Brevet FR2238905A1 — publié le 19750221

La présente invention concerne un dispositif rotatif pour refroidir, en particulier en fonderie, des pièces coulées et do sable, c'est-d-dire un tambour rotatif équipé dtéléments spé-. ciaux pour refroidir, en même temps que le sable qui les acc pagne, les pièces coulées en fonte ou en d'autres métaux, après que ces pièces ont été extraites des châssis ou, de façon géné- rale, d'autres récipients. Par le terme "sable", il y a lieu d'entendre également tout genre de matière synthétique, de sable proprement dit ou d'autres produits convenant pour le moi- lage, en particulier mais non exclusivement dans le domaine de la fonderie. L'état de la technique, antérieurement à la présente description, est caractérisé par des tambours rotatifs ayant une forme tronconique effilée vers l1 avant, avec un axe incliné vers le haut, afin de permettre un contact prolongé entre les picas coulées et le sable qui les acoompagne. Ces tambours sont équi- pés intérieurement de palettes lcngitudiaales, inclinées ou non inclinées par rapport ê l'axe, d'un dispositif d'aspiration des vapeurs et d'une buse ou d'un tuyau de projection d'eau.La partie arrière d'alimentation du tambour est tronconique et sa partie avant servant d la sortie du sable est cylindrique et criblée de trous, la partie qui lui fait suite et qui sert i la sortie des pièces coulées étant cylindrique elle aussi. Cet état antérieur de la technique présente quelques lacunes et inconvénients qui résultent du fait que le contact effectif entre pièces coulées et sable se limite a' la partie initiale à grand diamètre du tambour rotatif, où le sable a-tteint an niveau qui permet aux pièces coulées d'y rester enfouies, tandis que, dans la partie suivante et sur une grande longueur du ta- bour, les pièces coulées ne sont pas enfouies dans le sable, mais affleurent sa surface, ce qui se traduit par une attrnia- tion notable de I ' échange de chaleur avec ce sable ;; en outre, la capacité de ces tambours, du fait de leur forme indiquée cidessus et de l'inclinaison de leur axe vers le haut, ne peut pas atteindre des valeurs convenables, c'est-i-dire qui permettent le refroidissement de grandes quantités horaires de pièces coa- lées et de sable, sans recevoir des dimensions excessives ou,de toute façon, inacceptables au point de vue économique, si bien que ces tambours ne sont pas utilisables en série avec les grandes installations de moulage automatique, De plus, I' introduc- tion d'eau par un unique ajutage ou par diffusion longitudinale ne permet pas un contrôle approprié des températures finales des pièces coulées et du sable, ni de lthumidité finale de ce dernier, en particulier dans les phases de démarrage et d'interruption de l'opération de refroidissement. Au surplus, la partie cylindrique finale par laquelle sortent les pièces coulées ne se prête pas à une rapide évacuation de celles-cs et il n'est pas possible de prévoir un effet de tamisage du sable selon une granulométrie prédéterminée ; il arrive en outre qu'à la sortie des trous, le sable s'éparpille.Enfin, la diminution du niveau d sable par rapport å la génératrice inférieure de l'enveloppe du tambour, entre la zone d'entrée et la zone de sortie, augmente considérablement les contacts entre les pièces coulées et cette enveloppe, ce qui donne lieu à un bruit intense et insupportable Ces lacunes et inconvénients ont amené 8 rechercher la solution du problème technique consistant à modifier complbte- ment le dispositif à tambour rotatif, de manière à obtenir le contact complet, le plus prolongé possible, entre pièces coulées et sable, ainsi qu'unie beaucoup plus grande capacité de refroidissement horaire à égalité de dimensions avec les tambours tra ditionnels, pour-en permettre l'utilisation industrielle en s4- rie dans les installations modernes les plus puissantes de moulage automatique, même dans le cas de pièces coulées de grande épaisseur. Il doit en outre être prévu d'effectuer un contrôle intermédiaire, automatique et continu, des températures et de l'humidité finales, et d'éliminer plus rationnellement la formation de poussière pour éviter la contamination de l'air et, surtout, pour éviter les pertes par éparpillement et volatilisation de la bentonite et du noir minéral.Il doit être enfin prévu d'éliminer le bruit le long du tambour, de pouvoir éali- ser le tamisage du sable en fonction des exigences ainsi que pour éliminer les grumeaux et les morceaux de noyaux non complètement concassés, d'empêcher la dissémination-du sable à la sortie, d'empêcher les pièces coulées de tomber d'une hauteur notable, eu égard à leur tendance à se soulever le long de la bouche de sortie sous l'effet de la rotation du tambour, et de pouvoir vider rapidement le tambour en cas de nécessité. La présente invention résout complètement, de manièrefon- damentale, le nouveau problème technique posé i-dessus, par l'adoption d'un tambour cylindrique qui tourne autour d'un axe horizontal, de sorte que le niveau du sable par rapport à la génératrice inférieure du tambour cylindrique reste constant et, de préférence, égal aux deux tiers du rayon de ce tambour cylindrique ; et cela de telle façon que les pièze coulées restent complètement enfouies dans le sable sans pratiquement heurter l'enveloppe sur toute la longueur de sa partie cylindrique.A l'extrémité du long segment cylindrique, il est prévu un court segment tronconique convergent, muni intérieurement d'une saillie en spirale, assurant le déplacement des pièces coulées et du sable en un mouvement ascendant vers la bouche de sortie, laquelle se compose de préférence d'un premier segment à section droite octogonale à panneaux perforés interchangeables pour l'évacuation et le tamisage du sable et d'un second segment tronconique divergent pour l'évacuation rapide des pièces coulues, le segment à section droite octogonale pouvant être cons- titué par un chassies, à section également octogonale, sur loqped les panneaux sont fixés de manière amovible.Il est en outre prévu un élément fixe de déviation qui pénètre de l'extérieur dans le segment tronconique de sortie pour empêcher les pièces coulées de s'élever le long de ce segment sous l'effet de la rotation. il peut également être prévu de monter extérieurement, aux extrémités du segment à section droite octogonale, une paie d' éléments tronconiques se faisant face pour éviter 1 'éparpille- ment du sable dans sa chute et pour diriger celui-ci vers l'*va- cuation.Il peut encore être prévu de disposer, à l'intérieur du tambour cylindrique, quelques postes, par exemple au nombre de trois, pour la projection automatique et contrôlée de l'eau, tant afin de fixer à avance la température finale des pièces coulées et du sable en fonction de chaque cas particulier qu'au fin de maintenir un degré d'humidité du sable, par exemple de 1 %, pour éviter les pertes par dispersion de poussière. On peso en outre prévoir la possibilité, aa moyen de fentes pratiquées dans le tambour, de prélever à chaque tour des échantillons de sable pour les analyser automatiquement, en ce qui concerne la température et l'humidité, afin de régler automatiquement et en fonction des résultats obtenus l'intensité de projection de l'eau en amont et en aval de ladite fente. Il est enfin prévu une suspension oléodynamique du tambour pour permettre l'incli- naison de la partie avant de son axe vers le bas afin de pouvoir le vider complètement. Liinvention est décrite ci-après sur un de ses modes de réalisation pris à titre illustratif et sans aucun caractère limitatif, et à l'aide des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale verticale du dispositif - la figure 2 est un revue en élévation latérale correspondant à la figure 1-;; - la figure 3 est une coupe vue de gauche, dans le plan passant par la ligne III-III de la figure 2 - la figure 4 est une coupe vue de droite, dans le plan passant par la ligne IV-IV de la figure 2 - la figure 5 est une coupe dans le plan passant par la ligne V-V qui coïncide avec la ligne III-III, liais en une vue de la droite - - la figure 6 représente, en coupe et à échelle agrandie, un détail de l'organe de soulèvement antérieur; - la figure 7 représente,en coupe et à échelle agrandie, nn détail de l'articulation du support postérieur. Sur ces figures, on a désigné par 1 an tambour cylindrique comportant une extrémité postérieure trsnconique 2 d'entrée des pièces coulées 3 et du sable de fonderie 4 ; par 5 l'extrémité avant tronconique contergente-du tambour 1 destinée à faire monter les pièces 3 et le sable 4 et suivie d'un segment prismatique octogonal 6, muni de panneaux interchangeables perforés 7 pour l'évacuation du sable 4; par 8 la partie terminale antérieure tronconique divergente du tambour 1 destinée à la sortie des piè- ces coulées 3 ; par 9 des couronnes fixées au tambour 1, destinées à assurer l'appui dudit tambour sur un socle mobile 10 tout en permettant sa rotation guidée ; par 11 une paire de galets de guidage tournants, montés sur le socle 10 au moyen de supports 12 ; par 13 une couronne dentée fixée à la périphérie du tambour 1 pour lui transmettre le mouvement de rotation autour de l'axe 14 ; par 15 des palettes longitudinales inclinées par rapport aux génératrices du tambour 1 et fixées sur la surface intérieure de celui-ci pour remuer les pièces coulées 3 et aérer le sable 4, provoquant en même temps leur avance le long du tambour 1 ; par 16 une saillie hélicoVdale fixée sur la surface intérieure de la partie 5 pour extraire du tambour -t les pièces coulées 3 et le sable 4-et les acheminer respectivement vers les sorties 8 et 6-7 ; par 17 une bande transporteuse pour envoyer le sable 4;vers les réservoirs de récupération ; par 18 une bande transporteuse pour acheminer les pièces coulées 3 vers les postes de traitement ultérieur ; par 19 un conduit vibrant pour alimenter le tambour 1 en pièces coulée 3 et en sable 4, supporté par une structure fixe 20 ; par 21 une chambre annulaire fixée sur la structure 2, s'engageant dans le trou 22 de la partie postérieure 2 et com- muniquant avec une bouche d'aspiration 23 pour aspirer et évacuer les vapeurs qui se dégagent à l'intérieur du tambour 1 au cours du traitement et l'air qui entre par 8 ; par 24 un tuyau équipé de buses 25 à débit réglable automatiquement pour, dans differentes zones, arroser d'eau, afin de le refroidir, le sable 4 et pour l'humidifier ; par 26 et 27 deux fentes pratiquées dans 1'enveloppe du tambour 1 dans des positions intermédiaires, pour effectuer des prélèvements successifs de sable 4 à chaque tour du tambour, ces échantillons étant évacués au moyen de transporteurs 28 et 29, en vue du contrôle automatique des conditions finales des pièces coulées et du sable ; par 30 des cylindres hydrauliques de manoeuvre, fixés à la structure 20, dont les tiges 31 sont articulées au-dessous de l'extrémité antérieure d socle 10 ; par 32 es oreilles fixées à la structure 20 pour soeu- tenir un pivot d'articulation 33 sur lequel reposent les oreil- les 34 fixées aa-dessous de l'extrémité postérieure du socle 10t par 35 des paires de galets pour supporter, en permettant leur roulement, les couronnes 9, ces galets étant montés de façon à tourner sur le socle 10 au moyen de supports 36 ; par 37, un moteur-réducteur songé sur le socle 10, mettant en rotatien le pignon 38 qui engrène avec la couronne 13 ; par 39 un montant articulé à son extrémité inférieure en 40 sur la structure 20 powr fixer le tambour 1 en position horizontale ; par 41 des trous ménagés dans le montant 39 pour y insérer une broche 42 qui passe également à travers un manchon 43 du socle 10 ; par 44 des sup- ports radiaux des couronnes 9 ; par 45 une paire d1 écrans trou coniques se faisant face pour canaliser le sable 4 vers la bande 17 ; par 46 un élément d'arrêt fixe destiné à empêcher les piè- ces coulées 3 de remonter le long de la partie 8 et de retomber dune grande hanteur sur la bande 18. Le mode de fonctionnement est le suivant. Après avoir réglé la position horizontale de l'axe 14 du tambour 1 au moyen du cylindre oléo-dynamique 30, après avoir mis en marche le mo- teur-réducteur 37, les bandes d'wvacuation 17, 18, 28, 29, l'as- piration 21-23, on introduit en continu, par le conduit vibrant 19, ou un-autre organe d'alimentation, les pièces coulées 3, à une température de 700 à 80O0C, avec le sable 4 qui les accompagne à l'intérieur du tamboursrotatif 1 où, sous l'effet de la rotation de celui-ci, ces pièces coulées se déplacent en tournant sur elles-mêmes, enfouies dans le sable 4 et cédant de la chaleur à celui-ci, Le sable 4 étant en soi légèrement humide et étant en outre additionné d'eau pulvérisée par les buses 25 dans plusieurs zones espacées en direction longitudinale, il se produit, sous l'effet de la chaleur des pièces coulées 3 et du sable 4, un phénomène progressif d'évaporation de l'eau contenue dans ce sable. il en résulte un abaissement de la température du sable 4,'un nouveau passage de chaleur des pièces coulées au sable 4 et, en conséquence, une nouvelle évaporation de l'eau contenue dans celui-ci, qui donne lieu à un refroidissement complémentaire ; et ainsi de suite jusqu' l'obtention d'un refroidissement progressif des pièces coulées et du sable, convenablement graduel et intense.En même temps, la vapeur d'eau qui se dégage du sable humidifié, mélangée à l'air qui entre par la bouche 8, est aspirée et évacuée par la bouche 23, ce qui accélère le phénomène. La rotation du tambour 1 se poursuivant, les palettes 15 augmentent la fréquence des contacts pièces-sable et sable-air, tout en favorisant une progression régulière des pièces 3 et du sable 4.Au cours de cette progression il est possible, à chaque tour du tambour 1, de prélever. en continu, par les fentes 26 et 27, du sable 4 chaud qui, passant sur les bandes 28 et 29, peut être soumis automatiquement à un contrôle continu de sa tempéra- ture et de son humidité, dans le but de régler de manière convenable la quantité d'eau à injecter au moyen de chacune des buses 25, afin d'ajuster convenablement la température finale des piè- ces coulées 3 et la température et l'humidité. finales du sable 4. La rotation du tambour 1 se poursuivant, les pièces coulées 3 et le sable 4 parviennent à l'extrémité avant du tambour 1 au niveau du début de la partie tronconique 5 où la saillie hélicoidale 16 achemine ces pièces coulées et ce sable en les faisant monter vers la sortie 6-8, ce qui prolonge le contact entre pièces coulées et sable, jusqu'à ce que le sable 4 soit évacué à travers les trous 7 ; puis les pièces coulées 3, poursuivant leur progression, sortent rapidement par la bouche 8 Un tel dispositif, ayant par exemple une longueur totale de 15 i environ, avec un diamètre du tambour de 3,8 i environ, tournant approximativement à 4-5 tr/n, peut assurer le refroidissement d'environ 15 t/h et au-delà de fonte sous forme de pièces coulées 3 dune épaisseur de 8 à 10 cm ou plus, depuis une température de 8000C environ jusqu'à une température de l'ordre de 50 à 60 C. En même temps, le sable 4 atteint une tex- pérature finale d'environ 500C ou moins.Ces résultats sent déterminés par les conditions particulières assurées par le cane tact prolongé et continu entre pièces coulées 3 et sable 4, ré- sultant de la position horizontale de l'axe 14 qui permet de ti rer parti au maximum, et sur toute sa longueur, de la capacité du tambour 1, ainsi que par le mouvement ascendant particulier dans la partie tronconique 5 . Il est en outre prévu la possibilité de contrôler en continu la température finale des pièces coulées 3 et la température et l'humidité finales du sable 4. Comme il va de soi et comme il résulte tailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de odes d'application et de réalisation qui ont été plus spEcia- lement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif rotatif pour refroidir, en particulier en fonderie, des pièces coulées et du sable, caractérisé en ce qu'il est constitué principalement par un tambour cylindrique qui tourne autour d'un axe horizontal et par un segment tronconique con- vengeant vers l'avant qui relie le tambour à la zone de sortie du sable, ce segment tronconique étant muni intérieurement d'unie saillie hélicoSdale pour faire monter les pièces coulées et le sable vers leurs segments respectifs de sortie et en ce qu'il est prévu des moyens permettant principalement : d'assurer l'humidification progressive et contrôlée du sable, le réglage de la température et de l'humidité du sable, le tamisage du sable à la sortie en fonction de la granulométrie voulue d'un cas à l'autre, la décharge rapide et contrôlée des pièces coulées à partir du dispositif ; d'éviter l'éparpillement de sable à la sortie; d'incliner vers le bas la partie avant de l'axe du dispositif afin de pouvoir le vider. 2. Dispositif rotatif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le tambour cylindrique étantraccordé vers l'arrière à un segment tronconique convergeant vers une chambre d1as- piration et étant raccordé vers l'avant à un segment tronconique convergeant dans le sens opposé, le rayon de la bouche de ces deux segments tronconiques est pratiquement le même et mesure de préférence le tiers environ du rayon du tambour, afin de permettre au sable de se maintenir à un niveau constamment très dleve par rapport à la génératrice inférieure du tambour. 3. Moyens pour l'humidification progressive et contrôlée du sable selon la revendication 1, caractérisés en ce àravers la chambre d'aspiration et la bouche tronconique d'alimentation du tambour, pénètre à l'intérieur de ce tambour un tuyau longitwii- nal équipé de préférence de trois buses à débit réglable antona- tiquement, convenablement espacées en direction axiale, pour arroser d'eau, en fonction des nécessités, autant de zones du sablé. 4. Moyens pour le réglage de la température et de l'buMLi- dité du sable selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisés en ce que dans le tambour sont pratiquées des fexfrs,de pref'eren'oe trois et disposées au niveau des zones intermédiaires entre les trois buses, pour le prélèvement par gravité, à chaque tour du tambour, d'échantillons de sable en vue de l'analyse continue, par exemple sur bande transporteuse, de leur température et de leur humidité et en vue du réglage en résultant des arrosages d'eau en fonction des températures finales des pièces coulées et du sable et du degré d'humidité de ce sable d'après des valeurs convenablement choisies à l'avance. 5. Moyens pour le tamisage du sable à la sortie en fonction de la granulométrie voulue d'un cas à l'autre selon la revendication 1, caractérisés en ce que, à la suite du segment tronconique convergeant vers l'avant, est prévu un segment à section polygonale droite, par exemple octogonale, constitué par des panneaux démontables et interchangeables, munis de trous pour le tamisage du sable à la granulométrie prévue et fixés de façon démontable sur un chassis à section droite correspondante, qui est bridé à la sortie du segment tronconique précité. 6. Moyens pour la décharge rapide et contrôlée des pièces coulées selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'il est prévu, à la suite du segment tronconique convergeant vers 1' avant, un segment muni de trous pour l'évacuation du sable, à la sortie duquel est raccordé un segment tronconique divergeant vers 1'avant, et en ce qu'il est prévu en outre un élément de déviatio vers le bas des pièces coulées, raccordé de manière quelconque i la structure fixe extérieure, qui penètre au ras de la surface intérieure du segment tronconique divergeant vers l'avant, dans une position modérément saillante dans le sens du mouvement. 7. Moyens pour éviter l'éparpillement du sable à la sortie selon la revendication 1, caractérisés en ce que, aux extrémités du segment muni de trous pour 1'évacuation du sable et ayant une section droite de forme quelconque, sont fixés, de manière amo- vible, à l'extérieur de ce segment, denx é1Cslents tronconiques se faisant face dont les grandes bases sont dirigées 1 'une vers l'autre, dont le rôle est de diriger le sable vers ledispositif transporteur sous-jacent qui l'évacue, en évitant l'éparpillement. 8. Moyens pour incliner vers le bas la partie avant de l'axe du dispositif afin de pouvoir le vider selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisés en ce que le châssis d'appui des organes moteurs et des organes assurant le support et le guidage du tambour tout en permettant sa rotation, est raccordé à son extrémité avant, par exemple par un accouplement à cheville et à trous, à un montant articulé sur le socle, en ce qu'à proximité de cette extrémité, ledit châssis est articulé en position centrale sur la tige d'un cylindre hydraulique à double effet, qui prend appui sur le socle, et en ce que ledit châssis est en outre articulé vers l'arrière sur le socle.