Brevet FR2009398A1 — publié le 19700206

La présente invention est relative à un procédé de préparation de compositions calorifuges permettant d.e réduire la dimension des masselottes dans la production de pièces moulées en fonte et en acier alliée 5 II est connu que, lors de la solidification de métaux et d'alliages métalliques, plus spécialement de fontes, leurs volumes spécifiques diminuent, c'est-à-dire le métal coulé subit un retraite De ce fait, il se forme une retassure (ou creux de retrait) qui doit être concentrée dans une masselotte formée à cet effet, 10 à l'extérieur de la pièce moulée ou du lingot à former. La dimension de cette masselotte est d'une importance primordiale dans le prix de revient de la pièce moulée. Il serait donc désirable de réduire la dimension de la masselotte afin que la fabrication soit aussi économique que possible. Il est compréhensible que la mas-15 selotte ne peut remplir son rôle que si elle reste à l'état liquide ou fondu pendant un temps aussi long que possible, c'est-à-dire si la solidification a lieu le plus tard possible. Une telle réduction de la dimension de la masselotte ne peut donc avoir lieu que si on retarde la période de solidifica-20 tion de cette masselotte. Divers procédés ont été étudiés à cet effet et peuvent être divisés en deux groupes principaux. La caractéristique essentielle de l'un des groupes réside dans le fait que les messelottes sont entourées d'un matériau réfractaire médiocrement conducteur de la chaleur, ce qui permet de contrôler la 25 vitesse de refroidissement de l'acier ou de la fonte liquides. Dans les procédés du second groupe, les matériaux réfractaires sont combinés avec des compositions exothermiques. La présente invention a pour objet de réduire le prix de fabrication des lingots et des pièces moulées en réduisant la di-30 mension des masselottes utilisées dans le moulage de la fonte et des aciers alliés. Conformément à la présente invention, on a conçu un procédé de préparation de compositions calorifuges qui permet de réaliser l'objet précité. 35 Conformément à la présente invention, ce procédé consiste à chauffer un matériau réfractaire poreux, à l'état granulaire, par exemple de la farine de diatomées, de la perlite en particules, du laitier poreux de haut-fourneau ou de l'argile calcaire broyée, dans un mélangeur jusqu'à des températures de 200 à 300°C, puis à 40 imprégner ce mélange avec 10 à 30 volumes fo d'une matière thermo 69 17044 2 2009398 plastique insoluble, comme du bitume, du goudron de houille ou du goudron de bois, chauffée au préalable jusqu'à 200 à 300°C et qu'on introduit tout en agitant le mélangeo Ensuite on ajoute aux granules rendus hydrophobes par ce traitement, 0 à 30$ (sur la base 5 du volume total du mélange) de sable de silice synthétique lavé, et on refroidit jusqu'à une température inférieure à 25°C si nécessaire, après quoi une quantité de 1 à 25fo d'un liant minéral ou organique, comme du silicate de sodium, de la résine synthétique, de l'argile ou de la bentonite, est ajoutée à la composi-10 tion granulaire ainsi obtenue, en même temps qu'un catalyseur assurant l'adhérence, si nécessaire.) La composition préparée conformément à l'invention possède des propriétés calorifuges remarquables et elle est légèrement exothermique, car le bitume se consume aux températures 15 élevées auxquelles il est soumis. Le constituant principal de la composition calorifuge est un matériau réfractaire poreux, à l'état granulaire, qui possède de bonnes propriétés calorifuges, qui est également doué d'une activité capillaire élevée et qui est hydrophileo A cet effet, il 20 convient d'utiliser la farine de diatomées, la perlite en particules, du laitier poreux de haut fourneau ou de l'argile réfractaire broyée» Les substances utilisées pour agglomérer les granules pénétrant dans les orifices capillaires pourraient avoir tua effet nuisible sur les propriétés calorifuges et pourraient en même 25 temps entraîner la séparation des granules.» C'est la raison pour laquelle les granules calorifuges précités sont imprégnés d'une matière thermoplastique qui est insoluble dans l'eau, par exemple le bitume, le goudron de houille ou le goudron de bois. De cette manière, la farine de diatomées douée d'une tensio—activité éle— 30 vée et hydrophile devient hydrophobe lorsque les orifices capillaires ont été remplis de bitume chauffé, La résistance mécanique des granules en poudre est si fortement augmentée par le bitume qui les imprègne et qui, après refroidissement, se trouve solidifié, qu'aucune destruction n'a lieu au cours de l'utilisation de 35 la substanceo ^ans le cas de masselottes de très grande dimension, on peut ajouter du sable de silice à la composition pour augmenter encore la résistance mécanique du corps calorifuge comprenant les granules calorifuges imprégnés d'un agent d'agglomération, mais la 40 quantité de sable de silice ajoutée doit être réglée de manière 69 17044 3 2009398 qu'elle n'ait pas d'effets nuisibles sur les propriétés calorifuges de la composition» Dans le cas de pièces moulées de petites dimensions, il n'est pas nécessaire d'ajouter du sable de silice à la composition calorifuge. 5 Compte tenu de ce qui précède, la composition des granules calorifuges peut varier dans les intervalles suivants, lorsqu'on utilise les substances mentionnées ci-dessus, à titre d'exemple. $ en volume Farine de diatomées 90 à 50$ 10 Bitume 10-20$ Sable de silice 0-30$ Les proportions des constituants individuels à l'intérieur des intervalles précités sont fonction de la surface spécifique de la farine de diatomées (et du sable de silice) ainsi que de 15 la pression ferrostatique régnant dans la cavité de moule de la masselotte» Pour imprégner une farine de diatomées en granules fins, ayant une grande surface spécifique, il faut utiliser une grande quantité de bitume, tandis qu'avec des masselottes de grandes dimensions, on doit augmenter la quantité de sable de si— 20 lice ajoutée en vue d'améliorer les propriétés de résistance mécanique© Pour transformer les granules calorifuges ainsi obtenus en une composition calorifuge, il faut ajouter un liant. A cet effet, on peut utiliser un liant organique ou minéral, comme du 25 verre de silice, de la résine synthétique, de l'argile ou de la bentonite, de façon appropriée conjointement avec un catalyseur favorisant l'agglomération. Si on utilise, par exemple du verre ayant une densité de 48 à 52° Baumé, on insuffle de l'anhydride carbonique gazeux dans la composition pour favoriser la solidifica-30 tioa. Quand on utilise une résine de furane, on ajoute un catalyseur à l'acide phosphorique pour favoriser la polymérisation et, dans le cas de l'argile, on ajoute de l'eau aux même fins. Pour préparer les compositions calorifuges conformément à la présente invention, on chauffe les particules réfractaires poreu-35 ses dans un appareil de chauffage et de séchage, à tambour tournant ou à bras pivotants, jusqu'à 200 à 300°C, selon le point de ramollissement de l'agent d'imprégnation. L'agent d'imprégnation a été chauffé séparément jusqu'à une température qui est inférieure de 50 à 80°C à son point de vaporisation. Le mélange des deux 40 substances chauffées, prises dans des proportions appropriées, 69 17044 4 ÛV^-ib peut avoir lieu dans un mélangeur à vis, ou du type à tambour tournant ou à bras pivotants, jusqu'à ce qu'elles soient refroidies, ou bien on peut les refroidir ultérieurement0 Pour empêcher des particules de s'agglomérer ensemble, on les refroidit au-des-5 sous de 25°C. On mélange les particules calorifuges imprégnées, le sable de silice et un liant de façon appropriée, dans un mélangeur du type à vis ou du type à bras pivotants (appareil du type à pales en S ou appareil du type "Mixer-Slinger")• On peut également mélanger à la main dans le cas de petites charges, mais il 10 faut alors augmenter la quantité de liant. On souffle l'anhydride carbonique gazeux sur les compositions contenant du silicate de sodium comme liant. Quand le liant est une poudre minérale, on solidifie le mélange en le tassant de la même manière que dans la préparation de noyaux et de moules 15 de fonderie. Dans le cas de résines synthétiques, on utilise un catalyseur acide pour la polymérisation. La composition calorifuge conforme à l'invention est extrêmement efficace quand on l'utilise avec des masselottes de forme sphérique, circulaire, quadrangulaire, ou elliptique, le diamètre 20 du cercle de jonction étant supérieur à 250 mm. Selon le lieu d'utilisation, la composition calorifuge est tassée dans la partie des masselottes correspondant au moule, directement ou à l'aide de moules et de boîtes à noyaux, ou bien la composition est transformée en manchons ou en plaques préfabri-25 quées de dimension normalisée. On va décrire le procédé conforme à l'invention de façon plus détaillée dans les exemples non limitatifs qui vont suivre. EXEMPLE 1 On utilise de la farine de diatomées pure ayant la granu-30 1ometrie suivante : plus de 4 mm 3,86$ 2 à 4 mm 38,80$ 1 à 2 mm 25,76$ 0,63 à 1 mm 20,40$ 35 0,315 à 0,63 mm 8,30$ moins de 0,315 2,88$ La densité de la composition ayant la granulométrie donnée ci-dessus est de 0,452 kg/dm3. Une quantité de 18 litres de bitume, chauffé au préalable à 230°C, a été mélangée avec 100 litres de 40 la farine de diatomées chauffée à 2800Co La granulométrie de la 69 17044 2009398 farine de diatomées imprégnée, refroidie au-dessous de 25°G, est la suivante s plus de 4 flun 2,30$ 2 à 4 mm 29,50% 5 1 à 2 mm 2l,20?o 0,63 à 1 mm 9,65$ 0,315 à 0,63 mm 11,28$ moins de 0,315 26,07$ 10 La densité de la substance imprégnée ayant la granulométrie donnée ci-dessus est de 0,565 kg/dm3o On mélange 28 litres de sable de silice synthétique lavé, dont les particules ont une grosseur de 0,71 mm et 10 litres de silicate de soude ayant une densité de 51° Baumé, La résistance à la compression de la couche calorifuge tassée autour de la masselotte est de 1300 g/cm2 après 15 qu'on y a insufflé de l'anhydride carbonique, la densité étant de 0,790 kg/dm3. La couche calorifuge préparée de la manière décrite ci—dessus a été utilisée avec des masselottes pour billettes en acier calmé, en remplacement du calorifu^pege classique avec des briques 20 d'argile réfractaire» Au lieu du rendement habituel de 78 à 80$ de lingots, qui est obtenu dans la technique classique, le procédé conforme à la présente invention permet d'obtenir un rendement de 86 à 88$ de lingots, en utilisant le même type de moules en fonteo 25 EXEMPLE 2 On utilise la composition décrite dans l'exemple 1 pour fabriquer des anneaux calorifuges entourant les masselottes dans le cas des cylindres de laminoirs à chaudo Le poids des pièces moulées cylindriques fabriquées par le procédé conforme à la pré-30 sente invention est compris entre 3000 et 25000 kgo On prépare ces anneaux calorifuges dans des boîtes à noyaux spéciales en bois, en tassant à la main. Leur siège a été formé dans les moules au préalable. L'épaisseur de leurs parois et la hauteur du revêtement dépendent des dimensions de la pièce moulée et de son 35 temps de solidification. Le matériau dont la masselotte est ordinairement entouré est identique à celui du moule, c'est-à-dire qu'il est formé de magnésite broyée ou de chromomagnésiteo En utilisant la composition calor^ug^, conforme à l'invention, le poids des masselottes 40 peut être/de 30 à 40$. Dans la pratique courante, le poids de la 69 17044 6 2009398 masselotte utilisée dans la fabrication de pièces moulées cylindriques pour rails, pesant 13 tonnes, est de 6000 kg« En utilisant une couche calorifuge d'une épaisseur de 70 mm, préparée conformément à l'exemple 1, le poids de la masselotte est ramené à 3600 kgo 5 EXEMPLE 3 Dans le présent exemple, la granulométrie de la densité de la farine de diatomées pure utilisée sont identiques à celles qu'on a mentionnœsdans l'exemple 1, à cette différence toutefois que, pour l'imprégnation, on utilise 100 litres de la matière en parti-10 cules chauffée à 280°C, et 20 litres de bitume chauffé au préalable à 230°C« La granulométrie de la farine de diatomées imprégnée, refroidie au-dessous de 25°C, est la suivante s plus de 4 mm 3,28$ 2 à 4 mm 30,60$ 15 1 à 2 mm 24,80$ 0,63 à 1 mm 10,52$ 0,315 à 0,63 mm 9,32$ moins de 0,315 21,48$ La densité du matériau imprégné est de 0,557 kg/dm3e On mé-20 lange, avec 100 litres du matériau en particules imprégnées, 20 litres d'un sable de silice synthétique dont les particules ont une grosseur de 0,71 mmo On ajoute 15 litres de bentonite activée par îTagOa^ et 6,8 litres d'eau comme lianto La résistance à la compression à vert du matériau, mesurée comme décrit dans l'exemple 1, 25 est de 1100 g/cm20 A partir de ce matériau constitué par des particules agglomérées, on forme une couche calorifugegd^ijin^_épaisseur de 50 mm en la tassant à la main autour de quatre/utilisées dans la fabrication de pièces moulées de 3 tonnes pour jantes de pignonso La densité du matériau tassé est de 0,822 kg/dm20 L'uti— 30 lisation d'une couche calorifuge conforme à la présente invention permet de réduire de 30$ le poids de la masselotte, par rapport aux masselottes de la technique antérieure,. EXEMPLE 4 On ajoute, aux grains de farine de diatomées imprégnée de 35 l'exemple 3, 2,6$ en volume de résine de furane à titre de liant, sans ajouter de sable de silice. Pour solidifier la résine, on ajoute 1,5$ en poids d'un catalyseur à 80$ d'acide phosphoriqueo On mélange les grains calorifuges avec le liant résineux et le calalyseur dans un mélangeur à vis du type "Mixer-Slinger" et on 40 travaille la composition pour former une couche calorifuge à 69 17044 7 2009398 l'aide d'une boîte à noyaux en bois 69 17044 8 2009398 REVENDICATIONS 1°) Procédé de préparation de compositions calorifuges permettant de réduire la dimension des masselottes dans la production de pièces moulées en fonte ou en acier allié, ce procédé étant 5 caractérisé par le fait qu'on chauffe à 200 à 300°C, dans un mélangeur un matériau réfractaire poreux et granulaire, par exemple de la farine de diatomées, de la perlite en particules, du laitier poreux de haut, fourneau ou de l'argile broyée, après quoi on ajoute à ce mélange tout en agitant, 10 à 30 volumes $ d'une ma-10 tière insoluble dans l'eau et thermoplastique, telle que du bitume, du goudron de houille ou du goudron de bois, chauffée au préalable à 200—300°C, en vue d'imprégner ce mélange, puis on ajoute 0 à 30$ de1 sable de silice synthétique lavé, par rapport au volume total du mélange, aux particules qui ont été ainsi rendues hydro-15 phobes, et on refroidit le mélange final à une température inférieure à 25°C, si nécessaire, et on ajoute à la composition granulaire ainsi obtenue 1 à 25$ d'un liant minéral ou organique, comme du silicate de soud% de la résine synthétique, une argile ou de la bentonite, en même temps qu'un catalyseur assurant 1'adhérencej si 20 nécessaire» 2°) Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que les particules imprégnées à 200 à 300°C avec 10 à 30$ en volume de bitume et refroidies au-dessous de 25°C, comprenant par exemple de la farine de diatomées, de la perlite en particules, 25 du laitier poreux de haut fourneau ou de l'argile broyée, sont mélangées avec 0 à 30$ d'un sable de silice synthétique lavé, par rapport au volume total de la composition, après quoi on ajoute un liant constitué par 8 à 15$ de silicate de sodium ayant une denër-té Baumé de 48 à 52° et on insuffle finalement de l'anhydride 30 carbonique gazeux dans la composition pour activer la solidification du liant «, 3°) Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que les particules imprégnées à 200 à 300°C avec 10 à 30$ en volume de bitume et refroidies au-dessous de 25°C, qui sont par 35 exemple des particules de farine de diatomées, de perlite, de laitier poreux de haut-fourneau, d'argile réfractaire broyée, sont mélangées avec 0 à 30$ d'un sable de silice synthétique lavé, après quoi on ajoute 15 à 20$ d'argile ou de bentonite et 5 à 10$ d'eau et, finalement, on tasse la composition. 40 4°) Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé par 69 17044 9 2009398 le fait que les particules précitées, imprégnées à 200 à 300°C avec 10 à 30$ en volume de bitume et refroidies au-dessous de 25°C, sont mélangées avec 0 à 30$ d'un sable de silice synthétique lavé et ensuite avec 2 à 30$ de résine de furane, après quoi on ajoute 5 finalement 1 à ls5$ d'acide phosphorique comme catalyseur pour activer la polymérisation de la résine synthétique»