Brevet FR2240783A1 — publié le 19750314

La présente invention est relative au sable de fonderie lié par une résine et plus particulièrement à un procédé et un appareil pour régénérer ce sable de fonderie quand il fait partie d'un moule et de noyaux qui ont été utilisés pour la fabrication de pièces métalliques moulées. Les moules et les noyaux en sable liés par une résine synthétique thermodurcissable ont été largement utilisés dans la fabrication de pièces métalliques moulées au cours des dernières années. La résine thermodurcissable qui y est contenue peut etre par exemple une résine furanique obtenue par durcissement d'alcool furfurylique à 2500C en présence d'acide phosphorique comme catalyseur, ou bien une résine urée-formaldéhyde ou phénolformaldéhyde. De telles résines ont l'avantage dtassurer une force de liaison satisfaisante et permettent d'obtenir des moules et des noyaux qui conservent leur forme en cours d'utilisation. Un inconvénient des résines synthétiques susmentionnées est toutefois que le sable de fonderie ne peut être que difficilement régénéré après utilisation et après démoulage des pièces moulées. Ce sable de fonderie usagé comprend une quantité qui ntest pafi-négligeable de résine synthétique sots la forme de films durs entourant les grains de sable et de tels films sont extrêmement difficiles à enlever. Le procédé actuellement le plus courant consiste à broyer Les moules et les noyaux après utilisation pour former des particules discrètes et à projeter ensuite ces particules de sable, à de nombreuses reprises, sous une pression élevée, contre une paroi résistant à l'abrasion. Grâce aux heurts contre cette paroi et grâce à la friction mutuelle des particules de sable, les films de résine entourant les grains de sable sont rompus et sont pulvérisés en totalité ou en partie, après quoi les fines résultantes sont séparées du sable par aspiration. Toutefois, ce procédé consomme une grande quantité drénergie, étant donné que de très nombreuses collisions sont nécessaires pour séparer le film entier de résine d'une particule de sable. De plus, ce procédé a un effet facheux sur les grains de sable avec ce résultat que seulement la moitié des grains peut titre réutilisée dans la fabrication de moules et de noyaux. Au cours d'expériences dont découle la présente invention, on a constaté que les films de résine entourant les graines de sable peuvent etre éliminés effectivement par combustion et que la température requise pour une inflammation et une combustion spontanées des films de résine peut être obtenue par transmission de la chaleur de pièces moulées très chaudes. La présente invention a donc pour objet un procédé de régénération de sables de fonderie liés avec une résine synthétique thermodurcissable et faisant partie d'un moule et éventuellement de noyaux qui ont été utilisés pour la fabrication de pièces moulées. Ce procédé consiste à disposer le moule en sable entier en même temps que les pièces moulées chaudes en provenant et les noyaux en sable éventuels dans un récipient rotatif et à brasser ces matériaux dans ce récipient pendant un temps suffisant pour que le moule et les noyaux en sable, par contact avec les pièces moulées très chaudes, se trouvent chauffés jusqu a une température telle que la résine synthétique soit our éliminée du sable par inflammation et combustion spontanées et/que le moule et les noyaux en sable soient complètement désintégrés en particules de sable discrètes. En outre, la présente invention vise un appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé de régénération susmentionné. Cet appareil comprend un récipient de forme cylindrique, disposé horizontalement, qui comporte un orifice d'admission pour les pièces moulées et les moules en sable à l'une de ses extrémités et un orifice de sortie pour les pièces moulées et le sable régénéré à son autre extrémité, ce récipient étant monté de manière à pouvoir tourner autour de son axe longitudinal et comportant une ou plusieurs barres profilées sur la face interne de sa paroi cylindrique ainsi qu'un ou plusieurs tubes et conduits pour brûleurs destinés à l'alimentation d'un gaz combustible et/ou des conduits pour l'alimentation dtun gaz contenant de l'oxygène dans sa partie intérieure. L'effet du récipient cylindrique rotatif est double. D'une part, les moules et les noyaux en sable sont brisés pendant l'opération de brassage, sous forme de particules de sable discrètes, grâce aux pièces moulées qui jouent le rôle de corps broyants. Cette action a pour avantage qu'une energie minimale est nécessaire pour le broyage parce que les forces de liaison de la résine synthétique diminuent à la température régnant dans le récipient. Par ailleurs, une transmission de chaleur intense entre les pièces moulées chaudes et les particules de sable se produit pendant cette opération de brassage et, grâce à un tel transfert de chaleur, le sable est chauffé è une température d'environ 400pu par les pièces moulées chaudes.Une telle température est suffisante pour assurer une inflammation et une combustion spontanées du film de résine synthétique entourant les grains de sable. Quand le récipient a été chargé d'une manière normale, la résine synthétique se trouvant à la surface des particules de sable est en contact avec une quantité d'air ou d'oxygène suffisante pour que la combustion soit complète mais, si on le désire, on peut introduire une quantité d'air ou d'oxygène supplémentaire dans le récipient par un conduit approprié. Si la chaleur fournie par les pièces moulées n'est pas suffisante pour maintenir la température pendant un laps de temps suffisant au niveau requis pour une combustion complète des films de résine, on peut alors fournir une quantité supplémentaire de chaleur en utilisant un ou plusieurs brûleurs alimentés avec du gaz ou de l'huile.Les grains de sable sont régénérés et nettoyés complètement de cette manière et les produits gazeux de la combustion comprennent de façon essentielle de l'anhydride carbonique et de la vapeur d'eau. En outre, le sable est séché presque totalement pendant cette opération de brassage et ceci constitue un avantage supplémentaire. Les produits résultants peuvent être déchargés ensemble et etre ensuite séparés et refroidis individuellement. Le sable convient alors sans autre traitement pour une réutilisation dans la fabrication de moules et de noyaux. Dans une variante, la combinaison résultante de pièces moulées chaudes et de sable régénéré chaud peut entre envoyée comme un tout dans un tambour de refroidissement en vue d'un nouveau refroidissement des produits jusqu'à la température ambiante, après quoi on sépare les constituants. Un tel tambour de refroidissement peut etre du type décrit dans le brevet français nO 1 449 405 et comprend un récipient sous forme d'un tambour disposé hori zontalement et supporté en vue de sa rotation, qui comporte un orifice d'admission pour les pièces moulées et le salie à une extrémité et un orifice de sortie pour les pièces moulées refroidies à son autre extrémité.Une partie de la paroi cylindrique du tambour est perforée et peut coopérer avec un orifice de sortie en vue de la séparation et de la décharge du sable refroidi. Le mélange de pièces moulées et de sable est brassé dans un tel tambour tandis qu'un jet d'air froid est aspiré dans celui-ci et qu'un jet d'eau, si nécessaire, est injecté dans le tambour. L'air- et l'eau absorbent la chaleur des matériaux soumis au brassage ce qui fait que l'eau est évaporée, après quoi les matériaux sont évacués ensedble du tambour. En raison de cette circulation d'air, de l'évaporation de l'eau ajoutée et aussi du transfert de chaleur avec l'atmosphère environnante, la chaleur est éliminée en quantité suffisante pour que les pièces moulées et le sable soient refroidis jusqu'à la température ambiante.Le sable est ensuite séparé des pièces moulées grâce à la partie perforée de la paroi du tambour et est déchargé à travers l'orifice de sortie du sable tandis que les pièces moulées sont déchargées à travers l'orifice de sortie situé à l'autre extrémité du tambour. De cette manière, on obtient un effet de refroidissement satisfaisant. Le sable résultant, dans ce cas également, est complètement débarrassé de la résine synthétique et peut être réutilisé sans autre traitement pour fabriquer des moules et des noyaux. Un autre avantage du tambour de refroidissement est qu'on peut neutraliser l'acide phosphorique résiduel qui peut subsister dans le sable (et qui provient du catalyseur résineux) en donnant un pH légèrement alcalin au jet d'eau introduit dans le tambour. A titre d'exemple, l'invention est illustrée sur le dessin annexé qui représente un mode de réalisation de l'appareil de la présente invention et sur lequel la figure 1 est une vue en coupe longitudinale'de l'appareil selon l'invention la figure 2 est une vue en élévation, à plus petite échelle, montrant cet appareil associé avec un appareil destiné à fefroidir les pièces moulées et le sable. L'appareil représenté sur la figure 1 comprend un récipient 1 de forme tambour cylindrique, supporté horizontalement sur des rouleaux 2 en vue d'une rotation autour de son axe longitudinal. La paroi cylindrique 3 du tambour est fermée sur sa longueur- entière et comporte, sur sa face intérieure, plusieurs barres profilées 4 s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du récipient. Ce dernier comprend, à l'une de ses extrémités, une paroi d'extrémité 5 pourvue d'un orifice d'admission central. Une goulotte-d'admission fixe 7 s'étend à travers l'orifice 6-et pénètre dans le récipient et elle comporte une tubulure d'échappement 8 qui peut être raccordée à un appareil (non représenté) pour éliminer par aspiration les gaz de combustion formés dans le récipient 1 pendant l'opération. Le tambour 1 est recouvert à son autre extrémité d'une paroi d'extrémité fixe 9 comportant un orifice de sortie 10. Cet orifice peut entre obturé par un couvercle pivotant ll qui peut être verrouillé par un boulon 12. Si on le désire, le couvercle li peut être coulissant. Un brûleur tubulaire 13 comportant plusieurs orifices 14 est monté dans le récipient 1 et est raccordé à un conduit 15 aboutissant à l'extérieur du tambour. Ce conduit 15 comporte un robinet 16 et peut être relié à une source de combustible gazeux ou liquide (non représentée). En outre, un conduit 17 d'alimentation en oxygène est monté dans le récipient, traverse la paroi d'extrémité 9 de ce dernier et passe à l'extérieur, ce conduit étant pourvu à son extrémité extérieure d'un robinet 18. Ce conduit peut être raccordé à une source de gaz contenant de l'oxygène comme de l'oxygène, de l'air ou de l'air enrichi en oxygène (non représentée). On va maintenant décrire le fonctionnement de l'appareil. En cours de fonctionnement, on fait tourner le récipient cylindrique 1 à l'aide d'un dispositif d'entratnement approprié (non représenté). Des châssis de moules partiellement refroidis qui comprennent un moule en sable avec une ou plusieurs pièces récemment moulées et, si nécessaire, des noyaux en sable se trouvant dans ces pièces, sont amenés au récipient et sont ouverts, après quoi le contenu entier des châssis de moules, c'est-à-dire les pièces moulées plus le moule en sable et les noyaux en sable éventuels, est envoyé dans le récipient 1 à travers la goulotte d'admission 7. Ce matériau reste pendant un certain moment dans le récipient rotatif et avance graduellement dans celui-ci pour passer de son extrémité d'admission à son extrémité de sortie. Du fait de la rotation -du récipient cylindrique l et grâce aux barreaux 4, les pièces moulées et les moules en sable sont continuellement brassés et mélangés, ce qui fait que les pièces moulées ioulent le rôle de corps broyants pour briser les moules et les noyaux en sable en particules de sable discrètes. Il ne faut sensiblement pas d'énergie supplémentaire pour cette opération de broyage, parce que la force d'agglomération de la résine synthétique diminue aux températures régnant dans le récipient cylindrique. Lorsque les pièces moulées pénètrent dans le récipient cylindrique, elles se trouvent à une température moyenne d'environ 9000C (généralement comprise entre 700 et 10000C, selon la composition réelle des matériaux) et la température moyenne du sable des moules est considérablement plus faible. Grâce à l'action de brassage dans le récipient cylindrique, il se produit toutefois un transfert de chaleur intense et la température du sable se trouve ainsi élevée JUSqu'à une valeur moyenne de 4000C. A cette température, quand tous les grains de sable sont en mouvement, les films de résine qui entourent ces grains ainsi que les particules de résine libres sont capables de s'enflammer et de brûler spontanément. Quand le récipient cylindrique n'est pas surchargé, il contient suffisamment d'air pour entretenir la combustion mais, néanmoins, chaque fois que cela est-nécessaire, onpeut introduire de l'air ou de 1'oxygen'e supplémentaires par le conduit 17. Les gaz de combustion résultants peuvent être éliminés par aspiration à travers la tubulure 8. Lorsque le récipient contient une quantité relativement importante de fonte et une quantité relativement faible de sable, la fonte est capable de fournir une quantité de chaleur suffisante pour entretenir la combustion de la résine provenant du sable des-moules et cette résine disparait complètement par combustion. Lorsque la quantité de fonte est relativement faible7 par contre, la quantité de chaleur transférée de la fonte au sable n'est que limitée et, dans ce cas, une quantité supplémentaire chaleur doit être fournie par les brûleurs 14. quand le conduit 15 a été raccordé à une source de combustible et que le conduit 17 a été raccordé à une source d'un gaz contenant de 1 1oxygène, la chaleur est alors fournie au moyen des brûleurs 14 et un excès d'oxygène est introduit simultanément dans le conduit 17.Les barres 14 servent à ramasser le sable à chaque moment et ce sable, une fois libéré, tombe à travers les flammes des brûleurs, ce qui assure une bonne combustion de la résine dans une courte période de temps. En raison des températures élevées qui règnent pendant la combustion de la résine, la totalité de llhumidité présente dans le sable des moules s'évapore également. Cette humidité sous forme de vapeur d'eau sort du tambour en même temps que les produits de combustion gazeux par aspiration à travers la tubulure 8. Le récipient cylindrique peut être à fonctionnement continu ou discontinu. Pendant un fonctionnement discontinu, on maintient le couvercle ll fermé (traits interrompus) et on maintient les matériaux dans le récipient cylindrique assez longtemps pour que la totalité de la résine synthétique du sable des moules soit complètement éliminée par combustion, après quoi on ouvre le couvercle l1 et on décharge le contenu du récipient, ctest-à-dire les pièces moulées plus le sable, par l'orifice de sortie 10. Lors d'un fonctionnement continu, le couvercle Il est toujours ouvert (ou bien n'est pas prévu) et la quantité de matière introduite dans le récipient cylindrique est choisie en fonction de la longueur de ce dernier, de façon telle que le sable se trouve complètement débarrassé de la résine quand il a traversé le récipient entier. Dans ce cas, également, les pièces moulées plus le sable sont déchargés à travers l'orifice de sortie. Dans les deux cas, le sable résultant est totalement incolore en raison de l'absence de résine et de particules de carbone. Le mélange de pièces moulées chaudes et de sable chaud peut encore être traité de différentes manières Ainsi, le mélange peut être séparé au moyen d'une courroie transporteuse perforée, ce qui fait que le sable tombant à travers les perforations- est refroidi, et les pièces moulées peuvent être renvoyées sur la courroie. Dans une variante encore, on peut prévoir des perforations dans l'orifice de sortie 10 en vue de séparer le sable des pièces moulées . Une autre possibilité qui se présente comprend le refroidissement de la combinaison résultante de pièces moulées chaudes et de sable chaud dans un tambour de refroidissement, comme décrit dans le brevet français nO 1 449 405, après quoi on sépare les pièces moulées et le sable. Cette possibilité est représentée sur la figure 2. A gauche de la figure 2, on a représenté le même appareil que sur la figure 1, c'est-à-dire un récipient cylindrique 1 pouvant tourner sur des rouleaux 2 et comportant une goulotte d'admission fixe 7 avec une tubulure 8 et une paroi d'extrémité fixe 9 avec un orifice de sortie 10, ainsi qutun brûleur tubulaire 13 avec des orifices 14 et un conduit 17 pour oxygène. Le couvercle 1l n'est pas prévu dans ce cas afin de permettre un fonctionnement continu du récipient 1. Ce récipient 1. est raccordé à un tambour de refroidissement (à droite de la figure 2) comprenant un récipient sous forme d'un tambour cylindrique 19, supporté horizontalement sur des rouleaux 20 de manière à pouvoir tourner autour de son axe longitudinal. Le tambour 19 comporte une paroi d'ex- trémité pourvue d'un orifice d'admission central 22 à l'une de ses extrémités et une goulotte d'admission fixe 23 raccordée à l'orifice de sortie 10 du récipient 1, qui s'étend à travers cet orifice 22 et pénètre dans le tambour 19. La goulotte d'alimentation 23 comporte une tubulure 24 qui peut être reliée à l'appareil permettant d'éliminer l'air et les vapeurs d'eau par aspiration. Le tambour 19 comporte à son autre extrémité une paroi d'extrémité fixe 25 qui présente un orifice central 26-pour recevoir un courant d'air froid par aspiration et un orifice de sortie 27 pour décharger les pièces moulées refroidies. La paroi cylindrique 28 du tambour 19 comporte une partie 29 circonférentiellement perforée pour séparer le sable refroidi du tambour et des parties 30 et 31 non perforées. Les perforations de la partie perforée ont, par exemple, un diamètre de 20 mm et un écartement de 200 mn. Cette partie perforée est étroitement délimitée à la face inférieure du tambour 19 par une goulotte de sortie fixe 32 en vue du déchargement du sable refroidi. La présence de la partie 31 de la paroi de tambour n'est pas toujours absolument nécessaire et, dans ce cas, la partie perforée 29 s'étend jusqu'à l'extrémité de décharge du tambour. La partie 30 près de l'extrémité d'admission du tambour 19 est toutefois nécessaire pour assurer un bon contact entre les pièces moulées et le sable de moulage et sa longueur axiale doit & re égale à au moins la moitié de la longueur axiale de la partie perforée 29. En outre, la longueur axiale de la partie perforée 29 peut varier entre certaines limites grâce à deux manchons coulissants 9 entourant la paroi du tambour pour recouvrir une partie de la partie perforée 29. Un conduit 34 comportant des ouvertures de pulvérisation 35 est prévu dans le tambour 19 et est raccordé à un conduit 36 aboutissant à l'extérieur du tambour. Ce conduit 36, qui porte un robinet 37, peut être raccordé à une source d'eau (non représentée) et liteau provenant de cette source est de préférence rendue légèrement alcaline. Pendant le fonctionnement de l'appareil représenté sur la figure 2, le récipient cylindrique 1 a exactement le même role que ci-dessus Les pièces moulées chaudes et le sable chaud sortant de ce récipient sont envoyés- continuellement dans le tambour rotatif 19 par l'orifice de sortie 10 et l'orifice d'admission 23. Dans ce tambour 19, les pièces moulées et le sable sont de nouveau brassés et mélangés et sont également avancés en direction de l'extrémité de décharge. Pendant ce brassage, les pièces moulées se trouvent de nouveau en contact intime avec le sable de manière à assurer un bon transfert de chaleur.Un courant d'air froid eircule par aspiration dans le tambour 19 où il pénètre par l'orifice 26 pour en sortir par la tubulure 24 et ce courant d'air froid absorbe la majeure partie de la chaleur dégagée par les pièces moulées et le sable. En -outre, on peut (bien que cela ne soit pas toujours nécessaire) injecter de Iteau dans le tambour par le conduit 31. Cette pulvérisation d'eau absorbe une partie de la chaleur dégagée par le sable et les pièces moulées et s'évapore ensuite, la vapeur d'eau résultante étant évacuée par aspiration à travers la tubulure 24. Une autre partie de la chaleur émise par le sable et les pièces moulées est éliminée par transfert de chaleur à travers la paroi du tambour JUSqU'à l'atmosphère environnante. quand la combinaison de pièces moulées et de sable traverse la partie perforée de la paroi du tambour, le sable est graduellement séparé des pièces moulées et est déchargé à travers la partie perforée 29 et l'orifice de sortie 32. Ce sable est complètement sec et refroidi énergiquement. Les pièces moulées continuent à progresser en direction de l'extrémité de décharge du tambour et quittent ce dernier en passant par l'orifice de sortie 27. A la sortie du tambour, les pièces moulées sont déjà sensiblement nettoyées de sorte qu'un traitement postérieur par sablage à chaud peut Qtre raccourci et que l'opération d'extraction des noyaux ntest.pas nécessaire. Du fait du traitement dans le tambour de refroidissement, le sable et les pièces moulées'peuvent être ramenés à la température ambiante. Si la pulvérisation d'eau est rendue légèrement alcaline (pH d'environ l'acide phosphôrique résiduel se trouvant dans le sable (et provenant du catalyseur de la résine synthétique) est en outre neutralisé. Grâce à l'appareil des figures l et 2 et au traitement ainsi réalisé, les grains de sable peuvent être complètement débarrassés de la résine synthétique et la dimension ainsi que la forme de ces grains de sable ne se trouvent pas sensiblement modifiées. Le sable peut être réutilisé immédiatement pour fabriquer des moules et des noyaux. En outre, il est complètement sec. Un autre avantage est que le sable dépourvu d'humidité peut être envoyé Sur un aimant sous forme d'une couche de 5 mn par exemple, pour éliminer les particules de fer qu'il peut contenir. Les grains de sable complètement séchés n'ont aucune tendance à l'agglomération en cours de stockage. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour régénérer du sable de fonderie lié avec une résine synthétique thermodurcissable et faisant partie d'un moule et éventuellement de noyaux qui ont été utilisés dans la fabrication de pièces moulées, ce procédé consistant à disposer la totalité du sable des moules conjointement avec les pièces moulées chaudes et les noyaux en sable dans un récipient animé d'un mouvement rotatif et à brasser ces matériaux dans ce récipient pendant un temps suffisant pour que le moule et les noyaux en sable, par suite d'un contact avec les pièces moulées chaudes, se trouvent chauffés à une température telle que la résine synthétique soit éliminée du sablepar inflammation et combustion spontanées, et que le moule et les noyaux en sable se trouvent complètement désintégrés en particules de sable discrètes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les matériaux se trouvant dans le récipient passent à travers une ou plusieurs flammes en vue d'assurer une combustion complète de la résine synthétique. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un gaz contenant de l'oxygène est fourni aux matériaux se trouvant dans le récipient pour assurer une bonne combustion de la résine synthétique. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé par le fait que les gaz de combustion et la vapeur d'eau résultant de la combustion sortent du récipient par aspiration. 5. Procédé selon 11 une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on sépare la combinaison de pièces moulées chaudes et de sable purifié chaud résultant de ltopération de brassage et qu'on refroidit individuellement les composants séparés. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé par le fait que la combinaison des pièces moulées chaudes et du sable régénéré chaud, résultant de l'opération de brassage, est envoyée dans un second récipient rotatif et est brassée dans celui-ci sous un jet'eau (si nécessaire) pendant un temps suffisant pour que les pieces moulées et le sable soient refroidis à température ambiante, après quoi on sépare le sable et les pièces moulées. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la pulvérisation d'eau est à un pH faiblement alcalin pour neutraliser l'acide phosphorique qui peut Autre éventuellement présent dans le sable régé néré. 8. Appareil destiné à mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1 et caractérisé par le fait qu'il comprend un récipient cylindrique disposé horizontalement qui comporte un orifice d'admission pour les pièces moulées et les moules en sable à l'une de ses extrémités et un orifice de sortie pour les pièces moulées et le sable régénéré à son autre extrémité, ce récipient cylindrique étant monté de manière à pouvoir tourner autour de son axe longitudinal et comportant intérieurement une ou plusieurs barres profilées disposées intérieurement ainsi qu'un ou plusieurs brûleurs tubulaires et des conduits pour l'alimentation du gaz combustible et/ou des conduits pour alimenter un gaz contenant de l'oxygène. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'un second récipient sous forme d'un tambour horizontal cylindrique est raccordé à l'orifice de sortie du premier récipient précité, ce second récipient ou tambour comportant un orifice d'admission pour les pièces moulées chaudes et pour le sable régénéré chaud à l'une de ses extrémités et un orifice de sortie pour les pièces moulées refroidies à son autre extrémité et comportant une partie de paroi cylindrique qui est perforée et coopère avec un orifice de sortie pour le sable refroidi, ce tambour étant monté de manière à pouvoir tourner autour de son axe longitudinal et comprenant en outre un dispositif pour faire circuler un courant d'air froid à travers le tambour et si on le désire, un dispositif pour introduire une pulvérisation d'eau dans le tambour.