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Sable de fonderie.
Cette invention se rapporte aux sables de fonderie composés de sable, d'un liant ou agent de prise, de silicate de soude et d'alcalis. Même quand, en manipulant ces sables de fonderie, on observe toutes les mesures de précaution, les moules et les noyaux présentent souvent des fissures ou criques ; le sable ne peut être réutilisé immédiatement après usage, il adhère fortement à la pièce coulée et on constate à l'usage encore d'autres inconvénients.
La présente invention a pour objet un sable de fonderie qui est composé d'un mélange de sable quartzeux, de chaux hydraulique, de silicate de soude, de chaux vive, de blanc de bismuth, de sel de Glauber et de potasse, avec de l'eau distillée. Les proportions préférées du mélange sont,
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pour 50 litres de sable quartzeux, environ 12 litres de chaux hydraulique, 125 grammes de silicate de soude, 1 litre de chaux vive, 0,5 litre de blanc de bismuth, 250 grammes de sel de Glauber, 125 grammes de potasse et 4 à 8 litres d'eau distillée.
Les essais ont montré que ce sable de fonderie n'exige, pour la coulée, aucun traitement spécial des mo- dèles et que la coulée peut être opérée même dans du sable humide, non séché, sans que les moules et noyaux se fissu- rent. En outre, le sable de fonderie se sépare facilement de la pièce'coulée et il n'est plus nécessaire de nettoyer celle-ci à l'aide d'une dessableuse pneumatique à jet de sable. Par ailleurs, ce sable de fonderie procure un notable gain de temps au moulage, au séchage et au nettoyage, ainsi qu'à l'ébarbage.
Pour mieux faire comprendre le rôle des différentes substances employées conformément à l'invention, il est utile de montrer les motifs de leur choix, ainsi que d'Indiquer la manière dont elles se comportent pendant les diverses opérations auxquelles est soumise la matière, c'est-à-dire pendant le malaxage, le moulage et l'enlèvement du modèle, le séchage, la coulée, le démoulage et la récupération du sable.
On recommande de préférence du sable blanc sili- ceux, étant donné qu'il ne contient pas d'argile et que le sable argileux forme pendant le damage des nodules insuffi- samment durs, tandis que lors du retrait libre du métal coulé il oppose une trop forte résistance, ce qui consti- tue la cause principale des fissures et criques.
En outre, le sable blanc est moins coûteux et on en trouve partout au voisinage des fonderies. Il se combine
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aussi plus facilement à l'eau et à la chaux.
La chaux hydraulique, combinée à l'eau de gâchage, sert de liant ou agent de prise pour les grains de sable.
La chaux vive favorise le séchage du mélange et augmente la capacité de prise.
Le sel de Glauber sert exclusivement à accélérer la prise du mélange. Le sel de Glauber ainsi que les pro- duits qui le remplacent jouent un rôle catalytique pour ac- célérer les échanges chimiques entre la chaux et l'eau, en provoquant un durcissement du mélange, désigné sous le nom de prise.
Le silicate de soude sert d'adhésif pour le mélange.
Le blanc de bismuth sert de liant, notamment en vue de la cohésion intime du mélange, en entourant les grains de sable d'une couche mince extrêmement tendre et en faci- litant ainsi l'adhérence de la chaux aux grains de sable.
Le potasse ou la soude sert à décaper les grains de sable,, de manière à créer une cohésion intime du blanc de bismuth avec la surface des grains de sable et à assurer de cette manière une cohésion uniforme dans toute la masse du mélange.
On malaxe les différents constituants pendant en- viron 15 minutes. On favorise ainsi l'action de la potasse ou de la soude sur les grains de sable, afin que le blanc de bismuth puisse se précipiter et que tous ces constituants puissent se répartir uniformément dans la masse.
Le mélange est employé directement. On saupoudre avantageusement de blanc de bismuth les châssis, modèles et boites à noyaux, avant d'introduire le sable. On soumet celui-ci à un damage, un tassement ou, de manière connue, à une compression manuelle ou mécanique, en employant des ou- tils existants.
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On se sert de châssis ordinaires ou de châssis démontables qu'on enlève aussitôt que les modèles sont placés et prêts pour la coulée, étant donné que le mélange damé ayant fait prise tient très bien même sans supports.
Selon la grandeur des moules, on emploie au besoin des ar- matures pour les moules ou pour les noyaux. Ces armatures sont habituellement beaucoup plus légères, beaucoup moins compliquées et moins nombreuses qu'avec des moules de fon- derie faits en sable de fonderie ordinaire. Un damage ou une compression trop énergique ou une pression exagérée sur le mélange pendant l'emplissage des moules ou des boites à noyaux, n'est pas nuisible, étant donné que, d'une part, le sable blanc ne se laisse comprimer que difficile- ment et que, d'autre part la dureté des moules ou noyaux ne dépend pas seulement de la compression du sable, comme c'est le cas dans les procédés usuels. Par suite, on peut confier le moulage à des ouvriers moins exercés, qui ne sont pas très bien au courant d'un damage parfait.
Même si l'on utilisait pour le mélange du sable argileux un damage exagé- ré ne serait guère nuisible, étant donné l'admixtion de chaux.
L'enlèvement du modèle ou des boîtes à noyaux s'opè- re avec beaucoup de facilité, vu que le mélange ne colle ou n'adhère jamais au modèle. La raison en est que le damage ne refoule pas d'eau contre le modèle. Il se forme ainsi moins de fissures sur la surface moulée, ce qui réduit nota- blement le travail de parachèvement des moules. On peut donc toujours parachever ou égaliser tout moule de fonderie fabriqué conformément à l'invention.
Pendant le séchage, on expose les moules et noyaux à l'action de l'air sur le sol de la fonderie, pendant 10 à 18 heures selon la grandeur du moule.
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Lors de l'enlèvement du modèle, le sable est plas- tique et humide, tandis que pendant le séchage sa densité au sein du moule croit continuellement, parce que la chaux, en se mélangeant à l'eau en présence de sable, durcit en se cristallisant, si bien qu'à la fin de l'opération de sé- chage il n'y a plus d'eau à l'état libre et que toute la masse du moule et des noyaux atteint un degré de dureté uniforme qui est notablement plus élevé aux surfaces mou- lées et aux abords de celles-ci. Le séchage s'opère non pas à la suite d'une évaporation, mais par élimination de l'eau combinée.
Le sel de Glauber agit sur la chaux humide de manière à en favoriser la solidification et le durcisse- ment. On produit le même effet, de manière plus ou moins durable, à l'aide de chlorure de sodium, de sulfate ou de carbonate de potassium ou d'autres substances analogues.
L'emploi d'un pareil agent permet de se servir des noyaux beaucoup plus vite après leur fabrication.
Grâce au fait que les moules et boîtes à noyaux ne sont plus séchés à l'étuve, on réalise une notable économie de combustible, ainsi que de salaires et de sable. En outre, les éléments du moule ou les noyaux conservent leur forme et leurs dimensions, ils ne s'affaissent et ne se rétrécissent point et n'exigent ni supports, ni contre-fiches, ni autres soutiens..
Après la prise, on peut conserver les moules et noyaux pendant longtemps, étant donné qu'ils ont atteint dans toute leur masse un certain degré de dureté. Les arêtes restent très vives et les parties minces ne cassent pas parce qu'elles sont très solides.
Une des particularités principales de ces moules
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et noyaux fabriqués au moyen d'un tel sable est que l'hu- midité ne s'y infiltre pas même quand ils sont exposés à des intempéries. En outre, l'eau projetée sur les moules pénètre très difficilement et ne produit ni soufflures, ni inégali- tés,ni aucune décomposition du sable. Ceci est dû non seule- ment à la résistance à l'humidité de la couche appliquée, mais encore au fait que l'intervalle entre les grains de sable est déjà rempli de chaux, qui absorbe l'eau très len- tement.
Le moule de fonderie et les noyaux sont très soli- des et on peut ainsi les soulever et les manipuler avec fa- cilité sans qu'ils perdent leur forme ou cassent pendant le moulage. On profite de cette qualité pour entailler et évi- der les noyaux sans en diminuer la solidité. On remplit ces évidements de vieux coke ou de sable bien brûlé, de telle sorte qu'après la coulée, les noyaux cèdent à la poussée particulièrement intense due au retrait du métal solidifié et durci, cassent et sont détruits, ce qui évite toutes criqûres dans les pièces coulées.
Pendant la coulée, tous les constituants des moules et des noyaux résistent à la pression du métal coulé liquide, vu que les surfaces moulées sont très dures et que les arêtes vives et les éléments minces sont très solides et non cas- sants. Vu que les éléments sont lisses et glacés, le métal liquide coule très facilement et épouse complètement les intervalles étroits et les arêtes vives.
Il ne se produit guère d'entraînement des gràins de sable par le métal parée que la surface est très lisse.
D'autre part, le métal attaque peu ces grains, ceux-ci étant fermement liés entre eux par le blanc de bismuth et la chaux .
Grâce aux substances employées pour la fabrication des moules et noyaux et en raison de l'absence d'humidité
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il ne se produit pendant la coulée ni vapeur d'eau, ni gaz.
Il n'est pas non plus nécessaire d'allumer le gaz tout au- tour du moule. En plaçant au-dessus d'un évent, pendant la coulée, un miroir ou une plaque métallique froide, on peut percevoir une légère buée, mais on ne remarque aucune transpiration ou condensation d'eau. Il ne se forme point de fumée, point d'odeur désagréable, point de gaz nuisible ou dangereux pour les yeux.
Sitôt le moule rempli, les parois subissent une transformation spéciale de leur nature en raison du con- tact prolongé avec le métal incandescent. A la surface de la pièce coulée, le sable forme une croûte dure de 3 à 6 mm. d'épaisseur, qui assure la conservation des moules jusqu'à la solidification du métal. Immédiatement derrière cette croûte il se forme peu à peu une couche de 1 à 4 cm. d'épaisseur, qui dépend de la chaleur cédée par la pièce coulée et où le sable se décompose complètement, étant donné qu'il perd toute sa capacité de prise et passe à l'état pul- vérulent. Derrière cette couche, la matière du moule conser- ve sa dureté,sa capacité de prise et ses qualités de ré- sistance.
Vu que toute la masse des noyaux est entourée de métal, la chaleur produite pénètre à fond dans la masse du sable, de sorte que celui-ci passe à l'état pulvérulent.
Le sable qui est directement en contact avec le métal forme une croûte dure créée par la chaleur excessive brusquement transmise. Il se produit en fait une vitrification de la chaux en présence de sable et d'une faible quantité de sili- cate de soude, vitrification qui confère à cette couche, en raison de la température très élevée, une très notable dureté et une très grande capacité de prise.
La croûte est très cassante, mais elle ne se laisse pas broyer.
Au delà de cette couche, le mélange est exposh à
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l'action d'une chaleur très intense qui ne suffit toutefois guère à vitrifier la chaux. Ce séchage rapide fissure la chaux et la décompose, de manière à en détruire l'action de liant ou agent de prise principal.
Le mélange passe ensuite à l'état pulvérulent.
Au-delà de cette deuxième couche, la chaleur trans- mise n'est pas suffisamment importante et intense pour détruire ou changer la dureté du mélange qui conserve ainsi sa cohérence et continue à subsister comme un bloc uniforme.
Pendant le démoulage de la pièce coulée, lorsqu'on démonte le cadre et soulève la pièce, le moule se brise immédiate- ment, parce que la couche pulvérulente entourante n'a ni cohérence, ni résistance et libère ainsi complètement la pièce coulée. Au cas où quelques parties de la croûte adhé- reraient à la pièce, il suffirait de quelques coups de mar- teau ou de bâton pour les éliminer.
Des coups répétés font immédiatement couler le sable du noyau à travers les trous de nettoyage, et la croûte se brise en très petits morceaux qui peuvent traver- ser de très petites ouvertures.
On peut aussi enlever complètement le sable de moulage à l'aide d'un jet d'air comprimé.
L'action décapante de la potasse ou de la soude, qui se propage même à travers la couche appliquée, constitue la raison principale pour laquelle des constituants du moule n'adhèrent jamais à la pièce coulée. La surface de la pièce coulée a une belle coloration et est tout à fait lisse en raison de la glaçure provoquée par le sel de Glauber.
La proportion du sable récupéré est très élevée et le travail de récupération est très facile et rapide, car les éléments à utiliser, se composant de petits morceaux
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de croûte, et le sable pulvérulent, peuvent être séparés fa- cilement, sous forme de grumeaux relativement gros, des éléments inutilisables.
Le mélange conforme à l'invention présente l'avan- tage que le sable de fonderie récupéré est broyé, additionné du mélange, peut être rendu réutilisable par une adjonction d'eau. Si la prise du sable se produit trop lentement et trop peu énergiquement, il faut ajouter des quantités dosées du liant conforme à l'invention.
REVENDICATIONS.
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1.- Sable de fonderie constitué d'un mélange de sable quartzeux, de chaux hydraulique, de silicate de soude, de chaux vive, de blanc de bismuth, de sel de Glauber, de potasse et d'eau distillée, en substance comme c'est décrit ci-dessus.
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Foundry sand.
This invention relates to foundry sands composed of sand, a binder or setting agent, sodium silicate and alkali. Even when, when handling these foundry sands, all precautionary measures are observed, the molds and cores often show cracks or cracks; the sand cannot be reused immediately after use, it adheres strongly to the casting and further disadvantages are observed in use.
The present invention relates to a foundry sand which is composed of a mixture of quartz sand, hydraulic lime, sodium silicate, quicklime, bismuth white, Glauber's salt and potash, with 'distilled water. The preferred proportions of the mixture are,
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for 50 liters of quartz sand, approximately 12 liters of hydraulic lime, 125 grams of sodium silicate, 1 liter of quicklime, 0.5 liter of bismuth white, 250 grams of Glauber's salt, 125 grams of potash and 4 to 8 liters of distilled water.
Tests have shown that this foundry sand does not require any special treatment of the models for casting and that the casting can be carried out even in wet, undried sand, without the molds and cores cracking. . In addition, the foundry sand is easily separated from the cast part and it is no longer necessary to clean the part using a pneumatic sandblaster. Furthermore, this foundry sand provides significant time savings in molding, drying and cleaning, as well as in deburring.
To better understand the role of the various substances used in accordance with the invention, it is useful to show the reasons for their choice, as well as to indicate the manner in which they behave during the various operations to which the material is subjected, that is, that is, during mixing, molding and removing the model, drying, pouring, demolding and sand recovery.
Silicon-white sand is preferably recommended, since it does not contain clay and the clayey sand forms insufficiently hard nodules during tamping, while during the free shrinkage of the cast metal it opposes a too much resistance, which is the main cause of cracks and cracks.
In addition, white sand is less expensive and can be found everywhere in the vicinity of foundries. It combines
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also more easily with water and lime.
Hydraulic lime, combined with the mixing water, serves as a binder or setting agent for the grains of sand.
Quicklime helps the mixture to dry and increases the setting capacity.
Glauber's salt is used exclusively to accelerate the setting of the mixture. Glauber's salt and its substitutes play a catalytic role in accelerating the chemical exchange between lime and water, causing the mixture to harden, referred to as setting.
The sodium silicate serves as an adhesive for the mixture.
Bismuth white serves as a binder, in particular with a view to the intimate cohesion of the mixture, by surrounding the grains of sand with an extremely soft thin layer and thus facilitating the adhesion of the lime to the grains of sand.
The potash or soda is used to strip the grains of sand, so as to create an intimate cohesion of the bismuth white with the surface of the grains of sand and thereby ensure uniform cohesion throughout the mass of the mixture.
The various constituents are kneaded for about 15 minutes. This promotes the action of potash or soda on the sand grains, so that the bismuth white can precipitate and all these constituents can be distributed uniformly in the mass.
The mixture is used directly. The frames, models and core boxes are advantageously sprinkled with bismuth white before introducing the sand. This is subjected to tamping, compaction or, in a known manner, to manual or mechanical compression, using existing tools.
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Regular frames are used or dismountable frames are removed as soon as the models are placed and ready for casting, since the rammed mixture having set holds very well even without supports.
Depending on the size of the molds, reinforcements for the molds or for the cores are used as required. These reinforcements are usually much lighter, much less complicated and fewer in number than with foundry molds made of ordinary foundry sand. Too forceful tamping or compression or excessive pressure on the mixture during filling of molds or core boxes is not harmful, given that, on the one hand, white sand is only difficult to compress - ment and that, on the other hand, the hardness of the molds or cores does not depend only on the compression of the sand, as is the case in the usual processes. Therefore, the molding can be left to less experienced workers who are not very familiar with perfect tamping.
Even if the clayey sand mixture were used excessive tamping would not be of great harm, given the admixture of lime.
The removal of the model or the core boxes is very easy, since the mixture never sticks or adheres to the model. This is because the tamping does not force water back against the model. Fewer cracks are thus formed on the molded surface, which significantly reduces the work involved in molding the molds. It is therefore always possible to complete or equalize any foundry mold manufactured in accordance with the invention.
During drying, the molds and cores are exposed to the action of air on the foundry floor, for 10 to 18 hours depending on the size of the mold.
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When removing the model, the sand is plastic and moist, while during drying its density within the mold increases continuously, because lime, on mixing with water in the presence of sand, hardens in crystallizing, so that at the end of the drying operation there is no more water in the free state and the whole mass of the mold and the cores reaches a uniform degree of hardness which is noticeably higher at and around molded surfaces. Drying takes place not as a result of evaporation, but by removal of the combined water.
Glauber's salt acts on wet lime to promote solidification and hardening. The same effect is produced, in a more or less lasting way, with the aid of sodium chloride, potassium sulphate or carbonate or other similar substances.
The use of such an agent makes it possible to use the cores much more quickly after their manufacture.
Thanks to the fact that the molds and core boxes are no longer dried in the oven, a notable saving in fuel, as well as in wages and sand, is achieved. In addition, the mold elements or the cores retain their shape and size, they do not sag or shrink and do not require supports, struts or other supports.
After setting, the molds and cores can be kept for a long time, since they have reached a certain degree of hardness throughout their mass. The edges remain very sharp and the thin parts do not break because they are very strong.
One of the main features of these molds
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and cores made from such sand is that moisture does not seep into them even when exposed to inclement weather. In addition, the water sprayed on the molds penetrates with great difficulty and does not produce any blisters, unevenness, or any decomposition of the sand. This is due not only to the moisture resistance of the applied layer, but also to the fact that the gap between the grains of sand is already filled with lime, which absorbs water very slowly.
The foundry mold and cores are very strong and can thus be lifted and handled with ease without losing their shape or breaking during molding. We take advantage of this quality to notch and hollow out the cores without reducing their strength. These recesses are filled with old coke or well burnt sand, so that after casting, the cores give in to the particularly intense thrust due to the withdrawal of the solidified and hardened metal, break and are destroyed, which avoids any cracks in the castings.
During casting, all components of the molds and cores resist the pressure of the molten metal, as the molded surfaces are very hard and the sharp edges and thin elements are very strong and non-breaking. Since the elements are smooth and icy, molten metal flows very easily and completely conforms to narrow gaps and sharp edges.
There is hardly any entrainment of the sand grains by the trimmed metal as the surface is very smooth.
On the other hand, the metal attacks these grains little, they being firmly bound together by the bismuth white and the lime.
Thanks to the substances used in the manufacture of molds and cores and due to the absence of humidity
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neither water vapor nor gas occurs during casting.
It is also not necessary to ignite the gas all around the mold. By placing a mirror or a cold metal plate over a vent during casting, you may notice a slight mist, but no perspiration or water condensation is noticed. No smoke is formed, no unpleasant odor, no gas harmful or dangerous to the eyes.
As soon as the mold is filled, the walls undergo a special transformation in their nature due to the prolonged contact with the incandescent metal. On the surface of the casting, the sand forms a hard crust of 3 to 6 mm. thick, which ensures the preservation of the molds until the metal solidifies. Immediately behind this crust, a 1 to 4 cm layer gradually forms. thickness, which depends on the heat released by the casting and where the sand decomposes completely, since it loses all its setting capacity and becomes pulverulent. Behind this layer, the material of the mold retains its hardness, its setting capacity and its resistance qualities.
Since the whole mass of the cores is surrounded by metal, the heat produced penetrates thoroughly into the mass of the sand, so that the latter passes to the pulverulent state.
The sand which is in direct contact with the metal forms a hard crust created by the excess heat suddenly transmitted. In fact, a vitrification of the lime takes place in the presence of sand and a small quantity of sodium silicate, a vitrification which confers on this layer, due to the very high temperature, a very notable hardness and a very great gripping capacity.
The crust is very brittle, but it cannot be crushed.
Beyond this layer, the mixture is exposed to
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the action of a very intense heat which is however hardly enough to vitrify the lime. This rapid drying cracks the lime and decomposes it, so as to destroy the action of binder or main setting agent.
The mixture then passes into the pulverulent state.
Beyond this second layer, the heat transmitted is not sufficiently large and intense to destroy or change the hardness of the mixture, which thus retains its coherence and continues to remain as a uniform block.
During the demolding of the casting, when the frame is dismantled and the part is lifted, the mold immediately breaks, because the surrounding powder layer has no coherence or resistance and thus completely releases the casting. In the event that a few parts of the crust stick to the piece, it will only take a few hits with a hammer or stick to remove them.
Repeated blows immediately cause the sand to flow from the core through the cleaning holes, and the crust shatters into very small pieces that can pass through very small openings.
The molding sand can also be completely removed using a jet of compressed air.
The scouring action of potash or soda, which propagates even through the applied layer, is the main reason why mold components never adhere to the casting. The surface of the casting has a beautiful coloring and is quite smooth due to the glaze caused by Glauber's salt.
The proportion of the recovered sand is very high and the recovery work is very easy and fast, because the elements to be used, consisting of small pieces
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crust, and powdery sand, can be easily separated in relatively large lumps from unusable items.
The mixture in accordance with the invention has the advantage that the foundry sand recovered is crushed, with the addition of the mixture, can be made reusable by adding water. If the setting of the sand occurs too slowly and too little energy, it is necessary to add metered amounts of the binder according to the invention.
CLAIMS.
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1.- Foundry sand consisting of a mixture of quartz sand, hydraulic lime, soda silicate, quicklime, bismuth white, Glauber's salt, potash and distilled water, in substance as c is described above.