandkern-Ablösens und einer Wärmebehandlung von Gussstücken aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die mechanische Fördereinrichtung (9, 9') die entkernten Gussstücke kontinuierlich aus dem Wirbelschichtofen trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 21, das des Weiteren ein Abschreckgefäß (32) zum kontinuierlichen Aufnehmen entkernter Gussstücke aus dem Wirbelschichtofen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei das Abschreckgefäß (32) ein fluidisiertes Bett umfasst, das unter Verwendung von Kühlrohren mit hindurchzirkulierendem Wasser auf Temperatur gehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei das Abschreckgefäß (32) ein fluidisiertes Bett umfasst, das unter Verwendung gekühlter oder Umgebungs-Fluidisierungsluft auf Temperatur gehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei das Abschreckgefäß (32) einen Tank mit bewegter Flüssigkeit umfasst, die unter Verwendung eines Wärmetauschers auf Temperatur gehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 22, die des Weiteren einen Alterungsofen (33) umfasst, der dazu ausgefegt ist, kontinuierlich abgeschreckte und entkernte Gussstücke aus dem Abschreckgefäß (32) kontinuierlich aufzunehmen und die abgeschreckten Gussstücke während einer erforderlichen Alterungsdauer auf einer erhöhten Temperatur zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei der Alterungsofen (33) ein Wirbelschichtofen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, die des Weiteren eine zweite mechanische Fördereinrichtung (22'), die den Raum über dem Bett des Wirbelschichtofens durchquert und in einer Richtung von der Richtung der ersten mechanischen Fördereinrichtung weg fördert; und eine Einrichtung (23) zum Transportieren entkernter Gussstücke aus der ersten mechanischen Fördereinrichtung zur zweiten mechanischen Fördereinrichtung umfasst.