Projekt 35888/01

Regenerierung von zementgebundenen Gießereiformstoffen

Projektdurchführung

AAGM Aalener Gießereimaschinen GmbH
Gewerbehof 28
73441 Bopfingen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Projektes war es die Aufbereitung und Wiederverwendung von zementgebundenen Formstoffen zu untersuchen, um so eine Grundlage für die Umstellung von Gießereibetrieben hin zu zementgebun-denen Formstoffen zu liefern. Denn der Ettringitzementformstoff emittiert auf Grund seiner anorgani-schen Charakteristik keinerlei leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe wie BTEX und auch kein Schwefeldi-oxid. Durch eine Substitution besteht die Möglichkeit die Arbeitsbedingungen der Mitarbeiter und der Umwelt rund um die Gießerei nachhaltig zu verbessern.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm ersten Arbeitsschritt wurde das Regenerat nach einmaligen Regenerierprozess untersucht. Die Ver-suche wurden an einer Anlage durchgeführt die im Chargenbetrieb mit eingebautem Schleifstein (Gem-co-Schleifregenerator) arbeitet und an einer die im Durchlaufbetrieb (Wöhr-Fliehkraftreiniger) arbeitet. Die Regenerate wurden entsprechend der VDG-Merkblätter hinsichtlich ihrer granulometrischen Eigen-schaften, dem auf dem Sandkorn verbliebenen Restzement sowie deren Einfluss auf die Formstoffei-genschaften überprüft. Zur Untersuchung des Wöhr-Fliehkraftreinigers wurden zeitaufwendige Umbau-maßnahmen durchgeführt, um zu gewährleisten, dass dieser sich für die Regenerierung von zement-gebundenen Formstoffen eignet. Letztendlich mussten diese zurückgebaut werden, da ein Betrieb der Anlage damit nicht möglich war. Allerdings hat sich im Rahmen dieser Untersuchungen rausgestellt, dass die Erhöhung der Drehzahl des in der Anlage verbauten Rotors die Regenerierung der zementge-bundenen Formstoffe verbessert. Dies war notwendig, denn der Wöhr-Fliehkraftreiniger musste für die Industrieversuche verwendet werden, da nur mit dieser Anlage die Regenerierung der anfallenden Alts-andmenge möglich war.
Im Industrieversuch wurde der Formstoffkreislauf für zementgebundene Formstoff unter Industrie nahen Bedingungen evaluiert. Hierzu wurden fünf Umläufe durchgeführt. Die Form fasste mit Ober- und Un-terkasten ca. 3,5 t Formstoff. Als Gussteil wurde ein 1 t schwerer B-Säulen-Probekörper verwendet. Nach jedem Umlauf wurde der zuvor gebrochene Altsand regeneriert. Im ersten Umlauf wurden zur Formherstellung 100 % Neusand und ab dem 2. Umlauf 70 % Regeneratanteil am Formgrundstoff ver-wendet. Im Rahmen des Industrieversuches wurde ein Entsorgungskonzept aufgestellt. Auf Grund der Erkenntnisse des Industrieversuches wurde eine Konfiguration des Gemco-Schleifregenerators unter-sucht, um einen Formstoffkreislauf mit einem Regeneratanteil von 93,3 % zu analysieren. An Hand die-ses Versuches erfolgt die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Diese Regenerierungsanlage ist zwar eine Versuchsanlage es gibt allerdings auch Industrieanlagen die mit demselben Regenerierungsprinzip arbeiten.



Ergebnisse und Diskussion

Prinzipiell lässt sich durch beide mechanische Regenerierungsanlagen der auf dem Sandkorn verblie-bende Zement entfernen, wobei der Restzement mit keiner Anlagenkonfiguration rückstandlos entfernt werden konnte. Durch den Industrieversuch wurde nachgewiesen, dass mittels Regenerat ein Form-stoffkreislauf aufgebaut werden kann, der sich zur Gussteilerzeugung eignet.
Auf Grund des Vergleiches der Formstoffkreisläufe des Industrieversuches mit dem des Gemco-Schleifregenerator lässt sich aus technischer Sicht folgendes zum Aufbau eines Ettringitzement-Formstoffkreislaufes festhalten:
Der aufwachsende Zement verschlechtert gleichzeitig die Regenerierung und die Festigkeit des Form-stoffsystems. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass die Regenierintensität ab dem 2. Umlauf erhöht werden muss, da hier neben dem neu zugegeben Binder zusätzlich der Restzement des Regenerats zu entfernen ist. Von da an kann die Intensität konstant gehalten werden und es bildet sich ein Komponen-tengleichgewicht. Das bedeutet, dass beim Einfahren des Zementformstoffsystems mit Neusand ab dem 2. Umlauf eine höhere Regenerierungsintensität notwendig ist. Es gibt demzufolge theoretisch ein Regenerierungsgrad1 für den ersten Umlauf und einen Regenerierungsgrad2…? für die restlichen Um-läufe Dieser Wert ist Prozess spezifisch und dementsprechend keine allgemein gültige Aussage mög-lich. Hierbei ist zu beachten, dass die Erhöhung der Regeneierintensität das Ausbringen verringert. Wodurch gegebenenfalls weniger Regenerat zur Verfügung steht wie es der Wiedereinsatzgrad zu-lässt. Aus wirtschaftlicher Sicht sollte der Regeneratanteil so hoch sein, wie es der Wiedereinsatzgrad ermöglicht. Das Festigkeitsniveau des Gemco-Schleifregenerator-Formstoffkreislaufes liegt trotz des höheren Regeneratanteils bei der Formstoffherstellung (93,3 %) in derselben Größenordnung wie das des Industrieversuch (70 %). Hierdurch lässt sich erkennen, dass sich ein kontinuierlicher Energieein-trag auf das Sandkorn bei gleichzeitiger Verwendung eines Schleifkörpers besser zur Entfernung des Restzementes eignet als der in diesem Projekt untersuchte Durchlaufbetrieb. Die Ursache ist die stär-kere Haftung des Restzementes auf dem Sandkorn sowie der höhere Bindergehalt im Vergleich zu den kaltharzgebundenen Formstoffen, für den der Wöhr-Fliehkraftreiniger ursprünglich konzeptioniert ist. Eine allgemeingültige Quantifizierung eines Formstoffkreislaufes ist nur schwer möglich, da der not-wendige Gesamt-Regenerierungsgrad von der tatsächlichen Formstoffrezeptur und dem erzielbaren Regenerierungsgrad der in der Gießerei vorhandenen Anlagen (Knollenbrecher, Regenerierungsanlage) abhängt. Die Umstellung einer Gießerei kann daher als individuelle Aufgabenstellung betrachtet werden.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Öffentlichkeitsarbeit erfolgt durch die Präsentation der Ergebnisse des Projektes auf dem Ledebur-Kolloquium am 25.10.24 und der Veröffentlichung einer Dissertation zu dieser Thematik.


Fazit

Das Ziel wurde grundsätzlich erfüllt. Im industriellen Maßstab ist nachgewiesen, dass mittels Regene-rats aus zementgebundenen Formstoffen Gussteile mit konstanter Qualität hergestellt werden können. Allerdings ist von einer Umstellung der gesamten deutschen Mittel- und Großgießereien von Furan-harzformstoff auf den Ettringitzementformstoff nach aktuellen Erkenntnissen nicht auszugehen. Unter bestimmten Rahmenbedingungen, wie Neusandzugabe über 10 % im Furanharz-Formstoffkreislauf oder strenge Anforderungen in Hinblick auf Emissionen und Geruchsimmissionen auf Grund des Standortes, ist die Umstellung einzelner Gießereien schon jetzt lukrativ. Auf Grund der bisherigen Erfahrungen mit dem Ettringitzement ist der Prozessablauf des Formverfahrens sehr ähnlich zum Furanharz, sodass die Umstellung für die Belegschaft als unproblematisch einzustufen ist. An dieser Stelle ist noch anzumer-ken, dass diese Ergebnisse zum gegenwärtigen Zeitpunkt mit einem Formstoffbinder erzielt wurden, dem noch ein Prototypen-Status zugeordnet werden kann. In Hinblick auf die industrielle Anwendung ist von einer weiteren Optimierung durch den Hersteller auszugehen. Dies wurde bereits im Rahmen des Industrieversuches unter Beweis gestellt, in dem in kurzer Zeit die Aushärtungcharakteristik des Ze-mentes auf die vorherrschenden Bedingungen angepasst wurde.