Brevet FR2088163A1 — publié le 19720107

Cette invention se rapporte à la préparation des noyaux et moules de fonderie et se propose de lui apporter divers perfec tionnements0 I1 a dé; > té 2orose de troduire un mélange de moulage doté de propriétés d'écoulement libres de façon aut--l puisse autre acaemi-né tar les attarels tuels de transport des lialides ayant une viscosité passablement élevée tels que les systèmes de tuyauterie et puisse ainsi autre versé directement dans les bottes à noyaux ou autour des modèles dans les boîtes de moulage, te liquide remplit les cavités de la botte à noyau ou du modèle sans qu'il y ait nécessité usuelle de damer, de secouer ou de comprimer.Le mélange liquide se présente sous la forme d'une mousse stable et comprend des agents de liage, de façon à pouvoir se prendre en une masse poreuse solide au bout d'un certain laps de temps, de manière à donner lieu à un moule ou noyau rigide convenant pour son utilisation dans la production des pièces moulées. Un pareil mélange fait 11 objet du brevet anglais n 1.085.651. L'agent de formation de mousse suggéré est une huile sulphonée obtenue par neutralisation d'un acide sulphonique. Il a été également suggéré qu'un agent de stabilisation de mousse puisse être incorporé pour prolonger le temps pendant lequel le mélange demeure fluide ou qu'un agent d'abattement de la mousse tel que de l'alcool butylique puisse autre incorporé pour écourter ce temps0 Pour lier le mélange afin de lui permettre de prendre, on peut utiliser des liants connus à base de silicate de sodium ou de potassium en combinaison avec un agent durcissant tel que le silicate bicalcique, le gypse ou le ciment.A titre de variante, un liant auto-durcissant se présentant sous la forme d'un ciment à prise rapide seul est suggéré, Un autre mélange de sable à l'état de mousse capable autre coulé a été proposé dans le brevet anglais n 1o162.448 suivant lequel l'agent moussant est une amine ou amide d'alcoyle ou l'une d'un certain nombre d'autres matières, et le liant est ici de même du silicate de sodium durci par du silicium ou par un siliciure ou par du ferrosilicium. Ici encore, un agent de démoussage tel qu'un alcool ou le benzène peut être incorporé. Un autre liant convenable auto-dircissant ou une combinaison d'un liant avec un durcissant peut trouver son emploi ici, avec des résultats semblables à condition de se prendre en un laps de temps raisonnable en vue de la production d'un moule rigides Toutefois, un inconvénient des dispositions connues c'est que la nature moussante du mélange fait qu'il est imper- méable aux gaz. Par voie de conséquence, les liants qui, lors de leur prise, dégagent un gaz posent des problèmes et de meme il est difficile d'utiliser comme agent durcissant un gaz qui doive traverser la masse par percolation. Le but de l'invention est de créer en vue de son usage dans la technique intéressée un mélange dans lequel l'agent moussant est sélecté pour donner lieu à un mélange particulièrement fluide et se prestant à une coulée facile tout en permettant l'usage de liants qui font que le mélange se prenne en une masse solide dotée d'une résistance mécanique élevée en un laps de temps relativement court. Un autre but de l'invention est de créer, en vue de son application à cette technique, un agent moussant qui se traduise par une mousse à durée intrinsèquement limitée capable de se disperser au bout d'un laps de temps connu sans nécessiter d'addition d'un agent de démoussage séparé. Dans ces conditions, l'invention prévoit une composition utilisable pour la coulée d'un noyau ou d'un moule de fonderie du type dans lequel une proportion majeure de sable ou d'un matériau réfractaire analogue est mélangée avec un liant et un durcissant ou avec un liant auto-durcissant et avec un agent moussant et une quantité d'eau appropriée, par opposition à la particularité consistant à utiliser comme agent de mous sage un sulfate d'alcoyle anionique.Les matières de ce genre donnent lteu à une mousse à durée intrinsèquement limieQe et i? s prévu que lorsqu'un liant est utilisé et qui réagit avec un buretBsant ou un liant à prise automatique, la durée de la mousse se trouve dans une relation telle par rapport à la vitesse de prise du liant que la mousse dure assez longtemps pour pouvoir autre versée mais s'affaisse avant que la prise n'ait lieu. Ainsi, quand la mousse s'affaisse, le mélange n'est plus imperméable et il permet l'échappement de tous les gaz qui se sont dégagés au cours de la prise. I1 permet, en outre, d'u- tiliser au lieu d'un agent durcissant solide ou liquide, un gaz tel que l'anhydride carbonique qui passe à travers le mélange pour provoquer sa prise dès que la mousse s'est affaissée. Le sulfate d'alcoyle anionique est, de préférence, du type dans lequel le radical alcoyle possède au moins six atomes de carbone0 Celui qui est le plus satisfaisant est le sulfate d'alcoyle dans lequel le radical alcoyle possède huit atomes de carbone, la matière à adopter de préférence étant celle qui est vendue en Grande-Bretagne sous la marque '1Pentrone ON. Cette matière peut autre utilisée seule ou mélangée à un autre agent de formation de mousse tel par exemple qu'un sulphonate d'alcoyl aryle anionique comme le "Deepol 514" qui peut également être mélangé avec lui pour augmenter la stabilité de la mousse. te laps de temps pendant lequel la mousse persiste peut titre réglé de manière à correspondre au temps de réaction ou de prise du liant en modifiant la proportion du second type d'agent de formation de mousse ou, dans le cas d'un liant à base de silicate de sodium, en modifiant le rapport entre le silicate de sodium et l'eau. Plusieurs exemples de mélanges établis conformément à l'invention sont décrits ci-après. Toutes les parties indiquées dans ces exemples sont en poids. EXEPtE NO 1 On ajoute à 100 parties de sable de silice propre lavé du type anglais "Leighton Buzzard 21" 3 parties d'eau, 6 parties d'une solution de silicate de sodium ayant un poids spécifique égal à 1,375 et un rapport moléculaire égal à 3,0 et 0,1 partie du sulfate d'alcoyl anionique à huit atomes de carbone vendu sous la marque "Pentrone ON, L'air est entratné dans ce mélange par une opération de malaxage ou d'agitation convenable, afin de produire une boue fluide se prêtant à la coulée. A cette boue, on ajoute alors 3 parties d'un agent durcissant finement divisé (capable de passer à travers les mailles d'un tamis britanniaue nO 200) la matière à adopter de préférence étant le siliciure de calcium. On verse immédiatement la matière dans un chassies ou une botte à noyau et au bout de deux à trois minutes, la mousse s'abaisse Après ce laps de temps, une réaction exothermique s'amorce entre le silicate de sodium et-le siliciure de calcium avec dégagement de grands volumes d'hydrogène gazeux. Tandis que la mousse s'affaisse, la boue perd de sa fluidité et simultanément la masse de sable devient librement perméable, ce qui permet le libre échappement de l'hydrogène gazeux dans l'atmosphère. Aux températures normales, on constate que la réaction est sensiblement achevée au bout de trente minutes et que la masse de sable est liée dans toute son étendue pour former un corps durO La concentration en eau présente dans le mélange de sable est chose importante puisqu'elle a une influence sur le moment auquel la réaction exothermique commence et sur 1 t am~ plitude de la montée de température pendant les réactions0 Le dessin annexé est un graphique montrant la relation entre la température du mélange de sable et le temps à partir de sa formation pour quatre concentrations en eau différentes. te mélange contient 6 parties de solution de silicate de sodium ayant un poids spécifique égal à 1,375 et un rapport molécu- faire égal à 3,3 parties de siliciure de calcium. Dans les exemples A, B, C et D, il est prévu respectivement 1, 3, 4 et 6 parties d'eau. On voit que la réaction exothermiaue s amorce plutôt pour de faibles concentrations d'eau (1 partie d'addition) mais qu'en présence de 3 à 6 parties en poids d'eau ajoutée, la réaction exothermique atteint des températures plus élevées et qu'un liage puissant se forme. Dans la plupart des mélanges, une addition de 3 parties d'eau assure une vitesse de réaction satisfaisante. Le siliciure de calcium est l'agent durcissant ou l'agent liant secondaire à préférer. L'activité de cette matière dans la réaction avec le silicate de sodium est commandée par la finesse du broyage et le degré de vieillissement0 L'activité est augmentée par un broyage fin et, de préférence, la matière doit avoir une granulométrie telle qutelle passe à travers un tamis à maillage nO 200 comme indiqué ci-avant.De la matière fratche- ment broyée est extrtmement réactive et le siliciure de calcium broyé doit, de préférence, titre laissé vieillir pendant quarantehuit heures en contact avec l'air avant autre utilisé comme agent durcissant pour le procédé en question, Il peut également autre employé en mélange avec du silicate bicalcique comme agents durcissants pour des mélanges de sable contenant du silicate de sodium, la vitesse de la réaction étant fonction des proportions relatives des ingrédients plus ou moins réactifs. Des laitiers métallurgiques et des résidus de procédés tels que des opérations basiques au cubilot dans des fours basiques à sole ouverte, la production de ferro-chrome et le procédé dit Pidgeon pour la production du magnésium constituent des sources convenables de silicate bicalcique. Le ciment Portland et le ciment de laitier de haut-fourneau contiennent également ce minéral et peuvent autre utilisés selon ntimporte quelle combinaison avec le siliciure de calcium en vue de l'obtention des résultats visés par l'invention suivant la vitesse de réaction requises L'emploi d'un mélange de silicate bicalcique et de siliciure de calcium a l'avantage d'économiser ce dernier composé mais l'inconvénient de retarder la réaction de durcissement0 Un exemple d'un mélange utilisant ces matériaux est le suivant:: EXEMPLE NO 2 A 100 tarties de sable propre lavé du type anglais "Leighton Buzzard 21", on ajoute 3 parties d'eau, 6 parties du siliciure de silicate de sodium (poids spécifique 1,375 rapport moléculaire 3,0) et 0,1 partie de "Pentrone ON"o Au cours d'une opération de mélangeage convenable, l'air est entratné dans cette masse de sable et se traduit par la production d'une boue fluide.On mélange 5 parties de silicate bicalcique (broyé à une finesse correspondant à un tamis à maillage 200) et une partie de siliciure de calcium (broyé pour passer à travers un tamis de meme maillage) et on les ajoute à la boue en poursuivant le malaxage en vue d'obtenir une dispersion uniformes On verse ce mélange dans un chassies ou une botte à noyau, et on disperse la structure de mousse air/eau après deux minutes.La réaction ultérieure entre le liant à base de silicate de sodium et le durcissant à base de silicate dicalcique se traduit par une masse de sable fortement liée qu'on obtient au bout d'environ quatre-vingt-dix minutes0 Dans des mélanges de sable lié par du silicate de sodium du type décrit ci-avant, la durée d'une masse de mousse stable air/eau dépend des proportions de la solution de silicate de sodium et de l'eau ajoutée qui sont présentes. En modifiant la proportion de solution de silicate de sodium et d'eau, l'affaissement de la mousse peut autre réglé pour donner la certitude qu'il précède le début des réactions de durcissement chimique. C'est ainsi par exemple que des mous ses air/eau obtenues par addition de "Pentrone ON" à des mélanges de sable s'affaissent au bout des durées suivantes suivant la concentration relative de solution de silicate de sodium et d'eau présente : Avec 6 parties de solution de silicate de sodium pour 4 parties dgeau, la mousse se disperse deux minutes vingt secondes après le mélangeage. Avec 6 parties de solution de silicate de sodium pour 2 parties d'eau, la mousse se disperse huit minutes après le mélangeage. Avec 6 parties de sodium de silicate de sodium pour une partie d'eau, la mousse se disperse treize minutes après le mélangeageO Une autre méthode de réglage du temps au bout duquel la mousse air/eau s'affaisse consiste à employer des mélanges d'agent de moussage compatibles pour engendrer la masse mousseuse. C'est ainsi, par exemple, que l'addition de sulphonates d'alcoyl aryle anionique du type connu sous la marque "Teepol 514" à du "Pentrone ON" augmente la stabilité de la masse de mousse. Dans des mélanges contenant 6 parties de silicate de sodium (poids spécifique 1,375, rapport moléculaire 3,0) 2 parties d'eau et 0,1 partie de "Pentrone ON" la durée de la mousse air/eau est prolongée par l'addition de "Teepol 514" de la manière suivante : Si l'on utilise 0,1 partie de "Pentrone ON" et 0,025 partie de "Teepol 514", la mousse persiste pendant vingt minutes0 Si l'on utilise 0,1 partie de "Pentrone ON" et 0,005 partie de" Teepol 514" la mousse dure vingt-quatre minutes. Si l'on utilise 0,1 partie de "Pentrone ON" et 0,01 partie de "2eepol 514" la mousse persiste plus de trente minutes. Au cours d'un autre essai utilisant un autre stabilisqnt de mousse secondaire se présentant sous la forme du diéthanolamide vendu sous la marque "Trisophone PK" au lieu de "leepol 514" les résultats suivants sont obtenues: Si l'on utilise 0,1 partie de "Pentrone ON" et 0,005 partie de "lrisophone PK" , la mousse subsiste pendant sept minutes et trente secondes. Si l'on double la quantité de "risophone PK", t produite, la mousse persiste pendant vingt- minutes. Avec quatre fois autant de "Trisophone P" (mais encore la même quantité de " Pentrone ON") la durée de la mousse dépasse trente minutes. Comme dans les dispositions connues, du silicium seul sous la forme de ferro-silicium broyéfinement ou du silicium métallique ou un siliciure peut être utilisé comme durcissant du silicate de sodium. Cette réaction s'accompagne de.la formation de grandes quantités d'hydrogène gazeux qui ne peut s'échapper librement à moins que la mousse air/eau ne se soit complètement dispersée dans toute l'étendue de la masse de sable après la coulée mais avant que la réaction ne commence. EXEMPLE N 3 I1 s'agit ici de l'exemple de 11 emploi d'un procédé de stabilisation à l'anhydride carbonique rendu possible par le fait que la durée limitée de la mousse permet au mélange autre gazé après la coulée te mélange présente la composition suivante :: Sable (sable de silice du type anglais Leighton Buzzard n0 21 + 100 parties Silicate de sodium (poids spécifique 1,375,-rapport moléculaire 3,0) .................... 6 parties Eau 0.O 2 n 2 Agent de moussage ("Pentrone ON") .0 0,1 L'air est entraîné dans le mélange par une opération de malaxage convenable et la boue fluide résultante est versée autour d'un modèle dans un chassies de moulage de fonderie.La mousse s'affaisse au bout de trois minute On fait passer de l'anhydride carbonique à travers le corps résultant perméable aux gaz. te volume du mélange de sable représente 1 litre et on fait passer 8 litres de gaz à travers lui en trois minutes0 La résistance à la compression de la masse immédiatement après le traitement par le gaz représente 6,2 kg/cm20 Se développement rapide de la résistance permet undégagement immédiat du modèle, ce qui réduit le temps pendant lequel le modèle est occupé et permet en même temps au moule d'entre employé pour la coulée du métal pendant un court laps de temps, EXEMPLE T0 4 Dans cet exemple, on utilise du ciment Portland à durcissement rapide comme liant au lieu de silicate de sodium0 Son durcissement par passage de gaz est assuré par l'anhydride carbonique. te ciment a été employé dans des dispositions connues mais précédemment était simplement durci par la réaction normale ciment-eau et était trop lente pour son usage commercial dans les fonderies. Grâce à l'application d'un agent de moussage donnant lieu à une mousse à durée limitée, on permet l'utilisation de la technique de passage des gaz et en l'appliquant au ciment, on obtient une prise très rapide0 Un mélange est préparé ayant la composition suivante : Sable (sable de silice du type anglais Leighton Buzzard n 21).............................. 100 parties Ciment Portland (du type "Swiftcrete' à prise rapide surface spécifique 7500 cm2/gm) .0 10 Eau ........................................ o o o .. o o 6 Agent moussant (mélange de 80% de Pentrone ON et de 20% d'un éthoxylate de nonylphénol vendu sous la marque "Empilan MP9")............................. 0,1 " On verse le mélange dans une boute à noyau pour former un noyau pesant 36 kilos. La mousse se disperse au bout d'une heure, après quoi 120 dm3 environ d'anhydride carbonique sont envoyés à travers la masse qui devient dure au bout de deux minutes. La température à l'intérieur du noyau s'élève à 250C et la résistance mécanique engendrée est suffisante pour per- mettre un dégagement immédiat.Au bout de vingt quatre heures de stabilisation à la température ambiante, ce noyau possède une résistance à la compression de 10,85 kg/cm2 et est utilisé pour la production d'une pièce en fonte pesant 350 kilos environ qui est versée à une température de 1300 C. Après refroidissement, le noyau se brise facilement. Des noyaux fabriqués en partant d'un mélange semblable sable/ciment/eau mais sans traitement avec l'anhydride carbonique possèdent une résistance ne dépassant pas 75 kg/cm2 dans des conditions similaires. Par suite de la vitesse du durcissement plus faible, un pareil noyau ne peut être dégagé de la botte de façonnage en moins de quatre heures. EXEMPLE N 5 Ceci est un exemple de l'emploi dlun autre agent de moussage à base de sulfate d'alcoyle anionique, cette fois, celui dans lequel le radical alcoyle possède 10 atomes de carbone0 On prépare un mélange ayant la composition suivante : Sable (sable de silice du type anglais Leighton Buzzard n0 211 ......................................... 100 parties Ciment Portland tSwiftcrete" à prise rapide surface spécifique 7200 cm/g) ...................... o 10 I' Eau O 0 0 6 O O O 6 Agent de moussage (Pentrone ON)..................... 0,1 Le "Pentrone ON" est le sel de sodium du sulfate décylique. Une dispersion complète de la mousse se produit en deux minutes après que le mélange a été versé dans une botte à noyau0 Le noyau est ensuite durci en faisant passer à travers lui de l'anhydride carbonique comme indiqué dans l'exemple n 4. On voit que dans chacun des six exemples sus-indiqués, l'agent moussant utilisé eu au moins la majeure partie de cet agent est du sulfate d'alcoyle anionique ayant au moins 6 et de préférence 8 atomes de carbone dans le radical alcoyle. C'est là la matière qui, en donnant à la mousse une durée limitée sans nécessiter d'agent d'abattement de la mousse, permet à la matière de se prendre en un court laps de temps après la coulée, ce qui permet au moule ou au noyau de devenir perméable avant que le liant ne prenne soit avec le dégagement de gaz, soit par l'usage de gaz. Les modalités de mise en oeuvre peuvent être modifiées, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques0 REVENDICATIONS lo Composition utilisable pour couler un noyau ou moule de fonderie du type dans lequel une proportion majeure de sable ou d'une autre matière réfractaire est mélangée avec un liant et un durcissant ou avec un agent autodurcissant et avec un agent de formation de mousse et une quantité appropriée d'eau caractérisée en ce que l'agent de formation de mousse est un sulfate d'alcoyle anionique. 2o Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le sulfate d1alcoyle anionique possède un groupe alcoyle ayant au moins 6 atomes de carbone. 3. Composition suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le sulfate d'alcoyle anionique possède un groupe alcoyle n'ayant pas plus de 10 atomes de carbone0 4o Composition suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le sulfate d'alcoyle anionique est un sulfate octylique. 5. Composition suivant la revendication 3 caractérisée en ce que le sulfate d'alcoyle anionique est un sulfate décyli- que. 6. Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'unie proportion mineure d'un second agent de formation de mousse ou d'un agent favorisant la formation de mousse est incluse.