VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM REGENERIEREN VON GIESSEREISAND

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regenerieren von Gießereisand gemäß den Ansprüchen 1 und 11.

Steigende Deponiekosten und behördliche Auflagen erzwingen die Regenerierung und Wiederverwendung von Gießereisanden. Dazu sind verschiedene Regenerierungsverfahren bekannt und Regenerierungsanlagen in Betrieb.

Die Regenerierung von bentonithaltigen Mischsanden bereitet wegen ihrer großen Schadstoffmengen besondere Schwierigkeiten. Zur Zeit wird die thermischmechanische Regenerierung favorisiert, wie sie beispielsweise in der EP-A-0 343 272 beschrieben und mit weiteren bekannten Verfahren verglichen ist. Dabei wird der Sand in einer ersten, der thermischen Behandlungsstufe bei Temperaturen von 500 bis 900°C geglüht und nach entsprechender Abkühlung chargenweise in eine Reib- oder Schleifmaschine gegeben, in der die totgebrannten, beim Glühprozeß nicht verflüchtigen Binderreste durch rotierende Querarme von den Sandkörnern abgerieben und mittels durch die Sandfüllung geblasener Druckluft von Zeit zu Zeit ausgetragen und abgeführt werden.

Die thermische Regenerierungsbehandlung wird aber mit zunehmender Skepsis betrachtet und künftig entfallen müssen. Die hohen Anschaffungs-, Betriebs-und Wartungskosten der dafür erforderlichen Anlagen überfordern viele kleine und mittelständische Gießereien und zwingen zu genossenschaftlichem oder Lohnbetrieb, der zwangsläufig zusätzlichen Transport verursacht. Im Altsand noch vorhandene Wertstoffe aus Bentonit und kohlenstoffhaltigen Bestandteilen werden tot gebrannt und gehen verloren. Sandkörner zerspringen durch die schroffen Temperaturwechsel und werden zu Abfall, so daß die Reststoffmenge ansteigt und das Kornspektrum unzulässig verändert wird. Zudem zwingt die globale Klimaproblematik auch die Gießereien zur Verminderung ihres Wärme- und CO₂-Ausstoßes und zum Verzicht auf zusätzliche Ofenprozesse.

In neueren Druckschriften werden daher Regenerierverfahren vorgeschlagen, bei denen das Totglühen des gesamten Altsandes vermieden werden kann (DE-A-41 06 736, DE-A-41 06 737, DE-A-41 21 765 und EP-A-0 465 778).

Wenn aber die thermische Regenerierungsstufe entfällt, werden an die mechanischen Regenerierungsmaschinen sehr viel höhere Anforderungen gestellt als bisher, weil sie die Reinigungsarbeit allein bewältigen müssen.

Untersuchungen mit den bisher gebräuchlichen Maschinen haben wesentliche Schwächen und Nachteile erkennen lassen, die die geforderte Regeneratqualität überhaupt nicht oder erst nach sehr langen Maschinenlaufzeiten erlauben.

Die Prallreinigung verbraucht relativ viel Druckluft und erzeugt wegen der Kornzersplitterung erhöhte Reststoffmengen. Drehtrommeln mit mehreren Antrieben und Abstreifern ergeben auch wegen der meist heiß anfallenden Altsande große aufwendige Konstruktionen mit erhöhter Verschleiß- und Störanfälligkeit.

Bei den üblichen der thermischen Stufe nachgeschalteten Schleifmaschinen erfolgt die Entstaubung entweder durch Querluft, die aber nur den aufgewirbelten Staub über dem Gut erfaßt und abführt, oder mittels Durchluft. Wenn die Druckluft aber wie bei der Schleifmaschine nach der EP-A-0 343 272 durch eine Vielzahl von Düsen im oberen Maschinenboden in die Sandcharge eingeblasen wird, entsteht im Bereich der Querarme ein Fließbett, und die notwendige Reibwirkung setzt aus. Bei Aktivton-haltigem Sand führt das zu unzureichendem Abrieb, wodurch die Brauchbarkeit des Regenerats zur Kernherstellung beeinträchtigt wird. Zudem werden die Maschinenlaufzeiten verlängert und die Durchsatzmengen verringert. Außerdem wird ein erheblicher Teil des Abriebs nicht mit der Durchluft abgeführt, sondern setzt sich in der von Boden und Seitenwand gebildeten toten Ecke ab und wird beim Entleeren der Maschine mit dem Regenerat abgezogen.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein einfaches, anlage-, betriebs- und wartungskostengünstiges Verfahren zum Regenerieren von Gießereisanden, insbesondere von noch aktiven Bentonit enthaltenden Altsand zu schaffen, das unter Verzicht auf eine Glühbehandlung des Sandes auch von kleinen Gießereien selbständig betrieben werden kann. Die dazu erforderliche Anlage sollte möglichst wenig Platz beanspruchen, flexibel an die verschiedensten Reinigungsaufgaben angepaßt werden können und unkompliziert in die meist vorhandene Sandaufbereitung integrierbar sein. Das Verfahren sollte unter Vermeidung jeglicher Prallkräfte Kornzersplitterungen ausschließen, dennoch aber eine starke Korn-an-Korn-Reibung gewährleisten, damit sowohl harte, auf den Sandoberflächen aufgebackene Fremdstoffe abgerieben und auch die Körner selbst abgeschliffen und vorteilhaft gerundet werden. Das Verfahren sollte derart flexibel sein, daß die Korn-an-Korn-Reibung während einer Regenerierungscharge allmählich gesteigert werden kann, damit zuerst die Fremdstoffe abgetragen werden und erst daran anschließend der Abschliff der harten Sandkörner erfolgt, wodurch die Behandlungsdauer einer Charge wesentlich verkürzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, das sich einer Trockenschleifmaschine nach Anspruch 11 bedient. Dabei wird gewöhnlich Druckluft verwendet. Diese Betriebsweise wird auch im folgenden erörtert. Das gleiche Verfahren kann aber auch auf Saugluft eingestellt werden.

In den jeweils rückbezogenen Ansprüchen 2 bis 10 und 12 bis 20 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens, bzw. der Maschinentechnik der Anlage enthalten, die nach Anspruch 21 auch zum Runden von Neusandkörnern verwendet werden kann, die sich erfahrungsgemäß in den nachfolgenden Recyclingsprozessen leichter regenerieren lassen.

Wenn die Luft entsprechend der Maßnahme nach Anspruch 1 nur in den peripheren Bereich der Sandfüllung eingeblasen wird, entsteht an und über der Einblasstelle auch nur ein entlang der Seitenwand der Maschine aufsteigender Strom fluidisierten Sandes. Dabei bildet die Druckluft Blasen, die den von den Körnern abgeriebenen Staub aufnehmen und sich an der Oberfläche der Füllung deutlich sichtbar auflösen, wobei der Staub von der abströmenden Luft mitgeführt wird, die Sandkörner aber auf die Oberfläche der Füllung zurückfallen und in einem zentralen Sogtrichter um die Antriebswelle abwärts via Schleifrotor zurückgeführt werden. Dadurch entsteht ein vertikaler Kreislaufeffekt.

Die auf den Sandkörnern haftenden Binderreste werden aber nicht nur durch den Schleifrotor, sondern auch durch Korn-an-Korn-Reibung innerhalb der bewegten Sandmasse gelöst. Diese Reibungsart kann durch Einblasen scharfer Druckluftstrahlen in den peripheren Bereich der Füllung begünstigt werden und ist besonders wirksam, wenn elektrostatisch anhaftende Kunststoffteilchen abgelöst werden müssen. Andererseits kann ein zu hoher Fluidisierungsgrad im wandnahen Bereich der Sandfüllung den Hauptschliff durch die Rotorflügel erheblich beeinträchtigen. Um das zu verhüten, soll die Druckluft zweckmäßig an mit Abstand voneinander liegenden boden- und wandnahen Stellen eingeblasen werden. Dadurch wird erreicht, daß sich nur an und über den Einblasstellen säulenförmige Zonen fluidisierten Sandes bilden, die durch dazwischenliegende Säulen dichteren Sandes getrennt sind. Der Zweck dieser Maßnahme ist, daß die Ausbildung eines zusammenhängenden rohrförmigen Fließbetts an der Maschinenwand verhindert wird. Durch die zwischenliegenden Säulen festerer und dichterer Sandpackung wird auch verhindert, daß bei Schleifmaschinen, die keine weiteren Einbauten im zylinderförmigen Füllraum haben, die inneren nicht fluidisierten Sandbereiche durch den ansonsten zum Rührwerk werdenden zentralen Schleifrotor wie ein Kern in einem Gleitlager in horizontale Rotation versetzt werden.

Der vertikale Kreislaufeffekt kann verstärkt werden, wenn die aufwärts und abwärts verlaufenden Ströme durch eine oben unter der Sandoberfläche beginnende und unten über dem Schleifrotor endende Trennwand separat geführt werden. Die Menge und Größe der Sandblasen kann beeinflußt werden, wenn die Druckluft nicht nur an der tiefsten Stelle der Maschine, sondern teilweise auch durch deren Seitenwand eingeblasen wird, wobei die seitlichen Einblasstellen gegenüber denen in Bodennähe winkelversetzt sein können.

Im Verlauf der Regenerierbehandlung ändert sich mit der Zusammensetzung und weiteren Eigenschaften auch das Fließverhalten des Sandes, so daß die Änderung verschiedener Betriebsparameter zweckmäßig wird. Zu Beginn der Behandlung tritt ein Temperaturausgleich in der Sandfüllung ein, der besonders deutlich beim Einsatz frisch ausgeleerten und erst noch schwach durchmischten Altsandes zu beobachten ist. Dabei wird zuerst der auf den Sandkörnern haftende Aktiv-Bentonit getrocknet, abgerieben und zusammen mit den Kohlenstoffteilchen verstärkt ausgetragen. Diese Wertstoffe werden zweckmäßig getrennt aufgefangen, weil sie in der Sandaufbereitung wiederverwendet werden können.

Die Änderung des Fließverhaltens der Sandfüllung im Verlauf einer Regenierungscharge beeinflußt auch die Stromaufnahme des Antriebsmotors, an der der Regenerierfortschritt erkannt werden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Stromaufnahme als Signal für Änderungen der Drucklufteinleitung und/oder der Drehzahl des Schleifrotors herangezogen, wodurch die Schleifintensität in einer gewünschten Richtung verändert wird. Die Regelprozesse können selbsttätig erfolgen. Mit Hilfe derartiger Signale ist auch das Ende einer Chargenlaufzeit bestimmbar, die nicht einheitlich ist. Die für das jeweilige Regenerat erforderliche Maschinenlaufzeit hängt von der Altsandzusammensetzung ab, die sich innerhalb eines Formsandkreislaufs häufig ändern kann.

Manche Altsande enthalten relativ viel losen Staub, der hauptsächlich aus Kohlenstaub und Bentonit besteht. Es kann daher vorteilhaft sein, diese Wertstoffe vor Beginn der Schleifbehandlung abzuziehen. Dazu dient eine Vorreinigungsphase, in der der Schleifrotor steht oder sich nur so langsam dreht, daß die Sandfüllung schonend umgerührt wird.

Der Austrag des Staubes kann durch oberhalb der Sandfüllung radial oder tangential eingeblasene Querluft gesteuert werden, aus der eventuell mitgerissener Feinkornsand sich zyklonartig zentral, spätestens aber in einem trichterförmigen Sandfang abscheidet, wieder in den Sandkreislauf zurückgeführt wird und damit dem Sandkornspektrum erhalten bleibt.

Die Erfindung ist anhand einiger Prinzipskizzen beispielhaft erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1:

eine von einem Mantel teilweise umgebene zylindrische Sandschleif- und Regeneriermaschine,

Figur 2

einen Schnitt durch Figur 1 entlang der Linie A-A,

Figur 3

eine zylindrische Sandschleif- und Regeneriermaschine mit einer rohrförmigen Trennwand im Füllraum.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Maschine hat einen abgedeckelten aufrechtstehenden zylindrischen Behälter 1, der am unteren Teil von einem Mantel 2 mit Bodenplatte 9 umgeben ist. Teile 1 und 2 begrenzen Luftkammern 3, 3a, 4, in die Zuleitungen 5, 5a, 6 für Druckluft münden, die als Fluidisierungs- und Entstaubungsluft durch einen Ringspalt 7 am Boden und durch höher in der Behälterwand angeordnete Luftschlitze oder Schlitzdüsen 8 in den eingefüllten Sand oder als Querluft über dessen Oberfläche eingeblasen und durch die Austrittsleitung 23 abgeführt wird. Auf dem Deckel ist im dargestellten Fall ein drehzahlregelbarer Motor 12 zentrisch gelagert, der über eine leicht konische Welle 13 einen Schleifrotor 14 nahe über einer zum Sandabzug zu öffnenden Bodenplatte 24 antreibt. Der Schleifrotor kann aber auch exzentrisch angeordnet und wie bei Drehflügelmischern üblich von unten angetrieben werden, wobei dann nur die Abzugsöffnung zu verlegen wäre. Der Sand wird durch einen verschließbaren Einfüllstutzen 16 über die geneigte Fläche eines trichterförmigen Sandfanges 20 bis zur Füllhöhe 17 eingebracht.

Figur 2 zeigt, daß die bodennahen Luftkammern durch Zwischenwände 25 in zwei Gruppen segmentförmiger Einzelkammern 26, 27 unterteilt sind. Diese Unterteilung kann sich auch auf die in Figur 1 dargestellten darüberliegenden Luftkammern 3a erstrecken. Die Luftkammern jeweils einer Gruppe werden durch in Figur 2 nicht dargestellte Leitungen alternativ mit Druckluft beschickt, die in Pfeilrichtung 28 in den Wirkbereich 29 ausströmt und den Sand hier fluidisiert. Wie dargestellt verbleiben in diesem Außenbereich 10 zwischen den fluidisierten säulenförmigen Wirkbereichen aber auch noch nicht oder nur schwach mit Luft durchsetzte Abschnitte 30, die eine festere Konsistenz haben und als Brems- und Stützbereiche gegen die vom Schleifrotor 14 eingebrachte Drehkraft wirken. Dessen Flügel arbeiten mithin hauptsächlich im schleifintensiven nicht fluidisierten Innenbereich 11 und dringen höchstens begrenzt in den Übergangsbereich zu den stärker mit Druckluft durchsetzten Bereichen 29 ein.

Beim Betrieb dieser Vorrichtung stellt sich ein aufsteigender Strom 18 fluidisierten, mit Staub durchsetzten Sandes ein, wobei Aufwärtsbewegung und Durchlüftung durch Luftströme aus den Schlitzen 8 unterstützt werden können. Je nach Druck und Menge tritt die Luft mehr oder weniger heftig vor allem im Außenbereich 10 in Form zerplatzender Blasen oder aus der nur leicht sprudelnden Sandoberfläche aus. Sie trifft auf den Sandfang 20 und strömt unter Mitnahme der leichten Staubpartikel in der durch die Pfeile 22 angedeuteten Richtung zur Austragsleitung 23 und weiter zu einem nicht dargestellten Abscheider, während mitgerissener schwerer Sand von der Unterseite des Sandfanges 20 in Richtung 21 zurückgeführt wird oder als Feinkorn von der Trichterfläche zurückrollt und im Innenbereich 11 in Pfeilrichtung 19 abwärts wieder in den Arbeitsbereich des Schleifrotors gelangt, von dem er in Pfeilrichtung 15 erneut in den vertikalen Kreislauf gefördert wird. Da sich im Eckbereich vor den gerade nicht blasenden Kammern Abrieb und Staub absetzt, wird im Chargenverlauf die aktive Kammergruppe mehrmals gewechselt, so daß Staubansätze aus den Totzonen immer wieder ausgeblasen werden.

Figur 3 zeigt eine andersartige Vorrichtung, die im Boden einen sich düsenartig verjüngenden ringsumlaufenden Spalt 31 oder mehrere vertikale Einzeldüsen und eine über dem Schleifrotor 14 mittels Rippen 35 konzentrisch gehalterte Trennwand 34 hat. Beim Betrieb dieser Vorrichtung wird Druckluft aus einer Ringkammer 32 in scharfem Strahl 33 in den Sand geblasen, wobei im Außenbereich 10 der Sandfüllung eine zusätzliche Reibwirkung auftritt, die zur vollständigen Ablösung der vom Schleifrotor 14 abgetragenen Reststoffteilchen beiträgt. Auch diese Vorrichtung kann je nach Wertstoff gehalt des anfallenden Altsandes mit einer Vorreinigungsphase betrieben werden, in der die Wertstoffe ausschließlich durch die aus der Ringkammer 32 eingeblasene Luft ausgetragen werden, bevor der Schleifrotor erst langsam und dann auf Schleifdrehzahl gebracht wird, so daß die Sandfüllung in die durch die Pfeile 15, 33, 21, 19 angedeutete Bewegung gerät. Die Vermischung des auf- und abwärts strömenden Sandes wird dabei durch die Trennwand 34 und eine unerwünschte Horizontaldrehung durch die Rippen 35 unterbunden.