Brevet FR2377859A1 — publié le 19780818

La présente invention concerne le traitement, en vue de sa récupération et réutilisation, du sable utilisé en fonderie pour la constitution de moules en combinaison avec un liant chimique destiné à lui conférer une cohésion artificielle permettant la confection de blocs compacts délimitant une empreinte de moulage. Le procédé ci-dessus présente des avantages de souplesse, de précision et supprime notamment les opérations d'usinage nécessaires pour délimiter l'empreinte de moulage. Toutefois, un tel procédé présente aussi un inconvénient qui est celui de ne permettre qu'une seule opération de coulée dans chaque moule dont le liant chimique incorporé au sable subit une dégradation par la chaleur de la matière première coulée. En pratique > chaque moule ayant subi une opération de coulée représente, en quelque sorte, un rebut que l1on a envisagé de retraiter de manière à pouvoir permettre la réutilisation du sable le constituant. Le traitement des moules ayant subi une opération de coulée pose deux problème s particuliers qui tiennent, tous-les deux, à la nature du liant chimique d'agglomération mis en oeuvre. Le premier de ces problèmes réside dans la nécessité de pouvoir broyer ou fragmenter les moules perdus, de manière à permettre ensuite la pulvérisation de s fragments par une machine appropriée. Le second réside dans la nécessité de débarrasser chaque grain de sable de son enrobage ou sa gangue de liant chimique polymérisé qui a subi, par l'application de la chaleur intense de la matière en fusion, une dégradation stopposant à la confection ultérieure d'un nouveau moule susceptible de présenter des caractéristiques de compacité de résistance à la chaleur et de précision convenables.Jusqutà présent, on a tenté de résoudre ce second problème en soumettant les grains de sable détachés lors de l'opération de broyage et de pulverisationyà à un effet d'usure ou d'abrasion en vue de déta- cher, décoller, ou user la gangue de liant chimique. Compte tenu de la nature des grains de sable, une telle opération entrain une usure rapide des organes d'abrasion qui doivent être rapidement remplacés. I1 devient donc impossible de réaliser une telle opération avec un rendement pratique convenable et surtout à un prix de revient justifiant la réutilisation du sable ayant déjê subi une opération de coulée. La présente invention vise à résoudre le problème ci-dessus en créant un nouveau procédé, ainsi qu'une installation et un matériel pour sa mise en oeuvre, et à partir duquel il devient possible de réaliser à peu de frais, le traitement d'un volume important de sable à nettoyer à partir d'une installation d'un prix de revient faible et très simple. Le procédé et le matériel pour sa mise en oeuvre selon l'invention présentent l'avantage supplémentaire de pouvoir hêtre inclus dans les chaines de traitement complètes, telles qu'existant actuellement, c'est-à-dire faisant intervenir une opération de fragmentation ou de broyage ou de pulvérisation par tout moyen technique convenant pour le but recherché, ainsi qu'une installation de stockage ou d'utilisation immédiate ultérieure avec ou sans poste de refroidissement ou de séchage éventuel. Selon l'invention, le procédé de nettoyage consiste à véhiculer les grains de sable enrobés à nettoyer au moyen d'une veine gazeuse principale dirigée dans laquelle lesdits grains sont en suspension, à diriger ladite veine sur un écran pour amener lesdits grains à subir un choc produisant l'éclatement de la gangue qui les entoure à créer une première séparation physique entre les grains et les fragments de gangue détachés, à dériver la masse desdits grains vers au moins une veine gazeuse secondaire traversant ladite masse pour réaliser une autre séparation physique en débarrassant ladite masse des fragments résiduels de gangue détachés. Pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, l'invention prévoit également une installation de nettoyage, caractérisée en ce qu'elle comprend un convoyeur pneumatique établi entre une trémie fournissant des grains de sable à nettoyer et un séparateur associé à une trémie de stockage de grains nettoyés, ledit séparateur comportant au moins une enceinte contenant,en partie supérieure,un écran placé sur la trajectoire de la veine principale délivrée par le convoyeur, des chicanes de dérivation et une évacuation du fluide gazeux et, en partie basse, au moins un étage de dépoussiérage traversé par au moins une veine secondaire traversant la masse de grains de sable slécolint de l'écran selon une direction conférée par au moins un déflecteur bordant une ouverture pratiquée dans la paroi de l'enceinte pour livrer passage à la veine secondaire. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description ci-dessous faite en référence au dessin annexé qui montre > à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique d'une installation de nettoyage conforme à lii,i-ention. La fig. 2 est une coupe-élévation montrant, à plus grande échelle, l'un des éléments pour l'installation de la mise en oeuvre du procédé. La fig. 3 est une coupe prise selon la ligne III-III de la fig. 2. La fig. 1 montre que ltinstallation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention fait intervenir une première machine 1 assurant la fragmentation des moules rebutés ayant déjà subi une opération de coulée. Cette machine de fragmentation peut etre de tout type convenable et ne fait pas partie directement de I'objet de l'invention. La base de la machine 1 surplombe un transporteur 2 de tout type approprié destiné à assurer le transfert des fragments issus de la machine 1, jusqu'à une machine 3 chargée de réaliser, par broyage ou pulvérisation, la séparation physique des différents grains de sable constitutifs des fragments. Cette machine 3 peut etre également de tout type convenable et ne fait pas partie de l'invention. La base de 'la machine de broyage ou pulvérisation 3 est prévue pour alimenteur un convoyeur pneumatique 4 comprenant un poste de chargement 5 m-uni de deux vannes 6 et 7 permettant respectivement d'isoler le poste 5 de la machine 3 et de la gaine de convoyage proprement dit 8. Le poste 5 est, par ailleurs, relié par un distributeur 9 à une source de production d'un fluide sous pression, tel notamment que de l'air comprimé. La gaine de convoyage 8 aboutit à un séparateur 10 qui est monté à la partie supérieure d'une trémie de stockage du sable réutilisable. Le séparateur 10, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, comprend une enceinte 12 en forme de trémie, par exemple cylindro-tronconique (fig. 2) ou en tronc de pyramide (fig. 3) dont la grande base supérieure est fermée par un couvercle 13 démontable. La gaine de circulation 8 du convoyeur 4 est raccordée à une tubulure d'admission 14 qui est portée par la partie supérieure de l'enceinte 12, de manière à s'ouvrir à l'inférieur de ladite enceinte, en face d'une plaque de choc 15 de type statique, dans le présent exemple, constituée par un panneau rigide, de préférence métallique, muni, sur sa face en regard de l'ouverture de la tubulure 14, de lames parallèles 16 perpendiculaires audit panneau et dont la fonction particulière ressort de ce qui suit, La plaque de choc 15 est, de préférence, rendue solidaire du couvercle 13-qui porte également et parallèlement à cette plaque, d'une part, deux panneaux 17 situés sur un meme plan en délimitant ensemble une porte 18 et, d'autre part, un panneau 19, sa rallèle et décalé latéralement en étant situé devant la porte 18 pour ménager, entre ses bords verticaux et les côtés correspondants de l'enceinte 12 deux couloirs latéraux 20. Comme cela ressort de la fig. 3, les panneaux 17 et 19, ainsi que la porte 18 et les couloirs 20, définissent ensemble une chicane double assurant une communication entre deux compartiments 21 et 22 délimités dans la partie supérieure de l'enceinte 12.La fig. 3 montre également que la plaque de choc 15 ne s'étend pas sur toute l'étendue correspondante du compartiment 21 et ménage entre ses bords transversaux et les cOtés correspondants de l'enceinte 12, deux couloirs latéraux 23. Le séparateur comprend, par ailleurs, dans sa partie basse et dans le plan passant par la tubulure 14, une batterie de déflecteurs 24 constitués par des éléments de paroi orientés à l'intérieur de l'enceinte 12 selon une inclinaison descendant vers 1'embrase 25. Chacun des déflecteurs 24 est rendu solidaire de la paroi de l'enceinte 12 de manière à border le cOté supérieur d'une ouverture correspondante 26 ménagée dans la paroi pour faire communiquer le volume interne avec le milieu ambiant par l'intermédiaire d'un volet obturateur 27. La batterie de déflecteurs 24 est prévue pour s'étendre sensiblement à partir du niveau de la base des panneaux 17 et 19 suspendus au couvercle 13. Dans l'exemple représenté au dessin, l'enceinte 12 comporte trois déflecteurs 24 et trois ouvertures 26, mais il est évident qu'un nombre différent pourrait également être prévu. L'installation décrite ci-dessus a pour but de réaliser, selon le procédé de l'inventlon, une mise en suspension des différents grains détachés lors de la phase de broyage et de pulvérisation au moyen d'un fluide porteur introduit sous pression dans le convoyeur pneumatique 4. A l'intérieur de la gaine 8, le Je videz porteur coflst-t un véhicule assurant la suspension, la fluidisation ainsi que le transfert des grains de sable détachés qui sont ainsi projetés, à la sortie de la tubulure 14, sur la plaque de choc 15.L'action de choc subie a pour effet de provoquer l'éclatement de la gangue de liant chimique enrobant toujours les grains qui, par gravité, tombent ensuite vers la partie basse de l'enceinte 12,alors que le fluide porteur emprunte les couloirs latéraux 23, la porte 18 et les couloirs 20 avant de suivre une tubulure de sortie 28 portée par le couvercle 3. Dans la partie supérieure du séparateur, la masse de grains ayant été proaetee contre la plaque de choc 15 est ainsi soumise à une première séparation physique des fragments de gangue détachés qui sont entravés par le fluide porteur pour gagner une enceinte de séparation, du type cyclone ou autre, chargée d'assurer un dépoussiérage et la séparation des particules en suspension. La masse de grains de sable issue de la plaque 15 tombe ensuite par gravité sur le premier déflecteur 24 qui la dirige vers l'intérieur du volume utile de l'enceinte 12. Au-delà du bord libre du premier déflecteur 24, la masse de grains de sable est traversée par une veine d'air V1 amenée à pénétrer par la première ouverture 26 à l'intérieur de lienceinte 12 par l'effet de dépression relative qui règne dans la partie basse du séparateur du fait de la circulation du fluide porteur sous pression amené à suivre un trajet direct entre la tubulure 14, les couloirs latéraux 23, la double chicane, le compartiment 22 et la tubulure 28.La veine d'air V1 traverse la masse de grains de sable en chute libre et débarrasse cette masse d'une partie-des différents fragments de gangue détachés qui sont ainsi dirigés vers le compartiment 22 pour emprunter la tubulure d'évacuation 28. Une séparation identique s'effectue ainsi au droit de chacun des autres déflecteurs 24 qui assument tous une double fonction de déflexion, d'une part, des-différents grains de sable en descente par gravité qui sont ainsi conduits d'étage enétage vers l'embase 25 et, d'autre part, de chaque veine d'air V1, V2 et V3 empruntant les ouvertures 26 correspondantes pour etre dirigées vers le centre et la partie basse de l'enceinte 12 avant de subir une inflexion de trajectoire pour emprunter le compartiment 22 puis la tubulure d'évacuation 28. L'enceinte 12 réalise ainsi, en quelque sorte, une opération de dépoussiérage en réalisant, au moyen des veines secondaires V1, V2 et V3, une séparation physique par différence de densité entre les fragments de gangue et les grains de sable s'écoulant vers l'embase 25. Le procédé de l'invention consiste donc à assurer la mise en suspension et la fluidisation des différents grains de sable à nettoyer dans une veine fluide porteuse amenant lesdits grains dans une enceinte de traitement et assurant leur projection sur une plaque de choc, formant écran, située sur la trajectoire de la veine fluide créée, de manière à soumettre la gangue de chaque grain à un effet d'éclatement, puis, ensuite, par séparation naturelle par gravité, à réaliser une première séparation des fragments éclatés de la gangue par rapport aux différents grains qui sont dirigés pour etre traversés par au moins une veine secondaire débarrassant la mase de grains des différents fragments de gangue en suspension qui sont collectés et dirigés vers une tubulure d'évacuation. Le procédé de l'invention peut faire intervenir une opération similaire dans des enceintes multiples successives constituant les différents étages d'un meme séparateur, selon les caractéristiques d'adhérence du liant chimique enrobant chaque grain de sable, afin dlobtenir, en dernier étage et avant la trémie de stockage, des grains nettoyés susceptibles de pouvoir etre réutilisés par mélange avec un liant chimique approprié pour la confection de moules ultérieurs. La fig. 2 montre une telle variante de réalisation selon laquelle l'em- base 25 de l'enceinte 12 est raccordée à une tubulure d'entrée 29 d'une encents 30 de constitution analogue à l'enceinte 12 et représentant un deuxième étage de traitement. Dans cet exemple, la tubulure 29 est portée par un couvercle amovible 31 sur lequel est également fixée une tubulure d'évacuation 32. Le volume interne de l'enceinte 30 est de préférence divisé en plusieurs compartiments par l'intermédiaire de plaques 33 situées au-dessus de contre déflecteurs 34 disposés sur la trajectoire de veines de circulation V4 à V6 se formant à l'intérieur de l'enceinte 30 par admission d'air à travers des ouvertures 35 bordées par des déflecteurs 36 d'une façon analogue à ce qui est décrit pour l'enceinte 12.Les contre-déflecteurs 34 sont séparés relativement l'un de l'autre de manière à réaliser une inflexion des veines V4 à V6 qui sont ainsi amenées à suivre un trajet plus long en traversant la masse de grains de sable en écoulement naturel par gravité à l'intérieur de l'enceinte 30, de manière à prélever les fragments de gangue subsistant encore dans cette masse de grains de sable et détachés par le frottement relatif entre lesdits grains et les déflecteurs au cours du cheminement vertical descendant. L'enceinte 30 constituant le deuxième étage de séparation ou de dépoussiérage du séparateur 10 est, bien entendu, prolongée par une embase 37 pour son raccordement avec la trémie de stockage li De même, l'enceinte 30 est munie d'un volet obturateur 38 permettant de régler l'admission des veines d'air de séparation V4 à V6. Dans ce qui précède, on indique que la plaque de choc 15 est munie d'ailettes 16 parallèles entre elles et occupant une disposition horizontale. Les différentes ailettes 16 ont pour objet d'assurer la rétention relative entre elles d'une masse de grains de sable projetée, de manière à former ainsi un matelas' contre lequel viennent se presser les différents grains projetés, ce qui permet de réduire l'usure de la plaque de choc 15 sans réduire l'effet d'éclatement consécutif à la projection par a veine d'air porteuse. Il peut etre prévu de remplacer la plaque de choc statique par une plaque de choc dynamique, par exemple par un disque tournant ou soumis à un mouvement alternatif selon une direction horizontale ou verticale. Le procédé et matériel de l'invention permettent ainsi de réaliser, de façon pratique et certaine, une séparation physique entre les grains de sable et le liant chimique qui les enrobe, de manière à obtenir en fin de traitement des grains sépares physiquement, débarrassés en majeure partie de leur pellicule, et aptes à pouvoir ainsi hêtre réutilisés pour la confection de nouveaux moules de coulée. Le procédé et l'installation conformes à l'invention sont d'une mise en oeuvre simple, peu onéreuse et peuvent etre intégrés dans toutes installations de traitement global de récupération de sable de fonderie. REVENDICATIONS 1 - Procédé de nettoyage de sable de fonderie > caractérisé en ce qu'on véhicule les grains de sable enrobés et à nettoyer au moyen d'une veine gazeuse principale dirigée dans laquelle lesdits grains sont en suspension, en ce quon dirige ladite veine sur un écran pour amener lesdits grains à subir un choc produisant l'éclatement de la gangue qui les entoure, en ce qu'on crée une première séparation physique entre les graines et les fragments de gangue détachés, en ce qu'on dérive la masse desdits grains vers au moins une veine gazeuse secondaire traversant ladite masse pour réaliser une autre séparation physique en débarrassant ladite masse des fragments résiduels de gangue détachés. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse de grains de sable délivrée en continu par la veine principale est dérivée par écran au-delà duquel elle stécoule par gravité et en ce que cette masse est dirigée pour entre traversée par plusieurs veines gazeuses secondaires successives. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la veine gazeuse chargée des grains de sable est introduite dans la partie supérieure dlune enceinte où s'effectue,par l'intermédiaire de écran, la séparation physique des grains et du fluide gazeux chargé de fragments de gangue, et en ce qu'on regle la section de passage d'au moins une ouverture inférieure pour faire régner, par la circulation de la veine principale, une dépression relative à l'intérieur de l'enceinte créant au moins une veine secondaire dirigée de l'extérieur vers l'intérieur de l'enceinte qu'elle quitte par la meme sortie que la veine principale. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la veine secondaire est défléchie à l'intérieur de l'enceinte par au moins un détecteur agissant aussi sur l'écoulement de la masse de grains de sable. 5 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des reven dicatiors 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un convoyeur pneuma -tiyz:e établi entre une trémie fournissant des grains de sable à nettoyer et un séparateur associé à une trémie de stockage de grains nettoyés, ledit séparateur comportant au moins une enceinte contenant, en partie supérieure, un écran placé sur la trajectoire de la veine principale délivrée par le convoyeur, des chicanes de dérivation et uee sortie du fluide gazeux, et, en par tie basse, au moins un étage de dépoussiérage traversé par au moins une veine secondaire traversant la masse de grains de sable s'écoulant de l'écran selon une direction conférée par au moins un déflecteur bordant une ouverture pratiquée dans la paroi de enceinte pour faire communiquer le milieu ambiant et le volume interne de cette dernière. 6 - Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'écran est constitué par une plaque de choc statique. 7 - Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que' l'écran est constitué par une plaque de choc dynamique. 8 - Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le séparateur contint, en partie supérieure, parallèlement à la plaque de choc et en aval de celle-ci par rapport au sens de circulation du fluide de la veine principale, des panneaux parallèles formant chicanes qui s'étendent verticalement sensiblement jusqu'au niveau d'entrée de la première veine secondaire. 9 - Installation selon l'une des revendications 6 et 8, caractérisée en ce que le séparateur comporte > dans sa partie inférieure, au moins un étage de dépoussiérage comprenant n déflecteurs internes bordant le bord supérieur de n ouvertures pratiquées de façon superposée dans la paroi de l'enceinte qui est associée à au moins un volet obturateur contrôlant la section de passage des ouvertures. 10 - Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le séparateur comporte deux étages de dépoussiérage successifs, dont le dernier est muni pour chaque veine secondaire de déflecteur et contre-déflecteur allongeant le trajet de chaque veine pour augmenter la durée de la phase de séparation des fragments de gangue par rapport à la masse de grains de sable traversée.