Brevet FR2152421A1 — publié le 19730427

La présente invention concerne les compositions destinées à la préparation de moules et de noyaux de fonderie, ainsi que leur utilisation et leur récupération. L'invention s'applique aux compositions de moulage autodurcissables ou durcies par un gaz, qui sont réalisées autour d'un modèle par les techniques classiques de serrage, de projec- tion ou de secousses, mais elle est particulièrement importante dans le cas des compositions quton coulée ou moule, et qui comprennent de liteau et un agent tensio-actif qui rend le mélange capable d'entre versé dans le moule et qui durcit du fait de l'action chimique d'un liant et dtun durcisseur ou d'un liant auto durcissable compris dans le mélange. De telles compositions durcissables destinées à la fabrication de bottes et de moules de fonderie sont en général formées dtune matière granulaire réfractaire de charge, sous forme de sable de silice, avec un liant formé par une résine convenable et un catalyseur ou un liant auto-durcissable convenable. Le liant peut être aussi de nature à durcir ldrs de l'introduction de gaz carbonique, par exemple dans le cas d'un liant sous forme de silicate de sodium. Lorsque la composition est du type luron peut couler, elle comprend de plus, comme on l'a vu précédemment, une certaine quantité d'eau et un agent tensio-actif, mais la matière la plus importante est a charge granulaire réfractaire, habituellement sous forme de sable de silice.On connatt d'autres charge) par exemple de la magnésite de chrome et de la chamotte sous sorte granulée. Un mélange comprend dans un exemple 70 à 90 % de saule, 3 à 14 % d'un agent primaire d'association, 2 à 10 % de durcisseur, 1 à 6 % d'eau et une petitequantité d'agent tensio-actif. Les brevets britanniques NO 1 085 615, NO 1 086 241 et NO 1 193 952 décrivent d'autres compositions. Il est souhaitable et en réalité courant, à la fois dans les moules en sable serré et dans les moules en sable coulé, d'essayer de récupérer et de réutiliser au moins la plus grande partie de la charge granulaire après la coulée, de manière à réduire le cott total. On fait passer la matière constituant les moules et les noyaux de la fonderie à un concasseur, puis à des tamis et à une installation de lavage, destinés à séparer et à classer la ma tière granulaire. On l'utilise de nouveau, en éliminant lea matiè- res trop fines qui contiennent les restes de liant et de catalyseur. La qualité du sable récupéré de cette manière et réutilisé dépend du degré d'élimination des résidus de liant, car ceux-ci, lorsqu'ils sont présents, affectent les propriétés d'association de la nouvelle composition dans laquelle est introduit le sable. Dans les procédés où on utilise comme liant du ciment Portland ou du silicate de sodium l'enlèvement des fines matières de liaison et le nettoyage du sable en vue de sa réutilisation sont particulièrement difficiles à mettre en oeuvre et peu efficaces, et il est rarement possible d'utiliser plus de 75 % du sable récupéré.De façon analogue, lorsqu'on met en oeuvre des procédés au cours desquels on verse ou coule la composition de moulage sous forme d'une barbotine, les qualités de coulage du mélange varient beaucoup en fonction de la quantité de matières fines, et de restes de liant présents dans le mélange > car on adapte la quantité de phase liquide (eau) à la surface spécifique de la charge, et cette quantité s'élève lorsqu'il existe une quantité supplémentaire de restes de petites dimensions de qualité indéterminée (c'est-à-dire de rapport surface/volume élevé). Le sable associé par une résine se prête à la récupération, car on peut brtler les résidus en chauffant la matière utilisée à une température suffisamment élevée, mais ce procédé est cof- teux et on utilise habituellement à la place un procédé de nettoyage à sec, si bien que la matière recyclée contient une cer taine quantité d'impuretés. L'invention concerne une composition destinée à la formation de moules ou noyaux de fonderie durcis, notamment par mise en oeuvre d'un procddé de coulée, qui facilite la récupération et la réutilisation d'une proportion élevée de la matière de charge, sans qu'elle présente les difficultés rencontrées actuellement. Selon l'invention, on utilise pour la formation des moules et noyaux de fonderie une composition de charge réfractaire et de liant dans laquelle 20 % au moins et 80 r au plus en volume de la charge/sous forme particules ou des morceaux trop gros pour passer dans un crible ayant des trous de 3 mm de diamètre. De préférence, 40 % au moins et 75 % au plus de la charge est du type cité, et les particules ont de préférence une dimension comprise entre 6,25 et 12,5 mm. Grâce à l'utilisation, dans la charge réfractaire, d'une proportion notable de grosses particules, le problème de la récupération efficace est très simplifié. Après la coulée, on brise la matière du moule ou du noyau et on l'introduit sur un tamis ou un crible vibrant à passage direct qui élimine toutes les particules dont la dimension est inférieure à 6 mm, de manière que 100 % de la partie de la charge à grosses particules soient récupé rées avec élimination simultanée des restes de silicate ou de résine. Ainsi, on peut réutiliser plusieurs fois une partie -notable au moins de la charge, presque sans perte. il faut noter que, selon les principes connus du tassage des mélanges de particules dont les dimensions varient, la proportion réelle des particules de grande dimension qu'on peut incorporer sans suppression de la possibilité d'obtenir un moule lisse et satisfaisant dépend de la dimension réelle des particules, et on peut utiliser dans certains cas des particules dont le diamètre peut atteindre 25 mm, pourvu que celles-ci ne constituent qu'unie faible proportion , équilibré par une quantité convenable de particules pouvant atteindre 6 mm et par une proportion convenable de sable de qualité adaptée. Les particules de grande dimension peuvent être en toute matière ayant des propriétés réfractaires convenables et supportant l'opération de criblage sans désintégration. Une matière qui convient est formée par des morceaux d'isolants brisés en poroelaine, qu'on trouve comme rebut dans certaines installations électriques. Une autre possibilité consiste à utiliser des billes d'alumine tabulaire. On peut aussi utiliser du gravier de quartz ordinaire de dimension comprise entre 6 et 13 mm. On peut aussi utiliser de la dolérite d'empierrement. De préférence, la matière réfractaire à grosses particules a une forme arrondie et non angulaire, aussi près que possible d'une sphère, de manière à avoir un rapport surface/volume relativement faible. On doit éviter d'utiliser des matières lamellaires. Le reste de la charge peut être constitué par du sable de silice, tel qu'on en utilise pour la totalité de la charge des compositions classiques ; il a de préférence unebonne granulome trie, c'est-à-dire qu'il contient des proportions équilibrées de grains sur une large plage de dimensions,ce qui permet un bon empilement. En réalité, la totalité de la composition est faite dans un cas idéal de particules ayant des dimensions très variées, comprises par exemple entre 25 mm de diamètre et la dimension d'un sable fin. La proportion de particules de grosses dimensions dépend aussi dans une certaine mesure de la qualité de la surface voulue pour le moule. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux des quelques exemples suivants donnés à titre non limitatif. Exemple 1 On ajoute à une partie en volume de sable de silice Chelford 50 contenant 6 % de silicate de sodium de qualité C-112 deux parties de en volume de gravier de quartz ayantp ndimension/particules com- prise entre 3 et 12,5 mm environ. (N'expression "dimension de particules" s'applique à des particules qui passent à travers un crible dont les trous ont le diamètre cité). Le mélange obtenu contient alors une charge formée de 66,67 % de grosses particules et 33,33 % de sable, avec 2 % de liant. On en forme une barbotine par addition de 0,6 % d'eau et 0,02 % d'un agent tensio-actif anionique à base de sulfate d'alkyle secondaire, vendu sous la marque de fabrique "Pentrone On". On réalise le mélange avec une bétonniére classique. On verse cette composition dans une botte à noyaux en bois de 550 mm de long, les autres dimensions étant égales à 175 mm, en incorporant un tube perforé d'acier dans le noyau de manière à permettre le passage d'un gaz. On réalise cette dernière opération en faisant circuler du gaz carbonique dans le tube à un débit de 70 litres par minute pendant 1,25 minute. On recouvre la surface du noyau d'un poteyage réfractaire classique à base de white spirit et vendu par Foseco Limited sous la marque de fabrique "Moldcote 10" On réalise des moulages satisfaisants avec les noyaux réalisés comme décrit ci-dessus, et après coulée, on brise la matière du noyau et on la fait passer sur un crible rotatif cylindrique ayant des trous d'environ 5 mm de diamètre.Après 5 minutes, la totalité des matières fines a pratiquement passé dans les trous et on extrait la matière récupérée qui comprend des particules propres de gravier de quartz, dépourvu de sable et de restes de silice. On récupère plus de 99,5 % du gravier d'origine, et on l'utilise à nouveau pour d'autres compositions de moulage. Exemple 2 On recommence l'expérience de exemple 1 avec seulement 4 % de liant de silicate au lieu de 6 % dans le sable, si bien qu'on dispose de 1,3 % de liant par rapport à la quantité totale de charge réfractaire. On n'observe pas de variations détectables des qualités du moulage ou de la résistance au choc du noyau ceci indique qu'on peut obtenir des résultats satisfaisants avec une quantité de liant qui correspond seulement à la moitié de celle qui aurait été nécessaire avec une charge constituée en totalité par du sable de silice. Exemple 3 On recommence les expériences des exemples 1 et 2 avec les particules de déchets de porcelaine d'isolants électriques brisés, au lieu de gravier de quartz Les particules ont un diamètre moyen compris entre 6 et 9 mm. On obtient qualitativement et quantitativement des résultats analogues à ceux des exemples précédents. Les particules de porcelaine se décolorelif; légèrement mais ne se détériorent pas et on observe une perte inférieure à 0,5 %. Exemple 4 On recommence les expériences des exemples i et 2 à l'aide de particules de gravier d'empierrement broyé sous forme de dolé le rite vendue dans le commerce sous/ nom de "Rowley Rag". Il s 'agit de particules dont le diamètre moyen est compris entre 6 et 9 mm. Le mélange et la formation du noyau donnent satisfaction, mais le moulage obtenu a une surface légèrement inégale. Exemple 5 On recommence ltexpérience de ltexemple 1 avec du sable Leighton Buzzard NO 21 à la place du sable Chelford NO 50. On n'observe pas de différence détectable dans les résultats-. Exemple 6 On recommence l'expérience de exemple 1 et avec une quantité accrue de gravier, en utilisant 3 parties au lieu de 2 pour 1 partie de sable, si bien qu'il y a 75 % de grosses particules et 25 % de sable. On forme le mélange et on le verse de façon sa tisfaisante, mais la surface du noyau est relativement rugueuse celle du moulage obtenu ayant une rugosité correspondante.On considère en conséquence que la quantité de 75 % est proche de la limite supérieure qui permet des résultats acceptables. Lorsque la qualité de surface du moulage a une importance relativement faible et qu'on considère que la récupération maximale des matières est essentielle, il est possible d'utiliser jusqu'à 80 de grosses particules pour 20 % seulement de sable, surtout lorsque les grosses particules ont elles-memes une certaine granulométrie progressive, le diamètre moyen pouvant descendre à 3 mm. il nty a pas de limite inférieure très précise pour la proportion de grosses particules, mais en pratique l'utilité de l'invention devient négligeable lorsqu'on n'utilise pas au moins 20 % de particules de dimension moyenne supérieure à 3 mm. il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, quiJ;est défini dans les revendications annexées. REVENDICAXIONS 1. Composition destinée à la formation de moules et de noyaux de fonderie, caractérisée en ce qu'elle comprend une charge réfractaire et un liant,20 % au moins et 80 % au plus en volume de la charge réfractaire étant formé de particules ou de morceaux trop gros pour passer à travers un crible dont les trous ont 3 mm de diamètre. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que la proportion desdites particules dans la charge est comprise entre 40 et 75 %. 3. Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce que la proportion desdites particules de la charge est de l'ordre de 66,67 %. 4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lesdites particules sont trop grosses pour passer à travers un crible ayant des trous de 6 mm de diamètre. 5. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdites particules ont un diamètre inférieur à 25 mm. 6. Composition selon l'une quelconque de revendications 1 à 5, caractérisée en ce qutelle comprend un agent tensio-actlf et un liquide, destinés à rendre la composition eapabre -t'Qtre coulée dans un moule ou une boite à noyaux avant que 'e 2 n'assure le durcissement. 7. Moule de fonderie, caractérisé en ce qu'il est réalisé en une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Noyau de fonderie, caractérisé en ce qutil est réalisé en une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.