EP0917921B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Kern- oder Formsand - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Kern- oder Formsand Download PDF

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EP0917921B1
EP0917921B1 EP98121747A EP98121747A EP0917921B1 EP 0917921 B1 EP0917921 B1 EP 0917921B1 EP 98121747 A EP98121747 A EP 98121747A EP 98121747 A EP98121747 A EP 98121747A EP 0917921 B1 EP0917921 B1 EP 0917921B1
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EP
European Patent Office
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sand
fluidized bed
cooling
heated
chamber
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EP98121747A
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French (fr)
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EP0917921A1 (de
Inventor
Carmen Scherer
Ralph Koppenhöfer
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Individual
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C5/00—Machines or devices specially designed for dressing or handling the mould material so far as specially adapted for that purpose
    • B22C5/08—Machines or devices specially designed for dressing or handling the mould material so far as specially adapted for that purpose by sprinkling, cooling, or drying

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for Recovering reusable core or molding sand Pieces of used cores or shapes as well as from contaminated Used sand from foundries.
  • a system works for example from US-A 3 976 422 as known.
  • the the prior art known therefrom is in the genus formation of independent claim 1 (procedure) or of the independent Claim 12 (device) used as a basis.
  • Sand molds are generally used in the production of castings and / or sand cores from bound quartz sand are used. After the castings have solidified, they are shaped and cored, leaving the sand in more or less large fragments bound sand and - as far as the grains of sand themselves detached individually from the fragments - in the form of individual, Grains of sand coated with binder are present. Besides, is the old sand in small quantities with others from the foundry Residues contaminated, e.g. with oxidized metal beads due to metal splashes, with metal chips and Burr remnants from cast iron cleaning.
  • the fluidizing air the two lower chambers pass through the bottom of the preheating chamber as the fluidizing air there, the contained therein Heat is given off to the sand in the preheating chamber.
  • the sand passes horizontally through the preheating chamber Direction corresponding to the direction of flow through the combustion chamber and directed in the opposite direction through the adjacent cooling chamber is.
  • the cold sand in the area above the cooling chamber takes off So the waste heat from the cooling chamber, whereas the so moderate preheated sand now above the combustion chamber Waste heat from the fluidization air and the exhaust gases from the combustion chamber records and is strongly heated by these.
  • the preheating chamber descends vertically into the combustion chamber.
  • the preheated fluidization air supplied from the bottom becomes a preheated fuel mixture for a support fire fed through which the binder resin is burned.
  • the combustion chamber and the cooling chamber are thermally insulated Partition wall separated from each other, which is the height of the fluidized bed exceeds. In the partition are near the floor and in Distance to the ground through openings arranged through the the cleaned but still hot sand from the combustion chamber into the Cooling chamber overflows.
  • the fuel can flow through two of these heat exchangers or the fluidizing air of the combustion chamber are preheated. Another, near the bottom and the outlet
  • the heat exchanger arranged in the cooling chamber can remove the sand further heat is removed and dissipated to the outside.
  • the addition device is as Injector and the controllable transfer opening from the preheating chamber formed in the combustion chamber in the form of a narrow slot. Both on the addition device and on the The feed material must be cleaned of foreign particles and pre-shredded to flowable particle size the addition device or transfer opening also in continuous use can happen without interference. Everything about particles entered in the compact system at the entry point must pass through all openings and chambers and - apart from the exhaust gases from the burned binder resins - on exit the outlet opening. There is no removal option for removing foreign particles from the process. Therefore, the sand given in must not be coarser and gas or combustion-resistant particles such as metal Plaster residues, broken glass or the like. contain.
  • the one for regeneration Used sand that can be processed in the known compact system So - as I said - not only be pre-shredded, but also no larger organic particles such as paper, textiles, Pieces of wood or plastic parts as well as lumps of water-wet or binder-wet, uncured sand contain.
  • the object of the invention is a method and an apparatus for the regeneration of old foundry sand, with whichever of smaller quantities of used sand is economical can be regenerated and rewarded with the also rough shape and core breakage as well as heavily contaminated Used sand without any pretreatment or pre-selection can be treated.
  • This task is based on the generic method or the generic device according to the invention by the characterizing features of claim 1 (method) or by the characterizing features of claim 12 (device) solved.
  • the concentration of features according to the invention on a hot fluid bed is the cause of the simplicity of the Regeneration plant. Thanks to the simplicity of the invention Process equipment requires it - based on the unit of time enforceable amount of sand - only relatively low investment costs and therefore also works at comparative low volume flows profitable. Because of the simplicity of the Plant and the integrated selection of resistant foreign particles the system is also contaminated with various types Used sand finished without problems. It does not make high demands to the operating personnel.
  • the concentration of features according to the invention is used for sand regeneration Completely new for smaller flows and without any Role model in the state of the art.
  • the recovery device 1 shown in the drawing comprises a container 2 in which two lying side by side Chambers are formed, namely a recovery chamber 3rd and a cooling chamber 4.
  • the container 2 has a bottom 5 in the embodiment of rectangular plan, of which four Rise up sidewalls that delimit an interior space 7.
  • Interior 7 is located starting from the floor 5 upwards protruding partition 8, which are between two opposite Side walls extends so that the interior 7 in the two chambers 3, 4 is divided.
  • each one of the chambers 3, 4 cover completely or partially removable.
  • the cover 13, 14 remove so that an upward opening is exposed becomes.
  • the type of cover 13, 14 is arbitrary, with the embodiment Sliding covers are provided, which become the Move opening and closing horizontally according to double arrows 15 to let. The possibility of being largely complete Expose the top of at least the recovery chamber should be used to drain the below described Sieve basket 54 may be given.
  • the top needs the Recovery chamber for ongoing refilling not to be fully exposed with material to be treated.
  • the sliding lid 13 has a filling opening contains, which by an integrated, e.g. counterbalanced Filling flap is closable, which by hitting The filling material opens automatically.
  • the side walls 6, the bottom wall 5 and the partition 8 are as far as they enclose the recovery chamber 3, good heat insulation trained to heat loss of the heated To keep the hot fluidized bed as low as possible and to keep the Surface temperatures on the outer surfaces of the recovery chamber on easily tolerable and harmless Reduce values.
  • the side walls, the bottom and the lid of simple, i.e. occidentalnatureisol Ofm Steel sheet exist, because here in anyway Molding sand contained heat should be dissipated and because of the reduced temperature of the molding sand in the cooling chamber do not expect dangerous temperatures is.
  • First outflow means 17 are located in the recovery chamber 3 provided that dip into the associated molding sand filling 16 and are surrounded by it on all sides. Comparable Ways are in the cooling chamber 4 from the molding sand filling there 16 'enclosed second outflow means 18 are provided. Via the outflow means 17, 18 is in the associated molding sand fillings 16, 16 'compressed fluidization air can be introduced.
  • the outflow means 17, 18 are preferably in a suitable distribution laid pipe body 22, 22 ', the Interior according to arrows 23 from outside the container 2 compressed fluidization air is supplied, which then in the respective chambers 3, 4 through the outflow openings 24 according to arrows 25 and into the relevant sand fillings 16, 16 'occurs.
  • the two outflow means 17, 18 become independent of one another fed with compressed fluidization air. So they stand first outflow means 17 with an outside of the recovery chamber arranged compressor 26 in connection, wherein in the connection also outside the recovery chamber 3 arranged heater 27 is interposed.
  • the aforementioned components together form a hot air generator 28, the hot air by means of the first air outlet means 17 feeds into the molding sand filling 16 of the recovery chamber 3.
  • the air temperature can at least 550 ° C to 600 ° C amount on the immediate heating element.
  • the actual temperature of the hot fluidized bed is due to certain heat losses somewhat lower and is e.g. 490 to 530 ° C.
  • This Temperature is below the combustion temperature the pyrolysis of binders and accompanying organic substances Formsandes emerging gasification products, so that it is not too a spontaneous combustion of the exhaust gases, quite apart that the concentration of the combustible gas components in the exhaust air for permanent, self-sustaining combustion would be too small.
  • the second outflow means 18 are connected to an outside of the Cooling chamber located compressor 26 coupled. From him compressed fluidizing air is passed through the second without heating Air outlet means 18 into the molding sand filling 16 'of the cooling chamber 4 initiated and has the task that in the cooling chamber cool the fluidized molding sand to about room temperature.
  • the temperature of the air introduced should be at least around ambient temperature or below. if necessary can easily add an additional cooling device in the form of a performance-based need Refrigeration unit are provided, which the cooling gas on a cools down lower temperature. It is also conceivable to be targeted and needs-based liquid air in a heat-insulated Storage container is provided in the pre-compressed Injecting fluidizing air so that it is low To cool down temperatures.
  • the recovery device 1 forms within of the two chambers 3, 4 by the infeed according to arrows 25 Fluidizing air from a fluidized bed, the individual Grains of sand from the molding sand 16, 16 'in a kind of suspended state are displaced and the molding sand has a fluid-like state having.
  • the individual grains of sand are there in lively movement and experiencing an intensive mixing, without leaving the molding sand filling.
  • an overflow 34 between the chambers 3 and 4 can Refill the recovery chamber 3 with new items to be treated due to displacement of regenerated molding sand 16 from the hot fluid bed 32 pass into the cooling fluidized bed 33, where it cooled becomes.
  • the overflow 34 is so formed that the molding sand from the recovery chamber 3rd Depending on the level, passes into the cooling chamber 4. From reaching a certain level of the hot fluidized bed 32 occurs automatically molding sand from the recovery chamber 3 into the cooling chamber 4 over.
  • the overflow 34 forms a permanent connection between the two chambers 3, 4, however, due to a level difference between the two whirling surfaces of the adjacent fluidized beds only in one direction of flow, namely from chamber 3 to chamber 4 is effective. It shouldn't recooled molding sand from the cooling chamber into the one to be heated Hot fluidized bed can get back.
  • the overflow 34 is in the illustrated embodiment in Area of the partition 8 is provided. He is one of the two Chambers 3, 4 connecting opening 35 formed, the lower Boundary wall from an upward-facing edge area 36 of the partition 8 is specified.
  • the opening 35 can for example a window-like recess in the partition 8 be, as is the case with the exemplary embodiment.
  • the recovery device 1 enables the in foundries accruing, partly with foreign particles and substances contaminated old sand and bound molding sand Recycle core and mold fragments to make the molding sand practical to get back in output quality.
  • castings made of aluminum or gray cast iron are often molds made from bonded molding sand and casting cores used.
  • the molding sand becomes a liquid, hardenable Binder added, the amorphous so produced Mix the sand in an openable and closable mold filled with bubbles, the binder and with it the sand mixture hardened in the mold and after opening it the now solidified and dimensionally stable casting mold or the casting core taken from bound molding sand.
  • the cleaned Mold parts and mold cores become a complete mold composed of a certain shape during the casting process of the casting to be cast. After pouring, it has to Cast part can be taken out of the mold and cored.
  • the the casting mold surrounding the outside can be made relatively simply by opening the divisible mold and by shaking Peel off the casting in chunks. Different types of cores can be used Processes are used, mostly the cores but mechanically shaken out of the castings, - knocked or - chiseled, with the seeds in more or less large fragments.
  • Through the recovery device 1 is a very simple separation between the molding sand and the binder possible, so that ultimately more free and binder-free molding sand is present.
  • the two are in the initial state of a recovery process Chambers 3, 4 each with a molding sand filling 16, 16 ' pourable, granular molding sand filled, the filling height in the recovery chamber 3 is larger than in the cooling chamber 4.
  • the fill level is at least twice the diameter of the largest shape or to be treated Core fragments 37.
  • the decay proceeds - similarly like a melting process - from the outside to what used to be deeper Layers instead.
  • the one there resulting gases occur together with the fluidizing air Arrows 38 on the top of the hot fluidized bed 32. Apart from resistant particles, only the binder-free ones remain and scattered shaped sand grains back.
  • the removal means 43 provided in the exemplary embodiment the cooling chamber 4 contain at least one in a side wall 6 attached removal opening 44, which automatically a Level-dependent removal of molding sand enables. It lies the Transfer opening 35 from the hot fluidized bed opposite, so that the incoming hot molding sand is forced to a certain extent Minimum time to linger in the cooling fluidized bed before moving on The discharge opening can exit again.
  • the removal opening 44 is at a certain height level, so that molding sand can only be removed from the cooling fluidized bed 33 is when the filling level of the cooling fluidized bed 33 reaches this level exceeds.
  • the removal opening 44 forms - similar to the transfer opening 34 in the recovery chamber 3 - one Overflow, but with the removal opening 44 placed lower is than the transfer opening 34. That through the removal opening 44 predetermined maximum level of the cooling fluidized bed 33 is thus lower than that of the hot fluidized bed 32 ⁇ m thereby a return of already cooled molding sand exclude from the cooling fluidized bed 33 into the hot fluidized bed 32.
  • molding sand from the cooling fluidized bed 33 automatically and continuously to the extent the removal opening 44 emerges from the cooling chamber 4, how there is an increase in volume through the expediently also automatic and continuous Transfer of molding sand from the recovery chamber 3 sets.
  • the removed molding sand then only has to be collected and brought to a desired location.
  • the recovery device according to the invention directly set up in the molding shop or in the core shop of a foundry, so that the emerging molding sand without long transport routes must be used again immediately can be.
  • regenerated molding sand before it was reused classify, which presupposes that in addition to in the foundry the molding sand regeneration plant also a molding sand classification plant is provided. It can namely in enrich regenerated molding sand particles of unsuitable size, which the molding sand after frequent reuse in its reduce positive usage properties. And disintegrates a certain proportion when using the molding sand the grains of sand, so that a dust-like fine fraction is created, the air permeability of the molds made from it or cores impaired.
  • a e.g. valve or slide type shut-off device 46 assign This enables a controlled Removal of molding sand e.g. at intervals, which is an advantage is when the means of transport 45 individual transport containers include the one after the other outside of the container 2 the removal opening 44 are placed.
  • the removal opening 44 is expediently designed in this case and merges into a molding sand outlet connection 47.
  • At least partial closure of the removal opening is also essentially at continuous removal of molding sand makes sense, and an uncontrolled outlet of dust-laden exhaust air in the immediate vicinity of the recovery device or excessive intake of outside air through this opening to reduce through the suction device 62. It In such a case, the clear cross section can be useful the discharge opening automatically by a sand accumulation to avoid evasive swing flap at least partially.
  • the removal opening 44 also below a minimum level to be observed the cooling fluidized bed are arranged.
  • opening the shut-off device 46 make sure that the level in the cooling fluidized bed 33 does not fall below a certain level Minimum height that is required to always be sufficient Provide cooling fluidized bed volume.
  • the recovery device 1 of the embodiment is further trained so that from the old sand and the core and Mold fragments resistant particles, e.g. Cast breakage, remains of burrs, broken feeders and similar fragments of metal Recycling material of a foundry, can be selected, regardless of how and where these parts in the old sand arrived or what type or how big they are.
  • the recovery device 1 has in a natural way through the hot fluidized bed via a separating agent for selection such resistant particles 53. They sink due to gravity in the hot fluidized bed and collect in the floor area. Of there they can be taken out from time to time.
  • the separating means is 52 a strainer basket 54 which can be removed from the hot fluidized bed is provided, in which the resistant particles 53 collect.
  • the strainer basket can be opened from time to time with the lid 13 open the handling device 56 lifted out of the hot fluidized bed become. After emptying the strainer basket, it can again into the fluidizing hot fluid bed like a liquid be lowered.
  • the rectangular screen basket 54 of the illustrated Embodiment has walls with grid-like Structure based on wall openings in the side walls and floor 55 has.
  • Handling device 56 for example a suitable lifting device, can the strainer basket 54, in which there are resistant particles 53 have accumulated, with the lid 13 open lift out of the hot fluidized bed 32 so that the resistant Particles no longer impair the action of the hot fluidized bed 32 can and the decomposition process of the introduced Core and form fragments can take place unhindered.
  • the sieve basket 54 emptied of the resistant particles 53 is then lowered again into the hot fluidized bed 32. While the remaining of the screen basket in the hot fluidized bed 32 is the Handling device 56 uncoupled from the strainer and the Cover 13 closed.
  • the grid in close succession on Sieve basket mounted wall openings 55 allow it Molding sand 16 of the hot fluidized bed 32, almost unhindered Inside of the strainer basket and the inserted core and Mold fragments 37 to act completely.
  • wall openings 55 can have a mesh size of 5 to 10 mm, so that resistant particles up to this size are retained in it become.
  • Smaller resistant particles that are specifically heavier than the fluidized molding sand, e.g. Metal balls or Metal chips are not caught by the screen basket 54 or withheld, but they still don't get in the cooling fluidized bed because of their larger specific Weight can not pass the overflow 34.
  • the hot fluidized bed is horizontal has a greater extension than the addition of the piece Treatments are required.
  • Such an enlargement is primarily for increasing the volume of molding sand and thus to increase the time of the treatment item in the hot fluidized bed or to increase the throughput per unit of time sensible due to the hot fluidized bed. It can be in such a way If the strainer basket is limited to the size of the addition point his; he doesn't need the entire hot fluid bed fill. It only has to be ensured that the Really fill in all entered treatment items is caught within the strainer. In addition, must the sieve basket inserted into the hot fluidized bed with its upper one The edge protrudes from the fluidized hot fluidized bed, so that it also specifically lighter, larger foreign particles e.g.
  • the resistant particles are made of iron, they can also by a permanent magnet inserted in the sieve basket are held, even if the iron particles are smaller than the mesh size of the screen basket. This can, if they are in a place other than where the permanent magnet is in the sieve basket, through the mesh of the strainer basket fall through and onto the bottom of the hot fluidized bed to lie down.
  • the permanent magnet must be heat resistant, i.e. its Curie point must be above the working temperature of the hot fluid bed lie. If necessary, he must from time to time be magnetized.
  • the exhaust gas discharge device has a suction device 62 and is also with a filter device 63 equipped with a cleaning of the exhaust gases before delivery to the environment.
  • a Sufficiently high suction capacity should be ensured that the top in the recovery chamber and in the cooling chamber, respectively an air pressure below the ambient air pressure prevails, so that outside air continuously in the leaks the chambers 3 and 4 are sucked in but no process gases can exit. If necessary, can also above an extractor hood is installed in both chambers 3 and 4, that ensures clean air at the workplace.
  • the process of dismantling the core and form fragments is proceeding within the hot fluidized bed only on the surface and therefore start slowly. This makes for a certain duration of treatment and Residence time of the old sand and the core and mold fragments in the Hot fluidized bed required, what for small and medium Flows of old sand as well as broken core and broken mold can be accepted.
  • the hot molding sand must also be used are fluidized in the cooling fluidized bed for a relatively long time, until it finally cooled to approximately room temperature is. Taken together, there are large amounts of air through the to move regenerating molding sand through it until it finally cleaned and cooled again.
  • 33 are parts in the exemplary embodiment of the respective outflow means 17, 18 in a horizontal distribution arranged in the area of the respective chamber 3, 4 near the floor, in a first arrangement with outflow openings 24 provided tubular bodies 22.
  • these tubular bodies 22 ' are the outflow openings aligned so that the registered there Fluidizing air flows horizontally into the fluidized bed, causing too a significant improvement in the effectiveness of the fluidized beds contributes.
  • the Fluidized grains of sand are also a preferred horizontal component of motion get imposed on what the decomposition of the the hot fluidized bed inserted core and form fragments also possible from their side surfaces.
  • the cooling fluidized bed allow the side inflow means an increased Air intake and thus an increased cooling capacity in comparison to a purely bottom entry of the fluidization air.
  • the fluidizing air whirling up the molding sand is said to have a such pressure in the hot fluidized bed 32 and / or in the cooling fluidized bed 33 are fed in, which is approximately proportional to Height of the fluidized fluidized bed above the respective one
  • the fluidization air is fed into the fluidized bed.
  • the outflow openings arranged in the floor area are all at the same depth within of the fluidized bed and can accordingly with the same air pressure be supplied.
  • the feed pressure of the bottom side is supplied by 80 cm Fluidization air amount to about 80 cm water column.
  • the Tubular body 22 for an equalization of the air outlet over be provided for the length. This can also be done by targeted different dimensioning of the outflow resistance the outflow openings and / or by decreasing cross-section of the tubular body can be reached towards the end.
  • the heating of the hot air fluidizing the hot fluidized bed 32 takes place in the case of the exemplary embodiment in FIG. 1 outside the recovery chamber 3 by the heater 27.
  • everyone or at least some of those in the recovery chamber 3 first outflow means 17 within the recovery chamber 3 assigned a further heating device be shown in a possible embodiment in Figure 2 is.
  • the fluidization air is heated only after compressing the air to the required Operating pressure and in any case also before inflow the fluidizing air into the hot fluidized bed. That in the inflow means 17, 22, 22 'integrated heating can be an additional heater his. If the effect is sufficient, the can Air outlet means integrated heating but also as sole Heater can be used so that the external heater 27 could be omitted.
  • a heating device in all first outflow means 17 64 may integrate. Depending on the size of the fluidized bed and the amount of molding sand to be enforced per unit of time with less heat some of the tubular bodies without one such heating device 64 may be equipped.
  • tubular body 22, 22 'of the first outflow means 17 are generally cylindrical Have the outer contour, those with the heating device 64 cooperating tubular bodies 22 "according to FIG. 2 designed so that there is an arcuate cross-sectional shape.
  • the tubular body 22 has an overall groove-like shape and encloses an arcuate flow channel 65 Cross-section.
  • the heating device 64 has an outer cylindrical shaped heating element 66, which in the from the tubular body 22 " Defined concave longitudinal recess 67 with parallel alignment is attached heat transfer, so that a peripheral portion 68 of its outer surface enclosed by the tubular body 22 " is.
  • a peripheral portion 68 of its outer surface enclosed by the tubular body 22 " is.
  • FIG 2 is a arranged in the interior of the heating element 66, preferably electrically heated heating element 72 shown.
  • the heat exchange with the tubular body 22 " can still be done be improved that the tubular body 22 "and that Executes heating element 66 as an integral unit that only a single wall in the area of the longitudinal recess 67 is present, which is also a wall section of the tubular body 22 "and the heating element 66 forms.
  • the outflow openings 24 are located in the channel-like designed tubular body 22 "on the radially outer, that is cylindrical convex wall section. Conveniently, is generally avoided in the case of the horizontal outflow means 17, 18, 22 upward outflow openings 24, so there is no molding sand inside during work breaks the tubular body can penetrate.
  • cooling chambers each with an associated one Assign cooling fluidized bed.
  • These cooling chambers can be functional operated in parallel, especially if e.g. two Cooling chambers on opposite sides of the recovery chamber are arranged.
  • Through a multiple arrangement of cooling chambers can a larger volume of the cooling fluidized beds, that is, a longer residence time of the molding sand in the cooling chambers and thus a lower final temperature of the molding sand despite using one only at ambient temperature or cooling air at a slightly lower temperature can be reached.
  • Another alternative is a round one Training of the regeneration device with concentric Arrangement of the fluidized beds.
  • the recovery chamber with a hot fluidized bed is arranged centrally, whereas one or more Cooling chambers concentrically around the recovery chamber arranged with an arcuate fluidization device is or are.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rückgewinnen von wiederverwendbarem Kern- oder Formsand aus Bruckstücken von gebrauchten Kernen oder Formen sowie aus verunreinigtem Altsand aus Gießereien. Eine solche Anlage geht beispielsweise aus der US-A 3 976 422 als bekannt hervor. Der daraus bekannte Stand der Technik ist bei der Gattungsbildung des selbständigen Anspruchs 1 (Verfahren) bzw. des selbständigen Anspruchs 12 (Vorrichtung) zugrunde gelegt.
Bei der Herstellung von Gußteilen werden in aller Regel Sandformen und/oder Sandkerne aus gebundenem Quarzsand verwendet. Nach dem Erstarren der Gußstücke werden diese ausgeformt und entkernt, wobei der Sand in mehr oder weniger großen Bruchstücken gebundenen Sandes und - soweit die Sandkörner sich einzeln aus den Bruchstücken gelöst haben - in Form einzelner, mit Bindemittel überzogener Sandkörner vorliegt. Außerdem ist der Altsand in geringen Mengen mit anderen in der Gießerei anfallenden Reststoffen verunreinigt, z.B. mit oxidierten Metallperlen aufgrund von Metallspritzern, mit Metallspänen und Gratresten vom Gußputzen. Außerdem fallen im Gießereibetrieb wassernasse Sandschlämme beim Abschrecken von Gußstücken oder mit unausgehärtetem Kunstharzbinder angemischte Sandklumpen an. Letztere entstehen bei der Kernherstellung als Ausschuß und beim Säubern einer Kernschießmaschine. Ferner ist die Gefahr nicht auszuschließen, daß auch andere Abfälle, die überall, wo Menschen sich aufhalten, vorkommen, in Einzelfällen in den Altsand gelangen können, wie z.B. Getränkeflaschen oder -dosen, Papier, Holzstückchen, Kunststoffteile, Textilreste, Drahtstückchen, Pflanzenreste und dergleichen mehr.
Zwar ist neuer Quarzsand relativ preiswert, so daß die Wiederbeschaffungskosten den relativ hohen Kostenaufwand für eine Sandregenerierung wirtschaftlich nicht rechtfertigen würden. Jedoch muß der aus Gießereien stammende Altand als Sondermüll kostspielig entsorgt werden, wobei die Deponie-Kosten sowohl die Wiederbeschaffungskosten als auch die Regenerierungskosten um ein mehrfaches übersteigen. Eine Sandregenerierung ist also nur aufgrund der hohen und in Zukunft sogar zunehmenden Entsorgungskosten wirtschaftlich lohnend. Es kommt hinzu, daß regenerierter Sand zumindest bei der üblicherweise nachgeschalteten Größenklassierung ein schmalbandigeres Körnungsspektrum hat. Außerdem sind die einzelnen Sandkörner von regeneriertem Altsand aufgrund der mehrmaligen Behandlung verrundet, wogegen die Körner von Neusand gebrochen und kantig sind. Diese beiden Eigenschaften - etwa einheitliche Korngröße und verrundetes Sandkorn - zusammen ergeben eine bessere Luftdurchlässigkeit der daraus hergestellten Formen bzw. Kerne, was für den Gießprozeß günstig ist. Die Sandregenerierung bietet neben einem Kostenvorteil auch einen gießtechnischen Vorteil.
Um den in einer Gießerei anfallenden Altsand wiederverwenden zu können, hat man bisher aufwendige und mehrstufige Wiederaufbereitungsanlagen eingesetzt, die aufgrund der hohen Investitionskosten und der komplizierten Verfahrensführung nur für große Gießereien mit einem hohen Sanddurchsatz und einem gut ausgebildeten Bedienungspersonal wirtschaftlich vertretbar waren. Für kleinere Gießereien mit geringerem Sanddurchsatz waren diese Investitionen nicht lohnend; außerdem steht diesen häufig nicht das für so komplizierte Verfahrensanlagen erforderliche, qualifizierte Bedienungspersonal zur Verfügung.
Bei den bekannten Großanlagen für die Altsandregenerierung dürfen im übrigen keine groben, artfremden Partikel wie Metallstücke o.dgl. in dem aufzubereitenden Altsand enthalten sein, weil dies zu empfindlichen Störungen im Verfahrensablauf führt. Ebenso dürfen keine wassernassen Sandschlämme und keine bindernassen Sandklumpen in die Altsandregenerierung hineingelangen; auch diese führen Störungen herbei. Es müssen demgemäß der lose Altsand und die Kern- und Formbruckstücke sorgfältig gesammelt und in abgeschirmten Förderanlagen zur Regenerierungsanlage gebracht werden, wobei eine Verunreinigung mit den oben erwähnten störenden Abfällen und nassen Sandgemischen gewissenhaft vermieden werden muß. Dies stellt ein auf innerbetrieblicher Ebene zu lösendes organisatorisches und logistisches Problem dar, welches Großbetriebe mit einer mehr in Richtung Serienproduktion ausgerichteten, straff durchrationalisierten Fertigung leichter beherrschen können als kleinere und mittlere Betriebe, wobei auch hier wieder am Produktionsvolumen orientierte Kosten/Nutzen-Aspekte ins Spiel kommen.
Bei den bekannten Großanlagen für die Altsandregenerierung werden die getrennt gesammelten Form- und Kernbruckstücke zunächst mechanisch auf eine Partikelgröße von etwa 3 bis 5 mm zerkleinert und dieser Gries gemeinsam mit dem übrigen, rieselfähige Altsand in die eigentliche Altsandregenerierung eingegeben. Diese besteht in ihrer ersten Stufe aus einem flachen, flächenmäßig ausgedehnten Wirbelbett von etwa 15 cm Tiefe, welches bei etwa 800 °C betrieben wird. Bei diesen hohen Temperaturen findet nicht nur eine intensive Vergasung der organischen Binder des Sandes statt, sondern es werden auch günstige thermische Voraussetzungen für eine vorgeschriebene, bei noch höheren Temperaturen stattfindende thermische Nachverbrennung der entstehenden Vergasungsprodukte geschaffen. Aufgrund der stark ausdifferenzierten und weitläufigen Ausbildung derartiger Großanlagen ist es nicht ganz einfach, die Prozeßabluft in allen Verfahrensstadien vollständig einzufangen, um sie vorschriftsmäßig nachbehandeln und dann in die Atmosphäre entlassen zu können. Deshalb muß das Wirbelbett und auch die anschließende Kühlung so abgeschlossen sein, daß keine Abgase aus dem Wirbelbett oder der Kühlstrecke unkontrolliert in die Umgebung gelangen können. Dies ist bei den bekannten Großanlagen vor allem bei der Beschickung des Wirbelbettes und bei der Entnahme des behandelten Sandes problematisch und nur mit einer aufwendigen und empfindlichen Schleusentechnik zu lösen. Der heiße Sand darf während der Behandlung und Abkühlung nur in geschlossenen Leitungen oder Förderanlagen gefördert werden.
Nachdem der gereinigte Sand nur in kaltem Zustand wiederverwendet werden kann, muß der regenerierte aber noch heiße Formsand vor seiner Wiederverwendung etwa auf Raumtemperatur zurückgekühlt werden. Hierfür sind bei den bekannten Großanlagen voluminöse und mehrstufige Wärmetauscheranlagen vorgesehen, bei denen der Sand durch Bündel von vertikalen Rohren in Schwerkraftrichtung hindurch rieselt, wobei die Einzelrohre ihrerseits in den verschiedenen Kühlstufen von unterschiedlichen Kühlmedien umströmt werden. Um in solchen Wärmetauscheranlagen den Sand von zunächst 800 °C in einer vertretbaren Durchsatzzeit zumindest annähernd auf Raumtemperatur herunter kühlen zu können, benötigt man große Wärmetauscherflächen in unterschiedlichen Kühlstufen. Dies läßt sich nur in raumgreifenden Anlagen realisieren, die entsprechend kostspielig sind und auch hohe Betriebskosten verursachen.
Mit den bekannten Großanlagen zur Altsandregenerierung läßt sich zwar Gießerei-Altsand mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand regenerieren, jedoch nur unter folgenden Voraussetzungen:
  • Der Altsandanfall je Zeiteinheit liegt bei einer gewissen Mindestmenge, die nur bei Großgießereien, nicht jedoch bei kleineren und mittelständischen Betrieben erreicht wird.
  • Der Altsand ist vorsortiert oder getrennt gesammelt, gegebenenfalls von etwaigen artfremden Stoffen und Partikeln befreit und enthält insbesondere keine wassernassen oder bindernassen Sandklumpen.
  • Der Form- und Kernbruch wird vor der Sandregenerierung mechanisch auf eine rieselfähige Partikelgröße vorzerkleinert.
Neben diesen zum Teil nur unter erhöhtem Investitions- oder Persononaleinsatz erfüllbaren Voraussetzungen bergen die bekannten Anlagen allein aufgrund ihrer Größe gewisse genehmigungsrechtliche Probleme, die kleinere und mittelständische Betriebe scheuen, ganz abgesehen davon, daß die Großanlagen für sie überdimensioniert wären.
Zwar zeigt die eingangs genannte US-A 3 976 422 eine Anlage zur Regenerierung von kunstharz-haltigem Kern- oder Formsand von Gießereien, die im Vergleich zu Sandregenerierungsanlagen für Großgießereien klein und kompakt ist. In der aus dieser Schrift bekannten Kompaktanlage sind in einem gemeinsamen Gehäuse drei Kammern, nämlich eine Vorwärmkammer, eine Brennkammer und eine Kühlkammer, untergebracht, durch die der zu regerierende Sand nacheinander hindurchgeleitet wird und in denen er mittels Wirbelbett fließfähig gehalten wird. Die Brennkammer und die Kühlkammer sind etwa höhengleich nebeneinander angeordnet, wogegen sich die Vorwärmkammer oberhalb dieser beiden Kammern über beide hinweg erstreckt. Die Fluidationsluft der beiden unteren Kammern tritt durch den Boden der Vorwärmkammer als dortige Fluidationsluft ein, wobei die darin enthaltene Wärme an den Sand in der Vorwärmkammer abgegeben wird. Der Sand durchläuft die Vorwärmkammer horizontal in einer Richtung, die der Durchlaufrichtung durch die Brennkammer und durch die benachbarte Kühlkammer gerade entgegen gerichtet ist. Der kalte Sand im Bereich oberhalb der Kühlkammer nimmt also die Abwärme aus der Kühlkammer auf, wogegen der so mäßig vorgewärmte, nun oberhalb der Brennkammer befindliche Sand die Abwärme aus der Fluidationsluft und den Abgasen der Brennkammer aufnimmt und von diesen stark aufgeheizt wird. Auf der von der Kühlkammer abgekehrten, etwa deckungsgleich liegenden Außenseite von Vorwärm- und Brennkammer rieselt der vorgewärmte Sand durch einen im Querschnitt steuerbaren Bodenschlitz der Vorwärmkammer aus dieser vertikal in die Brennkammer herab. Der dort bodenseitig zugeführten, vorgewärmten Fluidationsluft wird ein ebenfalls vorgewärmtes Brenngemisch für ein Stützfeuer zugeführt, durch welches das Binderharz verbrannt wird. Die Brennkammer und die Kühlkammer sind durch eine wärmeisolierende Zwischenwand voneinander getrennt, die die Höhe des Wirbelbettes übersteigt. In der Zwischenwand sind bodennah und im Abstand zum Boden Übertrittsöffnungen angeordnet, durch die der gereinigte aber noch heiße Sand von der Brennkammer in die Kühlkammer übertritt. In der Küklkammer sind verschiedene Wärmetauscher angeordnet, über die dem heißen Sand Wärme entzogen werden kann. Über zwei dieser Wärmetauscher kann der Brennstoff bzw. die Fluidationsluft der Brennkammer vorgewärmt werden. Über einen weiteren, in der Nähe des Bodens und des Auslasses der Kühlkammer angeordneten Wärmetauscher kann dem Sand weitere Wärme entzogen und nach außen abgeführt werden.
Nachteilig an der aus der US-A 3 976 422 bekannten Kompaktanlage zur Kernsandregenerierung ist, daß für einen störungsfreien Betrieb der Altsand sowie die Kern- und Formbruchstücke in aufwendiger Weise ebenso wie bei den Großanlagen
  • separat von wassernassem und bindernassem Sand trocken gesammelt werden muß,
  • von metallenen und organischen Fremdpartikel gereinigt werden muß und
  • mechanisch auf rieselfähige Partikelgröße vorzerkleinert werden muß.
Bei der bekannten Kompaktanlage ist die Zugabevorrichtung als Injektor und die steuerbare Übertrittsöffnung von der Vorwärmkammer in die Brennkammer in Form eines engen Schlitzes ausgebildet. Sowohl an der an der Zugabevorrichtung als auch an der Übertrittsöffnung muß das Aufgabegut von Fremdpartikeln gereinigt und auf rieselfähige Partikelgröße vorzerkleinert sein, die die Zugabevorrichtung bzw. Übertrittsöffnung auch im Dauereinsatz störungsfrei passieren können. Alles, was an Partikeln an der Eingabestelle in die Kompaktanlage eingegeben wird, muß durch alle Öffnungen und Kammern hindurchtreten und - abgesehen von den Abgasen der verbrannten Binderharze - an der Auslaßöffnung wieder austreten. Es gibt keine Entnahmemöglichkeit zum Herausnehmen von Fremdpartikeln aus dem Prozeß. Deshalb darf der aufgegebene Sand keine gröberen und vergasungs- oder verbrennungsresistenten Partikel wie z.B. metallene Putzreste, Glassplitter o.dgl. enthalten. Derartige Fremdpartikel könnten sich in der Anlage anreichern und würden den Prozeß über kurz oder lang stören. Der für eine Regeneration in der bekannten Kompaktanlage verarbeitbare Altsand muß also - wie gesagt - nicht nur vorzerkleinert sein, sondern darf auch keine größeren organischen Partikel wie Papier, Textilien, Holzstückchen oder Kunststoffteile sowie Klumpen von wassernassem oder von bindernassem, nicht-ausgehärtetem Sand enthalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regenerierung von Gießerei-Altsand anzugeben, mit welchem/welcher auch kleinere Mengenströme von Altsand wirtschaftlich lohnend regeneriert werden können und mit dem/der sich auch grober Form- und Kernbruch sowie stark kontaminierter Altsand ohne Vorbehandlung oder Vorselektion problemlos behandeln läßt.
Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung des gattungsgemäßen Verfahrens bzw. der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 (Verfahren) bzw. durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 12 (Vorrichtung) gelöst.
Danach werden folgende Vorgänge simultan in einem einzigen Verfahrensschritt durchgeführt und lokal in einem tiefen Heißwirbelbett zusammengefaßt:
  • Zerlegen der Form- und Kernbruchstücke in einzelne Sandkörner,
  • thermisches Dekontaminieren des Altsandes von Wasser, von ausgehärtetem sowie unausgehärtetem Binderharz und auch von artfremden Partikeln aus organischer Substanz,
  • Selektieren und Zurückhalten resistenter Partikel, die sich im Bodenbereich des Heißwirbelbettes sammeln und von dort entnommen werden können.
Durch die gezielte Konzentration von Tätigkeiten bzw. Vorgängen in einem verfahrensmäßig unproblematischen, tiefen Heißwirbeibett findet eine komplette Reinigung des unvorbehandelten und unsortierten Altsandes und Kernbruchs in einem einzigen Schritt statt. Die erfindungsgemäße Merkmalskonzentration auf ein Heißwirbelbett ist ursächlich für die Einfachheit der Regenerationsanlage. Dank der Einfachheit der erfindungsgemäßen Verfahrensanlage erfordert sie - bezogen auf die je Zeiteinheit durchsetzbare Sandmenge - nur relativ niedrige Investitionskosten und arbeitet deshalb auch bei vergleichsweise geringen Mengenströmen rentabel. Aufgrund der Einfachheit der Anlage und der integrierten Selektion von resistenten Fremdpartikeln wird die Anlage auch mit vielfältig kontaminiertem Altsand problemlos fertig. Sie stellt keine hohen Anforderungen an das Bedienungspersonal. Die erfindungsgemäße Merkmalskonzentration ist in der Anwendung auf eine Sandregenerierung für kleinere Mengenströme völlig neuartig und ohne jegliches Vorbild im Stand der Technik.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:
Fig. 1
eine bevorzugte Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung und größtenteils im Längsschnitt und
Fig. 2
in perspektivischer Einzeldarstellung einen Ausschnitt einer besonders effektiven Ausgestaltung von mit einer Beheizungseinrichtung kombinierten Ausströmermitteln.
Die in der Zeichnung abgebildete Rückgewinnungsvorrichtung 1 umfaßt einen Behälter 2, in dem zwei nebeneinander liegende Kammern ausgebildet sind, und zwar eine Rückgewinnungskammer 3 und eine Abkühlkammer 4.
Im einzelnen verfügt der Behälter 2 über einen Boden 5 mit beim Ausführungsbeispiel rechteckigem Grundriß, von dem vier Seitenwände hochragen, die einen Innenraum 7 umgrenzen. In dem Innenraum 7 befindet sich eine ausgehend vom Boden 5 nach oben ragende Trennwand 8, die sich zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden erstreckt, so daß der Innenraum 7 in die beiden kammern 3, 4 unterteilt wird.
Für den oberen Behälterabschluß ist eine auf den Seitenwänden 6 aufliegende Deckenwand 12 vorgesehen, die unter anderem von zwei Deckeln 13, 14 gebildet ist, die jeweils eine der Kammern 3, 4 ganz oder teilweise abnehmbar überdecken. In der in Figur 1 gezeigten Schließstellung der Deckel 13, 14 ist der Innenraum 7 zur Umgebung hin vollständig abgeschlossen. Um eine der Kammern 3, 4 zugänglich zu machen, läßt sich der Deckel 13, 14 entfernen, so daß eine nach oben weisende Öffnung freigelegt wird. Die Art der Deckel 13, 14 ist beliebig, wobei beim Ausführungsbeispiel Schiebedeckel vorgesehen sind, die sich zum Öffnen und Schließen gemäß Doppelpfeilen 15 horizontal verschieben lassen. Die Möglichkeit zum weitgehend vollständigen Freilegen der Oberseite zumindest der Rückgewinnungskammer sollte zum Entleeren des weiter unten näher beschriebenen Siebkorbes 54 gegeben sein. Daneben braucht die Oberseite der Rückgewinnungskammer für ein laufendes Nachfüllen derselben mit Behandlungsgut nicht vollständig freigelegt zu werden. Dazu genügt es, wenn der Schiebedeckel 13 eine Einfüllöffnung enthält, die durch eine integrierte, z.B. gewichtsausgeglichene Einfülllappe verschließbar ist, welche durch auftreffendes Einfüllgut selbsttätig öffnet.
Die Seitenwände 6, die Bodenwand 5 und die Trennwand 8 sind, soweit sie die Rückgewinnungskammer 3 umschließen, gut wärmeisolierend ausgebildet, um Wärmeverluste des aufgeheizten Heißwirbelbettes möglichst gering zu halten und um auch die Oberflächentemperaturen auf den Außenflächen der Rückgewinnungskammer auf ohne weiteres erträgliche und ungefährliche Werte zu reduzieren. Entsprechendes gilt sinngemäß auch für den Deckel 13 der Rückgewinnungskammer mit Ausnahme einer gegebenenfalls darin integrierten Einfüllklappe. Wärmeverluste im Bereich des Deckels sind unschädlich, weil die dort anstehenden Abgase ihre Wirkung im Heißwirbelbett bereits vollbracht haben. Im Bereich der Abkühlkammer 4 können die Seitenwände, der Boden und der Deckel aus einfachem, d.h. nichtwärmeisoliertem Stahlblech bestehen, weil hier ohnehin die im Formsand enthaltene Wärme abgeführt werden soll und weil aufgrund der reduzierten Temperatur des Formsandes in der Abkühlkammer nicht mit berührungsgefährlichen Temperaturen zu rechnen ist.
In der Rückgewinnungskammer 3 sind erste Ausströmermittel 17 vorgesehen, die in die zugeordnete Formsandfüllung 16 eintauchen und von dieser allseitig umgeben sind. In vergleichbarer Weise sind in der Abkühlkammer 4 von der dortigen Formsandfüllung 16' umschlossene zweite Ausströmermittel 18 vorgesehen. Über die Ausströmermittel 17, 18 ist in die zugeordneten Formsandfüllungen 16, 16' verdichtete Fluidationsluft einleitbar.
Bevorzugt handelt es sich bei den Ausströmermitteln 17, 18 um in geeigneter Verteilung verlegte Rohrkörper 22, 22', deren Innenraum gemäß Pfeilen 23 von außerhalb des Behälters 2 die verdichtete Fluidationsluft zugeführt wird, die dann in die jeweiligen Kammern 3, 4 durch die Ausströmöffnungen 24 hindurch gemäß Pfeilen 25 und in die betreffende Formsandfüllungen 16, 16' eintritt.
Die beiden Ausströmermittel 17, 18 werden unabhängig voneinander mit verdichteter Fluidationsluft gespeist. So stehen die ersten Ausströmermittel 17 mit einem außerhalb der Rückgewinnungskammer angeordneten Verdichter 26 in Verbindung, wobei in die Verbindung eine ebenfalls außerhalb der Rückgewinnungskammer 3 angeordnete Heizvorrichtung 27 zwischengeschaltet ist. Die vorerwähnten Bestandteile bilden zusammen einen Heißlufterzeuger 28, der Heißluft mittels der ersten Ausströmermittel 17 in die Formsandfüllung 16 der Rückgewinnungskammer 3 einspeist. Die Lufttemperatur kann 550 °C bis zu 600 °C zumindest am unmittelbaren Heizelement betragen. Die tatsächliche Temperatur des Heißwirbelbettes liegt aufgrund gewisser Wärmeverluste etwas niedriger und beträgt z.B. 490 bis 530 °C. Diese Temperatur liegt unterhalb der Verbrennungstemperatur der bei der Pyrolyse der Bindemittel und organischen Begleitstofe des Formsandes entstehenden Vergasungsprodukte, so daß es nicht zu einer Selbstentzündung der Abgase kommen kann, ganz abgesehen davon, daß die Konzentration der brennbaren Gasbestandteile in der Abluft für eine dauerhafte, sich selbst erhaltende Verbrennung zu gering wäre.
Die zweiten Ausströmermittel 18 sind mit einem außerhalb der Abkühlkammer befindlichen Verdichter 26 gekoppelt. Die von ihm verdichtete Fluidationsluft wird ohne Erhitzung über die zweiten Ausströmermittel 18 in die Formsandfüllung 16' der Abkühlkammer 4 eingeleitet und hat die Aufgabe, den in der Abkühlkammer fluidisierten Formsand etwa auf Raumtemperatur abzukühlen. Die Temperatur der eingeleiteten Luft sollte mindestens etwa bei Umgebungstemperatur oder darunter liegen. Erforderlichenfalls kann ohne weiteres eine zusätzliche Kühleinrichtung in Form eines leistungsmäßig bedarfsgerecht dimensionierten Kälteaggregates vorgesehen werden, die das Kühlgas auf eine niedrigere Temperatur herunterkühlt. Es ist auch denkbar, gezielt und bedarfsgerecht flüssige Luft, die in einem wärmeisolierten Vorratsbehälter bereitgestellt wird, in die vorverdichtete Fluidationsluft einzuspritzen, um diese so auf niedrige Temperaturen herunterzukühlen.
Im Betrieb der Rückgewinnungsvorrichtung 1 bildet sich innerhalb der beiden Kammern 3, 4 durch die gemäß Pfeilen 25 eingespeiste Fluidationsluft ein Fließbett aus, wobei die einzelnen Sandkörner des Formsandes 16, 16' in eine Art Schwebezustand versetzt werden und die Formsandmasse einen fluidähnlichen Zustand aufweist. Die einzelnen Sandkörner befinden sich dabei in lebhafter Bewegung und erfahren eine intensive Durchmischung, ohne die Formsandfüllung zu verlassen.
Durch einen Überlauf 34 zwischen den Kammern 3 und 4 kann beim Nachfüllen der Rückgewinnungskammer 3 mit neuem Behandlungsgut aufgrund Verdrängung regenerierter Formsand 16 aus dem Heißwirbelbett 32 in das Kühlwirbelbett 33 übertreten, wo er abgekühlt wird. Beim Ausführungsbeispiel ist der Überlauf 34 so ausgebildet, daß der Formsand von der Rückgewinnungskammer 3 füllstandsabhängig in die Kühlkamer 4 übertritt. Ab Erreichen eines bestimmten Füllstandes des Heißwirbelbettes 32 tritt selbsttätig Formsand aus der Rückgewinnungskammer 3 in die Abkühlkammer 4 über. Der Überlauf 34 bildet eine ständige Verbindung zwischen den beiden Kammern 3, 4, die jedoch aufgrund einer Niveaudifferenz der beiden aufwirbelnden Oberflächen der benachbarten Wirbelbetten nur in einer Strömungsrichtung, nämlich von Kammer 3 nach Kammer 4 wirksam ist. Es soll kein rückgekühlter Formsand von der Abkühlkammer in das aufzuheizende Heißwirbelbett zurück gelangen können.
Der Überlauf 34 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich der Trennwand 8 vorgesehen. Er ist von einer die beiden Kammern 3, 4 verbindenden Öffnung 35 gebildet, deren untere Begrenzungswand von einem nach oben weisenden Randbereich 36 der Trennwand 8 vorgegeben wird. Die Öffnung 35 kann beispielsweise eine fensterartige Aussparung der Trennwand 8 sein, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fall ist. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Öffnung dadurch zu definieren, daß man die Höhe der Trennwand 8 geringer als die Innenraumhöhe wählt, so daß sich ein die Öffnung 35 bildender Freiraum zwischen dem oberen Randbereich der Trennwand 8 und der oberhalb gegenüberliegenden Deckenwand 12 ergibt. Es können auch mehrere Übertrittsöffnungen höhengleich vorgesehen werden.
Es ist besonders zweckmäßig, die beiden Kammern 3, 4 wie beim Ausführungsbeispiel zu einer Baueinheit zusammenzufassen und in einem zwar gemeinsamen, wenngleich heterogen zusammegesetzten Behälter 2 auszubilden. Dieser Behälter ist zweckmäßigerweise transportabel und läßt sich flexibel an unterschiedlichen Einsatzorten aufstellen.
Die Rückgewinnungsvorrichtung 1 ermöglicht es, den in Gießereien anfallenden, z.T. mit artfremden Partikel und Stoffen kontaminierten Altsand und aus gebundenem Formsand bestehende Kern- und Formbruchstücke zu recyceln, um den Formsand praktisch in Ausgangsqualität zurückzuerhalten. Beim Gießen von beispielsweise aus Aluminium oder Grauguß bestehenden Gußteilen werden häufig aus gebundenem Formsand erzeugte Gießformen und Gießkerne verwendet. Dem Formsand wird ein flüssiges, aushärtbares Bindemittel beigemengt, die so erzeugte amorphe Sandanmischung in ein öffen- und verschließbares Formwerkzeug blasenfrei eingefüllt, der Binder und mit ihm die Sandanmischung im Formwerkzeug ausgehärtet und nach Öffnen desselben die nun erstarrte und formbeständige Gießform oder der Gießkern aus gebundenem Formsand daraus entnommen. Die gesäuberten Gießformteile und Gießkerne werden zu einer kompletten Gießform zusammengesetzt, die beim Gießvorgang eine bestimmte Form des zu gießenden Gußteils vorgibt. Nach dem Gießen muß das Gußteil aus der Gießform herausgeholt und entkernt werden. Die das Gußstück außenseitig umgebende Gießform läßt sich relativ einfach durch Öffnen der teilbaren Gießform und durch Rütteln in Brocken vom Gußteil ablösen. Zum Entkernen können unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden, meist werden die Kerne jedoch mechanisch aus den Gußstücken herausgeschüttelt, -geklopft oder -gemeißelt, wobei die Kerne in mehr oder weniger großen Bruchstücken anfallen. Durch die Rückgewinnungsvorrichtung 1 ist eine sehr einfache Trennung zwischen dem Formsand und dem Bindemittel möglich, so daß letztlich wieder ungebundener und bindemittelfreier Formsand vorliegt.
Im Ausgangszustand eines Rückgewinnungsvorganges sind die beiden Kammern 3, 4 jeweils mit einer Formsandfüllung 16, 16' aus schüttfähigem, körnigem Formsand befüllt, wobei die Füllhöhe in der Rückgewinnungskammer 3 größer ist als in der Abkühlkammer 4. In jedem Fall beträgt die Füllhöhe mindestens dem Doppelten des Durchmessers der größten zu behandelnden Form- oder Kernbruchstücke 37. Durch entsprechende Behältertiefe in der Rückgewinnungskammer 3 und aufgrund geeigneter Wahl der in soweit involvierten Betriebsparameter wie Luftdruck und Luftmenge der den Formsand aufwirbelnden Fluidationsluft muß sichergestellt sein, daß eine entsprechende Fluidationstiefe in dem Heißwirbelbett 32 aufrechterhalten werden kann. Ausgehend von der meist anzutreffenden Partikelgröße des Form- oder Kernbruchs sollte eine freie Wirbelbett-Tiefe von 80 bis 120 cm den größten Teil des Anwendungsspektrums abdecken können.
Um Altsand und Kern- und Formbruchstücke 37 zu recyceln, wird - nachdem das Heißwirbelbett seine Betriebstemperatur erreicht hat - der betreffende Kern- und Formbruch in das Heißwirbelbett 32 eingebracht. Dies kann einfach dadurch geschehen, daß der Altsand und die Kern- und Formbruchstücke 37 bei geöffnetem Deckel 13 bzw. durch eine nachgiebige Verschlußklappe in das Heißwirbelbett 32 eingeworfen oder auf sonstige Weise eingelassen werden, wo die Kern- und Formsandbruckstücke schwerkraftbedingt in die fluidisierte Formsandfüllung 16 des Heißwirbelbettes 32 nach unten absinken. Durch Zusammenwirken der erhöhten Temperatur, der erzeugten Luftverwirbelung und des sich stark bewegenden Formsandes findet dabei eine Zerlegung bzw. Trennung der Kern- und Formsandbruckstücke in die ursprünglichen Sandkörner statt. Der Zerfall schreitet - ähnlich wie ein Abschmelzvorgang - von außen zu ehemals tiefer liegende Schichten statt. Die in den Kern- und Formbruchstücken enthaltenen und auch die Einzelkörner umgebenden Bindemittel werden vergast oder pyrolysiert ebenso wie sonstige organische Fremdpartikel, die den Altsand begleiten können. Die dabei entstehenden Gase treten gemeinsam mit der Fluidationsluft gemäß Pfeilen 38 an der Oberseite des Heißwirbelbettes 32 aus. Abgesehen von resistenten Partikel bleiben nur die bindemittelfreien und vereinzelten Formsandkörner zurück.
Da sich durch das Einfüllen neuen Behandlungsgutes in das Heißwirbelbett dessen Einfüllmasse vermehrt, steigt der Pegel des Heißwirbelbettes vorübergehend über den vom Überlauf 34 vorgegebenen maximalen Füllstand an, so daß Formsand aus der Rückgewinnungskammer 3 gemäß Pfeil 42 durch die Öffnung 35 hindurch in die Abkühlkammer 4 überströmt. Aufgrund eines Versatzes der Zugabestelle von Altsand und Form- bzw. Kernbruchstücken 37 in das Heißwirbelbett einerseits gegenüber der Entnahmestelle bzw. dem Überlauf 34 von gereinigtem, heißem Formsand aus dem Heißwirbelbett 32 andererseits wird entsprechend dem Sanddurchsatz durch das Heißwirbelbett eine Driftbewegung der im Heißwirbelbett 32 befindlichen Formsandfüllung 16 von der Zugabestelle zu der Entnahmestelle erzeugt. Hierüber wird weiter unten noch einmal zu sprechen sein.
Beim Eintritt des regenerierten, zunächst noch heiße Formsandes in die Abkühlkammer wird dieser mit dem kühlen Formsand 16' des Kühlwirbelbettes 33 vermischt und durch diesen sowie durch die das Fluidisieren des Kühlwirbelbetts 33 aufrechterhaltende Kühlluft rasch abgekühlt. Die Abkühlung geht vor allem deshalb besonders rasch vonstatten, weil die dort fluidisierten Formsandkörner allseits mit Kühlmedium in Kontakt gelangen und so zwangskonvektiv gekühlt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, daß keinerlei zusätzliche mechanische Eingriffe von außen erforderlich sind.
Es ist nicht funktionsnotwendig, daß auch in dem Kühlwirbelbett 33 ein bestimmter Mindestfüllstand eingehalten werden muß, solange nur sichergestellt ist, daß eine Abkühlwirkung auf ausreichend niedrige Temperaturen erzielt wird. Deshalb kann aus der Abkühlkammer von Zeit zu Zeit abgekühlter Formsand entnommen werden. Zweckmäßiger ist jedoch ein kontinuierlicher Betrieb bei der Formsandentnahme aus der Abkühlkammer 4. Die beim Ausführungsbeispiel vorgesehen Entnahmemittel 43 der Abkühlkammer 4 enthalten wenigstens eine in einer Seitenwand 6 angebrachte Entnahmeöffnung 44, die selbsttätig eine füllstandsabhängige Formsandentnahme ermöglicht. Sie liegt der Übertrittsöffnung 35 aus dem Heißwirbelbett gegenüber, so daß der eintretende heiße Formsand gezwungen ist, eine gewisse Mindestzeit im Kühlwirbelbett zu verweilen, bevor er an der Entnahmeöffnung wieder austreten kann. Im übrigen befindet sich die Entnahmeöffnung 44 auf einem bestimmten Höhenniveau, so daß nur dann Formsand aus dem Kühlwirbelbett 33 entnehmbar ist, wenn der Füllstand des Kühlwirbelbettes 33 dieses Höhenniveau übersteigt. Die Entnahmeöffnung 44 bildet - ähnlich wie die Übertrittsöffnung 34 in der Rückgewinnungskammer 3 - einen Überlauf, wobei aber die Entnahmeöffnung 44 niedriger plaziert ist als die Übertrittsöffnung 34. Der durch die Entnahmeöffnung 44 vorgegebene Maximal-Pegelstand des Kühlwirbelbettes 33 ist somit niedriger als derjenige des Heißwirbelbettes 32, um dadurch einen Rückübertritt von bereits abgekühltem Formsand aus dem Kühlwirbelbett 33 in das Heißwirbelbett 32 auszuschließen.
Es kann durchaus vorgesehen sein, daß Formsand aus dem Kühlwirbelbett 33 selbsttätig und kontinuierlich in dem Maße durch die Entnahmeöffnung 44 hindurch aus der Abkühlkammer 4 austritt, wie sich darin eine Volumenvergrößerung durch den zweckmäßigerweise ebenfalls selbsttätigen und kontinuierlichen Übertritt von Formsand aus der Rückgewinnungskammer 3 einstellt. Der entnommene Formsand muß dann lediglich aufgefangen und zu einer gewünschten Stelle verbracht werden. Denkbar wäre es, die erfindungsgemäße Rückgewinnungsvorrichtung unmittelbar in der Formerei oder in der Kernmacherei einer Gießerei aufzustellen, so daß der austretende Formsand ohne große Transportstrecken zurücklegen zu müssen gleich wieder verwendet werden kann.
Als Transportmittel 45 können unterschiedliche Techniken zum Einsatz gelangen, im einfachsten Fall beispielsweise in Gestalt eines Transportbehälters, z.B. als fahrbare Lore. Dieses Transportmittel setzt zumindest bei einem Behältertausch eine Unterbrechung der Formsandentnahme voraus. Ferner kann der Formsand pneumatisch in geschlossenen Rohrleitungen unter Einsatz einer Luftförderpumpe 48 gefördert werden, wie dies in Figur 1 nur schematisch angedeutet ist. Weitere - offene - Fördertechniken für Formsand sind Förderbänder oder umlaufende Becherwerke, sog. Elevatoren.
Neben einem unmittelbaren Verbringen des regenerierten und abgekühlten Formsandes zur Formerei oder zur Kernmacherei bzw. einem dortigen Zwischenlager kann es auch zweckmäßig sein, den regenierten Formsand vor seiner Wiederverwendung zunächst zu klassieren, was voraussetzt, daß in der Gießerei zusätzlich zu der Formsand-Regenerierungsanlage auch noch eine Formsand-Klassierungsanlage vorgesehen ist. Es können sich nämlich im regenerierten Formsand Partikel von ungeeigneter Größe anreichern, die den Formsand nach häufiger Wiederverwendung in seinen positiven Verwendungseigenschaften mindern. Und zwar zerfällt beim Gebrauch des Formsandes auch ein gewisser Anteil der Sandkörner, so daß eine staubartige Feinfraktion entsteht, die die Luftdurchlässigkeit der daraus hergestellten Formen oder Kerne beeinträchtigt. Außerdem werden durch die mehrfache Wiederverwendung des Formsandes auch grobe Partikel in den Formsand mit eingeschleppt, die die Abbildungstreue des Formsandes stören. Deshalb ist ein Absieben grober Partikel und ein Selektieren der Feinfraktion aus dem regenerierten Formsand z.B. in einer Siebanlage wichtig.
Insbesondere wenn den Entnahmemitteln 43 Transportmittel zugeordnet sind, die eine gelegentliche Unterbrechung der Entnahme erforderlich machen, kann es sich als zweckmäßig erweisen, der Entnahmeöffnung 44 eine z.B. ventil- oder schieberartige Absperreinrichtung 46 zuzuordnen. Diese ermöglicht eine kontrollierte Formsandentnahme z.B. intervallweise, was dann von Vorteil ist, wenn die Transportmittel 45 einzelne Transportbehälter umfassen, die nacheinander außerhalb des Behälters 2 unter der Entnahmeöffnung 44 plaziert werden. Die Entnahmeöffnung 44 ist in diesem Fall zweckmäßigerweise kanalartig ausgeführt und geht in einen Formsandaustrittsstutzen 47 über. Ein zumindest teilweiser Verschluß der Entnahmeöffnung ist auch bei im wesentlichen kontinuierlicher Formsandentnahme sinnvoll, und zwar um einen unkontrollierten Austritt staubbelasteter Abluft in die unmittelbare Umgebung der Rückgewinnungsvorrichtung oder ein übermäßiges Ansaugen von Außenluft durch diese Öffnung hindurch durch die Absaugeinrichtung 62 zu reduzieren. Es kann in einem solchen Fall sinnvoll sein, den lichten Querschnitt der Entnahmeöffnung durch eine bei Sandanfall selbsttätig ausweichende Schwenkklappe zumindest teilweise zu verschließen.
Wenn die Entnahmemittel 43 mit einer zwangsweise wirkenden Absperreinrichtung 46 ausgestattet sind, kann die Entnahmeöffnung 44 auch unterhalb eines einzuhaltenden Mindestfüllstandes des Kühlwirbelbettes angeordnet werden. In diesem Fall wäre beim Öffnen der Absperreinrichtung 46 darauf zu achten, daß der Pegelstand im Kühlwirbelbett 33 nicht unter eine gewisse Mindesthöhe fällt, die erforderlich ist, um stets ein ausreichendes Kühlwirbelbett-Volumen zur Verfügung zu stellen. Andererseits muß in einem solchen Fall sichergestellt sein, daß die zwangsweise verschließbare Entnahmeöffnung bei anwachsendem Füllstand des Formsandes bzw. Wirbelbettes in der Abkühlkammer rechtzeitig geöffnet wird, um eine Überfüllung des Kühlwirbelbettes zu vermeiden.
Die Rückgewinnungsvorrichtung 1 des Ausführungsbeispiels ist weiter so ausgebildet, daß aus dem Altsand und den Kern- und Formbruchstücken resistente Partikel, z.B. Gußbruch, Gratreste, abgebrochene Speiser und ähnliche Bruchstücke von metallenem Kreislaufmaterial einer Gießerei, selektiert werden können, ungeachtet dessen, wie und wo diese Teile in den Altsand gelangt oder welcher Art oder wie groß sie sind. Die Rückgewinnungsvorrichtung 1 verfügt nämlich auf natürliche Weise durch das Heißwirbelbett über ein Trennmittel zur Selektion solcher resistenter Partikel 53. Sie sinken schwerkraftbedingt im Heißwirbelbett ab und sammeln sich im Bodenbereich. Von dort können sie von Zeit zu Zeit herausgeholt werden.
Um die dazu erforderliche vollständige Entleerung der Rückgewinnungskammer 3 zu vermeiden, ist eine einfache Selektion resistenter Partikel vorgesehen. Weiter oben war die durchsatzabhängige Driftbewegung der Formdsandfüllung 16 durch das Heißwirbelbett hindurch von der Zugabestelle zu der versetzt liegenden Entnahmestelle angesprochen worden. Diese Driftbewegung wird erfindungsgemäß ausgenützt, um die Formsandfüllung durch ein ortsfestes, bezüglich bestimmter physikalischer Eigenschaften selektiv wirksames Trennmittel hindurch oder an ihm vorbei zu bewegen, wobei zerkleinerungs- oder vergasungsresistente Partikel 53 an diesem Trennmittel innerhalb des Heißwirbelbettes 32 zurückgehalten und aus der weiterdriftenden Formsandfüllung 16 selektiert werden und von Zeit zu Zeit ausgetragen werden können.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Trennmittel 52 ein aus dem Heißwirbelbett herausnehmbarer Siebkorb 54 vorgesehen, in dem sich die resistenten Partikel 53 sammeln. Der Siebkorb kann von Zeit zu Zeit bei geöffnetem Deckel 13 mittels der Handhabungseinrichtung 56 aus dem Heißwirbelbett herausgehoben werden. Nach Entleerung des Siebkorbes kann er wieder in das fluidisierende Heißwirbelbett wie in eine Flüssigkeit abgesenkt werden. Der quaderförmige Siebkorb 54 des dargestellten Ausführungsbeispieles weist Wände mit gitterartigen Aufbau auf, der in den Seitenwände und im Boden Wanddurchbrechungen 55 hat. Mittels einer nur schematisch angedeuteten Handhabungseinrichtung 56, beispielsweise einem geeigneten Hebezeug, läßt sich der Siebkorb 54, in dem sich resistente Partikel 53 angesammelt haben, bei geöffnetem Deckel 13 nach oben aus dem Heißwirbelbett 32 herausheben, so daß die resistenten Partikel die Wirkung des Heißwirbelbettes 32 nicht mehr beeinträchtigen können und der Zerlegungsprozeß der eingebrachten Kern- und Formbruchstücke ungehindert stattfinden kann. Der von den resistenten Partikel 53 entleerte Siebkorb 54 wird anschließend wieder in das Heißwirbelbett 32 abgresenkt. Während des Verbleibes des Siebkorbes im Heißwirbelbett 32 wird die Handhabungseinrichtung 56 vom Siebkorb abgekoppelt und der Deckel 13 verschlossen. Die in dichter Folge rasterartig am Siebkorb angebrachten Wanddurchbrechungen 55 gestatten es dem Formsand 16 des Heißwirbelbettes 32, nahezu ungehindert ins Innere des Siebkorbes einzutreten und die eingebrachten Kernund Formbruchstücke 37 vollständig zu beaufschlagen. Die in der Zeichnung übertrieben groß dargestellten Wanddurchbrechungen 55 können eine Maschenweite von 5 bis 10 mm haben, so daß resistente Partikel bis zu dieser Größe darin zurück gehalten werden. Kleinere resistente Partikel, die spezifisch schwerer als der fluidisierte Formsand sind, z.B. Metallkügelchen oder Metallspäne werden zwar von dem Siebkorb 54 nicht aufgefangen oder zurückgehalten, sie gelangen jedoch gleichwohl nicht in das Kühlwirbelbett, weil sie aufgrund ihres größeren spezifischen Gewichtes nicht den Überlauf 34 passieren können. Dieser wirk somit als schwerkraft-selektives Trennmittel zum selektierten von kleinen resistenten Partikeln, die durch die Maschen des Siebkorbes hindurchfallen und die spezifisch schwerer als der fluidisierte Formsand sind. Spezifisch leichtere Fremdpartikel sind organischer Natur und somit ohnehin vergasbar, also nicht resistent.
Es ist ohne weiteres denkbar, daß das Heißwirbelbett horizontal eine größere Erstreckung aufweist als zur Zugabe des stükkigen Behandlungsgutes erforderlich ist. Eine solche Vergrößerung ist vor allem zur Erhöhung des Formsandvolumens und somit zur Erhöhung der Aufenthaltszeit des Behandlungsgutes im Heißwirbelbett oder zur Vergrößerung des Durchsatzes je Zeiteinheit durch das Heißwirbelbett sinnvoll. Es kann in einem solchen Fall der Siebkorb auf die Größe der Zugabestelle beschränkt sein; er braucht nicht das gesamte Heißwirbelbett auszufüllen. Es muß lediglich sichergestellt sein, daß beim Einfüllen sämliches eingegebene Behandlungsgut auch tatsächlich innerhalb des Siebkorbes aufgefangen wird. Außerdem muß der in das Heißwirbelbett eingesetzte Siebkorb mit seinem oberen Rand oberseitig aus dem fluidisierten Heißwirbelbett herausragen, damit er auch spezifisch leichtere, größere Fremdpartikel z.B. aus Kunststoff, Holz oder Textilien, die im Heißwirbelbett aufschwimmen, zurückhalten kann. Derartige Grobteile organischer Art sollen in der heißen Atmosphäre oberhalb des Heißwirbelbettes entweder allmählich pyrolysieren oder dort bis zum nächsten Entleerungsvorgang des Siebkorbes festgehalten werden. Sind diese Teile durch einen Zerfallvorgang bis zu einer Partikelgröße unterhalb der Maschenweite des Siebkorbes reduziert, so können sie zwar in die Abkühlkammer übertreten. Bei einem anschließenden Klassierungsvorgang können diese Rest-Partikel jedoch aussortiert werden.
Soweit die resistenten Partikel aus Eisen sind, können sie auch durch einen in den Siebkorb eingelegten Permanentmagneten festgehalten werden, und zwar auch dann, wenn die Eisenteilchen kleiner als die Maschenweite des Siebkorbes sind. Diese können zwar, wenn sie an einer anderen Stelle als dort wo sich der Permanentmagnet im Siebkorb befindet, durch die Maschen des Siebkorbes hindurchfallen und auf dem Boden des Heißwirbelbettes liegen bleiben. Sie werden dort jedoch aufgrund der Fluidisierungsbewegung des umgebenden Sandes ständig mit in Bewegung gehalten und gelangen so irgendwann einmal in den Einflußbereich des Permanentmagneten und werden von ihm festgehalten. Der Permanentmagnet muß wärmebeständig sein, d.h. sein Curie-Punkt muß oberhalb der Arbeitstemperatur des Heißwirbelbettes liegen. Gegebenenfalls muß er von Zeit zu Zeit nachmagnetisiert werden. Bei jedem Entleerungsvorgang des Siebkorbes kann der mit herausgehobene Permanentmagnet ebenfalls von anhaftenden Eisenteilen gereinigt werden, was bei dem heißen Magneten z.B. durch Abblasen mit Preßluft außerhalb des Siebkorbes geschehen kann. Lediglich kleine, resistente, nicht-magnetisierbare Partikel z.B. aus Aluminium, Kupfer, Messing oder Glas, die relativ selten vorkommen, müssen von Zeit zu Zeit aus der Rückgewinnungskammer herausgeholt werden, wobei diese zuvor ganz entleert werden muß. Kleine Leichtmetallteile oxidieren im übrigen bei der erwähnten Betriebstemperatur des Heißwirbelbettes und verschwinden auf oxidative Weise allmählich von selber.
Die beim Zerlegungsprozeß der Kern- und Formbruchstücke aus den Wirbelbetten 32 und 33 entweichenden Gase 38 - es handelt sich dabei überwiegend um staubbelastete Fluidationsluft sowie z.T. um Vergasungsprodukte aus dem Heißwirbelbett - werden nicht unmittelbar an die Umgebung abgegeben, sondern mittels einer Abgas-Abführeinrichtung 57 kontrolliert und gereinigt abgeführt. Aus den beiden Kammern kann eine getrennte Abgasabfuhr erfolgen; beim dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt jedoch eine gemeinsame Abfuhr gemäß Pfeilen 58. Bei der gemeinsamen Abgasabfuhr kommt es aufgrund einer Vermischung der heißen und kalten Abluft zu einer Abkühlung der Abluft, wodurch die Absaugeinrichtung 62 thermisch weniger stark belastet wird. Die Abgasabführeinrichtung verfügt über eine Absaugeinrichtung 62 und ist auch mit einer Filtereinrichtung 63 ausgestattet, in der eine Reinigung der Abgase vor der Abgabe an die Umwelt stattfindet. Um zu verhindern, daß an den Dekkeln 23, 14 der Rückgewinnungskammer bzw. der Abkühlkammer Gase und staubbelastete Fluidationsluft austritt, muß durch eine ausreichend hohen Absaugleistung sichergestellt sein, daß oben in der Rückgewinnungskammer und in der Abkühlkammer jeweils ein unterhalb des Umgebungsluftdruckes liegender Luftdruck herrscht, so daß laufend an den undichten Stellen Außenluft in die Kammern 3 bzw. 4 eingesaugt wird aber keine Prozeßgase austreten können. Erforderlichenfalls kann auch oberhalb der beiden Kammern 3 und 4 eine Abzugshaube installiert werden, die für saubere Luft am Arbeitsplatz sorgt.
Der Zerlegungsprozeß der Kern- und Formbruchstücke schreitet innerhalb des Heißwirbelbettes nur an der Oberfläche und somit langsam voran. Dies macht eine gewisse Behandlungsdauer und Verweilzeit des Altsandes und der Kern- und Formbruchstücke im Heißwirbelbett erforderlich, was bei kleineren und mittleren Mengenströmen an Altsand sowie an Kern- und Formbruch durchaus in Kauf genommen werden kann. Ebenso muß auch der heiße Formsand relativ lang andauernd im Kühlwirbelbett fluidisiert werden, bis er schließlich auf annähernd Raumtemperatur abgekühlt ist. Zusammen genommen sind also große Luftmengen durch den zu regenerierenden Formsand hindurch zu bewegen, bis er schließlich gereinigt und wieder abgekühlt ist. Dies braucht bei einer Gesamtbetrachtung des Prozesses jedoch keineswegs als nachteilig angesehen zu werden, weil aufgrund der je Mengeneinheit Altsand sowie Kern- und Formbruch eingesetzten, relativ großen Luftmenge sich ein starker Verdünnungseffekt bezüglich der dabei anfallenden Vergasungsprodukte ergibt. Diese starke Verdünnung der entstehenden Pyrolysegase macht u.U. eine kostspielige thermische Nachverbrennung der Abluft unnötig. Die Abluft braucht in einem solchen Fall lediglich gereinigt zu werden, was durch Filterung und/oder durch eine Naßwäsche der Abluft geschehen kann.
Um eine optimale Verteilung von Fluidationsluft in den Fließbetten 32, 33 zu erhalten, sind beim Ausführungsbeispiel Teile der jeweiligen Ausströmermittel 17, 18 in horizontaler Verteilung im bodennahen Bereich der jeweiligen Kammer 3, 4 angeordnet, und zwar in einer ersten Anordnung von mit Ausströmöffnungen 24 versehenen Rohrkörpern 22. Darüber hinaus ist ein weiterer Teil der Ausströmermittel 17, 18 in vertikaler Verteilung im seitenwandnahen Bereich innerhalb der jeweiligen Kammer 3, 4 angeordnet, nämlich mit einer zweiten Anordnung von Rohrkörpern 22'. Bei diesen Rohrkörpern 22' sind die Ausströmöffnungen so ausgerichtet, daß die dort eingetragene Fluidationsluft horizontal in das Wirbelbett einströmt, was zu einer erheblichen Verbesserung der Wirkung der Wirbelbetten beiträgt. Im Heißwirbelbett wird dadurch erreicht, daß die fluidisierten Sandkörner auch eine bevorzugte horizontale Bewegungskomponente auferlegt bekommen, was die Zerlegung der in das Heißwirbelbett eingebrachten Kern- und Formbruchstücken auch von deren Seitenflächen her ermöglicht. Beim Kühlwirbelbett erlauben die seitlichen Einströmermittel einen vermehrten Lufteintrag und somit eine erhöhte Kühlleistung im Vergleich zu einem rein bodenseitigen Eintrag der Fluidationsluft.
Die den Formsand aufwirbelnden Fluidationsluft soll mit einem solchen Druck in das Heißwirbelbett 32 und/oder in das Kühlwirbelbett 33 eingespeist werden, der etwa proportional zur Höhe des fluidisierten Wirbelbettes oberhalb der jeweiligen Einspeisstelle der Fluidationsluft in das Wirbelbett ist. Bezüglich des Einspeisdruckes kann die Tiefe des fluidisierten Wirbelbettes mit einer entsprechenden Wassertiefe angenähert gleichgesetzt werden. Die im Bodenbereich angeordneten Ausströmöffnungen liegen alle auf einer gleichen Tiefe innerhalb des Wirbelbettes und können demgemäß mit dem gleichen Luftdruck versorgt werden. Bei einer fluidisierten Wirbelbett-Tiefe von 80 cm wird der Einspeisdruck der bodenseitigen zugeführten Fluidationsluft etwa 80 cm Wassersäule betragen. Die in vertrikaler Verteilung angeordneten, seitlich ausströmenden Ausströmöffnungen liegen hingegen in unterschiedlicher Tiefe im Wirbelbett, so daß hier Maßnahmen zur gleichmäßigen Verteilung der Fluidationsluft in Höhenrichtung getroffen werden müssen. Wenn - wie in Figur 1 gezeigt - die Rohrkörper 22' im Seitenbereich vertikal angeordnet sind, so muß durch Einbau geeigneter Stömungswiderstände für eine gleichmäßige Verteilung der Fluidationsluft in Höhenrichtung gesorgt werden. Dies kann z.B. durch geeignete Bemessung der Ausströmöffnungen 24 geschehen, die als austauschbare Düsen-Einsätze mit unterschiedlichem Strömungswiderstand ausgebildet sein können. Widerstandsarme Düsen-Einsätze werden weiter unten verwendet, wogen mit zunehmender Höhe Düsen-Einsätze mit größerem Strömungswiderstand eingesetzt werden. Eine andere Möglichkeit zur Kompensation der unterschiedlichen Höhenlage der Ausströmöffnungen innerhalb der Wirbelbetten besteht darin, die höhengleich liegenden Ausströmöffnungen - abweichend von der Darstellung in Figur 1 - jeweils an einem horizontal verlegten Rohrkörper anzuordnen und im Seitenwandbereich mehrere Rohrkörper zeilenartig untereinander zu verlegen, wobei jeder einzelne Rohrkörper über ein individuell einstellbares Ventil seitens einer einheitlichen Druckquelle mit dem zugehörigen optimalen Fluidationsdruck versorgt werden kann. Solche Druckeinstell-Ventile sind auch an den bodenseitigen Rohrkörpern zweckmäßig, um auch bei ihnen einen optimalen Fluidationsdruck einstellen zu können.
Auch in Längsrichtung der Rohrkörper 22, 22' findet aufgrund einer sich nach hinten verlangsamenden Strömung eine Veränderung des Strömungswiderstandes statt. Tendenziell ist aufgrund der kürzeren Strömungswege der Strömungswiderstand zu den vorderen Ausströmöffnungen geringer als zu den nur über einen längeren Strömungswege bzw. Strömungswiderstand erreichbaren, hinteren Ausströmöffnungen, so daß die vorderen Ausströmöffnungen bevorzugt mit Fluidationsluft versorgt und die hinteren vernachlässigt werden. Demgemäß muß auch in Längsrichtung der Rohrkörper für eine Vergleichmäßigung des Luftaustrittes über die Länge hinweg vorgesorgt werden. Dies kann ebenfalls durch gezielte unterschiedliche Bemessung des Ausströmwiderstandes der Ausströmöffnungen und/oder durch abnehmenden Querschnitt des Rohrkörpers zu dessen Ende hin erreicht werden.
Die Erhitzung des das Heißwirbelbett 32 fluidisierenden Heißluft erfolgt im Falle des Ausführungsbeispieles der Figur 1 außerhalb der Rückgewinnungskammer 3 durch die Heizvorrichtung 27. Um einen noch besseren Heizeffekt zu erzielen, kann allen oder wenigstens einigen der in der Rückgewinnungskammer 3 befindlichen ersten Ausströmermittel 17 innerhalb der Rückgewinnungskammer 3 eine weitere Beheizungseinrichtung zugeordnet sein, die in einer möglichen Ausgestaltung in Figur 2 dargestellt ist. In jedem Fall erfolgt die Erwärmung der Fluidationsluft erst nach der Verdichtung der Luft auf den erforderlichen Betriebsdruck und in jedem Fall auch vor dem Einströmen der Fluidationsluft in das Heißwirbelbett. Die in den Einströmermitteln 17, 22, 22' integrierte Heizung kann eine Zusatzheizung sein. Bei einer ausreichenden Wirkung kann die in die Ausströmermittel integrierte Beheizung aber auch als alleinige Heizvorrichtung eingesetzt werden, so daß die externe Heizvorrichtung 27 entfallen könnte. Es ist u.U. nicht unbedingt erforderlich, in alle ersten Ausströmermittel 17 eine Beheizungseinrichtung 64 zu integrieren. Je nach Größe des Wirbelbettes und je Zeiteinheit durchzusetzender Formsandmenge können bei geringerem Wärmebedarf einige der Rohrkörper ohne eine solche Beheizungseinrichtung 64 ausgestattet sein. Die entsprechende Aufteilung - beheizte und unbeheizte Einströmermittel - erfolgt nach Bedarf. Es kann auch Zweckmäßig sein, alle Rohrkörper des Heißwirbelbettes beheizbar auszubilden aber die einzelnen Heizelemente nur bedarfsweise zuzuschalten. Beispielsweise wird man in der Anfangsphase beim Aufheizen des Wirbelbettes auf Betriebstemperatur mit höherer Heizenergie fahren als nach Erreichen derselben. Ebenso wird man bei Zuführen einer größeren Menge neuen - kalten - Behandlungsgutes stärker Heizen als in Phasen geringeren Durchsatzes. Durch gezieltes Zu- oder Abschalten einzelner Heizelemente läßt sich eine Regelung der Betriebstemperatur des Heißwirbelbettes realisieren.
Während beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 die Rohrkörper 22, 22' der ersten Ausströmermittel 17 in der Regel eine zylindrische Außenkontur haben, sind die mit der Beheizungseinrichtung 64 zusammenarbeitenden Rohrkörper 22" gemäß Figur 2 so gestaltet, daß sich eine bogenförmige Querschnittsform ergibt. Der Rohrkörper 22" hat insgesamt eine rinnenähnliche Gestalt und umschließt einen Strömungskanal 65 von bogenförmigen Querschnitt.
Die Beheizungseinrichtung 64 verfügt über ein außen zylindrisch geformtes Heizelement 66, das in die vom Rohrkörper 22" definierte konkave Längsvertiefung 67 mit paralleler Ausrichtung wärmeübertragend befestigt ist, so daß ein Umfangsabschnitt 68 seiner Mantelfläche von dem Rohrkörper 22" umschlossen ist. Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein im Inneren des Heizelementes 66 angeordneter, vorzugsweise elektrisch beheizbarer Heizstab 72 dargestellt. Somit gibt das beispielsweise elektrisch aufgeheizte Heizelement 66 Wärmeenergie an den mit ihm in Kontakt stehenden Rohrkörper 22" ab, der somit aufgeheizt wird und eine Erwärmung der im Strömungskanal 65 strömenden Luft bewirkt. Gleichzeitig gibt das Heizelement 66 über seinen nicht vom Rohrkörper 22" abgedeckten, freiliegenden Umfangsabschnitt unmittelbar Wärme durch Strahlung und Konvektion in den fluidierenden Formsand ab. Der Wärmeaustausch mit dem Rohrkörper 22" kann noch dadurch verbessert werden, daß man den Rohrkörper 22" und das Heizelement 66 derart als integrale Baueinheit ausführt, daß im Bereich der Längsvertiefung 67 nur eine einzige Wandung vorliegt, die gleichzeitig einen Wandabschnitt des Rohrkörpers 22" und des Heizelementes 66 bildet.
Die Ausströmöffnungen 24 befinden sich bei dem rinnenähnlich gestalteten Rohrkörper 22" an dem radial äußeren, also zylindrisch konvex gestalteten Wandabschnitt. Zweckmäßigerweise vermeidet man generell bei den horizontal verlaufenden Ausströmermitteln 17, 18, 22 nach oben weisende Ausströmöffnungen 24, damit in Arbeitsunterbrechungen kein Formsand in das Innere der Rohrkörper eindringen kann.
Der Vollständigkeit halber seien nachfolgend noch einige alternative Ausführungsmöglichkeiten einer Regenerierungsvorrichtung erwähnt, die zeichnerisch nicht dargestellt sind:
Zum einen ist es möglich, einer einzigen Rückgewinnungskammer zwei oder mehrere Abkühlkammern mit jeweils einem zugehörigen Kühlwirbelbett zuzuordnen. Diese Abkühlkammern können funktionell parallel betrieben werden, insbesondere wenn z.B. zwei Abkühlkammern an gegenüberliegenden Seiten der Rückgewinnungskammer angeordnet sind. Durch eine Mehrfachanordnung von Abkühlkammern kann ein größeres Volumen der Kühlwirbelbetten, also eine größere Verweilzeit des Formsandes in den Abkühlkammern und somit eine niedriegere Endtemperatur des Formsandes trotz Verwendung einer lediglich auf Umgebungstemperatur oder geringfügig darunter temperierten Kühlluft erreicht werden.
Daneben ist es auch denkbar, die mehreren Abkühlkammern und zugehörigen Kühlwirbelbetten kaskandenartig seriell zu betreiben, wobei die Kühlwirbelbetten, zumindest aber das letzte Kühlwirbelbett mit gesondert temperierter Fluidationsluft betrieben wird.
Eine weitere Alternative besteht schließlich in einer runden Ausbildung der Regenerierungsvorrichtung mit konzentrischer Anordnung der Wirbelbetten. Die Rückgewinnungskammer mit Heißwirbelbett ist zentrisch angeordnet, wogegen eine oder mehrere Abkühlkammern konzentrisch um die Rückgewinnungskammer herum mit bogenförmig ausgedehnter Fluidationseinrichtung angeordnet ist bzw. sind.

Claims (22)

  1. Verfahren zum Regenerieren von Altsand sowie zum Rückgewinnen des Sandes aus Form- und Kernbruchstücken aus Gießereien, bei dem die Form- und Kernbruchstücke zerkleinert werden, der Sandbinder unter Wärmezufuhr vergast und aus dem Sand ausgetragen wird und bei dem der thermisch gereinigte Sand auf Raumtemperatur rückgekühlt wird,
    gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit folgender Merkmale:
    unzerkleinerte Form- und Kernbruchstücke (37) sowie Altsand, die von artfremden Partikeln (53) begleitet sein dürfen, werden in einem einzigen Verfahrensschritt in einem Heißwirbelbett (32) sowohl thermisch als auch durch mechanischen Einfluß der Wirbelbewegung in die Sandkörner zerlegt, wobei organische Begleitstoffe, insbesondere Bindemittel thermisch vergast und in dieser Form aus dem Heißwirbelbett (32) ausgetragen werden (Strömung 38, 58),
    das Rückkühlen des gereinigten Formsandes erfolgt in einem sich fluidisch an das Heißwirbelbett (32) anschließenden Kühlwirbelbett (33), welches mit kalter Luft betrieben wird, wobei der Formsand vom Heißwirbelbett (32) über einen Überlauf (34) in das Kühlwirbelbett (33) übertritt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    durch geeignete Wahl von Luftdruck sowie Luftmenge der den Formsand aufwirbelnden Fluidationsluft und der Füllhöhe in dem Heißwirbelbett (32) eine Fluidationstiefe von mindestens dem Doppelten des Durchmessers der größten Form- oder Kernbruchstücke (37) aufrechterhalten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    aufgrund eines Versatzes der Zugabestelle von Altsand und Form- bzw. Kernbruchstücken (37) in das Heißwirbelbett (32) und der Entnahmestelle (Überlauf 34) von gereinigtem, heißem Formsand aus dem Heißwirbelbett (32) und entsprechend dem Sanddurchsatz durch das Heißwirbelbett (32) eine Driftbewegung der im Heißwirbelbett (32) befindlichen Formsandfüllung (16) durch ein ortsfestes, bezüglich bestimmter physikalischer Eigenschaften selektiv wirksames Trennmittel hindurch oder an ihm vorbei erzeugt wird, wobei zerkleinerungs- oder vergasungsresistente Partikel (53) an diesem Trennmittel innerhalb des Heißwirbelbettes (32) zurückgehalten und aus der weiterdriftenden Formsandfüllung (16) selektiert werden und von Zeit zu Zeit ausgetragen werden können.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Form- und Kernbruchstücke (37) durch die fluidisierende Sand- und Heißluftbewegung des Heißwirbelbettes (32) sowohl von ihrer Unterseite als auch von Seitenflächen her in die Sandkörner zerlegt werden, indem die die fluidisierende Sandbewegung hervorrufende Heißluft nicht nur von unten, sondern auch von der Seite her, und dort mit horizontaler Bewegungskomponente, in das Heißwirbelbett (32) eingeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die den Formsand (16, 16') aufwirbelnden Fluidationsluft mit einem Druck in das Heißwirbelbett (32) und/oder in das Kühlwirbelbett (33) eingespeist wird, der etwa proportional zur Höhe des fluidisierten Heiß- bzw. Kühlwirbelbettes (32 bzw. 33) oberhalb der jeweiligen Einspeisstelle der Fluidationsluft in das Heiß- bzw. Kühlwirbelbett (32 bzw. 33) ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Heißwirbelbett (32) bei einer unterhalb der Flammtemperatur der entstehenden Gase liegenden Temperatur, vorzugsweise bei etwa 480 bis 530 °C betrieben wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die das Heißwirbelbett (32) aufwirbelnde Fluidationsluft erst nach der Verdichtung auf Betriebsdruck unmittelbar vor deren Einspeisung in das Heißwirbelbett (32) auf Betriebstemperatur erhitzt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    resistente Partikel (53) nach ihrer Größe aus der Formsandfüllung (16) des Heißwirbelbettes (32) selektiert werden, wobei als Trennmittel ein mechanisch wirksames Sieb (54) verwendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    als Sieb ein nach oben offener und nach oben aus dem Heißwirbelbett (32) heraushebbarer und in es einsenkbarer Siebkorb (54) verwendet wird, welcher das fluidisierte Heißwirbelbett (32) zumindest im Bereich der Zugabestelle für Altsand und Kern- bzw. Formbruchstücke (37) seitlich und nach unten umgibt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    resistente Partikel (53) nach ihrem spezifischen Gewicht aus der Formsandfüllung (16) selektiert werden, wobei als Trennmittel ein mechanisch wirksamer Überlauf (34) verwendet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    resistente Partikel (53) nach ihrer Magnetisierbarkeit aus der Formsandfüllung (16) selektiert werden, wobei als Trennmittel ein temperaturbeständiger Permanentmagnet verwendet wird, dessen Curie-Punkt oberhalb der Betriebstemperatur des Heißwirbelbettes liegt.
  12. Vorrichtung zum Regenerieren von Altsand sowie zum Rückgewinnen des Sandes aus Form- und Kernbruchstücken aus Gießereien, insbesondere zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüch 1 bis 11,
    gekennzeichnet durch
    eine Rückgewinnungskammer (3), in der ein im wesentlichen aus erhitztem, gasdurchströmtem Formsand (16) bestehendes Heißwirbelbett (32) erzeugbar ist, dem der Altsand und die Kern- bzw. Formbruchstücke (37) zuführbar sind,
    durch eine Abkühlkammer (4), in der ein im wesentlichen aus abgekühltem, gasdurchströmtem Formsand (16') bestehendes Kühlwirbelbett (33) erzeugbar ist, und
    durch einen einen Übertritt von aufgeheiztem Formsand (16) aus dem Heißwirbelbett (32) der Rückgewinnungskammer (3) in die Abkühlkammer (4) ermöglichenden Überlauf (34).
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Rückgewinnungs- und die Abkühlkammer (3 und 4) zu einer Baueinheit zusammengefaßt und insbesondere in einem gemeinsamen Behälter (2) vorgesehen sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Abkühlkammer (4) Entnahmemittel (43) vorzugsweise in Form wenigstens einer Überlauföffnung (44) zur Entnahme abgekühlten Formsandes aus dem Kühlwirbelbett (33) zugeordnet sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die der Abkühlkammer (4) zugeordnete Überlauföffnung (44) zur Entnahme abgekühlten Formsandes aus dem Kühlwirbelbett (33) geodätisch tiefer angeordnet ist als der der Rückgewinnungskammer (3) zugeordnete Überlauf (34) zur Überleitung regenerierten Formsandes (16) aus der Rückgewinnungskammer (3) in die Abkühlkammer (4).
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Rückgewinnungskammer (4) ein nach oben offener Siebkorb (54) zugeordnet ist, der zumindest den Bereich der Zugabestelle des fluidisierten Heißwirbelbettes (32) seitlich und nach unten umgibt und mit seinem oberen Rand oberseitig aus dem fluidisierten Heißwirbelbett (32) herausragt und der aus dem fluidisierten Heißwirbelbett (32) heraushebbar und in es einsenkbar ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zumindest die Rückgewinnungskammer (3), vorzugsweise aber auch die Abkühlkammer (4) mit einem entfernbaren Deckel (13 bzw. 14) versehen ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17,
    gekennzeichnet durch
    eine Abgas-Abführeinrichtung (56), die aus der Rückgewinnungskammer (3) und/oder der Abkühlkammer (4) entweichende Gase abführt und die vorzugsweise mit einer Filtereinrichtung (63) ausgestattet ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    in der Rückgewinnungskammer (3) erste Ausströmermittel (17) zum Einspeisen erhitzter Fluidationsluft vorgesehen sind, die mit einer Beheizungseinrichtung (64) integriert sind.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    außer bodennahen Ausströmermittel (17, 18; 22) mit horizontaler Verteilung zumindest in der Rückgewinnungskammer (3) und vorzugsweise auch in der Abkühlkammer (4) weitere Ausströmermittel (17, 18; 22')im seitenwandnahen Bereich mit vertikaler Verteilung angeordnet sind, die im wesentlichen eine horizontale Gasausströmung hervorrufen.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Ausströmermittel (17, 18) von mit Ausströmöffnungen (24) versehenen Rohrkörpern (22, 22', 22") gebildet sind.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Beheizungseinrichtung (64) derart ausgebildet ist, daß sie sowohl an die zugeordneten Ausströmermittel (17, 22") als auch an das sie umgebende Heißwirbelbett (32) Wärme abgibt.
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