Heißer Sand beim Grünsandguss verstehen und kontrollieren

Ein überhitztes Formstoffsystem beeinträchtigt beim Grünsandformen sowohl die Fertigung als auch die resultierende Gussqualität. Durch die Erforschung der Ursachen und Auswirkungen von temperaturbelastetem Rücklaufsand sowie die Einführung effektiver Kühlmethoden können Gießereien ihre Sandaufbereitungsverfahren verbessern, Gussfehler reduzieren und die Gesamtproduktivität steigern.

von Tom Arenholz, Senior Applications Engineer Global OEM, SIMPSON

Um die Problematik zu hoher Sandtemperaturen im Formstoffsystem zu lösen, ist es zunächst wichtig zu verstehen, wann man von heißem Sand spricht und welche Auswirkungen er auf die Formgebung und die Qualität hat. Folgend können passende Techniken zur Kontrolle und Regulation entwickelt und eingesetzt werden.

Ausgangspunkt

Ist die Temperatur des eingesetzten Rücklaufsandes zu hoch, kommt es bereits bei der Sandaufbereitung zu Schwierigkeiten. Studien haben gezeigt, dass Sandtemperaturen über 49 °C zu einem Verlust der physikalischen Eigenschaften des Sandes führen. Um dennoch brauchbare Formstoffeigenschaften zu erreichen, müssen dann größere Mengen an Zusatzstoffen zugegeben werden, was wiederum Probleme bei der Formgebung und Kontrolle verursacht. Verschiedene Defekte können die Folge sein, wie z. B. Sandeinschlüsse, raue Oberflächen, Eindringen von Metall, Aufquellen, Erosion, gasbedingte Nadellöcher und gebrochene Formen.

Auswirkungen

Überhitzer Sand beeinträchtigt jeden Aspekt eines Grünsandformverfahrens und führt zu höheren Ausschussraten, erhöhtem Bentonitverbrauch und einem Verlust der Systemkontrolle. Sandbedingte Defekte, wie Sandeinschlüsse und Oberflächenrauigkeit, stehen in engem Zusammenhang mit einer zu hohen Sandtemperatur. Zu hohe Temperaturen des Formstoffsystems stören auch den Betrieb der Sandanlage, was die genaue Feuchtigkeitszugabe und die Kontrolle der Verdichtbarkeit erschwert. Feuchtigkeitskondensation von heißem Sand auf kalten Oberflächen kann etwa dazu führen, dass der Sand an Mustern klebt, die Sandkapazität durch Ablagerungen an den Silowänden verringert wird und Gussfehler entstehen. Uneinheitliche Sandeigenschaften und unkontrollierbare Sandtrocknung erschweren den Formgebungsprozess zusätzlich.

Sandtemperatur steuern

Es gibt drei Möglichkeiten, heißen Sand zu kontrollieren:       

• Erhöhung der Gesamtkapazität der Sandanlage; hierdurch wird die Sandtemperatur nur geringfügig gesenkt, da mehr Zeit zum Abkühlen des Sandes zur Verfügung steht, bevor er wieder in eine Form gegeben wird.     
• Senken des Metall-Sand-Verhältnisses; das Metall-Sand-Verhältnis wird durch die Produktmischung bestimmt. Da die Gießereien den Ausstoß pro Form maximieren wollen, ist dies keine optimale Methode zur Senkung der Sandtemperatur.
• Mechanische Kühloptionen; diese sind notwendig, um die Temperatur des Formsandsystem wirksam zu kontrollieren

Sandkühlung

 Ein gut durchdachtes Sandkühlsystem spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Sandkonsistenz. Das System sollte erratische Temperaturschwankungen und andere Unregelmäßigkeiten zu einer homogenen Sandmasse verbinden. Die Zugabe von Wasser auf den heißen Rücklaufsand allein ist für eine effiziente Kühlung nicht ausreichend. Das Wasser muss für eine kritische Zeitspanne mit allen Sandkörnern in Kontakt kommen, und der bei der Wasserumwandlung entstehende Dampf muss abgeleitet werden.

Anforderungen

Für eine wirksame Sandkühlung ist die Verweilzeit im Kühlbehälter entscheidend. Ungesättigte Luft, die in der Lage ist, Feuchtigkeit zu absorbieren, ist für verdunstungsbasierte Kühlsysteme erforderlich. Es ist effektiver, ungesättigte Luft durch die Sandmasse zu leiten, als sie über die Oberfläche zu führen. Entscheidend ist, dass die zugegebene Wassermenge kontrolliert wird und die Austritts- prozentual bereits im Bereich Verarbeitungsfeuchte liegt. Über die Sandkühlsysteme kann auch Bentonit zugesetzt werden, um die Effizienz des Systems zu erhöhen, sowie eine Rückvermischung durchgeführt werden.

Vorteile

Die Einführung eines Sandkühlungssystems bietet zahlreiche Vorteile. Es reduziert die sandbedingten Ausschussraten, verbessert die Sandkonsistenz und steigert die Produktivität. Durch die Aufrechterhaltung der Sandtemperatur und Sandfeuchtigkeit innerhalb des gewünschten Bereichs können Gussfehler wie Sandeinschlüsse, Aufquellungen und Erosion erheblich reduziert werden. Sandkühlsysteme erhöhen auch die Effizienz des Kollergangs, reduzieren den Bentonitverbrauch und verbessern die Gesamteffizienz der Formanlage. Die Möglichkeit, den Rücklaufsand vor dem Kollergang zu kühlen und zu mischen, sorgt für einen gleichmäßigeren Formsand und damit für eine höhere Qualität der Gussteile.

Fazit

Die Steuerung der Sandtemperatur ist entscheidend für die Herstellung gleichmäßiger und fehlerfreier Bauteile beim Grünsandformen. Durch das Verständnis der Ursachen und Folgen von überhitztem Sand und die Einführung effektiver Kühltechniken können Gießereien ihre Sandaufbereitungsverfahren erheblich verbessern. Sandkühlsysteme spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Sandkonsistenz, der Verringerung der Ausschussrate und der Verbesserung der Effizienz der Formanlage. Mit der richtigen Kontrolle und Regulierung von heißem Rücklaufsand können Gießereien qualitativ hochwertigere Gussteile herstellen und ihre Abläufe optimieren.