Brevet FR2147867A1 — publié le 19730311

La présente invention est relative à un procédé et une installation de malaxage en continu d'un produit réfractaire à prise rapide ou quasi instantanée, tel qu'un sable, destiné d la fonderie en vue notamment de la fabrication des moules et des noyaux. Les produits réfractaires utilisés en fonderie, tels que zircon, chromite, chamotte, olivine, et plus particulièrement les sables sont des produits qui doivent présenter des qualités de plasticité, de cohésion, de réfractairité, de porosité et de perméabilité pour réaliser des moules et noyaux de fonderie. Cette réalisation prévoit essentiellement un malaxage du produit réfractaire enrobé d'un système liant-durcisseur propre à définir un produit durcissant dès le remplissage du moule ou de la boite à noyaux. De plus en plus, on utilise des produits réfractaires à prise rapide ou quasi instantanée. Depuis quelques années, un progrès sensible avait été réalisé par l'introduction des mélangeurs continus constitués par une auge d'une certaine longueur comportant des arrivées de liant et de durcisseur judicieusement placées, ladite auge comportant en outre une vis interne dont le double rôle est de provoquer un malaxage des divers constituants ainsi qu'un avancement du produit obtenu vers un orifice de sortie. NalheuJaan oes mélangeurs continus présentent un certain nombre de limites technologiques qui rendent, de par leur conception même, la réalisation des prises rapides ou quasi instantanées pratiquement impossible. En particulier, du fait même qu'ils comprennent une auge et une vis d'une certaine longueur afin d'assurer un malaxage correct, ces malaxeurs classiques contiennent toujours un volume de produit réfractaire enrobé de liant et de durcisseur, volume qui met un certain temps à parcourir la longueur de la vis si bien que, lorsque l'on veut obtenir des prises rapides ou trés rapides, il se produit un début de prise dans la vis, ce qui donne un sable de mauvaise qualité (friabilité). De plus, la marche de ces malaxeurs continus est obligatoirement intermittente si bien que, lorsqu'un arrêt survient, le produit réfractaire durcit dans la vis et met l'appareil en panne. La présente invention a pour but de remédier aIx inconvénients pnéci- tés ; à cet effet, elle prévoit essentiellement un malaxage du produit réfractaire en au moins deux étapes, l'une lente comme dans les malaxeurs traditionnels continus ou discontinus et l'autre à grande vitesse pour terminer l'action du premier mélangeur. I1 devient alors possible de réaliser à volonté toutes quantités de produits réfractaire, sans prise prématurée de ce dernier, tout en ayant un durcissement réalisé "à la demande" plus ou moins rapides ment, procédé prenant tout sont intérêt avec les durcissements les plus rapides. Selon l'invention, un procédé de malaxage en continu d'un produit réfrtaire à prise rapide ou quasi instantané, tel qu'un sable, destiné à la fondu rie est caractérisé par le fait que l'on enrobe dans un malaxeur classique principal au moins une fraction du produit réfractaire d'un des deux constituants du système liant-durcisseur, puis on conduit le produit réfractaire enrobé dans un malaxeur secondaire à grande vitesse et de petit volume dans lequel on incorpore, soit le deuxime constituant du système liant durcisseur sous forme liquide, gaz ou aérosol, soit l'autre fraction du produit réfractaire enrobé préalablement dudit deuxième constituant par malaxage dans un deuxième malaxeur classique principal, puis on malaxe l'ensemble de ces composants jusqu'à obtention d'un mélange homogène, enfin on projette le produit réfractaire durcissant dans un moule ou une botte à noyaux. On décrira ci-après, å titre d'exemple nullement limitatif, diverses installation mettant en,oeuvre le procédé selon la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel : La figure 1 est une représentation schématique d'une installation simple selon la présente invention constituée d'un malaxeur classique principal prolongé en cascade par un malaxeur secondaire à grande vitesse. La figure 2 est une vue en coupe verticale transversale suivant la ligne II-II de l'installation de la figure 1. La figure 3 est une variante de l'installation de la figure 1 vue en coupe verticale transversale, ladite installation se composant de deux pala- xeurs continus classiques prolongés par un malaxeur secondaire unique à grande vitesse. La figure 4 est une représentation shématique d'une installation plus complète composée d'une "centrale de préparation" composée elle-meme de deux mélangeurs continus classiques et de deux dispositifs de transport pneumatique suivis de deux tuyauteries permettant de transporter les sables préparés en différents points de la fonderie où sont disposés plusieurs malaxeurs secondaires terminaux à grande vitesse. Les figures 5 et 6 sont respectivement une vue en coupe transversale verticale et une vue de dessus d!un malaxeur secondaire à grande vitesse tel que préconisé dans la présente invention. Selon la principale caractéristique de cette invention, le procédé de malaxage en continu d'un produit réfractaire est remarquable enoe qu'un des deux constituants du système liant-durcisseur est mélangé audit produit réfrac- taire dans un ou plusieurs malaxeurs traditionnels principaux, Le mélange réactionnel déclenchant la prise rapide ou quasi instantanée ne se fait que dans un second mélangeur à grande vitesse et de petit volume, et ceci suivant plusieurs pos@@@@lit@@ différentes énoncées ci-après. En effet, la technologie des produits destinés à lier les produits réfrac taires utilisés en fonderie (les résines en particulier) peut être dorénavant adap tée afin de réaliser les moules et les noyaux selon les processus suivants a) Le liant est mélangé au produit réfractaire et durci ult-rieurement par apport d'un durcisseur à l'état liquide, à l'état gazeux ou sous forme d'aérosol. b) Le durcisseur est mélangé au produit réfractaire et l'apport ultérieur de liant permet d'obtenir le durcissement. c) Le liant est mélangé à une fraction du produit réfractaire et le durcisseur à l'autre fraction dudit produit, le mélange final des deux produits réfractaires produisant le durcissement. Désormais, chacun de ces processus est transposable aux grosses quantités de produit réfractaire c'est-à-dire au moulage et au noyautage de toutes les pièces petites, moyennes ou grosses, sans nue pour autant le produit réfractaire subisse une prise prématurée, puisque son durcisserent est cette fois réalisé "à la demande" Enrésumé, selon la principale caractéristique de l'invention, le procédé de malaxage en continu d'un produit réfractaire qui, pour toute la suite de la des cription, sera choisi comme étant du sable, se présente sus deux options originales a) On mélange séparément le liant (ou le durcisseur) avec le sable dans un mélan geur classique principal, continu ou discontinu, puis on amène le sable enrobé dans un malaxeur secondaire à grande vitesse dans lequel on incorpore en quantité néces saire le durcisseur (ou le liant) pour donner un sable permettant d'obtenir cette fois des moules et des noyaux convenablement durs. Dans une telle installation, il devient possible d'utiliser le malaxeur à grande vitesse pour y injecter le durcis seur sous forme d'aérosol ou de gaz. b) On utilise au départ deux mélangeurs classiques principaux dans lesquels on obtient deux fractions de sable parfaitement enrobées, d'une part de liant et, d'autre part, de durcisseur. La réunion de ces deux fractions dc sable dans un mélangeur à grande vitesse conduit à un contact extrême@ent court des deux fractions de sable tout en créant une parfaite homogénéisation, ce qui permet d'obtenir des durcissements de noyaux ou de moules dans un temps extrêmement court. Des installations pour la mise en oeuvre de ce procédé de malaxage suivant les deux options pr@citées sont respective@ent représentées aux figures 2 et 3, la figure 1 illustrant le mode d'association en cascade d'au u oins un malaxeur classique principal avec un mal@xeur se@@@daire à @r@@@@ @@@@ss@. Le sable est introduit par la trémi@ de d@@@argeme@t 1 à l'intérieur de l'auge 2, à l'une des deux extrémités de cette dernière. T5ne vis 3 horizontale, concentrique de l'auge 2, tourne à intérieur de cette der@ière; eus types de pales sont disposes alternativement le long de la vis 3 : les petites pales 3a, orientées vers l'arrière, recyclent le produit en provoquant un premier malaxage alors que les grandes pales 3b sont destinées à provoquer l'avancement dudit produit vers la seconde extrémité 4 de l'auge 2.Sous cette extrémité 4, c'est-à-dIre à une distance de 1,50m à 2m de la trémie d'amenée 1, on dispose un malaxeur secondaire à grande vitesse dont la description sera mieux comprise à l'aide des figures 5 et 6. Si le malaxage en continu se conçoit comme il a été exprimé en première solution, le malaxeur secondaire 5 est raccordé à un malaxeur continu classique unique de manière que ses deux chambres de travail 6a et 6b soient chargées et disposées de manière congruente alors que si le malaxage se conçoit suivant la deuxième solution, les deux chambres 6a et 6b d'un malaxeur secondaire unique 5 sont chacune raccordées à l'orifice de sortie d'un des deux malaxeurs principaux à l'intérieur desquels est élaborée une fraction de sable pré-enrobée (figure 3). Le malaxeur secondaire à grande vitesse 5 se compose d'une enveloppe en quatre parties, à savoir deux parties haute 7 et basse 8 fixes et deux parties latérales droite 9 et gauche 10 réglables latéralement comme il est indiqué par les flèches 11 lesdites coquilles 7, 8, 9 et 10 définissant deux chambres internes de malaxage sensiblement symétriques et de volume réglable. Une roue cannelée ou dentée 12, entraînée en rotation par un moteur électrique 13; tourne à l'intérieur de chaque chambre interne définie précédemment de telle manière que lesdites roues soient sensiblement parallèles et tangentes l'une à l'autre et que leurs mouvements soient contraires comme indiqué respectivement par les#lèches 13 et 14 afin de produire entre les deux roues un laminage progressif du sable. Les deux roues dentées ou cannelées 12 sont également réglables latéralement comme indiqué par les flèches 15, leur position respective étant fonction de la quantité de matière à travailler ainsi que du degré d'homogénéisation à obtenir. Chaque chambre interne de malaxage comporte un orifice d'entrée 16 de section rectangtaire ou carrée par lequel est amené en 17 le sable enrobé de l'un des deux constituants du système liant-durcisseur. Ces orifices d'entrée 16 sont disposes entre la coquille haute 7 et l'une des deux coquilles latérales droite cu rauche Ils débouchent chaclm dans un couloir 6a ou 6b défini entre la paroi latérale d'use roue dentée 12 et la paroi interne de la coquille haute 7, le dit couloir cotant à parois convergentes vers le point de jonction 18 entre les deux roues dentées de manière que l'on produise vn laminage progressif du sable en allant de 'orifice d'amenée 16 au point de mala@@ge 18, du fait des frottements de plus er plus répétas entre les grains do sable. après mala@@g@, le sabla est projeté dans un couloir d'e@@ansion ?a ou 19b à parois divergentes définies entre la paroi latérale d'une roue dentée 12 et la paroi interne de la coquille basse 8. h l'extrémité de ce dernier couloir d'expan sion, le sable durcissant est : soit éjecté en 20 par l'orifice de sortie 21 et dirigé vers un moule ou une botte à noyau, soit est recyclé totalement ou pour partie, afin de prolonger le mélange sur plusieurs tours de roues sannelees ou dentées et d'obtenir ainsi un malaxage suffisant.Ce recyclage évertuel est réalisé au moyen des chicanes 22 disposces r,rès de l'éjection du sable, c dernier remontant alors vers le couloir de re-laninage 6a ou 6b le long d'un couloir de recyclage 23a ou 23b à parois parallèles définies respectivement entre une roue 12 et une coquille latérale droite 9 ou gauche 10. L'éjection du sable durcissant hors de ce malaxeur secondaire 5 est donc définie dans un rapport fonction de la position des deux coquilles mobiles 9 et 10, tout le mélange traité étant soit éjecté totalement, soit recyclé pour partie si l'on estime qu'il n'a pas atteint une homogénéité suffisante. Le volume libre à l'intérieur d'un malaxeur secondaire 5 n'est que de quelques litres et cette très faible contenance permet d'éviter la nerte de sable en utilisation courante de fonderie. Par ailleurs, du fait de s faible contenance et de la très grande vitesse de rotation des roues 12 entraînées en sens irverse à partir du moteur 1 au moyen d'un jeu d'engrenage schématisé en 24, ce malaxeur secondaire est d'un fonctionnement ininterrompu.Ce type de mélangeur est donc toujours prêt à servir; ses roues 12 tournant en pernanence, dès qu'on cesse de l'alimenter en sable, il se vide instantanément de son contenu, ce qui évite tout encrassement et par conséquent les pertes de temps dues au nettoyage; dès que l'on commande l'arrivée d'une nouvelle quantité de mélange de sable non durci, ce dernier est immédiatement repris, malaxé et sa pénétraticn peut même être forcée à l'intérieur d'un autre mélange enrobé du second constituant, toutes ces opérations se faisant sans délai puisque le malaxeur secondaire est maintenu de manière constante en puissa-acd de service. L'avantage du malaxage en deux étayes, l'une lente non réactionnelle et l'autre à grande vitesse réactionnelle telle qu'il a été décrit réside dans le fait qu'il devient possible de subtituer à la tecnique actuelle d'un malaxeur classique à chaque poste d'utilisation une technique nouvelle, exlusive de la présente invention qui consiste à préparer le sable nécessaire en un endroit unique, ponctuel, appelé "centrale de préparat@on", puis à tra@sporter ensuite pneumatiquem@nt ledit sable vers les différents points d'utilisation où sont seuls utilisés des malaxeurs secondaires à @rande vitesse @@i@@alisent le mélange final. Une telle installation est repr@sentée ç 12 ~ e 4; de préférence, la centrale de préparation est situ--e à proximité du stockage du sable afin déviter des frais inutiles de manutention ou de stockage secondaire. Dans le cas représenté, cette centrale de préparation se conpose de deux mal aura continus classiques 25a et 25b à l'intérieur desquels sont préparées deux fractions du mélange final enrobées pDuc l'une de liant et pour l'autre de durcisseur.Les deux fractions pl@ mélangées tombent chacune sépar@ment dan@ une bouteille de transport pneumatique 26a ou 26b, puis sont ensuite transportées pneumatiquement au moyen de deux condu distinctes 27a et 27b, de manière que les deux fractions ne viennent pas @u conta@ l'une de l'autre et fournissent de ce fit un mélange final réactionnel durcissant A partir de cet instantl'utilisation du sable n'est plus ponctuel comme elle l'était dans les techniques classiques mais au contraire peut être envisagée sans problème et sans limite en un point auelconaue correspondant exactement au lieu d'utilisation du sable durcissant.Le sable ou les fractions de sable préparées so distribuées dans toute la fonderie à l'aide de tuyauteries rigides 28a et 28b ou flexibles 29a et 29b, identiques à celles qui distribuent l'eau courante ou l'air comprimé. Tant que les sables sont dans les tuyauteries d'amenée 28 ou 29, ils ne durcissent pas à froid puisqu'il leur manque un composant, mais dès l'instant où ils pénètrent dans les malaxeurs secondaires à grande vitesse 30a, 30b ou 30c, ils sont alors mis en contact avec le produit réactionnel complémentaire permettant leur durcissement des que s'effectue le mélange, le sable durcissant est ensuite projeté dans un moule 31 ou une botte à noyaux 32 puisqu'il est prêt à l'utilisation. Une des caractéristiques originales de ce genre d'installation à transport pneumatique réside dans l'avantage supplémentaire de la "projection" du sable; en effet, en plus de l'action de malaxage du mélangeur secondaire à grande vitesse 3 30b ou 30c talle sue préconisé dans la présenteinvention ce dernier sert en meme temps à ce moment de chambre de pré-détente pour le sable poussé pneumatiquement, si bien que ce dernier sort de l'appareil avec une certaine pression qui permet de parler de "projection" du sable dans les bottes à noyaux et sur les modèles, ce qui a pour avantage d'épargner une grande partie du serrage manuel ou mécanique du sable. Les postes d'utilisation des malaxeurs secondaires 30a et-30b ont été re?ré- sentés fixes alors nue le dernier malaxeur secondaire 30c est mobile en regard d'une certai@e surface. @ cet effet, c@ malaxeur à gr@@de vitesse 30c est suspendu à un chariot 33 lui-meme solidaire d'un port-sle 34, d'uns potence ou d'une poutr r@ulante. Pour cette raison, les canalisations 29a et 29b placées en bout des canalisations d'origine 27a et 27d sont flexibles.De ce fait, il est possible d'imposer manuellement, électriquement ou pneumatiquement un déplacement du malaxeur 30c dans les trois di-nsions, ce qui donc une facilité d'emploi a@préciable et augmente encore la productivité dans 7= fabrication des moules et noy@@@, le noint de projection du sable étant toujours situé à l'endroit choisi nar l'op@rate et ceci en toute souplesse. Comme dans les représentations des figures 1 à 3 où sont disposés en cascade un malaxeur continu classique et un malaxeur secondaire à grande vitesse 5 et cù le sable passe du renier dans le second par simple gravité, chacun d@s malaxeurs secondaires de l'installation à transport pneumttique de la figure 4 est mairtenu également en fonctionnement de façon constante, même lorsqu'aucun sable n'est amené dans les chambres de malaxage dudit mélangeur. A cet effet, on dispose à l'extrémité des canalisations 28a, 28b 29a et 29b, juste avant la liaison avec les malaxeurs secondaires, des vannes électro-pneumatiques 35 à manchon élastique. Lorsque ces vannes sont fermées, du fait que les roues cannelées ou dentées 12, tournent en permanence, les malaxeurs scoondeires se vident de leur mélange; par ouverture des vannes 35, il est donc tout à fait possible d'introduire ou de préparer un nouveau mélange tout à fait différent du précédent, lequel mélange peut être alors utilisé à des fins originales. Naturellement, l'invention n'est pas limitée au mode d'application non plus qu'au mode de réalisation cui ont été mentionnés. On pourrait concevoir diverses variantes sans sortir pour autan; du cadre de la présente invention et, plus particulièrement, on conçoit l'incorporation aux installations représentées aux figures 1 à 4, d'une ou de plusieurs tuyauteries supplémentaires pouvant amener dans le champ d'éjection du malaxeur à grande vitesse des matériaux dits de remplissage (granulés de vieux sable, sable neuf non revêtu de liant, déchets de polystyrène, etc...) ces matériaux étant inclus à la derende dans les moulages ou les noyaux en vue, soit d'en diminuer le coup (granulés ou sable pur), soit d'apporter des qualités particulières (évidement anti-crique avec les matériaux tendres tels le polystyrène). Dans ce cas, l'apport des matériaux de remplissage peut se faire soit indépendamment de la marche du malaxeur à grande vitesse, soit en simul- tanéité avec celui-ci si l'on veut utiliser la technique du "béton". R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de malaxage en continu d'un produit réfractaire à prise raide ou quasi instantanée, tel qu'un sable, destiné à la fonderie caractérisé par le fait sue l'on enrobe dans un malaxeur classique principal au moins une fraction du produit réfractaire d'un des deux constituants du système liant-durcisseur, puis on conduit le produit réfractaire enrobé dans un malaxeur secondaire à grande vitesse et de petit volume dans lequel on incorpore, soit le deuxiere constituant du sys tème liant-durcisseur sous forme liquide, gaz ou aérosol, soit l'autre fraction du produit réfractaire enrobé préalablement dudit deuxième constituant par malaxage dans un deuxième malaxeur classique principal, puis on malaxe l'ensemble de ces composants jusqutà obtention d'un mélange homogène prêt à durcir enfin on projette le produit réfractaire durcissant dans un moule ou une bofte à noyau. 2. Installation de malaxage en continu d'un Produit réfractaire à prise rapide ou quasi instantanée, tel qu'un sable, destiné à la fonderie caractérisée par le fait ou'elle se compose d'un malaxeur secondaire à grande vitesse et de petit voT- me disposé en cascade à la sortie d'au moins un malaxeur classique principal. 3. Installation de malaxage en continu d'un produit réfractaire à prise rapide ou quasi instantanée, tel qu'un sable, destiné à la fonderie caractérisée par le fait qu'elle se compose d'au moins un malaxeur classique principal fixe central à la sortie duquel est disposé au moins m dispositif de transport pneumatique du produit réfractaire enrobé d'un des deux constituants du système liant-durcisseur, et d'au moins un malaxeur secondaire à grande vitesse, mobile ou fixé au point d'utilisation du mélange final du produit réfractaire durcissant, ledit malaxeur secondaire étant relié par l'intermédiaire de canalisations au dispositif de transport pneumatique et précédant un moule ou une botte à noyaux à l'intérieur desquels le mélange final durcissant est projeté. 4. Installation selon la revendication 3 caractérisé par le fait @@ chaque malaxeur secondaire mobile de l'installation est suspendu à un chariot luise solidaire d'une charpente porteuse mobile tel un portique, muni de moyens permettant le déplacement du malaxeur à grande vitesse dans les trois dimensions, ledit malaxeur étant en outre relié au dispositif de transport pneumatique par l'intermédiaire de canalisations flexibles. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 et 4 caractérisée @@r @@ fait @u'@@@@ @@@@@rt@ @@ m@ins un@ vanne électro-pneumati@ue placée sur la canalisation de liais@n @@@re le dispositif de tr@nsport pneumatique et le malaxeur ese-endaire, sensibl@@@@t la jonction entme ladite canalisaaion et ledit malaxeur secondaire. 6. Install@tion selon l'un quelconque des revendications 2 à 5 caractérisée par le fait que le @ala eur second@ire se compose d'une enveloppe en quatre parties, à savoir deux parties haute 7 et basse 8 et deux parties latérales droite 9 et gauche 10 définissant entre elles deux chambres internes de malaxage sensiblement symétriques à l'intérieur de chacune desquelles tourne une roue casnelée ou dentée 12 de telle manière nue lesdites roues soient sensiblement parallèles et tangentes l'une à l'autre et que les mouvements 13 et 14 desdites roues soient contraires de manière à produire entre elles deux un laminage progressif du produit réfractaire, ledit produit réfractaire, entre l'orifice d'entrée 16, séparant la partie haute 7 et une des deux parties latérales, et l'orifice de sortie 21, séparant la partie basse 8 et une des deux parties latérales, circulant d'abord dans un couloir 6 de laminage à parois convergentes, puis dans la zone de malaxage 18, puis dans un couloir d'expansion 19 à parois divergentes. 7. Installation selon la revendication 6 caractérisée par le fait que les deux parties latérales droite et gauche de l'enveloppe du malaxeur secondaire ainsi que les deux roues 12 sont, en position, réglables latéralement. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 et 7 caractérisée par le fait que le malaxeur secondaire comporte un jeu de chicanes 22, intermédiaire entre chaque couloir d'expansion 19 et chaque orifice de sortie 21, lesquelles chicanes provoquent un recyclage d'au moins une partie du produit réfractaire par circulation de ce dernier dans un couloir de recyclage 23 à parois parallèles définies respectivement entre une roue 12 et une coquille latérale, puis réintro- duction dans un couloir 6 de laminage à parois convergentes.