DE4303868A1 - Verfahren und Anlage zur Trennung und Rückgewinnung von Abrasivmitteln bei der Wasserabrasivstrahlanwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren als auch die da zu­ gehörige Anlage zur Trennung und Rückgewinnung von Abrasivmit­ teln bei der Anwendung von zwei- (Wasserabrasivsuspensionsstrahl) und dreiphasigen (Wasserabrasivinjektorstrahl) Wasserabrasivstrahlen.

Um die Schneidleistung von Wasserstrahlen hoher Geschwindigkeit zu erhöhen und ihre Anwendung von nichtmetallischen Werkstoffen auf metallische Werkstoffe, Gestein, Keramiken, Verbundwerks­ toffe usw. zu erweitern, werden dem Wasserstrahl Abrasivmittel beigemischt. Die Erzeugung derartiger wasserabrasivstrahlen erfolgt entweder nach dem Injektorprinzip oder nach dem Suspensionsprinzip.

Beim Wasserabrasivinjektorstrahl erzeugt der Wasserstrahl hoher Geschwindigkeit in einer Mischkammer den erforderlichen Unter­ druck, um Abrasivmittel und Luft zu dessen Transport anzusaugen. Dieses Dreiphasengemisch wird anschließend in einer weiteren Düse (Fokussierdüse) gebündelt und stellt beim Aus­ tritt daraus das schneidende bzw. abtragende Werkzeug dar.

Beim Wasserabrasivsuspensionsstrahl wird im Druckkreislauf ein Teilstrom über einen mit Abrasivmittel gefüllten Druckbehälter geführt, durch ihn hindurchgeleitet und anschließend wieder mit dem Reststrom vereinigt. Der Volumenstrom durch den Bypass beeinflußt die ausgetragene Abrasivmittelmenge. Die Umsetzung des Druckes in einen Wasserstrahl hoher Geschwindigkeit erfolgt in einer gemeinsamen Düse. Ein derartiger Strahl besteht im Gegensatz zu dem vorher genannten nur aus zwei Phasen, d. h. aus Wasser und Abrasivmittel.

In jedem Fall werden Abrasivmittel in Massengehalten von 5 bis 30% der Wasserdurchsatzmasse verwendet, d. h. beim Wasserabra­ sivinjektorstrahl 100 bis 500 g Abrasivmittel pro Minute und beim Wasserabrasivsuspensionsstrahl bis zu 2,5 kg Abrasivmittel pro Minute.

In beiden Fällen dient der Flüssigkeitsstrahl lediglich zur Be­ schleunigung der Abrasivmittel, die in Form eines Mikrospanpro­ zesses zum Abtragen des Materials bis hin zu deren Trennung führen. Dadurch gelangt das abgetragene bzw. geschnittene Material in den Abrasivstoff. Beim Schneiden beträgt das Fugen­ material weniger als 10 Massen-% (z. B. Blei) der eingesetzten Abrasivmittelmenge. Während des Microzerspanprozesses zerbre­ chen die Abrasivstoffpartikel, so daß nach dem Schneidprozeß Korngrößen kleinerer Fraktionen, als der Ausgangsfraktionen vorliegen.

Nach dem Schneiden ist das Abrasivmittel mit dem Fugenmaterial vermischt und zu entsorgen. Das führt zu Kosten, die sich zum einen aus dem Einsatz neuen Abrasivmittels und zum anderen aus der direkten Entsorgung zusammensetzen, wobei davon auszugehen ist, daß insbesondere die Entsorgungskosten zukünftig stark steigen werden. Grundlegende Untersuchungen in unserem Hause haben ergeben, das ein Großteil des Feststoffes wiederverwendet werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verfahren und Anlage zur Trennung und Rückgewinnung von Abrasivmittel bei der Wasserab­ rasivstrahlanwendung so auszubilden, daß das eingesetzte Abra­ sivmittel mehrfach und das im Einsatz befindliche Wasser fast ausschließlich wiederverwendet werden können, und daß die Trennung des recyclierbaren Abrasivmittels von dem nicht wie­ derverwertbaren Abrasivmittel bereits dort erfolgt, wo die nicht recyclierbaren Feststoffe noch im Wasser suspendiert vorliegen.

Die Erfindung geht davon aus, daß die Rückgewinnung fortlaufend erfolgt, die Option für den diskontinuierlichen Betrieb jedoch nicht ausschließt. Das Abrasivmittel, das aufgrund seiner Fein­ körnigkeit nicht mehr eingesetzt werden kann, wird vor einer Entsorgung weitgehend von den Wasseranteilen befreit. Das Wasser wird dem Entsorgungskreislauf wieder zugeführt.

Kernstück der Trennung von wiederverwendbarem und zu entsorgen­ dem Feststoff ist jeweils ein Hydrozyklon, der durch die Wahl der geeigneten Strömungsführung (innere Geometrie) und durch die Wahl der äußeren Parameter (Durchmesser, Zulaufdauer und Geschwindigkeit des Suspensionsstromes) ein Trennen in der flüssigen Phase gewährleistet. Bei dem Einsatz von Wasserabra­ sivinjektorstrahlen ist nur der wiederverwendbare Anteil des Feststoffes einer Trocknung zuzuführen. Beim Einsatz von Was­ serabrasivsuspensionsstrahlen entfällt diese Trocknung.

Da die Korngröße des wiederverwendbaren Abrasivmittels vom Abrasivmittel selbst und vom zu schneidenden Material und der gewünschten Qualität abhängt, sind die inneren und äußeren Be­ triebsparameter des Zyklons dem jeweiligen Realfall anzupassen bzw. für einen optimalen Einsatzfall auszulegen. Die Entsorgung beschränkt sich auf den Teil des Feststoffes, der aufgrund seiner Feinkörnigkeit nicht für einen wirtschaftlichen Einsatz zum Schneiden wiederverwendet werden kann. Da beim Schneidpro­ zeß ein hoher Anteil der gebildeten Späne kleiner ist als der wiederzuverwendende Feststoff, reichert sich das Fugenmaterial in den kleinen Fraktionen an und kann so dem Prozeß entzogen.

Dadurch wird sogar ermöglicht, daß der zu entsorgende Feststoff je nach zu schneidenden Werkstoffen in drei verschiedenen Gruppen entsprechend der Weiterbehandlung klassifiziert werden kann. Diese Gruppierung bezieht sich auf das zu entsorgende Material, einmal aufgeteilt in umweltunbedenkliches Material, welches zu geringen Kosten entsorgt werden kann, und umweltbe­ denkliches Material, dessen Entsorgung höhere Kosten verursacht.

Die dritte Gruppe beinhaltet Fugenmaterial in Anteilen größer 15%, die eine Wiedergewinnung aus Kostengründen (Rohstoffkosten oder Deponiekosten) sinnvoll erscheinen lassen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der in der Abbildung wiedergegebenen schematischen Anlage beschrieben werden.

Eine übliche Wasserstrahlschneideinrichtung, sowohl geeignet für den Wasserabrasivinjektorstrahl als auch für den Wasserabrasivsuspensionsstrahl, ist in (1) wiedergegeben. Zur Vernichtung der Restenergie des durch das zu bearbeitende Material hindurchtretenden Wasserabrasivstrahls dient eine Wanne, die mit Wasser gefüllt ist. Der Wasserstand kann gegebe­ nenfalls reduziert werden, wenn zusätzliche Hindernisse in die Wanne eingebaut werden. Die Wanne hat außerdem die Funktion, die sich im Schneidstrahl befindlichen Feststoffe aufzufangen. Neben einer Wanne können jedoch auch andere Auffangsysteme eingesetzt werden, wie z. B. linien- oder punktförmige Systeme.

Aufgrund der Konstruktion der Wanne und aufgrund der höheren Dichte des Abrasivmaterials sammelt sich der Feststoff am Boden vornehmlich an der tiefsten Stelle. Von hieraus erfolgt eine Austragung aus der Wanne mittels einer Pumpe (4), wobei die Austragung durch zusätzliche seitlich angebrachte Wasserstrah­ len (3) verbessert wird.

Von der Pumpe, die gegebenenfalls auch als Wasserstrahlpumpe ausgebildet sein kann, werden das Wasser und der Feststoff dem ersten Hydrozyklon (5) zugeführt. In diesem Hydrozyklon erfolgt durch die Wahl geeigneter innerer und äußerer Parameter eine Trennung in zwei Suspensionen. Die eine enthält die zu entsor­ genden und die andere die wiederverwendbaren Feststoffe. Die wiederverwendbaren Feststoffe werden einem umlaufenden Bandfil­ ter zugeführt (6), der wesentliche Flüssigkeitsanteile abscheidet.

Von diesem Bandfilter gelangt das nasse Abrasivmittel in eine Trockenstation (7), die in Form eines beheizbaren Drehrohres, oder anderer Prinzipien, den Feststoff trocknet. Durch die Drehbewegung und/oder zusätzlich eingebaute Vorrichtungen wird die Agglomeration der Partikel verhindert. Nach Durchlaufen der Trocknungsstation wird der getrocknete und wiederverwertbare Feststoff einem Vorratsbehälter (9) zugeführt. Von diesem Vor­ ratsbehälter gelangt der Feststoff, gegebenenfalls vermischt mit neuem Abrasivmittel, zum Ausgleich des entsorgten Anteils, wieder in den Schneidkreislauf.

Für den Einsatz von Wasserabrasivsuspensionsstrahlen ist eine Trocknung nicht erforderlich.

Hier wird direkt vom Hydrozyklon (5) kommend die Suspension mit wiederverwertbarem Feststoff in einen Vorratsbehälter geleitet. Der aus dem Hydrozyklon (5) ausgetragene Feststoffanteil, der nicht wiederverwendet werden kann, wird über eine Pumpe (10) zwecks Eindickung einem zweiten Hydrozy­ klon zugeführt (11). Die Betriebsbedingungen dieses Hydrozy­ klons erlauben ein hohes Maß an Trennung in den Wasseranteil, mit nur noch sehr kleinen Schwebeteilchen, und in den eingedickten, nicht wiederverwertbaren Feststoffanteil mit wesentlichen Teilen des Fugenmateriales. Das Wasser wird direkt einer Vorratsstation zugeführt (12) und gelangt wieder in den Entsorgungskreislauf. Dem nicht wiederverwendbaren Abrasiv- und Schneidgut wird durch einen umlaufenden Bandfilter (13) die verbliebene Flüssigkeit weitgehend entzogen und einer Entsor­ gungsstation (14) zugeführt. Die Entsorgungsstation kann bis zu drei Einheiten enthalten, und zwar

• a) für umweltunbedenkliches Material, was zu geringen Kosten entsorgt werden kann
• b) für umweltbedenkliches Material, dessen Entsorgungskosten höher liegen, weil eine Sonderbehandlung erforderlich ist
• c) und für Material, was einer Wiederaufbereitung zugeführt werden kann, entweder um das darin vorhandene Fugenmaterial zurückzugewinnen, um es wieder zu verwenden, oder das Fugen­ material vom restlichen Abrasivmittel zu trennen, um die Entsorgungskosten zu verringern.

Untersuchungen im eigenen Hause haben ergeben, daß mehr als 80% des Abrasivmittels wiederverwendet werden können.

Claims (10)

1. Verfahren zur Trennung und Rückgewinnung von Abrasivmittel aus dem Auffangsystem einer Wasserstrahlschneideinrichtung, wobei das Abrasivmittel durch Schwerkraft und mit Unter­ stützung zusätzlicher Wasserstrahlen in den Eintrittsbe­ reich einer Fördereinrichtung gelangt und dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aus dem Auffangsystem ausgetragene Sus­ pension, in zwei Teilsuspensionen unterschiedlicher Abra­ sivteildurchmesserfraktionen getrennt, unterschiedlich aufbereitet und dann zum Teil einer Wiederverwendung zuge­ führt werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrennung der Suspension aus Wasser und Feststoff in zwei Teilsuspensionen mit Hilfe eines Hydrozyklons erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Trocknung gelangende Feststoff einen beheizba­ ren Drehrohrofen der Schwerkraft folgend durchläuft.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das sich im Auffangsystem befindliche Abra­ sivmittel kontinuierlich ausgetragen wird.

5. Anlage zur Trennung und Rückgewinnung von Abrasivmittel aus dem Auffangsystem einer Wasserstrahlschneideinrichtung, wobei das Abrasivmittel durch Schwerkraft und mit Unter­ stützung zusätzlicher Wasserstrahlen in den Ansaugbereich einer Fördereinrichtung gelangt und dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Auffangsystem ausgetragene Suspension, in zwei Teil-suspensionen unterschiedlicher Abrasivteildurch­ messerfraktionen getrennt, unterschiedlich aufbereitet und dann zum Teil einer Wiederverwendung zugeführt werden kann.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trockenstation Drehrohr (7), Heizstäbe, UV-Strahler usw. als Wärmespeicher vorgesehen sind.

7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung in zwei Teilsuspensionen mit Hilfe eines geeigneten Hydrozyklons (5) erfolgt.

8. Anlage nach Anspruch 5 oder 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rückgewinnung des Wassers der nicht wiederverwendbaren Suspension im wesentlichen mit Hilfe eines geeigneten Hydrozyklons (10) erfolgt.

9. Anlage nach Anspruch 5 oder 6 oder 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Entsorgung des nicht wieder verwertbaren Feststoffs eine Klassifizierung erfolgt in leicht entsorgbares, schwer entsorgbares und wiederaufbe­ reitungsfähiges bzw. wiederaufbereitungserforderliches Material.

10. Anlage nach Anspruch 5 oder 6 oder 7 oder 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht wiederverwendbare Feststoff, der wesentliche Anteile (größer 20%) des Schneidgutes enthält, aufbereitet wird zum Zweck der Rück­ gewinnung des Schneidgutes.