Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bei der Bauteilung durch Gie\u00dfen in verlorenen Formen fallen deutschlandweit 2.680.000 t Restsande an, die verwertet oder entsorgt werden m\u00fcssen. Die Problematik, die sich bei der heutigen Gie\u00dfereisandregenerierung zeigt, besteht in der Ermittlung des optimalen Arbeitspunktes der Regenerierungsanlage unter Ber\u00fccksichtigung maximaler Regeneratqualit\u00e4t verschiedener Ausgangssande bei gleichzeitiger Reduzierung der Reststoff- und Abfallmengen. Eine technologiegerechte und individuelle Regenerierung ist verfahrensspezifisch derzeit noch nicht m\u00f6glich. Die Folge ist eine schlechtere Regeneratqualit\u00e4t, die durch erh\u00f6hten Bindereinsatz kompensiert werden muss oder eine bessere Regeneratqualit\u00e4t bei hohem Reststoffanteil mit allen damit verbundenen, bekannten Nachteilen in Bezug auf die Umwelt. Die Flexibilit\u00e4t der Regenerierungsanlagen wird durch die fehlende M\u00f6glichkeit einer Online-Qualit\u00e4tsmessung wesentlich eingeschr\u00e4nkt. Ziel dieses Projekts war die Entwicklung und Optimierung eines Verfahrens zur Online-Bewertung der Regeneratqualit\u00e4t mit Hilfe einer (N)PAK-Analytik.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklung des Verfahrens wird durch die Vorgabe des Messprinzips festgelegt. Die Regengeratbewertung sollte anhand der (N)PAK-Bildung des Sandes, verursacht durch eine thermische Beaufschlagung, vorgenommen werden. Dabei pyrolisieren die restlichen noch vorhandenen organischen Binderr\u00fcckst\u00e4nde bzw. Additive auf dem Sandkorn, und die entstehenden (N)PAKs geben Aufschluss \u00fcber die Restbindermenge im Sand. Auf diese Weise kann \u00fcber die Menge der (N)PAKs eine Aussage \u00fcber die Regeneratqualit\u00e4t erreicht werden. F\u00fcr die quantitative Messung der (N)PAKs steht der Photoelektrische-Aerosol-Sensor (PAS) zur Verf\u00fcgung. Im Rahmen des Projekts fanden zwei verschiedene Verfahren zur Temperaturbeaufschlagung und somit zur On-Line-Bewertung von Regeneraten Anwendung: ein Vibrationsrohrofen sowie eine fokussierte Strahlungslampe. Dar\u00fcber hinaus wurde das Anlagenkonzept eines kontinuierlichen Strahlungsofens entwickelt und zun\u00e4chst im Laborbetrieb erprobt. Parallel dazu erfolgte eine Bewertung der Sandqualit\u00e4t mittels Formstoffpr\u00fcfverfahren gem\u00e4\u00df VDG-Merkbl\u00e4ttern. Nach einer Anpassung der Anlage an die vorhandenen Produktionsbedingungen sowie einer Optimierung der Anlage sollte die Vor-Ort-Erprobung in einer Gie\u00dferei einschlie\u00dflich Steuerung des Regenerierungsprozesses mittels On-Line Bewertungsverfahren den Abschluss dieses Projektes bilden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
In der ersten Projektphase wurde ein Anlagenkonzept entwickelt, das es im Laborbetrieb zul\u00e4sst, \u00fcber die Mengenbestimmung von polyzyklischen Aromaten, die durch die thermische Zersetzung von Binderr\u00fcckst\u00e4nden entstehen, eine Aussage \u00fcber den Regenerierungsgrad des Sandsystems zu treffen.
\nHierbei konnten Bewertungszeiten im Bereich von 120 Sekunden erzielt werden. Das Messsignal kann zudem als Regelgr\u00f6\u00dfe Eingang in die elektronische Prozesssteuerung der Regenerierung finden.
\nVon der Messgeschwindigkeit und Reproduzierbarkeit her konnte das Messprinzip des kontinuierlichen Strahlungsofens in Kombination mit der elektronischen PAS-Analytik als bester Ansatz f\u00fcr eine On-Line Steuerung des Regenerierungsprozesses ermittelt werden.
\nDie Tauglichkeit wurde anhand ausgedehnter Tests verschiedenster Bindersysteme und Kombinationen dieser im Laborma\u00dfstab erfolgreich erprobt. Dabei konnten Korrelationen mit den konventionellen Methoden Gesamtgl\u00fchverlust und Schl\u00e4mmstoffanalyse gefunden werden.
\nSchon im Laborma\u00dfstab stellte sich heraus, dass die Bewertung von Mischsandsystemen, bestehend aus bentonit- und chemisch gebundenen Sanden, problematisch sein w\u00fcrde; noch aktive Bentonitkomponenten beeinflussen das Analyseergebnis. <\/p>\n
Aufgrund der positiven Laborergebnisse wurde der Schritt zur Kopplung der Regeneratbewertung an eine bei der Firma Silbitz Guss GmbH arbeitenden Schleifregenerierungsanlage get\u00e4tigt. Die Anlage ist f\u00fcr die Regenerierung eines Mischsandsystems (Cold-Box\/Bentonitsand) und Furansand ausgelegt. Die Bestimmung eines Prozessfensters f\u00fcr die On-Line-Bewertung gestaltete sich dabei als ausgesprochen schwierig. Die Pr\u00e4misse, mit gleichen Einstellungen f\u00fcr das Misch- und Monosandsystem zu arbeiten, konnte nicht realisiert werden. Die Sande wurden sowohl in Silbitz als auch am Gie\u00dferei-Institut der RWTH-Aachen analysiert. Nur f\u00fcr das Monosystem konnte eine ausreichende Korrelation zwischen den Analysemethoden und der Sand- bzw. Kernqualit\u00e4t gefunden werden. Die Implementierung der On-Line-Analyse-Me\u00dfeinrichtung in die Anlagensteuerung gestaltete sich dann im weiteren Verlauf als gr\u00f6\u00dferes Problem. Aufgrund der im Vergleich zum Labor sehr rauen Umgebungsbedingungen f\u00fcr die sensible Messtechnik konnte ein stabiler Betrieb in der Gie\u00dferei nicht erreicht werden. Nach der Stillegung der Regenerierungslinie, die nicht urs\u00e4chlich mit diesem Forschungsprojekt im Zusammenhang stand, konnten keine weiteren Mess- und Optimierungsarbeiten mehr vorgenommen werden. Die Praxiserprobung bleibt damit unvollst\u00e4ndig.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00b7\tE. Westhoff: On-Line-Analyse von Formsandsystemen, ver\u00f6ffentlichte Dissertation, Shaker Verlag, 1998.
\n\u00b7\tL. Meiser, M. Pelzer, S. Cristescu: Formstoffe und Umwelt in der Gie\u00dferei, Gie\u00dfereiforschung 51 (1999) Nr. 2, S. 91-98 (Ver\u00f6ffentlichung)
\n\u00b7\tL. Meiser, J. M\u00fcller-Sp\u00e4th: Vorstellung des Projektes im Rahmen verschiedener Gie\u00dfereifachtagungen:
\n –\tAachener Umwelttage, 1999
\n –\tDuisburger Formstofftage, GH Duisburg, 1999
\n –\tAGIFA-Symposium, Gie\u00dferei-Institut der RWTH-Aachen,1999<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die PAS-Methode eignet sich grunds\u00e4tzlich f\u00fcr Anwendungen im Laborbetrieb zur schnellen Bestimmung der Regeneratsandqualit\u00e4t der meisten organisch gebundenen Sande. Messungen unter Laborbedingungen haben eine gute Korrelation mit dem sehr bedeutenden Qualit\u00e4tsmerkmal Gl\u00fchverlust ergeben.
\nJedoch konnten trotz intensiver Bem\u00fchungen aufgrund der oben beschriebenen breitgef\u00e4cherten Schwierigkeiten beim Betrieb der On-Line-Analyse in einer industriellen Regenerierungsanlage, nicht die im Antrag spezifizierten Endziele des Projektes realisiert werden. Der Mangel an Ergebnissen aus der industriellen Anwendung verhindert vor allem eine Bewertung nach \u00f6kologischen und \u00f6konomischen Gesichtspunkten. Dieser Umstand ist besonders bedauerlich, da die Ergebniserwartung auf eine besonders g\u00fcnstig zu bewertende positive Verkn\u00fcpfung von \u00f6konomischen Vorteilen aus einem \u00f6kologiebewussten Verfahrensablauf zielte.
\nAus dem eher negativen Verlauf der zweiten Projektphase sollte nicht die Schlussfolgerung eines Fehlschlags gezogen werden. Vielmehr sollte weiter an der Verbesserung der bestehenden beziehungsweise an alternativen Analyseverfahren gearbeitet werden, die letztendlich zu einem \u00f6kologisch und \u00f6konomisch nachhaltigerem Umgang mit den in der Gie\u00dferei-Industrie verbrauchten Ressourcen f\u00fchren.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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