Brevet FR2673881A1 — publié le 19920918

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE D'UNE OUANTITE D'ARGILE ACTIVE DANS UN SABLE VERT DE MOULAGE L'invention concerne un procédé et un dispositif de mesure d'une quantité d'argile active (bentonite) dans un sable vert de moulage à partir des résultats de mesure de la conductivité d'une solution de sable vert et d'eau distillée. La réalisation d'empreintes dans un moule . de fonderie nécessite souvent l'emploi de sables siliceux agglutinés par une quantité déterminée de bentonite. La bentonite est un silicate d'alumine hydraté à forte capacité d'absorption d'eau. Cette caractéristique est consécutive à la présence d'ions sodium dans le réseau cristallin de l'argile. Lorsque les ions sodium sont apportés à l'argile par un traitement approprié dit "d'activation", celui-ci substitue aux ions calcium de l'argile des ions sodium. Mais la liaison de l'ion sodium au réseau cristallin de l'argile est très fragile, surtout dans le cas des bentonites calciques "activées". Par contre si l'ion sodium est expulsé, l'argile perd ses propriétés de gonflement, ainsi qu'une partie de son pouvoir agglutinant. La "désactivation" de l'argile peut être provoquée par suite d'une modification de la valeur du pH ou par suite d'une réaction avec des agents polluants, tels les constituants des résines décomposées lors de la coulée du métal dans le moule. La diminution du pouvoir gonflant et agglutinant de la bentonite est également due à la perte de son eau de constitution. Cette perte est progressive lorsque le sable vert de moulage est chauffé par le métal liquide coulé dans l'empreinte. L'argile est alors entièrement transformée en chamotte (appelée aussi "argile brûlée" ou "argile calcinée") complètement inactive. Mais la propriété isolante du sable siliceux limite la quantité d'argile calcinée dans le sable de moulage, et autorise un large réemploi de ce sable. Afin de redonner au sable de moulage ses caractéristiques initiales nécessaires à l'obtention d'une nouvelle empreinte, le procédé conforme à l'invention consiste à mesurer la quantité d'argile encore active, de manière à ajouter au sable une quantité d'argile neuve correspondant exactement à la perte d'argile par désactivation et calcination. Les procédés et dispositifs connus mesurer le taux d'argile active dans les sables de moulage usés sont longs et complexes. Selon un procédé connu, le sable de moulage est recyclé après chaque coulée de pièces, et régénéré dans un malaxeur. Une des grandes difficultés dans la conduite du procédé consiste à déterminer la quantité exacte d'argile de régénération à ajouter au malaxeur, à chaque cycle. En effet, une quantité insuffisante d'argile ne permet pas de ' ramener les caractéristiques mécaniques du sable de moulage à un niveau compatible avec la bonne tenue du moule. Par contre, un excédent d'argile diminuera l'efficacité du malaxeur. Un procédé connu de dosage de la quantité d'argile active nécessaire à la régénération du sable utilise l'absorption par l'argile d'un colorant tel que le bleu de méthylène. A cet effet on traite une quantité échantillon de sable pour déterminer son seuil de saturation par le colorant. La quantité de colorant introduite est corrigée par un facteur d'étalonnage déterminé pour chaque lot d'argile. La recherche du seuil de saturation est une opération manuelle longue et délicate. Une application de la diffraction par rayons X permet la mesure de la quantité de bentonite contenue dans le sable à des fins d'étalonnage des procédés connus. Mais la mise en oeuvre de cette application nécessite des précautions opératoires et un appareillage compliqué incompatibles avec les contrôles des argiles et des sables sur leur poste d'utilisation. L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients des procédés connus et part des enseignements d'un procédé de mesure d'une quantité d'argile active dans un sable vert de moulage à partir de résultats de mesure de la conductance électrique. Ce procédé a fait l'objet d'une publication par LA SODERHNG dans la revue "Modern Castings" february 1966. L'invention consiste à mesurer sur une solution de sable vert et d'eau la conductivité et le pH, à convertir les résultats des mesures en signaux d'entrée d'un calculateur de traitement desdits signaux, dont un signal de sortie est en corrélation avec la quantité d'argile active contenue dans la solution et à comparer ce signal à une valeur de seuil pour déterminer la quantité d'argile active à ajouter au sable de circuit qui vient de subir la coulée du métal pour le régénérer. Le procédé conforme à l'invention trouve une application préférentielle dans les installations de régénération du sable vert de moulage dont il simplifie la réalisation. Le procédé permet également le contrôle de qualité de la bentonite quelle que soit sa composition. Par extension, le procédé s'applique également aux industries utilisatrices d'argiles et notamment à l'industrie des travaux publics. D'autres caractéristiques et avantages du procédé apparaitront à la lecture de la description en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un diagramme représentatif des variations de la conductivité d'une solution eau-argile en fonction du pourcentage d'argile dans la solution et en fonction des variations du pH. - la figure 2 est une représentation schématique du procédé de mesure appliqué à un échantillon de sable. - la figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif de mesure destiné à une installation de régénération du sable. Le procédé conforme à l'invention utilise une propriété physique des bentonites calciques et sodiques. Pendant l'opération d'activation, l'addition de carbonate de sodium à l'argile en phase humide provoque l'échange d'une certaine quantité d'ions calcium dans la bentonite, avec le sodium du carbonate. Le carbonate de calcium ainsi formé est insoluble dans l'eau et l'équilibre d'échange des ions est modifié par suite de la fixation des ions sodium par rargile. Les ions sodium présents dans l'argile forment en se mélangeant avec de l'eau distillée un électrolyte dont la conductivité augmente.La conductivité sera proportionnelle pour une quantité d'argile donnée, à la quantité d'ions sodium fixés, et proportionnelle au taux d'activation de la bentonite Toute réaction entre la bentonite active et les sous-produits de combustion de noyaux a pour résultat de former avec les ions calcium d'origine de la bentonite, des composés calciques solubles qui modifient l'équilibre de l'échange de base en faveur des ions calcium, et de désactiver la bentonite. La conductivité d'un mélange eau-argile est alors modifiée. Pour prendre en compte ce phénomène parasite, le procédé tient compte d'une correction de la mesure de la conductivité, par une mesure de la valeur du pH. La mesure du pH permet de déterminer la valeur de conductivité corrigée, et par conséquent celle de l'argile active, comme décrit à la figure 1. Pour la simplicité de l'explication, les courbes ont été simplifiées. La droite D illustre la relation entre le pourcentage d'argile neuve (normale) et sa conductivité dans le mélange établi sur une quantité étalon en laboratoire. La droite D' inférieure illustre le résultat des mesures (cm) sur une argile polluée. Les droites D, D' permettent ainsi de déterminer la conductivité corrigée (Cc) en correspondance avec ' la quantité d'argile active AA contenue dans le mélange par la relation Cc = Cm + C. Dans les bentonites sodiques naturelles, la présence des ions sodium se traduit par une conductivité élevée du mélange argile-eau mais la correction s'effectue comme précédemment. Le dispositif de mesure décrit en référence à la figure 2 utilise un appareil de mesure 10 de la conductivité de l'argile utilisant les propriétés d'un pont de Wheatstone. La valeur de la conductivité est convertie en un signal traité dans un calculateur 11 dont la mémoire contient la relation entre les valeurs de Ia conductivité et celle des quantités d'argile active contenue dans un sable, étalonnées par exemple par la méthode de diffraction par rayons x Un pH-mètre 12 avec compensation de température permet la correction du signal traité et le calculateur 11 effectue les corrections nécessaires en fonction de la dérive du pH. Enfin un afficheur 13 permet la lecture de la quantité d'argile active, la conductivité et le pH. Ce dispositif mesure le % d'argile active AA sur un prélèvement de sable vert de moulage. L'échantillon prélevé est d'abord séché à une température d'environ 105"C et jusqu'à l'obtention d'un poids constant. On pèse une partie de l'échantillon et on contrôle sa température r dans un récipient 16. Cette partie est mélangée avec une eau de conductivité constante et connue (telle qu'une eau distillée). La solution est ensuite immergée dans une source à ultra-sons 17. Pendant l'immersion la surface des grains de sable est décapée et l'argile dispersée dans le mélange. On mesure la conductivité et le pH de la solution à l'aide de sondes 14 et 15 et le calculateur détermine la part d'argile active contenue dans la solution avec les corrections nécessaires. Le procédé permet également un contrôle rapide d'une argile par la simple mesure de la conductivité qui détermine si l'argile est ou non activée. n y a lieu de noter que le procédé de contrôle des argiles neuves non polluées ne nécessite pas la mesure du pH et que la mesure de la conductivité permet une vérification rapide si l'argile a été activée. La figure 3 est une représentation schématique du dispositif de mesure automatique de la variation du taux d'argile active contenu dans le sable vert de moulage. Le dispositif est placé de préférence avant le poste d'introduction de l'argile de régénération afin de moduler automatiquement l'adjonction d'argile neuve en fonction des mesures réalisées. Un dispositif de prélèvement automatique de sable 20 est disposé directement contre la paroi d'une trémie 21 de sable usé. Le sable prélevé tombe sur un couloir vibrant chauffant 22 dont les vibrations permettent de régulariser le débit de sable prélevé. Le chauffage empêche le colmatage prématuré du couloir. A l'extrémité du couloir, le sable est collecté au travers d'une fente calibrée (2 à 5 mm) 23 qui permet d'écarter du dispositif de mesure les bouts de noyaux ou les mottes de sable. Le séchage est réalisé en sortie d'un guide de micro-ondes 24. Le sable séché est envoyé dans un tamis rotatif 25 qui élimine toute particule étrangère. En sortie du tamis 25 un doseur volumétrique 26 prélève une masse volumique constante de sable. Lorsque le doseur est plein, un vérin 27 déplace rapidement le doseur. Le fond du doseur étant constitué d'une tôle mobile, le déplacement du doseur permet la chute du sable dans un récipient basculant 28 autour d'un axe de rotation XX. Le récipient 28 porte des jauges de pesée escamotables 29. Une alimentation en eau distillée fournit une quantité d'eau calculée en fonction du poids réel de sable. L'eau est dosée par les jauges de pesage 29. Une électrovanne montée dans le conduit d'eau 37 se ferme dès que la quantité d'eau nécessaire est atteinte. Un disperseur à ultra-sons 30 ou à défaut, un agitateur à pales tournant à grande vitesse homogénéise le mélange et débarrasse les grains de sable de leur enveloppe d'argile. Un conductivimètre escamotable et un pH-mètre 32 délivrent des signaux à un moyen de mesure de conductivité et du pH M32. Un calculateur 33 permet l'enchainement des différentes phases opératoires du dispositif, ainsi que les calculs des taux d'argile active et le pilotage de l'appareil 34 de réintroduction de l'argile neuve qui doit être délivrée et additionnée au sable dans une zone du circuit de régénération de ce sable. Le dispositif fonctionne de manière discontinue. ll enchaine automatiquement les opérations de prélèvement du sable, séchage, tamisage, mise en solution, dispersion de l'argile, mesure de la conductivité, mesure du pH. Les variations éventuelles de conductivité dues par exemple à des changements de lots d'argile peuvent être communiquées au calculateur qui élaborera de nouvelles courbes d'étalonnage en fonction des variations constatées. Entre deux mesures, le dispositif est nettoyé. A cet effet le récipient 28 est vidé de son mélange sable-eau, par basculement autour de l'axe XX Une certaine quantité d'eau distillée est injectée, sur la sonde de mesure 32 et dans le récipient 28 pour les nettoyer. Entre deux mesures, le doseur 26 est déplacé vers la gauche sur le dessin, pour évacuer le sable passant au travers du tamis rotatif 25. REVENDICATIONS 1") Procédé de mesure d'une quantité d'argile active dans un sable vert de moulage à partir des résultats de mesure de la conductivité d'une solution de sable vert et d'eau, caractérisé par le fait que l'on mesure simultanément la valeur du pH de la solution et que l'on génère lors de ces mesures des signaux d'entrée d'un calculateur programmé pour l'établissement d'un signal de sortie en corrélation avec la quantité d'argile active résiduelle contenue dans la solution. 2") Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les grains de sable sont décapés de leur argile par l'action d'une source d'ultra-sons préalablement à la mesure de la conductivité. 3 ) Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de prélèvement (20) d'une quantité de sable, une installation de séchage (22) de la quantité prélevée, des moyens de convoyage d'une fraction de la quantité prélevée et son mélange avec une quantité d'eau, et des moyens de dispersion ultrasonores de l'argile active dans la solution, des moyens de mesure de la quantité de l'argile active résiduelle et des moyens de calcul d'argile neuve à additionner dans une zone du circuit de régénération du sable. 4 ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une sonde de mesure (32)de la conductivité et du pH de la solution pilote un calculateur (33) de la quantité d'argile neuve de régénération du sable.