Brevet FR2778352A1 — publié le 19991112

La présente invention se rapporte à des dispositifs de mise en oeuvre d'un procédé écologique d'agglomération de sables destinés à la fabrication de moules et noyaux de fonderie à partir d'un liant minéral tel que le silicate de soude faisant l'objet d'une demande de brevet français N 98.05659 en date du 5 mai 1998 intitulée "Procédé écologique d'agglomération de sables de fonderie". Ce procédé permet aboutir à des résultats très améliorés quant aux facilités de mise en oeuvre et aux possibilités de recyclage des mélanges de sable utilisés. Ces résultats tiennent à la combinaison d'un liant approprié et de son processus de déshydratation. Le mélange de sable de moulage et de liant constitué de silicate de soude, éventuellement complété par les additifs selon les indications du brevet précité et les composants de ce mélange étant préalablement portés à la température requise, est effectué dans un mélangeur étanche à l'air et chauffant portant le mélange à une température inférieure à 100 C et choisie de façon qu'en fin d'opération de moulage, la température du mélange durci soit supérieure à la température ambiante, pour éviter toute reprise d'humidité. Des mélangeurs de ce type sont connus. Etant donné les faibles températures requises, de l'ordre de 70 C, on choisira avantageusement des mélangeurs à double circulation d'eau chaude à ces températures. Pour des installations de sablerie en continu, cette structure étanche à double enveloppe de circulation d'eau pourra également être utilisée pour les réservoirs de stockage de mélange de sable et les réservoirs de liant ainsi que pour les convoyeurs à vis acheminant le mélange préparé vers les postes de moulage ou d'injection de noyaux. La température optimale du mélange restera ainsi avantageusement comprise entre 50 et 70 C lors du démarrage du processus de déshydratation qui sera engagé dans les conditions décrites ci-aprés, après la mise en forme du mélange, généralement par des moyens25 mécaniques classiques de serrage (secousses, vibrations, pression) ou au moyen d'une machine à souffler dont le magasin de chargement en sable mélangé sera également étanche à l'air, pour éviter un séchage prématuré du mélange à injecter. Il est à noter que le processus de mélange à chaud précité, tout en réduisant au maximum le temps de mélange, aboutit à réduire d'environ dix fois la viscosité du mélange résultant, porté à une température d'environ 60 C, ce qui améliore considérablement les conditions de serrage et permet notamment l'injection de noyaux de formes complexes. I est également possible de procéder, dans un premier temps, à un mélange à froid des composants, suivi d'un réchauffage à la température requise dans une enceinte chauffée étanche à l'air. Cette procédure conduit à un cycle de mélange plus long, mais ne nécessite pas de mélangeur étanche chauffant, matériel plus spécialisé. De telles enceintes ou convoyeurs à double enveloppe de circulation d'eau sont couramment utilisés en sablerie, inversement, pour refroidir par circulation d'eau froide des sables de récupération encore chauds. Aprés mise en forme du mélange au contact d'un outillage comme indiqué précédemment, il sera procédé au durcissement du mélange sable-liant par une déshydratation partielle du liant, au moyen de la vaporisation d'une partie de l'eau contenue dans le liant de base, provoquée par une mise sous pression réduite de la masse de mélange sable-liant à durcir. Cette pression réduite doit être inférieure à la tension de vapeur saturante de l'eau à la température considérée. Cette mise sous pression réduite sera effectuée dans une enceinte reliée à un dispositif de pompage assurant l'évacuation de la vapeur d'eau dégagée par la vaporisation du liant. Cette évacuation sera assurée, ainsi que le maintien du niveau de pression réduite, par la20 présence sur le circuit de pompage d'un dispositif connu en soi de fuite contrôlée dit "lest d'air". Ce lest d'air sera avantageusement localisé en amont du mélange à déshydrater par rapport aux moyens de pompage. Il sera règlé pour maintenir une gamme de pressions réduites comprise entre 200 hPa et 10 hPa (1 hPa- hectopascalétant sensiblement égal à 1 millibar) et plus précisément suivant un cycle de pompage amenant progressivement cette pression de 20025 à 10 hPa. Le dispositif de lest d'air peut être mis en place entre renceinte contenant le mélange à déshydrater et le système de pompage. Il sera plus avantageusement situé en amont de lenceinte, car le faible courant d'air induit facilite alors l'orientation du courant de vapeur d'eau formée vers le système de pompage.Un lest d'air variable permettra permettra d'optimiser le débit du système de pompage, en démarrant l'aspiration sous une pression relativement élevée, par exemple de 150 hPa, pour la réduire ensuite progressivement, par exemple vers 20 à 30 hPa. Ce processus de durcissement sous vide pourra être mis en oeuvre dans des postes de moulage adaptés selon l'invention, pour des éléments de moules sans chassis dans des lignes dites de moulage en mottes ou, pour des moulages moins massifs, par injection du mélange dans des boites à noyaux. Dans une ligne de fabrication de moulages en mottes, le mélange, préparé et acheminé par les moyens de sablerie pré-mentionnés, est mis en forme dans des outillages ouverts classiques, par pressage ou secousses. La masse de sable tassé subit ensuite, au poste suivant, la pénétration d'une série de broches dite "planche à clous" qui percent dans la masse de sable une série d'évents qui favoriseront, au poste suivant, le dégazage de la masse de sable et donc son durcissement. Le moule, dans lequel des trous d'évents viennent d'être percés au poste précédent pour faciliter l'évacuation de la vapeur d'eau, est placé dans une enceinte close comportant des orifices de conduits à ouverture règlable de lest d'air et une sortie d'évacuation sous vide par pompage débouchant dans l'enceinte, selon l'invention, au centre d'une plaque formant déflecteur et recouvrant, à une certaine distance, le moule à durcir. L'air arrivant du lest d'air dans l'enceinte aura à parcourir le volume plat situé entre la surface du moule et le déflecteur avant d'être évacué par l'orifice de pompage, assurant ainsi un balayage à effet de trompe de toute la surface du moule qui accélère l'évacuation de la vapeur d'eau et le durcissement rapide et homogène du moule. Le moule est alors sorti de l'enceinte de durcissement sous vide, généralement par une porte opposée à celle de l'entrée et placé dans un poste de retournement et démoulage de la motte de sable durcie, dont la surface d'empreinte reçoit ensuite une projection d'enduit, avant passage de la motte dans une étuve à 150 C qui élimine toute humidité résiduelle (l'enduisage peut éventuellement être effectué sur le moule chaud préalablement étuvé). La motte ainsi terminée est prête à être assemblée pour la coulée. Pour des opérations de noyautage, une machine à carroussel à quatre postes peut être envisagée: Un poste de soufflage comportant une tête de soufflage étanche à l'air et calorifugée ou chauffée par enveloppe d'eau comme il a été indiqué précédemment. Pour des petites installations autonomes, un malaxeur incorporé peut être prévu. Ce poste est suivi de deux postes de mise sous vide, l'un primaire à 100 millibars et l'autre secondaire à 20 millibars et d'un poste d'extraction et d'éjection du noyau formé et durci. On peut prévoir avec une telle installation à quatre postes, et donc quatre outillages, une production de 180 pièces à l'heure avec une mise sous vide totale de 32 secondes et un cycle de l'ordre de 20 secondes, suffisants pour évacuer 0,55 % d'eau et obtenir au démoulage une résistance suffisante de 40 daN/cm2. Pour le durcissement sous vide des noyaux préalablement soufflés au poste de soufflage dans des boites à noyaux, à l'intérieur de leur boite, celle-ci est disposée sur une plaque-support ouverte traversée par la boite sur laquelle viennent prendre appui les joints des cloches formant l'enceinte des postes de dégazage. Les surface d'appui des joints sont ainsi séparées et écartées de la boite à noyaux et à l'abri de particules de sable provenant de celle-ci et pouvant nuire à l'étanchéité et endommager le joint. Ce type de construction selon l'invention, dit "à double cloche", permet des mises sous vide rapides et fiables malgré l'environnement défavorable pour l'étanchéité du sable de fonderie. Les dispositifs de mise sous vide précités selon l'invention seront plus précisément décrits ci-aprés, en référence aux figures annexées, o - La figure 1 montre en coupe schématique longitudinale selon I/I une chambre à vide à deux portes permettent le traitement sous vide de moules pour moulage en mottes intégrable dans une ligne continue de moulage; - La figure 2 montre en coupe schématique transversale selon l/II la même chambre montrant rencombrement transversal du moule et du déflecteur de dégazage; - La figure 3 montre en coupe schématique longitudinale une chambre à double cloche pour le traitement sous vide de boites à noyaux. Sur la figure 1, une boite comportant une empreinte de moulage 2, préalablement remplie de sable tassé 3 est disposée à l'intérieur d'une chambre à vide 4, de forme cylindrique et fermée à ses extrêmités par des portes de formes bombées formant voûte et 5bis. La chambre comporte à sa partie supérieure une ouverture d'évacuation de pompage 6 vers une pompe à vide 7 ainsi que des ouvertures de lest d'air munies de valves pilotées 8 et 9 de réglage de fuite contrôlée d'air et une vanne 10 de mise à l'air rapide. Le conduit 6 d'évacuation vers la pompe à vide est raccordé, dans sa partie verticale descendant au-dessus du moule 1, 2, 3, à une plaque 11 couvrant le moule à une faible distance 12, de l'ordre de quelques millimètres, de celui-ci, sans le fermer. Un dispositif de fixation règlable de telles plaques 11, non représenté, pourra être envisagé pour permettre l'adaptation de plaques appropriés à différents types de moules, pour une même chambre. L'air introduit par les valves de lest d'air 8 et 9 sera aspiré lors du pompage dans l'espace 12 entre le moule 1, 3 et la plaque 11, agissant comme déflecteur du flux gazeux d'air et de vapeur d'eau du moule 3 aspirée et évacuée par ce flux vers le conduit d'aspiration 6 sous l'action d'un effet de trompe qui accélère cette évacuation. La figure 2 montre la disposition du moule 1, 2, 3 sur son convoyeur dans la chambre 4, recouvert par la plaque 11 sur laquelle débouche le conduit d'évacuation de pompage vers la pompe 7. Sur la figure 3, le moule 1 est constitué d'une boite à noyau fermée classique, avec ouvertures d'injection et filtres d'évacuation d'air, dans laquelle a été préalablement injecté un noyau 3 et posée dans un orifice correspondant d'une plaque support 13 dépassant largement la périphérie de la boite à noyau encastrée à travers cette plaque.Deux cloches de fermeture 14 et 15 viennent se fermer sur des joints 16 de part et d'autre de la plaque support 13, formant ainsiune chambre de mise sous vide 4. La cloche supérieure 14 est munie du conduit d'évacuation de pompage 6 vers la pompe 7 et d'une vanne de mise à l'air rapide 17, pour le changement rapide de boites à noyau à traiter. La cloche inférieure 15 reçoit des ouvertures de lest d'air à vannes pilotées 8 et 9. Dans cette disposition, le flux d'air aspiré doit traverser la boite l,à travers ses orifices de filtres et trous d'injection, et donc traverser le noyau 3, accélérant l'évacuation de sa vapeur d'eau. î "l si,il k!4,,l iîJ; j j 1 s E^Xi I t iiïwi I i ii|; î Il i di i Revendications 1- Dispositif de durcissement de moules et noyaux de fonderie par déshydratation sous vide, caractérisé en ce que ces moules ou noyaux (1, 3) sont placés dans une enceinte close (4, 14, 15) comportant des orifices de conduits à ouverture réglable de lest d'air (8, 9) et 5 une sortie d'évacuation sous vide par pompage (6) débouchant dans l'enceinte (4, 14, 15), l'air arrivant des orifices de lest d'air (8, 9) dans l'enceinte (4, 14, 15) étant dirigé pour assurer un balayage qui accélère l'évacuation de la vapeur d'eau et le durcissement rapide et homogène des moules ou noyaux (1, 3). 2- Dispositif de durcissement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour assurer un balayage dirigé de l'air, la sortie d'évacuation sous vide (6) débouche dans l'enceinte au centre d'une plaque formant déflecteur (11) et recouvrant, à une faible distance, un moule (1) à durcir afin que rair arrivant des orifices à lest d'air piloté (8, 9) dans l'enceinte ait à parcourir le volume plat (12) situé entre la surface du moule (1) et le déflecteur (11) avant d'être évacué par l'orifice de pompage (6) en entraînant la vapeur d'eau formée dans le moule15 (1) par effet de trompe. 3- Dispositif de durcissement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le balayage de l'air est dirigé à travers des noyaux (3) préalablement soufflés au poste de soufflage dans des boites à noyaux (1) à l'intérieur de leur boite, celle-ci étant disposée dans rorifice correspondant d'une plaque-support (13) ainsi traversée par la boite (1) munie20 d'orifices sur ses deux faces, lesjoints (16) de cloches (14, 15) formant renceinte (4) du poste de dégazage venant prendre appui sur la plaque-support (16), les surface d'appui des joints (16) étant séparées et écartées des bords de la boite à noyaux (1). 4- Dispositif de durcissement de moules et noyaux de fonderie selon la revendication 3 caractérisé en ce que les entrées de lest d'air pilotés (8,9) sont disposées sur la cloche inférieure (15) formant l'enceinte sous vide (4), la sortie d'évacuation (6) étant disposée à l'opposé sur la cloche supérieure (14).