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Compositions exothermiques.
La présente invention concerne des compositions exother- miques qui contiennent une substance oxydable et un agent oxydant pour celle-ci ae sorte que, quand la composition brûle, il se produit entre la substance oxydable et l'agent oxydant une réaction qui engendre des quantités considérables de chaleur. On les appelle- ra simplement ci-après "compositions exothermiques.,
Une forme particulière d'une telle composition qui est largement utilisée dans l'industrie est une composition dite alumine thermique dans laquelle la matière oxydable est de l'aluminium fine- ment divisé. 1.'agent oxydant peut être un mélange de plusieurs matiè res, par exemple d'oxyde de fer, de bioxyde de manganèse et/ou de nitrates et de chlorates de métaux alcalins.
Habituellement, ces
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compositions contiennent également une charge, par exemple une ma- tière refractaire telle que des déchets pilés de poterie, du sable, de la chamotte ou des agrégats de four,
Une des applications principales de ces compositions est la production locale de chaleur dans la coulée de métaux en fusion* doue ce rapport, elles peuvent servir à retarder la solidification de la masselotte dans une Lingotière ou dans un châssis' de masselotte associé à cette lingotière, par exemple elles peuvent être présentes sous forme de poudres meubles ou de plaques préfabriquées appliquées sur la surface de la masselotte ou comme garnissages sur la tête du lingot ou sur le châssis de masselotte.
Elles peuvent également être utilisées comme produit de remplacement pour "rembourrer" des endrals d'une lingotière où il est important de retarder la solidification au métal coulé.
Une seconde application importante de ces compositions est le traitement thermique de soudures pour effectuer une stabilisation une normalisation ou un recuit du métal dans la région de la sou- dure, la composition étant chauffée pour procurer la chaleur pour le traitement et pouvant brûler et se refroidir in situ.
Des exemples de l'application de ces compositions en fonde rie sont donnés dans le brevet anglais n* 627.678. Des exemples de Inapplication de ces compositions pour le traitement thermique de soudures sont donnés dans le brevet anglais n 898.232 . De nombreu- ses autres applications de ces compositions ont été décrites et sont bien connues.
On a découvert que des compositions exothermiques particulièrement satisfaisantes peuvent être préparées en utilisant comme ingrédient dispersé de ces compositions une matière fibreuse organique, par exemple une matière fibreuse animale ou végétale, un agent oxydant étant adsorbé sur un constituant fibreux de la com- position ou absorbé par ce constituant.
Par suite de la répartition de l'agent oxydant sur la matière fibreuse et de la dispersion de cette matière dans la composition, l'agent oxydant est utilisé avec un effet optimum,
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Cela étant, suivant une première particularité de la pré- sente invention, il est prévu une composition exothermique compre- nant, en mélange intime, une substance oxydable, un agent oxydant pour cette substance et une matière fibreuse organique, une par- tie au moins de l'agent oxydant étant adsorbée sur un' constituant fibreux de cette composition ou absorbée par ce constituant.
En général, l'agent oxydant est adsorbé sur la matière fibreuse organique précitée ou absorbé par celle-ci mais l'invention comprend des compositions qui contiennent en outre d'autres matières fibreuses, par exemple une matière fibreuse réfractaire telle que de l'amiante sur laquelle un agent oxydant peut être aasorbé,
Suivant une forme d'exécution spécifique et préférée de l'invention, la composition exothermique comprend, en mélange inti- me, de l'aluminium finement divisé et des fibres de cellulose, sur lesquelles et dans lesquelles un agent oxydant est respectivement adsorbé ou absorbé, cet agent contenant éventuellement aussi une charge réfractaire granulaire ou fibreuse.
Voici maintenant le détail des ingrédients des composi- tions :
Matière oxydante. Cette matière est de préférence, comme dit plus haut, de l'aluminium finement divisé. Elle peut cependant être l'une de nombreuses autres substances qui ont été suggérées à cet effet, par exemple du magnésium, du carbone, du silicium ou un mélange de ces substances.
Il n'est cependant pas nécessaire d'utiliser une mâture oxydable pure. Ainsi, une source d'aluminium avantageuse est du la "poussière de broyeur à boulets" qui a évidemment l'avantage a être peu coûteuse.
La poussière de broyeur à boulets est la matière obtenue en broyant des scories d'aluminium obtenues à partir de la surface de bains et de poches de coulée contenant de l'aluminium enfusion.
Lorsque Ces scories sont broyées par des boulets, leurs parties non métalliques sont réduites en une fine poudre tandis que le métal
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présent reste en grosses particules. Après l'opération de broyage, le contenu du broyeur est passé sur un crible de 10 mesh qui laisse passer la matière non métallique finement pulvérisée et retient les parties métalliques, La poudre qui traverse le crible est connue sous le nom de poussière de broyeur à boulets et peut contenir de 5 à 50% d'aluminium Métallique, A part le métal présent, la pou- are contient de l'oxyde d'aluminium et des sels tels que des chloru- res et des fluorures de sodium et de potassium.
Agents oxydants. L'agent oxydant peut comprendre l'oxyde ae fer classique ou le bioxyde de manganèse. L'agent oxydant doit cependant, au moins en partie, être formé par un agent qui est adsorbé sur la matière fibreuse présente dans la composition ou absorbé par cette matière. Cela étant, il est préférable, pour la facilité d'utiliser un agent oxydant hydrosoluble, par exemple un nitrate ou un chlorate en solution aqueuse qui peut être absorbé par la matière fibreuse ou être déposé sur cette matière.
Matière fibreuse animale ou végétale. Cette matière est de préférence de la fibre de cellulose, mais on peut utiliser d'au- tres matières fibreuses et en particulier des matières absorbant facilement un liquide aqueux, par exemple de la sciure de bois, des fibres de bois, de la tourbe ou des matières analogues.
Autres ingrédients. D'autres ingrédients peuvent éven- tuellement être présents, par exemple des charges réfractaires fi- breuses ou non fibreuses telles que de l'amiante, des fibres de ver- re, de la laine de laitier, des déchets de poterie, du sable, de la chamotte, des agrégats de four ou l'équivalent. Lorsque la matière broyabie est de l'aluminium finement divisé, il est parfois souhai- i table d'inclure une certaine proportion, par exemple de 0,1 à 10% en poids d'un fluorure. Cette façon de procéder est décrite en parti- culier dans le brevet anglais n 627.678 et l'un quelconque des fluorures mentionnés peut être utilisé.
Il est également nécessaire, en général, d'inclure un liant pour maintenir ensemble les particales de la composition
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et canner une forme à celle-ci* Des liants approprias sont de la lessive sulfitique usée, des gommes, de la bentonite ou dits résine naturelles ou synthétiques.
Les compositions peuvent varier lardent suivant l'usage auquel on les destine. En résumé,, le tableau suivant reprisant* une gamme de compositions très utiles exprimées en poids : Substance oxydable (par exemple de .l'aluminium) 5 à 40% Substances oxydantes 5 à 25% Matière fibreuse organique 0,25 à 20% Charges réfractaires 20 à 80% Fluorure (lorsque la substance oxydable est de l'aluminium) 0,25 à 10% Liant 1 à 10%.
Les compositions précitées peuvent être préparées en mélangeant les ingrédients spécifiés dans des proportions appropriées la matière cellulosique ou autre matière fibreuse retenant l'agent oxydant par adsorption ou absorption pendant le processus de mélange.
L'inclusion de matière fibreuse dans les compositions semble devoir améliorer la résistance aux chocs et la résistance mécanique générale de corps façonnés en ces compositions mais on * constaté que le moyen normal utilisé pour former des corps préfaçon- nés de ces compositions, tel qu'un tassement à la main, par secous- ses, par pression ou par explosion, ne permet pas à l'ingrédient fibreux de fluer pour prendre les formés désirées de sorte que . l'avantage principal de l'ingrédient fibreux n'est pas entièrement obtenu.
Il est connu dans la fabrication d'articles à partir de compositions basées essentiellement sur de la pulpe de fibre cellu- losique de former un magma aqueux de la pulpe fibreuse contenant éventuellement d'autres ingrédients solides ainsi qu'une certaine proportion d'un liant, de charger le magma dans un récipient dont une paroi, habituellement la paroi supérieure, est en tissu métalli- que, de placer le récipient de façon que le magma se trouve contre .LE tissu métallique et de laisser filtrer l'agent liquide du magma
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à travers le tissu métallique qui retient ses constituants solides, ou de l'y obliger.
En général, une pression d'air est appliquée à la surface au magma de manière à le presser sur le tissu métallique et à exprimer l'agent liquide à travers celui-ci (ou bien une dépression peut être utilisée avec le même résultat) en laissant un corps compact des constituants solides du magma qui a épouse le profil du tissu métallique.
Le liant est habituellement dissous dans l'agent liquide du magma et quoiqu'une proportion notable de liant traverse le tissu métallique sans, par conséquent, exercer d'action liante, il reste suffisamment de liant dans le liquide contenu dans la masse compacte humiae pour exercer inaction liante nécessaire lorsque la masse façonnée est séparée au tissu métallique et séchée au four.
Le procédé précité a été proposé pour produire des garnissages préfabriqués pour des lingotières, et des châssis de mas selotte pour ces lingotières. Dans ce cas, la composition peut con- tenir de 2 a 20% en poids d'une matière fibreuse organique, par exen pie ae la pulpe ae papier ou des déchets de papier, de la pulpe mé- canique ou chimique, 4 à 10% en poids d'un liant et pour le reste, une matière réfractaire, par exemple du quartz, de la quartzite, du sable ou un silicate inorganique, de la dolomie calcinée ou de la farine de silice. Une partie au moins de la matière réfractaire peut avantageusement être elle-même fibreuse, par exemple des fibres d'amiante.
Divers liants ont été proposés, par exemple une colle na- turelle telie qu'une colle cellulosique, ou une colle synthétique telle qu'une résine synthétique, ou une matière inorganique telle que du verre soluble.
Un autre liant particulièrement souhaitable pour ce procédé est un agent thermodurcissable tel qu'une résine phénol- formaidéhyde au type Novolak.
On pourrait penser que cette technique ne s'applique pas dans la présente invention où, dans le cas d'une pulpe de cellulose, on désire l'imprégner d'un agent oxydant hydrosoluble tel qu'un
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nitrate ou un chlorate de métal alcalin ou déposer un tel agent sur sa surface, mais, en fait, on a constaté que le procédé convient particulièrement à cet effet. four réaliser le procédé, on dissout l'agent oxydant hydrosoluble dans le magma. Une certaine proportion de cet agent passe avec l'effluent (d'où il peut être récupéré) mais une proportion suffisante est retenue par absorption dans la fibre cellulosique de sorte que, dans le produit séché, l'agent oxydant est en substance uniformément dispersé dans ou sur la matière cellulosique fibreuse.
Il est également à remarquer sous ce rapport que lorsqu'un quelconque des ingrédients est hydrosoluble, par exemple un fluorure hydrosoluble, il peut être souhaitable de partir de quantités de ces ingrédients supérieures à celles qui sont finalement nécessaires pour tenir compte de la partie qui s'échappe avec l'effluent.
Cela étant, suivant une autre particularité de l'invention] des corps massifs façonnés de compositions exothermiques suivit l'invention sont produits par un procédé suivant lequel on forme un magma des ingrédients spécifiés dans un milieu aqueux, les ingré- dients comprenant un agent oxydant hydrosoluble dissous au moins en partie dans le milieu aqueux, on charge le magma dans un récipient comportant une paroi en tissu métallique, on place ce récipier t de telle façon que la magma se trouve contre le tissu métallique et on laisse filtrer l'agent liquide au magma à travers le tissu métalli- que, ou on l'y oblige, tout en retenant les constituants solides du magma sur le tissu métallique, on enlève de celui-ci le corps façonné et compacté résultant et on le sèche.
L'exemple suivant illustre l'invention, EXEMPLE. -
Un magma est formé des ingrédients suivants : Parties en poids Moutures d'aluminium (-16 mesh) 15 Feuille d'aluminium (pulvérisé à -16+60) 10
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Parties en poids Bioxyde de manganèse 10 Nitrate de sodium 10 Crvolite 5 Fibres de cellulose (déchets de journaux) 6 Fibres d'amiante 1 Farine de silice 38
EMI8.1
Résine phénol-formaidéhyde Novolak (-300 mesh) 5 100 Eau 300
Le magma est façonné en une plaque par la technique pré- citée et les plaques sont séchées.
Les produits s'allument facilement dans une flamme chaude et en contact avec au cuivre en fusion, en brûlant régulièrement et en produisant beaucoup de chaleur.
REVENDICATIONS.
1, -Composition exothermique, caractérisée en ce qu'elle comprend en un mélange intime, une substance oxydable, un agent oxy- dant pour cette substance et une matière fibreuse organique, au moins une partie de l'agent oxydant étant adsorbée -sur cette matiè- re ou absorbée par celle-ci.
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Exothermic compositions.
The present invention relates to exothermic compositions which contain an oxidizable substance and an oxidizing agent therefor so that when the composition burns, a reaction occurs between the oxidizable substance and the oxidizing agent which generates considerable amounts. heat. They will be referred to hereinafter simply as "exothermic compositions.
A particular form of such a composition which is widely used in industry is a so-called thermal alumina composition in which the oxidizable material is finely divided aluminum. The oxidizing agent can be a mixture of several materials, for example iron oxide, manganese dioxide and / or alkali metal nitrates and chlorates.
Usually these
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compositions also contain a filler, for example a refractory material such as pounded pottery waste, sand, chamotte or kiln aggregates,
One of the main applications of these compositions is the local production of heat in the casting of molten metals * endowed with this report, they can be used to delay the solidification of the weight in an ingot mold or in a weight frame associated with this ingot mold, for example, they can be present in the form of loose powders or prefabricated plates applied to the surface of the weight or as linings on the head of the ingot or on the weight frame.
They can also be used as a substitute for "padding" endrals of an ingot mold where it is important to retard solidification to the cast metal.
A second important application of these compositions is the heat treatment of welds to effect stabilization, normalization or annealing of the metal in the region of the weld, the composition being heated to provide heat for processing and capable of burning and cooling. in situ.
Examples of the application of such base compositions are given in UK Patent No. 627,678. Examples of the application of these compositions for the heat treatment of welds are given in UK Patent No. 898,232. Many other applications of these compositions have been described and are well known.
It has been found that particularly satisfactory exothermic compositions can be prepared using as the dispersed ingredient of such compositions an organic fibrous material, for example animal or plant fibrous material, an oxidizing agent being adsorbed to a fibrous component of the composition or absorbed. by this constituent.
As a result of the distribution of the oxidizing agent on the fibrous material and of the dispersion of this material in the composition, the oxidizing agent is used with an optimum effect,
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However, according to a first feature of the present invention, there is provided an exothermic composition comprising, in intimate mixture, an oxidizable substance, an oxidizing agent for this substance and an organic fibrous material, at least one part. of the oxidizing agent being adsorbed on a fibrous component of this composition or absorbed by this component.
In general, the oxidizing agent is adsorbed on or absorbed by the aforementioned organic fibrous material, but the invention includes compositions which further contain other fibrous materials, for example a refractory fibrous material such as asbestos. on which an oxidizing agent can be absorbed,
According to a specific and preferred embodiment of the invention, the exothermic composition comprises, as an intimate mixture, finely divided aluminum and cellulose fibers, on which and in which an oxidizing agent is respectively adsorbed or absorbed. , this agent optionally also containing a granular or fibrous refractory filler.
Here is now the detail of the ingredients of the compositions:
Oxidizing material. This material is preferably, as said above, finely divided aluminum. It can however be one of many other substances which have been suggested for this purpose, for example magnesium, carbon, silicon or a mixture of these substances.
However, it is not necessary to use a pure oxidizable mast. Thus, an advantageous source of aluminum is "ball mill dust" which obviously has the advantage of being inexpensive.
Ball mill dust is the material obtained by crushing aluminum slag obtained from the surface of baths and ladles containing cast aluminum.
When these slags are crushed by balls, their non-metallic parts are reduced to a fine powder while the metal
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present remains in large particles. After the grinding operation, the contents of the grinder are passed through a 10 mesh sieve which passes the finely pulverized non-metallic material and retains the metal parts. The powder which passes through the sieve is known as dust grinder. balls and may contain 5 to 50% metallic aluminum. Apart from the metal present, the powder contains aluminum oxide and salts such as chlorides and fluorides of sodium and potassium.
Oxidizing agents. The oxidizing agent can include conventional iron oxide or manganese dioxide. The oxidizing agent must, however, at least in part, be formed by an agent which is adsorbed on or absorbed by the fibrous material present in the composition. However, it is preferable for convenience to use a water soluble oxidizing agent, for example a nitrate or chlorate in aqueous solution which can be absorbed by or deposited on the fibrous material.
Animal or vegetable fibrous material. This material is preferably cellulose fiber, but other fibrous materials can be used and in particular materials readily absorbing an aqueous liquid, for example sawdust, wood fibers, peat or. analogous materials.
Other ingredients. Other ingredients may optionally be present, for example fibrous or non-fibrous refractory fillers such as asbestos, glass fibers, slag wool, pottery waste, sand, etc. chamotte, kiln aggregate or equivalent. When the ground material is finely divided aluminum, it is sometimes desirable to include a certain amount, for example 0.1 to 10% by weight of a fluoride. This procedure is particularly described in UK Patent No. 627,678 and any of the fluorides mentioned can be used.
It is also necessary, in general, to include a binder to hold together the parts of the composition.
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and canine a shape to it * Appropriate binders are spent sulphite lye, gums, bentonite or so-called natural or synthetic resins.
The compositions can vary widely depending on the use for which they are intended. In summary, the following table showing * a range of very useful compositions expressed by weight: Oxidizable substance (eg aluminum) 5 to 40% Oxidizing substances 5 to 25% Organic fibrous material 0.25 to 20% Fillers refractory 20 to 80% Fluoride (when the oxidizable substance is aluminum) 0.25 to 10% Binder 1 to 10%.
The above compositions can be prepared by mixing the specified ingredients in suitable proportions with the cellulosic or other fibrous material retaining the oxidizing agent by adsorption or absorption during the mixing process.
The inclusion of fibrous material in the compositions appears to improve the impact resistance and general mechanical strength of bodies shaped from these compositions, but it has been found that the normal means used to form preformed bodies of such compositions, such as tamping by hand, by shaking, by pressure or by explosion, does not allow the fibrous ingredient to flow into the desired shapes so that. the main advantage of the fibrous ingredient is not fully obtained.
It is known in the manufacture of articles from compositions based essentially on cellulosic fiber pulp to form an aqueous magma of the fibrous pulp optionally containing other solid ingredients as well as a certain proportion of a binder. , to charge the magma in a container with one wall, usually the upper wall, made of metallic fabric, to place the container so that the magma is against the metallic fabric and to let the liquid agent filter out of the magma
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through the metallic fabric which retains its solid constituents, or forcing it.
In general, air pressure is applied to the surface to the magma so as to press it onto the metallic fabric and express the liquid agent through it (or a vacuum can be used with the same result) in leaving a compact body of the solid constituents of the magma which hugs the profile of the metallic fabric.
The binder is usually dissolved in the liquid agent of the magma and although a significant proportion of the binder passes through the metallic fabric without, therefore, exerting any binding action, there remains sufficient binder in the liquid contained in the humiae compacted mass to exert the necessary binding inaction when the shaped mass is separated with wire cloth and dried in the oven.
The aforementioned process has been proposed for producing prefabricated linings for ingot molds, and mas selotte frames for these ingot molds. In this case the composition may contain from 2 to 20% by weight of an organic fibrous material, eg paper pulp or waste paper, mechanical or chemical pulp, 4 to 10. % by weight of a binder and for the remainder a refractory material, for example quartz, quartzite, sand or an inorganic silicate, calcined dolomite or silica flour. At least part of the refractory material can advantageously itself be fibrous, for example asbestos fibers.
Various binders have been proposed, for example a natural glue such as cellulose glue, or a synthetic glue such as a synthetic resin, or an inorganic material such as water glass.
Another particularly desirable binder for this process is a thermosetting agent such as a phenolformaldehyde resin of the Novolak type.
One might think that this technique does not apply in the present invention where, in the case of a cellulose pulp, it is desired to impregnate it with a water-soluble oxidizing agent such as
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alkali metal nitrate or chlorate or depositing such an agent on its surface, but, in fact, the process has been found to be particularly suitable for this purpose. In order to carry out the process, the water-soluble oxidizing agent is dissolved in the magma. A certain proportion of this agent passes with the effluent (from where it can be recovered) but a sufficient proportion is retained by absorption in the cellulosic fiber so that in the dried product the oxidizing agent is substantially uniformly dispersed. in or on the fibrous cellulosic material.
It should also be noted in this connection that when any of the ingredients are water soluble, for example a water soluble fluoride, it may be desirable to start from quantities of these ingredients greater than those which are ultimately necessary to take account of the part which s. 'escapes with the effluent.
However, according to a further feature of the invention] solid shaped bodies of exothermic compositions according to the invention are produced by a process in which a magma of the specified ingredients is formed in an aqueous medium, the ingredients comprising an oxidizing agent. water-soluble dissolved at least in part in the aqueous medium, the magma is loaded into a container comprising a wall made of metal fabric, this container is placed t such that the magma is against the metal fabric and the liquid agent is allowed to filter magma through or forced into the metallic fabric while retaining the solid constituents of the magma on the metallic fabric, the resulting shaped and compacted body is removed therefrom and dried.
The following example illustrates the invention, EXAMPLE. -
A magma is formed from the following ingredients: Parts by weight Aluminum grinds (-16 mesh) 15 Aluminum foil (sprayed at -16 + 60) 10
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Parts by weight Manganese dioxide 10 Sodium nitrate 10 Crvolite 5 Cellulose fibers (newspaper waste) 6 Asbestos fibers 1 Silica flour 38
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Novolak phenol-formaldehyde resin (-300 mesh) 5 100 Water 300
The magma is shaped into a plate by the above technique and the plates are dried.
The products ignite easily in a hot flame and in contact with molten copper, burning steadily and producing a lot of heat.
CLAIMS.
1, -Exothermic composition, characterized in that it comprises in an intimate mixture, an oxidizable substance, an oxidizing agent for this substance and an organic fibrous material, at least part of the oxidizing agent being adsorbed -on this material or absorbed by it.