Brevet FR2197671A1 — publié le 19740329

La presente invention concerne le domaine de la fonderie, plus précisément un mélange de moulage autodurcissant pour la fabrication de moites et noyaux de fonderie. Ces dernières années, des mélanges de moulage autodurcissants pour la fabrication de moules et noyaux de fonderie, contenant des liants organiques et minéraux, ont trouvé de larges applications grâce au fait qu'ils n'exigent pas de temps ni de frais supplémentaires pour le séchage en vue de conférer la résistance mécanique requise aux moules et noyaux confectionnés avec ces mélanges. On fait largement usage de mélanges autodurcissants contenant du sable, du silicate de sodium et du silicate bicalcique. La mise en oeuvre de ce mélange pose des problèmes qui sont liés au débourrage difficile des noyaux, à l'adhésion accrue du mélange aux modè?es et aux bûtes à noyaux, à la complexité et aux possibilités limitées de réglage du processus de durcissement. Lesdites difficultés sont en partie surmontées lorsqu'on recourt à des liants à base de substances organiques. De ce point de vue on a irtSrêt à utiliser des mélanges autodurcissants comprenant d; sable, un lignosulfonate de métal alcalin, alcalin terreux ou d'ammonium, c bien un mélange de ceux-ci, et un agent de durcissement. En tant qu'agent de durcissement nn incorpore dans le mélange un compost de chrome hexavalent, divers genres de ciments. En cas d'utilisation des mélanges autodurcissants de ce genre on observe une vitesse diminuée de durcissement des moules et noyaux confectionnés, une faible résistance à la compression des produits, qui ne dépasse pas 1,0 kg/cm une heure après le durcissement, ainsi qu'une faible perméabilité aux gaz. L'ir.ventiorl permet de supprimer les inconvnients précités. cet effet,itir.veytion vise un mélange de moulage autodurcissant dont la composition assurerait une amélioration appréciable des caractéristiques mécaniques des moules et des noyaux confectionnés avec ce mélange, la possibilité de régler la vitesse de durcissement, une meilleure aptitude des noyaux au débourrage et la suppression du tassement lors de la fabrication des moules et noyaux de fonderie. Ces problèmes sont résolus du fait qu'un mélange de moulage autodurcissant du type contenant du sable de fonderie, un liant organique et un agent de durcissement pulvérulent, est caractérisé, selon l'invention, en ce que l'agent de durcissement est essentiellement constitué de CaO et Al203 engagés dans un rapport molaire de 1,6/1 à 4/1, et d'aluminate tricalcique à raison de 40 à 98% en masse, le liant utilisé étant une matière organique susceptible d'entrer en reaction avec l'agent de durcissement et de provoquer le durcissement du mélange. L'agent de durcissement incorporé dans le mélange est, selon l'invention, un produit de réaction à l'état solide de matières contenant de l'alumine et de mtières contenant de la chaux, engagées dans des proportions assurant l'obtention d'un produit dans lequel le rapport molaire de CaO à Al O va de 1,6/1 à 4,0/1 et qui renferme 40 à 98% en masse d'aluminate tricalcique. En tant que matières contenant de l'alumine on utilise l'alumine technique, la bauxite, l'alunite, l'argile, des laitiers métallurgiques. L'autre constituant de la charge peut être la chaux, le calcaire, des laitiers métallurgiques et d'autres matières qui, sous l'action de la température de la réaction, dégagent de la chaux. Suivant les quantités de CaO et Au203 présentes dans les matières précitées, on obtient des agents de durcissement à différentes teneurs en aluminate tricalcique et, par conséquent, à activités différentes. Le produit résultant du frittage est réduit habituellement jusqu'à une surface spécifique de 2000 à 4000 cm /g, mesurée par filtration de l'air à travers une couche de matière ainsi réduite, et calculée d'après la méthode de Cosény-Carman. ta valeur de la surface spécifique de l'agent de durcissement a une influence appréciable sur la vitesse de durcissement du mélange et sur la résistance à la compression des moules et noyaux de fonderie fabriqués avec ce mélange. il est évident que plus la surface spécifique de l'agent de durcissement est importante et plus la résistance mécanique et la vitesse de durcissement du mélange considéré sont élevées. La proportion de l'agent de durcissement dans le mélange peut varier, selon l'invention, de ),0 à 12% par rapport à la masse du sable de fonderie. Le liant organique incorporé dans le mélange autodurcissant conforme à l'invention peut être une matière susceptible d'entrer en réaction avec l'agent de durcissement et de provoquer le durcissement du mélange. Le liant incorporé dans le mélange peut etre un lignosulfonate de métal alcalin, alcalino-terreux ou d'ammonium, ou bien leur mélange, une résine soluble provenant de la pyrolyse du bois et traitée à la chaux, une dextrine. ta matière la plus répandue contenant le lignosulfonate de sodium) de calcium ou d'ammonium, ou bien leur mélange, est un déchet de production de la cellulose par le procédé au sulfite. Cette matière sera appelée dans ce qui suit "lessive alcoolosulfitique". La lessive alcoolosulfitique incorporée dans le mélange conforme à l'invention est produite industriellement à l'état liquide ou sous forme de concentrés secs contenant 45 à 97%, en masse, de lignosulfonates. Plus la teneur de la lessive alcoolosulfitique en lignosulfonate est élevée et plus la quantité requise pour obtenir une même résistance à la compression des moules et noyaux est faible. la teneur de la lessive alcoolosulfitique liquide en lignosulfonate est déterminée d'après la masse spécifique de celle-ci. On incorpore habituellement dans le mélange conforme à l'invention une lessive alcoolosulfitique ayant une masse spécifique de 1,1 à 1,27 g/cm , et -dans laquelle la concentration de lignosulfonate est de 25 et 55% en masse. On choisit une proportion de lessive assurant un taux de lignosulfonate de 0,5 à 4,0% par rapport à la masse du sable de moulage. Ci-après sont décrits des exemples non limitatifs de réalisation de l'invention avec utilisation de lessive alcoolosulfitique en tant que lignosulfonate, étant bien entendu que l'invention n'est pas limitée à l'utilisation de ladite lessive en tant que matière contenant du lignosulfonate. Exemple 1. On a préparé un mélange de moulage autodurcissant conforme à l'invention en mélangeant 100 parties, en masse, de sable de moulage avec 10 parties, en masse, d'un agent de durcissement, 5 parties, en masse, d'une lessive alcoolosulfitique ayant une masse spécifique de 1,24 g/cm7 et contenant 46 %, en masse, de lignosulfonate, et 2 parties, en masse, d'eau. te graphique de la figure 1 représente les courbes de variations avec le temps de la résistance du mélange autodurcissant décrit dans l'exemple 1 (7étant la durée de maintien en heures, étant la résistance à la compression en kg/cm) La différence entre les mélanges réside dans le fait que les agents de durcissement incorporés dans ces mélanges contiennent des proportions différentes d'aluminate tricalcique, à savoir 92 % en masse - courbe a 70 % en masse - courbe b 40 % en masse - courbe c. Il ressort du graphique de la figure 1 qu'en choisissant un agent de durcissement ayant une teneur plus élevée ou plus faible en aluminate tricalcique on peut régler la vitesse de durcissement et la résistance à la compression des moules et des noyaux. Conformément à l'invention, on peut régler la vitesse de durcissement et les caractéristiques mécaniques du mélange en modifiant le rapport entre le lignosulfonate contenu dans la lessive alcoolosulfitique, d'une part, et l'agent de durcissement de la composition choisie, d'autre part. On a constaté que la vitesse de durcissement la plus élevée et les meilleures caractéristiques mécaniques sont obtenues quand le rapport entre le lignosulfonate de la lessive alcoolosulfitique et l'agent de durcissement danse mélange de moulage est de 1/22 à 1/18 et 1/1,5 et 1/0,8 en masse. Pour un mélange autodurcissant contenant la lessive alcoolosulfitique et l'agent de durcissement en proportions telles que le rapport entre le lignosulfonate et l'agent de durcissement soit de 1/18 à tu 1,5 la période de durcissement induite prolongée et, par conséquent, le mélange présente une-haute vitalité. D'autre part, un tel mélange ressente une résistance finale élevée Le tableau ' concerne des exemples de mélanges de trois ce: positions, dans ~esqel es l'agent de durcissement a la composition précitez et la lessive alcoolosulfitique a une masse spécifique de 1,24 g/cm et renferme 46 X, en masse, de lignosulfonate.Le rapport en masse du lignosulfonate de la lessive alcoolosulfitique à l'agent de durcissement est égal, dans ces mélanges, à 1/5, 1/2,5 et 1/1,5 respectivement. Tableau 1 Constituants du mélange parties en masse mélange 1 mélange 2 mélange 3 Sable quartzeux 100 100 100 Agent de durcissement 10 10 4,5 Lessive alcoolosulfitique 5 8 6,5 Eau 2 2 2 Le graphique de la figure 2 représente les courbes d, e, f des variations de la résistance à la compressionS(kg/cm2) des mélanges 1, 2 et 3 respectivement (tableau 1) en fonction de la durée de aintien de ces mélanges à l'air (en heures). Le graphique de la figure 2 montre que plus le rapport entre les proportions de lignosulfonate et d'agent de durcissement (mélange 7), est important et plus la vitesse de durcissement et les caractéristiques mécaniques du mélange cnnforme à l'invention sont élevées. T'n autre liant pouvant être incorporé dans le mélange de moulage autodurcissant conforme à l'invention est rn: produit du traitement à la chaux de résine soluble provenant de la pyrolyse du bois. Ledit produit sera appelé dans ce qui salait "liant KBC". Les principaux constituants du liant KBC sont le glucosane lévogyre (30 % en masse), les sels calciques des acides-alcools, en acides-alcools et leurs lactones (30 à 40 " en masse), l'éthylène-glycol (5 à 7 d en masse), la pyrocatéchine ou la méthylpyrocatéchine (7 à 8 g en masse).En outre, peuvent être présents la résorcine, le phénol, l'acide acétique et ses sels. Pans le mélange conforme à l'invention on incorpore habituellement un liant KBC ayant une masse spécifique de 1,50 à 1,32 gXcm3 et contenant 65 X,en masse, de substances solides. Exemple 2 On a mélangé 100 parties, en masse, de sable de moulage avec 10 parties, en masse, d'un agent de durcissement contenant 92 X, en masse, d'aluminate tricalcique, puis on a introduit 4,5 parties, en masse, de liant KBC ayant une masse spécifique de 1,30 g/cm3 et contenant 65 %, en masse, de susbstances solides, et 5 parties, en masse, d'eau. L'extraction des noyaux confectionnés avec ce mélange est possible au bout de 15 mn. La résistance à la compression s'élève à 6,5 kg/cm au bout de 1 h de durcissement, 10,0 kg/cm au bout de 7 h de durcissement, 16,0 kg/cm2 au bout de 24 h de durcissement. En cas d'utilisation du liant KBC le maximum d'efficacité est obtenu quand le rapport en masse du KBC (en calculant en matière solide) à l'agent de durcissement est de 1/15 et 1/08. En comparaison de la lessive alcoolosulfitique le liant KBC permet de régler dans des limites plus étendues la période induite de durcissement et, par conséquent, la vitalité du mélange. Conformément à l'invention, on peut utili er comme liant la lessive alcoolosulfitique en association avec le liant KBC. Avantageusement le rapport en masse de la lessive alcoolosulfitique au liant KBC (en calculant en matière solide) est de 1/1,5 à 1/4. Exemple 7 Pour la préparation d'un mélange on a utilisé 100 parties, en masse, de sable de moulage, 10 parties, en masse, d'un agent de durcissement contenant 92 4, en masse, d'aluminate tricalcique, 1,2 parties, en masse, de lessive alcoolc sulfitique ayant une masse spécifique de 1,24 g/cm3 et contenant 46 %, en masse, de lignosulfonate, 5,8 parties, en masse, de liant KBC ayant une masse spécifique de 1,30 g/cm3 et contenant 65 %, en masse, de substances solides, et 5 parties, en masse,d'eau. L'extraction des noyaux cnnfectionnés avec le mélange en question a été effectuée au bout de 15 mn. La résistance du mélange à la compression s'élève à 7 kg/cm2 au bout de 1 h de durcissement, 10 kg/cm au bout de 3 h de durcissement, 17 kg/cm au bout de 24 h de durcissement. Dans le mélange de moulage autodurcissant conforme à l'invention le liant peut être une dextrine. te maximum d'efficacité est obtenu quand le rapport en masse de la dextrine à l'agent de durcissement dans le mélange est de 1/5 à 1/3. Exemple 4. On a mélangé 100 parties, en masse, de sable de moulage avec 10 parties, en masse, d'un agent de durcissement contenant 92 %, en masse, d'aluminate tricalcique, 3 parties, en masse, de dextrine et 6 parties, en masse,d'eau. Les noyaux confectionnés avec le mélange en question ont été extraits au bout de 25 mn. La résistance à la compression s'élève à 4,0 kg/cm2 au bout de 1 h de durcissement 4,5 kg/cm2 about de 3 h de durcissement 11,0 kg/cm2 au bout de 24 h de durcissement. Le procédé de durcissement du mélange de moulage conforme à l'invention, procédé qui est basé sur la réaction de l'agent de durcissement de composition précitée avec le liant organique, est également valable pour un mélange de moulage liquide qui, outre le sable de moulage, le liant organique et l'agent de durcissement, comprend un agent moussant en proportion suffisante pour faire passer le mélange à l'état liquide. ta proportion de l'agent moussant peut etre de 0,1 à 0,6 % par rapport à la masse du sable. En tant qu'agents moussants on peut incorporer dans le mélange des substances tensio-actives anioniques, cationiques et non ionogènes. Parmi les substances de ce genre on peut citer les sulfonates d'alcoylaryle, les sulfonates d'alcoyle, les sulfates d'alcoyle, les produits d'oxyéthylation des alcools, alcoylphénols, amines grasses, acides gras, alcoyl-naphtols et mercaptans, les composés de l'ammonium quaternaire. tes agents moussants les plus convenables pour le mélange conforme à l'invention sont les substances tensioactives du type anionique, tels que le sulfonate d'alcoylaryle sodique qui assure l'obtention d'un mélange liquide présentant une haute fluidité et engendre une mousse suffisamment persistante dans le mélange, c'est-à-dire qu'il confère à celui-ci une aptitude à cnnserver sa fluidité pendant un laps de temps suffisant pour la coulée du mélange dans les boites à noyaux et sur modèles. L'avantage du mélange liquide faisant l'objet de l'invention réside dans sa haute fluidité, qui permet d'éviter l'opération connue de tassement du mélange lors de la fabrication de moules et noyaux, et de remplacer cette opération par la coulée dans les boîtes à noyaux et sur modèles. Exemple 5 Pour la préparation d'un mélange liquide on a mélangé 100 parties, en masse, de sable de moulage, 10 parties, en masse, d'un agent de durcissement contenant 92 %, en masse, d'aluminate tricalcique, 8 parties, en masse, de lessive alcoolosulfitique ayant une masse spécifique de 1,24 g/cm3 et contenant 46 %, en masse, de lignosulfonate, 0,6 partie, en masse, d'alcoylarylsulfonate de sodium du type connu sous la marque commerciale DC-PAC, et 2,0 parties, en masse,d'eau te mélange présente une fluidité équivalent à 350 mm, mesurée par la méthode de déliquescence du cône. La persistance de la mousse est de 20 mn. ta résistance à la compression s'élève à 6 kg/cm2 au bout de 1 h de durcissement, 2 8 kg/cm2 au bout de 5 h de durcissement, m kg/cm2 au bout de 24 h de durcissement. Exemple 6 On a prrpart un mÉlange liquide en mélangeant 100 parties, en masse, de sable de moulage, 5 parties, en masse, d'un agent de durcissement contenant 92 X, en masse, d'aluminate tricalcique, 7,5 parties, en masse, de lessive alcoolosulfitique ayant une masse spécifique de 1,24 g/cm3 et contenant 46 %, en masse, de lignosulfonate, 0,17 parties, en masse, d'alcoylarylsulfonate de sodium du type connu sous la marque commerciale DC-PAC, et 2,5 parties en masse d'eau. L'extraction des noyaux a été effectuée 10 mn après la coulée du mélange dans une boite à noyaux. La résistance à la compression s'élève à 9 kg/cm au bout de 10 mn de durcissement, 12 kg/cm2 au bout de 1 h de durcissement, 20 kg/cm au bout de 24 h de durcissement. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutéss selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENPI CATIONS 1. - Mélange de moulage autodurcissant pour la confection de moules et noyaux de fonderie, du type contenant du sable de moulage, un liant organique et un agent de durcissement pulvérulent, ledit mélange étant caractérisé en ce que l'agent de durcissement est constitué essentiellement de CaO et de Au203 engagés dans un rapport molaire de 1,6/1 à 4/1 et d'aluminate tricalcique à raison de 40 à 98 Yo en masse, et en ce que le liant utilisé est une matière organique susceptible d'entrer en réaction avec ledit agent de durcissement et de provoquer le durcissement du mélange. 2. - Mélange de moulage autodurcissant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que sa teneur en agent de durcissement est de 3 à 12 %, en masse, par rapport au sable de moulage. 7. - Mélange suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le liant organique utilisé est un lignosulfonate de métal alcalin, alcalino-terreux ou d'ammonium, ou bien leur mélange. 4. - Mélange suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le lignosulfonate précité est utilisé sous forme d'une lessive alcoolosulfitique. 5. - Mélange suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le liant organique utilisé est une résine soluble traitée à la chaux et provenant de la pyrolyse du bois. 6. - Mélange suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le liant organique utilisé est une dextrine. 7. - Mélange suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient en outre un agent moussant. 8. - Mélange suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent moussant est introduit à raison de 0,1 à 0,6 go, en masse, par rapport au sable de moulage.