FR2714857A1 - Device for treating and recycling foundry sand - Google Patents
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Abstract
Description
DisDositif Dour le traitement et le recvclaae des sables de fonderie. de produits aranuleux et Dulvérulents. Device for the treatment and recvclaae of foundry sands. aranular and Dulverulent products.
L'invention se rattache au secteur technique du traitement thermique des sables de fonderie. The invention relates to the technical sector of heat treatment of foundry sands.
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. We know the need to heat treat the foundry sands, for recycling, while respecting the increasingly strict rejection and pollution standards.
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. Among the existing solutions, mention may be made of continuous installations, of the fluidized bed type combining core combustion of the fuel elements, thermal diffusion and agitation of the bath, as well as the transport of the products. These installations require significant energy for mixing by the oxidizer with rigorous control of the temperatures and gas flow rates, with the risks of escaping unsaturated gaseous elements, such as carbon monoxide, nitrogen oxide, hydrocarbons, as well as so-called intangible or even completely cracked leaks.
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. Mention may also be made of installations of the type of those defined in patent application EP 0524120, which discloses a device for continuously recycling foundry sands bonded to resin. This installation essentially comprises an oven, the lower part of which is designed to be connected to oxygen supply pipes.
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.A horizontal grid placed above the bottom of the furnace allows the flow of purified sand, while a second grid, arranged parallel to the previous one, allows the sand-resin mixture to be retained.
Entre les deux grille, sont disposés les éléments d'allumage, tel que du bois. Between the two grids are arranged the ignition elements, such as wood.
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). However, this solution is not satisfactory, since it is not possible to control the flow rate and the combustion. No extraction system is planned. The quality of the system is not perfect, from an operational flexibility point of view (flow rates, control, regulation, transient phases).
Enfin, compte-tenu du principe de fonctionnement, cette installation ne peut fonctionner que dans les dimensions et volumes déterminés. Finally, taking into account the operating principle, this installation can only operate in the determined dimensions and volumes.
L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients, de manière simple, sûre, efficace et rationnelle. The object of the invention is to remedy these drawbacks in a simple, safe, effective and rational manner.
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. The problem which the invention proposes to solve is to reduce the consumption of energy and to control the combustion of the fuel contained in the sand and of the composition of the combustion gases.
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.To solve such a problem, a device of the static and gravity type has been designed and developed, comprising:
- a tank constituting directly or in a reported manner a combustion chamber,
- an after-combustion chamber,
- means of ignition.
- 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.means capable of ensuring the gravity loading of sand and fines from the combustion chamber to a certain level,
means capable of ensuring the introduction and distribution of the sands, at the heart of the combustion chamber, during the treatment cycle,
means for controlling the positioning of the combustion front,
- means for modulating the calorific value.
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. Another problem which the invention proposes to solve is to ensure that the temperature is directly set in the mass of sands inside the tank.
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. Such a problem is solved in that the ignition means are arranged in the mass of sands and are in the form of a combustion chamber equipped with a tangential burner and several collecting elements, in communication with the outside by a shutter member, controllable at will, as a function of the temperature of the mass of sands; the collector is able to be supplied in an adjustable manner by a mixture of air and oxygen.
Ces dispositions permettent le maintien en température par l'allumage du brûleur tangentiel en cas de carrence de combustible. These provisions allow the temperature to be maintained by igniting the tangential burner in the event of a fuel deficiency.
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. The problem posed of ensuring the gravity supply of the combustion chamber, on the one hand, as regards the loading phase and, on the other hand as regards the recycling phase, in steady state, is resolved by the following provisions:
the gravity loading means consist of a member of the mixing screw type in communication with tanks containing in particular the sands and fines, said screw being in communication with a nozzle which can be closed at will and opens into the upper part of the tank,
- The introduction and distribution means consist of a pipe that can be closed at will and in communication with the mixing screw type member, said pipe opening out at the heart of the tank, being fitted at the end with a distribution device for the flow of sands and 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. The means for controlling the positioning of the combustion front consist of elements capable of being supplied in an adjustable manner, by a mixture of air and oxygen and possibly of gas.
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. The elements consist of tubular ramps arranged at the heart of the mixing bath in the same horizontal plane and pierced by orifices directed downwards below the distributor member.
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. To resolve the problem posed of controlling the complete combustion of the product, the purification means consist of an oxygen supply, disposed in the bottom of the tank which is frustoconical.
Le fond du réservoir est en communication avec une vis d'extraction. The bottom of the tank is in communication with an extraction screw.
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.The invention is set out below in more detail using the appended drawings, in which:
Figure 1 is a purely schematic view in longitudinal section of the device according to the invention.
La figure 2 est une vue en coupe transversale considérée selon la ligne 2.2 de la figure 1. Figure 2 is a cross-sectional view taken along line 2.2 of Figure 1.
La figure 3 est une variante de réalisation correspondant à la figure 2. FIG. 3 is an alternative embodiment corresponding to FIG. 2.
La figure 4 est, à une échelle plus importante, une vue en coupe considérée selon la ligne 4.4 de la figure 2. Figure 4 is, on a larger scale, a sectional view taken along line 4.4 of Figure 2.
La figure 5 est une vue à caractère purement schématique en coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation du dispositif. Figure 5 is a purely schematic view in longitudinal section of another embodiment of the device.
La figure 6 est une vue en coupe transversale considérée selon la ligne 6.6 de la figure 5. Figure 6 is a cross-sectional view taken along line 6.6 of 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. As shown in FIG. 1, the device for heat treatment of the sands according to the invention is shaped to constitute a static and gravity unit. For this purpose, the combustion chamber is constituted by a tank (1) whose bottom (la) is frustoconical. The upper part of the tank is connected in a known manner to an after-combustion chamber (2) and has an ignition burner of any known and suitable type (3) arranged tangentially.
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. The sands and fines are contained in storage tanks (4) and (5) connected to an Archimedes screw (6) for their mixing and introduction from the upper part of the tank.
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. For this purpose, the mixing element (6) has a first pipe (7) in communication with the upper part of the tank and a second pipe (8) opening into the heart of the tank. Each of the pipes (7) and (8) has valve type shutter members (9) and (10). These organs (9) and (10) are remotely controllable by any known and appropriate means and have the function of closing at will the pipes (7) and (8) according to the operating cycle considered, as will be indicated in the rest of the 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. At the end of the pipe (8) and very substantially in coaxial alignment with the latter, is mounted a distributor member (11), in order to distribute the flow of sand and fines in the main combustion zone.
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. According to an important characteristic of the invention, the combustion chamber (1) has means (12) (12c) for controlling and positioning the combustion front.
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. These means consist of elements able to be supplied in an adjustable manner for the injection of air and oxygen. It is also planned to inject gas in the case of a mixture with a high fluctuation in calorific value. These elements (12) can consist of several concentric or linear ramps arranged in the same horizontal plane (Figures 2 and 3). These ramps are made from tubular members equipped with blowing nozzles (12a) directed downwards. These ramps are supplied with (12b). Obviously, the described arrangements and embodiments of the ramps (12) should not be considered as limiting.
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. The other control means (12c) for positioning the combustion front is provided by any continuous temperature measurement system above the oxygen insufflation ramps.
Selon une autre caractéristique, le fond tronconique (1 a) de la chambre de combustion est agencé pour permettre l'insufflation d'oxygène. According to another characteristic, the frustoconical bottom (1 a) of the combustion chamber is arranged to allow oxygen insufflation.
Enfin, ce fond (la) est en communication avec une vis d'extraction (13) des produits traités. Finally, this bottom (la) is in communication with an extraction screw (13) of the treated products.
II convient d'analyser le fonctionnement du dispositif selon l'invention. It is necessary to analyze the operation of the device according to the 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. For loading the combustion chamber (1), the valve (9) is closed to close the central pipe (8) accordingly. The valve (10) is open to allow, by gravity, by means of the worm (6), the supply of sand and fines to the combustion chamber (1). This supply is carried out up to the high level of the combustion chamber by injecting air if necessary, to level the free surface of the bath.
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). For ignition, by means of the burner (3), the valves (9) and (10) are closed. The mixing and feeding screw (6) is stopped. There is therefore start of the combustion with oxygen injection and progression of the combustion front towards the desired zone. The steady state transfer is detected by means of the element (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. For the steady state, corresponding to the treatment operation as such, the valve (10) is closed, while the valve (8) is open. The mixing screw (6) is driven to allow the introduction of sands and fines, at the heart of the combustion chamber, by means of the pipe (8), in combination with the distributor (11). The extraction screw (13) is actuated.
Comme indiqué, les caractéristiques définies permettent de maîtriser le positionnement et la température du front de combustion. As indicated, the characteristics defined make it possible to control the positioning and the temperature of the combustion front.
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. If the fuel mixture is deficient, the combustion front will tend to rise. Under these conditions, it suffices to introduce gas through the pipe (12b), to bring it back down.
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.Conversely, in the event of excess, the combustion front moves downwards, so that it suffices to reduce the oxygen supply and increase the air supply to bring it up.
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. The oxygen supply from the bottom of the tank makes it possible to control the complete combustion of the sands. The composition of the combustion gases is also perfectly mastered in the laboratory which appears above the free surface of the sand bath. Combustion takes place in the dense phase, which makes it possible to increase the residence time of the gases in the bath, therefore their better combustion. There is a natural separation between the flow of silica sands and the intangibles that will follow the gases, by mechanical drive generated by stirring at the combustion front.
A noter que la vis d'extraction (13) permet de maîtriser le temps de séjour et le débit de produits traités. Note that the extraction screw (13) makes it possible to control the residence time and the flow rate of processed products.
A partir de cette conception de base, le dispositif peut avantageusement être complété et modifié par les dispositions suivantes. From this basic design, the device can advantageously be supplemented and modified by the following arrangements.
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.The reservoir (1) has, in replacement of the elements (12), that is to say at the heart of the mass of sands to be treated, a combustion chamber (14) equipped with a tangential burner (15) and several collecting elements (16). The chamber (14) and the collecting elements (16) are in communication with the outside by means of a pipe (17) which passes through the tank (1). This pipe (17) can be closed at will by means of a valve (18) controlled for example by means of a jack (19). The distribution manifolds (16) are intended to be supplied with oxidizers, in particular constituted by a mixture of air and oxygen.
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.As indicated previously, the bottom of the tank is arranged to allow oxygen insufflation. In this embodiment, the operation of the device is as follows
Filling and feeding takes place as indicated above. The tangential burner (15) makes it possible to develop the combustion products and consequently to heat the sand in the mass, taking into account the manifold distributors (16), the valve (18) being open. When the temperature of the mass of sand is reached, the valve (18) is closed, as well as the burner. The mixture of oxygen and air is then sent to the combustion chamber (14). This mixture passes through the collectors (16) to effect the combustion of the resin taking into account, in the mixture, sand and 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. As indicated previously, an addition of oxygen at the bottom of the tank makes it possible to achieve complete combustion of the sand + fine mixture. In steady state, the extraction screw (13) is actuated.
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. Note that in this embodiment, the temperature is set directly in the mass of sands. The tangential burner maintains this temperature in the event of a fuel shortage. In addition, there is no injection of natural gas into the sands, thereby eliminating any risk of residual soot and plugging of the injection holes at the collectors.
Outre ces avantages, on souligne
- la parfaite maîtrise des gaz de combustion, donc de l'environnement.In addition to these advantages,
- perfect control of combustion gases, and therefore of the environment.
- 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. - the supply of oxygen, air and possibly just gases necessary for optimum complete combustion in energy consumption,
- the dense phase mixing of the products, which makes it possible to homogenize the combustion reaction, without however allowing rapid transit of the particles (by mechanical drive), as is the case in a fluidized bed.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9400397A FR2714857B1 (en) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | Device for the treatment and recycling of foundry sands, granular and powdery products. |
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| FR2714857B1 FR2714857B1 (en) | 1996-03-29 |
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ID=9459068
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| FR9400397A Expired - Fee Related FR2714857B1 (en) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | Device for the treatment and recycling of foundry sands, granular and powdery products. |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH577351A5 (en) * | 1974-12-17 | 1976-07-15 | Wyhlen Ag Eisenbau | Reclaiming used foundry sand bonded with resin - using vertical heating chamber fitted with two cyclone dust extractors |
| DE3312863A1 (en) * | 1983-04-09 | 1984-10-18 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | METHOD FOR BURNING COMBUSTIBLE GOODS AND COMBUSTION CHAMBER TO BURN THE EXHAUST GAS |
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-
1994
- 1994-01-10 FR FR9400397A patent/FR2714857B1/en not_active Expired - Fee Related
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 10, no. 114 (M - 473)<2171> 26 April 1986 (1986-04-26) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2714857B1 (en) | 1996-03-29 |
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