Projekt 20463/01

Reduktion von Schadstoff – Emissionen im Gießereibetrieb

Projektträger

Eisenwerke Fried. Wilh. Düker GmbH & Co. KGaA
Würzburger Str. 10
97753 Karlstadt
Telefon: 09353/791-101

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In Eisengießereien entweichen Schadstoffe nach dem Abgießen der Metallschmelzen in Sandformen infolge der hohen Gießtemperaturen aufgrund von Pyrolyse der organischen Zusatzstoffe, die in Formsand und Kernsanden enthalten sind.
Die bisherigen Versuche, diese Situation durch Modifizierung der Formstoffbindersysteme zu verbessern waren nur von geringem Erfolg.
Ziel der vorliegenden Arbeit war deshalb, durch Zugabe von Additiven den Brennwert der entstehenden Gießgase zu steigern und eine lang anhaltende Flamme zu erreichen. Hierdurch können die Gießgase in statu nascendi unschädlich gemacht werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Ermittlung der genauen Emissionsraten wurde zunächst eine Versuchskammer mit einem Volumen von 17 m³ gebaut. Zweck dieser Kammer war es, durch einen genau dosierten Zuluftstrom die in der Abluft enthaltenen Schadstoffe aus den Gießformen quantifizieren zu können.
In der ersten Phase des Projektes wurde zunächst der Stand der Technik dargestellt. Um Rückschlüsse auf den Grad der Wirksamkeit des neuen Verfahrens ziehen zu können war es notwendig, die charakteristischen Emissionen der Binderverfahren Cold-Box, Wasserglas, Furanharz, und Croning zu er-fassen und deren zeitlichen Ausstoß nach dem Gießen einer Form mengenmäßig darzustellen.
Der Nachweis der Schadstoffe erfolgte mittels so genannter Aktivkohleröhrchen, über die ein mittels Gasuhr gemessener Volumenstrom der zu untersuchenden Meßluft gesaugt wird. Die Schadstoffe in der belasteten Luft werden am Anreicherungsmedium, der Aktivkohle, angereichert. Der quantitative Nachweis der aufgenommenen Schadstoffe erfolgt dann mittels gaschromatographischer Analyse.Nach der Definition des Standes der Technik wurde in verschiedenen Versuchsreihen der Brennwert der Gießgase angereichert.
Diese Anreicherung erfolgte sowohl innerhalb als auch außerhalb der Gießform.
Hierdurch konnte eine längere Brenndauer der entweichenden Gießgase erreicht werden.


Ergebnisse und Diskussion

Die Emissionen für den gewählten Versuchaufbau konnten für alle Kernmaterialien dargestellt werden. Untersucht wurden speziell die so genannten BTEX-Aromaten Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol (ortho- und para) sowie Styrol. Der charakteristische Verlauf der Emissionsraten über die Zeit beruht auf einer abfallenden Exponential-Funktion. Die mit einem mobilen Flammenionisationsdetektor (FID) direkt gemessenen Gesamt-Kohlenwasserstoffmengen bestätigten diesen Verlauf.
Es zeigte sich, dass die mit Furanharz gebundenen Sande in Summe die höchsten Emissionen aufweisen, gefolgt von Sanden nach dem Croningverfahren. An dritter Stelle lagen die untersuchten Sandformen mit Sandkernen nach dem Cold-Box-Verfahren. Die niedrigsten Emissionen waren bei den Kernen aus Wasserglas zu verzeichnen. Da dieses Verfahren jedoch Nachteile in Punkto Kernzerfall und Kernfestigkeit hat, kann es nicht grundsätzlich als das beste Verfahren für die Gießereiindustrie betrachtet werden.
Durch die Erhöhung des Brennwertes der entweichenden Gießgase konnte eine deutlich längere Brenndauer der Flamme auf der Gießform erreicht werden.
Die besten Resultate konnten bei der Verfahrensvariante Zusatzbrennstoff außerhalb der Gießform verzeichnet werden. Durch die Nachverbrennung der Gießgase in einer definierten Gaskammer mit Erdgaszuführung konnten Schadstoffminderungen um bis zu 60 Prozent erreicht werden. Problematisch ist hier allerdings die Erdgasversorgung, die nur bei stationären Gießformen, also im Handformguss zum Einsatz kommen kann.
Die Variante in der Gießform kann auch bei automatischen Formanlagen eingesetzt werden, bei denen die Formkästen nach dem Gießen auf einer Kühlstrecke bis zur Ausleerstation weitergetaktet werden. Bei dieser Variante konnten ebenfalls eine deutlich längere Brenndauer erreicht werden. Allerdings ist es im Rahmen des Forschungsprojektes nicht gelungen, die Abhängigkeiten von Gießgewicht und zu dosie-render Additivmenge sowie deren optimaler Positionierung abschließend zu definieren.
Anzumerken ist bei der letzten Variante noch, dass hierfür ein Umbau von Modellplatten erforderlich ist, der, gemäß dem derzeitigen Stand der Forschungsergebnisse, nicht nur mit erheblichen Kosten, sondern auch mit einer Verringerung der Gussstücke je Formkasten verbunden ist.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Eine Veröffentlichung der Ergebnisse in Fachzeitschriften sind in Planung. Hier ist allerdings noch das Ende des Patentverfahrens abzuwarten. Die erstellte Diplomarbeit wurde daher bis zum 30.09.2007 mit einem Sperrvermerk versehen.


Fazit

Das untersuchte Verfahren konnte als ein wirksames Instrument zu Verringerung von Emissionen eingesetzt werden. Ziel weiterer Forschung muss nun die Implementierung des Verfahrens in bestehende Großanlagen sein. Hierzu müssen die notwendigen Dosiervorrichtungen entwickelt werden.

Übersicht

Fördersumme

86.000,00 €

Förderzeitraum

01.09.2004 - 31.12.2005

Bundesland

Hessen

Schlagwörter

Klimaschutz
Umweltforschung
Umwelttechnik