Brevet FR2153139A1 — publié le 19730504

Cette invention concerne les compositions chimiques en général, et plus spécialement une composition exothermique améliorée présentant un intérêt particulier pour retenir la chialeur à la surface d'une masselotte de lingotière alimentant en métal fondu une coulée en cours de solidification dans un moule de fonderie afin de compenser son retrait. Les équivalents conventionnels d'une telle composition exothermique sont principalement des mélanges d'un métal inflammable en poudre, tel que l'aluminium ou un alliage de calcium et de silicium, d'un oxydant, d'un accélérateur d'oxydation, et d'un étendeur. Etant sous la forme de particules finement divisées, les compositions de la technique antérieure, quand on les charge sur la surface d'une masselotte dans un moule de fonderie en service, sont partiellement soulevées comme un- poussière, dans l air sous l'effet des courants de convection crées par la m--.-selotte à haute température et sous l'efLei des gaz qui s'en détTgent par suite de la réaction exothermique.La suspension, analogue à une poussière, des fines particule dans l'air non l.lIt réduit la visibilité dals l'atmosphère de la fonderi et gêne ainsi l'opération de moulage, mais est nettement contre-indiquée pour l'hygiène des fondeurs. c'est donc un objectif de la présente invention de fournir une composition exothermique améliorée présentant un intérêt particulier pour retenir la chaleur d'une masselotte sur un moule de fonderie. C'est un autre objectif de cette invention de fournir une imposition exothermique telle que les fies particules qu'elle renferme n'en soient pratiquement pas libérées quand on charge la composition à la surface d'une masselotte à température élevée. C'est un autre objectif de cette invention de fournir une composition exothermique pour masselotte, ayant de meilleures propriétés de rétention de la chaleur. C'est un autre objectif de cette invention de fournir une composition exothermique dans laquelle on peut utiliser des fibres de pratiquement n'importe quelle substance, organique ou minérale , pour obtenir les résultats voulus, pourvu que leurs dimensions soient comprises dans des limites spécifiées. Selon cette invention, brièvement réslrmée, il est fourni une composition exothermique pour masselotte de moule de fonderie, qui contient, en plus de ses ingrédients connus, d'environ 5 à 30% en poids de fibres ayant chacune une longueur d'environ 0,5 à 30 mm Les autres objectifs, avantages et particularités de la présente invention, qu'il s'agisse de ceux qui ont été énumérés ci-dessus ou d'autres, ressortiront mieux et seront mieux compréhensibles grâce à la description détaillée suivante de l'invention et de quelques exemples spécifiques de celle-ci. On peut convenablement choisir le métal inflammable en poudre, l'oxydant, l'accélérateur d'oxydation et l'étendeur, qui doivent être incorporés dans la composition exothermique selon la présente invention, parmi des substances, bien connues et largement utilisées, telles que l'aluminium en poudre, un alliage en poudre de calcium et de silicium, l'oxyde de fer, le bioxyde de manganèse, le nitrate de sodium, le sable quartzeux et la dolomite. On peut aussi formuler convenablement, selon la technique antérieure, les ingrédients ainsi choisis. Les fibres à ajouter à la composition selon les indications originales de cette invention, peuvent etre faites soit d'une substance minérale comprenant des fibres minérales d'origine naturelle telles que l'amiante et l'amosite, et des fibres minérales artificielles telles que la laine de verre et la laine de laitier, soit d'une substance organique comprenant des fibres naturelles telles que les fibres végétales et animales, les fibres régénérées, et les fibres synthétiques.D'autres exemples de matières que l'on peut utiliser pour les mêmes objectifs de cette invention comprennent les déchets de bois et de papier, la bagasse, les sons, et de nombreuses autres matières faciles à obtenir, qu'elles se trouvent ou non à l'origine sous la forme de fibres, les matières qui à l'origine ne sont pas sous forme de fibres étant traitées convenablement pour prendre les dimensions de fibres voulues qui sont indiquées ci-après. En fait, les fibres de pratiquement n'importe quelle substance sont adaptables à la composition exothermique, pourvu qu'elles empêchent les fines particules de la composition d'être expulsées lors de leur contact avec une masselotte à température élevée, et qu'en meme temps elles retiennent la chaleur de la masselotte. La température, à la surface d'une masselotte d'un moule de fonderie en service, s'établit d'ordinaire entre environ 1.300 et 1.600 C, si bien que des courants de convection extrêmement puissants y sont créés. Jusqu'à présent, lors du contact de la composition exothermique avec la masselotte, une partie de ces fines particules était inévitablement chassée par ces courants de convection.La composition qui est ainsi chargée sur la surface de la masselotte doit en outre être nivelée ou aplatie en une couche d'épaisseur uniforme, auquel cas les gaz de combustion momentanément emprisonnés dans la composition par suite de la réaction exothermique sont instanta nment expulsés, ce qui fait que les particules, relativement légères et finement divisées,de la composition sont soulevées puis forment une suspension dans l'air. Du fait de l'addition des fibres sus-mentionnées à la composition exothermique selon la présente invention, ces fines particules sont fixées par les fibres étroitement entrelacées, d'une manière telle qu'elles ne sont pas dispersées par des forces extérieures telles que les courants de convection ou le souffle des gaz de combustion qui étaient emprisonnés. D'autre part, dans le cas de fibres d'une substance minérale, les gaz qui sont produits par la combustion de la composition exothermique n'y sont pas piégés comme mentionné ci-dessus mais sont amenés à s'en échapper par de nombreuses cavités formées par les fibres entrelacées. I1 n'y a donc aucun risque que les fines particules soient expulsées pendant l'opération de nivelage. Si par contre on ajoute à la composition des fibres organiques telles que celles qui sont énumérées ci-dessus, ces fibres brûlent naturellement en donnant de la cendre et en reformant ainsi de nombreuses cavités au cours de la combustion. La porosité de la couche qui en résulte permet le dégagement facile des gaz de combustion, si bien que les particules ne sont pas soulevées pendant l'opération de nivelage, comme dans le cas précédemment considéré des fibres minérales. I1 est également notoire que les cavités qui sont produites par ces fibres dans i la composition ccntribuent à la formation d'une couche résiduelle extrêmement légère, poreuse et molle sur la masselotte à la fin de la combustion, ce qui permet le mieux de retenir la chaleur de la masselotte. Au moins en théorie, plus les fibres sont longues et en grande quantité,mieux les fines particules de la composition sont empëchées de se disperser. Mais en pratique, des fibres excessivement longues sont susceptibles d'empêcher la combinaison uniforme des ingrédients de la composition qui les renferme. Et quand on les ajoute en trop grande quantité, les fibres peuvent fondre et se solidifier après avoir été réduites en cendres, et affecter ainsi les propriétés de rétention de la chaleur de la composition. Les inventeurs ont vérifié expérimentalement que, pour donner les meilleurs résultats, les fibres doivent avoir une longueur d'environ 0,5 à 30 mm et doivent être ajoutées à la composition voulue dans une proportion allant d'environ 5 à 30 % en poids. Les fibres de moins d'environ 0,5 mm de longueur ne se combinent pas bien aux fines particules de la composition. Une teneur en fibres située en deçà de l'intervalle précisé ci-dessus se traduit par une médiocre fixation des particules, et une teneur en fibres située au-delà de cet intervalle se traduit par une solidication des fibres après combustion et donc par de moins bonnes propriétés de rétention de la chaleur. Pour mieux rendre compte de ces découvertes, on se réfère au tableau suivant dans lequel toutes les valeurs de la composition sont des pourcentages en poids. Echantillon I II III IV Aluminium en poudre 15 15 15 15 Cendres d'aluminium 70 60 50 40 Spathfluor 5 5 5 5 Nitrate de sodium 3 3 3 Oxyde de fer 7 7 7 7 Amiante O 10 20 30 Densité apparente 0,97 0,81 0,65 0,53 Densité apparente après combustion 0,60 0,55 0,50 0,55 Résidu de combustion Mou Très mou Trés mou Dur Il apparaît que les échantillons II et III sont les plus valables. Si la teneur en fibres est égale ou supérieure à 30%, comme dans l'échantillon IV, la densité apparente de la composition s'accroît après combustion, et le résidu est durci en une masse ressemblant à de la pierre ponce et présentant de médiocres propriétés de rétention de la chaleur. La nature, l'utilité, et les caractéristiques détaillées de cette invention sont indiquées plus en détail par les exemples suivants de mise en pratique précise, constituant des formes d'exécution préférentielles de l'invention. I1 doit être bién entendu que ces exemples sont présentés à titre descriptifeeulerrrert, et qu'ils ne sont pas destinés à limiter le champ d'application de l'invention. Exemple 1 On a préparé quatre moules plats identiques de 15 tonnes dont les deux grandes faces de chacun étaient recouvertes de doublures thermo-isolantes, et on les a chargés avec une matière voulue, par coulée, pour amorcer l'opération. On a alimenté deux dalles des moules avec 32 kg chacune d'une composition exothermique conventionnelle, et les deux autres avec 32 kg chacune d'une composition exothermique,contenant les ingrédients suivants dans les proportions indiquées, selon la présente invention :: Aluminium en poudre 15 Cendres d'aluminium 50 Spath fluor 5 Nitrate de sodium 3 Oxyde de fer 7 Amiante (longueur des fibres 2 mm environ) 10 On a observé qu'une quantité considérable de fines particules s'élevait des moules quand on les alimentait avec la composition conventionnelle, mais presque pas des moules alimentés avec la composition fibreuse selon cette invention. Pendant le processus de combustion qui a suivi, la composition conventionnelle a produit des soufflures qui ont projeté les particules voisines, ce qui constituait évidemment un signe d'emprisonnement des gaz. De plus, pendant l'opération de nivelage, un grand nombre de particules et une abondante fumée de couleur blanche due à la réaction exothermique ont été libérées et ont formé une suspension dense dans l'air. Pareil phénomène n'a pas été causé par la composition exothermique de l'invention. Son résidu était aussi beaucoup plus mou et formait une couche beaucoup plus épaisse que celui de l'échantillon de la technique antérieure, ce qui prouvait ses propriétés supérieures de rétention de la chaleur. En comparaison des rendements de 86,3 et 86,2% indiqués par l'utilisation de la composition conventionnelle, la composition fibreuse de cette invention, avec ses propriétés améliorées de rétention de la chaleur, a donné des rendements appréciablement accrus, de 86,9 et 87,0%. Exemple 2 On a de même alimenté deux dalles des quatre moules en service de l'Exemple 1 avec 32 kg chacune d'une composition exothermique conventionnelle, et les deux autres avec 32 kg chacune d'une composition contenant les ingrédients suivants, selon la présente invention Aluminium en poudre 15 Cendres d'aluminium 50 Spath fluor 5 Nitrate de sodium 3 Oxyde de fer 7 Pâte à papier (longueur des fibres 5. mm environ) 10 Si l'on a observé qu'une quantité considérable de fines particules s'élevait des moules quand on les alimentait avec la composition exothermique conventionnelle telle que déjà indiquée, presque pas de particules n'étaient projetées hors des moules alimentés avec ce second exemple de composition fibreuse de l'invention.Le phénomène précédemment observé avec les moules alimentés avec la composition conventionnelle pendant la combustion et l'opération de nivelage, n' était pas causé par ce second exemple non plus. Seules les fibres organiques donnaient en brûlant des flammes rouges qui atteignaient une hauteur de pas plus d'environ 10 à 20 mm. Le résidu de la composition chargée était également beaucoup plus mou et formait une couche plus épaisse que celui de la composition conventionnelle et prouvait ainsi ses meilleures propriétés de rétention de la chaleur. En comparaison des rendements de 86,0 et 86,2% indiqués cette fois par l'utilisation de la composition conventionnelle, la composition fibreuse de l'invention permettait d'obtenir des rendements de 86,8 et 86,9%. Exemple 3 On a préparé quatre moules plats identiques de 11 tonnes dont chacune des quatre faces était recouverte d'une doublure thermo-isolante, et on y a versé une matière fondue voulue pour l'opération. On a alimenté deux dalles des moules avec 30 kg chacune d'une composition exothermique conventionnelle, et les deux autres avec une composition contenant les ingrédients suivants selon la présente invention Aluminium en poudre 15 Cendres d'aluminium 55 Spath fluor 5 Nitrate de sodium 3 Oxyde de fer 7 Amosite (longueur des fibres 30 mm environ) 5 Si l'on a également observé qu'une quantité considérable de fines particules s'élevait des moules quand on les alimentait avec la composition conventionnelle, pratiquement pas de particules n'étaient expulsées des moules alimentés avec la composition fibreuse de l'invention, préparée comme ci-dessus. Le phénomène décrit ci-dessus était également causé pendant la combustion et l'opération de nivelage par la composition conventionnelle mais pas par celle de la présente invention. Comme dans les deux exemples précédents, le résidu de cette dernière était beaucoup plus mou et formait une couche beaucoup plus épaisse que celle de la première, ce qui indiquait encore les meilleures propriétés de rétention de la chaleur de la composition selon l'invention. En comparaison des rendements de 82,6 et 83,2% obtenus en utilisant la composition conventionnelle, l'utilisation de la composition fibreuse selon l'invention s'est traduite par des rendements accrus égaux à 83,8 et 84,0%. REVENDICATIONS 1. Composition exothermique en poudre pour masselotte de lingotière, comprenant un métal inflammable en poudre, un oxydant, un accélérateur d'oxydation, et un étendeur inflammable, caractérisée en ce qu'elle contient en outre d'environ 5 % à environ, 30 %, en poids, d'une ou plusieurs fibres choisies dans le groupe formé par les fibres minérales et par les fibres organiques et ayant chacune une longueur d'environ 0, 5 mm à environ 30 mm. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites fibres minérales sont des fibres naturelles, d'amiante par exemple, 3. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites fibres minérales sont des fibres artificielles, laine de verre ou laine de laitier.par exemple. 4. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites fibres organiques sont choisies dans le groupe formé par les fibres animales, les fibres régénérées et les fibres synthétiques. 5. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites fibres organiques sont des fibres végétales choisies dans le groupe formé par les fibres de bois, les fibres de pate à papier, les fibres de papier, les fibres de bagasse, et les fibres de sons.