Brevet FR2714857A1 — publié le 19950713

DisDositif Dour le traitement et le recvclaae des sables de fonderie. de produits aranuleux et Dulvérulents. L'invention se rattache au secteur technique du traitement thermique des sables de fonderie. On connaît la nécessité de traiter thermiquement les sables de fonderie, en vue d'un recyclage, tout en respectant les normes de rejet et de polution de plus en plus strictes. Parmi les solutions existantes, on peut citer les installations continues, du type lit fluidisé combinant une combustion à coeur des éléments combustibles, une diffusion thermique et une agitation du bain, ainsi que le transport des produits. Ces installations nécessitent une énergie importante de brassage par le comburant avec un contrôle rigoureux des températures et des débits du gaz, avec des risques d'échapper des éléments gazeux non saturés, tels que monoxyde de carbone, oxyde d'azote, hydrocarbures, ainsi que des fuites dites impalpables voir totalement craquées. On peut citer également les installations du type de celles définies dans la demande de brevet EP 0524120, qui divulgue un dispositif de recyclage en continu des sables de fonderie, liés à de la résine. Cette installation comprend pour l'essentiel, un four dont la partie inférieure est agencée pour être raccordée à des canalisations d'amenées d'oxygène. Une grille horizontale disposée au dessus du fond du four, permet l'écoulement du sable épuré, tandis qu'une deuxième grille, disposée parallélement à la précédente, permet de retenir le mélange sable - résine. Entre les deux grille, sont disposés les éléments d'allumage, tel que du bois. Cependant, cette solution n'est pas satisfaisante, car il n'est pas possible de maitriser le débit et la combustion. Aucun système d'extraction n'est prévu. La qualité du système n'est pas parfaite, d'un point de vue flexibilité d'exploitation (débits, contrôle, régulation, phases transitoires). Enfin, compte-tenu du principe de fonctionnement, cette installation ne peut fonctionner que dans les dimensions et volumes déterminés. L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients, de manière simple, sûre, efficace et rationnelle. Le problème que se propose de résoudre l'invention, est de diminuer la consommation de l'énergie et de maitriser la combustion du combustible contenu dans le sable et de la composition des gaz de combustion. Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un dispositif du type statique et gravitaire, comprenant: - un réservoir constituant directement ou d'une manière rapportée une chambre de combustion, - une chambre de post-combustion, - des moyens d'allumage. - des moyens aptes à assurer le chargement par gravité en sable et fines, de la chambre de combustion jusqu'à un certain niveau, - des moyens aptes à assurer l'introduction et la répartition des sables, au coeur de la chambre de combustion, pendant le cycle de traitement, - des moyens de contrôle du positionnement du front de combustion, - des moyens de modulation du pouvoir calorifique. Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est d'assurer la mise en température directement dans la masse des sables à l'intérieur du réservoir. Un tel problème est résolu en ce que les moyens d'allumage sont disposés dans la masse des sables et se présentent sous forme d'une chambre de combustion équipée d'un brûleur tangentiel et de plusieurs éléments collecteurs, en communication avec l'extérieur par un organe obturateur, commandable à volonté, en fonction de la température de la masse de sables ; le collecteur est apte à être alimenté d'une manière réglable par un mélange d'air et d'oxygène. Ces dispositions permettent le maintien en température par l'allumage du brûleur tangentiel en cas de carrence de combustible. Le problème posé d'assurer l'alimentation par gravité de la chambre de combustion, d'une part, en ce qui concerne la phase de chargement et, d'autre part en ce qui concerne la phase de recyclage, en régime permanent, est résolu par les dispositions suivantes: - les moyens de chargement par gravité sont constitués par un organe du type vis mélangeuse en communication avec des réservoirs contenant notamment les sables et les fines, ladite vis étant en communication avec une buse obturable à volonté et débouchant dans la partie haute du réservoir, - les moyens d'introduction et de répartition sont constitués par une canalisation obturable à volonté et en communication avec l'organe du type vis mélangeuse, ladite canalisation débouchant au coeur du réservoir en étant équipée en bout, d'un organe répartiteur du flux de sables et des fines. Les moyens de contrôle du positionnement du front de combustion sont constitués par des éléments aptes à être alimenté d'une manière réglable, par un mélange d'air et d'oxygène et éventuellement de gaz. Les éléments sont constitués par des rampes tubulaires disposées au coeur du bain de mélange dans un même plan horizontal et percées par des orifices dirigés vers le bas en dessous de l'organe répartiteur. Pour résoudre le problème posé de maitriser la combustion complète du produit, les moyens de purification sont constitués par une alimentation en oxygène, disposée dans le fond du réservoir qui est tronconique. Le fond du réservoir est en communication avec une vis d'extraction. L'invention est exposée, ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue à caractère purement schématique et en coupe longitudinale du dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe transversale considérée selon la ligne 2.2 de la figure 1. La figure 3 est une variante de réalisation correspondant à la figure 2. La figure 4 est, à une échelle plus importante, une vue en coupe considérée selon la ligne 4.4 de la figure 2. La figure 5 est une vue à caractère purement schématique en coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation du dispositif. La figure 6 est une vue en coupe transversale considérée selon la ligne 6.6 de la figure 5. Comme le montre la figure 1, le dispositif de traitement thermique des sables selon l'invention, est conformé pour constituer un ensemble statique et gravitaire. Dans ce but, la chambre de combustion est constituée par un réservoir (1) dont le fond (la) est tronconique. La partie supérieure du réservoir est reliée de manière connue, à une chambre de post-combustion (2) et présente un brûleur d'allumage de tout type connu et approprié (3) disposé tangentiellement. Les sables et les fines sont contenus dans des réservoirs de stockage (4) et (5) reliés à une vis d'Archimède (6) pour leur mélange et introduction à partir de la partie haute du réservoir. Dans ce but, I'élément mélangeur (6) présente une première canalisation (7) en communication avec la partie haute du réservoir et une seconde canalisation (8) débouchant au coeur du réservoir. Chacune des canalisations (7) et (8) présente des organes obturateurs du type vannes (9) et (10). Ces organes (9) et (10) sont commandables à distance par tout moyen connu et approprié et ont pour fonction d'obturer à volonté les canalisations (7) et (8) en fonction du cyle de fonctionnement considéré, comme il sera indiqué dans la suite de la description. En bout de la canalisation (8) et très sensiblement en alignement coaxial avec cette dernière, est monté un organe répartiteur (11), afin de répartir le flux de sable et de fines dans la zone principale de combustion. Suivant une caractéristique importante de l'invention, la chambre de combustion (1) présente des moyens (12) (12c) de contrôle et de positionnement du front de combustion. Ces moyens sont constitués par des éléments aptes à être alimentés de manière réglable pour l'injection d'air et d'oxygène. On prévoit également d'insuffler du gaz dans le cas de mélange avec forte fluctuation de pouvoir calorifique. Ces éléments (12) peuvent être constitués par plusieurs rampes concentriques ou linéaires disposées dans un même plan horizontal (figures 2 et 3). Ces rampes sont réalisées à partir d'organes tubulaires équipés de buses d'insufflation (12a) dirigées vers le bas. Ces rampes sont alimentées en (12b). Bien évidemment, les dispositions et les formes de réalisation décrites des rampes (12) ne doivent pas être considérées comme limitatives. L'autre moyen de contrôle (12c) du positionnement du front de combustion est contitué par tout système de mesure de température en continu au dessus des rampes d'insuflation d'oxygène. Selon une autre caractéristique, le fond tronconique (1 a) de la chambre de combustion est agencé pour permettre l'insufflation d'oxygène. Enfin, ce fond (la) est en communication avec une vis d'extraction (13) des produits traités. II convient d'analyser le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Pour le chargement de la chambre de combustion (1), la vanne (9) est fermée pour obturer en conséquence la canalisation centrale (8). La vanne (10) est ouverte pour autoriser, par gravité, au moyen de la vis sans fin (6), I'alimentation en sables et fines de la chambre de combustion (1). Cette alimentation s'effectue jusqu'au niveau haut de la chambre de combustion en injectant si nécessaire de l'air, pour niveler la surface libre du bain. Pour l'allumage, au moyen du brûleur (3), les vannes (9) et (10) sont fermées. La vis de mélange et d'alimentation (6) est arrêtée. II y a donc démarrage de la combustion avec injection d'oxygène et progression du front de combustion vers la zône désirée. Le transfert en régime permanent est détecté au moyen de l'élément (12c). Pour le régime permanent, correspondant à l'opération de traitement en tant que telle, la vanne (10) est fermée, tandis que la vanne (8) est ouverte. La vis de mélange (6) est entraînée pour permettre l'introduction des sables et des fines, au coeur de la chambre de combustion, au moyen de la canalisation (8), en combinaison avec le répartiteur (11). La vis d'extraction (13) est actionnée. Comme indiqué, les caractéristiques définies permettent de maîtriser le positionnement et la température du front de combustion. En cas de carence du mélange en combustible, le front de combustion aura tendance à remonter. Dans ces conditions, il suffit d'introduire du gaz par la canalisation (12b), pour le faire redescendre. Inversement, en cas d'excès, le front de combustion se déplace vers le bas, de sorte qu'il suffit de diminuer l'alimentation en oxygène et d'augmenter l'insufflation d'air pour le faire remonter. L'alimentation en oxygène par le fond du réservoir permet de maîtriser la combustion complète des sables. On maitrise également parfaitement la composition des gaz de combustion, dans Se laboratoire qui apparait au dessus de la surface libre du bain de sable. La combustion s'effectue en phase dense, ce qui permet d'augmenter le temps de séjour des gaz dans le bain, donc leur meilleure combustion. II y a une séparation naturelle entre le flux des sables silicieux et les impalpables qui vont suivre les gaz, par entrainement mécanique généré par le brassage au niveau du front de combustion. A noter que la vis d'extraction (13) permet de maîtriser le temps de séjour et le débit de produits traités. A partir de cette conception de base, le dispositif peut avantageusement être complété et modifié par les dispositions suivantes. Le réservoir (1) présente, en remplacement des éléments (12), c'est-à-dire au coeur de la masse des sables à traiter, une chambre de combustion (14) équipée d'un brûleur tangentiel (15) et de plusieurs éléments collecteurs (16). La chambre (14) et les éléments collecteurs (16) sont en communication avec l'extérieur au moyen d'une canalisation (17), qui traverse le réservoir (1). Cette canalisation (17) est obturable à volonté au moyen d'un clapet (18) commandé par exemple au moyen d 'un vérin (19). Les collecteurs répartiteurs (16) sont destinés à être alimentés en comburants, notamment constitués par un mélange d'air et d'oxygène. Comme indiqué précédemment, le fond du réservoir est agencé pour permettre l'insufflation d'oxygène. Dans cette forme de réalisation, le fonctionnement du dispositif est le suivant Le remplissage et l'alimentation s'effectue comme indiqué précédemment. Le brûleur tangentiel (15) permet de développer les produits de combustion et par conséquent de chauffer le sable dans la masse, compte-tenu des collecteurs répartiteur (16), le clapet (18) étant ouvert. Lorsque la température de la masse de sable est atteinte, le clapet (18) est fermé, ainsi que le brûleur. Le mélange d'oxygène et d'air est alors envoyé dans la chambre de combustion (14). Ce mélange passe au travers des collecteurs (16) pour effectuer la combustion de la résine compte-tenu, dans le mélange, du sable et des fines. Comme indiqué précédemment, une adjonction en oxygène au niveau du fond du réservoir permet de réaliser la combustion complète du mélange sables + fines. En régime permanent, la vis d'extraction (13) est actionnée. A noter que dans ce mode de réalisation, la mise en température s'effectue directement dans la masse des sables. Le brûleur tangentiel permet de maintenir cette température en cas de carence de combustibles. En outre, il n'y a pas d'injection de gaz naturel dans les sables, supprimant ainsi tout risque de suies résiduelles et d'obturation des trous d'injection au niveau des collecteurs. Outre ces avantages, on souligne - la parfaite maîtrise des gaz de combustion, donc de l'environnement. - I'insufflation d'oxygène, d'air et éventuellement de gaz justes nécessaires à la combustion complète optimum en consommation d'énergie, - le brassage en phase dense des produits, qui permet d'homogénéiser la réaction de combustion, sans pour autant permettre un transit rapide des particules (par entraînement mécanique), comme c'est le cas en lit fluidisé. REVENDICATIONS -1- Dispositif pour le traitement et le recyclage des sables de fonderie comprenant un réservoir (1), une chambre de post-combustion (2) et des moyens d'allumage (3), caractérisé en ce qu'il présente: - des moyens (6) (7) (10) aptes à assurer le chargement par gravité en sables et fines, de la chambre de combustion (1) jusqu'à un certain niveau, - des moyens (6) (8) (9) (11) aptes à assurer l'introduction et la répartition des sables, au coeur de la chambre de combustion (1), pendant le cycle de traitement, - des moyens de contrôle (12) du positionnement du front de combustion, - des moyens de modulation du pouvoir calorifique. -2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'allumage sont disposés dans la masse des sables et se présentent sous forme d'une chambre de combustion (14) équipée d'un brûleur tangentiel (15) et de plusieurs éléments collecteurs (16), en communication avec l'extérieur par un organe obturateur (18), commandable à volonté, en fonction de la température de la masse des sables. -3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments collecteurs (16) sont aptes à être alimentés d'une manière réglable par un mélange d'air et d'oxygène. -4- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les éléments collecteurs (16) sont constitués par des rampes tubulaires disposées dans un même plan horizontal et percées par des orifices dirigés vers le bas, en étant en communication avec une canalisation (17), qui traverse la masse des sables pour déboucher à l'extérieur du réservoir, ladite canalisation étant équipée de l'organe obturateur (18). -5- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de chargement par gravité sont constitués par un organe (6) du type vis mélangeuse en communication avec des réservoirs (4) (5) contenant notamment les sables et les fines, ladite vis (6) étant en communication avec une buse (7) obturable à volonté et débouchant dans la partie haute du réservoir (1). -6- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'introduction et de répartition sont constitués par une canalisation (8) obturable à volonté et en communication avec l'organe du type vis mélangeuse (6), ladite canalisation (8) débouchant au coeur du réservoir (1) en étant équipée en bout, d'un organe répartiteur des sables (11). -7- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de contrôle du positionnement du front de combustion sont constitués par des éléments (12) aptes à être alimentés, d'une manière réglable, par un mélange d'air et d'oxygène et éventuellement de gaz naturel, ainsi que par des éléments de mesure de température du front de combustion aptes à inter agir sur les éléments (12) d'insufflation. -8- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments (12) sont constitués par des rampes tubulaires disposées dans un meme plan horizontal et percées par des orifices (12a) dirigés vers le bas. -9- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de purification sont constitués par une alimentation en oxygène, disposée dans le fond (la) du réservoir (1) qui est tronconique. -10- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond (la) du réservoir (1) est en communication avec une vis d'extraction (13).