Brevet FR2115097A1 — publié le 19720707

La présente invention concerne un procédé et une installation de régénération de sable pour fonderie, notamment de sable préparé avec dî2S liants irréversibles tels que les silicates et los résines organiques (furanes, furane-uroe formol, furar.es phénoliques, etc....). 5 Depuis longtemps/des considérations de prix de revient et les problèmes posés pc-r l'évacuation des sables usés ont amené les fondeurs a rechercher toutes les possibilités de récupération ces sables en vue de leur réutilisation pour la confection de nouveaux moules. Cet ainsi que, successivement, furent envisagées les récupérations ces sables argileux, des sables 10 synthétiques à la Bentonite, des sables au ciment et, finalement avec un succès limité à 50% des sables au silicate de soude (dits procédé " CO^ '' ou procécé " sable liquide "). L'apparition et le développement des produits organiques tels que les résines phénoliques pour le procédé de " moulage en carapace" ou les 15 îvsines furanes pour leprocédé " boîte froide " ont montré que les installations traditionnelles de récupération du sable n'étaient pas adaptées et qu'il était nécessaire d'avoir recours à une nouvelle technique de traitement du sable brQlé qui, loin de se contenter de récupérer celui-ci, obligeait à en réaliser une véritable régénération. En effet, si un sable argileux de moulage ne demanc 20 qu'un simple traitement de broyage des mottes, de déferrage, de malaxage a^ec addition d'eau et d'argile pour être réutilisable sans inconvénient, il n'en est pas de même pour les sables siliceux liés au silicate de soude ou aux résines organiques (furanes et phénoliques) . Dans ces deux cas, en effet, le sable s'enrobe d'une couche du liant minéral (silicate) ou organique (résine) et, 25 contrairement à l'argile, ce liant ur.e fois durci devient inerte donc non réutilisable. Plus grave encore, cette pellicule de liant devient un poison loroiy.ir; le sable est simplement récupéré, c'est-à-dire réutilisé après broyage mai; sans traitement physique approprié. En effet, l'accumulation de carbonates (cas du silicate) ou d'azote et de matières organiques (cas des résines) j;-;-30 voque rapidement des déîauts de londerie qui font rebu~er les pièces cou1.:' , Dans ceie ooeique de rogenc rat.on, une 'er^rmere tuen n,-. _ est apparue , technique qui utilise comme élément nouveau la calcination "i : s matières organiques, rendant ainsi au sr.cle des propriétés proches de s es caraetéristi :ues d'origine. Cette technique présente malheureusement l'i.i-convénient d'etre fort onéreuse, très lente et ce faible productivité. Elle cs.~: i i i 70 43010 2 2115097 actuellement utilisée seulement pour les sables obtenus par le procédé de " moulage encarnpncc", agglomérés avec des résines phénoliques. Pour les résines furanes utilisées dans le procédé " boite froide ", du fait que le prix de revient de calcination est 2,5 fois plus élevé que dans le cas des résines 5 phénoliques, il n'est pas possible de recourir d'une manière rentable à ce procédé et il en est de mOme pour le silicate de soude. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précités et, à cet effet, elle a pour objet un procédé et une installation de régénération de sable pour fonderie, notamment de sable préparé avec des 10 liants irréversibles minéraux (silicate de soude) et/ou organiques (résines furanes par exemple) du genre de ceux utilisés lors des traitements par "voie sèche ", c'est-à-dire où l'installation comprend, comme dans les installations primitives de récupération, des premiers moyens permettant, par éclatement du moule, de sortir la pièce moulée et des moyens pour le broyage 15 des éclats du moule, installations auxquelles on ajoute notamment des appareils permettant l'usure mécanique, donc la séparation de la pellicule de liant enrobant les grains de sable, lesdites installations complémentaires permettant l'obtention de sable parfaitement propre, nettoyé, tamisé et dépoussiéré. Selon l'invention, un procédé de régénération de sable pour 20 fonderie est caractérisé en ce que, après décochage et broyage des moules confectionnés en sable on refroidit le sable brûlant pour l'amener à une température proche de la température ordinaire, puis on sépare mécaniquement les grains de sable de la pellicule de liant dont ils sont enrobés , puis on procode à une sélection granulométricue rétablissant une fourchette de 25 granulométrie de même étendue que celle d'un sable neuf approprié, enfin, on dépoussière le sable en au moins un des endroits où il subit un trairement mécanique provoquant une telle formation de poussière. On décrira ci-après, à titre d'exemples nullement limitatifs diverses formes d'exécution de la présente invention, en réiérenc."; av-xcessin s 30 annexés, sur lesquels : La figure l est une représentation schématique d'v.ne installation complète d; r exonération de sable. ~ 1 i j *. o esc une Veinante de i'ins «—.'...a-., zae .a ^u?c j-^a ligure 3 est une vue en plan de l'anoarcil ne s avati ;r. 35 mécanique des grains de sable de leur pellicule de liant, appareil ccnommo 70 43010 3 2115097 " élutriateur-refroidisseur La figure 4 est une vue en coupe longitudinale suivant III-III dé l'élutriateur-refroidisseur de la figure 3. Selon l'invention, l'installation ce regénération de sable pour 5 fonderie, notamment de sable préparé avec des liants irréversibles minéraux (silicate de soude) et/ou organiques (furane) se compose d'une installation de récupération classique suivie d'une pluralité d'appareils permettant la transformation d'un sable qui à sa sortie de l'installation classique est impropre à la réutilisation, en un sable retrouvant ses caractéristiques d'origine, 10 nettoyé mécaniquement de sa gangue minérale et/ou organique, déferré, tamisé et dépoussiéré. L'installation classique de récupération du sable comprend les deux éléments suivants : une grille de décochage 1 fixe, vibrante ou à secousses, destinée à fracturer le moule et à permettre en parallèle la 15 récupération de la pièce moulée, et un pré-broyeur 2 à marteaux, à mâchoires ou à rouleaux destiné à réduire les grosses mottes de sable. Selon l'invention, l'installation complète de régénération de sable comprend, à la suite de cette installation classique, une succession d'éléments nouveaux dont le rôle général a été précédemment décrit. 20 Pris dans l'ordre selon lequel les grains de sable sont trai tés, l'installation complémentaire se présente de la manière suivante , en prenant pour référence la figure 1 : a) Un couloir refroidisseur 3 du sable refroidit le sable brûlant provenant du décochage et le ramène à une température proche de l'ambiance, tempéra- 25 ture seule susceptible de convenir à l'utilisation des sables liés aux silicates de soude ou aux résines organiques. Le type de l'appareil refroidisseur peut être quelconque, mais préférentiellement, on utilisera un refroidisseur exploitant le principe de fluidification et notamment un refroidisseur du type de celui décrit dans une demande de brevet appartenant au même titulaire. En 30 effet, l'intérêt des refroidisseurs à couloir métallique de fluidification est qu'il permet d'éviter des détériorations rapides des convoyeurs à bandes en caoutchouc par le sable trop chaud. b) Ur. tapis transporteur à bande 4 ou ur. couloir vibrant équipé d'un séparateur des particules métalliques, soit magnétique (tambour ou overband), pour les 35 métaux ferreux, soit électronique pour les métaux r.on ferreux et les alliages 70 43010 4 2115097 amngnétiques. c) Un élévateur 5 amenant le sable en partie haute d'un appareil permettant le nettoyage mécanique du sable afincble débarrasser de la pellicule de liant minéral ou organique enrobant chaque grain, appareil dénommé elutriateur et qui peut, suivant le modèle choisi, servir de- refroidisseur secondaire. d) Un élutriateur 6 dont la description sera mieux comprise à l'aide des figures 3 et 4 ; cet appareil est à plusieurs étages et il se compose d'une enveloppe hermétique 7. à axe de symétrie vertical (par exemple cylindro-conique ou encore prismatique et tronc py r amidale)y dans laquelle un courant d'air à moyenne ou à forte pression projette le sable du centre vers les parois de l'enveloppe 7. Un jeu de chicanes 8 provoque un mouvement inverse des grains de sable en les ramenant régulièrement des parois vers le centre après chaque projection d'air. Ainsi, la succession des projections du sable vers les parois provoque un éclatement de la gangue de liant qui se trouve entraînée par le courant d'air alors que le sable lui-même, par simple gravité, passe d'un étage à l'étage inférieur pour un nouveau nettoyage. Le nombre des étapes est seulement fonction du débit de l'appareil et du degré de propreté recherché pour le sable. Dans la représentation des figures 3 et 4, les tubes 9 d'amenée d'air (alimentés en air à moyenne ou haute pression) possèdent de minces fentes longitudinales 10 disposées sur la presque totalité de la longueur'des tubes, fentes qui permettent la projection du sable vers les parois selon le principe de la lame d'air. Naturellement, on conçoit aisément qu'une telle projection puisse être obtenue au moyen d'autres dispositifs, par exemple une colonne verticale présentant par étages des buses de projection latérale, dispositifs de projection qui font de ce fait partie intégrante de la présente invention. L' élutriateur 6 procure des avantages par rapport aux appareils de simple frottement mécanique du sable, d'une part, parce que le courant d'air entraîne en 11 la poussière formée au lieu de la laisser dans le sable et donc la laisser s'écouler en 12 avec ce dernier et, d'autre part, du fait que ce violent brassage du sable dans des courants d'air successifs apporte une baisse de temperature non négligeable du sable, température qui en pratique est ramenée de 150"C à 40"C. La. pression ce l'air, à l'intérieur ces conduits d'amenée 13 à l'élutria-teur 6, conduits reliés à un compresseur ou ventilateur 14, n'a en fait qu'une 70 43010 2115097 importance relative car seul l'impact créé par la projeeti on du sable contre la poroi de l'nppaïul doit être retenu. La pression d'air à i'cr.tréc del'élutriateur 6 peut donc varier en fonction de la section de l'appareil (distance à parcourir par .le sable), d(i nombre d'étages choisi et du débit horaire du sable à traiter. A 5 titre d'exemple, et sans qu'aucunement ccs données numériques soient "limitatives, un compromis dans lequel interviennent le débit d'air, la pression d'air, l'usure des parois, la qualité du nettoyage du sable, le dépoussiérage et le refroidissement est atteint pour une vitesse d'air comprise entre 15 et 3 50 m par seconde et un débit d'air compris entre 4 et 12 m par minute par 10 tonne de sable traitée à l'heure. En outre, pour les sables non sensibles à l'humidité comme les sables de fonderie, certains produits minéraux, etc, il est également possible d'améliorer les qualités de refroidissement del'élutriateur par adjonction d'un système pulvérisateur de fines gouttelettes d'eau, dispositif schématisé 15 par la rampe 15 disposée par exemple sous l'arrivée de sable 16. Avantageusement, ce pulvérisateur 15 comporte des moyens de régulaticn du débit d'eau destinés à ajuster la quantité de celle-ci àla chaleur du produit arrivant dan» l'élutriateur de manière à le maintenir à une température constante à sa sortie en 12. A titre d'exemple, les moyens pour la régulation du débit 20 d'eau à l'intérieur del'élutriateur sont du genre de ceux décrits dans la demande de brevet au nom du même titulaire relative au couloir refroidisseur. L'élutriateur 6 vient donc en complément du broyeur 2 dont l'action se limitait uniquement à la rupture des points de liaison entre les grains de sable. Par projection du sable à grande vitesse sur les parois de l'enveloppe 25 7 et également par frottement des grains de sable sur eux-mêmes , la séparation grain par grain du sable est complétée par un éclatement de son enrobage de liant. e) Un appareil de tamisage 17 à au moins deux tamis de dimensio:s de maillei différentes, tamis disposés en étage. En fait, les tamis seront au nombre de 30 deux à huit. Leur rôle original est d'opérer une sélection granulometricua ourchette de granulométrie ce même étendue que rie, ce qui a pour effet de parrr.ottre la réunili s.\-tion du saole tamisé entre une valeur maximale et une valeur minimale mer.ics conciliions eus ce..os c*v.3.r.(iJos lors de I?. cor—action ovJc«5den~.i d'un moule. -* c c c le des m i s s i, f~pp r op ri c a. u. iv iàoriCûtior. s âo i* ^ s 70 43010 6 2115097 régénération de la môme manière qu'il auraété déterminé en vue de l'obtention d'une granulométrie d'un sable neuf la mieux appropriée aux fabrications initiales h réaliser. L'utilisation de tamis multiples qui est d'une application originale permet en outre : dans le cas de deux tamis, l'élimination des grains les plus fins à partir du tamis jugé indésirable dans le cas de plus de deux tamis, une sélection encore plus fine du sable en regroupant celui-ci exactement sur les tamis désirés et en éliminant tout ceux qui paraîtraient indésirables. A titre d'exemple, on utilisera des tamis disposés en étages les uns au-dessus des autres avec des rejets successifs à chaque étage, tamis dont es dimensions selon la norme AFS se répartissent le plus généralement entre 0 et 140. f) Une trémie tampon 18 précédant un dispositif 19 de transport pneumatique propulsant les grains de sable dont les dimensions sont intermédiaires entre les dimensions maximale et minimale imposées par le dispositif de tamisage 17 à au moins deux étages, ladite propulsion des grains se faisant au travers des conduits tubulaires 20 vers un local de récupération et de réutilisation de ce sable pour la confection de moules ou de noyaux. L'élimination des grains de sable les plus fins obtenus après tamisage se fait avec les poussières au moyen d'un dispositif qui sera décrit ultérieurement. Eh ce qui concerne les grains dont les dimensions sont supérieures à la valeur maximale et qui ne peuvent être directement réutilisés tels quels, deux solutions sont possibles, à savoir : Les gros refus sont dirigés par le conduit 21 vers un pulvérisateur 22 (broyeur à marteau-? à grande vitesse circonférencielle travaillant de préférence sous dépression (dépoussiérage). Le rôle du pulvéri sateur 22 est de compléter par son action celle del'élutriateur et ainsi ce rédui re par les "erres actions dimension ces grai ns de sable et de faire éclater leur liant d'enrobage. A la partie basse du pulvérisateur 22, les grains de sable sont reevelés dans l'ensemble précédemment décrit a partir du bas de l'élévateur 5, . .j s e r.i ncnc ue par ±e i.ocne •• y. ^Éir.s le cas represonte, 1 pu'-ve vi ateur 2 — agi; uniquement sur les grai'15 ce trop grande cimc-nsion ; ; j-j^ncic-r.t, m ~or.-coi: aisément que ce dernier apps.r.-il, disposé en partie hdu convoyeur -agisse egaiemont sur tous les gra»ns de saoïo avant leur tranio^rt ~ar l!e ~- vateur 5 et simultanément sur les gros relus comme il a été précédemment décrit, sar.a que pour autant cet*.e déposition particulière sorte du cacre 12 70 43010 7 2115097 la présente invention. - Les gros relus sont dirigés par le conduit 24 dans une trémie de récupération 25. Par utilisation de cette variante, il est possible de récupérer séparément une certaine quantité de petits morceau:-: de sable aggloméré ou "granulés calibrés" pour les réutiliser en l'état au lieu de les diriger vers le pulvérisateur en vue de leur réduction à la granulométrie convenable ; en effet, notamment pour les gros moules et les gros noyaux, ces granulés seront utilisés comme matériaux de remplissage très économiques augmentant la rentabilité de l'utilisation des liants silicates ou organiques. g) Une armoire 26 de dépoussiérage du sable dont les prises, selon la caractéristique principale de l'invention, sont situées aux endroits où le sable subit un traitement mécanique provoquant une formation de poussière, à savoir: l'élévateur 5,1 'élutriateur 6, le dispositif de tamisage 17, le pulvérisateur 22 et le broyeur 2. Cette armoire de dépoussiérage 26 a pour rôle essentiel de permettre l'obtention d'un sable parfaitement propre ; à cet effet, elle est en opposition avec les procédés de dépoussiérage habituels qui n'ont pour but que de supprimer la poussière risquant de se propager dans l'atmosphère rendant le travail désagréable et dangereux pour le personnel (silicose). Le rôle de cette armoire explique le fait que les prises ou points d'aspiration (non représenté sur les figures 1 et 2 pour faciliter la compréhension des dessins) soient situés dans chaque organe de traitement mécanique. De la sorte, non seulement l'atmosphère sera protégé, mais surtout le sable sera débarassé à la source de la poussière qui, habituellement est entrafnée avec lui. La puissance du dépoussiérage répond dans le cas présent à des règles autres que celles retenues habituellement et l'armoire 26 consiste en un énorme aspirateur disposé par exemple sous la forme d'un cylindre vertical dans lequel l'aspiration d'air se fait en 27 à la partie basse et l'évacuation de l'air pollué par les poussières, les grains de sable les plus fins et les pellicules de liant détachées des grains de sable en 28 à la partie haute de ladite armoire, après filtration, par exemple dans des manches filtrantes 29 ou encore dans un appareil de séparation par voie humide. Outre les appareils précités, l'installation complète de régénération de sable selon l'invention comprend également une armoire électrique (non représentée) regroupant les commandes des différents appareils décrits et leur automaticité ainsi qu'un ensemble de sécurités destiné à assurer la bonne marche de l'installation malgré les à-coups provoqués à l'alimentation par le décochage. 70 43010 2115097 ' ' ! \ Naturellement, l'invention n'est pas limitée au mode d'application non plus qu'au mode de réalisation qui ont été mentionnés. On pourrait concevoir diverses variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention et notamment, en se référant à la ligure 2, dans laquelle il est représenté une installation du type de celle déjà décrite et dans laquelle apparaissent comme variante, intermediairement entre le pré-boyeur 2 et le couloir refroidisseur 3 : un distributeur vibrant 29 suivi d'un séparateur 30 des particules métalliques, soit magnétique (tambour ou overband) pour les métaux ferreux, soit électronique pour les métaux non ferreux et alliagesamagnétiques, puis d'un élévateur 31. Dans une telle disposition, le convoyeur à tapis 4 qui faisait suite au couloir refrodisseur 3 de la figure 1 est remplacé par un élévateur 31 précédant ledit couloir refrodisseur. 70 43010 9 2115097 REVENDICATIONS 1. Procède de régénération de sable pour fonderie, notamment de sable préparé avec des liants irréversibles minéraux et/ou organiques caractérisé en ce que, après décochage et broyage des moules confectionnés en sable, on refroidit le sable brûlant pour l'amener à une température proche de la température ordinaire, puis on sépare mécaniquement les grains de sable de la pellicule de liant dont ils sont enrobés, puis on procède à une sélection gra-nulométrique rétablissant une fourchette de granulométrie de même étendue que celle d'un sable neuf approprié, enfin on dépoussière le sable en au moins un des endroits où il subit un traitement mécanique provoquant une telle formation de poussière. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, après la sélection granulométrique, on récupère les grains de sable de dimensions supérieures à celles admises dans la fourchette de granulométrie, puis on les soumet à l'action d'un appareil de broyage mécanique tel un pulvérisateur, puis on les recycle avec les grains de sable qui viennent d'être refroidi à température ordinaire, c'est-à-dire qu'à nouveau on sépare mécaniquement les grains de sable de la pellicule de liant dont ils sont enrobés, puis à nouveau on procède à une sélection granulométrique rétablissant une fourchette de granulométrie de même étendue que celle d'un sable neuf approprié. 3. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quel conque des revendications 1 et 2, comprenant des moyens permettant, par écla terne ne du moule, de sortir la pièce moulée et des rr^yens pour le broyage des éclats du moule caractérisée en ce qu'elle comporte un refroidisseur 3, puis un appareil permettant l'usure mécanique de la pellicule de liant minéral et/ou organique enrobant chaque grain de sable, puis un dispositif de tamisage comprenant au moins ceux tamis de dimensions de mailles différentes, une trémie de récupération des grains de sable dont la grosseur de grains est définie à l'intérieur d'une fourchette de granulométrie de m3;nc otor.due eu^ celle d'un sable neuf approprié, enfin une armoire 26 >ie dépoussiérage du saol e lie au moins un ces acoareiis ou -e saole suoit un traiterv.ent mécanique provoquant une formation de poussière. 4. Installation selon la revendication 3 caractérisée en ce qu'elle comporte, à la sortie du dispositif de tamisage, des moyens permettant la réintroduc- 70 43010 10 2115097 lion des grains de sable de trop grande dimension dans un appareil dénommé "pulvérisateur" permettant la réduction des dimensions des grains et l'éclatement de leur liant d'enrobage, appareil comportant en outre des moyens permettant le recyclage des grains de sable traités dans l'installation de ré-5 génération, intermédiairement entre le refroidisseur et le premier appareil permettant l'usure mécanique de la pellicule. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 et 4 caractérisée en ce que le refroidisseur 3 comporte au moins un couloir métallique de flui-difieâtion. 10 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisée en ce qu'elle comporte, au voisinage du refroidisseur 3, au moins un séparateur des particules métalliques, soit magnétique pour les métaux ferreux, soit électronique pour les métaux non ferreux et les alliages amagnétiques. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisée 15 en ce que le premier appareil 6 permettant l'usure mécanique de la pellicule de liant, dénommé élutriateur, se compose d'une enveloppe hermétique à axe de symétrie vertical dans laquelle un courant de gaz projette, dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe de symétrie précité, les grains de sable vers les parois de l'enveloppe, un jeu de chicanes 8 provoquant un 20 mouvement inverse des grains de sable en les ramenant régulièrement des parois vers le centre de l'enveloppe après chaque projection d'air. 8. Installation selon la revendication 7 caractérisée en. ce que 1 ' éLitriateur 6 comporte au moins un tube d'amenée de gaz sous pression, diiposé sensiblement horizontalement, comportant sur la presque totalité ce sa longueur au 25 moins une mince fente longitudinale. 9. Installation scion l'une quelconque des revendications 7 et S caractérisée en ce que I ' élutriateur comporte, en regard de l'orifice d'amenée 12 du sable, au moins un pulvérisateur 15 d'un liquide volatil permettant le refroidisse-;t. c ni des grains ue s a oie. -0 10. .nstailat'.or. selon la revendication 9 caractérisée en ce que le pulvérisateur i: comporte des moyens do régulation du débit ce liquide vclr-.r.iï c;s-- -*■ " ^ -*■ ' ^ *■* '■ e - * c uu.i. kC de 'wCiu. - a 1 ci. c na à eu r du s a o » e r. va it. c. a n s 11 e . i1 ~ triateur de manie r; à le maintenir à une température constante à sa sortie en 12, 35 11, Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 10 caractérise.: 70 43010 " 2115097 en cc que la trémie 18 de récupération des grains de sable^dont la grosseur est définie h l'intérieur d'une fourchette de granulométrie acceptable,est reliée à un dispositif 19 de transport pneumatique des grains de sable. 12, Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 11 caractérisée en cc qu'elle comporte, à la sortie du tamis présentant les mailles les plus grosses, des moyens permettant la récupération des grains de sable de dimensions supérieures à la valeur maximale dans une trémie 25 de stockage. 13. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 12 caractérisée en ce que l'armoire 26 de dépoussiérage du sable se compose d'une chambre à axe de symétrie verticale, chambre dans laquelle l'aspiration d'air se fait à la partie basse et l'évacuation de l'air pollué parles poussières, les grains de sable les plus fins et les pellicules de liant détachées des grains de sable à la partie haute de ladite chambre, celle-ci étant en outre reliée à au moins un des appareils où le sable subit un traitement mécanique , à savoir : le broyeur 2, les élévateurs vertical et oblique, 1' él utriateur 6, le dispositif de tamisage 17, le pulvérisateur 22.