Brevet FR2700972A1 — publié le 19940805

DISPOSITIF DE TRAITEMENT THERMIQUE DE PARTICULES REFRACTAIRES La présente invention concerne le traitement thermique de particules réfractaires , notamment de sable , en particulier un traitement thermique à température suffisamment élevée pour éliminer les corps étrangers notamment les résines déposées en surface des particules de sable. Elle concerne plus particulièrement un dispositif apte à réaliser un tel traitement par fluidisation dynamique desdites particules. Dans le domaine du traitement thermique de particules solides, sous forme de lit fluidisé , on connaît en particulier le document FR.2.364.685. Ce document décrit un dispositif qui comprend un récipient à base poreuse dans lequel sont placées deux couches successives de particules réfractaires : la première couche en contact avec la base poreuse est formée de particules plus denses et/ou plus grosses que les particules de la couche supérieure.Ce dispositif comporte deux conduits d'amenée de gaz, le premier sous ladite base poreuse alimente le côté inférieur de celle-ci en un gaz non combustible en sorte que celui-ci traverse la base poreuse et réalise la fluidisation des particules ; le second est placé dans le récipient, au-dessus de la base poreuse, et séparé d'elle en sorte d'amener dans le récipient un autre gaz qui permet la combustion du mélange de manière à chauffer les particules réfractaires. Le but que stest fixé le demandeur est de proposer un dispositif de ce type qui puisse réaliser un tel traitement thermique en continu dans le récipient, sur toutes les particules réfractaires qui sont introduites continûment à une extrémité et évacuées continûment à l'autre extrémité. Un tel traitement en continu n t est pas réalisable sur l'installation décrite dans le document précité, qui ne comporte aucun élément permettant le transfert des particules pendant la fluidisation et également du fait de la présence de la couche inférieure de particules de plus grande densité. L'autre but visé par le demandeur est d'obtenir , dans un tel dispositif de traitement thermique en continu, une très bonne homogénéité du traitement de manière à garantir que toutes les particules introduites dans le dispositif aient subi un traitement thermique identique. Les buts ci-dessus sont parfaitement atteints par le dispositif de l'invention. Il stagit de manière connue dtun dispositif de traitement thermique de particules réfractaires qui comporte une enceinte destinée à contenir lesdites particules, une première alimentation d'un premier gaz non combustible apte à réaliser la fluidisation des particules et une seconde alimentation d'un second gaz , le mélange du premier et second gaz étant combustible. De manière caractéristique le traitement thermique est réalisé sur toutes les particules contenues dans le récipient sous forme d'un lit fluidisé, se déplaFant continûment dans Itenceinte d'une première extrémité équipée d'une conduite d'entrée jusqu ta une seconde extrémité, opposée à la première et équipée d'une conduite de sortie. De plus ledit dispositif comporte au moins un caisson de répartition du premier gaz , dont la face supérieure, constituant le fond du récipient, est perçée d'orifices orientés obliquement dans le sens du déplacement des particules, ainsi qu'une pluralité de rampes dtinjection du second gaz, parallèles entre-elles et à la face supérieure du caisson et disposées à une faible distance de cette dernière.Lesdites rampes dtinjection sont percées d'orifices qui sont orientés dans une direction sensiblement parallèle à la face supérieure du caisson Ainsi, contrairement à ce qui est proposé dans le document FR.2.364.685, le fond de enceinte n test pas constitué par une base poreuse et il utexiste plus une couche inférieure de particules plus denses. Toutes les particules entrant dans l'enceinte se déplacent sous l'effet de l'action orientée du premier gaz jusqutà la conduite de sortie tout en étant traitées thermiquement grâce à la combustion du mélange gazeux obtenu au-dessus des rampes dtinjection du second gaz.Le matériau constitutif de la face supérieure du caisson est bien sûr un matériau résistant à haute température : il s'agira notamment d'une tôle en acier inoxydable réfractaire, par exemple référence NS30. De préférence les orifices orientés obliquement sont obtenus par emboutissage de la tôle. La tôle perforée par emboutissage ainsi réalisée a une configuration qui stapparente à une râpe. Le diamètre des orifices pratiques dans ladite face supérieure du caisson de répartition du premier gaz est de ltordre de 0,3mm. Avantageusement la faible distance séparant la surface extérieure d'une rampe d'injection du second gaz de la face supérieure du caisson est de ltordre de 50mm et la distance séparant deux rampes successives est de ltordre de 100mm. Cette disposition particulière permet de créer un front homogène de combustion au niveau de toutes les rampes dtinjection du second gaz dans tout le volume de l'enceinte. On obtient ainsi un traitement thermique particulièrement homogène. De préférence enceinte a la forme d'un parallelépipède rectangle , la conduite d'entrée des particules étant située vers la petite face avant et la conduite de sortie vers la petite face arrière tandis que les rampes dtinjection du second gaz sont disposées transversalement par rapport au sens de déplacement des particules. Avantageusement le premier gaz , correspondant au fluide réalisant la fluidisation , est de ltair préchauffé. Parmi toutes les applications possibles du dispositif de traitement thermique de particules réfractaires selon l'invention, on retiendra en particulier la régénération du sable de fonderie. L'installation complète, intégrant ledit dispositif, permettant de réaliser cette régénération comporte les éléments suivants : une conduite d'amenée du sable à régénérer par transport pneumatique,un préchauffeur de sable dont la conduite aval correspond à la conduite d'alimentation du dispositif selon l'invention, puis en aval dudit dispositif,un refroidisseur de sable par ruissellement, de préférence à deux zones, suivi d'une conduite de transport pneumatique du sable régénéré vers un silo de stockage ; l'installation comporte également une chambre de post-combustion des fumées évacuées hors du dispositif , au cours du traitement thermique , un filtre d'arrêt des particules solides suivi d'un ventilateur d'extraction et d'une cheminée d'évacuation des gaz.Avantageusement la canalisation reliant la chambre de post-combustion au filtre est équipée d'un échangeur de gaz permettant de préchauffer le gaz de fluidisation , de même que le fluide utilisé pour refroidir le sable traité est utilisé pour préchauffer le sable à traiter avant son introduction dans le four. L' invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va être faite d'un exemple de réalisation d'un dispositif de traitement thermique par lit fluidisé de sable de fonderie, illustré par le dessin annexé dans lequel - La figure 1 est une représentation schématique en coupe longitudinale du dispositif, - La figure 2 est une représentation schématique en coupe transversale selon ltaxe II-II de la figure 1, - La figure 3 est une représentation sous forme de diagramme d'une installation de régénération de sable de fonderie, - La figure 4 est une vue schématique en coupe d'une partie de la tôle perforée 7. Le dispositif 1 de traitement thermique selon l'invention comporte une enceinte 2 ayant la forme d'un parallelépipède rectangle et réalisé dans un matériau résistant aux hautes températures. Il peut stagir d'une armature métallique revêtue sur ses faces intérieures d'une garniture thermique. Une succession de caissons 3 sont disposés s sur le fond 4 de l'enceinte 2. Chaque caisson 3 a la forme d'un parallelépipède rectangle avec une conduite 5 d'alimentation en fluide de fluidisation débouchant sur la face inférieure 6 dudit caisson 3, dans la partie centrale de celle-ci. La face supérieure du caisson est constituée d'une tôle perforée 7. Cette tôle 7 est réalisée en acier inoxydable réfractaire par exemple du type NS30. Les perforations 8 sont obtenues par emboutissage de la tôle 7. La matière emboutie, autour de la fente obtenue , présente une inclinaison de ltordre de 45 , comme cela apparaît sur la figure 4. Ainsi le fluide qui est alimenté à partir de la conduite 5 à l'intérieur du caisson 3 s'échappe de celui-ci à travers les perforations 8 avec une direction orientée obliquement par rapport au plan général de la tôle 7. Chaque caisson 3 présente un épaulement 9 sur lequel vient stappuyer la tôle perforée 7. Dans un exemple précis de réalisation, non limitatif, chaque caisson avait une longueur L de 1.000mm , correspondant sensiblement à la largeur intérieure de 1 enceinte 2, une largeur 1 de 500mm et une hauteur h de 100mu. Chaque perforation 8 pratiquée dans la tôle 7 avait un diamètre d'environ 0,3mm. Ces perforations étaient disposées sur toute la surface de la tôle avec un écartement entre chaque perforation d'environ iOmm. Au-dessus de chaque caisson 3 sont disposées une pluralité de rampes 10 dtinjection de fluide de combustion. Lesdites rampes 10 sont parallèles entre-elles et parallèles au plan général de la tôle 7. Elles sont toutes à la même distance d de celle-ci et présentent , pour les rampes placées au-dessus du même caisson, un écartement identique D. Dans ltexemple précis précité les valeurs de d et D étaient respectivement de 50 et 100mi. Chaque rampe 10 est perçée de deux jeux d'orifices il chaque jeu étant situé dans le même alignement et étant diamétralement opposé à l'autre. Plus précisément et de manière caractéristique, les orifices lia et llb des deux jeux sont pratiqués sensiblement dans le plan médian passant par ltaxe de symétrie de la rampe 10, ledit plan étant sensiblement parallèle à la direction générale de la tôle 7. Chaque rampe 10 passe à travers une paroi latérale de 1 enceinte 2 grâce à une ouverture 12. Elle est raccordée à une canalisation générale 13 d'alimentation en fluide de combustion. Une canalisation d'alimentation en sable 14 est disposée à proximité de la face avant 15 de l'enceinte. Cette canalisation 14 passe également à travers la paroi correspondante et comporte sur son parcours une écluse alvéolaire d'alimentation, introduisant le sable à partir d'une zone de stockage. Dans l'exemple représenté à la figure 1, la canalisation 14 descend parallèlement à la face avant 15 de l'enceinte 2 de telle sorte que son extrémité libre 16 soit à une hauteur H déterminée au-dessus de la tôle perforée 7. Vers la face arrière 17 de ltenceinte 2 est disposée une canalisation d'évacuation 18. Cette canalisation a une bouche d'entrée 19 positionnée, comme représenté à la figure 1 , à une hauteur h au-dessus de la tôle perforée 7. Dans la face supérieure 20 de Enceinte est montée une cheminée 21 pour 1 tévacuation des gaz de combustion. Dans ltexemple de fonctionnement qui va être décrit ci-après le fluide gazeux de fluidisation, alimentant les caissons 3, était de l'air préchauffé, tandis que le fluide de combustion alimentant les rampes 10 était du gaz , la combustion étant réalisée après inflammation du mélange stoechiométrique air/gaz. On introduit à l'intérieur de l'enceinte 2 par la canalisation d'alimentation 14 une certaine quantité de sable à régénérer, c'est-à-dire contenant une certaine portion de matériaux à éliminer en particulier de résines.On alimente les différents caissons 3 en air préchauffé. Le flux d'air passant par les perforations 8 de la tôle 7 projette les particules de sable et crée un certain mouvement du type brownien ; c'est le principe de la fluidisation. Il se crée donc un lit fluidisé de particules de sable à 1 'intérieur de ltenceinte 2 dans sa partie basse au-dessus des tôles perforées 7. On alimente en gaz de combustion les rampes 10. Et on actionne un brûleur non représenté. Le gaz sortant des orifices Il des rampes 10 se mélange intimement à ltair préchauffé provenant des caissons 3.Ce mélange est réalisé de manière homogène du fait de la répartition des rampes 10 et de la direction des jets de gaz sortant des orifices 11. On obtient donc un lit fluidisé dans lequel les matières à éliminer, telles que les résines , sont brûlées par la combustion du mélange air/gaz dans tout le volume du lit fluidisé et entraînées dans les fumées d'évacuation par la cheminée 21. Du fait de ltorientation des perforations 8 pratiquées dans la tôle 7, l'air assurant la fluidisation crée un mouvement qui propulse progressivement le sable depuis son entrée vers la face avant 15 de ltenceinte jusqu a sa sortie vers la face arrière 17. L'évacuation du sable est réalisée par déversement, sous forme de trop-plein , des particules se trouvant dans la zone supérieure du lit fluidisé. Lesdites particules, dans leur mouvement brownien, tombent d'elles-mêmes dans la bouche 19 de la canalisation d'évacuation 18. Tous les paramètres de fonctionnement du dispositif 1 sont déterminés en sorte de garantir que toutes les particules de sable qui parviennent dans la bouche 19 de la canalisation d'évacuation 18 ont séjourné un temps suffisamment long dans le lit fluidisé pour que les matériaux à éliminer aient pu être brûlés et évacués par la cheminée 21 sous forme de fumée. A titre d'exemple non limitatif , le nombre d'orifices réalisés pour une rampe donnée, ayant une longueur de Im a été de 50. Il y avait donc 25 orifices alignés régulièrement de chaque côté de la rampe, ayant tous un diamètre de ltordre de 0,3 à 0,5mm. Le dispositif 1 qui vient d'âtre décrit fait avantageusement partie d'une installation de régénération de sable de fonderie, représentée schématiquement sous forme de diagramme à la figure 3. Le sable pollué , qui est à régénérer , arrive par transport pneumatique dans un préchauffeur 23 avant d'être introduit , en passant par une vanne 22 de réglage de débit dans la canalisation d'entrée 14. La canalisation d'évacuation 18 est raccordée sur un refroidisseur 24. Le sable régénéré qui stécoule dans la canalisation d'évacuation 18 passe par ledit refroidisseur et est évacué par transport pneumatique vers un silo de stockage non représenté. Les fumées sortant de la cheminée 21 sont conduites dans une chambre de post-combustion 25 de manière à parfaire la destruction de toutes les particules solides entraînées. Elles sont ensuite filtrées sur un filtre à manches 26 qui arrête les derniers résidus solides et enfin elles sont évacuées par une cheminée 28. On utilise la chaleur contenue dans les fumées sortant de la chambre de post-combustion 25 en plaçant entre celle-ci et le filtre à manches 26 un échangeur gaz-gaz 27. Le fluide qui est véhiculé dans cet échangeur gaz-gaz est utilisé comme gaz de fluidisation Le fluide qui sert au refroidissement du sable traité est utilisé comme fluide caloporteur pour préchauffer le sable à traiter. L'invention ntest pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple non exhaustif. REVENDICATIONS 1. Dispositif de traitement thermique de particules réfractaires qui comporte une enceinte destinée à contenir lesdites particules, une première alimentation d'un premier gaz non combustible apte à réaliser la fluidisation des particules et une seconde alimentation d'un second gaz , le mélange du premier et second gaz étant combustible, caractérisé en ce que le traitement thermique est réalisé sur toutes les particules contenues dans le récipient (2) sous forme d'un lit fluidisé , se déplaçant continûment dans enceinte d'une première extrémité équipée d'une conduite d'entrée jusqu'à une seconde extrémité, opposée à la première et équipée d'une conduite de sortie, et en ce qu'il comporte au moins un caisson (3) de répartition du premier gaz , dont la face supérieure (7) constituant le fond du récipient , est perçée d'orifices (8) orientés obliquement dans le sens du déplacement des particules , ainsi qu'une pluralité de rampes (10) dtinjection du second gaz , parallèles entre-elles et à la face supérieure (7) du caisson (3) et disposées à une faible distance (d) de cette dernière, lesdites rampes d'injection étant perçées d'orifices (11) qui sont orientés dans une direction sensiblement parallèle à la face supérieure (7) du caisson (3). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la face supérieure du caisson (3) est une tôle en acier inoxydable réfractaire dont les orifices orientés obliquement sont obtenus par emboutissage. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la faible distance d séparant la surface extérieure d'une rampe dtinjection (10) du second gaz de la face supérieure (7) du caisson est de l'ordre de 50mm et la distance séparant deux rampes successives (10) est de l'ordre de 100mm. 4. Dispositif selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'enceinte (2) a la forme d'un parallelépipède rectangle, la conduite d'entrée (14) des particules étant située vers la petite face avant (15) et la conduite de sortie (18) vers la petite face arrière (17) tandis que les rampes dtinjection (10) du second gaz sont disposées transversalement par rapport au sens de déplacement des particules. 5. Dispositif selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le premier gaz, correspondant au fluide réalisant la fluidisation, est de l'air préchauffé. 6. Utilisation du dispositif selon ltune des revendications 1 à 5 pour la régénération du sable de fonderie. 7. Installation de régénération du sable de fonderie caractérisée en ce quelle comporte , outre le dispositif de ltune des revendications 1 à 5, les éléments suivants : une conduite d'amenée du sable à régénérer par transport pneumatique , un préchauffeur (23) de sable dont la conduite aval correspond à la canalisation d'alimentation (14) du dispositif (1) précité , puis en aval dudit dispositif (1), un refroidisseur (24) de sable par ruissellement , de préférence à deux zones , suivi d'une conduite de transport pneumatique du sable régénéré vers un silo de stockage, en ce qutelle comporte de plus une chambre de post-combustion (25) des fumées, évacuées hors du dispositif (1) au cours du traitement thermique, un filtre d'arrêt (26) des particules solides suivi d'un ventilateur d'extraction et d'une cheminée d'évacuation (28) des gaz. 8. Installation selon la revendication 7 caractérisée en ce que la canalisation reliant la chambre due post-combustion (25) au filtre (26) est équipée d'un échangeur de chaleur gaz-gaz permettant de préchauffer le gaz de fluidisation.