Votre sable de fonderie recyclé est un atout précieux. Chaque tonne retraitée représente des économies sur les coûts des matériaux et une réduction des dépenses liées à la mise en décharge, à condition toutefois qu'il réponde aux exigences strictes de vos opérations de fonderie.
Les contrôles qualité permettent de détecter les problèmes avant qu'ils n'atteignent la chaîne de moulage. Un seul jour de retard de production dû à des défauts de sable peut engendrer des coûts supérieurs à ceux d'une année de contrôle, en termes d'équipement et de main-d'œuvre. Les fonderies qui négligent les protocoles de contrôle rigoureux perdent généralement entre 5 et 15 % de leur production à cause de défauts de moulage qui auraient pu être évités.
La première étape de l'évaluation du sable recyclé consiste à comprendre sa structure physique. Il est nécessaire de connaître l'indice de finesse du grain (GFN), la granulométrie et le pourcentage de fines (particules inférieures à 200 mesh) qui réduisent la perméabilité.
Vérifiez la granulométrie de votre sable par rapport à la norme AFS (American Foundry Society). La plupart des fonderies acceptent un sable avec un GFN compris entre 100 et 200, selon vos exigences de coulée. Les fonderies de fer privilégient généralement des valeurs de GFN comprises entre 140 et 160 pour un résultat optimal. finition de surface et l'équilibre de perméabilité.
L'argile sert de liant au sable, maintenant les grains ensemble lors de la compression. Sans une quantité suffisante d'argile, vos moules perdent en résistance. Avec trop d'argile, la perméabilité nécessaire à l'évacuation des gaz pendant le moulage est compromise.
Deux mesures spécifiques de la teneur en argile sont effectuées. La teneur en argile active utilise le test au bleu de méthylène (BM) pour mesurer la quantité d'argile participant réellement à la liaison. La perte au feu (LOI) mesure la quantité de matières organiques et d'humidité qui brûlent lorsqu'elles sont chauffées à 900 °C. Une LOI élevée signale souvent une augmentation des matières combustibles ou des résidus de liant imbrûlés, deux problèmes présents dans le sable recyclé.
Pour le sable recyclé, il est également conseillé de tester la teneur en argile (fortement liée ou faiblement liée). Le recyclage peut réactiver l'argile, mais il arrive qu'elle se lie chimiquement de manière à en réduire l'efficacité. Comparez vos résultats d'analyse de l'argile MB à votre perte au feu (LOI) : si la LOI est nettement supérieure à la valeur attendue, il est probable que des contaminants combustibles subsistent, non entièrement éliminés par le processus de recyclage.
L'indice de demande en acide (ADV) et le test de pH révèlent l'état chimique du sable. L'ADV mesure la quantité d'acide nécessaire au sable pour atteindre un pH cible. Pour le sable recyclé, l'ADV permet de déterminer si la bentonite a été correctement réactivée ou si elle a été désactivée par traitement thermique.
Un ADV élevé indique que le sable est plus basique et pourrait avoir des difficultés à réactiver le liant argileux. Ceci est particulièrement important pour le sable recyclé thermiquement, où la bentonite désactivée se traduit par un ADV élevé mais de faibles performances. Le test de pH complète l'ADV : un pH compris entre 6 et 8 est typique pour un sable recyclé prêt à la production.
Ne vous fiez pas uniquement à l'ADV ou au pH. Utilisez ces tests en complément de l'analyse de la teneur en argile pour obtenir une vision complète. Un pH acceptable peut indiquer une teneur en argile active insuffisante, ce qui signifie que votre sable formera des moules fragiles.
Le test de perméabilité mesure la facilité avec laquelle les gaz s'échappent de votre sable. Utilisez la méthode standard AFS 5224-13-S : un échantillon cylindrique de 5 cm de diamètre et de 5 cm de hauteur reçoit 2 000 cm³ d'air à une pression de 10 g/cm². Plus l'air traverse rapidement le sable, plus l'indice de perméabilité (IP) est élevé.
La plupart des fonderies de fer visent des valeurs PN comprises entre 100 et 200. Les pièces moulées à parois minces nécessitent une perméabilité plus élevée (200+) afin d'éviter les défauts gazeux. Les pièces moulées plus épaisses peuvent tolérer une perméabilité plus faible (80-100).
Il convient de tester la résistance à la compression en même temps que la perméabilité. La résistance à la compression à l'état frais (sable moulé) et la résistance à la compression à sec (après prise du moule) sont toutes deux importantes. La norme AFS 5202-09-S décrit ces mesures. Votre sable recyclé doit atteindre au moins 90 % des valeurs de résistance obtenues avec du sable vierge présentant une teneur en argile similaire.
La résistance à la flexion est l'indicateur le plus critique de la qualité des noyaux : elle détermine leur intégrité lors du coulage. Le test de flexion en trois points normalisé AFS fait référence dans le secteur depuis des décennies. Si vos noyaux échouent aux tests de flexion, ils ne résisteront pas à la production.
L'eau joue deux rôles distincts dans votre sable. L'eau de tempérage se lie aux plaquettes d'argile et active le liant ; c'est cette eau dont vous avez besoin. L'eau libre, quant à elle, se loge entre les grains de sable et provoque leur expansion, la formation de vapeur et des défauts de surface ; c'est cette eau qui nuit à la qualité du moulage.
Mesurez quotidiennement la teneur en humidité totale à l'aide de méthodes de séchage à l'étuve classiques ou de capteurs d'humidité en temps réel. Cependant, la teneur en humidité totale seule ne permet pas de déterminer si l'équilibre est optimal. Une fonderie peut présenter une teneur en humidité totale de 4 %, répartie entre 2 % d'eau de recuisson et 2 % d'eau libre, ou encore entre 2.5 % d'eau de recuisson et 1.5 % d'eau libre. C'est la répartition de l'humidité, et non la teneur totale, qui détermine la qualité de la pièce moulée.
Contrôlez l'humidité pendant le malaxage. Votre malaxeur doit activer correctement l'argile en incorporant l'eau à la matrice argile-sable. Un temps de malaxage insuffisant entraîne une quantité d'eau de trempe inadéquate. Un malaxage excessif peut introduire un excès d'eau libre. La plupart des fonderies obtiennent des résultats optimaux avec un temps de malaxage de 3 à 5 minutes, selon l'équipement et le volume de sable.
Effectuez quotidiennement des tests d'humidité, de compactage, de perméabilité et de résistance à la compression à l'état frais. Ajoutez des analyses hebdomadaires de teneur en argile, de pH et de perte au feu (LOI). Réalisez des évaluations mensuelles complètes incluant la granulométrie, la résistance à la flexion et la résistance à la compression à sec. Ce programme permet de détecter 90 % des problèmes de qualité avant la production.
Le sable recyclé mécaniquement conserve davantage les propriétés originelles de l'argile, mais laisse des traces en surface. Le sable recyclé thermiquement élimine les liants par combustion, mais peut désactiver la bentonite si les températures dépassent 450 °C. Le sable recyclé thermiquement présente souvent des valeurs ADV plus élevées, ce qui implique des critères d'acceptation différents. Il convient d'utiliser les mêmes tests pour les deux types de sable, mais d'interpréter les résultats différemment : le sable recyclé mécaniquement présente généralement une récupération d'argile plus rapide ; le sable recyclé thermique nécessite un temps de réactivation plus long.
Comparez vos résultats d'essai aux normes AFS. La plupart des fonderies de fer visent un indice de perméabilité de 100 à 200, une teneur en argile active de 4 à 8 %, un GFN de 140 à 160 et une résistance à la compression à cru de 15 à 25 psi. Vos plages d'acceptation spécifiques dépendent de votre alliage de fonderie et de sa géométrie. Relevez les données de référence de vos meilleures productions historiques, puis utilisez-les comme objectifs de qualité.
Il est possible de réaliser en interne des tests de perméabilité, de résistance à la compression et d'humidité ; ces analyses ne nécessitent qu'un investissement modéré en équipement (30 000 à 50 000 $ pour un laboratoire de base). L'analyse granulométrique (tamisage) peut également être effectuée en interne. Les analyses de teneur en argile, en métaux et de lixiviation environnementale doivent être confiées à des laboratoires externes certifiés. Le coût de ces analyses externes s'élève à 400 à 800 $ par échantillon complet, mais elles fournissent une documentation tierce faisant foi.
Les tests rapides quotidiens (perméabilité, humidité, résistance) durent de 60 à 90 minutes. Une analyse approfondie hebdomadaire ajoute 2 à 3 heures pour l'analyse de l'argile et du pH. Une évaluation mensuelle complète, incluant l'analyse granulométrique, nécessite de 4 à 6 heures. Les tests de lixiviation environnementale effectués par des laboratoires externes donnent des résultats sous 2 à 3 semaines. Planifiez votre calendrier de tests en fonction des délais d'analyse des laboratoires.
Les options dépendent des paramètres défaillants. Si la perméabilité est faible, éliminez les fines par dépoussiérage ou régénération secondaire, ou augmentez la proportion de sable vierge dans votre mélange. Si la teneur en argile est insuffisante, ajoutez du sable vierge ou ajustez le procédé de régénération. Si les résultats de la lixiviation environnementale sont médiocres, le sable ne peut être réutilisé ; il doit être éliminé. De nombreuses fonderies utilisent un mélange de sable recyclé et de sable vierge pour gérer les variations.
Des analyses environnementales sont requises uniquement si vous prévoyez de réutiliser le sable pour des applications utiles (routes, remblais, béton) ou si vous l'éliminez selon des modalités exigeant une preuve de non-dangerosité. Le sable réutilisé pour votre processus de fonderie ne nécessite pas d'analyses environnementales. Consultez la réglementation de votre État : certains États exigent une documentation, d'autres non. Les recommandations de l'EPA soutiennent la réutilisation utile du sable de fonderie de fer, d'acier et d'aluminium.
