Brevet FR2180486A1 — publié le 19731130

La présente invention concerne le domaine de la fonderie et notamment les procédés de fabrication des moules et des noyaux, consistant à utiliser des mélanges autodurcissants. On connaft largement un procédé de fabrication de moules et de noyaux avec un mélange contenant du sable, du silicate de sodium et du silicate bicalcique. Ce mélange durcit grâce à l'interaction du silicate de sodium et du silicate bicalcique, grâce à laquelle on obtient des moules et des noyaux résistants (voir par exemple le brevet français NO I 342 529). Ce procédé est appliqué avec succès, mais il entraîne certaines difficultés : débourrage difficile des moulages, fragilité des moules et des noyaux durcis et complexité du réglage de la vitesse de durcissement. Pour supprimer ces difficultés on a mis au point un procédé de fabrication de moules et de noyaux avec un mélange autodurcissant contenant un produit réfractaire broyé, un lignosulfonate de métal alcalin ou alcalino-terreux ou d'ammonium, ou bien un mélange de ces substances, du ciment et de l'eau acIde obtenue lors de la pyrolyse du bois dans des appareils gazogènes. Pour que le mélange soit fluide, on y ajoutait un agent moussant (voir par exemple le brevet suédois N" 323 476, classe 31b1, 1/16). Toutefois, un tel procédé soulève lui aussi des difficultés, telles que la vitesse réduite de durcissement des moules et des noyaux fabriqués (le durcissement dure 5 à 12 heures) 2 et leur faible résistance, ne dépassant pas 0,6 kg/cm2 une heure après la fabrication. On connatt aussi universellement un procédé de fabrication de moules et de noyaux avec un mélange contenant, en tant que liant, un matériau réfractaire broyé , un lignosulfonate de métal alcalin ou alcalino-terreux ou d'ammonium, ou bien un mélange de ces substances, un collposé de chrome hexavalent en tant que durcisseur, un agent moussant et de l'eau Les difficultés du procédé qui vient d'être mentionné sont liées en premier lieu à la faible perméabilité aux gaz des moules et des noyaux fabriqués, ce qui entraîne la nécessité de sécher ceux-ci à une température de 150 à 200"C oendant 1,5 à 2 heures En outre, le composé de chrome hexavalent utilisé en tant que durcisseur est toxique, aussi doit-il être utilisé avec précaution. Le but de la présente invention est de supprimer ou, tout au moins, de réduire les difficultés indiquées. Il s'agissait donc de créer un procédé de fabrication de moules et de noyaux de fonderie avec un mélange autodurcissant, qui assurerait une amélioration notable des caractéristiques physico-mécaniques des moules et des noyaux, ainsi qu'une augnentation de leur vitesse de durcissement, et qui permettrait de supprimer l'opération de serrage au cours de la fabrication des moules et des noyaux. D'après l'invention, la solution consiste en ce que pour la préparation du mélange contenant du sable et, en tant que liant, du lignosulfonate de métal alcalin ou alcalinoterreux ou d'ammonium ou un mélange de ces substances, on utilise en tant que durcisseur un produit contenant un aluminate de métal alcalin. Grace à la réaction qui se déroule entre le lignosulfonate et l'aluminate de métal alcalin , on obtient des moules et des noyaux doués d'une grande résistance. De plus, la vitesse de durcissement augmente notablement Suivant une variante de réalisation préférée de l'invention, il est avantageux d'introduire l'aluminate de métal alcalin à raison de 0,5 à 5,0/% du poids du sable. Une telle quantité confère aux moules et aux noyaux la plus grande résistance possible. Il est avantageux d'utiliser en tant que matériau contenant de l'aluminate, un matériau contenant de l'aluminate de sodium. De tels matériaux sont les plus fréquemment disponibles dans l'industrie.Ainsi, il est préférable d'utiliser, en tant que matériau contenant un aluminate de métal alcalin, un produit intermédiaire de la fabrication de l'alumine à partir de la bauxite ou de la néphéline Ce produit est obtenu par frittage de la bauxite et de la néphéline en mélange avec de la soude et du calcaire, à une température de 12000cl Ensuite, le produit fritté, qui sera appelé dans la suite de la description "bauxite frittée" ou "néphéline frittée" suivant le cas, est refroidi et broyé jusqu'à une grosseur de grains de 0,3 à I mm. Une telle dimension granulométrique est préférable pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication de moules et de noyaux faisant l'objet de l'invention. Le tableau ci-dessous donne les compositions chimique et minéralogique des produits frittés. Tableau Nom du Composition chimique, % en poids produit ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ fritté Si02 Al203 Fe203 CaO Na20 Bauxite frittée 10-12 29-31 10-11 20-22 21-25 Néphéline frittée 24-26 15-17 2-3 43-46 9-10 Composition minéralogique, % en poids silicate aluminate ferrite de bicalcique de sodium sodium Bauxite frittée 40-55 30-45 8-17 Néphéline frittée 70-80 10-25 -2-8 Quand on utilise lesdits produits frittés, la résistance du mélange et sa vitesse de durcissement dépendent de la quan titre d'aluminate de sodium qu'ils contiennent. il est évident que plus la teneur en aluminate de sodium est élevée dans les produits frittés, plus la résistance et la vitesse de durcissement du mélange sont élevées. La quantité de produit fritté devant être ajoutée au mélange pour assurer la résistance et la vitesse de durcissement nécessaires des moules et des noyaux est de 3 à 10 parties en poids, de façon que la teneur du mélange en aluminate de sodium soit, respectivement, de 0,5 à 50% du poids du sable. D'après l'invention, le matériau liant peut être un lignosulfonate de métal alcalin ou alcalino-terreux ou d'ammonium, ou bien un mélange de ces substances. Le plus répandu des matériaux contenant du lignosulfonate de sodium, de calcium ou d'ammonium ou un mélange de ces lignosulfonates est un sous-produit de la fabrication de cellulose à partir du bois par le procédé au sulfite. Dans ce qui suit, ce sous-produit sera appelé "lessive sulfito-alcoolique". L'efficacité est maximale quand la teneur du mélange en lignosulfonate se situe entre I et 5% du poids du sable. La lessive sulfito-alcoolique employée dans le mélange, d'après la présente invention, est fournie dans l'industrie à l'état liquide ou sous forme de concentrés secs, avec une teneur en lignosulfonate se situant entre 45 et 97% en poids. Plus la teneur-de la lessive sulfito-alcoolique en lignosulfonate est élevée, moins il faut de drêche dans le mélange pour obtenir les mêmes indices de résistance des moules et des noyaux. La teneur de la lessive sulfito-alcoolique en lignosulfonates peut être caractérisée par son poids spécifique. Dans le mélange, d'après la présente invention, on utilise notamment une solution aqueuse de lessive sulfito-alcoolique de poids spécifique compris entre 1,10 et 1,27 g/cm3, dont la teneur en lignosulfonates est de 25 à 55% en poids, la quantité de lessive étant choisie de façon que la teneur du mélange en lignosulfonate se situe entre 1 et 5% du poids du sable. Plus bas, sont décrits des exemples non limitatifs de réalisation de la présente invention, avec utilisation de lessive sulfito-alcoolique en tant que lignosulfonate. il convient de souligner que l'invention n'est pas limitée à l'utilisation de ce seul produit en tant que produit contenant du lignosulfonate. Exemple 1. On mélange 100 parties en poids de sable de quartz avec 4,0 parties en poids de lessive sulfito-alcoolique de poids spécifique 1,24 à 1,26 g/cm3, contenant respectivement 48 à 52% en poids de lignosulfonate, et 2,0 parties en poids d'eau, pendant 1,5 à 2,0 mn. Ensuite on ajoute au mélange 2,5 parties en poids de bauxite frittée contenant 40% en poids d'aluminate de sodium, et on continue de brasser pendant encore 0,5 à 2,0 mn On verse le mélange ainsi préparé dans une boîte à noyaute nu un châssis et on confectionne un noyau ou un moule par un procédé connu.Ensuite on laisse durcir le noyau ou le moule à l'aire La résistance à la compression du mélange est de 4,5 kg/cm2 après 1 h de durcissement; 6,5 kg/cm2 après 3 h de durcissement; 9,0 kg/cm après 24 h de durcissement; Une augmentation supplémentaire de la résistance des moules et des noyaux est obtenue en introduisant dans le durcisseur une addition de type connu, destinée à lier l'eau dans le mélange. Les additions pouvant être utilisées à cet effet sont l'argile, la bentonite, le ciment ou le plâtre, en quantités allant de 0,5 à 5 S du poids du sable. Exemple 2 On mange 100 parties en poids de sable de quartz avec 4,0 parties en poids de lessive sulfito-alcoolique de poids spécifique 1,24 à 1,26 g/cm3, contenant respectivement 48 à 52% en poids de lignosulfonate, et 2,0 parties en poids d'eau, pendant I à 2,0 mn Ensuite on ajoute au mélange 2,5 parties en poids de bauxite frittée contenant 40% en poids d'aluminate de sodium et 1,5 partie en poids de ciment On brasse pondant 2 ou 3 mn Les moules et les noyaux fabriqués par un procédé connu et durcis à l'air présentent une résistance à la compression de 5,5 kg/cm2 au bout de 1 h; 7,0 kg/cm2 au bout de 3 h; 10,5 kg/cm2 au bout de 24 h. Le mode de du cissement du liant (lignosulfonate de métal alcalin ou alcalino-terreux ou d'ammonium, ou bien un mélange de ces substances) d'après la présente invention, est particulièrement important pour l'obtention drun mélange de moulage fluide, qui, en plus du sable, dudit lignosulfonate et du produit contenant l'aluminate de métal alcalin, comprend un agent moussant en quantité suffisante pour rendre le mélange fluide. La quantité d'agent moussant se situe entre 0,4 et 1% du poids du sable. En tant qu'agent moussant on peut utiliser des substances tensio-actives anioniques, cationiques ou non(anogènes. Ces substances peuventtre des alkylarylsulfonates, des alkylsulfonates, des alkylsulfates primaires et secondaires, des produits d'oxy-éthylation des alcools, des phénols, des amines, des composés ammoniques quaternaires des amines gras à longue chaîne. L'agent moussant convenant le mieux est une substance tensio-active du type anionique, telle que l'alkylarylsulfonate de sodium, qui assure l'obtention d'un mélange très fluide dans lequel la mousse a la stabilité nécessaire, c'est-à-dire qu'elle est suscpetible de donner un mélange conservant sa fluidité pendant un temps suffisant pour sa coulée dans les boutes à noyaux et les châssis.L'avantage du mélange fluide est sa haute coulabilité, qui permet de se passer des opérations habituelles de serrage du mélange au cours de la fabrication des moules et des noyaux, et de les remplacer par la coulée dans les boîtes à noyaux et sur les modèles il est à noter que le lignosulfonate de métal alcalin ou alcalino-terreux ou d'ammonium, ou bien le mélange de ces substances, utilisé en tant que liant pour la fabrication des moules et des noyaux conformément à la présente inventior présente un certain pouvoir moussant, ce qui lui permet, lors du brassage énergique du mélange au cours de sa préparation, de donner à celui-ci lrne fluidité encore plus grande. Quand on utilise un tel liant, il est particulièrement faci]e d'obtenir un mélange fluide en n'ajoutant qu'une quantité insignifiante d'agent moussant. Exemple 3. Pour préparer le mélange, on mélange 100 parties en poids de sable de quartz, 4,0 parties en poids de lessive sulfitoalcoolique de poids spécifique 1,24 à 1,26 g/cm3 dont la teneur en lignosulfonate est respectivement de 48 à 52% en poids, 0,6 partie en poids d'aUcylarylsulfonate de sodium et 2,0 parties en poids d'eau, et on brasse le mélange pendant 3 ou 4 mn Quand le mélange devient fluide on y ajoute 2,5 parties en poids de bauxite frittée contenant 40% en poids d'aluminate de sodium. On coule ensuite le mélange dans des boîtes à noyaux ou des châssis et on le laisse durcir à l'air. Le mélange reste fluide pendant 4 à 10 mn. il présente une haute perméabilité aux gaz, de l'ordre de 200 à 300 unités, grâce à sa porosité élevée. La résistance à la compression des noyaux et des moules obtenus est de 3 kg/cm2 au bout de I h; 5,0 kg/cm2 au bout de 3 h; 7,0 kg/cm2 au bout de 24 h. D'après l'invention, pour accroître la résistance finale des noyaux, on ajoute au mélange de l'urée. Les meilleurs résultats sont obtenus en additionnant une quantité d'urée comprise entre 0,8 et 2,0% du poids du sable. Les auteurs de l'invention ont remarqué que lorsqu'on utilise de l'urée pour accroître la résistance des moules et des noyaux fabriqués avec un mélange autodurcissant contenant un agent moussant, on peut notablement abaisser l'humidité du mélange, et que la quantité d'eau introduite dans le mélange peut être diminuée de 1,0 à 2,0 du poids du sable Exemple 4 On mélange 100 parties en poids de sable de quartz avec 4,0 parties en poids de lessive sulfito-alcoolique de poids spécifique 1,24 à 1,26 g/cm3, contenant respectivement 48 à 52% en poids de lignosulfonate, et dans laquelle on a préala blemrnt introduit 1,0 partie en poids d'eau et dissous 0,8 partie en poids d'urée en poudre Au bout de 1,5 à 2 mn on ajoute au mélange 2,5 parties en poids de bauxite frittée contenant 40% en poids d'aluminate de sodium Les moules et les noyaux confectionnés avec ce mélange présentent une résistance à la compression de 2 3,5 kg/cm2 au bout de I h; 7,0 kg/cm2 au bout de 3 h; 2 13,5 kg/cm2 au bout de 24 h. Exemple 50 Pour préparer un mélange fluide, on ajoute en outre à la composition indiquée dans l'exemple 4, 0,6 partie en poids d'agent moussant constitué par un alkylarylsulfonate de sodium. Quand le mélange devient fluide, on y ajoute 2,5 parties en poids de durcisseur (bauxite frittée) contenant 40% en poids d'aluminate de sodium. Un tel mélange assure aux moules et aux noyaux une résistance à la compression de 2 3,0 kg/cm2 au bout de 1 h de séjour à l'air; 6,5 kg/cm2 au bout de 3 h de séjour à l'air; 12,0 kg/cm2 au bout de 24 h de séjour à l'air Les avantages essentiels de la présente invention consistent en ce qu'elle permet d'accroître de 1,5 à 2 fois la résistance des moules et des noyaux et de doubler en même temps la vitesse de durcissement. Les noyaux fabriqués d'après la présente invention assurent un débourrage facile des pièces moulées Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits 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 exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. -REVENDICATIONS 1.- Un procédé de fabrication de moules et de noyaux de fonderie, du typ consistant à remplir des boîtes à noyaux et des châssis d'un mélange autodurcissant contenant du sable en tant que charge, un lignosulfonate de métal alcalin ou alcalinoterreux ou d'ammonium ou bien un mélange desdits lignosulfonates en tant que liant, et un durcisseur, puis à laisser durcir le mélange à l'air, caractérisé en ce que le durcisseur est un produit contenant un aluminate de métal alcalin. 2.- Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en aluminate de métal alcalin est de 0,5 à 5% du poids du sable. 3.- Un procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit aluminate de métal alcalin est l'aluminate de sodium. 4ç- Un procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 1s produit contenant l'aluminate de métal alcalin est constitué par la bauxite frittée. 5.- Un procédé suivant l'une des revendications 1 à 5. caractérisé en ce que le produit contenant l'aluminate de métal alcalin est constitué par la néphéline frittée. 6.- Un procédé suivant l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce qu'on utilise, en tant que liant contenant du lignosulfonate, une lessive sulfito-alcoolique. 7.- Un procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la teneur en lignosulfonate est de 1 à 5% du poids du sable. 8.- Un procédé suivant l'une des revendications I à 7, caractérisé en ce que le mélange utilisé pour le moulage contient en outre un produit d'addition apte à lier l'eau et introduite à raison de 0,5 à 5% du poids du sable 9Q- Un procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit produit d'addition est le ciment. 10W- Un procédé suivant l'une des revendications I à 9. caractérisé en ce que le mélange utilisé pour le moulage contient en outre de l'urée à raison de 0,8 à 2 /9 du poids du sable 110- Un procédé suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le mélange utilisé pour le moulage contient un agent moussant à raison de 0,4 à 1% du poids du sable. 12.- Un procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que ledit agent moussant est un alkylarylsulfonate de sodium. 13o- Un mélange autodurcissant pour le moulage de pièces dans des moules ou des noyaux de fonderie, caractérisé en ce qu'il est préparé conformément au procédé suivant.l'une des revendications 1 à 12. 14.- Les moules et les noyaux de fonderie caractérisés en ce qu'ils sont fabriqués à l'aide du mélange autodurcissant obtenu par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 12.