用于將砂模和砂芯的砂再生的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于再生從砂模和／或砂芯獲得的砂的方法，所述砂模和／或砂芯由砂和作為粘結劑的水玻璃制得并且用于金屬鑄造，從砂模和／或砂芯獲得的砂經(jīng)受機械再生階段和熱再生階段，并且在機械再生階段的過程中或之后與用于水玻璃的固化劑混合。
【專利說明】用于將砂模和砂芯的砂再生的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權利要求1的前序部分的用于再生從砂模和/或砂芯獲得的砂的方法，所述砂模和/或砂芯由砂和無機粘結劑(例如水玻璃)制得并且用于金屬鋳造。
【背景技術】
[0002]在金屬鑄造中，例如，使用用水玻璃-粘結劑加固的砂芯而形成空腔。在此，例如，需要大量的砂而批量生產(chǎn)汽車。
[0003]在此，特別出于成本原因和環(huán)保原因，使用舊砂(即從砂芯獲得的砂)代替新砂用于砂芯制備。
[0004]在使用用有機粘結劑結合的舊砂的情況下，熱再生是足夠的。在用無機粘結劑結合的舊砂的情況下，熱再生是不夠的。在此，再生通常分兩階段在第一機械再生階段和第二熱再生階段中進行。在機械再生中從砂粒的表面除去大比例的無機粘結劑。然而留下無機粘結劑的化學活性殘余物。這種粘結劑的化學活性殘余物在熱再生的過程中熔融，以薄層包封砂粒，然后再次冷卻并因此基本上熱失活。經(jīng)再生的舊砂被引入循環(huán)。在舊砂再生之后按百分比加入新砂。
[0005]通過再生，從舊砂除去粘結劑殘余物。舊砂中存在的粘結劑殘余物影響砂芯制備和砂模制備。這樣由此模具材料(即砂和水玻璃-粘結劑的混合物)的加工性能可能改變，例如模具材料的流動性和固化速度。此外，通過舊砂中的粘結劑殘余物還可能損害砂芯和/或砂模的強度。
[0006]然而，通過用機械再生階段和熱再生階段將砂再生僅不完全地除去砂粒表面上的粘結劑殘余物。這種關聯(lián)在具有多次再生舊砂的封閉的材料循環(huán)的情況下的重要性提高，因為在多次再生舊砂的情況下粘結劑殘余物相應地累積。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是，改進從用無機粘結劑加固的砂芯或砂模獲得的舊砂的再生，滿足盡可能完全地除去舊砂中的粘結劑或至少在化學上使殘留的粘結劑殘余物失活。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過權利要求1中用特征限定的方法得以實現(xiàn)。在從屬權利要求中描述了本發(fā)明的有利的實施方案。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，舊砂(即從砂模和/或砂芯獲得的砂)在機械再生階段中，例如通過破碎機進行顆粒分離。然后，可以通過砂粒彼此間的摩擦，例如通過機械-氣動處理，除去粘結劑。
[0010]在機械再生階段之后，舊砂中留下粘結劑殘余物。這種粘結劑殘余物由活性部分和非活性部分構成，所述活性部分在砂芯或砂模制備條件下可脫離，所述非活性部分在砂芯或砂模制備條件下不可脫離?；钚圆糠謸p害模具材料的加工性能和砂芯或砂模的強度，而非活性部分不影響模具材料的加工性能以及砂芯或砂模的強度。
[0011]為了除去粘結劑的活性部分，根據(jù)本發(fā)明使經(jīng)顆粒分離的砂在機械再生階段的過程中或之后與用于水玻璃的固化劑混合，之后其經(jīng)受熱反應階段。
[0012]使用用于將粘結劑活性部分的硅酸根離子交聯(lián)或聚合的試劑作為固化劑。通過所使用的水玻璃粘結劑體系的交聯(lián)和由此進行的完全固化應引起失活。亦即，為了砂的再生，通過額外的方法步驟加入用于水玻璃的固化劑，所述固化劑造成砂粒表面上的粘結劑的活性的堿性殘余物基本上完全化學失活。這種化學失活通過水玻璃到ニ氧化硅(Kieselsaure )的沉淀反應而進行，任何情況下到不溶性聚硅酸鹽，或者根據(jù)所使用的固化劑而定也到其它反應產(chǎn)物，例如沸石。
[0013]固化劑可以為無機酸或有機酸或鹽。
[0014]無機酸可以為礦物酸，例如鹽酸或磷酸，或ニ氧化碳。作為有機酸可以使用單羧酸、ニ羧酸或聚羧酸，例如檸檬酸或こ酸。
[0015]所述鹽可以為鋁酸鹽，例如鋁酸鈉或鋁酸鉀，硫酸鹽例如硫酸鋁，磷酸鹽例如磷酸鋁，或氟硅酸鹽例如六氟硅酸鹽。固化劑應該可以無危險地用于自動化方法。此外，在粘結劑的活性部分失活中所產(chǎn)生的反應產(chǎn)物不應該對砂品質或使用經(jīng)再生的砂時的粘結反應產(chǎn)生不利影響。沉淀產(chǎn)物因此應該優(yōu)選在熱再生階段中燒盡并且不再包含在所述鹽中。
[0016]固化劑可以優(yōu)選以水溶液的形式使用。固化劑的加入不允許造成再生中的干燥砂的結塊。優(yōu)選，用固化劑的溶液精細地濕潤砂粒表面。
[0017]優(yōu)選地，用固化劑濕潤的砂在固化反應的過程中在流化床中移動?；蛘?，也可以使用混合器。由此可以在限定的反應時間內結束固化反應。通過流化床可以使砂在進行熱反應階段的反應室中進ー步移動。代替流化床，砂也可以用機械設備，例如螺旋輸送器進行輸送。
[0018]與固化劑混合的砂也可以在熱反應階段之前進行中間儲存。為此將砂輸送至中間容器，最后進行熱再生階段。
[0019]在熱再生階段中使粘結劑失活，即活性粘結劑固化成非活性粘結劑的過程進行完全。
[0020]為此，將砂加熱至優(yōu)選至少200°C，特別是至少500°C的溫度。熱再生階段可以用火焰進行，從而使砂粒上的水玻璃殘余物失活。然而，熱再生階段也可以在流化床爐中進行，在所述流化床爐中送入與固化劑混合的砂。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的有利的實施方案，機械再生階段包括如下步驟:
[0022]a)通過機械破碎機對砂的作用進行顆粒分離，
[0023]b)將經(jīng)顆粒分離的砂送入氣動處理室并使砂在氣動處理室中在由空氣和砂形成的流化床中移動，
[0024]c)在氣動處理室中使砂加速，使得經(jīng)分離的砂粒彼此摩擦并至少部分從顆粒表面除去粘結劑。
[0025]通過砂粒朝向撞擊體的加速，可以實現(xiàn)砂粒的顆粒表面受到特別強烈的應力，特別是砂粒彼此間的特別強烈的摩擦。以此成功地實現(xiàn)機械除去粘附在顆粒表面上的粘結劑殘余物的大部分。脫離的粘結劑可以例如與粉塵級分一起從氣動處理室中除去。
[0026]適宜地，將固化劑加入用于使砂加速的鼓風中。這使得固化劑與砂的特別迅速和劇烈的充分混合成為可能。但是也有可能將固化劑加入用于制備流化床的空氣中。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另ー個實施方案，在氣動處理室中，在砂的預定的第一處理時間之后才將固化劑加入空氣和/或鼓風中。第一處理時間為例如約20至40分鐘，優(yōu)選約25至35分鐘，從砂朝向撞擊體加速開始起計算。已經(jīng)表明，在這樣的第一處理時間之后，粘附在砂的顆粒表面上的粘結劑中的顯著部分被機械除去。即使在更長的處理時間下，可機械除去的粘結劑殘余物的比例幾乎不再升高。為了保持盡可能低的固化劑消耗，有利地，當只通過機械作用幾乎不再能除去顆粒表面的粘結劑殘余物時才使用固化劑。
[0028]根據(jù)ー個特別有利的實施方案，使用液體固化劑，特別是含水固化劑。適宜地，將液體固化劑以霧化形式加入鼓風和/或空氣中?？梢赃M行霧化，其中液體固化劑通過噴嘴或超聲波噴霧器進行噴霧并加入鼓風和/或空氣中。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另ー個有利的實施方案，在預定的第二處理時間之后在流化床中加入新砂。術語“新的砂”或“新砂”應被理解為是指之前還未與粘結劑混合并用于制備砂芯或砂模的砂。第二處理時間有利地這樣選擇，使得其大于第一處理時間。例如，可以在砂朝向撞擊體加速開始之后20至60分鐘，優(yōu)選45至55分鐘加入新砂。新的砂的加入量相當于待再生的砂的量的約5至15%，優(yōu)選7至13%。適宜地，當固化劑與殘留在顆粒表面上的粘結劑殘余物接觸足夠長的反應時間時才加入新砂。適宜地，固化劑和待再生的砂之間的反應時間為10至35分鐘，適宜地15至30分鐘。
[0030]根據(jù)另ー個有利的實施方案，砂在流化床中加熱至40至60°C，優(yōu)選45至55°C的溫度。以此可以特別提高固化劑和殘留在顆粒表面上的粘結劑殘余物之間的反應速度。
[0031]在經(jīng)過機械再生階段之后，經(jīng)機械再生的砂以可自由流動形式存在。其直接以可自由流動存在的形式(任選在中間儲存之后)進行熱再生。亦即，經(jīng)機械再生的砂特別不與水混合，不經(jīng)受磨碎機研磨、濕法研磨等以及隨后的干燥。因此，所提出的方法可以相對迅速和簡單地，特別是還連續(xù)地進行。
[0032]根據(jù)另ー個有利的實施方案，將經(jīng)機械再生的并且與固化劑混合的砂送入爐中進行熱再生，并且將其在爐中在550°C至700°C范圍內的溫度下在由氣體和經(jīng)機械再生的砂形成的另一流化床中移動。氣體適宜地為可燃氣體。亦即經(jīng)機械再生的砂也可以在火焰中被移動。通過將經(jīng)機械再生的砂加熱至例如600°C至650°C范圍內的溫度，使得仍粘附在顆粒表面上的并且經(jīng)固化的粘結劑殘余物最終完全失活。此外還除去了固化劑的殘渣。
[0033]為了節(jié)省能量，經(jīng)機械再生的砂可以在被送入爐中之前進行預熱。為此可以使用從爐中排出的熱的廢氣。
[0034]下文借助唯一的附圖詳細解釋本發(fā)明的實施例。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]唯一的附圖1示意性地顯示了氣動處理室。
[0036]純化室I通過噴嘴底板2與風室3分開。通過附圖標記4表示空氣噴嘴，所述空氣噴嘴突出入純化室I中。在空氣噴嘴4上以一定距離(處于與其成軸向的狀態(tài))連接至管5,所述管5通入撞擊鐘形體(Prallglocke)6中?？諝鈬娮?的口和管5的入口之間的距離用I表示。管5的出口和撞擊鐘形體6的內壁之間的另ー個距離用附圖標記X表示。容納在純化室I中的砂用附圖標記7表示。其通過空氣進行流化，所述空氣從風室3通過噴嘴底板2引入。
[0037]例如用破碎機經(jīng)顆粒分離的砂或舊砂通過空氣噴嘴4借助在壓カ下引入的鼓風L并且通過管5加速至撞擊鐘形體6的內壁并從內壁落回純化室I。通過管5加速的砂的速度適宜地這樣選擇，使得在撞擊鐘形體6中形成倒流并因此形成砂墊層。以此可以實現(xiàn)砂粒彼此間的溫和摩擦。通過砂粒的摩擦，形成的由粉塵和粘結劑殘余物組成的顆粒通過純化室I上側的抽吸口(此處未示出)排出。
[0038]適宜地，在例如30分鐘的第一處理時間之后，向鼓風L中加入霧化形式的檸檬酸(此處未示出)。其可以例如為50%的檸檬酸。適宜地，每kg砂中的加入量為I至50g，優(yōu)選3至10g。固化劑和經(jīng)流化的砂7之間的反應時間為例如10至30分鐘。然后在純化室I中引入10%的新砂。在5至10分鐘的另外的處理時間之后，將如此制備的經(jīng)機械再生的砂從純化室I中除去并送入熱再生階段。
[0039]為此，將經(jīng)機械再生的砂送入流化床爐中并在流化床爐中在另一流化床中在例如600至650°C的處理溫度下在另一流化床中移動。在此使仍殘留在顆粒表面上的粘結劑殘余物熱失活并且除去任選存在的源自化學失活過程的殘渣。因此獲得經(jīng)再生的砂，所述經(jīng)再生的砂幾乎具有新砂的性能。
[0040]通過根據(jù)本發(fā)明的方法，通過水玻璃粘結劑的完全失活實現(xiàn)舊砂(即從砂芯和/或砂模獲得的砂)的明顯改進的并且恒定的品質。這導致砂芯和/或砂模制造的更穩(wěn)定制造過程并且因此導致較低的故障數(shù)和廢品數(shù)。無需在砂芯制造中復雜且勞動密集的配方適應性調整。
[0041]通過用固化劑使粘結劑化學失活還可以減少砂的熱再生的エ藝時間。還可以降低熱再生階段的エ藝溫度。以此可以達到舊砂的生產(chǎn)能力，和操作成本的降低。
[0042]通過根據(jù)本發(fā)明使粘結劑的活性殘余部分失活還實現(xiàn)新砂比例的降低。砂的最大循環(huán)次數(shù)和壽命得以升高并且新砂的需要量降低。
[0043]在此，根據(jù)本發(fā)明的使砂在機械再生階段和熱再生階段之間與用于水玻璃的固化劑混合的措施具有顯著的重要性。
[0044]在不使用所述措施的情況下，采用相同裝置和其它方面相同的條件的每個舊砂循環(huán)中加入例如10重量％的新砂時，活性殘余粘結劑的比例在例如舊砂的五次循環(huán)之后已經(jīng)升高使得開始出現(xiàn)對模具材料的加工性能的可覺察到的影響，通過使砂與固化劑混合相應地提高了循環(huán)次數(shù)或者相應地降低了新砂的需要量。
[0045]附圖標記列表
[0046]I純化室
[0047]2噴嘴底板
[0048]3 風室
[0049]4空氣噴嘴
[0050]5 管
[0051]6撞擊鐘形體
[0052]7經(jīng)流化的砂
[0053]L 鼓風
[0054]X 第二距離
[0055]y 第一距離
【權利要求】
1.用于再生從砂模和/或砂芯獲得的砂的方法，所述砂模和/或砂芯由砂和作為粘結劑的水玻璃制得并且用于金屬鋳造，其中獲得的砂經(jīng)受機械再生階段和熱再生階段并被再次送入砂模制備和/或砂芯制備的循環(huán)中，其特征在于，砂(i)在機械再生階段的過程中或(ii)在機械再生階段之后并在熱再生階段之前與用于水玻璃的固化劑混合。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述固化劑以水溶液形式使用。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，將與所述固化劑混合的砂在固化反應過程中在流化床中或采用混合器移動。
4.根據(jù)前述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，將與所述固化劑混合的砂在熱再生階段之前進行中間儲存。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，使用無機酸或有機酸或鹽作為用于水玻璃的固化劑。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述無機酸為礦物酸。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述有機酸為單羧酸、ニ羧酸或聚羧酸。
8.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述鹽為鋁酸鹽、磷酸鹽或氟硅酸鹽。
9.根據(jù)前述權利要求任一項所述的方法，其特征在于，機械再生階段包括如下步驟: a)通過機械破碎機對砂的作用進行顆粒分離， b)將經(jīng)顆粒分離的砂送入氣動處理室(I)并使砂在氣動處理室(I)中在由空氣和砂形成的流化床(7)中移動， c)在氣動處理室中使砂朝向撞擊體(6)加速，使得經(jīng)分離的砂粒彼此摩擦并至少部分從顆粒表面除去粘結劑。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中將所述固化劑加入用于使砂加速的鼓風(L)和/或用于制備流化床的空氣中。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的方法，其中在氣動處理室中在砂的預定的第一處理時間之后才將所述固化劑加入鼓風(L)和/或空氣中。
12.根據(jù)權利要求10或11所述的方法，其中將液體固化劑以霧化形式加入鼓風(L)和/或空氣中。
13.根據(jù)權利要求9至12任一項所述的方法，其中在預定的第二處理時間之后在流化床⑵中加入新砂。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中新砂的加入量相當于待再生的砂的量的約5至15%。
15.根據(jù)權利要求9至14任一項所述的方法，其中砂在流化床(J)中加熱至40至600C，優(yōu)選45至55°C的溫度。
16.根據(jù)前述權利要求任一項所述的方法，其中經(jīng)機械再生的且與所述固化劑混合的砂直接以可自由流動形式進行熱再生。
17.根據(jù)前述權利要求任一項所述的方法，其中將經(jīng)機械再生的砂送入爐中進行熱再生，并且在爐中在550°C至700°C范圍內的溫度下在由氣體和經(jīng)機械再生的砂形成的另ー流化床中移動。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中經(jīng)機械再生的砂在被送入爐中之前進行預熱。
【文檔編號】B22C1/18GK103561885SQ201280023150
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年8月24日 優(yōu)先權日:2011年8月25日
【發(fā)明者】H·施維卡爾, M·許布納 申請人:寶馬股份公司