Brevet FR2237704A1 — publié le 19750214

La présente invention concerne une nouvelle composition pour la fabrication de moules et noyaux de fonderie par le pro cédé dit " au ciment ". Le procédé d'agglomération du sable au moyen de ciment est bien connu. Il consiste à mettre, dans 100 kg de sable, 5 à 10 % de ciment Portland et 5 à 10 % d'eau. L'@@@onvénient majeur de ce procédé est un temps de prise très @ng, en gené- ral plusieurs heures, temps qui, pour certaines grosses pièce?, peut même atteindre plusieurs jours. Pour agir sur la prise du ciment, on a préconisé et-uti- lisé un certain nombre de catalyseurs. parmi ceux-ci, on citera en particulier le chlorure de calcium, le sacchnrose et les mélasses de sucreries. Le premier n'apporte qu'une faible accélération de la prisa. le saccharose comme les autres sucres simples tels que le dextrose, le maltose- ou le fructose, sont plutôt connus en tant qu'agents retardate-urs de prise ; mais il a été constaté que, sous certaines conditions, ils se comportaient comme des accélérateurs.Il en est de même pour les mélasses de sucreries mais elles présentent de plus l'inconvénient de variations dans leur qualité qui entraînent la non-reproduc -tibilité des résultats et des difficultés de mise en oeuvre. Or la présente invention obvie à ces inconvénients et fournit - d'une part une nouvelle composition de catalyseur accélérant la prise d'une composition de ciment destinée à la fa fabrication des moules et noyaux de fonderie ; et - d'autre part une nouvelle composition de ciment destinée à une telle application et caractérisée par un rappor très par ticulier sable/eau/ciment/catalyseur. Ainsi donc la composition de catalyseur selon 12 invention est essentiellement caractérisée par le fait qu'elle est constituée par l'association d'un chlorure alcalin ou alcalino-terreux et d'un composé présentant une fonction séductrice dans un rapport- particulier correspondant à 0,1 à 1 partie de chlorure pour 9 à 5 parties de composé réducteur. rar ailleurs, la composition de ciment selon l'invention est essentiellement caractérisée par le fait qutelle-est constituée de 3 à 12 % de ciment, de 1 à 6 % de catalyseur (tel que défini ci-dessus) et de 2 à 4 %- d'eau totale, ces pourcentages étant en poids par rapport au poids du sable. Il s'avère en effet que les rapports et proportions cidessus doivent être nécessairement compris dans les limites indiquées faute de quoi les résultats obtenus sont, soit insuffi- samment atteints, soit pas atteints,soit contraires au. but recherché. Suivant d'autres caractéristiques - les composés réducteurs convenant particulièrement bien selon l'invention sont choisis parmi les produits d'hydrolyse d'amidon ou de fécule tels que dextrose, sirop de glucose et hydrol (mélasse de dextrose) et les produits de l'inversion du saccharose tels que les mélasses de sucreries et les sucres invertis ; les produits préférés pour la réalisation de ltinven- tion sont le dextrose et l'hydrol qui possèdent le pouvoir réducteur le plus élevé et la plus grande constance de composition. - le chlorure choisi comme second constituant du cataly seur est, de préférence, le chlorure de calcium. - Le ciment préféré pour la mise en oeuvre de l'invention est an ciment Portland de surface spécifique très élevée du type ciment Portland CPA500 et ayant une teneur en S07 au plus égale à 2,5 %. - les sables préférés pour la mise en oeuvre de ltinven- tion sont choisis parmi ceux ayant. une granulométrie comprise entre 15 et 80 AFA. Grâce à la composition selon l'invention on obtient une accélération considérable de la prise du ciment ce qui permet de libérer le modèle plus rapidement et dwatteindre une productivité plus élevée. De-plus le sable durci possède des caractéristiques mécaniques beaucoup plus élevées que celles obtenues par les moyens habituels. C'est ainsi qu'au lieu d'une résistance moyenne à la compression de 2 à 6 kg après 6 heures, on observe des résistances d'environ 30 kg et même plus. La mise en oeuvre de la composition selon l'invention facilite aussi le décochage et réduit le temps d'ébarbage De plus, l'état de surface des pièces est excellent. La composition selon l'invention est mise en oeuvre et utilisée de la façon habituelle. Pour la première opération de malaxage,tous les malaxeurs à meule, à hélice ou à bras retournés peuvent convenir, l'essentiel étant de réaliser un bon brassage des trois éléments clment, eau, catalyseur. De préférence on mélange d'abord les produits secs (ciment, sable et éventuellement catalyseur) pendant 1 à 2 minutes. Puis on malaxe entre 2 et 5 minutes avec l'eau et le catalyseur si celui-ci est liquide. il convient toutefois d'éviter l'échauffement du mélange par suite d'un malaxage prolongé car cela aurait pour effet de réduire la durée possible de travail du mélange préparé, celle-ci étant définie- comme le temps pendant lequel on peut travailler le mélange, après malaxage, pour lui donner la forme voulue. Des essais effectués par la Demanderesse ont démontré que les malaxeurs continus peuvent convenir, moyennent les réglages adéquats du débit des ingrédients et de la vitesse de rotation de la vis. - Après 1-heure de serrage, les caractéristiques de résis- tance à la compression et au cisaillement du sable sont très intéressantes, ce qui permet même d'opérer une coulée au bout de 3 à 4 heures. En effet, dès que le noyau (ou le moule) est rigide, llhumi- dité résiduelle étant estimée à environ 2 à 3 , il est théori quement possible de procéder à une coulée puisquLil est admis d'une façon générale dans cette technique qu'avec une teneur en eau ne dépassant pas ces limites, on n'a plus de risque d'explosion. Quant à l'opération de débourrage (ou décochage) c'est une opération difficile dans le mode opératoire classique au sableciment sans catalyseur. L'incorporation du catalyseur selon l'in vention permet de faciliter notablement cette opération. On peut appliquer les couches habituelles au noir ou au zircon, à l'alcool ou à l'eau, pour améliorer les états de surface. Il est à noter que la composition selon l'invention peut être utilisée aussi pour la fabrication de noyaux-de fonderie réalisés habituellement par d'autres procédés spéciaux comme celui aux résines furanniques ou celui au sable à l'huile. Il est également possible d'introduire une certaine quantité de bentonite dans le mélange pour lui conférer la cohésion nécessaire à la fabrication de noyaux particuliers ou de certains sables dits-de contact. La quantité ajoutée est d'environ 2 à 4 % par rapport au sable ; il est alors nécessaire d'augmenter légèrement la limite inférieure de la quantité d'eau dans la imposition selon l'invention, limite inférieure qui est portée à 2,5-3 % au lieu de 2 %. La circulation d'air comprimé et l'emploi d'eau chaude permettent d'accélérer encore la prise. La portée et ltintér8t de l'invention ressortiront plus clairement de la description et des exemples qui vont suivre. Bien qutil se soit avéré qu'ut composé réducteur (tel qu'un sucre) dtune part et un chlorure (comme le chlorure de calcium) d'autre part aient, pris séparément, une action sur la prise d'un ciment et sur sa résistance mécanique, il est surprenant de constater que la combinaison de ces deux additifs exalte considérablement ces deux propriétés dans un sens bien supérieur à la simple addition des-effets de chacun d'eux. On est donc en présence d'un effet de synergie imprévisible et non évident pour lthomme de l'art.Par ailleurs, les proportions des ingrédients sont critiques en ce sens qu'on n'obtient pas d'effet notable pour une proportion de catalyseur selon l'invention inférieure à 1 % alors que, pour une proportion supérieure à 6 %, la prise est pratiquement immédiate au moment du mélange si bien que celui-ci n'est ni coulable ni travaillable dans les moules. Pour mettre en évidence le phénomène de synergie, on a préparé quatre mélanges de compositions suivantes : (Température ambiante : 20 C) A B C D Sable 65 A.F.A 100 100 100 100 (par- ties en poids) Ciment CPA 500 7 7 7 7 Hydrol# 4 4 CaCl2.2H2O 0,4 - 0,4 Eau totale 7 7 2,5 2,5 # Hydrol = mélasse de dextrose Note : Il est à noter que dans le cas des mélanges A et B (sans "composé réducteur8') on est obligé d'incorporer plus d'eau (la quantité d'eau étant alors égale à celle du ciment). Ceci est indispensable pour pouvoir travailler le sable et pour que la prise du ciment soit normale. Un inconvénient supplémentaire de ce procédé habituel est qu'il nécessite un séchage soit artificiel (étuvage) soit naturel. A la fin de la préparation de ces mélanges (temps O) on réalisé des éprouvettes servant à la détermination de la résistance à la compression. On a obtenu les résultats suivants Résistance à la compression (kg/cm2) A B C D Temps 0 0,150 0,150 0,100 0,100 -15 minutes Q,170 0,170 0,130 3 30 minutes 0,170 0,170 0,300 10 45 minutes 0,180 -0,190 0,500 14 1 heure 0,200 0,220 5 16 2 heures 0,240 0,600 12 22 4 heures 0,600 4 24 24 6 heures 2 7- 34 30 8 heures 3,500 11 - - 24 heures 10 22 40 40 48 heures 18 26 4 jours 18 26 35 35 Ces résultats ont permis d'établir les courbes annexées (temps en abscisses et résistance à la compression en kg/cmz en ordonnées) correspondant à chacun des mélanges A à D. En se référant à ces courbes, il apparaît que la synergie (hydrol+CaCl2)est très nette. Ce nouveau catalyseur permet d'obtenir très vite des résistances à la compression relativement élevées. Ceci est particulièrement intéressant pour la fabrication de noyaux. Les autres formules suivantes (conformes à l'invention) résument de façon évidente pour l2homme de l'art les propriétés intéressantes en résultant, les pourcentages étant donnés par rapport au sable et toutes-ces formules renfermant 7 % de ciment CPA 500 Formule I 3 % catalyseur I (90 % de dextrose + 10 % de CaCl2) 2,5 % d'eau Temps d'utilisation : 3-5 minutes Vitesse de prise : 10 minutes Résistances à la compression 30 minutes : 8 kg/cm2 1 heure : 14 kg/cm2 Formule II 3,5 % catalyseur II (90 % d'hydrol liquide à 60 % de matières sèches + 10 % de CaCl2) eau : q.s. pour 2,5 % d'eau totale Temps d'utilisation : 3-5 minutes Vitesse de prise : 10 minutes Résistances à la compression 15 minutes : 7,5 kg/cm2 30 minutes : 11 kg/cm2 Formule III 4 % catalyseur II eau : q.s. pour 2,5 % d'eau totale Temps d'utilisation : 5-7 minutes Vitesse de prise : 15 minutes Résistances à la compression 15 minutes : 4 kg/cm2 30 minutes : 14 kg/cm2 Formule N : 4,5 % catalyseur II eau : q.s. pour 2,5 'Yo deau totale Temps d'utilisation : 10-15 minutes Vitesse de prise : 35 minutes Résistances à la compression 30 minutes : 0,6 kg/cm2 1 heure : 7 kg/cm2 Formule V 4,5 % catalyseur Il eau : q.s. pour 3 % d'eau totale temps d'utilisation ; 3-4 minutes Vitesse de prise : minutes Résistances à la compression 15 minutes : 6 kg/cm2 30 minutes : 13 kg/cm2 Formule VI : 4,5 % catalyseur II eau : q.s. pour 3,5 % d'eau totale Temps d'utilisation : 2 minutes Vites.me-de prise : 5-6 minutes Résistances à la compression 15 minutes : 7 kg/cm2 30 minutes : 13 kg/cm2 Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y être apportée sans sortir de son cadre tel que défini dans les revendications ci-après. REVENDICAUIONS 1. Composition de catalyseur accélérant la prise d'une composition de ciment -destinée à la fabrication des moules et noyaux de fonderie, essentiellement caractérisée par le fait qutelle est constituée par l'association d'un chlorure alcalin ou alcalino-terreux et d'un composé présentant une fonction réductrice dans un rapport particulier correspondant à 0,1 à 1 partie de chlorure pour 1 à 5 parties de composé réducteur. 2. Composition de catalyseur selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les composés réducteurs sont choisis parmi les produits d'hydrolyse de l'amidon et les produits de ltinversion du saccharose. 3. Composition de catalyseur selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le composé réducteur est choisi parmi le dextrose, les sirops de glucose, les mélasse-s de dextrose ou de saccharose et les sucres invertis. 4. Composition de catalyseur selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le chlorure est du chlorure- de calcium. 5. Composition de ciment destinée à la fabrication des moules et noyaux de fonderie, constituée de sable d'eau, de ciment et de catalyseur, caractérisée par le fait quelle renferme de 3 à 12 % de ciment, de 1 à 6 % de composition de catalyseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 et de 2 à 4 k d'eau totale, ces pourcentages étant en poids par rapport au poids du sable. 6. Composition de ciment selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le ciment est un ciment Portland de surface spécifique très élevée et ayant une teneur en SO3 inférieure ou égale à 2,5 %. 7. Composition de ciment selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le sable est choisi parmi ceux ayant une granulométrie comprise entre 15 et 80 AFA.