Heft 3/4 - Verein österreichischer Gießereifachleute

HEFT 3/4 GIESSEREI-RUNDSCHAU 60 (2013)Neue Solventless Cold-Box-Technologiereduziert Emissionenwährend des gesamten GießereiprozessesA New Solventless Cold-Box Technology reduces Emissions in the Foundry ProcessPierre Henri Vacelet,studierte bis 1995 an der Université duDoubs-Besancon Chemie und startete seineberufliche Laufbahn 1996 im BereichF&E der Ashland-Avebene, Frankreich.2004 übernahm er in Frankreich die Leitungder Forschung und Entwicklung. ImSeptember 2009 wechselte er zum Headquarternach Deutschland und bringt seitdemdort seine gesammelten Erfahrungen für die Gruppe inder Position Produktmanager Cold Box ein.Mitautoren:Christian Priebe, R&D Cold Box, Hilden,Joseph Muniza, Global Product Line Manager Cold Box,DublinSchlüsselwörter: Emissionen, Cold BoxIm Gießereiprozess können in verschiedenen SchrittenEmissionen entstehen. Beim Einsatz von organischenBindemitteln sind die Gießereimitarbeiter mit vielen verschiedenenEmissionen während des Produktionsprozesseskonfrontiert:Die im Teil 1 zur Lösung von Phenolharz eingesetztenLösungsmittel sowie die in Teil 2 zur Verdünnung vonPolyisocyanat verwendeten Lösungsmittel sind beide anfälligfür eine Verdunstung während der Kernfertigung,der Lagerung und in hohem Maße im evtl. vorhandenenTrockenofen.Die übrigen Komponenten des Bindemittelsystems verdunstennicht; die restlichen Harzkomponenten der Lösungsmittel(Phenolharzbasis und Polyisocyanat) werdenwährend des anschließenden Gießprozesses abgebautoder umgewandelt.Die Emissionen während der ersten beiden Schritte(Kernfertigung und Lagerung) können, ausgehend von derBindemittelformulierung, angemessen vorhergesagt werden.Sie werden von den Gießereimitarbeitern hauptsächlichals flüchtige organische Verbindungen (VOC)und/oder Gerüche wahrgenommen. Die Emissionen indiesem Stadium des Prozesses können reduziert oder eliminiertwerden, indem man die Bindemittel mit Lösungsmittelnformuliert, die einen höheren Siedepunktaufweisen.Im Trockenofen können die Emissionen auch mit demSiedepunkt des Lösungsmittels in Zusammenhang gebrachtwerden, der Dampfdruck des eingesetzten Lösungsmittelsist allerdings ein Sekundärfaktor, der imHinblick auf seine Bedeutung in Verbindung mit derTemperatur im Trockenofen berücksichtigt werden muss.Die Vorhersage der Emissionen während des Gieß-,Abkühl- und Ausleerprozesses (PCS) ist aufgrund derVielzahl der beteiligten Faktoren unmöglich. Die allgemeineFaustregel lautet, dass ein Teil des organischenRestmaterials verbrannt wird, während der andere Teilabgebaut und durch Pyrolyse umgewandelt wird. Beidieser thermischen Zersetzung können auch Emissionenwie Benzol, Toluol, Xylol (BTX), Stickstoffoxid (NOx)oder Luftschadstoffe (HAP) entstehen. Das restliche Bindemittelwird in Kondensat, Teer oder Koks umgewandelt,die erneut im Sand oder an der Oberfläche der Metallformen(Druckgussverfahren und Kokille) kondensierenkönnen.Im Rahmen der Entwicklung der Amin-Cold-Box-Technologie im letzten Jahrzehnt hat man sich insbesondereauf die Eliminierung von VOCs durch den Einsatzvon Lösemitteln auf Pflanzenölbasis mit höherem Siedepunktoder durch die Reduzierung von BTX durch Verwendungvon schnell verdampfenden Lösungsmittelnkonzentriert. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Einsatzvon Lösungsmitteln mit niedrigem Siedepunkt (aromatischeLösungsmittel, Ethylsilikat, Tetraethyl-Orthosilikatund ähnliche) wenig Rauch und Kondensat erzeugt undein schnelleres Gasentwicklungsprofil beim PCS-Prozessaufweist. Dies ist vor allem gut für den Leichtmetallguss,insbesondere das Schwerkraft-Kokillengießen, geeignet.Bei der Mehrzahl dieser Art von Lösungsmitteln handeltes sich jedoch um VOCs, die somit mehr Emissionen verursachen,und einige dieser Lösungsmittel weisen zudemeinen erheblich stärkeren Geruch auf. Des Weiteren kanndie schnelle Verdunstung eines Teils der Lösungsmitteldie Lagerstabilität des Kerns und vor allem die Feuchtigkeitsbeständigkeitbeeinträchtigen.Dagegen sind Lösungsmittel, die nicht aus VOCs bestehen,wie z. B. Lösungsmittel auf Pflanzenölbasis oderFettsäureester mit höheren Siedepunkten (bis zu 250/300°C) sehr stabil und weisen eine deutlich geringere Lösungsmittel-Verdunstungsrateauf. Wenn jedoch keineVerdunstung auftritt, ist das gesamte organische Lösungsmittelmaterialbeim Gießen noch vorhanden. Die restlichenMaterialien sind schwerer zu verbrennen und benötigenmehr Sauerstoff als die flüchtigen Stoffe, daherfindet eine umfangreichere Pyrolyse statt. Dies hat zurFolge, dass die Schadstoffemissionen beim Gießen wahrscheinlichgeringfügig höher sind, die Rauchentwicklungbei dieser Art von Bindemitteln allerdings stark erhöhtist.67