Brevet FR2690983A1 — publié le 19931112

DISPOSITIF DE RÉGENÉRATION DES SABLES DE FONDERIE La présente invention concerne de façon générale un dispositif de régénération des sables de fonderie. Dans le domaine de la fonderie, le moulage en sable a pour inconvénient que le sable ayant servi pour faire les moules constitue un déchet produit en grande quantité. Ce sable usagé comprend un certain nombre de produits chimiques, en particulier des résines, et la présence de ces produits impose un traitement du sable usagé pour éliminer ces produits afin de régénérer ce sable. Le sable ainsi régénéré peut être abandonné dans une décharge sans constituer un danger ou peut être avantageusement recyclé. I1 existe des dispositifs de régénération thermique des sables de fonderie qui comprennent essentiellement une enceinte close fixe qui forme un four dans lequel on introduit en continu, par le haut, le sable à régénérer. Ce sable s'accumule dans le fond du four. De 1 air introduit dans le four au travers de sa paroi inférieure passe au travers du sable accumulé et créé un lit fluidisé. Le four est maintenu à une température élevée qui provoque la décomposition des produits présents dans le sable. On évacue le sable ainsi traité et on évacue par le haut les fumées qui résultent de cette décomposition et qui contiennent des gaz et des poussières. L'air qui forme le lit fluidisé est un air chauffé qui transforme les produits inclus dans le sable en produits volatiles.Ces produits volatiles brûlent à l'intérieur du four grâce à l'apport en oxygène de l'air d'alimentation du lit fluidisé, mais cette combustion est incomplète. Ce type de dispositif de régénération thermique des sables de fonderie présente les inconvénients suivants. Tout d'abord le sable régénéré sort du four à une température élevée. L'installation qui sert à le refroidir et éventuellement à récupérer une partie de 1' énergie qu'il contient nécessite des matériaux et une technologie adaptés à cette température et est donc coûteuse. D'autre part, les fumées évacuées par le haut du four contiennent des produits volatiles imbrûlés. La mauvaise combustion de ces produits volatiles résulte du fait qu'à l'intérieur du four, il se produit des mélanges non homogènes entre le sable introduit qui contient des produits non transformés et le sable qui est déjà présent dans le fond du four et pour lequel la plus grande partie des produits ont été extraits. De même, il se produit un mélange non homogène entre l'air d'arrivée et les gaz générés dans le four. Si lton veut faire en sorte que les fumées soient pratiquement complètement brûlées, le débit d' introduc- tion du sable dans le four doit être faible, ce qui rend l'installation peu performante. De plus, de tels fours de régénération thermique des sables de fonderie qui utilisent le procédé de lit fluidisé présentent l'inconvénient que le transport et le traitement des sables génèrent des quantités importantes de poussières qui sont rejetées avec les fumées et l'air de fluidisation. Dans la pratique, il est néoessaire nécessaire d'associer un dispositif de traitement des fumées dont le fonctionnement et l'entretien sont coûteux. I1 faut en effet réaliser une postcombustion des produits imbrûlés et un dépoussiérage des fumées. Un objet de la présente invention consiste à proposer un dispositif de régénération thermique des sables de fonderie, ce dispositif consommant une énergie relativement faible, tout en produisant des fumées contenant très peu de poussières et de produits incomplètement brûlés. Un autre objet de l'invention consiste à proposer un tel dispositif dans lequel le sable régénéré est évacué du dispositif après avoir récupéré une partie de son énergie, donc à une température réduite. Un autre objet de l'invention consiste à proposer un tel dispositif ne nécessitant pas d'adjonction d'une installation de traitement des fumées produites par le dispositif. Ces objets sont atteints grâce à un dispositif de régénération thermique des sables de fonderie, caractérisé en ce qu'il comprend un four incluant une enveloppe externe ouverte à une extrémité et formant une chambre d'incinération et une chambre d'échange thermique reliant la chambre d'incinération avec l'extérieur et ayant un diamètre inférieur à celui de la chambre d'incinération. Une cornue est montée fixement à 1 'inté- rieur de la chambre d'échange thermique et débouche dans la chambre d'incinération, cette cornue comprenant un tube dont l'intérieur forme une chambre de gazéification, et une paroi en hélice fixée à la face interne du tube. Un moyen d'alimentation en sable amène en continu du sable à régénérer dans la chambre de gazéification.Un moyen d'alimentation en air amène de l'air dans la chambre d'incinération. Un moyen de support tournant pour fait tourner ledit four autour de son axe longitudinal dans un sens qui permet de provoquer le transport du sable contenu dans la chambre de gazéification jusque dans la chambre d' inci- nération. I1 résulte de cet agencement que le sable accumulé dans le fond de la chambre d'incinération déborde de celle-ci, passe dans la chambre d'échange thermique qui entoure la cornue et sort du four au niveau de son extrémité ouverte pour être évacué en tant que sable régénéré. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le four comprend en outre un brûleur permettant d'envoyer une flamme dans la chambre d' incinération afin de provoquer dans cette chambre une combustion des produits inflammables qui se dégagent du sable. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend en outre un échangeur thermique pour chauffer l'air fourni par le moyen d yen d'alimentation en air à partir de la chaleur du sable régénéré qui sort du four. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend en outre un moyen d yen d'inclinaison pour incliner par rapport à l'horizontale, de façon réglable, l'axe de rotation du four, afin de faciliter l'évacuation du sable régénéré. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend en outre un moyen pour collecter et évacuer les fumées produites dans le four et qui sortent du four par son extrémité ouverte. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moyen d'alimentation en air injecte de l'air dans la cornue, cet air traversant la chambre de gazéification pour parvenir dans la chambre d 'incinération. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, de la présente invention seront mieux compris lors de la description détaillée d'un exemple de réalisation qui va suivre, illustrée par les figures annexées parmi lesquelles la figure 1 est une vue d'ensemble simplifiée d'un dispositif de régénération thermique des sables de fonderie selon l'invention et, dans cette figure, une partie du dispositif constituant un four de traitement est représentée en coupe longitudinale et les autres parties du dispositif sont représentées en vue en élévation ; et la figure 2 est une vue en coupe transversale du dispositif de la figure 1, suivant la ligne B-B de la figure 1. La figure 1 représente 1' ensemble des éléments essentiels constituant un dispositif de régénération thermique des sables de fonderie selon l'invention. Sur un sol 1, est disposé un banc de support 2 qui comporte des pièces de support 3 sur lesquelles repose un four de traitement indiqué de façon générale en 4. Une trémie 5 est alimentée en sables usagés qui peuvent provenir par exemple de moules en sable, après leur utilisation. Généralement, le sable des moules utilisés en fonderie inclut une certaine quantité de produits, en particulier des résines. La régénération thermique de ces sables de fonderie consiste à enlever la quasi totalité de ces s produits, en les rendant volatiles et/ou en les brûlant, afin de restituer un sable propre pouvant être réutilisé.Dans la partie basse de la trémie 5, se trouve un doseur à vis 6 qui permet d'alimenter le four 4 de façon continue en sable à régénérer. Le sable est traité thermiquement à l'intérieur du four 4 (d 'une façon qui va être décrite plus en détail par la suite) et le sable ainsi régénéré sort en continu du four 4, traverse un échangeur thermique 7, parvient ensuite dans une cornue de refroidissement final 8 et sort de cette cornue de refroidissement à une température basse d'environ 40"C pour être évacué à l'aide d'un dispositif d'évacuation 9. Le dispositif de régénération thermique des sables de fonderie qui vient d'être décrit de façon générale comprend un certain nombre d'éléments qui sont chacun connus en soi, en particulier la trémie 5, le doseur à vis 6, l'échangeur thermique 7, la cornue de refroidissement 8 et le dispositif d'évacuation 9. Par contre, le four 4 constitue un élément particulier, selon l'invention, et l'agencement de 1 'ensemble des éléments du dispositif est également particulier, selon 1 'inven- tion. Le four de traitement 4 comprend une enveloppe externe métallique rigide 12 dont la forme générale présente une symetrie de révolution autour d'un axe 13 qui est sensiblement horizontal. L'enveloppe 12 est tapissée intérieurement d'un matériau réfractaire calorifuge 14 qui résiste à une température élevée d'au moins 1000 C. L'enveloppe externe 12 munie de son matériau calorifuge 14 forme une cavité interne qui débouche au niveau d'une extrémité 15 du four. La cavité interne du four 4 comprend une chambre d'incinération 16 qui a une forme générale cylindrique et une chambre d'échange thermique 17 qui présente aussi une forme générale cylindrique et qui est concentrique à la chambre 16. Le diamètre de la chambre d'incinération 16 est supérieur au diamètre de la chambre d'échange thermique 17.La chambre 16 est située dans le fond de la cavité du four et la chambre 17 s'étend longitudinalement depuis la chambre 16 jusqu'à l'extrémité ouverte 15 du four. Le four 4 comprend aussi une enceinte cylindrique allongée (appelée par la suite cornue) 18 qui s'étend longitudinalement et con cancentriquement à 1' inté- rieur des chambres 16 et 17. L'espace situé entre la cornue 18 et la face interne du matériau calorifuge 14 constitue en fait la chambre d'échange thermique 17 et 1' espaoe situé entre la cornue 18 et la face interne du matériau calorifuge de plus grand diamètre constitue en fait la chambre d'incinération 16. La cornue 18 est constituée de façon générale par un tube cylindrique métallique 19 dont une extrémité 20 fermée est située à l'extérieur du four 4, du côté de son extrémité ouverte 15, et dont l'autre extrémité 21 est située dans la chambre 16 à une certaine distance de de l'extrémité fermée 22 de la fa interne du matériau calorifuge 14 de l'enveloppe 12. La cornue 18, construite en acier réfractaire, est équipée intérieurement d'une vis sans fin hélicoidale 24 soudée sur la fa interne du tube 19. Le volume 25 à l'intérieur du tube 19 constitue ce qui est appelé par la suite chambre de gazéification. Un conduit 30 de sortie du doseur à vis 6 débouche dans la chambre de gazéification 25 de la cornue 18 au voisinage de son extrémité fermée située du côté de l'ouverture 15 du four 4. La cornue 18 est reliée rigidement à l'enveloppe externe 12 par l'intermédiaire de pièces de raccordement 31. Le four 4 est monté sur les pièces d'appui 3 de façon à pouvoir tourner autour de son axe longitudinal 13. Pour obtenir ce montage tournant, deux chemins de roulement cylindriques 32 sont fixés rigidement au voisinage des deux extrémités de l'enveloppe externe 12, autour de celle-ci, et les pièces de support 3 comportent des galets 33 (voir figure 2) qui supportent le four 4 en roulant sur les deux chemins de roulement 32.Un moyen d'entraînement en rotation 34 permet d'actionner en rotation au moins un des galets 33 afin d'entraîner en rotation le four 4. I1 est prévu en outre un moyen (non représenté) permettant de relever ou d'abaisseur les galets 33 roulant sur l'un des chemins de roulement 32, afin de pouvoir régler l'inclinaison par rapport à l'horizontale de l'axe de rotation 13 du four 4. Sur la figure 1, le four est représenté dans sa position horizontale, c'està-dire que l'axe 13 est horizontal. Au niveau de l'extrémité fermée 22 de l'enveloppe externe 12 du four et de son matériau calorifuge, est disposé un brûleur 35 qui permet d'envoyer une flamme dans la chambre d'incinération 16, afin de provoquer une combustion des gaz et/ ou des particules combustibles présents dans la chambre 16. Un ventilateur 36 fait circuler de l'air frais en le faisant passer au travers de l'échangeur thermique 7 afin d'alimenter, par l'intermédiaire d'un conduit 37 représenté en discontinu, le brûleur 35 en air réchauffé. De 1' air, éventuellement réchauffé par 1' échangeur 7, est également injecté dans la chambre 25 de la cornue 18 par l'intermédiaire d'un conduit 38, au niveau de l'extrémité fermée 20. Bien entendu, un moyen de liaison tournante étanche est prévu au niveau de cet endroit d'injection d'air (et d'amenée de sable par le doseur à vis 6) du fait que 1 'ensemble du four 4 (y compris la cornue 18) est mis en rotation alors que les tubes 38 d'amenée d'air et 30 d'amenée de sable sont fixes. Le fonctionnement du dispositif de régénération thermique des sables de fonderie va être décrit maintenant. Le sable à régénérer vient s'accumuler dans la trémie 5 et le doseur à vis 6 injecte de façon continue, selon un débit contrôlé, ce sable à l'intérieur de la chambre de gazéification 25 tandis que le four 4 tourne autour de son axe 13 à une vitesse déterminée. Le sens de rotation du four 4 est tel que 1' helioe 24 qui est disposée dans la chambre 25 provoque, du fait de sa rotation, le transport en continu du sable depuis l'extrémité 20 de la cornue 18 jusqu'à l'extrémité ouverte 21 au niveau de laquelle le sable sort pour se déverser dans la chambre d'incinération 16. Le brûleur 35 est en fonctionnement et il permet d'apporter une quantité de chaleur à l'intérieur du four qui permet de maintenir à environ 850"C le sable qui est contenu dans la chambre d'incinération 16. L'air qui est introduit à l'intérieur de la cornue 18 passe au travers de la chambre 25 pour parvenir dans la chambre de gazéification 25. Comme l'ensemble du four 4 est à une température relativement élevée, du fait de l'apport thermique du brûleur 35, ce sable présent dans la chambre de gazéification 25 s' échauffe progressivement pour parvenir jusqu' à la température d'environ 850"C lorsqu'il sort de la cornue 18 au niveau de son extrémité 21 pour tomber dans la chambre d'incinération 16.Au cours de cet échauffement, durant son transport dans la cornue 18, ce sable subit à la fois un traitement thermique et un brassage continu (du fait de son mode de transport par 1 'hélice 24 qui agit en tant que vis d'Archimède). I1 résulte de cela que la plus grande partie des produits, en particulier des résines, contenus dans ce sable est transformée en produits volatiles et en particules inflammables qui sont entraînés jusque dans la chambre d'incinération, en sortant au niveau de l'extrémité 21 de la cornue 18. L'entrai- nement des produits volatiles s'effectue grâce au débit d'air qui provient du ventilateur 36. Il résulte de cela que le mélange de l'air provenant du ventilateur 36, des produits volatiles et des particules inflammables provenant du sable constitue un mélange inflammable qui est acheminé en continu jusque dans la chambre d'incinération 16, et du fait de la présence de la flamme du brûleur 35, ce mélange gazeux brûle de façon continue dans cette chambre 16. En réglant de façon appropriée le débit du sable à régénérer, à l'aide du doseur à vis 6 et le débit d'air à l'aide du ventilateur 36, on achemine les produits inflammables provenant du réchauffage du sable jusqu'à la chambre 16 où leur combustion s'effectue d'une manière complète. Les produits de cette combustion, ajoutés aux produits de combustion de la flamme du brûleur 35, forment des fumées propres qui sont entraînées naturellement depuis la chambre 16 au travers de la chambre 17 jusqu'au niveau de l'extrémité ouverte 15 d'oû ces fumées sont collectées et entraînées dans un conduit d'évacuation 40. Des capteurs et des appareils d'analyse appropriés peuvent être disposés au niveau du conduit d'évacuation 40 pour contrôler en permanence la nature chimique des fumées afin de pouvoir commander certains paramètres de fonctionnement du four. Le sable qui s'accumule dans la partie basse de la chambre 16 subit une incinération du fait qu'il est porté à une température élevée d'environ 850"C, et les produits inflammables provenant de ce sable s'accumulent dans cette chambre pour y être brûlés d'une façon la plus complète possible, oette combustion complète étant appelée postcombustion. L'énergie thermique fournie par le brûleur 35 et par la postcombustion maintient le four à une température permettant d'amener le sable à 850oC environ. Lorsque le four est horizontal, canme cela est représenté sur la figure 1, la partie inférieure de la chambre 16 se remplit progressivement, puis le sable qu'elle contient déborde et se déverse en continu dans la chambre d'échange thermique 17 en traversant celle-ci pour ressortir par l'ouverture 15. Le sable chaud qui chemine ainsi dans la chambre 17 passe à proximité du tube 19 de la cornue 18 et chauffe cette cornue 18. Par conséquent, du fait de 1 'échange thermique entre le sable et la cornue 18 qui se produit dans la chambre d'échange thermique 17, une certaine quantité de chaleur du sable régénéré est récupérée et réchauffe le sable transporté dans la chambre de gazéification 25. Ainsi, le sable régénéré sort du four à une température plus basse.Ce sable peut alors être évacué tel quel ou peut passer dans l'échangeur 7 afin de préchauffer l'air qui doit être introduit dans le four à l'aide du ventilateur 36. Cet échangeur 7 permet de récupérer encore une partie de la chaleur du sable régénéré. Ensuite, ce sable peut finalement être refroidi dans la cornue de refroidissement 8 elle-meme refroidie à liteau, pour sortir à environ 40"C. Un moyen (non représenté) est prévu pour pouvoir incliner légèrement le four afin de faciliter l'évacuation du sable régénéré. Dans ce cas, il convient d'incliner le four de façon à abaisser son ouverture 15. Les réglages des paramètres de fonctionnement du dispositif de régénération thermique selon 1 'invention peuvent s 'effectuer manuellement ou automatiquement. On peut en particulier régler la vitesse de rotation du four 4, le débit d'air du ventilateur 36, la puissance du brûleur 35, l'angle d'inclinaison du four et le débit de sable introduit par le doseur à vis 6. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régénération thermique des sables de fonderie, caractérisé en ce qu'il comprend: - un four (4) incluant une enveloppe externe (12, 14) ouverte à une extrémité (15) et formant une chambre d'incinération (16) et une chambre d'échange thermique (17) reliant la chambre d'incinération (16) avec l'extérieur et ayant un diamètre inférieur à celui de la chambre d'incinération (16) et une cornue (18) montée fixement à l'intérieur de la chambre d'échange thermique (17) et débouchant dans la chambre d'incinération (16), cette cornue (18) comprenant un tube (19) dont l'intérieur forme une chambre de gazéification (25), et une paroi en hlice (24) fixée à la face interne du tube (19) - un moyen d'alimentation en sable (6) pour amener en continu du sable à régénérer dans la chambre de gazéification (25) - un moyen d'alimentation en air (36) pour amener de l'air dans la chambre d'incinération (16) ; et - un moyen de support tournant (3, 33) pour faire tourner ledit four (4) autour de son axe longitudinal (13) dans un sens qui permet de provoquer le transport du sable contenu dans la chambre de gazéification (25) jusque dans la chambre d'incinération (16), de telle sorte que le sable accumulé dans le fond de la chambre d'incinération (16) déborde de celle-ci, passe dans la chambre d'échange thermique (17) qui entoure la cornue (18) et sort du four (4) au niveau de son extrémité ouverte (15) pour être évacué en tant que sable régénéré. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le four (4) comprend en outre un brûleur (35) permettant d'envayer une flamme dans la chambre d'incinération (16) afin de provoquer dans cette chambre une combustion des produits inflammables qui se dégagent du sable. 3. Dispositif selon 1 'une des revendications préce- dentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un échangeur thermique (7) pour chauffer l'air fourni par le moyen d'alimentation en air (36) à partir de la chaleur du sable régénéré qui sort du four (4). 4. Dispositif selon 1 'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil comprend en outre un moyen d'inclinaison pour incliner par rapport à l'horizontale, de façon réglable, l'axe de rotation (13) du four (4), afin de faciliter l'évacuation du sable régénéré. 5. Dispositif selon 1 'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen (40) pour collecter et évacuer les fumées produites dans le four (4) et qui sortent du four par son extrémité ouverte (15). 6. Dispositif selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le moyen d'alimentation en air (36) injecte de l'air dans la cornue (18), cet air traversant la chambre de gazéification (25) pour parvenir dans la chambre d'incinération (16).