Produit exothermique peur la métallurgie.
La présente invention concerne des produits exothermiques destinés, entre autres, à éviter la formation de retassures dans
la coulée de métaux.
Dans la coulée de métaux en fusion sous forme de lingots
ou de pièces moulées, il est habituel de s'opposer aux pertes de
chaleur des parties supérieures du métal en fusion, juste après
la coulée. De cette façon le métal de tête est maintenu en fusion
et alimente le corps du lingot ou de la pièce moulée, de façon à compenser le retrait à la solidification.
Pour s'opposer aux pertes de chaleur on dispose souvent la surface libre du métal en fusion une couche d'un produit exo-
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la surface, s'enflamme à la chaleur (et ainsi s'oppose au refroidissement produit par le dépôt d'une couche de matière froide à la surface du métal) et qui brûle en laissant une couche d'un résidu <EMI ID=2.1>
Etant donné qu'une telle coucha réduit au minimum la formation de retassures, les matières utilisées sont désignées pour simplifier par l'expression "produits exothermiques anti-retassure" et c'est cette expression qui sera utilisée ici.
Le produit exothermique anti-retassure selon la présente invention comprend une matière isolante réfractaire, un constituant exothermique et du graphite traité par les acides. Le constituant exothermique est de préférence un mélange d'un métal oxydable (par exemple l'aluminium, le magnésium, le silicium, le ferrosilicium, le siliciure de calcium) et d'un oxydant du métal
(par exemple des nitrates ou des chlorates alcalins, l'oxyde de fer, le perchlorate d'ammonium), bien que dans certains cas le constituant exothermique puisse être simplement une matière facilement oxydable sous forme finement divisée, telle que de l'aluminium. Dans ce dernier cas la matière oxydable constitue de préférence de 10 à 50% en poids du produit anti-retassure. Le graphite traité par les acides représente de 1 à 50 % en poids et de préférence de 3 à 20 % en poids du produit anti-retassure.
On a trouvé que, lorsque l'on utilise les compositions anti-retassure selon l'invention, elles s'enflamment et gonflent ea donnant une couche cohérente épaisse d'une matière brûlée isolante qui réduit les pertes de chaleur à la surface du lingot ou de la pièce moulée.
L'expression "graphite traité par les acides" est un terme général utilisé pour désigner des graphites en paillettes dont les particules gonflent par chauffage pour donner une substance vermiculaire de faible masse spécifique qui possède un fort pouvoir d'isolation thermique.
On peut préparer ces graphites en traitant du graphite
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perchlorique puis en séparant le graphite ainsi traité de l'acide. Le mélange d'acides peut contenir un oxydant minéral tel que l'anhydride chronique, le chlorate de potassium ou le permanganate de potassium. Par chauffage en général à des températures supérieures à 150[deg.]C le graphite ainsi traité augmente plusieurs fois de volume, cette expansion étant d'autant plus importante que le degré de réaction entre le graphite et le mélange d'acides est plus élevé.
La matière isolante réfractaire peut être par exemple une charge réfractaire telle que de la brique pilée, de la silice de diatomées, de l'alumine, de la bauxite, de la magnésie, des argiles telles que du silicate d'aluminium hydraté ou du kaolin ou n'importe quel silicate réfractaire approprié. On peut également utiliser des charges de faible densité telles que de la vermiculite, de la perlite ou de la pierre ponce, ainsi que des substances carbonées. La taille des particules de la matière isolante est de préférence telle qu'elle ne se sépare pas du mélange et telle que le mélange puisse être mis sous forme de grains ou de pastilles.
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poids du produit selon l'invention.
Quand le constituant exothermique est en totalité ou en partie de l'aluminium finement divisé, le produit peut contenir avantageusement un fluorure, ce qui est utilisé, de manière connue, pour contrôler l'énergie des réactions d'alumine thermie.
Les produits anti-retassure définis ci-dessus sont de préférence sous forme de poudre, mais ils peuvent également être mis sous forme de grains ou de pastilles. Pour faciliter la granulation on peut ajouter au produit une petite quantité d'argile ou d'un autre liant.
Les produits selon la présente invention sont particulière- ment intéressants pour la coulée de métaux en fusion et surtout pour la coulée d'alliages ferreux.
La présente invention fournit un procédé de coulée de métal en fusion sous forme, de lingots ou de pièces moulées qui consiste à appliquer dans le trou de coulée, à la surface du métal en fusion qui a été versé dans un moule, un produit exothermique anti-retassure, tel que défini plus haut. On applique de préférence une quantité de produit suffisante pour former une couche de matière dilatée d'au moins 25 mm d'épaisseur au-dessus du métal en fusion.
Quand on utilise comme produit anti-retassure uniquement du graphite traité par les acides, les résultats obtenus ne sont pas satisfaisants. La concentration élevée en matière carbonée tend à modifier la teneur en carbone du métal que l'on a coulé et ceci présente des inconvénients, en particulier dans le cas d'alliages à base de fer. De plus le carbone expansé qui a une masse spécifique apparente extrêmement faible a tendance à quitter la surface du métal, par exemple sous l'action de courants d'air, ce qui a pour effet de diminuer son efficacité comme couche isolante et de pos�r un problème de pollution de l'air. Sous forme finement divisée le carbone au contact de l'air a tendance à s'oxyder et il est difficile d'appliquer de manière précise une petite quantité de graphite non expansé traité par les acides de façon à obtenir
<EMI ID=5.1>
<EMI ID=6.1> épaisseurs trop importantes, quand il est utilisé seul, et cela constitue un inconvénient sérieux étant donné que cela entraîne des débordements et des gaspillages. L'incorporation d'une matière isolante réfractaire et d'un constituant exothermique permet de surmonter ces inconvénients.
Les produits selon la présente invention conviennent pour la fonte et l'acier. Ils peuvent être utilisés pour un grand nombre de métaux, ferreux ou non ferreux (par exemple le cuivre).
L'exemple suivant illustre la présente invention.
EXEMPLE
On dispose sur une plaque carrée de 23 cm de côté, main-
<EMI ID=7.1>
12% de graphite traité par les acides
6% de sciure de bois
<EMI ID=8.1>
2% de fluorure de sodium
<EMI ID=9.1>
Au bout de 30 secondes le mélan&e s'enflamme ce qui a pour effet de réduire au minimum le refroidissement, il gonfle et forme sur la plaque, une couche de 50 mm d'épaisseur. La perte de chaleur après 14 mn représente les deux tiers de celle que l'on ob-
<EMI ID=10.1>
chaleur représente la moitié de celle obtenue avec le produit connu
Des 'essais effectués sur quatre coulées d'acier ont montré que, par rapport à des opérations effectuées avec un produit antiretassure du commerce, on obtient en moyenne environ 1% en plus
de métal convenable, sur des lingots de 1,5 à 20 tonnes, en utilisant le produit anti-retassure défini dans l'exemple ci-dessus, à raison des deux tiers en poids du produit anti-retassure du commerce,
Les produits selon la présente invention ont un grand nombre d'avantages ; ils sont propres et ne donnent que peu de
poussières ; ils sont d'une fabrication et d'une utilisation relativement économiques et peuvent être mis aisément sous forme de
i pastilles ou de granulés que l'on peut facilement manipuler:
<EMI ID=11.1>
<EMI ID=12.1>
anti-retassure avec le métal en fusion.
Il est possible d'obtenir des résultats satisfaisants
même lorsque le métal fondu est' soumis à des turbulences (par
exemple les secousses d'un moule qui fait partie d'un train de
moules) par incorporation dans le produit anti-retassure d'une
substance qui tend à fritter la masse fondue à la température du
métal en fusion et ainsi à lier la couche à une forme plus cohérente. Comme substances appropriées on peut utiliser de la perlite gonflée, de la vermiculite gonflée, de la cendre légère (obtenue
par combustion de charbon pulvérisé ou de la pierre ponce.
REVENDICATIONS
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une matière isolante réfractaire, un constituant exothermique et du graphite traité par les acides.
Exothermic product for metallurgy.
The present invention relates to exothermic products intended, inter alia, to prevent the formation of sink marks in
metal casting.
In the casting of molten metals in the form of ingots
or castings, it is usual to resist losses of
heat of the upper parts of the molten metal, just after
casting. This way the head metal is kept molten
and feeds the body of the ingot or of the molded part, so as to compensate for the shrinkage on solidification.
To counteract heat loss, the free surface of the molten metal is often provided with a layer of an exo-
<EMI ID = 1.1>
the surface, ignites with heat (and thus opposes the cooling produced by the deposition of a layer of cold material on the surface of the metal) and which burns leaving a layer of a residue <EMI ID = 2.1 >
Since such a coating minimizes the formation of shrinkage, the materials used are referred to for simplicity as "exothermic anti-shrinkage products" and it is this term which will be used herein.
The anti-shrink exothermic product according to the present invention comprises a refractory insulating material, an exothermic component and acid-treated graphite. The exothermic component is preferably a mixture of an oxidizable metal (e.g. aluminum, magnesium, silicon, ferrosilicon, calcium silicide) and an oxidant of the metal.
(eg, alkali nitrates or chlorates, iron oxide, ammonium perchlorate), although in some cases the exothermic component may simply be an easily oxidizable material in finely divided form, such as aluminum. In the latter case, the oxidizable material preferably constitutes from 10 to 50% by weight of the anti-shrinkage product. The graphite treated with acids represents from 1 to 50% by weight and preferably from 3 to 20% by weight of the anti-shrinkage product.
It has been found that, when the anti-shrinkage compositions according to the invention are used, they ignite and swell giving a thick coherent layer of a burnt insulating material which reduces heat loss at the surface of the ingot or of the molded part.
The term "acid-treated graphite" is a general term used to denote flake graphites, the particles of which swell on heating to give a vermicular substance of low specific mass which has high thermal insulating power.
These graphites can be prepared by treating graphite
<EMI ID = 3.1>
perchloric then by separating the graphite thus treated from the acid. The mixture of acids may contain an inorganic oxidant such as chronic anhydride, potassium chlorate or potassium permanganate. By heating in general to temperatures above 150 [deg.] C, the graphite thus treated increases several times in volume, this expansion being all the more important as the degree of reaction between the graphite and the mixture of acids is higher. .
The refractory insulating material can be for example a refractory filler such as crushed brick, diatomaceous silica, alumina, bauxite, magnesia, clays such as hydrated aluminum silicate or kaolin or any suitable refractory silicate. It is also possible to use low density fillers such as vermiculite, perlite or pumice, as well as carbonaceous substances. The particle size of the insulating material is preferably such that it does not separate from the mixture and such that the mixture can be formed into grains or pellets.
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weight of the product according to the invention.
When the exothermic component is in whole or in part finely divided aluminum, the product may advantageously contain a fluoride, which is used, in a known manner, to control the energy of the thermal alumina reactions.
The anti-shrinkage products defined above are preferably in powder form, but they can also be in the form of grains or pellets. To facilitate granulation, a small amount of clay or other binder can be added to the product.
The products according to the present invention are of particular interest for the casting of molten metals and especially for the casting of ferrous alloys.
The present invention provides a method of casting molten metal in the form, ingots or castings which comprises applying in the tap hole, to the surface of the molten metal which has been poured into a mold, an exothermic anti -retassure, as defined above. Preferably, an amount of product sufficient to form a layer of expanded material at least 25mm thick above the molten metal is applied.
When only acid-treated graphite is used as an anti-shrinkage product, the results obtained are not satisfactory. The high concentration of carbonaceous material tends to modify the carbon content of the metal which has been cast and this has drawbacks, in particular in the case of iron-based alloys. In addition, expanded carbon, which has an extremely low apparent specific mass, tends to leave the surface of the metal, for example under the action of air currents, which has the effect of reducing its effectiveness as an insulating layer and of pos � r an air pollution problem. In finely divided form, carbon in contact with air tends to oxidize and it is difficult to apply precisely a small amount of unexpanded graphite treated with acids so as to obtain
<EMI ID = 5.1>
<EMI ID = 6.1> too great thickness, when it is used alone, and this constitutes a serious drawback since it leads to overflows and waste. The incorporation of a refractory insulating material and an exothermic component overcomes these drawbacks.
The products according to the present invention are suitable for cast iron and steel. They can be used for a large number of metals, ferrous or non-ferrous (eg copper).
The following example illustrates the present invention.
EXAMPLE
We place on a square plate 23 cm square, hand-
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12% acid-treated graphite
6% sawdust
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2% sodium fluoride
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After 30 seconds the mixture ignites which has the effect of reducing the cooling to a minimum, it swells and forms a layer 50 mm thick on the plate. The heat loss after 14 minutes is two-thirds of that which is observed
<EMI ID = 10.1>
heat is half that obtained with the known product
Tests carried out on four steel castings have shown that, compared to operations carried out with a commercial anti-squeeze product, on average about 1% more is obtained.
of suitable metal, on ingots of 1.5 to 20 tons, using the anti-shrinkage product defined in the example above, at a rate of two-thirds by weight of the commercial anti-shrinkage product,
The products according to the present invention have a large number of advantages; they are clean and give little
dust; they are relatively economical to manufacture and use and can easily be formed into
i tablets or granules that can be easily handled:
<EMI ID = 11.1>
<EMI ID = 12.1>
anti-shrinkage with molten metal.
It is possible to obtain satisfactory results
even when the molten metal is subjected to turbulence (for
example the shaking of a mold which is part of a
molds) by incorporation in the anti-shrinkage product of a
substance which tends to sinter the melt at the temperature of the
molten metal and thus bond the layer to a more cohesive shape. As suitable substances one can use swollen perlite, swollen vermiculite, light ash (obtained
by combustion of pulverized coal or pumice stone.
CLAIMS
<EMI ID = 13.1>
a refractory insulating material, an exothermic component and acid treated graphite.