EP2747914B1 - Verfahren zur regenerierung des sands von sandformen und -kernen - Google Patents

Verfahren zur regenerierung des sands von sandformen und -kernen Download PDF

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EP2747914B1
EP2747914B1 EP12758771.5A EP12758771A EP2747914B1 EP 2747914 B1 EP2747914 B1 EP 2747914B1 EP 12758771 A EP12758771 A EP 12758771A EP 2747914 B1 EP2747914 B1 EP 2747914B1
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EP
European Patent Office
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sand
hardening agent
binder
regeneration stage
air
Prior art date
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Harald Schwickal
Matthias Hübner
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • 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
    • B22C5/18—Plants for preparing mould materials
    • 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
    • B22C5/04—Machines or devices specially designed for dressing or handling the mould material so far as specially adapted for that purpose by grinding, blending, mixing, kneading, or stirring
    • 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 for the regeneration of sand, which is obtained from sand molds and / or cores, consisting of the sand and inorganic binder, for.
  • sand which is obtained from sand molds and / or cores, consisting of the sand and inorganic binder, for.
  • water glass manufactured and used in the metal foundry, according to the preamble of claim 1.
  • old sand is used for sand core production, in particular for cost and environmental reasons.
  • thermal regeneration is sufficient.
  • thermal regeneration is not sufficient.
  • the regeneration is usually carried out in two stages in a first mechanical and a second thermal regeneration stage. Examples of this are revealed by the documents DE 44 34 115 C1 . DE 43 06 007 A1 . DE 18 06 842 A2 and DE 41 11 643 A1 .
  • mechanical regeneration a large proportion of the inorganic binder is removed from the surface of the grains of sand.
  • chemically active radicals remain on inorganic binder.
  • binder residues are removed from the used sand.
  • a binder residue present in the used sand has an effect on sand core and sand mold production.
  • this can change the processing properties of the molding material, ie the mixture of sand and water glass binder, for example, the flowability of the molding material and the curing rate.
  • the strength of the sand core or the sand mold can be affected by binder residues in the used sand.
  • the object of the invention is to improve the regeneration of used sand, which is obtained from solidified with inorganic binder sand cores or molds, so that the binder is completely eliminated in the used sand or a remaining remainder of the binder is at least chemically deactivated.
  • the used sand ie the sand obtained from the sand molds and / or cores
  • the binder can be removed by friction of the sand grains together, for example by a mechanical-pneumatic treatment.
  • This binder residue consists of an active ingredient which dissolves under the conditions of sand core or sand mold production and an inactive portion which is insoluble under the conditions of sand core or sand mold production. While the active content affects the processing properties of the molding material and the strength of the sand core or the sand mold, the inactive portion has no influence on the processing properties of the molding material and the strength of the sand core or the sand mold.
  • the grain-singulated sand is mixed with a water glass hardening agent during or after the mechanical regeneration step, whereupon it is subjected to a thermal reaction step.
  • a curing agent As a curing agent, a means for crosslinking or polymerizing the silicate ions of the active binder portion is used. Through the networking and the consequent complete curing of the water glass binder system used, the deactivation is to be caused. That is, to the regeneration of the sand, a hardening agent for water glass is added by an additional process step, resulting in a substantially complete chemical Deactivation of active, alkaline binder residues on the sand grain surface leads. This chemical deactivation is carried out by a precipitation reaction of the water glass to silica, at least to insoluble polysilicates, or according to the curing agent used also to other reaction products, eg. B. zeolites.
  • the curing agent may be an inorganic or organic acid or a salt.
  • the inorganic acid may be a mineral acid, for example, hydrochloric acid or phosphoric acid, or carbon dioxide.
  • a mono-, di- or polycarboxylic acid may be used, for example, citric acid or acetic acid.
  • the salt can be an aluminate, for example sodium or potassium aluminate, a sulfate, for example aluminum sulfate, a phosphate, for example aluminum phosphate or a fluorosilicate, for example fluorohexasilicate.
  • the curing agent should be safe to use in an automated process.
  • the reaction products resulting from the deactivation of the active binder fraction should have no negative effect on the sand quality or the binding reaction when using the regenerated sand.
  • the precipitates should therefore preferably burn in the thermal regeneration stage and no longer be contained in the salt.
  • the curing agent may preferably be used as an aqueous solution.
  • the addition of the curing agent must not lead to clumping of the dry sand in the regeneration.
  • the hardening agent-added sand is agitated in a fluidized bed during the curing reaction.
  • a mixer can be used.
  • the curing reaction can proceed for a defined reaction time.
  • the sand can be moved further into a reaction chamber in which the thermal reaction stage is carried out.
  • the sand can also be used with a mechanical device, eg. As a screw conveyor, be promoted.
  • the offset with the curing agent sand can also be stored before the thermal reaction stage.
  • the sand is transported in an intermediate container and finally the thermal regeneration stage.
  • the deactivation of the binder ie the curing of the active binder to inactive binder is completed.
  • the sand is heated to a temperature of preferably at least 200 ° C, in particular at least 500 ° C.
  • the thermal regeneration stage can be carried out with a flame to deactivate the water glass residues on the sand grains.
  • the thermal regeneration step may also be carried out in a fluidized bed furnace to which the hardening agent added sand is added.
  • the sand grains By accelerating the sand grains against the impact body, a particularly intensive stress on the grain surface of the sand grains, in particular a particularly intense friction of the sand grains together, can be achieved. It is thus possible to mechanically remove a large proportion of the binder residues adhering to the grain surfaces. For example, the dissolved binder can be removed from the pneumatic treatment chamber along with a dust fraction.
  • the curing agent is added to a blast air used to accelerate the sand. This allows a particularly fast and intensive mixing of the curing agent with the sand. However, it is also possible to add the curing agent to the air used to make the fluidized bed.
  • the curing agent of the air and / or the blowing air is added only after a predetermined first treatment time of the sand in the pneumatic treatment chamber.
  • the first treatment time is for example 20 to 40 minutes, preferably by 25 to 35 minutes, from the beginning of the acceleration of the sand against the impact body. It has been found that, after such a first treatment period, a substantial portion of the binder adhering to the grain surfaces of the sand has been mechanically removed. Even with longer treatment periods, the proportion of mechanically removable binder residues hardly increases.
  • the curing agent is advantageously only used when only by mechanical action hardly more binder residues can be removed from the grain surfaces.
  • liquid, in particular aqueous, curing agent is used.
  • the liquid hardening agent is expediently added in atomized form to the blowing air and / or the air.
  • the atomization can be carried out by the liquid hardening agent is atomized by means of a nozzle or a Ultraschallverneblers and the blowing air and / or the air is added.
  • the fluidized bed is added after a predetermined second treatment time new sand.
  • new sand or “new sand” is understood to mean sand that has not previously been mixed with a binder and has been used for the production of sand cores or sand molds.
  • the second treatment period is advantageously chosen so that it is greater than the first treatment period.
  • the addition of the new sand may be from 20 to 60 minutes, preferably 45 to 55 minutes, after the acceleration of the sand has begun against the impact body.
  • the added amount of new sand corresponds to about 5 to 15%, preferably 7 to 13%, of the amount of sand to be regenerated.
  • the new sand is expediently added only when the curing agent had for a sufficiently long reaction time with the residual binder residues on the grain surfaces in contact.
  • the reaction time between the curing agent and the sand to be regenerated is 10 to 35 minutes, suitably 15 to 30 minutes.
  • the sand in the fluidized bed to a temperature of 40 to 60 ° C, preferably 45 to 55 ° C, heated.
  • the reaction rate between curing agent and binder residues remaining on the grain surfaces can thus be increased.
  • the mechanically regenerated sand After passing through the mechanical regeneration stage, the mechanically regenerated sand is in free-flowing form. It is thermally regenerated directly in the free-flowing form, possibly after intermediate storage. Ie. in particular, the mechanically regenerated sand is not mixed with water, subjected to attritor milling, wet grinding or the like, and then dried. As a result, the proposed method can relatively quickly and easily, in particular continuously perform.
  • the mechanically regenerated sand mixed with the hardening agent is transferred to an oven for thermal regeneration and is moved there at a temperature in the range of 550 ° C. to 700 ° C. in a further fluidized bed formed from gas and the mechanically regenerated sand ,
  • the gas is expediently a combustible gas. Ie.
  • the mechanically regenerated sand can thus be moved in a flame.
  • the mechanically regenerated sand can be preheated before being transferred to the furnace.
  • warm exhaust air discharged from the oven can be used.
  • the single drawing shows schematically a pneumatic treatment chamber.
  • a cleaning chamber 1 is separated from a wind chamber 3 via a nozzle bottom 2.
  • the reference numeral 4 denotes an air nozzle, which projects into the cleaning chamber 1. With a distance - axially offset - connects to the air nozzle 4, a tube 5, which opens into a baffle 6. A distance between an opening of the air nozzle 4 and an inlet of the pipe 5 is designated by y. Another distance between an outlet of the tube 5 and an inner wall of the baffle 6 is designated by the reference symbol x.
  • a recorded in the cleaning chamber 1 sand is denoted by the reference numeral 7. It is fluidized by air, which is supplied from the wind chamber 3 through the nozzle bottom 2.
  • a first treatment period of, for example, 30 minutes of the blown air L citric acid in atomized form (not shown here) is added. It may be, for example, 50% citric acid. Conveniently, an amount of 1 to 50 g, preferably 3 to 10 g, added per kg of sand.
  • a reaction time between the curing agent and the fluidized sand 7 is, for example, 10 to 30 minutes.
  • the cleaning chamber 1 is fed 10% new sand.
  • the mechanically regenerated sand thus produced is removed from the cleaning chamber 1 and fed to the thermal regeneration stage.
  • the mechanically regenerated sand is transferred to a fluidized bed furnace and moved there in a further fluidized bed at a treatment temperature of for example 600 to 650 ° C in a further fluidized bed.
  • a treatment temperature for example 600 to 650 ° C in a further fluidized bed.
  • remaining binder residues remaining on the grain surfaces are thermally deactivated and possibly removed residues from the chemical deactivation.
  • the result is a regenerated sand that almost has the property of new sand.
  • the process time for the thermal regeneration of the sand can be reduced.
  • the process temperature of the thermal regeneration stage can be reduced.
  • the measure according to the invention of providing the sand between the mechanical and thermal regeneration stage with a water glass hardening agent is of considerable importance.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenerierung von Sand, der aus Sandformen und/oder -kernen gewonnen wird, die aus dem Sand und anorganischem Bindemittel, z. B. Wasserglas, hergestellt und in der Metallgießerei eingesetzt werden, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • In der Metallgießerei werden z. B. zur Bildung von Hohlräumen mit einem Wasserglas-Bindemittel verfestigte Sandkerne verwendet. Dabei werden beispielsweise zur Serienherstellung von Automobilen große Mengen an Sand benötigt.
  • Statt Neusand wird dabei insbesondere aus Kosten- und Umweltschutzgründen für die Sandkernherstellung Altsand verwendet, d. h. ein aus den Sandkernen gewonnener Sand.
  • Im Falle einer Verwendung von mit einem organischen Bindemittel gebundenen Altsand genügt eine thermische Regenerierung. Bei mit einem anorganischen Bindemittel gebundenem Altsand ist eine thermische Regenerierung nicht ausreichend. Hier erfolgt die Regenerierung üblicherweise zweistufig in einer ersten mechanischen und einer zweiten thermischen Regenerationsstufe. Beispiele dafür offenbaren die Dokumente DE 44 34 115 C1 , DE 43 06 007 A1 , DE 18 06 842 A2 und DE 41 11 643 A1 . Bei der mechanischen Regeneration wird ein großer Anteil des anorganischen Bindemittels von der Oberfläche der Sandkörner entfernt. Es bleiben allerdings chemisch aktive Reste an anorganischem Bindemittel zurück. Diese chemisch aktiven Bindemittelreste werden während der thermischen Regeration aufgeschmolzen, umhüllen die Sandkörner mit einer dünnen Schicht, kühlen anschließend wieder ab und sind damit thermisch weitgehend deaktiviert. Der regenerierte Altsand wird im Kreislauf geführt. Nach der Regenerierung des Altsands erfolgt eine prozentuale Zugabe von Neusand.
  • Durch die Regenerierung werden Bindemittelreste aus dem Altsand entfernt. Ein im Altsand vorhandener Bindemittelrest wirkt sich auf die Sandkern- und Sandformherstellung aus. So können sich dadurch die Verarbeitungseigenschaften des Formstoffs, also des Gemischs aus Sand und Wasserglas-Bindemittel, ändern, beispielsweise die Fließfähigkeit des Formstoffs und die Aushärtegeschwindigkeit. Zudem kann die Festigkeit des Sandkerns bzw. der Sandform durch Bindemittelreste in dem Altsand beeinträchtigt werden.
  • Durch die Regenerierung des Sands mit einer mechanischen und einer thermischen Regenerationsstufe werden die Bindemittelreste auf der Sandkornoberfläche jedoch nur unvollkommen beseitigt. Dieser Zusammenhang gewinnt bei einem geschlossenen Materialkreislauf mit mehrfacher Regeneration des Altsands an Bedeutung, da bei einer mehrfachen Regeneration des Altsands eine entsprechende Kumulation der Bindemittelreste erfolgt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Regenerierung des Altsands, der aus mit anorganischem Bindemittel verfestigten Sandkernen oder -formen gewonnen wird, so zu verbessern, dass das Bindemittel im Altsand möglichst vollständig beseitigt oder ein verbleibender Rest des Bindemittels zumindest chemisch deaktiviert wird.
  • Das wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wiedergegeben.
  • Nach der Erfindung wird der Altsand, also der aus den Sandformen und/oder -kernen gewonnene Sand, in der mechanischen Regenerationsstufe, beispielsweise mittels eines Brechers kornvereinzelt. Nachfolgend kann das Bindemittel durch Reibung der Sandkörner aneinander, beispielsweise durch eine mechanisch-pneumatische Behandlung, entfernt werden.
  • Nach der mechanischen Regenerationsstufe bleibt in dem Altsand ein Bindemittelrest zurück. Dieser Bindemittelrest besteht aus einem aktiven Anteil, der sich unter den Bedingungen der Sandkern- oder Sandformherstellung löst und einen inaktiven Anteil, der unter den Bedingungen der Sandkern- oder Sandformherstellung unlöslich ist. Während der aktive Anteil die Verarbeitungseigenschaften des Formstoffs und die Festigkeit des Sandkerns bzw. der Sandform beeinträchtigt, hat der inaktive Anteil keinen Einfluss auf die Verarbeitungseigenschaften des Formstoffs sowie die Festigkeit des Sandkerns bzw. der Sandform.
  • Um den aktiven Bindemittelanteil zu beseitigen, wird erfindungsgemäß der kornvereinzelte Sand während oder nach der mechanischen Regenerationsstufe mit einem Härtungsmittel für Wasserglas versetzt, worauf er einer thermischen Reaktionsstufe unterworfen wird.
  • Als Härtungsmittel wird ein Mittel zur Vernetzung oder Polymerisation der Silikat-Ionen des aktiven Bindemittelanteils verwendet. Durch die Vernetzung und der daraus folgenden vollständigen Aushärtung des verwendeten Wasserglasbindemittelsystems soll die Deaktivierung hervorgerufen werden. Das heißt, zu der Regenerierung des Sands wird durch einen zusätzlichen Prozessschritt ein Härtungsmittel für Wasserglas zugegeben, welches zu einer weitgehend vollständigen chemischen Deaktivierung der aktiven, alkalischen Bindemittelreste auf der Sandkornoberfläche führt. Diese chemische Deaktivierung erfolgt durch eine Fällungsreaktion des Wasserglases zu Kieselsäure, jedenfalls zu nicht löslichen Polysilikaten, oder entsprechend dem verwendeten Härtungsmittel auch zu anderen Reaktionsprodukten, z. B. Zeolithen.
  • Das Härungsmittel kann eine anorganische oder organische Säure oder ein Salz sein.
  • Die anorganische Säure kann eine Mineralsäure, beispielsweise Salzsäure oder Phosphorsäure, oder Kohlendioxid sein. Als organische Säure kann eine Mono-, Di- oder Polycarbonsäure verwendet werden, beispielsweise Zitronensäure oder Essigsäure.
  • Das Salz kann ein Aluminat, beispielsweise Natrium- oder Kaliumaluminat, ein Sulfat, beispielsweise Aluminiumsulfat, ein Phosphat, beispielsweise Aluminiumphosphat oder ein Fluorosilikat, beispielsweise Fluorohexasilikat sein. Das Härtungsmittel sollte gefahrlos in einem automatisierten Prozess einsetzbar sein. Weiterhin sollten die bei der Deaktivierung des aktiven Bindemittelanteils entstehenden Reaktionsprodukte keinen negativen Einfluss auf die Sandqualität bzw. die Bindereaktion bei der Verwendung des regenerierten Sands haben. die Fällungsprodukte sollten daher vorzugsweise in der thermischen Regenerationsstufe verbrennen und nicht mehr in dem Salz enthalten sein.
  • Das Härtungsmittel kann vorzugsweise als wässrige Lösung eingesetzt werden. Die Zugabe des Härtungsmittels darf zu keiner Verklumpung des trockenen Sands in der Regeneration fuhren. Vorzugsweise erfolgt eine feine Benetzung der Sandkornoberflächen mit einer Lösung des Härtungsmittels.
  • Vorzugsweise wird der mit dem Härtungsmittel versetzte Sand während der Härtungsreaktion in einem Fließbett bewegt. Alternativ kann auch ein Mischer eingesetzt werden. Damit kann die Härtungsreaktion während einer definierten Reaktionszeit ablaufen. Mit dem Fließbett kann der Sand in eine Reaktionskammer weiter bewegt werden, in der die thermische Reaktionsstufe durchgeführt wird. Statt eines Fließbettes kann der Sand auch mit einer mechanischen Einrichtung, z. B. einer Förderschnecke, gefördert werden.
  • Der mit dem Härtungsmittel versetzte Sand kann vor der thermischen Reaktionsstufe auch zwischengelagert werden. Dazu erfolgt ein Transport des Sands in einem Zwischenbehälter und abschließend die thermische Regenerationsstufe.
  • In der thermischen Regenerationsstufe wird die Deaktivierung des Bindemittels, also die Aushärtung des aktiven Bindemittels zu inaktivem Bindemittel vervollständigt.
  • Dazu wird der Sand auf eine Temperatur von vorzugsweise mindestens 200°C, insbesondere mindestens 500°C erhitzt. Die thermische Regenerationsstufe kann mit einer Flamme durchgeführt werden, um die Wasserglasreste an den Sandkörnern zu deaktivieren. Die thermische Regenerationsstufe kann jedoch auch in einem Fließbettofen durchgeführt werden, dem der mit dem Härtungsmittel versetzte Sand zugeführt wird.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die mechanische Regenerationsstufe folgende Schritte:
    1. a) Kornvereinzelung durch die Einwirkung mechanischer Brecher auf den Sand,
    2. b) Überführen des kornvereinzelten Sands in eine pneumatische Behandlungskammer und Bewegen des Sands in der pneumatischen Behandlungskammer in einem aus Luft und Sand gebildeten Fließbett,
    3. c) Beschleunigen des Sands in der pneumatischen Behandlungskammer, so dass die vereinzelten Sandkörner gegeneinander reiben und das Bindemittel zumindest teilweise von einer Kornoberfläche entfernt wird.
  • Durch die Beschleunigung der Sandkörner gegen den Prallkörper kann eine besonders intensive Beanspruchung der Kornoberfläche der Sandkörner, insbesondere eine besonders intensive Reibung der Sandkörner aneinander, erreicht werden. Es gelingt damit, einen großen Anteil der an den Kornoberflächen anhaftenden Bindemittelresten mechanisch zu entfernen. Das gelöste Bindemittel kann beispielsweise zusammen mit einer Staubfraktion aus der pneumatischen Behandlungskammer entfernt werden.
  • Zweckmäßigerweise wird das Härtungsmittel einer zum Beschleunigen des Sands verwendeten Blasluft zugesetzt. Das ermöglicht eine besonders schnelle und intensive Durchmischung des Härtungsmittels mit dem Sand. Es ist aber auch möglich, das Härtungsmittel der zur Herstellung des Fließbetts verwendeten Luft zuzusetzen.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Härtungsmittel der Luft und/oder der Blasluft erst nach einer vorgegebenen ersten Behandlungsdauer des Sands in der pneumatischen Behandlungskammer zugesetzt. Die ersten Behandlungsdauer beträgt beispielsweise um 20 bis 40 Minuten, vorzugsweise um 25 bis 35 Minuten, gerechnet ab dem Beginn der Beschleunigung des Sands gegen den Prallkörper. Es hat sich gezeigt, dass nach einer solchen ersten Behandlungsdauer ein wesentlicher Teil des an den Kornoberflächen des Sands anhaftenden Bindemittels mechanisch entfernt worden ist. Selbst bei längeren Behandlungsdauern steigt der Anteil der mechanisch entfernbaren Bindemittelreste kaum mehr an. Um den Verbrauch an Härtungsmittel möglichst gering zu halten, wird vorteilhafterweise das Härtungsmittel erst dann eingesetzt, wenn allein durch mechanische Einwirkung kaum mehr Bindemittelreste von den Kornoberflächen entfernt werden können.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird flüssiges, insbesondere wässriges, Härtungsmittel eingesetzt. Das flüssige Härtungsmittel wird zweckmäßigerweise in zerstäubter Form der Blasluft und/oder der Luft zugesetzt. Die Zerstäubung kann erfolgen, indem das flüssige Härtungsmittel mittels einer Düse oder eines Ultraschallverneblers vernebelt und der Blasluft und/oder der Luft zugesetzt wird.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird dem Fließbett nach einer vorgegebenen zweiten Behandlungsdauer neuer Sand zugesetzt. Unter dem Begriff "neuer Sand" oder "Neusand" wird Sand verstanden, welcher zuvor noch nicht mit einem Bindemittel versetzt und zur Herstellung von Sandkernen oder Sandformen verwendet worden ist. Die zweite Behandlungsdauer ist vorteilhafterweise so gewählt, dass sie größer ist als die erste Behandlungsdauer. Beispielsweise kann die Zugabe des Neusands 20 bis 60 Minuten, vorzugsweise 45 bis 55 Minuten, nach dem Beginn der Beschleunigung des Sands gegen den Prallkörper erfolgen. Die zugesetzte Menge an neuem Sand entspricht etwa 5 bis 15%, vorzugsweise 7 bis 13%, der Menge des zu regenerierenden Sands. Der Neusand wird zweckmäßigerweise erst dann zugesetzt, wenn das Härtungsmittel für eine ausreichend lange Reaktionszeit mit den an den Kornoberflächen verbliebenen Bindemittelresten Kontakt hatte. Zweckmäßigerweise beträgt die Reaktionszeit zwischen dem Härtungsmittel und dem zu regenerierenden Sand 10 bis 35 Minuten, zweckmäßigerweise 15 bis 30 Minuten.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Sand im Fließbett auf eine Temperatur von 40 bis 60°C, vorzugsweise 45 bis 55°C, erwärmt. Damit kann insbesondere die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen Härtungsmittel und an den Kornoberflächen verbliebenden Bindemittelresten erhöht werden.
  • Nach dem Durchlaufen der mechanischen Regenerationsstufe liegt der mechanisch regenerierte Sand in rieselfähiger Form vor. Er wird unmittelbar in der rieselfähig vorliegenden Form, ggf. nach Zwischenlagerung, thermisch regeneriert. D. h. der mechanisch regenerierte Sand wird insbesondere nicht mit Wasser versetzt, einer Attritormahlung, einer Nassmahlung oder dgl. sowie einer anschließenden Trocknung unterzogen. Infolgedessen lässt sich das vorgeschlagene Verfahren relativ schnell und einfach, insbesondere auch kontinuierlich, durchführen.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der mechanisch regenerierte und mit dem Härtungsmittel versetzte Sand zur thermischen Regenerierung in einen Ofen überführt und dort bei einer Temperatur im Bereich von 550°C bis 700°C in einem aus Gas und dem mechanisch regenerierten Sand gebildeten weiteren Fließbett bewegt. Bei dem Gas handelt es sich zweckmäßigerweise um ein brennbares Gas. D. h. der mechanisch regenerierte Sand kann also in einer Flamme bewegt werden. Durch das Aufheizen des mechanisch regenerierten Sands auf eine Temperatur, beispielsweise im Bereich von 600°C bis 650°C, werden die noch an den Kornoberflächen anhaftenden und gehärteten Bindemittelreste schließlich vollständig deaktiviert. Ferner werden Rückstände an Härtungsmittel entfernt.
  • Zum Einsparen von Energie kann der mechanisch regenerierte Sand vor dem Überführen in den Ofen vorgewärmt werden. Dazu kann aus dem Ofen abgeführte warme Abluft verwendet werden.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert.
  • Die einzige Zeichnung zeigt schematisch eine pneumatische Behandlungskammer.
  • Eine Reinigungskammer 1 ist über einen Düsenboden 2 von einer Windkammer 3 getrennt. Mit dem Bezugszeichen 4 ist eine Luftdüse bezeichnet, welche in die Reinigungskammer 1 ragt. Mit einem Abstand - axial dazu versetzt - schließt sich an die Luftdüse 4 ein Rohr 5 an, welches in eine Prallglocke 6 mündet. Ein Abstand zwischen einer Mündung der Luftdüse 4 und einem Eingang des Rohrs 5 ist mit y bezeichnet. Ein weiterer Abstand zwischen einem Ausgang des Rohrs 5 und einer Innenwand der Prallglocke 6 ist mit dem Bezugszeichen x bezeichnet. Ein in der Reinigungskammer 1 aufgenommener Sand ist mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet. Er wird durch Luft fluidisiert, welche von der Windkammer 3 durch den Düsenboden 2 zugeführt wird.
  • Der beispielsweise mit einem Brecher kornvereinzelte Sand bzw. Altsand wird durch die Luftdüse 4 mittels unter Druck zugeführte Blasluft L und durch das Rohr 5 auf die Innenwand der Prallglocke 6 beschleunigt und fällt von dort in die Reinigungskammer 1 zurück. Eine Geschwindigkeit des durch das Rohr 5 beschleunigten Sands ist zweckmäßigerweise so gewählt, dass sich in der Prallglocke 6 ein Rückstau und damit ein Sandpolster bildet. Damit kann eine schonende Reibung der Sandkörner untereinander erreicht werden. Durch die Reibung der Sandkörner sich bildende Partikel aus Staub und Bindemittelresten werden über eine (hier nicht gezeigte) Absaugung an der Oberseite der Reinigungskammer 1 abgeführt.
  • Zweckmäßigerweise wird nach einer ersten Behandlungsdauer von beispielsweise 30 Minuten der Blasluft L Zitronensäure in zerstäubter Form (hier nicht gezeigt) zugegeben. Es kann sich beispielsweise um 50%-ige Zitronensäure handeln. Zweckmäßigerweise wird eine Menge von 1 bis 50 g, vorzugsweise 3 bis 10 g, pro kg Sand zugegeben. Eine Reaktionszeit zwischen dem Härtungsmittel und dem fluidisierten Sand 7 beträgt beispielsweise 10 bis 30 Minuten. Anschließend wird der Reinigungskammer 1 10% Neusand zugeführt. Nach einer weiteren Behandlungsdauer von 5 bis 10 Minuten wird der so hergestellte mechanisch regenerierte Sand aus der Reinigungskammer 1 entfernt und der thermischen Regenerationsstufe zugeführt.
  • Dazu wird der mechanisch regenerierte Sand in einen Fließbettofen überführt und dort in einem weiteren Fließbett bei einer Behandlungstemperatur von beispielsweise 600 bis 650°C in einem weiteren Fließbett bewegt. Dabei werden noch auf den Kornoberflächen verbliebene Bindemittelreste thermisch deaktiviert und ggf. vorhandene Rückstände aus der chemischen Deaktivierung entfernt. Im Ergebnis erhält man einen regenerierten Sand, der nahezu die Eigenschaft von Neusand aufweist.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch eine vollständige Deaktivierung des Wasserglasbindemittels eine deutlich verbesserte und konstante Qualität des Altsands erreicht, also der aus den Sandkernen und/oder -formen gewonnenen Sands. Das führt zu einem stabileren Fertigungsprozess der Sandkern- bzw. Sandformfertigung und somit zu geringeren Fehler- und Ausschusszahlen. Aufwändige und personalintensive Rezeptanpassungen bei der Sandkernfertigung sind nicht notwendig.
  • Durch die chemische Deaktivierung des Bindemittels mit dem Härtungsmittel kann ferner die Prozesszeit für die thermische Regenerierung des Sands herabgesetzt werden. Zudem kann die Prozesstemperatur der thermischen Regenerationsstufe verringert werden. Damit kann der Durchsatz des Altsands und eine Reduzierung der Betriebskosten erreicht werden.
  • Zudem wird durch die erfindungsgemäße Deaktivierung des aktiven Restbindeanteiles eine Reduzierung des Neusandanteils erreicht. Die maximale Umlaufzahl und Lebensdauer des Sands wird erhöht und die notwendige Menge an Neusand sinkt.
  • Dabei kommt der erfindungsgemäßen Maßnahme, den Sand zwischen der mechanischen und thermischen Regenerierungsstufe mit einem Härtungsmittel für Wasserglas zu versetzen, wesentliche Bedeutung zu.
  • Während der Anteil des aktiven Restbindemittels ohne diese Maßnahme bei einem Neusandzusatz von z. B. 10 Gew.% je Altsand-Umlauf mit der gleichen Anlage und sonst gleichen Bedingungen sich nach einem beispielsweise fünffachen Umlauf des Altsands bereits derart erhöht, dass eine spürbare Beeinflussung der Verarbeitungseigenschaften des Formstoffs eintritt, wird durch das Versetzen des Sands mit Härtungsmittel die Umlaufzahl entsprechend erhöht oder die notwendige Menge an Neusand entsprechend verringert.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Reinigungskammer
    2
    Düsenboden
    3
    Wandkammer
    4
    Luftdüse
    5
    Rohr
    6
    Prallglocke
    7
    fluidisierter Sand
    L
    Blasluft
    x
    zweiter Abstand
    y
    erster Abstand

Claims (18)

  1. Verfahren zur Regenerierung von Sand, der aus Sandformen und/oder -kernen gewonnen wird, die aus dem Sand und Wasserglas als Bindemittel hergestellt und in der Metallgießerei eingesetzt werden, wobei der gewonnene Sand einer mechanischen Regenerationsstufe und einer thermischen Regenerationsstufe unterworfen und im Kreislauf der Sandform- und/oder - kernherstellung wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sand (i) während der mechanischen Regenerationsstufe oder (ii) nach der mechanischen und vor der thermischen Regenerationsstufe mit einem Härtungsmittel für Wasserglas versetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Härtungsmittel als wässrige Lösung eingesetzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Härtungsmittel versetzte Sand während der Härtungsreaktion in einem Fließbett oder mit einem Mischer bewegt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Härtungsmittel versetzte Sand vor der thermischen Regenerationsstufe zwischengelagert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Härtungsmittel für Wasserglas eine anorganische oder organische Säure oder ein Salz verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Säure eine Mineralsäure ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Säure eine Mono-, Di- oder Polycarbonsäure ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz ein Aluminat, Phosphat oder Fluorosilikat ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Regenerationsstufe folgende Schritte umfasst:
    a) Kornvereinzelung durch die Einwirkung mechanischer Brecher auf den Sand,
    b) Überführen des kornvereinzelten Sands in eine pneumatische Behandlungskammer (1) und Bewegen des Sands in der pneumatischen Behandlungskammer (1) in einem aus Luft und Sand gebildeten Fließbett (7),
    c) Beschleunigen des Sands in der pneumatischen Behandlungskammer gegen einen Prallkörper (6), so dass die vereinzelten Sandkörner gegeneinander reiben und das Bindemittel zumindest teilweise von einer Kornoberfläche entfernt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Härtungsmittel einer zum Beschleunigen des Sands verwendeten Blasluft (L) und/oder der zur Herstellung des Fließbetts verwendeten Luft zugesetzt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Härtungsmittel der Blasluft (L) und/oder der Luft erst nach einer vorgegebenen ersten Behandlungsdauer des Sands in der pneumatischen Behandlungskammer zugesetzt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das flüssige Härtungsmittel in zerstäubter Form der Blasluft (L) und/oder der Luft zugesetzt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei dem Fließbett (7) nach einer vorgegebenen zweiten Behandlungsdauer neuer Sand zugesetzt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zugesetzte Menge an neuem Sand etwa 5 bis 15% der Menge des zu regenerierenden Sands entspricht.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei der Sand im Fließbett (7) auf eine Temperatur von 40 bis 60°C erwärmt wird.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mechanisch regenerierte und mit dem Härtungsmittel versetzte Sand unmittelbar in rieselfähiger Form thermisch regeneriert wird.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mechanisch regenerierte Sand zur thermischen Regenerierung in einen Ofen überführt und dort bei einer Temperatur im Bereich von 550°C bis 700°C in einem aus Gas und dem mechanisch regenerierten Sand gebildeten weiteren Fließbett bewegt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der mechanisch regenerierte Sand vor dem Überführen in den Ofen vorgewärmt wird.
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