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"Procédé et étuve pour le séchage des matières humides telles que moules et noyaux de fonderie".
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On sait que les moules et noyaux constitués de sable ou terre de fonderie, humidifiés pour.les rendre plastiques, doivent, le plus souvent, être séchés et cuits avant de subir le contact du métal en fusion.
Ce séchage s'effectue généralement en chauffant les blocs humides dans des étuves au contact d'air chaud soigneu- sement renouvelé à une vitesse suffisante pour rester très en dessous du point de saturation ; c'est donc un séchage basé sur l'évaporation de l'eau.
Ce procédé présente de multiples inconvénients tant pour le résultat que pour son coût.
En effet, l'humidité des couches extérieures de la masse humide traitée diminue rapidement,puis disparaît, tandis que les couches plus profondes restent à leur taux initial, voir même, par suite de condensations locales, au sein même du bloc, à un taux supérieur.
De ce fait la couche extérieure se rétractant en séchant se fendille, puis, par suite de l'imperméabilité ac- quise par sa dessication, ces fentes initiales augmentent d'importance pour laisser échapper l'eau vaporisée, ensuite, dans les couches centrales.
La présente invention a/notamment pour but de remé- dier à ces inconvénients.
Elle concerne à cet effet un procédé pour le séchage de matières imprégnées d'un liquide, telles que moules et no- yaux de fonderie, caractérisé parce que dans une première phase on échauffe les pi@@ es à sécher dans une enceinte fer- mée, les pièees ne perdant ainsi qu'une faible portion de leur humidité jusqu'à ce que l'atmosphère de l'enceinte soit saturée, ce qui permet d'échauffer les pièces d.'une manière uniforme dans toute leur masse, sans dessécher notablement leur sur-
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face, puis, dans une deuxième phase ou phase de séchage, on surchauffe la vapeur contenue dans l'enceinte, ce qui pro- voque la dessication totale des pièaes à sécher par vapori- sation du liquide, en évitant toute fissuration superficielle.,
L'invention s'étend d'une manière générale à ce.
procédé quels que soient les appareils pour sa réalisation.
Toutefois l'invention s'étend également à une étuve permettant une mise en oeuvre particulièrement simple et avan-, tageuse du procédé précédent ou procédé similaire et compor- tant les caractéristiques suivantes prises séparément ou en combinaison. a) une enceinte fermée munie de quelques ouvertures destinées à laisser échapper l'excès de volume des gaz dilatés et de vapeur produite. b) des moyens pour réaliser une circulation rapide en circuit fermé des gaz contenus dans l'enceinte afin d'assu- rer l'uniformité de la température.
c) des moyens de chauffage indirect de l'étuve, tels que radiateurs, ce qui d'une part, évite la présence de vapeur d'eau provenant du gaz de la combustion, pouvant se condenser sur les pièces froides à traiter pendant l'échauffement ini- tial, élimine toute action des dits produits de la combus- tion ou tout dépôt de suie et poussières sur les matières à sécher, et, d'autre part (en combinaison avec la suppression de l'introduction d'air de d'saturation et de refroidissement), permet de réaliser d'importantes économies calorifiques. d) le commencement du circuit des gaz chauffants qui est à très haute température est disposé dans une zone de l'étuve où la circulation interne est intense et la tempéra- ture faible, ce qui permet d'assurer au mieux les échanges de chaleur entre les gaz de combustion et les gaz en circu- lation de l'étuve.
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L'invention s'étend également aux caractéristiques ci-après décrites et à leurs diverses combinaisons possibles.
Une étuve conforme à l'invention est représentée à titre d'exemple sur les dessins ci-joints dans lesquels : - La figure 1 est une élévation coupe - La figure 2 est une coupe de l'étuve de la figure
1 suivant la ligne II - II de cette figure.
- La'.figure 3 est une vue en plan des radiateurs, la paroi du plafond étant aievée.
- La figure 4 est un plan coupe de l'étuve de la figure 1 suivant la ligne IV - IV de cette figure.
Suivant le procédé de l'invention on chauffe pro- gressivement les masses humides et l'air qui les entoure ini- tialement, sans adjonction de gaz humide de combustion ou autres, sans renouvellement de cet air qui demeure à une pres- sion très voisine de la pression atmosphérique.
Dans ces conditions, l'air ambiant se sature rapi- dement d'humidité et ne peut plus enlever d'eau par évapora- tion, les masses humides s'échauffent donc dans leur épais- seur, sans perdre l'eau de leur couche périphérique, ce qui évite leur fissurage par contraction et leur imperméabilisa- tion.
Par suite de l'échauffement de l'air contenu dans l'étuve et des nouvelles quantités de vapeur d'eau émises par les masses en séchage, le volume du mélange croît et l'excès est évacué dans l'atmosphère extérieure pour que la pression n'augmente pas sensiblement.
Tant que la température de l'étuve est inférieure à
100 degrés centigradcs, la dessication est nulle ou lente, mais dès qu'elle est dépassée, la production de vapeur devient in- tense, chasse peu à peu l'air qui remplissait initialement
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l'étuve et il ne reste bientôt plus que de la vapeur qui se surchauffe de plus en plus à mesure que la température dépasse 100 degrés centigrades.
Dans cette atmosphère, les masses en séchage, échauf- fées initialement jusqu'à leur centre et par suite totalement dilatées pendant qu'elles sont encore plastiques n'ayant que très peu perdu de leur ,humidité, n'ont aucune tendance à se fissurer et, s'échauffant lentement, atteignent, dans leur masse, une température voisine de 100 degrés centigrades. Elles gardent cette température tant qu'elles contiennent de l'eau d'imprégnation.
Enfin, après ce palier de température, de durée fonc- tion de la masse et de la surface extérieure du corps traité, ladite température s'élève rapidement ; à ce moment, l'étuvage est terminé .
Le séchage comporte donc deux phases bien distinc- tes, la première, correspondant à réchauffement des pièces à sécher, pendant laquelle la déperdition d'eau est faible et égale à celle nécessaire pour saturer le volume d'air contenu dans l'étuve à.la température considérée ; seconde, de sé- chage proprement dit, commençant au moment où la température de l'étuve à la surface des pièces atteint 100 degrés centi- grades et finissent quand la température interne des pièces monte rapidement au-dessus de 100 C.
Ce procédé présente de nombreux avantages et notam- ment les suivants :
1 ) suppression totale des fissurations.
2 ) meilleure transmission de la chaleur aux masses à chauffer par suite de la conductibilité au moins 30 fois supé- rieure de la vapeur, par rapport aux gaz de combustion mélangés d'air suivant la technique habituelle.
3 ) possibilité d'une meilleure utilisation ther- mique globale.
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.Les figures de 1 à 4 représentent une étuve pour la mise en oeuvre du procédé précédent.
Cette étuve est préférablement formée de murs à double-parois 57,comportant entre elles un espace 58 empli d'air, de matière pulvérulente ou d'agglomérés calorifuge, monté sur un massif en maçonnerie 18 posé sur le sol.
L'un des côtés verticaux de l'étuve est muni d'une porte, tournante, coulissante ou montante 6, également à dou- ble parois calorifugées, cette porte est destinée à l'intro- duction des objats à dessécher.
A petites distances des parois verticales et sous le plafond, sont disposés de larges tubes métalliques plats 5, 9, 11 (figures 1, 2 et 3), limitant une cavité de faible épaisseur parcourue par les gaz du foyer, constituant des parois radiantes et chauffantes.
Les gaz chauds sont, produits par la combustion de charbon, introduits par le gueulard 45, sur la grille 49, sous l'action de l'air arrivant par la porte 50. Ces gaz par- tent par le conduit 52 sous la dalle réfractaire 55, puis s'étant ainsi abaissé à une température acceptable pour la conservation du métal, dans les quatre tubes métalliques 13, 14, 15 et 16.
De ces tubes, les gaz chauds circulent suivant F.1 de part et d'autre de 1'étuve, dans les radiateurs verticaux et horizontaux symétriques par rapport à l'axe CD ; il suffit donc de décrire la circulation dans une de cas moitiés, pour que soit connue celle de l'autre moitié, qui est identique.
Les gaz arrivant par les tubes 15 et 16 passent dans des gaînes plates 74 et 75, pour se répandre dans les radiateurs verticaux 5, 11, puis rejoignent les éléments horizontaux 5, par les conduits'65, 66 et enfin gagnent les cheminées 1,4 par les radiateurs horizontaux 5,9.
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Le contenu de l'étuve, air et vapeur au début, vapeur surchauffée ensuite, est mis en circulation fermée au moyen du ventilateur aspirant et soufflant 21, suivant un tra- jet figuré par des flèches F. 2,
Le ventilateur 21 aspire les gaz de l'étuve, dans la tranchée 22, située en bas et parallèlement à la porte, au point de plus fort refroidissement, par le conduit 24, et les refoule dans le conduit 19, dans la cavité 46. Cette cavité est comprise entre la semelle de fondation 18 et la dalle 19, où sont disposés les tubes métalliques 13, 14, 15,16; parcourus par les gaz de combustion.
Ces gaz, déjà échauffés, passent ensuite entre la dalle réfractaire 55 qui reçoit en dessous les gaz les plus chauds et la dalle 12, puis s'échappent à l'extrémité infé- rieure de l'étuve, opposée à la porte, par l'ouverture 56 lon- gue et parallèle à la paroi pour se répandre'dans l'étuve.
Dans l'étuve, ces gaz lèchent à la fois les radia- teurs et les pièces à sécher, puis sont repris en 22, par le ventilateur 21.
Les gaz dîs à l'expansion de l'air chauffé ou en- suite à la vapeur produite, s'échappent de l'étuve en passant par l'extrémité inférieure ouverte de la cheminée 3 et soulè- vent la soupape équilibrée 2 pour se répandre dans l'atmos- phère.
Les matières à chauffer sont donc soumises à la fois au rayonnement de larges surfaces chauffantes et au contact rapidement renouvelé de la vapeur surchauffée, d'où résulte une dessication très prompte.
Les radiateurs parcourus par les gaz de combustion peuvent être remplacés par des résistances chauffantes élec- triques ou tout autre moyen d'apporter de la chaleur dans une enceinte fermée.
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Les radiateurs doivent, entourer la charge à chauf- fer aussi complètement que possible, pour faciliter au mieux la transmission de chaleur.
L'étuve ci-dessus décrite présente ainsi les qua- lités suivantes qui permettent la mise en oeuvre du procédé de l'invention avec le maximum de rendement.
1 ) Les pertes extérieurs sont faibles par suite de l'utilisation, pour former l'enceinte, de parois subies avec calorifuge interposé.
2 ) Les produits de combustion sont éliminés de l'étuve par suite du chauffage indirect.
Cela permet particulièrement d'éviter la condensa- tion de la vapeur d'eau contenue dans ces produits sur les pièces froides et l'altération physique ou chimique par les gaz chauds de la surface des dites pièces.
3 ) La transmission de la chaleur s'effectue en partie importante par rad.ieation, par suite de la grade sur- face des radiateurs qui sont disposés près des parois.
4 ) L'économie de chaleur réalisée est très grande par suite du chauffage indirect.
En effet, dans les étuves à chauffage direct, il est nécessaire pour éviter le contact de gaz trop chauds avec les pièces à sécher, d'ajouter un excès d'air à celui nécessaire pour la combustion, auquel s'ajoute encore celui qui est intro- duit pour abaisser le point de saturation et provoquer le séchage par évaporation.
Ce volume de gaz chaud, trois à quatre fois plus grand que le volume des gaz de combustion, est évacué à la cheminée, au mieux, à la température de l'étuve, entraînant, par conséquent, une perte de chaleur deux à trois fois plus
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grande que l'indispensable échappement des gaz brûlés, seul utile avec l'étuve à chauffage indirect.
5 ) La température obtenue dans l'étuve est uniforme et les échanges calorifiques sont très rapides d'une part: par suite de la circulation interne, en circuit fermé, de,la vapeur surchauffée contenue dans l'étuve, qui assure la -oonvec- tion de la!chaleur entre les radiateurs et les pièces à traiter, d'autre part, par la grande conductibilité thermique de la va- peur qui accélère le transport de la chaleur du radiateur aux pièces à sécher.
REVENDICATIONS
1 ) Procédé pour le séchage de matières imprégnées d'un liquide, telles que moules et noyaux de fonderie, carac- térisé par,ce que ; dans une première phase on échauffe les pièces à sécher dans une enceinte fermée, les pièces ne perdant ainsi qu'une faible portion de leur humidité jusqu'à ce que l'atmosphère de l'enceinte soit saturée, ce qui permet d'échauf- fer les pièces d'une manière uniforme dans toute leur masse, sans dessécher notablement leur surface, puis, dans une deu- xième phase ou phase de séchage, on surchauffe la vapeur con- tenue dans l'enceinte, ce qui provoque la dessication totale des pièces à sécher par vaporisation du liquide en évitant tou- te fissuration superficielle.
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"Process and oven for drying wet materials such as foundry molds and cores".
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It is known that molds and cores made of sand or foundry earth, moistened to make them plastic, must most often be dried and fired before undergoing contact with the molten metal.
This drying is generally carried out by heating the wet blocks in ovens in contact with carefully renewed hot air at a speed sufficient to remain well below the saturation point; it is therefore a drying based on the evaporation of water.
This process has multiple drawbacks both for the result and for its cost.
In fact, the humidity of the outer layers of the treated wet mass decreases rapidly, then disappears, while the deeper layers remain at their initial rate, or even, as a result of local condensations, within the block itself, at a rate superior.
As a result, the outer layer, which shrinks as it dries, cracks, then, as a result of the impermeability acquired by its desiccation, these initial slits increase in importance to allow the vaporized water to escape, then, in the central layers.
The object of the present invention is in particular to remedy these drawbacks.
To this end, it relates to a process for drying materials impregnated with a liquid, such as foundry molds and nuts, characterized because in a first phase the pieces to be dried are heated in a closed chamber. , the parts thus losing only a small portion of their humidity until the atmosphere of the chamber is saturated, which allows the parts to be heated in a uniform manner throughout their mass, without drying out notably their sur-
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face, then, in a second phase or drying phase, the vapor contained in the chamber is superheated, which causes the total desiccation of the parts to be dried by vaporization of the liquid, avoiding any superficial cracking.
The invention generally extends to this.
process whatever the devices for its realization.
However, the invention also extends to an oven allowing a particularly simple and advantageous implementation of the preceding process or similar process and comprising the following characteristics taken separately or in combination. a) a closed enclosure provided with a few openings intended to let out the excess volume of the expanded gases and of the vapor produced. b) means for achieving rapid circulation in a closed circuit of the gases contained in the enclosure in order to ensure temperature uniformity.
c) means for indirect heating of the oven, such as radiators, which on the one hand, prevents the presence of water vapor from the combustion gas, which can condense on the cold parts to be treated during the initial heating, eliminates any action of said combustion products or any deposit of soot and dust on the materials to be dried, and, on the other hand (in combination with the elimination of the introduction of air from d (saturation and cooling), allows significant calorific savings. d) the beginning of the heating gas circuit, which is at very high temperature, is placed in a zone of the oven where the internal circulation is intense and the temperature low, which makes it possible to best ensure the exchange of heat between the combustion gases and the gases circulating from the oven.
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The invention also extends to the characteristics described below and to their various possible combinations.
An oven according to the invention is shown by way of example in the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a sectional elevation - Figure 2 is a sectional view of the oven of Figure
1 along line II - II of this figure.
- Figure 3 is a plan view of the radiators, the ceiling wall being aievée.
- Figure 4 is a sectional plan of the oven of Figure 1 along the line IV - IV of this figure.
According to the process of the invention, the wet masses and the air which initially surrounds them are gradually heated, without the addition of humid combustion gases or the like, without renewal of this air which remains at a very similar pressure. atmospheric pressure.
Under these conditions, the ambient air quickly becomes saturated with humidity and can no longer remove water by evaporation, the wet masses therefore heat up in their thickness, without losing the water in their layer. peripheral, which prevents them from cracking by contraction and waterproofing.
As a result of the heating of the air contained in the oven and the new quantities of water vapor emitted by the drying masses, the volume of the mixture increases and the excess is discharged into the outside atmosphere so that the pressure does not increase significantly.
As long as the oven temperature is below
100 degrees centigrade, the desiccation is zero or slow, but as soon as it is exceeded, the production of steam becomes intense, gradually expelling the air which initially filled
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the oven and soon there is only steam left, which overheats more and more as the temperature exceeds 100 degrees centigrade.
In this atmosphere, the drying masses, initially heated to their center and consequently totally expanded while they are still plastic, having lost very little of their humidity, have no tendency to crack. and, heating up slowly, reach, in their mass, a temperature close to 100 degrees centigrade. They keep this temperature as long as they contain impregnation water.
Finally, after this temperature plateau, the duration of which depends on the mass and the exterior surface of the body treated, said temperature rises rapidly; at this time, the steaming is finished.
The drying therefore comprises two distinct phases, the first, corresponding to heating of the parts to be dried, during which the water loss is low and equal to that necessary to saturate the volume of air contained in the oven. the temperature considered; second, of actual drying, beginning when the temperature of the oven on the surface of the parts reaches 100 degrees centigrade and ends when the internal temperature of the parts rises rapidly above 100 C.
This process has many advantages and in particular the following:
1) total elimination of cracks.
2) better heat transmission to the masses to be heated due to the at least 30 times better conductivity of the steam, compared to combustion gases mixed with air according to the usual technique.
3) possibility of better overall thermal utilization.
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Figures 1 to 4 represent an oven for implementing the previous method.
This oven is preferably formed of double-walled walls 57, comprising between them a space 58 filled with air, pulverulent material or heat-insulating agglomerates, mounted on a masonry block 18 placed on the ground.
One of the vertical sides of the oven is provided with a revolving, sliding or rising door 6, also with double insulated walls, this door is intended for the introduction of the objects to be dried.
At small distances from the vertical walls and under the ceiling, are arranged large flat metal tubes 5, 9, 11 (figures 1, 2 and 3), limiting a thin cavity traversed by the gases of the hearth, constituting radiant walls and heated.
The hot gases are, produced by the combustion of coal, introduced through the throat 45, onto the grate 49, under the action of the air arriving through the door 50. These gases leave through the duct 52 under the refractory slab. 55, then having thus lowered to an acceptable temperature for the preservation of the metal, in the four metal tubes 13, 14, 15 and 16.
From these tubes, the hot gases circulate along F.1 on either side of the oven, in the vertical and horizontal radiators symmetrical with respect to the axis CD; it is therefore sufficient to describe the circulation in one of the halves, so that the circulation of the other half, which is identical, is known.
The gases arriving through the tubes 15 and 16 pass through flat ducts 74 and 75, to spread into the vertical radiators 5, 11, then join the horizontal elements 5, through the ducts' 65, 66 and finally reach the chimneys 1, 4 by horizontal radiators 5.9.
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The contents of the oven, air and steam at the start, then superheated steam, are circulated closed by means of the suction and blowing fan 21, following a path shown by arrows F. 2,
The fan 21 sucks the gases from the oven, in the trench 22, located at the bottom and parallel to the door, at the point of strongest cooling, through the duct 24, and pushes them back into the duct 19, into the cavity 46. This cavity is between the foundation flange 18 and the slab 19, where the metal tubes 13, 14, 15, 16 are arranged; traversed by the combustion gases.
These gases, already heated, then pass between the refractory slab 55 which receives the hottest gases below and the slab 12, then escape at the lower end of the oven, opposite the door, through the opening 56 long and parallel to the wall to spread through the oven.
In the oven, these gases lick both the radiators and the parts to be dried, then are taken up at 22, by the fan 21.
The gases due to the expansion of the heated air or subsequently to the steam produced, escape from the oven through the open lower end of the chimney 3 and lift the balanced valve 2 to drain. to spread in the atmosphere.
The materials to be heated are therefore subjected both to the radiation of large heating surfaces and to the rapidly renewed contact with the superheated steam, which results in very rapid drying.
The radiators traversed by the combustion gases can be replaced by electric heating resistors or any other means of supplying heat in a closed enclosure.
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The radiators must surround the load to be heated as completely as possible, in order to facilitate the transmission of heat as much as possible.
The oven described above thus exhibits the following qualities which allow the process of the invention to be carried out with maximum efficiency.
1) The external losses are low as a result of the use, to form the enclosure, of walls sustained with interposed thermal insulation.
2) Combustion products are removed from the oven as a result of indirect heating.
This makes it possible in particular to avoid the condensation of the water vapor contained in these products on the cold parts and the physical or chemical deterioration by the hot gases on the surface of said parts.
3) The heat transmission takes place to a large extent by rad.ieation, owing to the surface grade of the radiators which are placed near the walls.
4) The heat saving achieved is very great as a result of indirect heating.
In fact, in direct heating ovens, it is necessary, to avoid contact of too hot gases with the parts to be dried, to add an excess of air to that necessary for combustion, to which is also added that which is introduced to lower the saturation point and induce evaporative drying.
This volume of hot gas, three to four times greater than the volume of combustion gases, is discharged to the chimney, at best, at the temperature of the oven, resulting, therefore, in a loss of heat two to three times more
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large than the essential exhaust of burnt gases, only useful with the oven with indirect heating.
5) The temperature obtained in the oven is uniform and the heat exchanges are very fast on the one hand: as a result of the internal circulation, in a closed circuit, of the superheated steam contained in the oven, which ensures the -oonvec - tion of the heat between the radiators and the parts to be treated, on the other hand, by the great thermal conductivity of the steam which accelerates the transport of heat from the radiator to the parts to be dried.
CLAIMS
1) Process for drying materials impregnated with a liquid, such as foundry molds and cores, characterized by, that; in a first phase, the parts to be dried are heated in a closed chamber, the parts thus losing only a small portion of their humidity until the atmosphere of the chamber is saturated, which makes it possible to heat up. iron the parts in a uniform manner throughout their mass, without notably drying out their surface, then, in a second phase or drying phase, the vapor contained in the chamber is superheated, which causes total desiccation parts to be dried by vaporization of the liquid, avoiding any superficial cracking.