FR2731930A1

FR2731930A1 - Production of foundry sand moulds

Info

Publication number: FR2731930A1
Application number: FR9503358A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1995-03-22
Publication date: 1996-09-27
Anticipated expiration: 2015-03-22
Also published as: FR2731930B1

Abstract

Sand moulds are produced by mixing together sand material and an alkaline binder and heating to above room temperature and below 100 deg. C such that after the hardening process the mass remains above room temperature. Rapid dehydration of the binder is carried out by the effect of the heat together with evacuation of the water vapour produced.

Description

La présente invention concerne un procédé et dispositif d'agglomération de matériaux granulaires, applicables en particulier à la fabrication de moules et noyaux en sable de fonderie. The present invention relates to a method and device for agglomerating granular materials, applicable in particular to the manufacture of molds and cores in foundry sand.

Les cinquante dernières années ont vu le développement de différents procédés d'agglomération visant à obtenir un durcissement rapide des sables préalablement compactés contre les modèles, assurant ainsi une reproduction fidèle de l'empreinte, et donc une bonne précision de moulage, suivant des séquences compatibles avec des productions de grande série. Ces procédés sont fondés sur la mise en oeuvre de réactions chimiques irréversibles provoquées soit par insuSation de gaz catalyseurs, soit au contact d"outillages chauds. The last fifty years have seen the development of various agglomeration processes aimed at obtaining rapid hardening of the sands previously compacted against the models, thus ensuring a faithful reproduction of the imprint, and therefore good molding precision, according to compatible sequences. with mass production. These processes are based on the implementation of irreversible chemical reactions caused either by the lack of catalyst gases or by contact with hot tools.

Un procédé trés répandu met en oeuvre comme liant un silicate alcalin liquide, de préference du silicate de soude, de formule: m Six2, n Na2O, q H2 o dont le durcissement trés rapide, de l'ordre de quelques secondes à une minute selon le volume à traiter, est obtenu en utilisant comme agent durcissant du gaz carbonique C02, injecté dans la masse granulaire. A very widespread process implements as a binder a liquid alkaline silicate, preferably sodium silicate, of formula: m Six2, n Na2O, q H2 o whose hardening very fast, of the order of a few seconds to a minute depending the volume to be treated is obtained by using carbon dioxide C02, injected into the granular mass, as a hardening agent.

Une partie de la soude du silicate réagit avec ce gaz carbonique (plus précisément avec l'acide Cl3112 résultant de sa dissolution dans l'eau du liant). fi se forme alors du carbonate de soude
CO3Na2, ce qui augmente le module (rapport Si(Y / Na2 O) du silicate et donc sa viscosité jusqu'à sa solidification.Part of the silicate soda reacts with this carbon dioxide (more precisely with the acid Cl3112 resulting from its dissolution in water of the binder). fi then forms soda ash
CO3Na2, which increases the modulus (Si (Y / Na2 O) ratio of the silicate and therefore its viscosity until it solidifies.

Cependant, cet avantage de rapidité est contrebalancé par un inconvénient sérieux: le carbonate de soude formé casse le film de silicate de soude qui perd ainsi une grande partie de son pouvoir adhésif. fi en résulte des résistances à la compression sur éprouvette cylindrique normalisée (diamètre 50,8 mm, hauteur 50,8 mm) ne dépassant pas 5 à 10 daN/cm2. Cette résistance est génêralement suffisante pour consolider la masse granulaire et permettre sa séparation du modèle. However, this advantage of speed is offset by a serious drawback: the sodium carbonate formed breaks the film of sodium silicate which thus loses a large part of its adhesive power. fi results in compressive strengths on standard cylindrical specimen (diameter 50.8 mm, height 50.8 mm) not exceeding 5 to 10 daN / cm2. This resistance is generally sufficient to consolidate the granular mass and allow its separation from the model.

Après le démoulage, la masse granulaire subit un complément de déshydratation qui peut avoir des effets contraires suivant le module de silicate employé et la quantité de gaz carbonique entré en réaction et donc de carbonate de soude formé. Si le module est bas et cette formation limitée, la résistance du moulage augmente jusqu'à 15 à 20 daN/cm2. Si le module est élevé et la formation de carbonate de soude importante, le film de silicate peut être complétement détruit si le module dépasse la limite de 4. La silice précipite alors et ne présente plus aucune cohésion lors de sa déshydratation. After demoulding, the granular mass undergoes additional dehydration which can have opposite effects depending on the silicate module used and the quantity of carbon dioxide entered in reaction and therefore of sodium carbonate formed. If the modulus is low and this formation limited, the strength of the molding increases to 15 to 20 daN / cm2. If the modulus is high and the formation of significant sodium carbonate, the silicate film can be completely destroyed if the modulus exceeds the limit of 4. The silica then precipitates and no longer exhibits any cohesion during its dehydration.

Le durcissement au gaz carbonique ne permet donc pas d'exploiter la totalité du pouvoir d'agglomération du silicate de soude qui résulterait de sa seule déshydration, ce qui en limite remploi à des moulages relativement massifs pour lesquels les résistances obtenues restent suffisantes.Pour des noyaux de faible section soumis à des contraintes de flexion, on a généralement recours à des liants à base de résines synthétiques. Hardening with carbon dioxide therefore does not make it possible to exploit the entire agglomerating power of the sodium silicate which would result from its dehydration alone, which in turn limits the use to relatively massive moldings for which the resistances obtained remain sufficient. cores of small section subjected to bending stresses, one generally uses binders based on synthetic resins.

Cependant, ces différentes techniques d'agglomération ont l'inconvénient de laisser dans les sables résiduels des composés chimiques organiques indésirables, qui réduisent la potentialité de recyclage de ces sables ou nécessitent des installations de traitement prohibitives. La mise en décharge de ces sables usés sous forme de déchets ultimes pose également d'importants problèmes en regard des règlementations de plus en plus sévères de protection de l'environnement. However, these different agglomeration techniques have the drawback of leaving undesirable organic chemical compounds in the residual sands, which reduce the potential for recycling these sands or require prohibitive treatment facilities. The landfilling of these spent sands in the form of final waste also poses major problems with regard to increasingly stringent environmental protection regulations.

On connait, par ailleurs, les propriétés adhèsives du silicate de soude: par déshydratation, sa viscosité augmente considérablement. Après déshydratation complète, il confère aux assemblages granulaires qu'il agglomère des résistances mécaniques tout à fait comparables à celles obtenues avec des résines synthétiques thermodurcissables.Par exemple, l'incorporation d'un silicate de soude liquide de module variant de 2,2 à 2,8 à un taux correspondant à 1% de matière sèche (SiO2+Na2O) dans un sable siliceux d'indice de finesse
AFS 58/60, confère à une éprouvette cylindrique normalisée séchée 2 heures à 105oC, une résistance à la compression supérieure à 100 daN/cm2
L'utilisation de ces propriétés se heurte toutefois à un obstacle majeur qui est la lenteur du processus de déshydration, peu compatible avec des cycles de fabrication industrielle de série, qui exigent une immobilisation minimale des modèles. De nombreuses tentatives ont été effectuées pour accélérer le processus de durcissement du silicate de soude par déshydratation.L'emploi du vide comme accélèrateur d'évaporation n'a pu permettre des durées de durcissement inférieures à 10 minutes. On a également tenté d'accélérer cette évaporation par chauffage, par l'emploi de micro-ondes, d'outillages chauds, par injection d'air chaud. L'application des micro-ondes nécessiterait des durées de l'ordre de 5 minutes pour obtenir la déshydration complète d'une éprouvette standard, ce qui reste inadéquat.We also know the adhesive properties of sodium silicate: by dehydration, its viscosity increases considerably. After complete dehydration, it gives the granular assemblies that it agglomerates mechanical strengths quite comparable to those obtained with thermosetting synthetic resins. For example, the incorporation of a liquid sodium hydroxide silicate with a module varying from 2.2 to 2.8 at a rate corresponding to 1% of dry matter (SiO2 + Na2O) in a silica sand with a fineness index
AFS 58/60, gives a standard cylindrical specimen dried 2 hours at 105oC, a compressive strength greater than 100 daN / cm2
The use of these properties comes up against a major obstacle, however, which is the slowness of the dehydration process, which is not very compatible with industrial serial production cycles, which require minimal immobilization of the models. Numerous attempts have been made to accelerate the curing process of sodium silicate by dehydration. The use of vacuum as an evaporation accelerator could not allow curing times of less than 10 minutes. Attempts have also been made to accelerate this evaporation by heating, by the use of microwaves, of hot tools, by injection of hot air. The application of microwaves would require times of the order of 5 minutes to obtain complete dehydration of a standard test piece, which remains inadequate.

L'utilisation d'outillages chauds permet de former rapidement un croûte déshydratée en surface de la masse granulaire, suffisamment résistante pour permettre le démoulage, mais l'eau est alors chassée vers l'intérieur de la masse encore froide où elle se condense. A défaut d'une déshydratation complète, cette eau résiduelle migre vers la surface lors de son refroidissement et lui fait perdre sa résistance. Le séchage par insufflation d'air chaud est tout aussi décevant.The use of hot tools makes it possible to quickly form a dehydrated crust on the surface of the granular mass, sufficiently resistant to allow release from the mold, but the water is then expelled towards the interior of the still cold mass where it condenses. In the absence of complete dehydration, this residual water migrates to the surface when it cools and makes it lose its resistance. Drying with hot air is just as disappointing.

Le front de déshydratation ne progresse que trés lentement: 44 mm en 10 mn pour une température d'air injecté de 200"C. Un noyau de 7,5 kg nécessiterait une injection d'air chauffé pendant 5 minutes avant d'être considéré comme durci. Le brevet français n" 2 525 936, enregistré sous le n" 82 07553, combine l'action d'un courant gazeux chaud, d'air ou de gaz de combustion contenant du gaz carbonique, arrivant en surpression sur le moule et étant évacué par une dépression sur la face opposée du moule, mais il n'apparait pas que ce procédé permette une rapidité de déshydratation et de cycles d'opération significatifs. The dehydration front progresses only very slowly: 44 mm in 10 min for an injected air temperature of 200 "C. A 7.5 kg core would require an injection of heated air for 5 minutes before being considered as French patent No. 2,525,936, registered under No. 82 07553, combines the action of a hot gas stream, of air or of combustion gases containing carbon dioxide, arriving at overpressure on the mold and being evacuated by a vacuum on the opposite face of the mold, but it does not appear that this process allows rapid dehydration and significant operating cycles.

Pour obtenir des cycles d'une durée moyenne de l'ordre de 2 mn, il s'est avéré nécessaire de compléter ces techniques par une injection supplémentaire de gaz carbonique, dont l'effet négatif sur la cohésion de la masse granulaire faisait perdre une partie des avantages de la technique de déshydratation. To obtain cycles of an average duration of the order of 2 min, it has proved necessary to supplement these techniques with an additional injection of carbon dioxide, the negative effect of which on the cohesion of the granular mass caused a loss of part of the advantages of the dehydration technique.

L'objet de la présente invention est un procédé de fabrication d'élèments de moulage, notamment pour leur application dans le domaine de la fonderie, à partir d'un durcissement d'un liant alcalin, par exemple un silicate de soude, sous l'effet de sa seule déshydratation, et par conséquent sans utilisation d'injection de gaz carbonique, et permettant des cycles de production compatibles avec des cadences de fabrication de grande série, d'une durée de l'ordre de quelques secondes à une minute. The object of the present invention is a process for manufacturing molding elements, in particular for their application in the foundry field, from a hardening of an alkaline binder, for example a sodium silicate, under the 'effect of its only dehydration, and therefore without the use of carbon dioxide injection, and allowing production cycles compatible with mass production rates, of the order of a few seconds to one minute.

Le procédé d'agglomération de masse granulaires de moulage par déshydratation d'un liant alcalin, notamment un silicate de soude, objet de l'invention est caractérisé en ce que l'apport calorifique nécessaire à la déshydratation de ce liant est assuré par un chauffage préalable de la masse granulaire, à laquelle est incorporé le liant dans un mélangeur étanche, le mélange de moulage ainsi obtenu étant ensuite mis en forme dans des outillages suivant des techniques classiques de moulage telle que le soufflage.Le mélange ainsi mis en forme subira ensuite une déshydratation accélérée sous l'effet combiné de l'apport calorifique réstitué par la masse granulaire préchauffée et d'une évacuation de la vapeur d'eau formée par un moyen physique tel que, suivant un mode de réalisation préféré, une insufflation d'air sec dans la masse moulée qui assure l'évacuation rapide de la vapeur d'eau dégagée par la déshydratation du liant. L'air insufflé sera aussi déshydraté que possible. Par exemple, il pourra présenter avantageusement un point de rosée de - 23"C, correspondant à une tension de vapeur p0 de I mbar.Dans un autre mode de réalisation, on réduira le temps de déshydratation en soumettant la masse granulaire moulée à une pression réduite inférieure à la tension de vapeur de l'air à la température de la masse granulaire, provoquant une ébullition de l'eau à élimmer. The granular mass agglomeration process for dehydrating molding of an alkaline binder, in particular a sodium silicate, object of the invention is characterized in that the calorific contribution necessary for the dehydration of this binder is provided by heating prior to the granular mass, into which the binder is incorporated in a sealed mixer, the molding mixture thus obtained is then shaped in tools according to conventional molding techniques such as blowing. The mixture thus formed will then undergo an accelerated dehydration under the combined effect of the calorific intake restored by the preheated granular mass and an evacuation of the water vapor formed by a physical means such as, according to a preferred embodiment, an air blowing dry in the molded mass which ensures the rapid evacuation of the water vapor released by the dehydration of the binder. The supply air will be as dehydrated as possible. For example, it may advantageously have a dew point of - 23 "C, corresponding to a vapor pressure p0 of I mbar. In another embodiment, the dehydration time will be reduced by subjecting the molded granular mass to a pressure reduced below the vapor pressure of air at the temperature of the granular mass, causing the water to be boiled to be removed.

Les liants utilisés dans le cadre de l'invention incluront les adhèsifs organiques solubles ou émulsionables dans l'eau, et qui sont doncc susceptibles de durcir par évaporation. The binders used in the context of the invention will include water-soluble or emulsifiable organic adhesives, which are therefore capable of hardening by evaporation.

On peut citer non limitativement parmi ceux-ci:
- les dérivés de la cellulose, du type carboxyméthylcellulose,
- les oses et les dérivés amylacés, tels que les sucres, les dextrines, les amidons prégélatinisés
- les composants à radicaux vinyliques, tels que l'alcool polyvinylique et la p olyvinylpyrollidone,
- les copolymères éthylène-acétate de vinyle en émulsion.Among these, there may be mentioned, without limitation:
- cellulose derivatives, of the carboxymethylcellulose type,
- dares and starchy derivatives, such as sugars, dextrins, pregelatinized starches
components with vinyl radicals, such as polyvinyl alcohol and p olyvinylpyrollidone,
- ethylene-vinyl acetate copolymers in emulsion.

On pourra utiliser également des adhésifs organique s solubles dans des solvants organiques qui, durcissables par évaporation, pourront être utilisés dans le cadre du procédé selon l'invention, avec une adaptation des conditions opérationnelles propre au solvant utilisé. It is also possible to use organic adhesives soluble in organic solvents which, hardenable by evaporation, can be used in the context of the process according to the invention, with an adaptation of the operational conditions specific to the solvent used.

fi est toutefois à noter que l'emploi de tels adhésifs ne présente pas tous les avantages relevés pour remploi de liants au silicate de soude. However, it should be noted that the use of such adhesives does not have all the advantages noted for the use of binders with sodium silicate.

Dans la forme d'exécution préfèrée de l'invention mettant en oeuvre un silicate alcalin comme liant, celle-ci présente par rapport aux procèdés précités, notamment à ceux faisant appel à des résines synthétiques durcissables à chaud ou à froid, les avantages suivants:
- un faible coût de liant pour une rapidité de durcissement similaire,
- une bonne facilité de mise en oeuvre et de serrage de la masse granulaire à compacter, due à rabaissement de viscosité du liant chauffé,
- la réversibilité de la réaction: les sables non utilisés tels que ceux des moules et noyaux cassés sont récupérables par réhydratation. fi est même possible de réutiliser dans les mêmes conditions les sables ayant subi la coulée du métal, si aucune réaction chimique irréversible n'est intervenue substantiellement sur le silicate, telle que, par exemple une carbonatation.In the preferred embodiment of the invention using an alkaline silicate as a binder, the latter has the following advantages over the abovementioned processes, in particular those using synthetic resins which can be hardened by hot or cold:
- a low cost of binder for a similar hardening speed,
a good ease of implementation and tightening of the granular mass to be compacted, due to a reduction in viscosity of the heated binder,
- the reversibility of the reaction: unused sands such as those from broken molds and cores are recoverable by rehydration. It is even possible to reuse under the same conditions the sands having undergone the casting of the metal, if no irreversible chemical reaction has occurred substantially on the silicate, such as, for example, carbonation.

- le pouvoir adhésif élevé du silicate permet de réduire la quantité de liant utilisé, facilitant ainsi le décochage des pièces et leur séparation du sable après la coulée. La récupération du sable en vue de son recyclage est également facilitée par le faible taux de liant permettant une telle opération par attrition,
- ragent gazeux utilisé est de l'air sec qui ne présente pas les risques industriels des agents durcisseurs gazeux (toxicité, inflammabilité) nécessitant leur captation et leur traitement,
- les émissions gazeuses se limitent à de la vapeur d'eau, en l'absence de toute émission nocive, formées, vapeurs, odeurs, pour l'ensemble du processus, depuis la préparation du sable de moulage jusqu'à l'obtention des pièces moulées refroidies,
- l'absence d'éléments polluants dans les sables usés autorise leur mise en décharge sans règlementation particulière,
- le mélange de moulage a une compatibilité totale avec des liants de type bentonite, ce qui permet son utilisation pour des noyaux utilisés concurremment avec des sables argileux à vert de fonderie classique, généralement recyclés en sablerie.- the high adhesive power of the silicate makes it possible to reduce the quantity of binder used, thus facilitating the release of the parts and their separation from the sand after casting. The recovery of sand for recycling is also facilitated by the low rate of binder allowing such an operation by attrition,
- the gaseous agent used is dry air which does not present the industrial risks of gaseous hardening agents (toxicity, flammability) requiring their capture and treatment,
- the gaseous emissions are limited to water vapor, in the absence of any harmful emission, formed, vapors, odors, for the whole process, from the preparation of the molding sand until obtaining the cooled molded parts,
- the absence of polluting elements in the used sands allows them to be landfilled without special regulations,
- The molding mixture has full compatibility with bentonite type binders, which allows its use for cores used concurrently with clay sands to conventional foundry green, generally recycled in sand.

Le procédé de moulage selon l'invention sera décrit de façon plus détaillée ci-après, en référence aux figures annexées, ou,
- la figure I représente schématiquement un dispositif de préparation du mélange de la masse granulaire et du liant,
- les figures 2a, 2b et 2c schématisent un dispositif et les étapes sucessives de mise en forme d'élèments de moulage suivant le procédé de durcissement par déshydratation de l'invention, mettant en oeuvre une injection d'air comprimé déshydraté,
- les figures 3a, 3b et 3c schématisent les étapes de mise en oeuvre du procédé opérant la déshydratation par mise sous vide partiel de l'élément moulé.The molding process according to the invention will be described in more detail below, with reference to the appended figures, or,
FIG. I diagrammatically represents a device for preparing the mixture of the granular mass and the binder,
FIGS. 2a, 2b and 2c show schematically a device and the successive stages of shaping of molding elements according to the dehydration hardening process of the invention, using an injection of dehydrated compressed air,
- Figures 3a, 3b and 3c show schematically the stages of implementation of the process operating the dehydration by partial vacuum of the molded element.

Sur la figure 1, la matière granulaire est introduite par la partie supérieure d'une trémie d'alimentation 1 pouvant comporter un dispositif de réchauffage ou de maintien à température de la masse granulaire. Celle-ci peut éventuellement y arriver déjà préchauffée, par exemple lorsqu'il s'agit de sable récupéré après coulée et encore chaud, ou réchauffé à partir de chaleur de récupération comme il n'en manque pas génèralement dans les fonderies. In FIG. 1, the granular material is introduced through the upper part of a feed hopper 1 which may include a device for heating or keeping the granular mass at temperature. This can possibly arrive there already preheated, for example in the case of sand recovered after casting and still hot, or reheated from recovery heat as is not generally lacking in foundries.

Les températures de préchauffage relativement peu élevées nécessitées par le procédé de l'invention facilitent cette utilisation de chaleur de récupération et le rend d'autant plus économique. A défaut, tous moyens connus de chauffage peuvent être utilisés: statiques, dynamiques, par convection, rayonnement ou conductibilité, sous réserve qu'ils assurent la production dune masse granulaire de température précise, constante et uniforme.The relatively low preheating temperatures required by the process of the invention facilitate this use of recovery heat and make it all the more economical. Failing this, all known means of heating can be used: static, dynamic, by convection, radiation or conductivity, provided that they ensure the production of a granular mass of precise, constant and uniform temperature.

Un réservoir 2 assurera l'alimentation de liant, avec un dispositif de réchauffage et de maintien à température suivant les mêmes contraintes que pour la masse granulaire en 1. A reservoir 2 will supply the binder, with a device for heating and maintaining the temperature according to the same constraints as for the granular mass in 1.

La trémie 1 et le réservoir 2 alimentent un dispositif mélangeur 3 de la masse granulaire et du liant, au moyen de dispositifs de dosage, non représentés, utilisant des technologies volumétriques ou pondérales de type connu. Le mélangeur 3, qui peut être de type continu ou discontinu suivant l'installation envisagée, est muni d'un calorifugeage 4 destiné à éviter toute condensation du liant sur les parois, ainsi que de sas d'entrée 5 et 6 et d'évacuation 7 à fermeture étanche pour éviter toute déperdition d'eau pendant l'opération de mélangeage. Le mélange préparé est évacué par le sas d'évacuation 7 et un conduit 8 vers les postes de moulage tels que schématisés sur les figures 2a, 2b, 2c et 3a, 3b et 3c.The hopper 1 and the tank 2 feed a device 3 for mixing the granular mass and the binder, by means of metering devices, not shown, using volumetric or weight technologies of known type. The mixer 3, which can be of the continuous or discontinuous type depending on the envisaged installation, is provided with an insulation 4 intended to avoid any condensation of the binder on the walls, as well as airlocks 5 and 6 and evacuation 7 with watertight closure to avoid any loss of water during the mixing operation. The prepared mixture is discharged through the evacuation lock 7 and a conduit 8 to the molding stations as shown diagrammatically in FIGS. 2a, 2b, 2c and 3a, 3b and 3c.

La figure 2a montre en coupe un poste de moulage de noyaux par soufflage d'un type connu.La figure 2b montre un poste analogue à ceux destinés à l'injection de gaz catalyseurs provoquant une réaction chimique irréversible. Ici ces gaz sont simplement remplacés par de l'air sec. Le mélange préparé, issu du conduit 8, est introduit dans le magasin 9 de la machine à souffler. ll est ensuite transféré, par soufflage d'air comprimé, dans la cavité de moulage d'un outillage 10, à travers des orifices de communication avec le magasin 9, l'air étant évacué par des orifices d'évacuation d'air 11. L'outillage 10, rempli du mélange serré, est transféré ensuite à un poste de gazage schématisé en figure 2b, où il est recouvert d'un caisson 12 et soumis à une circulation intense d'air sec jusqu'à l'obtention d'une déshydratation quasi totale du liant. Comme indiqué en figure 2c, le caissonl2 est alors retiré et la masse granulaire durcie est alors extraite de l'outillage, qui se trouve ainsi libéré pour le cycle suivant. 2a shows in section a station for blow molding of cores of a known type. Figure 2b shows a station similar to those intended for the injection of catalyst gases causing an irreversible chemical reaction. Here these gases are simply replaced by dry air. The prepared mixture, coming from the conduit 8, is introduced into the magazine 9 of the blowing machine. It is then transferred, by blowing with compressed air, into the mold cavity of a tool 10, through communication orifices with the magazine 9, the air being evacuated by air evacuation orifices 11. The tool 10, filled with the tight mixture, is then transferred to a gassing station shown diagrammatically in FIG. 2b, where it is covered with a box 12 and subjected to an intense circulation of dry air until obtaining almost total dehydration of the binder. As shown in Figure 2c, the caissonl2 is then removed and the hardened granular mass is then extracted from the tool, which is thus released for the next cycle.

La figure 3a montre un autre mode de mise en oeuvre du procédé. Le mélange préparé, issu du conduit 8, est déposé par gravité dans un outillage 13 dans lequel il peut être serré, par exemple, au moyen d'une table vibrante 14. En figure 3b, l'outillage garni du mélange serré est transféré dans une enceinte étanche 15 reliée à un dispositif de pompage susceptible de créer une pression réduite accélérant la déshydratation par évacuation de la vapeur d'eau dégagée. En figure 3c la masse granulaire moulée et durcie est séparée de l'outillage. FIG. 3a shows another embodiment of the method. The prepared mixture, coming from the conduit 8, is deposited by gravity in a tool 13 in which it can be tightened, for example, by means of a vibrating table 14. In FIG. 3b, the tool filled with the tight mixture is transferred into a sealed enclosure 15 connected to a pumping device capable of creating a reduced pressure accelerating dehydration by evacuation of the released steam. In FIG. 3c, the molded and hardened granular mass is separated from the tool.

La mise en oeuvre du processus ci-dessus décrite et son efficacité reposent sur l'application de deux phénomènes physiques par ailleurs bien connus:
1) La capacité calorifique importante des matériaux granulaires minéraux.The implementation of the process described above and its effectiveness are based on the application of two otherwise well known physical phenomena:
1) The significant heat capacity of granular mineral materials.

A l'opposé des procédés connus précédemment décrits, l'invention utilise l'apport calorifique nécessaire à la déshydratation non pas sous forme externe, mais sous forme interne par chauffage préalable de la masse granulaire avant sa mise en oeuvre. In contrast to the previously described known methods, the invention uses the calorific intake necessary for dehydration not in external form, but in internal form by prior heating of the granular mass before its implementation.

A titre d'exemple, un sable de quartz présente une chaleur spécifique de 0,25 cal./g/ C,
dont il résulte que dans une gamme de température inférieure à 100"C, un abaissement de température de 1"C est susceptible de provoquer l'évaporation de 0,038 % d'eau par rapport à la masse de sable.For example, quartz sand has a specific heat of 0.25 cal./g/ C,
which results in a temperature range of less than 100 "C, a temperature drop of 1" C is likely to cause the evaporation of 0.038% water relative to the mass of sand.

En d'autres termes, un sable de quartz dont la température initiale de 60"C est ramenée à la température de 25"C, soit une différence de 35"C, possède en lui-meme une capacité d'évaporation de: 0,038 x 35 = 1,33 % d'eau. C'est précisément la quantité d'eau à évacuer pour amener à siccité un silicate de soude liquide qui, incorporé au taux de 1% de matières sèches ( SiO2 + Na2O) représente un apport d'eau de 1,2 à 1,3 % par rapport à la masse de sable. In other words, a quartz sand whose initial temperature of 60 "C is brought back to the temperature of 25" C, that is a difference of 35 "C, has in itself an evaporation capacity of: 0.038 x 35 = 1.33% water. This is precisely the quantity of water to be evacuated to bring to dryness a liquid soda silicate which, incorporated at the rate of 1% of dry matter (SiO2 + Na2O) represents a contribution of 1.2 to 1.3% water based on the mass of sand.

2) La loi régissant la vitesse d'évaporation, qui peut s'exprimer ainsi:
dm ~.S.p1-p0
dt P dans laquelle: - K est une constante dépendant de la nature du solvant à évaporer,
- S est la surface d'évaporation,
- p, est la tension de vapeur saturanteà la température considérée,
- p0 est la tension de vapeur existante à la même température,
- P est la pression totale du système.2) The law governing the rate of evaporation, which can be expressed as follows:
dm ~ .S.p1-p0
dt P in which: - K is a constant depending on the nature of the solvent to be evaporated,
- S is the evaporation surface,
- p, is the saturated vapor pressure at the temperature considered,
- p0 is the vapor pressure existing at the same temperature,
- P is the total system pressure.

L'application de cette loi montre que la vitesse d'évaporation sera d'autant plus grande que: a) la surface d'échange est plus élevée. Or, il se trouve qu'un sable standard de fonderie, d'indice de finesse AFS de 55/60 présente une surface spécifique trés importante, de l'ordre de 15 m2 / kg,
b) la tension de vapeur différentielle p, - p0 est élevée. Cette condition peut être réalisée d'une part en faisant traverser la masse granulaire par de l'air le plus déshydraté possible, par exemple par de rair présentant un point de rosée de -23 , correspondant à une tension p0 de 1 mbar, et d'autre part en soumettant à l'évaporation un milieu granulaire porté à des températures telles que la tension de vapeur p, de l'eau atteigne des valeurs élevées.The application of this law shows that the speed of evaporation will be all the greater as: a) the exchange surface is higher. However, it turns out that a standard foundry sand, with an AFS fineness index of 55/60 has a very large specific surface area, of the order of 15 m2 / kg,
b) the differential vapor pressure p, - p0 is high. This condition can be achieved on the one hand by passing the granular mass through the most dehydrated air possible, for example by air having a dew point of -23, corresponding to a tension p0 of 1 mbar, and d on the other hand by subjecting to evaporation a granular medium brought to temperatures such that the vapor pressure p, water reaches high values.

Le tableau ci-après rappelle quelques valeurs sigiùficatives:
Températures en OC p, en mbar
20 22,9
25 32
30 41,4
35 57
60 200
69 300
76 400
On peut en déduire que, sous condition d'utiliser de l'air sec pour lequel la tension de vapeur p0 peut être considérée comme négligeable, la vitesse d'évaporation sera strictement proportionnelle à la tension de vapeur p,.A titre d'exemple, la vitesse d'évaporation sera huit fois plus importante pour du sable porté à la température de 60"C que pour du sable à 20"C (200 / 22,9 = 8,73),
c) l'abaissement de la pression totale du système P au-dessous de la pression p, par emploi du vide. ll suffit de créer un vide résiduel inférieur à 200 mbar pour provoquer l'ébullition et donc l'élimination rapide de l'eau présente dans un milieu granulaire porté à 60"C. The table below recalls some significant values:
Temperatures in OC p, in mbar
20 22.9
25 32
30 41.4
35 57
60,200
69,300
76,400
We can deduce that, provided that dry air is used for which the vapor pressure p0 can be considered negligible, the rate of evaporation will be strictly proportional to the vapor pressure p,. , the evaporation rate will be eight times greater for sand brought to the temperature of 60 "C than for sand at 20" C (200 / 22.9 = 8.73),
c) the reduction of the total pressure of the system P below the pressure p, by using a vacuum. It suffices to create a residual vacuum of less than 200 mbar to cause boiling and therefore rapid elimination of the water present in a granular medium brought to 60 "C.

La mise en oeuvre de l'invention consiste donc, en premier lieu, à confectionner un mélange d'un matériau granulaire et d'un liant aqueux, comme vu précèdemment, l'ensemble étant porté à une température préalablement déterminée, toutefois inférieure à 100"C. Ce mélange étant ensuite mis en forme au contact du modèle, son liant est soumis à une évaporation suivant différents processus: le faire traverser par un courant d'air sous pression préalablement déshydraté jusqu'à un point de rosée de l'ordre de -23 C, ou le soumettre à une pression réduite inférieure à la tension de vapeur saturante de l'air à la température de la masse granulaire, la déshydratation sera alors obtenue par ébullition de l'eau. The implementation of the invention therefore consists, first of all, in making a mixture of a granular material and an aqueous binder, as seen previously, the assembly being brought to a previously determined temperature, however less than 100 "C. This mixture then being shaped in contact with the model, its binder is subjected to evaporation according to different processes: pass it through a stream of pressurized air previously dehydrated to a dew point of the order of -23 C, or subject it to a reduced pressure lower than the saturated vapor pressure of air at the temperature of the granular mass, dehydration will then be obtained by boiling the water.

Au cours du processus d'évaporation. la masse granulaire va se refroidir, et il est indispensable de déterminer la température de chauffage initiale de la masse granulaire de telle manière que sa déshydration totale aboutisse en fin de cycle à une température supérieure à la température ambiante afin d'éviter toute reprise d'humidité par condensation de l'humidité ambiante. During the evaporation process. the granular mass will cool, and it is essential to determine the initial heating temperature of the granular mass in such a way that its total dehydration results at the end of the cycle at a temperature higher than ambient temperature in order to avoid any resumption of humidity by condensation of ambient humidity.

A titre d'exemple, un milieu granulaire quartzeux porté à la température de 60"C et contenant 1% d'humidité initiale sera ramené, en fin de cycle de durcissement, à
60 - 25 = 35 , c'est-à-dire à une température légèrement supérieure à la température ambiante.For example, a quartz granular medium brought to the temperature of 60 "C and containing 1% of initial humidity will be brought back, at the end of the hardening cycle, to
60 - 25 = 35, that is to say at a temperature slightly above ambient temperature.

En résumé, le procédé d'agglomération d'un matériau granulaire, tel qu'un sable de fonderie, selon l'invention" est donc caractérisé par:
- l'utilisation d'un liant soluble à l'eau, par exemple un silicate de soude,
- le réchauffage préalable du matériau granulaire à une température supérieure à la température ambiante, mais inférieure à 100"C,
- l'enrobage de la matière granulaire par le liant porté à la même température,
- le durcissement rapide du liant par évaporation de son eau sous l'action de la masse granulaire chauffée, après la mise en forme de celle-ci dans un outillage par un moyen connu, ainsi que de l'insuffiation d'air sec à travers la masse granulaire et/ou de sa mise sous pression réduite dans une chambre à vide,
- le choix de la température de réchauffage de la masse granulaire pour que, la déshydration étant réalisée, la température de la masse granulaire demeure supérieure à la température ambiante,
Le processus d'évaporation ou de déshydratation selon l'invention est applicable avec tout type de liant adhésif soluble ou émulsionable dans l'eau ainsi qu'a tout type d'adhésif soluble dans un liant organique. In summary, the agglomeration process of a granular material, such as foundry sand, according to the invention "is therefore characterized by:
the use of a water-soluble binder, for example a sodium silicate,
- the preheating of the granular material to a temperature above room temperature, but below 100 "C,
- coating of the granular material with the binder brought to the same temperature,
the rapid hardening of the binder by evaporation of its water under the action of the heated granular mass, after the shaping thereof in a tool by known means, as well as the supply of dry air through the granular mass and / or its reduced pressure in a vacuum chamber,
the choice of the temperature for reheating the granular mass so that, once dehydration has been carried out, the temperature of the granular mass remains above ambient temperature,
The evaporation or dehydration process according to the invention is applicable with any type of water-soluble or emulsifiable adhesive binder as well as with any type of adhesive soluble in an organic binder.

Claims

1- Method of manufacturing molded elements from a granular mass agglomerated by an alkaline binder and hardened by dehydration of this binder, characterized in that the granular mass and the binder are brought to a temperature higher than ambient temperature and lower at 100 "C, chosen so that at the end of dehydration the temperature of the hardened granular mass remains above ambient temperature, rapid dehydration of the binder being ensured by the action of the calorific intake of the granular mass combined with an evacuation , by physical means of a type known per se of the water vapor formed.

2- A method of manufacturing molded elements according to claim 1 characterized in that the physical means of evacuation of the water vapor formed is an insufflation of dry air through the molded granular mass.

3- A method of manufacturing molded elements according to claims I or 2 characterized in that the physical means of evacuation of water vapor is a reduced pressurization of the granular mass molded in a vacuum chamber.

4- A method of manufacturing molded elements according to claim 1 characterized in that the granular mass and the binder, previously brought to the processing temperature, are dosed and mixed in a sealed and heat-insulated mixer (3).

5- A method of manufacturing molded elements according to claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that the binder is a sodium silicate.

6- A method of manufacturing molded elements according to claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that the binder is a water-soluble or emulsifiable adhesive.

7- A method of manufacturing molded elements according to claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that the binder is an adhesive soluble in an organic binder.

8- A method of manufacturing molded elements according to claim 2 characterized in that the blown dry air has a dew point of the order of - 23 "C.

9- A method of manufacturing molded elements according to claim 3 characterized in that the reduced pressure to which the molded granular mass is subjected is less than the saturated vapor pressure of air at the temperature of the granular mass.