Brevet FR2022789A1 — publié le 19700807

L'invention concerne la composition des matières de moulage pour moules de fonderie. Jusqu'à présent, pour confectionner des- moules de coulée en partant de sables de moulage naturels ou synthétiques avec utilisation de sables quartzeux, on ajoute du poussier de charbon afin d'améliorer la qualité de surface des pièces1 de fonderie obtenues. Cette addition de poussier de charbon est basée sur l'hypothèse que, comme c'est le cas pour le noircissement des moules, la coulée détermine la formation de gaz et de " carbone brillant" qui enveloppe les grains de quartz empêchant le sable d'adhérer à la pièce coulée et permettant ainsi d'obtenir une pièce de surface lisse et nette. En outre, l'utilisation de poussier de charbon dans le sable de moulage contribue à compenser la dilatation du sable et à éviter les défauts de celui-ci. A ce sujet il n'est pas inutile de rappeler que selon K.A .Hofjnann U. Hofmann et C. Rtfchling, on.entend par " carbone brillant" un carbone microcristallin souvent brillant qui se sépare d'une phase gazeuse sur des surfaces à une température de é50-1000°0. Chimiquement, le carbone brillant est plus résistant que le coke et il n'est dépassé à ce pointée vue que par le graphite. Des pellicules de carbone brillant faible épaisseur ( environ 10~^ mm) adhèrent fermement au substrat. Quand la température de dépôt est plus élevée ( à partir de 1200°C), le carbone brillant approche, par sa structure et son apparence,■du charbon des cornues. Son poids spécifique est d'environ 1 ,8 g/cm^. Sa capacité de mouillage par la fonte liquide est extrêmement mauvaise. Jusqu'à présent, l'utilisation de poussier de charbon dans les sables de moulage est jugée très différemment par les spécialistes. Ainsi, des conditions de livraison élaborées par des spécialistes de la fonderie prescrivent qu'un poussier de charbon destiné à servir dans les sables de moulage ne doit pas contenir de tourbe, de lignite, de poudre de bois etc.. D'un autre côté, il a déjà été proposé de remplacer la poudre de houille par de la poudre . de lignite. Pour la confection de noyaux de fonderie, il est connu d'ajouter, comme liant, à un sable à noyaux, du brai finement pulvérisé. Pour diluer le brai finement divisé et neutraliser sa propriété désavantageuse de s'agglomérer dès avant l'addition, par exemple au stockage, il a été déjà proposé de lui ajouter des matières amaigrissantes comme l'argile, le ciment, la chaux, le gypse, les 69 38247 2 2022789 poussières de gueulard 0u la poussière de lignite. Sous l'influence de la température du bain de coulée, différents poussiers de charbon forment du carbone brillant mais seulement à raison de 10^, de sorte que pour obtenir une formation suffisante de carbone brillant il faut des quantités appréciables de poussier. Pour augmenter la proportion de carbone brillant des poussiers de charbon synthétiques, ont été mis au point, mais ceux-ci, également, ne donnent au'une proportion de carbone brillant variant de 15% à 20$ au maximum. Ainsi pour donner une quantité suffisante de carbone brillant, les additifs carbonés prescrits doivent être ajoutés à la matière de moulage en quantité relativement importante, par exemple à raison de 5 à 10%. Etant donné qu'ils sont en même temps hygros-copiaues, ils enlèvent de l'eau au sable de moulage et au liant et, pour compenser cela,, la matière de moulage doit avoir dans son-, ensemble une teneur en eau relativement élevée. Or la haute teneur en eau de la matière de moulage est elle-même nuisible. Un autre inconvénient des additifs carbonés à base de houille et de brai est que leur teneur en soufre diminue le pouvoir agglutinant des argiles utilisées comme liant, notamment de la bentonite, de sorte qu'il faut également une plus forte proportion de liants. Cela comporte aussi un inconvénient, à savoir la diminution de la perméabilité aux gaz de la matière de moulage. Un autre inconvénient résultant de la teneur en soufre des poussiers de charbon est qu'elle entraine, par la suite, des difficultés lors de l'émaillage des pièces coulées. Etant donné leur proportion élevée dans la matière de moulage, les additifs carbonés traditionnels ne peuvent servir qu'à la fabrication de pièces coulées en fonte grise ou en alliages de fer à forte teneur en carbone. Par suite de la carbonisation, ils conviennent mal aux matières de moulage destinées à la confection de moules de couiée àracieir. Pour augmenter la perméabilité aux gaz des moules de fonderie -et des noyaux formés de mélanges usuels de matières de moulage et destinés à la fabrication de pièces de fonderie, il a déjà été proposé d'ajouter au mélange constituant la matière de moulage des particules de mousse de matière synthétique, notamment de mousse, de polystyrène. Etant donné que les particules de mousse de'matière synthétique ont un grand volume pour un faible poids, il est possible d'augmenter ainsi la perméabilité aux gaz, les 69 38247 2022789 particules de mousse de matiere synthétique assurant l'espacement entre les grains de quartz. Toutefois, l'utilisation de particules de mousse de matière synthétique dans les mélanges de matière de moulage présente un inconvénient, à savoir qu'étant 5 donné l'espacement relativement grand obtenu ainsi entre les grains de quartz, il se produit une pénétration du métal liquide dans la surface du moule qui ne peut être empêchée qu'en noircissant ou en enduisant la surface des noyaux ou la.paroi du moule. C'est pourquoi, en combinaison avec cette mesure, il est recomman-10 dé de flamber les noyaux et/ou le sable de moulage afin que les • pores formés soient bouchés par le noir. L'addition de particules de mousse de matière synthétique à une matière de moulage ne contribue pas à la formation d'une couche de carbone brillant. Etant donné que les particules de mousse sont sous la forme de flocons 15 il ne peut y avoir formation d'une couche cohérente de carbone brillant, mais tout au plus, par suite de la distribution non uniforme, formation de taches distinctes de carbone brillant. Les additifs carbonés classioues, d'une part les poussiers de charbon et d'autre part les particules de mousse de matière synthé-20 tioue, ne conviennent pas au moulage à haute pression qui est très avantageux, mais qui se heurtait jusqu'ici dans la pratique à des .difficultés résultant del*élasticité due aux additions élevées de poussiers de charbon et aux additions élevées de bentonite alors nécessaires. De même l'emploi de mousse de matière synthétique crée 25 une élasticité supplémentaire. Les grandes quantités de poussier de charbon jointes aux grandes quantités de bentonite ainsi qu'à la forte proportion d'eau qui est alors nécessaire diminuent la fluidité de la matière de moulage dans le moulage à haute pression et les particules de mousse de matière synthétique agissent de 30 la même façon. L'invention concerne un additif qui peut remplacer le poussier de charbon dans les matières de moulage pour la formation de carbone brillant dans les moules de fonderie, qui ne présente pas les inconvénients décrits ci-avant mais au contraire se distingué 35 par des propriétés nouvelles et avantageuses par rapport au substances proposées antérieurement, et qui, en. particulier, peut être ajouté à la matière de moulage en petites quantités. Pour résoudre ce problème et pour former du carbone brillant dans Ses moules de fonderie où l'on utilise des sables de moulage 40 naturels ou synthétiques et des liants usuels, il est proposé selon l'invention d'ajouter aux matières de moulage, au lieu des COPV 69 38247 4 2022789 poussiers de charbon, une matière synthétique thermoplastiqufe qui n'est pas sous forme de mousse et qui est formée d'un hydrocarbure polymérisé non substitué et dont les particules ont une grosseur inférieure à 0,3 mm. 5 La matière synthétique proposée par l'invention qui est ajoutée à la matière de moulage pour être transformée, sous l'effet de la température de coulée, en carbone brillant qui entoure d'une pellicule les grains de sable de moulage, notamment de quartz, est formée d'un hydrocarbure non substitué de pureté relativement 10 grande, très avantageusement de polymères du styrène (CgH^-OH^Hg), de l'éthylène (CH^CHp) ou du propylène (OH^-CH^CHvj) ou encore d'interpolymères de ces composés. L'additif pour matières de moulage proposé par l'invention ne sert pas de liant mais sert simplement à former des pellicules 15 de carbone brillant qui enveloppent les grains de quartz de la* matière de- moulage. L'additif selon l'invention est formé d'un hydrocarbure non substitué, de pureté relativement grande, c'est-à-dire ne contenant pas d'éléments étrangers tels que le brome, le chlore, le soufre, 20 le fluor ou des substances qui exercent une influence nuisible sur le liant du sable de moulage ou sur la surface de la pièce métallique coulée qu'il s'agit d'obtenir dans le moule de fonderie. L'additif proposé par l'invention sert aussi à remplacer le poussier de charbon dans les noirs de fonderie que l'on applique 25 par badigeonnage ou pulvérisation sur les surfaces des moules. L'additif selon l'invention, dont les particules ont une grosseur inférieure à 0,3mm, peut être ajouté sous/forme de bouillie. Il constitue donc un produit obtenu directement, dans la fabrication de l'hydrocarbure non substitué de pureté relativement 30 grande, par le procédé en suspension, le procédé en émulsion ou le procédé de polymérisation en perles, sans qu'il soit nécessaire de sécher la matière synthétique comme c'était le cas, au moins dans une large mesure, dans son mode antérieur de transformation. 'Ainsi, il n'est pas nécessaire d'éliminer complètement 35 l'eau du produit de polymérisation en émulsion ni de le passer au broyeur à cylindres à haute température ou de le tasser par formage dans des extrudeuses. Au contraire, la forme de division extrêmement fine obtenue dans la polymérisation en émulsion peut servir directement d'additif pour les matières de moulage. 40 De même, lorsque la matière synthétique non substituée est 69 38247 5 2022789 obtenue par polymérisation en suspension ou en perles, procédé où la matière est divisée en une multitude de petits globules dans un excès d'eau, en l'agitant énergirquement' avec addition d'agents de dispersion, avant de la soumettre à la polymérisa-5 tion dans cet état , il n'est pas nécessaire, comme dans la transformation pour d'autres usages, de sécher complètement la matière synthétique qui peut être utilisée à l'état humide puis-aue la matière de moulage doit avoir de toute façon une teneur en eau. Dans la mesure où la matière synthétique à utiliser selon 10 l'invention est le produit d'une polymérisation ,en perles, celle-ci peut être effectuée avec des proportions de bentonite plus fortes qu'il n'était usuel antérieurement, afin d'éviter une agglomération des perles et obtenir ainsi des globules aussi petits aue possible, car il n'est pas nécessaire d'éliminer en-15 suite la bentonite qui recouvre les perles polymérisées. sous forme de couche colloïdale puisque, dans le moule de coulée, elle sert en même temps de liant ce qui permet de diminuer la proportion de liants, en particulier de bentonite, qu'il faut ajouter ensuite à la matière de moulage. 20 Ainsi, l'additif proposé par l'invention peut être ajouté à la matière de moulage sous forme de bouillie et l'addition se fait alors par une pompe qui permet un dosage précis. Il est possible aussi d'ajouter au sable de moulage les perles en suspension associées à de l'eau. 25 II est particulièrement avantageux que la matière synthétique - soit sous forme de grains fins ou de poudre, car il est alors possible de l'ajouter à sec à la matière de moulage, au moyen de dispositifs doseurs qui existent généralement dans les fonderies. A cet effet, la matière synthétique peut être obtenue 30 sous forme de grains fins ou dè poudre en broyant un granulé ou en pulvérisant la. matière synthétique liquéfiée à environ 1 60-200°0. La matière synthétique proposée par l'invention, ajoutée paur la formation de carbone brillant, peut être pulvérulente. Il 35 est particulièrement avantageux qu'elle soit alors en grains fins, d'une grosseur de 0,2 mm et en dessous avec une grosseur moyenne de 0,15 m®. Selon une autre caractéristique de l'invention, la matière synthétique proposée représente, dans le mélange constituant la matière de moulage, une proportion de 0,5 à. 3%, avantageuse- 69 38247 6 2022789 ment de 0,5 à 2^'. Un premier avantage de la matière synthétique proposée par l'invention pour la formation de carbone brillant dans la matière de moulage est qu'il ne faut que des quantités relativement fai-5 bles pour former une couche cohérente de carbone brillant.sur les grains de quartz du sable de moulage. Gela est dS au fait qu'étant donné sa distribution uniforme dans la matière de moulage, l'additif .proposé par l'invention se convertit à 90% en carbone brillant le reste étant formé de constituants volatils, principalement sous 10 forme d'hydrogène. Etant donné qu'en même temps la matière synthétique n'est pas hygroscopique et qu'en outre elle n'exerce pas d'influence nuisible sur le pouvoir agglutinant d'une argile, nota-ment de la bentonite, parce qu'elle n'est pas substituée et ne contient pas de soufre, la matière synthétique proposée par l'in-15 vention permet aussi de diminuer l'addition de liants, notamment de bentonite et de diminuer donc la. teneur, en eau de la matière de moulage. De plus la matière synthétique proposée, par l'invention favorise la fluidité de la matière de moulage et l'additif selon l'invention convient donc particulièrement aux matières de moulage 20 à haute pression. En effet, lors de la coulée du métal fondu, la dilatation de la cavité de moule est nulle ou insignifiante de sorte que non seulement les pièces de fonderie obtenues sont de dimensions exactes mais qu'en outre les problèmes d'alimentation sont plus simples et que dans certains cas, il est inutile d'ef-25 fectuer une alimentation secondaire. La matière synthétique proposée par l'invention comme additif, et qu'il suffit d'ajouter en quantité relativement faible, ne diminue pas la perméabilité aux gaz de la matière de moulage. De plus, étant donné que pour former du carbone brillant avec un 30 rendement très élevé il suffit d'ajouter à la matière de moulage une petite quantité de la matière synthétique proposée par l'invention, la matière de moulage contenant cet additif convient mieux à la fabrication de pièces coulées en acier. Etant donné qu'avec l'additif selon l'invention la matière de 25 moulage nécessite moins de liant, notamment sous forme de bentonite, la régénération de ladite matière de moulage est aussi plus simple car il n'est pas nécessaire de la dépoussiérer dans une mesure aussi grande qu'on le faisait, antérieurement pour les matières de moulage contenant des additifs carbonés connus, notamment des poussiers de charbon.,. COpy 69 38247 7 2022789 L'addition de matière synthétique proposée par l'invention présente encore un autre avantage> à savoir que des fractions non consommées présentes dans la matière "de moulage servent lorsr ' qu'on réutilise le sable de moulage, de sorte que lors de la 5 régénération du sable usagé, il suffit d'ajouter à nouveau de petites quantités de matière synthétique. La pratiaue a montré aue pour fabriquer 100 t de fonte de bonne qualité, avec l'additif carboné traditionnel sous forme de poussier de charbon, il fallait 3,3 t de poussier de charbon synthé-10 tique et 5*4 t de bentonite, tandis qu'avec la solution selon l'invention, pour fabriquer 100 t de fonte de bonne qualité, il faut 0,5 t de polystyrène en grains fins et 4,3 t de bentonite. Des recherches basées sur la détermination , connue par ailleurs , de la perte à la calcination par chauffage du sable de moulage à 15 1000°C ont montré que lorsqu'on utilise du poussier de charbon* le sable- contient 1,5% de carbone brillant et 3 à 3,5% de coke ainsi que d'autres résidus combustibles. Par contre, si l'on ajoute au sable de moulage la matière synthétique selon l'invention sous forme d'hydrocarbure non substitué 20 le sable de moulage contient 1,5% de carbone brillant et seulement 0,5% de résidus'combustibles. Ici encore, l'invention assure des progrès notables car dans le procédé connu, avec utilisation des poussiers de charbon, il reste dans le sàble de moulage de fortes proportions de résidus 25 qui diminuent sa perméabilité aux gaz et sa résistance au feu. Ces inconvénients sont éliminés par l'invention. Un mélange de sable de moulage selon l'invention, destiné à la coulée de pièces usuelles de machine, comprend : sable quartzeux bentonite Wyomin Polystyrène 30 granulométrie moyenne 0, 23- mm 6% 0,8% Un autre mélange de sable de moulage selon l'invention, destiné à des pièces moulées à paroi mince dont la surface doit répondre^ à des exigences élevées de qualité, comprend: 35 sable quartzeux bentonite Wyomin polystyrène granulométrie moyenne 0,16ram 8% 1 ,5% Selon une autre caractéristique de l'invention, il est proposé que l'additif carboné sous forme de matière synthétique à grains 40 fins soit constitué par un mélange préalable contenant le liant, notamment sous forme de bentonite sodique. . COPY 69 38247 8 2022789 Pour terminer, quelques exemples de préparation de matières de moulage et de noirs de fonderie sont indiqués ci-après: 1) 10 kgs de matière synthétique granulée, connue sous la désignation chimique de polystyrène, ayant une grosseur de particules 5 d'environ 5mm sont divisés dans un broyeur à marteaux jusqu'à obte nir une grosseur moyenne de particules de 0,15 mm. Quelques grains de matière synthétique ont alors une grosseur de 0,3mm et d'autres une grosseur inférieure à 0,05 mm.■ Cette matière synthétique à l'état finement divisé est placée 10 dans un broyeur à meules pour moules de sable de la marque "Simpson" dans lenuel ont été chargés 1000 kgs de sable de quartz ayant une grosseur moyenne de grains de 0,2 mm. En outre, à ce mélange ont été ajoutés 60 kgs de bentonite du Wyomlng et 40 litres d'eau. Le mélange est alors soumis à l'action du broyeur pendant une durée 15 de 3 minutes et enfin la masse de sable obtenue par le broyage est "brisée" par une centrifuge de marque "Samon'.r Le mélange est alors comprimé dans une presse pneumatique à secousses destinée à la fabrication des moules de coulée et soumise à des pressions usuelles en fonderie. 20 2) Si la matière utilisée est du polyéthylène, divisé comme dans l'exemple 1) à une grosseur moyenne de particules de 0,15 mm, il faut en èmpLoyer 12 kgs dans le mélange indiqué ci-dessus. Les autres éléments constitutifs du mélange et leur préparation sont identiques. 25 .3) Dans le cas du polypropylène, 10 kgs de ce produit sont utilisés dans le mélange ci-dessus décrit et soumis à un traitement identique. 4) On introduit dans un broyeur à meules de la marque "Speed Huiler" I500kgs de sable de quartzg ayant une grosseur moyenne de 30 grains de 0,24 mm. Puis on ajoute 30 Litres d'une émulsion de polystyrène ayant une teneur en matière solide de 30 % en poids de polystyrène en particules de 0,02 mm, la partie restante de l'émulsion étant constituée par de l'eau. Il y est ajouté 90 kgs d'un bentonite-sodiquede la marque nGeko". Enfin, dans le but 35 d'obtenir une teneur aqueuse d'environ 4 % du mélange total, 40 litres d'eau sont ajoutés dans le broyeur à meules. 5) 69 kgs de bentonite du Wyoming sont mélangés à 10 kgs de polystyrène d'une grosseur moyenne de grains de 0,1mm. Ce mélange est placé dans un broyeur à meules * Simpson" qui contient 1000 kgs de sable de quartz d'une grosseur moyenne de grains de bad original 69 38247 9 2022789 0,18 mm. A ce mélange est ajouté pendant l'opération de malaxage. 50 kgs d'eau et 10 kgs d'amidon de maïs de la marque "Maïzene-Mogul". La durée du malaxage est de 5 minutes. 6) A 1 000 kgs de sable de moulage naturel dénommé "Rosenthal la" 5 gras qui contient de la gloconie formant argile liante, sont ajoutés dans un broyeur à meules "Simpson" 12 kgs de polystyrène ayant une grosseur moyenne de grains de 0,2mm. En outre, pendant le broyage, de l'eau est ajoutée en quantité telle que le mélange de sable de moulage final possède une teneur aqueuse de 6%. La durée du broya-10 ge est de 8 minutes. 7) Pour préparer un noir de fonderie, à 80 litres d'une émulsion d'eau et de polystyrène à 40?<> en poids de polystyrène d'une grosseur de grains inférieure à 0,02 mm sont ajoutés 2,5 kgs de bentonite du Wyoming et 20 litres d'eau, avec forte agitation . 15 Cette pâte est ensuite étendue avec un pinceau sur les surfaces de moulage. 8) Dans 50 litres d'émail de la firme allemande "Dietsche" constitués par une solution dans l'alcool de résine naturelle sont ajoutés, avec une forte agitation, 30 kgs de propylène finement 20 moulu d'une grosseur de grains inférieure à 0,1 mm. Ce produit est alors étendu sur la paroi du moule. 69 38247 2022789 REVEMDICATIOHS 1 - Additif destiné à remplacer le poussier de charbon dans les matières de moulage pour la formation de carbone brillant dans les moules de fonderie où sont utilisés des sables de moulage naturels ou synthétiques et des liants usuels, additif caractérisé en ce 5 qu'il est constitué par une matière synthétique thermoplastique qui n'est pas sous forme de mousse et qui est formée d'hydrocarbure polymérisé non substitué dont les particules ont une grosseur inférieure à 0,3 mm» 2 - Additif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 10 matière synthétique est formée de polymères de styrène. 3 - Additif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matière synthétique est formée de polymères d'éthylène. 4 - Additif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matière synthétique est formée de polymères de propylène. 15 5 - Additif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est formé par interpolymérisation de styrène, d'éthylène et de propylène . 6 - Additif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matière synthétique est sous forme de suspension. 20 7 - Additif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière synthétique est sous forme d'émulsion. 8 - Additif selon les revendications 1 et 6 caractérisé en ce que la matière synthétique est sous la forme d'un produit de polymérisation en perleso 25 9 - Additif selon les revendications 1 à 2 et 4 caractérisé en- ce que les perles polymérisées de matière synthétique sont entourées d'un colloïde formé de bentonite. 10 - Additif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matière synthétique est en grains fins qu en poudre et présente 30 une grosseur de grains de 0,2 mm et en dessous avec une grosseur moyenne de 0,15 mm. 11 - Additif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la matière synthétique représente 0,5 à 3# du mélange constituant la matière de moulage. 35 12 - additif selon la revendication 7 caractérisé en ce que la matière synthétique représente 0,5 à 2$ du mélange de matière de moulage. . 13 - Additif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce qu'il est mélangé préalablement au liant, formé , copy 69 38247 „ 2022789 notamment de bentonite. 14- - Noir de fonderie pour enduire les ..parois de moules, caractérisé en ce qu'il contient une matière synthétique ayant une grosseur de particules inférieure à 0,1 mm. 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