Projekt 11593/01

Steuerung des Regenerierungsprozesses von Gießereirestsanden mittels einer On-Line-Bewertung der Sandregenerate

Projektträger

GUT Gießerei Umwelt Technik GmbH
Obere Hommeswiese 2-4
57258 FreudenbergZielsetzung und Anlass des Vorhabens Bei der Bauteilung durch Gie√üen in verlorenen Formen fallen deutschlandweit 2.680.000 t Restsande an, die verwertet oder entsorgt werden m√ľssen. Die Problematik, die sich bei der heutigen Gie√üereisandregenerierung zeigt, besteht in der Ermittlung des optimalen Arbeitspunktes der Regenerierungsanlage unter Ber√ľcksichtigung maximaler Regeneratqualit√§t verschiedener Ausgangssande bei gleichzeitiger Reduzierung der Reststoff- und Abfallmengen. Eine technologiegerechte und individuelle Regenerierung ist verfahrensspezifisch derzeit noch nicht m√∂glich. Die Folge ist eine schlechtere Regeneratqualit√§t, die durch erh√∂hten Bindereinsatz kompensiert werden muss oder eine bessere Regeneratqualit√§t bei hohem Reststoffanteil mit allen damit verbundenen, bekannten Nachteilen in Bezug auf die Umwelt. Die Flexibilit√§t der Regenerierungsanlagen wird durch die fehlende M√∂glichkeit einer Online-Qualit√§tsmessung wesentlich eingeschr√§nkt. Ziel dieses Projekts war die Entwicklung und Optimierung eines Verfahrens zur Online-Bewertung der Regeneratqualit√§t mit Hilfe einer (N)PAK-Analytik. 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√ľckst√§nde bzw. Additive auf dem Sandkorn, und die entstehenden (N)PAKs geben Aufschluss √ľber die Restbindermenge im Sand. Auf diese Weise kann √ľber die Menge der (N)PAKs eine Aussage √ľber die Regeneratqualit√§t erreicht werden. F√ľr die quantitative Messung der (N)PAKs steht der Photoelektrische-Aerosol-Sensor (PAS) zur Verf√ľgung. 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√ľber hinaus wurde das Anlagenkonzept eines kontinuierlichen Strahlungsofens entwickelt und zun√§chst im Laborbetrieb erprobt. Parallel dazu erfolgte eine Bewertung der Sandqualit√§t mittels Formstoffpr√ľfverfahren gem√§√ü VDG-Merkbl√§ttern. Nach einer Anpassung der Anlage an die vorhandenen Produktionsbedingungen sowie einer Optimierung der Anlage sollte die Vor-Ort-Erprobung in einer Gie√üerei einschlie√ülich Steuerung des Regenerierungsprozesses mittels On-Line Bewertungsverfahren den Abschluss dieses Projektes bilden. Ergebnisse und Diskussion In der ersten Projektphase wurde ein Anlagenkonzept entwickelt, das es im Laborbetrieb zul√§sst, √ľber die Mengenbestimmung von polyzyklischen Aromaten, die durch die thermische Zersetzung von Binderr√ľckst√§nden entstehen, eine Aussage √ľber den Regenerierungsgrad des Sandsystems zu treffen. Hierbei konnten Bewertungszeiten im Bereich von 120 Sekunden erzielt werden. Das Messsignal kann zudem als Regelgr√∂√üe Eingang in die elektronische Prozesssteuerung der Regenerierung finden. Von der Messgeschwindigkeit und Reproduzierbarkeit her konnte das Messprinzip des kontinuierlichen Strahlungsofens in Kombination mit der elektronischen PAS-Analytik als bester Ansatz f√ľr eine On-Line Steuerung des Regenerierungsprozesses ermittelt werden. Die Tauglichkeit wurde anhand ausgedehnter Tests verschiedenster Bindersysteme und Kombinationen dieser im Laborma√üstab erfolgreich erprobt. Dabei konnten Korrelationen mit den konventionellen Methoden Gesamtgl√ľhverlust und Schl√§mmstoffanalyse gefunden werden. Schon im Laborma√üstab stellte sich heraus, dass die Bewertung von Mischsandsystemen, bestehend aus bentonit- und chemisch gebundenen Sanden, problematisch sein w√ľrde; noch aktive Bentonitkomponenten beeinflussen das Analyseergebnis. Aufgrund der positiven Laborergebnisse wurde der Schritt zur Kopplung der Regeneratbewertung an eine bei der Firma Silbitz Guss GmbH arbeitenden Schleifregenerierungsanlage get√§tigt. Die Anlage ist f√ľr die Regenerierung eines Mischsandsystems (Cold-Box/Bentonitsand) und Furansand ausgelegt. Die Bestimmung eines Prozessfensters f√ľr die On-Line-Bewertung gestaltete sich dabei als ausgesprochen schwierig. Die Pr√§misse, mit gleichen Einstellungen f√ľr das Misch- und Monosandsystem zu arbeiten, konnte nicht realisiert werden. Die Sande wurden sowohl in Silbitz als auch am Gie√üerei-Institut der RWTH-Aachen analysiert. Nur f√ľr das Monosystem konnte eine ausreichende Korrelation zwischen den Analysemethoden und der Sand- bzw. Kernqualit√§t gefunden werden. Die Implementierung der On-Line-Analyse-Me√üeinrichtung in die Anlagensteuerung gestaltete sich dann im weiteren Verlauf als gr√∂√üeres Problem. Aufgrund der im Vergleich zum Labor sehr rauen Umgebungsbedingungen f√ľr die sensible Messtechnik konnte ein stabiler Betrieb in der Gie√üerei nicht erreicht werden. Nach der Stillegung der Regenerierungslinie, die nicht urs√§chlich mit diesem Forschungsprojekt im Zusammenhang stand, konnten keine weiteren Mess- und Optimierungsarbeiten mehr vorgenommen werden. Die Praxiserprobung bleibt damit unvollst√§ndig. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation ¬∑ E. Westhoff: On-Line-Analyse von Formsandsystemen, ver√∂ffentlichte Dissertation, Shaker Verlag, 1998. ¬∑ L. Meiser, M. Pelzer, S. Cristescu: Formstoffe und Umwelt in der Gie√üerei, Gie√üereiforschung 51 (1999) Nr. 2, S. 91-98 (Ver√∂ffentlichung) ¬∑ L. Meiser, J. M√ľller-Sp√§th: Vorstellung des Projektes im Rahmen verschiedener Gie√üereifachtagungen: - Aachener Umwelttage, 1999 - Duisburger Formstofftage, GH Duisburg, 1999 - AGIFA-Symposium, Gie√üerei-Institut der RWTH-Aachen,1999 Fazit Die PAS-Methode eignet sich grunds√§tzlich f√ľr Anwendungen im Laborbetrieb zur schnellen Bestimmung der Regeneratsandqualit√§t der meisten organisch gebundenen Sande. Messungen unter Laborbedingungen haben eine gute Korrelation mit dem sehr bedeutenden Qualit√§tsmerkmal Gl√ľhverlust ergeben. Jedoch konnten trotz intensiver Bem√ľhungen aufgrund der oben beschriebenen breitgef√§cherten 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 √∂kologischen und √∂konomischen Gesichtspunkten. Dieser Umstand ist besonders bedauerlich, da die Ergebniserwartung auf eine besonders g√ľnstig zu bewertende positive Verkn√ľpfung von √∂konomischen Vorteilen aus einem √∂kologiebewussten Verfahrensablauf zielte. Aus 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 √∂kologisch und √∂konomisch nachhaltigerem Umgang mit den in der Gie√üerei-Industrie verbrauchten Ressourcen f√ľhren.

√úbersicht

Telefon

02734/2809-30

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Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Fördersumme

143.161,73 ‚ā¨

Förderzeitraum

01.02.1999 - 30.09.2002

Internet

gut-gmbh.de