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La présente invention se rapporte à une composition pour évents de moules et à son procédé d'utilisation. L'invention se rapporte plus particulièrement à une composition pour évents de moules destinée à maintenir le métal contenu dans les évents de moules à base de cuivre à l'état fluide pendant un laps de temps dépassant celui durant lequel ce métal contenu dans les évents se solidifie habituellement, ce qui a pour but d'empêcher essentiellement le retassement et d'assurer un retrait uniforme du métal dans les évents.
La présente invention a pour objet une composition exother- mique pour évents, destinée à maintenir le métal contenu dans les évents de moulage contenant du cuivre à l'état fluide afin d'empêcher le retas- sement, composition caractérisée par le fait qu'elle comprend un mélange de ferrosilicium finement divisé à forte teneur en silicium, un agent oxydant normalement solide du siliciam précité, ainsi qu'un agent formant un flux.
La présente invention a en outre pour objet un procédé pour maintenir à l'état fluide le métal contenu dans les évents de moulages contenant du cuivre afin d'empêcher le retassement, procédé caractérisé par le fait que l'on produit un allumage au contact du sommet du métal fondu dans les évents d'un moulage contenant du cuivre.
Jusqu'à oe jour, les compositions d'évents pour des moulages à base de cuivre.tels que les moulages de la-iton ou de bronze, contenaient généralement de l'oxyde de cuivre, un agent réducteur de cet oxyde de cuivre et un produit formant flux. Les compositions déjà connues pour éventssont exothermiques et on les allume au contact d'un métal en fusion dans l'évent d'un moulage à base de cuivre, afin de les faire réagir avec formation de cuivre métallique et d'un laitier surnageant, ce qui comporte un dégagement considérable de chaleur. Les compositions exothermiques connues donnent une couche de cuivre en fusion en contact avec le sommet de l'évent et ne souillent pas le produit dans l'évent avec des, constituants métalliques indésirables, tels que le fer.
Bien que les compositions pour évents du genre précité donnent généralement satisfaction, elles sont cependant coûteuses.
La présente invention a pour objet - une composition pour évents destinée à des moulues d'alliage à base de cuivre, qui maintient à l'état fluide le métal dans l'évent pendant un laps de temps prolongé sans provoquer la contamination de l'évent. Les compositions conformes à la présente invention ne contiennent pas nécessairement de l'oxyde de cuivre comme ingrédient et sont constituées par des ingrédients relativement peu coûteux; - une composition pour évents relativement peu coûteuse destinée à des moulages à base de cuivre, cette composition contenant du fer et ne contaminant pas cependant les évents par le dépôt d'une quantité notable de fer;
- un procédé pour maintenir le*métal contenu dans les évents provenant de moulages à base de cuivre à l'état fluide pendant un laps de temps prolongé grâce à l'allumage au contact même de l'évent d'une composition exothermique contenant du fer qui brûle en faissant un laitier ne contenant essentiellement pas de fer à l'état métallique et seulement de faibles quantités de fer métallique incluses dans ces laitiers,
Bien que des inclusions de fer métallique soient présentes dans le laitier, elles n'entrent pas' largement à distance de l'évent contenant un alliage de cuivre et n'introduisent donc dans ce métal de l'évent aucune quantité substantielle de fer.
Il est important que le fer ne pénètre pas dans le métal des évents parce qu'on les retire des moules
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après solidification et qu'on les remet en fusion pour une nouvelle utili- sation en ajoutant du métal à mouler supplémentaire. Toute absorption im- portante de fer dans les évents, dans les trous de coulée ou les masse- lottes se traduirait par une teneur élevée indésirable en fer lors de l'an- alyse du métal de moulage dans lequel on utilise les métaux des évents et de provenance analogue.
Les compositions exothermiques pour évents conformes à la présente invention sont constituées par un mélange intime d'un agent ré- ducteur finement divisé, d'un agent oxydant et d'un produit servant de flux ou d'un ingrédient formant un laitier. On utilise comme agent ré- ducteur de préférence du ferrosilicium à teneur élevée en silicium, bien que l'on puisse aussi utiliser d'autres gents réducteurs tels que le siliciure de calcium. On préfère utiliser une teneur en silicium de 90% ou davantage.
On utilise de préférence le nitrate de scdium comme agent oxy- dant, bien-que l'on puisse aussi se servir d'autres agents oxydants tels que le nitrate de potassium, un chlorate d'un métal alcalin, un per- chlorate d'un métal alcalin ou de bioxyde de manganèse. L'agent oxydant est normalement un produit solide à la température ambiante ordinaire.
L'ingrédient formant le laitier est constitué de préférence par des battitures constituées essentiellement par Fe O. On peut également utiliser avantageusement d'autres agents formant 4 flux ou formant un laitier tels que les autres oxydes du fer ou l'alumine, pris isolément ou en combinaison. L'agent formant flux peut être constitué par exemple par l'oxyde ferrique Fe2O3.
On choisit les ingrédients entrant dans la composition et on les proportionne de manière qu'ils dégagent, au moment de la combustion. une grande quantité de chaleur qui soit suffisante pour former un laitier fluide qui maintient le métal de l'évent à l'état fluide pendant un laps de temps important. La composition du laitier qui se forme correspond plus ou moins à celle d'un silicate ferrosodique neutre.
On incorpore à la composition une quantité suffisante d'agents oxydants pour oxyder en SiO. la totalité du silicium contenu dans le fer- rosilicium. Si l'on utilise une quantité insuffisante d'agent oxydant, le silicium du ferrosilicium peut réduire une partie du flux et donner du fer métallique dant la quantité doit être maintenue à un minimum dans le lai- tier.
Quand on utilise le nitrate de sodium comme agent oxydant. on admet que la réaction se produit sensiblement d'après Inéquation suivante (Equation N 1) :
EMI2.1
5Si + 4NaU03 5Si02 + 2N20 + 2NZ
Le rapport stoéchiométrique entre le nitrate de sodium et le silicium, conformément à cette réaction. sont d'environ 2.45 parties en poids de nitrate de sodium pour une partie en poids de silicium.
Cepedant, le rapport entre le nitrate de sodium et le silicium peut varier à l'intérieur de limites raisonnables et on peut utiliser des quantités comprises entre environ 2 parties de nitrate de sodium et 3.5 parties de celui-ci pour une partie de silicium. On utilise de préférence de 2 à 3 parties de nitrate de sodium pour une partie de silicium. Quand on utilise des battitures comme matière de flux, on en incorpore une quantité suffisante pour obtenir, comme laitier, un silicate neutre de fer avec la quantité de la silice produite par la réaction exothermique qui n'est pas associée aux résidus d'oxyde métallique de l'agent oxydant dans un silicate neutre de métal alcalin.
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Comme on l'a déjà mentionné, on choisit de préférence les com- posants du mélange exothermique de manière que le laitier obtenu soit sensiblement neutre. La fraction d'oxyde métallique de l'agent oxydant pénètre dans le laitier sous la forme de silicate neutre. Lorsqu'on utilise par exemple, comme oxydant, le nitrate de sodium, deux molécules de Na 0 se combinent avec une molécule de SiO pour donner un silicate de sodium neutre ayant la formule Na SiO. L'équation ? 1 précitée montre que deux molécules de Na 0 produites 4 correspondent à cinq molécules de SiO, mises en liberté. Etant donné que deux molécules de Na 0 se combinent avec une molécule de SiO, il est visible que quatre molécules de SiO. se trouvent en excès par rapport à la quantité nécessaire pour former un laitier neutre.
On ajoute aux ingrédients du mélange de réaction exother- mique une matière de flux en quantité nécessaire pour que l'excès de silice forme un laitier neutre. Ainsi, lorsqu'on utilise des battitures comme agent de flux, on incorpore quatre molécules de Fe 0 sous forme de battitures pour cinq¯molécules de silicium et quatre molécules de nitrate de sodium dans le mélange de réaction. Les quatre molécules de Fe3O4 se combinent avec les quatre molécules en excès de Si02 provenant de la réaction exothermique pour donner un laitier consitué par du silicate neutre de fer ayant la composition Fe3SiO6.
On peut donc résumer la réaction précitée par l'équation ci-après (Equation N 2) :
EMI3.1
5Si + 4NaN03 + 4Fe304 2N 2 + Na4Sio+44Fe3S3.o6
La quantité d'agent de flux peut varier quelque peu par rap- port à celle qui est nécessaire pour fournir un laitier silicaté neutre.
Le laitier que l'on-obtient peut être acide ou basique, à l'intérieur de limites raisonnables. Par exemple, on peut incorporer au mélange de réaction, pour cinq molécules de Si et pour quatre molécules de nitrate de sodium, contenues dans le mélange de réaction, de deux à huit molécules de Fe 0 . L'utilisation d'autres agents de flux tels que l'alumine est déterminée par des principes analogues. Conformément à l'équation N 2. chaque partie en poids de silicium demande 2,45 parties en poids de ni- trate de sodium et 6,6 parties en poids de Fe 0 . Pour une partie en poids de silicium, la quantité de nitrate de sodium eut être comprise entre 2 et 3,5 parties en poids et celle du Fe3O4 entre 3 et 12 parties en poids.
Les compositions pour évents conformes à l'invention sont con- stituées par un mélange intime de produits finement divisés. On peut uti- liser ces compositions sous la forme de mélanges d'ingrédients en poudre ou transformer de préférence ces ingrédients en poudre en des agglomé- rats ou briquettes. Si l'on désire utiliser des agglomérats il est avantageux d'utiliser un liant. L'agent oxydant lui-même peut constituer ce liant, ou bien on peut ajouter un produit liant auxiliaire au mélange en poudre et transformer ensuite le mélange obtenu en agglomérats.
On peut utiliser des liants constitués par exemple par des eaux de mélasse de la liqueur sulfitique résiduaire ou des liants miné- raux tels que le silicate de sodium. On utilise des procédés connus pour former les agglomérats tels que la compression om la transformation des poudres en boulettes. Des agglomérats sensiblement sphériques ayant un diamètre de 6,3 à 12,3 mm sont particulièrement appropriés, bien que l'on puisse modifier la dimension et la forme de ces agglomérats.
Pour leur utilisation, on place les compositions pour évents, conformes à l'invention, à la partie supérieure du métal en fusion d'un évent d'un moulage en un alliage à base de cuivre,après la coulée et pendant que le métal de l'évent est encore fluide. La chaleur du métal fondu dans l'évent provoque la combustion de la composition conforme à l'invention, qui brûle en dégageant des quantités importantes de chaleur.
Le laitier qui se forme par la combustion interne du produit est fluide
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et reste chaud pendant un temps suffisamment long pour assurer l'alimentation appropriée du mélange à partir de l'évent pendant la solidification de ce moulage. Tout le fer métallique qui subsiste et qui provient du ferrosilicium de la composition, tend à ,s'agglomérer et à former des petites particules ressemblant à de la grenaille qui restent en suspension dans le laitier et qui n'entrent pas en contact avec le métal de l'évent.
Il est fort désirable et très important que le ferrosilicium soit riche en silicium afin de maintenir la teneur en fer résiduel à un minimum.
On préfère utiliser un ferrosilicium contenant au moins 90% de silicium et, mieux encore, 95% de silicium. On peut aussi utiliser en totalité ou en partie un ferrosilicium métallique d'une pureté de 98% ou davantage.
Après la solidification du mélange à base de cuivre, on peut facilement et proprement détacher de l'évent le laitier solidifié par refroidissement qui provient du traitement de l'évent, conformément à l'invention, et le mettre de côté. On sépare le métal de l'évent d'avec le moulage de la manière habituelle. Les évents traités par les compositions conformes à la présente invention ne contiennent pratiquement pas de fer et ont essentiellement la même composition que l'alliage initial à base de cuivre. Ce métal des évents est propre et on peut le remettre en fusion pour de nouvelles opérations de moulage.
Le tableau ci-après montre la quantité de fer retenue dans le métal des évents par application d'une composition type pour évents (battitures 65 parties, nitrate de sodium 24 parties, et ferrosilicium à 95% de Si 11 parties en poids); le tableau montre également la quantité maximum de fer amassée dans le cas où chaque coulée qui fait suite à la première contient 40% de métal des évents provenant d'un moulage antérieur auquel on a appliqué la composition pour évents de l'invention ; sur ce tableau, on a également établi la comparaison de ces valeurs avec les normes "ASTM" pour une teneur maximum en fer (A.S.T.M. American Society for Testing Materials).
TABLEAU I
EMI4.1
<tb>
<tb> Type <SEP> d'alliage <SEP> Fer <SEP> absorbé <SEP> à <SEP> Maximum <SEP> de <SEP> fer <SEP> Teneur <SEP> maximum
<tb> chaque <SEP> applica- <SEP> accumulé, <SEP> 40% <SEP> en <SEP> fer;
<tb> à <SEP> base <SEP> de <SEP> cuivre <SEP> tion <SEP> de <SEP> la <SEP> com- <SEP> de <SEP> métal <SEP> d'évent <SEP> Normes
<tb> position <SEP> pour <SEP> dans <SEP> chaque <SEP> cou- <SEP> A.S.T.M.
<tb> évents <SEP> lée
<tb> (1) <SEP> Laiton <SEP> rouge <SEP> au <SEP> 0,01-0,03% <SEP> 0,017-0,05% <SEP> 0,30%
<tb> plomb <SEP> - <SEP>
<tb> 85Cu <SEP> - <SEP> 5 <SEP> Sn <SEP> - <SEP>
<tb> 5 <SEP> Pb <SEP> - <SEP> 5 <SEP> Zn
<tb> (2) <SEP> Laiton <SEP> jaune <SEP> 0,06-0,15% <SEP> 0,10-0,25% <SEP> 0,60-0,75%
<tb> 60 <SEP> Cu <SEP> - <SEP> 40 <SEP> Zn
<tb> (3) <SEP> Bronze <SEP> à <SEP> l'étain <SEP> 0,01-0,05% <SEP> 0,017-0,084% <SEP> 0,
15-0.25%
<tb> et <SEP> au <SEP> plomb
<tb> 87 <SEP> Ou <SEP> - <SEP> 8 <SEP> Sn <SEP> -
<tb> 1 <SEP> Pb <SEP> - <SEP> 4 <SEP> Zn
<tb> (4) <SEP> Bronze <SEP> au <SEP> man- <SEP> 0,11% <SEP> 0,18% <SEP> 2,0-3,0%
<tb> ganèse <SEP> (laiton <SEP> jaune <SEP> à
<tb> forte <SEP> résistance).
<tb>
(5) <SEP> Bronze <SEP> d'alumi- <SEP> 0,03% <SEP> 0,05% <SEP> 2,5-5,0%
<tb> nium.
<tb>
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Le tableau ci-dessus montre que l'utilisation des compositions pour évents, conformes à la présente invention, permet de réaliser une présence de fer négligeable dans les évents, grâce à l'application de la composition pour évents9 conformément à l'invention et que le maximum de fer reste bien en-dessous des normes "ASTM" quand on utilise à nouveau 40% de métal d'évent dans les coulées successives.
L'économie générale de la présente invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple non limitatif donné ci-aprèso
EXEMPLE
On broie séparément des battitures et du ferrosilicium (95% de Si) dans un broyeur à boulets, à une finesse telle que 55 à 65% du produit traversent un tamis de 200 mailles (lequel présente 80 ouvertures par centimètre linéaire) et que la totalité du produit traverse un tamis de 100 mailles (40 ouvertures au centimètre linéaire).
On utilise le nitrate de sodium à l'état fin et granulé, ce produit devant traverser en totalité un tamis de 100 mailles ('40 ouvertures au centimètre linéaire)o
On ajoute à 227 Kgo de battitures broyées, 38 Kgo de ferro-
EMI5.1
silicium broyé et 85 Kgo de nitrate de sodiumgenulaireo On mélange in- timement ces poudres et on ajoute au mélange 14 Kgo d'eau de mélasse contenant 3,6 Kg. de mélasse noire et la,5 Kg. d'eau comme liant. On brasse le mélange dans un mélangeur rotatif pour former des grains dont le diamètre est compris entre 6.3 et 12,3 mm. On retire ces grains du mélange en cours de brassage à mesure qu'ils se forment, On sèche les grains bruts dans une étuve à 110 C jusqu'à ce que la teneur en humidité soit inférieure à environ 1%.
Les grains ainsi séchés sont prêts à l'utilisation pour le traitement des évents de moulage à base de cuivre.
On utilise une quantité suffisante de composition pour évents pour constituer une épaisseur de 12,3 à 19 mm de laitier sur l'évent.
Le mélange est allumé à la partie supérieure d'un évent d'un moulage de laiton jaune fraîchement coulé. Le mélange s'enflamme facilement du fait de la chaleur de l'évent et se consume rapidement. On brise et on examine, après sa solidification, le laitier provenant de la composition pour évents et on constate que quelques petites gouttelettes de métal seulement sont dispersées dans le laitier. Le moulage de laiton est sain et l'évent est plat au sommet et ne présente pas de retassure.
Le tableau II ci-après indique la compositon d'autres mélanges supplémentaires pour évents conformes à l'inventiono Les procédés pour préparer et utiliser ces mélanges sont les mêmes que ceux déjà décrits dans l'exemple.
TABLEAU II
EMI5.2
ompos5't.on 72 Happort Repporr, Temperazures
EMI5.3
<tb>
<tb> Mélan- <SEP> Batti <SEP> NaNO <SEP> FeSi <SEP> Sili- <SEP> NaNO <SEP> battitu- <SEP> approxo <SEP> du
<tb> ge <SEP> tu <SEP> res <SEP> 90 <SEP> - <SEP> cium <SEP> au- <SEP> res <SEP> laitier
<tb> N <SEP> 95% <SEP> métal- <SEP> tres <SEP> FeSi <SEP> NaNO3 <SEP> + <SEP> ( <SEP> <SEP> C)
<tb> ligue <SEP> FeSi3
<tb>
EMI5.4
1 53,4 33 93 - 13,3 - 2-5 1.14 (1593<>C) 2 64,o 23,6 la,4 - Mno a 2,47 1,98 (1580 C) 3 6510 24,0 11.90 - 210 2,18 i9g6 (153800)
Chacun des mélanges du tableau II s'allume facilement et brûle rapidement. On ne trouve que quelques rares gouttelettes de métal dans le laitier provenant de la combustion de ces mélangeso