Brevet FR2286682A1 — publié le 19760430

La présente invention concerne un élévateur-refroidisseur pour sable sec de fonderie, comprenant une colonne traversée par le sable qui se déverse après élévation et refroidissement dans une trémie d'évacuation, cette colonne étant doublée d'une gaine de circulation d'un fluide de refroidissement et pourvue à sa partie inférieure d'une rampe de fluidisation alimentée en gaz comprimé. Dans les appareils de ce genre que l'on connaît actuellement, la colonne est pourvue d'une paroi interne délimitant deux chambres communiquant par leur partie inférieure et comportant à leur partie supérieure, la première une bouche d'alimentation et la seconde une trémie d'évacuation. Le sable, introduit en continu dans la bouche d'alimentation, traverse la première chambre de haut en bas, remonte ensuite dans la seconde chambre qui comporte la rampe de fluidisation et se déverse enfin dans la goulotte sous la pression du gaz comprimé sortant de la rampe. Ces appareils ne donnent toutefois pas entière satisfaction. En effet, ils doivent être associés à un convoyeur-élévateur amenant le sable chaud à la partie supérieure de la colonne, ce qui nécessite un investissement important et entraîne une grande consommation d'énergie. Par ailleurs, ils ne permettent pas au sable d'avoir une température de sortie rigoureusement constante, son temps de passage dans la colonne ne pouvant etre réglé. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients et, pour ce faire, elle a pour objet un élévateur-refroidisseur qui se caractérise en ce que l'extrémité inférieure de la colonne et la rampe de fluidisation sont situées dans une cuve pourvue à sa partie supérieure d'une bouche d'alimentation en sable chaud munie d'un clapet hermétique apte à etre fermé après l'introduction d'une quantité prédéterminée de sable et d'une arrivée de gaz comprimé pour expédier dans la colonne le sable introduit. Grâce à cette disposition, l'alimentation en sable chaud s'effectue maintenant à la partie inférieure de la colonne. Le convoyeur élévateur jusqu'ici utilisé peut donc etre supprimé, ce qui entraîne. une importante économie en matériel et en énergie. Il convient par ailleurs de noter que le fonctionnement de l'élévateur- refroidisseur conforme à l'invention est cyclique, le sable chaud étant introduit dans la cuve, puis expédié dans la colonne par charges successives et selon une fréquence déterminée. Or, un tel fonctionnement a l'avantage de permettre le contrôle du temps de passage du sable dans la colonne et par conséquent sa température de sortie. Selon un mode de réalisation préféré, un détecteur de niveau est prévu dans la cuve pour commander la fermeture du clapet lorsque la quantité désirée de sable a été introduite. I1 va de soi que grâce à ce détecteur de niveau, l'alimentation en sable peut être automatique, ce qui permet de réduire la main d'oeuvre dans des proportions notables. Selon ce mode de réalisation, un manostat est en outre prévu pour contrôleur la pression régnant dans la cuve après fermeture du clapet. La fermeture de l'arrivée du gaz comprimé peut être commandée par ce manostat dès que la pression devient suffisante pour expédier la charge de sable contenue dans la cuve. I1 s' ensuit que la consommation en gaz comprimé peut être réduite au minimum. Avantageusement, la colonne renferme un tube axial dans lequel circule un fluide de refroidissement, ce qui permet au sable de se refroidir plus rapidement puisque les surfaces d'échange de chaleur sont ainsi plus grandes. Selon une variante de réalisation, la colonne est pourvue d'au moins une rampe de fluidisation sur sa partie située au-dessus de la cuve. I1 convient de remarquer que la contre-pression créée par le sable à la partie inférieure de la colonne doit non seulement être suffisante pour que la cuve puisse être mise sous pression, mais également être constante pour que l'élévateur-refroidisseur puisse fonctionner avec une grande souplesse. Les rampes de fluidisation supplémentaires dont le nombre dépend de la hauteur de la colonne et dont le débit est réglé pour que la masse de sable placée au-dessus d'elles soit maintenue en suspension sans toutefois être mise en mouvement, permettent précisément de maintenir cette contre-pression constante quelle que soit la hauteur de la colonne. De plus, en diminuant la densité apparente du sable et en créant des turbulences, elles permettent le renouvellement continuel des grains de sable en contact avec les surfaces froides et augmentent par conséquent la qualité de l'échange thermique. Un mode d'exécution de la présente invention est représenté à titre d'exemple sur le dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un élévateur-refroidisseur conforme à l'invention ; et - la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle de la partie inférieure de ltélévateur-refroidisseur représenté à la figure 1. L'appareil conforme à l'invention comporte une colonne I dans laquelle sont assurés a la fois le refroidissement du sable et son élévation, par exemple en vue de son stockage dans un silo. Comme on peut le voir sur la figure 1, cette colonne qui est alimentée en sable chaud à sa partie inférieure, est doublée d'une gaine 2 dans laquelle circule un fluide de refroidissement, généralement de l'eau, et est pourvue à sa partie supérieure d'une trémie 3 assurant l'évacuation du sable refroidi. Le refroidissement d@ @@@@@@@@@ est d'ailleus poursuivi dans la trémie puisqu'elle renferme des tubes 4 que parcourt l; fluide de refroidissement avant de passer dans un collecteur 5 le conduisant dans la gaine 2. Il convient en outre de remarquer que la colonne renferme un tube axial 6 dont les extrémités supérieure et inférieure débouchent respectivement dans le collecteur 5 et dans un collecteur 7, assurant l'évacuation du fluide sortant de la gaine par l'intermédiaire d'un conduit 8. Grâce à ce tube axial, les surfaces d'échange de chaleur se trouvent augmentées, ce qui permet par conséquent un meilleur refroidissement du sable dans la colonne. En se référant maintenant à la figure 2, on voit que l'extrémité inférieure de la colonne est située dans une cuve 9 pourvue à sa partie supérieure d'une bouche d'alimentation en sable chaud 10 munie d'un clapet hermétique Il apte à être fermé après l'introduction d'une quantité prédéterminée de sable, et d'une arrivée 12 de gaz comprimé, généralement de l'air, pour expédier le sable dans la colonne. La cuve est en outre pourvue à sa partie inférieure d'une rampe de fluidisation dont les alimentations 13 et 14 sont branchées sur la canalisation 15 fournissant le gaz comprimé à l'arrivée 12. On remarquera par ailleurs qu'un détecteur de niveau 16 et un manostat 17 sont prévus dans la cuve, respectivement pour commander la fermeture du clapet Il lorsque la quantité désirée de sable a été introduite et pour contrôler la pression nécessaire à l'expédition du sable dans la colonne. Enfin, en se référant à nouveau à la figure 1, on remarquera en outre que deux rampes de fluidisation 18 et 19, alimentées en gaz comprimé et dont le rôle sera décrit ci-dessous, sont prévues sur la partie de la colonne située au-dessus de la cuve. Lorsque la colonne 1 a été vidée pour une raison quelconque et que l'on veut utiliser l'appareil conforme à l'invention pour élever et refroidir le sable, on procède de la façon suivante Le fluide de refroidissement circulant dans le sens indiqué par les flèches F, on ouvre tout d'abord le clapet 11 pour alimenter la cuve 9 en sable chaud. Ce dernier, en s'accumulant progressivement dans la cuve, finit par atteindre le détecteur de niveau 16-qui commande alors la fermeture du clapet. Une charge de sable bien déterminée vient ainsi d'être introduite dans la cuve. On relie ensuite la canalisation 15 à la source de gaz comprimé, ce qui permet de fluidiser le sable et de mettre la cuve sous pression. Puis, lorsque la pression devient suffisante pour évacuer la charge de sable dans la colonne, on ferme l'alimentation en gaz comprimé. On constate alors que le sable monte dans la colonne, tandis que la pression dans la cuve baisse très rapidement pour atteindre, en fin d'expédition, une valeur minimum. Bien entendu, si la cuve restait fermée, cette pression résiduelle finirait par s'annuler par suite de la diffusion du gaz résiduel à travers le tampon de sable formé à la partie inférieure de la colonne et dans la colonne elle-meme. La première charge étant expédiée, on ouvre la cuve et l'on recommence les mêmes opérations avec une seconde charge et ainsi de suite jusqu'à ce que la colonne soit complètement remplie. Il convient de remarquer que la pression d'expédition et la pression résiduelle augmentent avec le nombre de charges se trouvant dans la colonne, pour respectivement atteindre, en fin de remplissage, des valeurs x1 et x2 bien déterminées. Comme ces pressions varient au cours du remplissage, il est bien évident qu'elles doivent être réglées manuellement après chaque expédition et que l'appareil ne peut fonctionner automatiquement pendant sa mise en charge. Par contre, il le peut en régime normal, lorsque ces pressions se stabilisent. Pour ce faire, il suffit-en effet de régler le manostat 17 sur les pressions x1 et x2 afin que l'arrêt de l'alimentation en gaz comprimé et l'ouverture du clapet soient commandés au moment voulu. Ainsi réglé, le manostat permet en outre de réduire au minimum la consommation en gaz comprimé. Pour une colonne de 10 mètres de hauteur et une pression d'alimentation de 3 bars, les pressions x1 et x2 sont respectivement choisies égales à 1,5 et 0,5 bar. La fluidisation de la charge de sable contenue dans la cuve est ainsi assurée par la différence de pression entre 3 et 1,5 bar, alors que son expédition est assurée par la différence de pression entre 1,5 et 0,5 bar. Pendant le fonctionnement normal de l'appareil, le sable chaud est donc introduit dans la cuve par charges égales successives et expédié dans la colonne selon une fréquence déterminée. Sa durée de séjour dans la colonne, qui dépend de la fréquence des expéditions, de l'importance des charges et de la hauteur de la colonne, conditionne son refroidissement. Si nécessaire, il pourrait bien entendu etre recyclé. Lorsqu'on utilise les rampes de fluidisation intermédiaires 18 et 19, la perte de charge à la partie inférieure de la colonne est maintenue constante, ce qui assure une plus grande souplesse au fonctionnement de l'appareil. Le sable est en outre mieux refroidi. En effet, ces rampes, en diminuant la densité apparente du sable et en créant des turbulences dans la partie de la colonne située au-dessus d'elles, assurent le renouvellement continuel des grains en contact avec les parois du tube axial et de la gaine de refroidissement. Il convient d'ailleurs de noter que le gaz comprimé sortant de ces rampes et remontant dans la colonne contribue lui aussi au refroidissement du sable. Oa voit par conséquent que l'élévateur-refroidisseur conforme à l'inven tion est un appareil dont le fonctionnement est cyclique et où le temps de passage du sable dans la colonne peut être réglé. On peut donc dire que cet élévateur est à débit variable et à température de sortie constante. REVENDICATIONS 1.- Elévateur-refroidisseur pour sable sec de fonderie, comprenant une colonne traversée par le sable qui se déverse après élévation et refroidissement dans une trémie d'évacuation, cette colonne étant doublée d'une gaine de circulation d'un fluide de refroidissement et pourvue à sa partie inférieure d'une rampe de fluidisation alimentée en gaz comprimé, caractérisé en ce que l'extré nité inférieure de la colonne et la rampe de fluidisation sont situées dans une cuve pourvue à sa partie supérieure d'une bouche d'alimentation en sable chaud munie d'un clapet hermétique apte à être fermé après l'introduction d'une quantité prédéterminée de sable et d'une arrivée de gaz comprimé pour expédier dans la colonne le sable introduit. 2.- Elévateur-refroidisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un détecteur de niveau est prévu dans la cuve pour commander la fermeture du clapet lorsque la quantité désirée de sable a été introduite. 3.- Elévateur-refroidisseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un manostat est prévu pour contrôler la pression régnant dans la cuve après fermeture du clapet. 4.- Elévateur-refroidisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la colonne renferme un tube axial dans lequel circule un fluide de refroidissement. 5.- Elévateur-refroidisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la colonne est pourvue d'au moins une rampe de fluidisation sur sa partie située au-dessus de la cuve.