[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von Gießerei-Altsanden mit
organischen und anorganischen Bindemittelbestandteilen oder dgl., insb. mit hohem
Ton-, speziell Bentonitanteil, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
[0002] Ein Verfahren dieser Art ist z.B. aus der DE-OS 34 00 656 bekannt. Bei diesem bekannten
Verfahren wird der Altsand über einen Magnetabscheider einer Drehtrommel mit mechanischen
Schikanen zugeführt und in dieser mit Hilfe von durch die Trommel geleiteter heißer
Luft getrocknet. Die Trommel dient gleichzeitig dazu, die Sandbestandteile, soweit
erforderlich, zu zerkleinern und die auf den Sandkörnern haftenden Bindemittelbestandteile
durch Reibung mechanisch abzuarbeiten. Hierzu können auch in der Drehtrommel vorhandene
Mahlkörper dienen. Diese mechanische Abreinigung kann aber auch in einer gesonderten
Stufe mit Hilfe eines Aufprallseparators erfolgen, wie sie beispielsweise aus der
DE-PS 28 56 536 oder der DE-PS 31 10 578 bekannt sind.
[0003] Nach Zwischenspeicherung wird der Sand bei dem bekannten Verfahren durch einen Fließbettofen
geleitet, in dem bei Temperaturen um etwa 800° C vor allem die chemischen Bestandteile,
wie organische Bindemittel, abgebrannt werden. Der heiße Sand gelangt dann durch eine
Kühltrommel, in der eine Nachreinigung erfolgt und in der der Sand mit Hilfe von Kühlluft
auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Danach kann der Sand klassiert und der Wiederverwendung
zugeführt werden. Zur Trocknung des Sandes wird die heiße Abluft des Fließbettofens
verwendet, die über einen Abluftfilter der Trocknertrommel zugeführt und nach erneuter
Filterung zusammen mit allen gasförmigen Schadstoffen umweltschädigend in die Atmosphäre
abgeleitet wird. Auch die Abluft des Kühlers ebenso die zur Weiterbeförderung des
Sandes verwendete Luft wird ebenfalls nach Passieren des Filters in die Atmosphäre
abgeleitet.
[0004] Die Wiederaufbereitung der Altsande in Gießereien erlangt zunehmende Bedeutung, da
einer einfachen Deponierung der Altsande aus ökologischen Gründen zunehmende Schwierigkeiten
entgegenstehen. Es werden daher in zunehmendem Maße Regenerierungsanlagen für Altsande
eingesetzt. Diese Altsande können chemische Zusatzstoffe. insb. organische Bindemittel
ebenso wie anorganische Bindemittel, wie Tonanteile, enthalten. Dabei bereitet die
Regenerierung von Altsanden mit hohen Tonanteilen besondere Schwierigkeiten. Diese
Tonanteile können (bei Natursanden und Klebsanden) als Kaolinit, als Montmorillonit
(Hauptbestandteil des Bentonits) und als Mullit oder Aluminiumsilikat (wichtiger Bestandteil
der Schamotte) vorliegen.
[0005] Eine rein mechanische Abreinigung oder Regenerierung der Altsande ist nur dann zufriedenstellend,
wenn diese nur einen relativ geringen Tongehalt aufweisen. Deshalb ist man häufig,
wie bei dem Verfahren nach der oben genannten OS 34 00 656, dazu übergegangen, eine
thermische Behandlungsstufe einzuschalten, in der die Altsande auf Temperaturen von
etwa 800° C erhitzt werden. Bei diesen Temperaturen werden die organischen Bindemittel
verbrannt und die tonhaltigen Bestandteile in einem erheblichen Umfange als Mullit
auf das Quarzsandkorn aufgebrannt. Der Sand wird so schamottisiert, wobei der Anteil
an Schamott in dem regenerierten Sand häufig 5% oder mehr erreicht. Als nachteilig
hat sich dabei erwiesen, daß die Schamottisierung zu einem höheren Verbrauch von vorbestimmten
Komponenten des Bindemittels führt. Außerdem wird die Sandoberfläche in erheblichem
Maße porös, was ebenfalls den Bindemittelverbrauch erheblich steigert. Hierzu trägt
auch das Verbrennen der organischen Bestandteile bei, da durch dies Verbrennen ebenfalls
zusätzliche Hohlräume im Ouarzkorn entstehen.
[0006] Ein weiterer Nachteil der hohen Erhitzung des Sandes liegt in dem hohen Bedarf an
thermischer Energie. Auch müssen die Sandkörner nach dieser Erhitzung noch einmal
einer mechanischen Abreinigung unterzogen werden. Diesen Nachteilen kann man teilweise
mit Erfolg begegnen, wenn man den Altsand im nassen Zustand regeneriert. Dies führt
jedoch zu hohen Kosten und zu erheblichen Problemen bezüglich der Entsorgung des anfallenden
Klärschlammes.
[0007] Es ist Aufgabe der Erfindung die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden und ein trockenes
Regenerierungsverfahren vorzuschlagen, das zu einer guten Qualität des regenerierten
Sandes bei wesentlich geringerem Aufwand führt.
[0008] Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
[0009] Auf die Anlage der oben genannten DE-PS 31 10 578 geht eine Regenerierungsanlage
zurück, bei der die zweite mechanische Reinigungsstufe der oben erwähnten Anlage durch
eine thermische Reinigungsstufe ersetzt ist (vgl. DE-OS 38 25 361). Dieser thermischen
Regenerierungsstufe ist wenigstens eine mechanische Regenerierungsstufe jeweils vor-
und nachgeschaltet. Bei dieser bekannten Anordnung ist die thermische Regenerierungsstufe
so ausgelegt, daß die Sandumhüllungen deutlich schneller als das Sandkorn selbst erhitzt
und in den Sandumhüllungen so Wärmespannungen erzeugt werden, die zu einer Verkokung
und Versprödung der nicht regenerierbaren Umhüllungen führen. Es geht dabei im wesentlichen
darum, durch eine Art Thermoschockbehandlung nur der Umhüllung deren physikalisches
Verhalten für die nachfolgende mechanische Regenerierung zu Verändern, so daß dort
die versprödeten Umhüllungen leichter auf- und abplatzen. Dazu ist es erforderlich,
daß der Heizgasstrom selbst eine sehr viel höhere Temperatur aufweist, als es für
eine thermische Regenerierung des Sandgemisches erforderlich ist und um 1000°C oder
höher liegt. Gleichzeitig wird die Kontaktzeit zwischen dem aufzubereitenden Sand
und dem heißen Gasstrom so kurz bemessen, daß eine Aufheizung der Sandkörner über
eine Temperatur von etwa 200° bis 300° nicht erfolgt. Auf der anderen Seite ist die
Zuführungstemperatur des Heizgasstromes so hoch, daß Aluminiumflimmer augenblicklich
aufgeschmolzen oder vergast werden.
[0010] Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zielt demgegenüber in eine wesentlich
andere Richtung.
[0011] Bei dem neuen Verfahren wird auf eine hohe Erhitzung des Altsandes verzichtet. Der
als Staub anfallende Reststoff enthält noch alle bindefähigen Trockenbestandteile
und kann in den Gießereiprozeß wieder eingeführt werden. Die Prozeßtemperatur wird
in allen Stufen so begrenzt, daß weder eine Schamottisierung noch ein Ausbrennen organischer
Bestandteile stattfindet. Dadurch wird der Bedarf an thermischer Energie wesentlich
verringert. Es wird vor allem aber ein Anstieg des pH-Wertes des Sandes vermieden
und die Porösität der Quarzsandoberfläche erheblich verringert, so daß bei Wiederverwendung
des regenerierten Sandes ein wesentlich verringerter Bedarf an Bindemittel entsteht.
Die organischen und vor allem die tonhaltigen Bindemittel wrden auf effektive Weise
mechanisch entfernt. Dabei bleiben Reste an organischen Bindemitteln in den Poren
des Sandes. Dies führt zu einer wesentlichen Verringerung der Oberflächengröße der
Sandkörner, d.h. zu einer glatteren Oberfläche, die den geringeren Bedarf an Bindemittel
zur Folge hat. Die Temperatur wird dabei auf maximal 550° C beschränkt.
[0012] Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Prozeßluft oder das bei der Behandlung
entstehende Luftgasgemisch durch die Trocknungsstufe und durch die (erste) direkt
nachgeschaltete mechanische Abreinigungsstufe im Kreislauf durch eine der Regenerationsstufe
nachgeschalteten Trockenfilter und einen Lufterhitzer geführt wird. Auf diese Weise
wird die Prozeßwärme weitgehend erhalten. Ein vorbestimmter Anteil des Luftgasgemisches
wird dabei fortlaufend aus dem Kreislauf abgezweigt und einer Nachverbrennung zugeführt.
Die Nachverbrennung kann auch dazu dienen, die überschüssigen Anteile der vom Sand
abgetrennten staubförmigen Bestandteile zu inertisieren. Eine solche Inertisierung
ist vor der Lagerung dieser Bestandteile in einer Deponie aus ökologischen Gründen
unbedingt erforderlich. Die thermische Energie,die beim Verbrennen des abgezweigten
Luftgasgemisches und beim Nachbrennen der überschüssigen Staubbestandteile gewonnen
wird, steht zur Erhitzung bzw. Nacherhitzung des im Kreislauf geführten Luftgasgemisches
zur Verfügung.Man erhält so eine gute Qualität des regenerierten Sandes, dessen Wiederverwendung
daher nicht eingeschränkt ist. Man erhält ferner eine Prozeßführung, die alle ökologischen
Anforderungen gut erfüllt. Der bei dem neuen Verfahren gewonnene regenerierte Sand
ermöglicht ferner einen sparsamen Einsatz der Bindemittel. Schließlich ist das Verfahren
auch aus Gründen des Energieverbrauches und auch aus Gründen der Kosten besonders
günstig.
[0013] Das neue Verfahren nach Anspruch 1 kann noch einfacher gestaltet und zu diesem Zweck
abgewandelt werden, wobei bezüglich der Anlage und der Verfahrenskosten noch erhebliche
Einsparungen erzielt werden können. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Aufgaben
und Funktionen, welche die Trocknungsstufe erfüllt, auch von der ersten mechanischen
Regenerierungsstufe übernommen werden können, da dort infolge der starken mechanischen
Beanspruchung des Sandes die Trocknung sich außerordentlich rasch vollzieht und damit
der Alstand schon bei Beginn der mechanischen Regenerierung die Konsistenz aufweist,
wie er sie bei Zuspeisung aus der vorgeschalteten Trocknungsstife besitzt. Diese vorteilhafte
Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1 ist Gegenstand des Anspruchs 5.
[0014] Die weiteren Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausbildungen bzw. Weiterbildungen
der Verfahren nach Anspruch 1 bzw.nach Anspruch 5.
[0015] Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
[0016] Es zeigen in gleicher Darstellungsweise
Figur 1 eine Anordnung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 und
Figur 2 eine Anordnung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 5.
[0017] Das neue Regenerationsverfahren ist mehrstufig. Vor der ersten Behandlungsstufe wird
der Altsand, wiedergegeben durch den Pfeil 2 bei 1 einem Magnetabscheider 3 oder dgl.
aufgegeben, um in dem Altsand vorhandene Gußreste und andere Metallteile bei 4 abzuscheiden.
Der so behandelte Altsand wird bei 5 einer Trocknungsstufe zugeführt. Diese besteht
zweckmäßigerweise aus einer Mahltrocknungsanlage in der der durchlaufende Sand in
Bewegung gehalten wird, Sandzusammenballungen zerkleinert werden und der Sand mit
Hilfe heißer Luft getrocknet wird. Der bei 5 aufgegebene Altsand kann eine Restfeuchte
von 2 bis 3 % aufweisen. Diese Feuchtigkeit wird in der Mahltrocknungsanlage möglichst
vollständig entfernt. Die Bewegung des Sandes in der Mahltrocknungsanlage können Wurfschaufeln
oder dgl. übernehmen. Es sind verschiedene geeignete Mahltrocknungsanlagen bekannt,
so daß eine nähere Beschreibung nicht erforderlich ist.
[0018] Die der Anlage zugefügte Trocknungsluft wird in einem Kreislaufsystem 7 geführt.
In einem Lufterhitzer 8 wird die Luft erhitzt und bei 9 der Trocknungsanlage 6 zugeführt.
Die Temperatur der Trocknungsluft wird auf maximal 500° bis 550° C eingestellt. In
der Mahltrocknungsanlage wird der Altsand erwärmt, zerkleinert und getrocknet. Die
Temperatur des Altsandes beim Verlassen der Trocknungsanlage 6 kann etwa 120° betragen.
Mit etwa der gleichen Temperatur tritt die Abluft bei 10 aus der Tocknungsanlage und
gelangt in eine dieser unmittelbar nachgeschalteten erste mechanische Reinigungs-
oder Regenerationsanlage 11. Bevorzugt wird in der Stufe 11 ein einoder mehrzelliger
Aufprall-Separator eingesetzt, wie er bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt
ist. Das dabei benötigte Trägermedium für den Sand wird über die Leitung 10 der Stufe
11 zugeführt. Das Trägermedium besteht aus dem Luftgasgemisch, das sich in der Trocknungszone
6 bildet. Bevorzugt wird das Trägermedium ebenfalls auf eine erhöhte Temperatur von
bis maximal 250° C eingestellt. Zur Einstellung der Temperatur kann erhitzte Luft
aus der Leitung 9 über Ventil 17 und Leitung 16 abgezweigt und dem Luftgasgemisch
in der Leitung 10 zugemischt werden. Das aus der Stufe 11 abgeführte Luftgasgemisch
wird über die Leitung 12 einem Trockenfilter 13 zugeführt und gelangt von diesem über
die Leitung 14 zu dem Erhitzer 8 zurück, von dem das Luftgasgemisch dem Prozeß erneut
zugeführt wird.
[0019] Die bei der mechanischen Abreinigung in der Stufe 11 anfallenden übergroßen Körner
werden bei 18 ausgeschieden. Staubförmige Bestandteile werden mit dem Luftgasgemisch
über die Leitung 12 in den Filter 13 ausgetragen und bei 20 aus dem Kreislauf ausgeschieden.
[0020] Ein über Ventil 28 einstellbarer Anteil des Luftgasgemisches aus dem Kreislauf 7
wird über Leitung 27 fortlaufend abgezweigt und in dem Nachbrenner 25 einer Verbrennung
unterzogen. Der Nachverbrennungseinrichtung 25 werden auch solche überschüssigen Anteile
der staubförmigen Bestandteile, die bei 20 aus dem Filter ausgeschieden werden, bei
26 aufgegeben. Durch den Brennvorgang werden diese Bestandteile in einen inerten Zustand
überführt, so daß sie bei 32 ausgeschieden und in einer Deponie ökologisch unbedenklich
abgelagert werden können. Die in der Nachverbrennungsvorrichtung 25 gewonnene thermische
Energie wird über die Abgase gemäß Leitung 30 einem Wärmetauscher und gegebenenfalls
einer Zusatzwärmequelle in dem Erhitzer 8 zugeführt. Nach Abgabe der Wärme können
die Abgase, ggf. nach entsprechender Reinigung, bei 31 dem Kamin zugeführt werden.
Die bei 27 abgeführte Teilmenge des Luftgasgemisches kann durch Frischluft in den
Kreislauf 7 ersetzt werden.
[0021] Der so aufbereitete Sand kann nunmehr direkt gekühlt und der Wiederverwendung zugeführt
werden.
[0022] Es ist jedoch zweckmäßig eine zweite mechanische Abreinigungsstufe 40 nachzuschalten,
der ein eigener Luftkreislauf 47, 48 zugeordnet ist, der eine entsprechende Filteranlage
13a zur Ausscheidung der staubförmigen Bestandteile bei 20a aufweist. Die mechanische
Abreinigungsanordnung 40 kann in entspechender Weise wie die Abreinigungsanordnung
11 ausgebildet sein. Auch hier können noch verbliebene übergroße Teile bei 18a ausgeschieden
werden.
[0023] Bei Nachschalten einer zweiten Reinigungsanordnung kann dem ersten Luftgaskreislauf
die erforderlich Ergänzungsluft über Ventil 50 und Leitung 49 aus dem zweiten Kreislauf
47, 48 zugeführt werden, dem selber Ergänzungsluft über Ventil 52 bei 51 zugeleitet
wird.
[0024] Der in der Stufe 11 aufbereitete Sand tritt mit seiner Restwärme von z.B. 120 bis
200° C in die zweite mechanische Behandlungsstufe 40 ein. Diese Eintrittstemperatur
des Sandes bestimmt in dieser Stufe die Verfahrenstemperatur. In dieser Stufe kühlt
der Sand auf z.B. 100° C ab und tritt mit dieser Temperatur bei 45 in den nachgeschalteten
Kühler 52 ein. Zur weiteren Abkühlung des Sandes dient ein eigener Kühlkreislauf,
z.B. ein Wasserkühlkreislauf 51, dem die Wärme über den Wärmetauscher 53 und z.B.
eine Luftkühlung 54 entzogen wird.
[0025] Die bei 20 bzw. 20a aus den Filteranlagen anfallenden und ausgeschiedenen Feinanteile
enthalten noch wirkungsvolle Bestandteile von Bentonit und von Glanzkohlenstoffbildnern.
Diese staubförmigen Bestandteile können also zu einem erheblichen Teil in der Grünsandaufbereitung
wieder verwendet werden. Die überschüssigen staubförmigen Bestandteile werden dagegen
bei 26, wie erwähnt, der Verbrennung zugeführt.
[0026] Die im ersten Kreislauf benötigte Luftmenge kann bei einer Leistung der Anlage von
5 t/h beispielsweise 7ooo Nm³/h betragen. Die über die Leitung 27 abgezweigte Menge
beträgt etwa 50 Nm³/h. Die Temperatur in dem Mahltrockner 6 liegt vorzugsweise zwischen
120 und 500° C, während die Prozeßtemperatur in der Stufe 11 zweckmäßig unter 250°
C gehalten wird. Die Verweilzeit des Sandes im Trockner 6 beträgt etwa 1 Stunde und
in den Abreinigungsstufen 11 und 40 jeweils etwa 1/2 bis 1 Stunde. Die Geschwindigkeit
des Trägermediums bei Verwendung von pneumatisch-mechanischen Regenerationsstufen,
z.B. Aufprallseparatoren in den Stufen 11 und 40 beträgt zwischen 20 und 40 m/sek.
[0027] Die oben angeführten Zahlen beziehen sich auf eine bestimmte Anlagen. Die Werte sind
von jeweiligen Gegebenheiten und der Auslegung der Anlage abhängig.
[0028] Der Erhitzer 8 besteht zweckmäßigerweise aus einem der Nachverbrennungseinrichtung
25 nachgeschaltetem Wärmetauscher und einer zuschaltbaren Aufheizeinrichtung.
[0029] Die Anordnung nach Figur 2 unterscheidet sich von der nach Figur 1 nur in dem Bereich
zwischen dem Magnetabscheider 3 und der ersten mechanischen Reinigungs- oder Regenerierungsanlage
11, die bei dieser Ausführung dem Magnetabscheider 3 direkt nachgeschaltet ist. Die
erhitzte Luft des Heißgaskreislaufes 7 wird der ersten mechanischen Regenerierungsstufe
11 direkt zugeführt und wie bisher über die Leitung 12 dem geschlossenen Kreislaufsystem
7 wieder zugeführt. Über das Ventil 17 kann z.B. durch Zumischung eines Anteils des
kühleren Gasgemisches aus dem Leitungsabschnitt 14 über die Kurzschlußleitung 17a
die Zuführungstemperatur des Gasgemisches in der Leitung 16 auf den gewünschten Wert
eingestellt werden. Diese Zuführungstemperatur liegt in jedem Fall maximal bei 550°C.
Bevorzugt wird jedoch die Zuführungstemperatur des Gasgemisches zu der ersten mechansichen
Abreinigungsstufe auf einen Wert eingestellt, der 250°C nicht übersteigt.
[0030] Es zeigt sich im Vergleich zu Figur 1, daß die Anlage nach Figur 2 vereinfacht ist
und nocht ökonomischer und energiesparender ausgeführt werden kann. Auch bei diesem
Verfahren fallen die Bindemittelbestandteile mit noch sehr hoher Bindekraft an, so
daß diese direkt wieder für die Aufbereitung der regnerierten Sande für die Formherstellung
verwendet werden können.
1. Verfahren zum trockenen Regenerieren von Gießsereialtsanden, die organische und anorganische
Bindemittelbestandteile, wie hohe Ton-, insb. Bentonitanteile anthalten, bei dem der
Altsand mit einer Restfeuchte nach Aussondern von Metallresten zunächst in einer Trocknungsstufe
in Bewegung gehalten wird, Sandzusammenballungen zerkleinert werden und die Restfeuchte
des Sandes mit Hilfe von erhitzer Luft entfernt wird, der trockene Sand in wenigstens
einer Abreinigungsstufe mechanisch gereinigt wird, die anfallenden staubförmigen Bestandteile
mittels Luftstrom abgeführt werden und der trockene, gereinigte Sand dann auf Verarbeitungstemperatur
abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsstufe die erhitzte Luft mit einer Temperatur deutlich unterhalb
der Sintertemperatur von tonhaltigen und unterhalb der Verbrennungstemperatur von
organischen Bindemittel zugeführt und die Luftzufuhrtemperatur auf maximal 550°C begrenzt
wird, der getrocknete Sand der mechanischen Abreinigungsstufe direkt zugeführt wird
und das aus der Trocknungsstufe abgezogene Luftgasgemisch im geschlossenen Kreislauf
durch die direkt nachgeschaltete mechanische Abreinigungsstufe, einen Trockenfilter
und einen Erhitzer der Trocknungsstufe wieder zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Kreislauf des Luftgasgemisches fortlaufend ein vorbestimmter Anteil
abgezweigt und einer Nachverbrennungsstufe zugeführt wird, und daß die in der Nachverbrennungstufe
gewonnene thermische Energie dem Erhitzer zugeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung in einer Mahltrocknungsstufe erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverbrennungsstufe auch die überschüssigen Anteile der in der mechanischen
Abreinigungsstufe vom Sand abgetrennten staubförmigen Bestandteile und/oder übergroße
Körner zu deren Inertisierung zugeführt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sand und die auf eine Zuführungstemperatur von maximal 550°C erhitzte Luft
unter Umgehung der Trocknungsstufe direkt der mechanischen Abreinigungsstufe zugeführt
werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzte Luft mit einer Temperatur bis maximal 250°C der als ein- oder mehrzelliger
Aufprallseparator ausgebildeten erstenmechanischen Abreinigungsstufe zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten pneumatisch-mechanischen Abreinigungsstufe eine zweite, vorzugsweise
pneumatisch-mechanisch arbeitende, Abreinigungsstufe direkt nachgeschaltet ist, deren
Prozeßluft in einem gesonderten geschlossenen Kreislauf über einen Trockenfilter geführt
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem geschlossenen Kreislauf des erhitzten Gasgemisches laufend abgezweigte
und der Nachverbrennung zugeführte Menge fortlaufend aus dem gesonderten, geschlossenen
Kreislauf der zweiten mechanischen Abreinigungsstufe ersetzt wird.