Ihr wiederaufbereiteter Gießereisand ist ein wertvolles Gut, das es zu schützen gilt. Jede Tonne, die Sie wiederaufbereiten, bedeutet Materialkosteneinsparungen und geringere Deponiekosten – allerdings nur, wenn sie die strengen Anforderungen Ihrer Gießerei erfüllt.
Qualitätsprüfungen decken Probleme auf, bevor sie in der Gießerei auftreten. Ein einziger Produktionstag aufgrund von Sandfehlern kann mehr kosten als ein ganzes Jahr an Prüfgeräten und Arbeitskräften. Gießereien, die auf strenge Prüfprogramme verzichten, verlieren typischerweise 5–15 % ihrer Produktion durch vermeidbare Gussfehler.
Der erste Schritt bei der Beurteilung von Recyclingsand besteht darin, seine physikalische Struktur zu verstehen. Man muss die Kornfeinheitszahl (GFN), die Korngrößenverteilung und den Anteil an Feinanteilen (Partikel kleiner als 200 Mesh) kennen, die die Durchlässigkeit beeinträchtigen.
Prüfen Sie die Korngrößenverteilung Ihres Sandes anhand des AFS-Standards (American Foundry Society). Die meisten Gießereien akzeptieren Sand mit einem GFN-Wert zwischen 100 und 200, abhängig von den Gussanforderungen. Eisengießereien bevorzugen in der Regel GFN-Werte zwischen 140 und 160 für optimale Ergebnisse. Oberflächenfinish und Permeabilitätsgleichgewicht.
Ton dient als Bindemittel für den Sand und hält die Körner beim Verpressen zusammen. Ohne ausreichend Ton verlieren die Formen an Festigkeit. Bei zu viel Ton geht die für den Gasaustausch beim Gießen notwendige Durchlässigkeit verloren.
Prüfen Sie zwei spezifische Tonmessungen. Der aktive Tongehalt wird mithilfe des Methylenblautests (MB-Test) bestimmt, um den Anteil des tatsächlich bindenden Tons zu messen. Der Glühverlust (LOI) misst alle organischen Materialien und die Feuchtigkeit, die bei Erhitzung auf 900 °C verbrennen. Ein steigender LOI-Wert deutet oft auf einen erhöhten Anteil an brennbaren Bestandteilen oder unverbrannten Bindemittelresten hin – beides Probleme bei recyceltem Sand.
Bei wiederaufbereitetem Sand sollten Sie auch auf stark bzw. schwach gebundenen Ton prüfen. Durch die Aufbereitung kann Ton reaktiviert werden, manchmal bindet er sich jedoch chemisch so, dass seine Wirksamkeit beeinträchtigt wird. Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse der Tonanalyse mit Ihrem Glühverlust (LOI). Ist der LOI deutlich höher als erwartet, liegt wahrscheinlich eine brennbare Verunreinigung vor, die durch die Aufbereitung nicht vollständig entfernt wurde.
Säurebedarfsbestimmung (ADV) und pH-Wert-Messung geben Aufschluss über den chemischen Zustand des Sandes. Der ADV-Wert misst, wie viel Säure der Sand benötigt, um einen Ziel-pH-Wert zu erreichen. Bei recyceltem Sand hilft der ADV-Wert dabei festzustellen, ob Bentonit ordnungsgemäß reaktiviert oder durch thermische Behandlung deaktiviert wurde.
Ein hoher ADV-Wert deutet darauf hin, dass der Sand basischer ist und möglicherweise Schwierigkeiten hat, Tonbindemittel zu reaktivieren. Dies ist besonders wichtig bei thermisch aufbereitetem Sand, da deaktiviertes Bentonit zwar einen hohen ADV-Wert aufweist, aber eine geringe Leistungsfähigkeit besitzt. Die pH-Wert-Messung ergänzt den ADV-Wert – ein pH-Wert zwischen 6 und 8 ist typisch für aufbereiteten, produktionsfertigen Sand.
Verlassen Sie sich nicht allein auf ADV oder pH-Wert. Nutzen Sie diese Tests zusammen mit einer Tongehaltsanalyse, um ein umfassendes Bild zu erhalten. Möglicherweise haben Sie einen akzeptablen pH-Wert, aber zu wenig aktiven Ton, was bedeutet, dass sich in Ihrem Sand nur schwache Schimmelpilze bilden.
Die Permeabilitätsprüfung misst, wie leicht Gase durch Ihren Sand entweichen. Verwenden Sie die Standardmethode AFS 5224-13-S: Eine zylindrische Probe mit 2 Zoll Durchmesser und 2 Zoll Höhe wird mit 2,000 Kubikzentimetern Luft bei einem Druck von 10 Gramm pro Quadratzentimeter durchströmt. Je schneller die Luft durchströmt, desto höher ist die Permeabilitätszahl (PZ).
Die meisten Eisengießereien streben PN-Werte zwischen 100 und 200 an. Dünnwandige Gussteile benötigen eine höhere Permeabilität (200+), um Gaseinschlüsse zu vermeiden. Dickere Gussteile tolerieren eine geringere Permeabilität (80–100).
Prüfen Sie neben der Wasserdurchlässigkeit auch die Druckfestigkeit. Sowohl die Druckfestigkeit im frischen Zustand (Sand im Formzustand) als auch die Druckfestigkeit im trockenen Zustand (nach dem Aushärten der Form) sind relevant. Die Norm AFS 5202-09-S beschreibt diese Messungen. Ihr wiederaufbereiteter Sand sollte mindestens 90 % der Festigkeitswerte von ungebrauchtem Sand mit ähnlichem Tongehalt erreichen.
Die Biegefestigkeit ist der wichtigste Indikator für die Kernqualität – sie entscheidet darüber, ob Ihre Kerne beim Gießen ihre Stabilität behalten. Der AFS-Standard-Dreipunkt-Biegetest gilt seit Jahrzehnten als Branchenmaßstab. Wenn Ihre Kerne die Biegetests nicht bestehen, werden sie auch in der Produktion versagen.
Wasser erfüllt im Sand zwei unterschiedliche Funktionen. Anmachwasser bindet an die Tonplättchen und aktiviert das Bindemittel – dieses Wasser ist notwendig. Freies Wasser hingegen sammelt sich zwischen den Sandkörnern und verursacht Ausdehnung, Dampfbildung und Oberflächenfehler – dieses Wasser beeinträchtigt die Gussqualität.
Messen Sie den Gesamtfeuchtegehalt täglich mit Standardmethoden der Ofentrocknung oder mit Echtzeit-Feuchtesensoren. Der Gesamtfeuchtegehalt allein gibt jedoch keine Auskunft über das richtige Verhältnis. Eine Gießerei könnte beispielsweise einen Gesamtfeuchtegehalt von 4 % aufweisen, aufgeteilt in 2 % Temperierwasser und 2 % freies Wasser – oder 2.5 % Temperierwasser und 1.5 % freies Wasser. Die Verteilung, nicht nur der Gesamtfeuchtegehalt, bestimmt die Gussqualität.
Die Feuchtigkeit beim Mischen muss kontrolliert werden. Der Mischer muss den Ton durch Einmischen von Wasser in die Ton-Sand-Matrix richtig aktivieren. Zu kurzes Mischen führt zu unzureichendem Temperierwasser. Zu langes Mischen kann überschüssiges freies Wasser einbringen. Die meisten Gießereien erzielen optimale Ergebnisse mit einer Mischzeit von 3–5 Minuten, abhängig von der Ausrüstung und der Sandmenge.
Täglich auf Feuchtigkeit, Verdichtbarkeit, Durchlässigkeit und Gründruckfestigkeit prüfen. Wöchentlich Tongehalt, pH-Wert und Glühverlust bestimmen. Monatlich umfassende Prüfungen durchführen, einschließlich Partikelgröße, Biegefestigkeit und Trockendruckfestigkeit. Mit diesem Prüfplan lassen sich 90 % der Qualitätsprobleme erkennen, bevor sie die Produktion erreichen.
Mechanisch aufbereiteter Sand behält mehr ursprüngliche Toneigenschaften, hinterlässt aber Oberflächenverunreinigungen. Thermisch aufbereiteter Sand verbrennt Bindemittel, kann aber bei Temperaturen über 450 °C Bentonit deaktivieren. Thermischer Sand weist oft höhere ADV-Werte auf, was andere Akzeptanzkriterien erfordert. Verwenden Sie für beide Sandarten die gleichen Tests, interpretieren Sie die Ergebnisse jedoch unterschiedlich: Mechanisch aufbereiteter Sand zeigt in der Regel eine schnellere Tonrückgewinnung; thermisch aufbereiteter Sand benötigt länger zur Reaktivierung.
Vergleichen Sie Ihre Testergebnisse mit den AFS-Standards. Die meisten Eisengießereien streben eine Permeabilitätszahl von 100–200, einen aktiven Tongehalt von 4–8 %, eine GFN von 140–160 und eine Gründruckfestigkeit von 15–25 psi an. Ihre spezifischen Akzeptanzbereiche hängen von Ihrer Gusslegierung und -geometrie ab. Ermitteln Sie Referenzdaten aus Ihren besten bisherigen Produktionsläufen und verwenden Sie diese Werte als Qualitätsziele.
Permeabilität, Druckfestigkeit und Feuchtigkeitsgehalt können intern geprüft werden – hierfür ist nur eine moderate Investition in die Ausrüstung erforderlich (30,000–50,000 US-Dollar für ein Basislabor). Auch die Korngrößenanalyse (Siebung) lässt sich intern durchführen. Tongehalt, Metallgehalt und Umweltauslaugungstests sollten an zertifizierte externe Labore gesendet werden. Externe Prüfungen kosten 400–800 US-Dollar pro umfassender Probe, liefern aber eine rechtsverbindliche Dokumentation durch Dritte.
Tägliche Schnelltests (Durchlässigkeit, Feuchtigkeit, Festigkeit) dauern 60–90 Minuten. Wöchentliche Tiefenanalysen (Tonanalyse und pH-Wert-Bestimmung) benötigen zusätzlich 2–3 Stunden. Eine monatliche umfassende Bewertung mit Korngrößenanalyse dauert 4–6 Stunden. Umweltbedingte Auslaugungstests durch externe Labore benötigen 2–3 Wochen bis zum Vorliegen der Ergebnisse. Planen Sie Ihre Tests entsprechend den Bearbeitungszeiten der Labore.
Die weiteren Optionen hängen davon ab, welche Parameter nicht ausreichen. Bei geringer Durchlässigkeit sollten Feinanteile durch Entstaubung oder Sekundäraufbereitung entfernt oder der Anteil an frischem, ungebrauchtem Sand im Gemisch erhöht werden. Bei unzureichendem Tongehalt muss ungebrauchtes Material hinzugefügt oder das Aufbereitungsverfahren angepasst werden. Sind die Ergebnisse der Umweltauswaschung unbefriedigend, kann der Sand nicht wiederverwendet werden und muss entsorgt werden. Viele Gießereien verwenden ein Gemisch aus aufbereitetem und ungebrauchtem Sand, um Schwankungen auszugleichen.
Umweltprüfungen sind nur erforderlich, wenn Sie den Sand für sinnvolle Zwecke (Straßenbau, Füllmaterial, Beton) wiederverwenden oder ihn auf eine Weise entsorgen, die einen Nachweis über seine Unbedenklichkeit erfordert. Für Sand, der in Ihren Gießprozess zurückgeführt wird, sind keine Umweltprüfungen notwendig. Beachten Sie die jeweiligen Landesvorschriften – einige Bundesländer verlangen eine Dokumentation, andere nicht. Die EPA-Richtlinien befürworten die sinnvolle Wiederverwendung von Gießereisand für Eisen, Stahl und Aluminium.
