Projekt 26077/01

Entwicklung eines betriebstauglichen Systems zur prozessintegrierten thermischen Reinigung von Schadstoff und Geruchsstoff beladenen Gießgasen

Projektträger

IfG - Institut für Gießereitechnik gGmbH
Sohnstr. 70
40237 Düsseldorf
Telefon: 0211/6871-337

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Gießereien sind Hersteller von anspruchsvollen Bauteilen für die Industriesektoren Fahrzeugbau, Maschinenbau und andere Branchen. In Deutschland fertigen etwa 400 Gießereien mit etwa 50.000 Beschäftigten mit dieser Technik. Beim Gießen des flüssigen Metalls in die Formen werden von der eingebrachten Wärme die Kunstharze und der Kohlenstaub unter reduzierenden Bedingungen zu Gießgasen mit Schadstoffen, wie Benzol oder Toluol, sowie mit geruchsintensiven Stoffen, wie Xylole, methylierte Naphthaline oder Indole umgesetzt. Es gibt keine befriedigende technische Maßnahme, um derartige Gießgase zu erfassen und zu reinigen. Die Gießgase führen somit zu erheblichen Belastungen der Umwelt sowie an den Arbeitsplätzen in den Gießereien. Im geplanten Vorhaben soll eine integrierte Gießgasverbrennung entwickelt werden. Es soll ein komplettes System (Einsatzstoffe, Verfahrensschritte etc.) entwickelt werden, das unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten eine betriebliche Lösung für die Gießereien darstellt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs wurden umfangreiche Gießversuche im IfG-Technikum und in Gießereien durchgeführt, bei denen das Einbringen von verschiedenartigen Zusatzbrennstoffen in den Gießereiprozess entwickelt und erprobt wurden. Mit diesen wurden die Gießgase prozessintegriert verbrannt - und damit Schadstoffe und Geruchsstoffe in den Gießgasen beseitigt.
Arbeitsschritte:
1. Entwicklung und Bewertung von Varianten der integrierten Gießgasverbrennung an Sandformen
2. Einsatz und Entwicklung der Simulationstechnik (Wärmetransport und Temperaturfelder in der Form, Simulation von Gießgasströmungen)
3. Bestimmung des Einflusses von prozessrelevanten Größen auf den Gießgasstrom
4. Integrierte Gießgasverbrennungen an idealisierten Form- und Guss-Geometrien
5. Einsatz von Zusatzbrennstoff an realen Gießereiformen im IfG-Technikum
6. Modellhafte Anwendung der integrierten Gießgasverbrennung in Modellgießereien
7. Entwicklung eines einsatzfertigen Systems der integrierten Gießgasverbrennung


Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen des durchgeführten Projektvorhabens wurden Methoden entwickelt, die geeignet sind in Gießereien an stationären sowie an bewegten Formen eine prozessintegrierte Gießgaskonvertierung durchzuführen. Hierzu wurde zunächst die computergestützte Simulationstechnik adaptiert, um eine Prognose der Massenströme in und an der Gussform zu ermöglichen. Die Ergebnisse Decken sich mit den empirisch ermittelten Ergebnissen aus dem Bereich der betriebsnahen Untersuchungen, die im IfG-Technikum durchgeführt wurden. Ein Ergebnis bei diesen Untersuchungen war, dass die Gießgase mit bis zu 96 % überwiegend an der Formstoffoberseite entweichen. Die Prognose bzgl. der Gießgasemissionen führt zu einer Effizienzsteigerung der Gießgaserfassung in der Praxis. Dies bedeutet, dass in diesem Projekt mit Hilfe der Simulationsdaten gezielt Gaserfassungskonzepte entwickelt werden konnten. Unter Berücksichtigung der Vielfältigkeit der Gießereien wurden unterschiedliche Erfassungsmöglichkeiten und Materialien im Bereich der automatisierten Formherstellung sowie im Bereich der stationären Formherstellung mit organischen und anorganischen Bindersystemen eingesetzt. Die Ergebnisse der Simulationsrechnungen und der Analyse der Gießgaszusammensetzung zeigten, dass der Einsatz von Zusatzbrennstoffen in der Form nicht zielführend ist, so dass die neuen Konzepte an der Formstoffoberfläche zum Einsatz gebracht werden müssen. Bei den neuen Konzepten handelt es sich um eine Brennkammer, die mit einem Ethanol/Zellulose-Gel betrieben wird, um einen Brenner, der mit einem Propan/Butan-Gasgemisch betrieben wird und um eine Hochspannungszündvorrichtung, mit der die Gießgase gezündet werden können. Die aufgeführten Methoden sind in der Lage mit einem guten Wirkungsgrad die Schadstoffe in den Gießgasen, sofern es sich dabei um Kohlenwasserstoffe handelt, zu CO2 und H2O zu oxidieren.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Am 29.04.2010 wurde das abgeschlossene Projekt mit all seinen Resultaten in Osnabrück im Rahmen einer Fachtagung ausgesuchtem Fachleuten präsentiert. Des Weiteren sollen die Ergebnisse zu einem späteren Zeitpunkt in der einschlägigen Fachliteratur veröffentlicht werden.


Fazit

Die in diesem Projektvorhaben entwickelten Maßnahmen zur oxidativen Gießgaskonvertierung verstehen sich, jede für sich genommen, als Teil eines Maßnahmenpakets, welches im Bedarfsfall geschnürt werden kann. Jede dieser Methoden ist in der Lage die Gießgasemission zu reduzieren. Durch die Kombination der entwickelten Konvertierungsmethoden ist es möglich, für nahezu jeden Bedarfsfall eine Lösung zur Reduktion der Gießgasemissionen zu generieren. Dies zeigten Praxistests, welche in den Gießereien durchgeführt wurden.
Persönliche Gespräche mit den Gießereibetreibern zeigten darüber hinaus, dass es einen großen Bedarf an flexiblen Methoden zur prozessintegrierten Gießgaskonvertierung, wie sie in diesem Projekt entwickelt wurden, gibt, so dass eine Etablierung der vorliegenden Maßnahmenkonzepte in den Gießereien sehr wahrscheinlich ist.