Brevet FR2004254A1 — publié le 19691121

1s présente invention se rapporte à un procédé pour traiter le sable de fonderie. Plus jr. rticulièrenient, elle se rapporte à un procédé permettant de manipuler ou traiter le sable de fonderie de manière à abaisser sa température jusqu'à une température 5 voulue après qu'il r. été utilisé. Dans un article récent intitulé "Survey of Methods to Cool Hot Sand" écrit par A.J. Filipovitcli, et qui est paru à la page 92 du volume 95 n° TO du numéro d'Octobre 196? de la publication "Foundry", est présentée une étude du procédé utilisé par 10 211 fonderies pour refroidir le sable de fonderie, l'auteur rapporte que les procédés utilisés les plus fréquemment pour refroidir les sables de fonderie comportent des appareils coûteux tels que des broyeurs, des aérateurs à courroies, des tamis rotatifs, des ensembles de fluidisation, des transporteurs de refroidis-15 sement perforés, des élévateurs de refroidissement et des tables de refroidissement. Il indique que tous les procédésfont appel à l'utilisation de l'eau pour abaisser la température du sable chaud utilisé jusqu'à une valeur d'environ 77°C et ensuite à un refroidissement par air pour continuer à abaisser la température 20 du sable. La température optimale à laquelle.le sable doit être refroidi est environ la température ambiante. Si le sable de f onderie qui a été utilisé 'n'est pas refroidi avant do l'utiliser à nouveau, un certain nombre de difficultés se présentent. Il est indiqué dans l'article mentionné ci-des-25 sus que le sable chaud est très instable et que ses caractéristiques se modifient à mesure que son humidité s'évapore. Cotte humidité produit également des démoulages médiocres du. modèle, ce qui se traduit par des pièces coulées de qualité inférieure. On sait également que les variations d'humidité, même lorsqu'elles 30 paraissent être sans conséquence, produisent des modifications radicales dans la résistance à la compression, la perméabilité et l'aptitude au serrage du sable. G;s modifications peuvent conduire à un fini médiocre, à des pièces coulées défectueuses, et à un accroissement des déchets. Si on ajoute au sable une 35 quantité trop iLiportruite d'humidité, le sable tend à s'agglomérer. Une autre difficulté est celle que lorsque du sable chaud $ est transporté, il ne s'écoule pas très bien et^il tend à s'entasser et à s'agglomérer dans l'équipement, les euvf&SÇ les transporteurs et lés élévateurs. L*. perte constante et rapide d'humi- 69 07966 2 2004254 par évaporation à mesure que le sable se refroidit crée dans une certaine quantité de sable un état de sécheresse à la surface et d'humidité au centre. L'uniformité des caractéristiques est une condition permettant d'obtenir une bonne qualité. Elle 5 n'existe pas dans le sable chaud. En conséquence, la présente invention, a pour but de fournir : • - un procédé pour refroidir le sable de fonderie jusqu'à une température qui est approximativement la température ambiante 10 sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un équipement de refroidissement coûteux et compliqué, - un procédé pour refroidir le sable de fonderie qui ne dépend pas de l'air ou de l'eau,comme milieu de refroidissement. - un système de traitement du sable de fonderie dans lequel 15 la composition de ce dernier peut être réglée facilement et dans lequel les variations de composition sont réduites. Lcrsqu'on coule des métaux dans des moules en sable, la quantité de sable utilisée pour former le moule est exprimée d'habituee en jonction de la quantité de métal qui doit y être coulé. 20 Cette relation est appelée le rapport du sable au métal. Par exemple, on peut utiliser dans le moule une quantité de sable suffisante pour obtenir un rapport du sable au métal de trois à un jusqu'à vingt à un. Bien que ces rapports soient utilisés fré^ quemment, on utilise également d'autres rapports. Un rapport 25 courant utilisé est un rapport d'environ six à un.- C'est-à-dire qu'on forme un moule qui contient -6 kg de sable pour, chaque kg de métal à couler. •• _ • . Le sable de fonderie n'est pas, bien entendu,, constitué par du sable seul mais il contient des -éléments supplémentaires 30 tels que des argiles, des carbones.et/ou d'autres additifs. Les carbones utilisés couramment sont : le charbon en "poudre, le goudron de charbon, le brai, l'asphalte, le graphite et le -i}3eq-. D'autres additifs peuvent être ajoutés, tels que des celluloses-, * des liants a base de céréales, etc... Après, une ou plusieurs opé-35 rations de moulage, du sablé , -des. argiles et des carbones neufs peuvent être ajoutés, au sable utilisé pour remplacer les parties du sable - initial qui ont été rendues inutilisables. Le tableau suivant est. un tableau type qui donne le?S''quantités d'additifs qui d'habitude doivent être ajoutées après que le lot 69 07966 3 2004254 de sable a été utilisé. Ce tableau est destiné aux métaux ferreux autres que l'acier. D'autres données pour des métaux non ferreux, pour l'acier et pour des métaux ductiles sont connues des spécialistes de l'industrie de la fonderie. TABLEAU I ADDITIFS NECESSAIRES PROPOSES PAR CHARGE DE 910 kg DU BROYEUR Rapport Argile Sable/métal "Bentonite" Carbone Sable neuf 10 15 20 3/1 4/1 5/1 6/1 8/t 10/1 12/1 14/1 16/1 18/1 20/1 8.4 6.5 5.1 4.3 3.2 2.6 2,1 1,8 1,6 1.4 1.3 kg 7.3 kg 5.4 4.3 3.6 2.7 2,2 1.8 1,6 1.4 1,2 1,1 45,4 kg 34,0 27.2 22,6 17,0 13,6 11.3 9.7 8,5 7,5 6.8 Comme on peut le voir sur ce tableau, il faut environ 15,7 kg d'argile et d'additifs neufs, plus 45,4 kg de sable neuf pour reconstituer le sable de moulage et l'utiliser à nouveau avec ' un rapport du sable au métal de 3 à 1. Cependant, un. rapport de 25 20 à 1 ne demande que 2,4 kg c.'argile et d'additifs neufs plus 6,8 kg de sable neuf pour le reconstituer à ce rapport. Le Demandeur a découvert que si on désire faire fonctionner un système de sable avec un rapport normal du sable au L-iétal d'environ 4 à 1 à 6 à 1, on peut supprimer les procédés de refroidissement classiques si on mélange un lot de sable 30 de fonderie de manière à obtenir un- rapport de 20 à 1, Xea moules 6'.à 1 étant réalisés, par exemple suivant un rapport allant de 4 à V,à/' et si immédiatement après avoir utilisé les moules ces derniers sont brisés, la partie froide non utilisée restante du sable 35 mélangé est mélangée avec le sable chauc1 .utilisé. En mélangeant 69 07966 4 20Ô4254 le sable non utilisé avec le sable utilisé, le température de la combinaison formée par le sable est abaissée de telle sorte qu'une partie du lot peut *tre utilisée1 à nouveau immédiatement après qu'elle a été rebroyée sans autre refroidissement. Aucune 5 autre opération de refroidissement n'est nécessaire. De plus, le sable utilisé de cette manière est facile à reconstituer du fait que la quantité d'additifs perdi^ par cycle de moulage, exprimée en pourcentage du lot total/très faible. On peut voir par suite que la présente invention fournit un nouveau procédé 10 pour refroidir le sable de fonderie en fournissant en même temps un procédé pour régler la composition du sable de fonderie et pour réduire les variations de sa composition. le Demandeur a trouvé qu'il était souhaitable, d'une manière générale, de refroidir le sable utilisé pour l'amener à une tem-15 pérature aussi proche que possible de la température ambiante après avoir décoché les moules et avant les opérations de broyage et de reconstitution du sable. Bien que la température ambiante soit préférable, on peut utiliser du sable à une température de 49°C. Cependant, il est souliaitable de refroidir le sable à une 20 température inférieure à 49°C pour obtenir les meilleurs résultats du mélange. La plupart des argiles sont difficiles à humidifier et à plastifier lorsque la température est supérieure à 49°C. Si on prépare des sables à une température de 49°0 il se produit, ensuite un séchage rapide du fait de 1'évaporation jusqu'à ce que 25 la température ambiante soit atteinte. Les pertes d'humidité modifient les caractéristiques du sable de moulage. Un milieu de moulage constant est souhaitable pour obtenir les meilleurs résultats. De ce fait, le Demandeur a trouvé que le mélange le plus efficace est obtenu lorsque le sable se trouvé à la 30 température ambiante. La. quantité de sable qui doit être ajoutée après le décochage afin d'obtenir un mélange de sable utilisé et de sable non utilisé à une température particulière dépend, bien entendu, des températures et des quantités de sable utilisé et non utilisé. Le Demandeur a trouvé que la 35 quantité approximative de sable non utilisé qui doit être ajoutée peut être calculée de la manière suivante. Une estimation approchée de la température du sable au décochage peut être effectuée si on s uppose que toute la chaleur dégagée par le métal chaud est transmise au sable. La température 69 07966 5 2004254 du métal dans une coulée moyenne de fer est d'environ 1427°C. Le chaleur dégagée peut être calculée à 1* aide de la formule suivante : H = cp (t-16) où cp = chaleur spécifique moyenne du fer pur à 1427°C, t = température au décochage, et 16 : - tempéra-5 ture ambiante standard. Aucune température de solidification n'a été incorporée à la formule du fait des métaux différents qui peuvent être utilisés. Le tableau suivant donne la chaleur dégagée à la température de décochage indiquée lorsque la température de la coulée est de 1427°C. 10 TABLEAU II Température de décochage Chaleur dégagée en kcal de la pièce coulée en métal par kg de métal en °C 1093 122,6 15 982 141,7 816 167,4 538 221,3 427 231,0 316 249,2 20 204 268,8 93 285,6 38 294,0 16 297,9 Ces résultats peuvent être tracés sur une courbe pour per-25 mettre de calculer facilement les valeurs intermédiaires. Connaissant la chaleur dégagée du métal et en supposant que toute cette chaleur est transmise au sable, alors la température du sable aux diverses températures de décochage peut être calculée. La formule qui doit être utilisée est H = Cp aç le poids 30 de sable par kg de fer àt (t-16) où E est la chaleur dégagée du fer, Cp est la chaleur spécifique du SiÛ2 pour t - 1.6, et t = température du sable au décochage, Les tableaux suivants donnent les températures du sable pour diverses températures de décochage du métal. 69 07966 - r O 2004254 TABLEAU III Rapport du sable au métal : 20/1 Température au décochage de la pièce coulée °0 5 1093 871 649 427 10 204 TABLEAU IV Rapport du sable au Métal ; 10/1 Température au décochage de la pièce coulée °G 15 1093 871 649 427 204 Température du sable °C 49 60 71 82 93 Température du sable °C 82 104 127 149 171 20 25 TABLEAU V Rapport du sable au métal : 4/1 Température nu décochage de la pièce coulée.°C 1093 871 649 427 204 Température du sable °C 182 232 282 332 A nouveau on a supposé que la température de coulée du 30 métal était de 1427°C. Les températures données ci-dessus peuvent être tracées de façon à pouvoir déterminer rapidement les températures intermédiaires. Les températures du sable calculées ci-dessus supposent qu'il n'y a aucune humidité dans le sable. Cependant, en pratique, il y d'habitude entre 3 à 5 c/° d'eau dans 35 le sable. L'évaporation de cette humidité fait encore plus refroidir le sable. P?r exemple, avec un rapport du sable au métal de 10 à 1, le sable est réfroidi d'environ 29°C pour chaque 1 i<> d'hu- 69 07966 7 20Ô4254 _ midité évaporé. Dans la plupart das fonderies, la température de décochage est comprise entre 538 et 704°C. Par suite, pour avoir du sable dont la température n'est pas supérieure à 49 °C lorsqu'il pénètre dans le "broyeur, le rapport du sable au métal à 5 ce point peut être compris entre 10 à 1 et 20 à 1. Un mélange avec un rapport de 10 à 1 fournit cette température du fait qu'environ 3 %'■ d'humidité ont été évaporés. la quantité de sable utilisé réellement pour former le moule peut correspondre à n'importe,quel rapport, mais les valeurs 10 courantes sont un rapport du sable au métal compris entre 4 à 1 et 6 à 1, environ. las fonderies classiques comportent d'habitude un broyeur, un coffre d'emmagasinage du sable, une machine à mouler et un moyen quelconque pour briser les moules de sable utilisés et sépa-15 rer les pièces coulée::. Un tel système de sable classique ainsi que ces transporteurs, soi;, broyeur, etc. est représenté pages 9 et 10 de la publication rPoundry" précitée. Dans le système selon l'invention, on peut utiliser n'importe quel nombre de types divers de broyeurs par fournée ou continus, de machines à mouler et de 20 mécanismes de décochage. Ces dispositifs sont bien connus des spécialistes et l'utilisation de formes particulières quelconques ne constitue aucune base de la présente invention et n'est pas nécessaire pour sa mise en oeuvre. L'exemple suivant montre comment le procédé selon l'inven-25 tion a été mis en pratique avec succès dans une fonderie dans laquelle on utilisait auparavant un équipement coûteux pour refroidir son sable de fonderie. Le broyeur utilisé à la fonderie était un broyeur continu, c'est-à-dire qu'un débit de sable continu était introduit dans le 30 broyeur et qu'un débit continu de sable broyé ensortait. La composition Approximative du sable utilisé était : 89 fi de silice, 6 fi d'argile, 5,3 fi de carbone et 4 fi d'eau. Des additions périodiques d'argile, ô.h carbone et de sable neuf, caloulées suivant les chiffres donnés dans le tableau I, ont 55 été effectuées au sable se trouvant dans le broyeur pendant le cycle de coulée. Une quantité importante de sable a été préparée. Cependant, les moules ont été réalisés suivant un rapport du sable au métal de 4 à 1. Le métal coulé était du fer malléable dont la composition approximative était de 3,5 fi de carbone total 69 07966 8 20Ô4254 et de 0,6 fo de Si.» Le sable qui n'était pas utilisé pour former les moules a été transporté jusqu'à une cuve d'emmagasinage. A.prè® avoir coulé le métal, les pièces coulées et les moules ont été transportés à un poste de décochage et les moules ont été brisés. pj Immédiatement après que les pièces coulées ont été séparées des moules brisé»8 au poste de décochage, environ seize parties de sable froid à la température ambiante provenant de la cuve d'emmagas sinage ont été ajoutées au sable chaud utilisé. La température, du sable utilisé avant l'addition du sable non utilisé était su-10 périeure à 177°C. âu moment où. le mélange de sable utilisé et" de sable non utilisé froid a été transporté par un transporteur classique dans un second coffre d'emmagasinage, à une distance d'environ 60 mètres, la température du lot était d'environ 38®Cf. Ensuite, le sable a été amené au broyeur. Après le broyage, la 15 température du sable était d'environ 32°C. Aucun refroidissement supplémentaire n'a été appliqué au sable. On l'a alors transporté dans la première cuve d'emmagasinage. Après avoir utilisé ce procédé pendant quelques semaines, on a constaté que la qualité des moules et des pièces coulées finies était considérablement amé-20 liorée par rapport au procédé utilisé en pratique auparavant, qui comportait un appareil classique de refroidissement du sable. De plus, on a trouvé qu'il était beaucoup plus facile de régler la composition du sable et qu'il y avait beaucoup moins de variation, dans sa composition. De plus, on a trouvé que le sable était 25 beaucoup plus facile à manier du fait que sa caractéristique d'écoulement était améliorée. Un autre résultat inattendu a été le fait que la pollution de l'air a été considérablccc-nt réduite. On estime que l'équipement coûteux servant à nettoyer l'air peut également être supprimé en utilisant le procédé selon l'invention. 30 L'exemple donné ci-dessus n.'est bien entendu qu'un seul exemple de la manière de mettre en pratique le procédé selon l'invention. Les spécialistes reconnaîtront immédiatanent que le concept de la présente invention réside dans l'utilisation d'une quantité importante de sable relativement froid pour refroi-35 dir une quantité de sable utilisé chaud beaucoup plus faible. Il est donc évident que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 69 07966 9 20Ô4254 _ BEVEEDICA-TIOlirS 1. Procédé de fonderie, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : préparer un lot de sable de fonderie dont le poids est égal à au moins dix fois le poids du métal à couler, 5 former des moules à l'aide d'une faible partie de ce lot de sable, ces moules présentant chacun un poids égal à trois à six fois le poids de la matière à couler, conserver la plus grande partie du sable de fonderie pour refroidir ensuite cette faible partie, couler le métal dans les moules, "briser les moules et séparer le 10 métal du sable utilisé, refroidir le sable utilisé en le mélangeant avec la plus grande partie du sable conservé, de sorte que le mélange présente une température inférieure à 49° C« 2. Procédé de fonderie suivant la revendication t, caractérisé en ce que les moules présentent un poids qui est égal à 15 environ quatre fois le poids de la matière à couler et que le poids de la plus grande partie du sable est au moins égal à seize fois le poids du métal à couler. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que de faibles quantités d'additifs sont ajoutées au sable utilisé. 20 4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la température de la plus grande partie du sable est inférieure à 32°C. 5. Procédé de fonderie, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : broyer le sable utilisé pour former une 25 quantité de sable égale au moins à dix fois le poids du métal à couler, ce sable utilisé étant obtenu d'une dernière opération du procédé, former des moules avec une petite partie du mélange broyé, chacun des moules "présentant un poids égal à au moins trois fois le poids de la matière à couler, conserver la plus grande 30 partie du sable de fonderie pour refroidir ensuite cette petite partie, couler le métal dans les moules, séparer le métal des moules, refroidir le sable utilisé en le mélangeant avec la plus grande partie de sable conservé de sorte que le mélange présente une température inférieure à 49°C, et renvoyer la 35 petite partie et la plus grande partie de sable à 1'opération de broyage précitée. 69 07966 10 2004254 6. Br-océdé de fonderie suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les moules présentent un poids égal à environ quatre fois le poids de la matière à couler et que le poids de la plus grande partie de sable est égal à au moins seize fois le poids 5 du métal coulé. 7. Procédé de fonderie suivant la revendication 6, caractérisé en ce que de faibles quantités d'additifs sont ajoutées au mélange constitué par la plus grande partie et la faible partie de sable. 10 8. Px-océdé de fonderie suivant la revendication 5, carac térisé en ce que la température de la plus grande partie du sable est inférieure à 32°G.