Brevet FR2541263A1 — publié le 19840824

Dans la fabrication de pièces de moules de fonderie, on ajoute fréquemment au matériau (par ex. du sable de quartz) composant ces pièces un formateur de carbone brillant. I1 s'agit là d'une matière qui libère à la chaleur un carbure d'hydrogène gazeux qui subit un cracking dans l'atmosphère réductrice de la cavité du moule en créant un matériau à carbone brillant. Ce matériau à carbone brillant évite le mouillage des surfaces des pièces du moule par le métal de coulée liquide. Le formateur de carbone brillant le plus connu est évidemment la poussière de houille qui présente différents inconvénients, tels que, par exemple, celui d'avoir une teneur en soufre relativement élevée et également de produire des résidus relativement importants en cendres et en coke. Ainsi, récemment, on a pris de plus en plus d'autres produits pour la formation de carbone brillant, dans lesquels ces inconvénients n'existent pas ou sont moins importants, à savoir des brais et des bitumeux, y compris les résidus de distillation de résorcine, de téréphtalate diméthylique et de substances voisines, mélasse, huiles, telles que huiles minérales, huiles de goudron, huiles anthracéniques, matières synthétiques, telles que le polystyrène, les polyéthylènes, ou encore des résines naturelles ou synthétiques, telles que les résines de bois, les résines d'huiles minérales (résines de pétrole), résines de coumarine, résines d'indène, résines de phénol et résines de polyesters. Parmi ces formateurs de carbone brillant le polystyrène peut être considéré comme le matériau le mieux approprié, car il allie les avantages d'une teneur en carbone élevée et d'une teneur en soufre négligeable, avec l'avantage (important en particulier pour du sable de recyclage) de résidus beaucoup plus faibles en cendres et coke. Plus de 99 % du polystyrène se transforme en matière volatile si bien que la faculté de formation de carbone brillant est tout à fait excellente. Pourtant, jusqu'à présent, le polystyrène ne pouvait dans la pratique être adopté comme formateur de carbone brillant car, le plus souvent, on n'en dispose pas à la grosseur de grains requise. Les formateurs de carbone brillant doivent, pour la mise en oeuvre en fonderie, présenter des grosseurs de grains aussi régulières que possibles, inférieures à 0,7 mm et de préférence dans la gamme allant de 0,1 à 0,5 mm. Le polystyrène offert sur le marché existe sous forme de perles, mais qui possèdent un calibrage très irrégulier avec des grosseurs de grains allant jusqu'à 3 mm ou plus. Sans broyage, ces perles ne conviennent pas ou peu en ce qui concerne le spectre de grosseurs nécessaire à la mise en oeuvre en fonderie. Mais il n'est pas possible de traiter le polystyrène dans des appareils classiques de broyage, tels que des broyeurs à marteaux, des broyeurs à impact ou des broyeurs à pointes, car il en résulte un produit de broyage filandreux déchiré, qui ne peut plus s'écouler librement, qui bouche les broyeurs et les obstrue en très peu de temps. Un broyage du polystyrène pourrait tout au plus se faire aux températures voisines de l'azote liquide, mais pour une mise en oeuvre de ce matériau comme formateur de carbone brillant, ce serait beaucoup trop cher. Pour cette raison, dans la pratique de la fonderie, on utilise principalement les autres types de formateurs de brillant mentionnés ci-dessus, lesquels (à l'exception des polyéthylènes et des polypropylènes qui entraînent des difficultés similaires à celles du polystyrène) peuvent être relativement bien amenés à la grosseur de grains requise, pour autant qu'ils ne sont pas liquides. En effet, beaucoup de ces autres types de formateurs de carbone présentent des points de ramollissement relativement bas, ce qui entraîne que le matériau à grains fins s'agglomère très légèrement dans les silos de fonderie dans lesquels peuvent régner des températures allant jusqu'à 600 C.Déjà de très petites masses compromettent l'aptitude du matériau à la mise en oeuvre pratique et la formation d'une masse étendue qui, dans les cas extrêmes peut même conduire à un complet durcissement du matériau, met le silo hors service. Il y a donc, dans la fonderie, un besoin important d'un formateur de carbone brillant bon marché qui crée autant que possible peu de résidus, qui ait une haute puissance de formation de carbone brillant, qui puisse être broyé sans difficulté pour obtenir des produits coulant librement avec le spectre de grosseur de grains voulu et qui reste également ensilable à des températures élevées. Suivant l'invention, on dispose d'un procédé de fabrication d'un tel formateur de carbone brillant à base de polystyrène. Le procédé suivant l'invention se caractérise en ce que le polystyrène est fondu, de manière homogène, à une température allant de 200 à 2800 C avec au moins un autre formateur de carbone brillant du groupe des brais, bitumineux, huiles, résines naturelles et artifi cielles et en ce que le matériau obtenu, après refroidissement et après une réduction grossièr*dans des appareils de broyage classiques, est broyé jusqu'à une grosseur de grains inférieure à 0,7 mm. L'invention repose sur la constatation surprenante qu'un polystyrène mélangé, à l'échelle moléculaire, avec ces autres formateurs de carbone brillant comme addditif et avec de relativement petites quantités d'additif, devient si cassant qu'il se laisse traiter sans difficulté dans des appareils de- broyage classiques. Un tel résultat n'était en aucune façon prévisible car les autres formateurs de carbone brillant ajoutés comme additifs ont un point de ramolissement nettement plus bas que le polystyrène et ntont également pas besoin de posséder de fragilité propre. Donc on pouvait s'attendre à priori à ce que ces additifs dégradent les capacités de broyage du polystyrène au lieu de les améliorer. Un autre aspect important de l'invention tient au fait que des additions relativement élevées d'un additif non ensilable en soi conduisent à un produit ensilable sans aucune difficulté. Donc on a aussi la possibilité de traitement de plus grandes quantités de telles matières qui ne pouvaient jusque là pas du tout, ou seulement avec difficulté, être mises en oeuvre comme formateur de carbone brillant, à cause de leur mauvaise ensilabilité. En particulier, suivant l'invention on bénéficie du fait que l'on n'a plus besoin de recourir à des perles de polystyrène préfabriquées fabriquées d'une manière classique à partir de matériau neuf, mais que l'on peut maintenant mettre aussi en oeuvre des déchets quelconques. Justement dans le polystyrène, il y a fréquemment des grandes quantités de déchets (par ex. colorés) qui ne conviennent plus pour un procédé de recyclage et sont donc peu chers. Il en est de même pour les additifs qui peuvent être prélevés de sources de déchets peu chers. Les quantités d'additifs ajoutées aux polystyrène peuvent va rier très largement. Elles dépendent pratiquement du type d'additif et sont dans la pratique également déterminées par les conditions spéciales impliquées aux formateurs de carbone brillant et par les matières à fabriquer aux meilleurs coûts possibles. Si par exemple on prévoit du polystyrène en déchets bon marché et si les additifs doivent être approvisionnés, la quantité d'additifs est pratiquement prévue juste assez grande pour que la capacité de broyage nécessaire soit simplement atteinte. Il en résulte pour la quantité d'additifs une limite inférieure de 10 % en poids par rapport au produit préparé et une plage préférée de 20 à 48-5 en poids.Si, au contraire, on prévoit un additif bon marché (par ex. des déchets de résine de phénol), qui doit être épuisé, mais qui ne peut pas être utilisé seul à cause de sa pauvre ensilabilité ou à cause de sa production élevée de résidus, la quantité ajoutée d'additif peut être tout simplement augmentée de manière à pouvoir atteindre une limite supérieure allant jusqu'à 90 % en poids d'additif. Avec de l'huile comme additif, la limite supérieure est bien sûr plus faible et va jusqu'à un maximum de 40 % en poids. De préférence, les huiles sont mises en oeuvre dans le mélange avec un autre additif et dans une quantité allant jusqu'à 25 % en poids. En principe, suivant l'invention on peut utiliser tous les formateurs de carbone brillant du groupe des brais, bitumineux, huiles, résines naturelles et artificielles, pour autant qu'elles puissent être fondues avec le polystyrène pour donner un mélange fondu homogène. Donc, afin d'avoir peu de résidus avec les produits préparés, sont appropriées les matières qui, de leur côté, n'apporte que peu de résidus en coque et en cendres. En outre, il a été montré que les addditifs à structure aromatique plus ou moins forte révèle fréquemment une meilleure efficacité que les additifs à structure aliphatique.Des exemples typiques d'additifs appropriés sont, parmi les brais et les bitumineux, le brai de goudron, le brai de pin, le brai sulfaté et les résidus de distillation de substances organiques comme le téréphtalate de méthyle, parmi les huiles, l'huile minérale (huile usagée), l'huile d'anthracène et l'huile de pin ainsi que, parmi les résines d'huile minérale, celles d'huile de goudron (comme les résines de coumarine et d'indène) ou d'huile minérale (résine de pétrole) et des résines de- phénol en particulier les déchets de résine de phénol. Le formateur de carbone brillant fabriqué suivant l'invention peut être apporté dans le traitement soit seul soit en mélange avec des matières d'appoint connues et classiques, telles que la farine de bois, la perlite, la vermiculite, de l'amidon, de la terre d'infusoires, des cendres volantes, de la poussière de houille et/ou de la bentonite, et présente une produit facile à fondre qui est également ensilable à des températures élevées et qui peut être mis en oeuvre partout dans la technique de fonderie, où on a besoin d'un formateur de carbone brillant ou là où on n'en désire un. Un domaine de mise en oeuvre typique est par exemple l'utilisation dans des pièces de moules en sable liées à la bentonite, en particulier du sable maigre ou vert. Ainsi, avec l'additif ajouté, le rendement en matériau à carbone brillant est d'environ 40 à 55 % en poids, par rapport au produit mis en oeuvre. La quantité utilisée peut se monter à 0,5 à 5 % en poids par rapport à la matière de moulage. De nombreux exemples de réalisations de l'invention sont rassemblés dans les tableaux 1 et 2 suivants. Tous les exemples sont basés sur un polystyrène ayant un point de ramollissement à 170 C. Dans les tableaux sont donnés les types et les quantités d'additifs. Dans tous les cas le polystyrène est fondu d'une manière homogène avec l'additif ou avec les additifs à 2500 C et le matériau obtenu est après refroidissement et une réduction grossière broyé dans un broyeur classique sans mesures particulières à une grosseur de grains uniforme inférieure à 0,7 mm. Donc, dans tous les cas, il en résulte un produit remarquablement broyable et également ensilable sans problème à une température de 600 C. Pour les quelques cas où le point de ramollissement du produit préparé a été mesuré, on doit reconnaitre que même de grandes quantités d'un additif à point de ramollissement bas (par ex. dans l'exemple E 2) n'abaissent le point de ramollisement du produit préparé qu'aux environs de 250 C. Evidemment, avec des huiles, l'abaissement du point de ramollisement du produit préparé a été plus grand ce qui est définit la limite inférieure de la quantité ajoutée dans l'huile. Tableau 1: Exemples de l'invention avec t: additif Additif Exemple Quantité ajoutée Point de ramollissement en poids (EP) en C Résine de carbure Al 30 d'hydrogène aroma- A2 40 tique de pétrole, A3 60 1670 (EP 1200 C) A4 70 1560 A5 80 1500 Résine de carbure B1 50 d'hydrogène aroma- B2 70 1490 tique d'huile de goudron (EP 850 C) Brai de goudron Cl 30 (EP 1000 C) C2 70 1680 Brai de goudron D 70 1560 synth. (EP 1100 C) Résidu de distil- El 30 lation de téréphta- E2 70 1440 late de diméthyle (EP 350 C) Brai d'huile d'olive F 20 Huile d'anthracène G 33 1310 Huile minérale/huile H 20 usagée déhydratée Tableau 2: Exemples de l'invention avec plusieurs additifs Exemple Additif Quantité Point de ajoutée en ramollisement % de poids ((EP) en C I 1 Résine d'hydrocarb. suivant B 25 Huile d'anthracène suivant G 15 I 2 Résine d'hydrocarb. suivant B 55 Huile d'anthracène suivant G 15 1300 C K 1 Résine d'hydrocarb. suivant B 25 Résine de phénol * 10 Huile minérale suivant H 14 K 2 Résine d'hydrocarb. suivant B 51 Résine de phénol * 10 Huile minérale suivant H 14 1470 C * Résidus de liant de fonderie à base de résine de phénol REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication d'un formateur de carbone brillant pour fonderie à base de polystyrène, caractérisé en ce que le polystyrène est fondu, de manière homogène, à une température allant de 200 à 2800 C avec au moins un autre formateur de carbone brillant du groupe des brais, bitumineux, huiles, résines naturelles et artificielles, et en ce que le matériau obtenu, après refroidissement et après réduction grossière, est broyé dans des dispositifs de broyage classiques jusqu'à une grosseur de grains inférieure à 0,7 mm. 2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des autres formateurs de carbone brillant est choisi dans le groupe des brais, bitumineux, résines naturelles et artificielles, et est ajouté en quantité telle que la quantité totale, exprimée en poids1 d'additifs par rapport au produit fini est de 10 à 90 % et, de préférence, de 20 à 40 %. 3) Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'autre additif est choisi dans le groupe des huiles et est ajouté, par rapport au produit fini, en quantité allant jusqu'à 40 % en poids et, de préférence, jusqu'à 25 % en poids. 4) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, comme autre formateur de carbone brillant, on ajoute un tel formateur ayant une certaine teneur en substance à structure aromatique.