EP0806258B1 - Nouveau revêtement isolant pour moule métallique et procédé de realisation d'un tel revêtement - Google Patents
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- EP0806258B1 EP0806258B1 EP19970401022 EP97401022A EP0806258B1 EP 0806258 B1 EP0806258 B1 EP 0806258B1 EP 19970401022 EP19970401022 EP 19970401022 EP 97401022 A EP97401022 A EP 97401022A EP 0806258 B1 EP0806258 B1 EP 0806258B1
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
Definitions
- the invention relates to a new insulating coating for molds. metallic, intended in particular for the casting of ferrous metals.
- the invention finds its application in the metallurgical industry, more especially in the manufacture of metal parts for industry automobile.
- Document EP-A-0.014.055 describes a fibrous refractory product free of magnet formed by kneading of a composition comprising aluminosilicate fiber and kaolin-type clay, addition of water, shaping the mixture to form an article, drying the article and then baking the article to a temperature which transforms clay into the amorphous metakaolin phase.
- a fibrous refractory product free of magnet formed by kneading of a composition comprising aluminosilicate fiber and kaolin-type clay, addition of water, shaping the mixture to form an article, drying the article and then baking the article to a temperature which transforms clay into the amorphous metakaolin phase.
- Such a product can find application in deflectors, tanks or tubular elements.
- Document US-A-4,600,437 describes an inorganic material comprising an alkaline salt of the acid silicic and metakaolin and exhibiting, after solidification, good water resistance properties, said material being able to be used as coating on a metal or an organic substance.
- Document JP-A-7215772 describes a refractory material containing from 0.1 to 20% metakaolin in weight of a composition containing refractory magnesia in the raw state and its applications for coating steel fabrication containers.
- metal parts for example cast iron
- a poteyage which, while allowing a easy mold-part separation, is relatively conductive.
- most typically used is carbon black from combustion incomplete acetylene. It is deposited at each casting operation by a burner set in reducing phase.
- the metal mold is coated with a insulating coating, based on silica, in the form of a coating with single or multiple layer.
- the silica products In practice, due to their low thermal conductivity, the silica products have great insulating power and are widely preferably used, especially since their cost is low and their significant availability.
- This slip consists of a suspension of silica flour in water previously added with products likely to improve the rheological properties, in general of gelling agents, mineral or organic.
- the metal mold is coated with a refractory layer uniform.
- a known improvement in the prior art has therefore consisted in: make the coating in several layers, a first layer (or primary coating), applied directly to the mold surface and intended to remain there permanently, and a second layer (or secondary coating), applied to the previous layer and totally or partially renewed at each casting operation.
- the invention therefore aims to eliminate any use of silica as an insulating coating for a metal mold, and to replace it a non-silicogenic refractory product having an insulating power sufficient.
- an insulating coating for mold metal intended for the casting of ferrous metals, in particular by casting centrifugal, comprising at least one primary coating applied to the mold surface and intended to remain there permanently and secondary coating, applied to the primary coating and renewed totally or partially at each casting operation, is remarkable in that said secondary coating comprises metakaolin.
- the secondary coating is often called in the literature maintenance coating.
- metakaolin we mean in the remainder of this document, the material obtained from natural kaolin, which is previously purified in order to remove any trace of impurities of the quartz or mica type and which is calcined at a temperature between 750 and 950 ° C, so that completely eliminate the water of constitution.
- the secondary coatings and primary consist essentially of metakaolin.
- This product has the advantage of being refractory, due to its chemical constitution, to be inert, due to the absence of water from constitution, to be insulating, due to its particle size distribution and to be medically neutral, due to a free silica content of less than 0.5%.
- the mold, thus coated, was used several times, for the casting of cast iron, in order to obtain metal parts, in particular for automobile industry.
- the secondary coating after demolding the metal part, remains adherent in majority to said part, while a minority fraction remains adherent to the primary coating. Between each operation of casting, a new layer was applied by spraying reconstitute the secondary coating.
- the primary coating strongly adhering to the shell, is remained in place permanently, after more than one hundred (100) casting operations.
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Description
L'invention concerne un nouveau revêtement isolant pour moule
métallique, destiné notamment à la coulée de métaux ferreux. L'invention
trouve son application dans l'industrie métallurgique, plus spécialement
dans la fabrication de pièces métalliques destinées à l'industrie
automobile.
Le document EP-A-0.014.055 décrit un produit réfractaire fibreux exempt d'aimante formé par malaxage
d'une composition comportant de la fibre d'aluminosilicate et de l'argile du type kaolin, addition d'eau,
façonnage du mélange pour former un article, séchage de l'article puis cuisson de l'article à une
température qui transforme l'argile en la phase métakaolin amorphe. Un tel produit peut trouver
application dans des déflecteurs, des cuves ou des éléments tubulaires.
Le document US-A-4.600.437 décrit un matériau inorganique comprenant un sel alcalin de l'acide
silicique et du métakaolin et présentant après solidification de bonnes propriétés de résistances à l'eau,
ledit matériau pouvant servir de revêtement sur un métal ou une substance organique.
Le document JP-A-7215772 décrit un matériau réfractaire contenant de 0,1 à 20 % de métakaolin en
poids d'une composition contenant de la magnésie réfractaire à l'état brut et ses applications pour revêtir
des conteneurs de fabrication d'acier.
Dans la technique de coulée en moule métallique, l'application d'un
revêtement (appelé aussi poteyage) sur le moule est absolument
indispensable. Il assure une double fonction
- isoler chimiquement le moule du métal liquide lors de la coulée, de manière à éviter toute adhérence et permettre la séparation ultérieure moule-pièce métallique ;
- assurer une rupture thermique entre le moule et la pièce. Si cette fonction n'est pas remplie, le moule métallique va, au cours des coulées successives, subir des contraintes thermiques telles que sa destruction interviendra prématurément. La rupture thermique ne doit pas toutefois être telle que le refroidissement de la pièce soit compromis et qu'ainsi la solidification intervienne tardivement. Il y a donc un équilibre délicat à réaliser.
Pour la fabrication de pièces métalliques, par exemple en fonte, on
utilise plusieurs techniques de coulée, dont la coulée statique et la coulée
centrifuge.
En coulée statique, on cherche à assurer un refroidissement rapide
de la partie de la pièce en contact avec le moule métallique, de manière à
pouvoir démouler rapidement, même si la pièce n'est pas totalement
solidifiée. On empêche ainsi un échauffement trop important du moule
métallique.
Dans ce cas, on fait appel à un poteyage qui, tout en permettant une
séparation facile moule-pièce, est relativement conducteur. Le plus
généralement utilisé est du noir de carbone issu de la combustion
incomplète de l'acétylène. Il est déposé à chaque opération de coulée par
un brûleur réglé en phase réductrice.
En coulée centrifuge, destiné à obtenir des corps cylindriques creux,
il est indispensable que la pièce soit complètement solidifiée avant le
démoulage, ce qui suppose un temps de contact assez long entre moule
métallique et pièce:
Dans ce cas, selon l'art antérieur, on revêt le moule métallique d'un
poteyage isolant, à base de silice, sous la forme d'un revêtement à
couche unique ou multiple.
Ce dernier matériau, la silice, est utilisé dans l'art antérieur, comme
constituant de base du poteyage, sous ses différentes formes
- cristallisées : quartz, cristobolite, tridymite ;
- amorphes : tripoli, kieselgunr, diatomite, silice fondue.
Pratiquement, en raison de leur conductibilité thermique faible, les
produits de silice présentent un grand pouvoir isolant et sont largement
utilisés de préférence, d'autant plus que leur coût est faible et leur
disponibilité importante.
Leur mise en oeuvre s'effectue très généralement par pulvérisation
d'une barbotine céramique sur la coquille chaude du moule, mis en
rotation.
Cette barbotine est constituée par une suspension de farine de silice
dans de l'eau préalablement additionnée de produits susceptibles d'en
améliorer les propriétés rhéologiques, en général des agents gélifiants,
minéraux ou organiques.
De la sorte, le moule métallique est revêtu d'une couche réfractaire
uniforme.
Cependant, selon l'art antérieur, lors des opérations de coulée
centrifuge de métaux ferreux pour fabriquer des pièces métalliques, par
exemple en fonte à graphite lamellaire (GL) coulée par centrifugation à structures perlitiques
brutes de coulée, il est apparu que la plus grande partie du matériau
réfractaire restait adhérent à la pièce métallique et que l'on devait donc
renouveler le revêtement, au moins partiellement, à chaque opération de
coulée.
Un perfectionnement connu de l'art antérieur a donc consisté à
réaliser le revêtement en plusieurs couches, une première couche (ou
revêtement primaire), appliquée directement sur la surface du moule et
destinée à y demeurer de façon permanente, et une deuxième couche (ou
revêtement secondaire), appliquée sur la couche précédente et
renouvelée totalement ou partiellement à chaque opération de coulée.
Du fait même de la rotation du moule qui crée d'importants
mouvements d'air, on ne peut éviter qu'une fraction du poteyage ne
s'échappe vers le milieu extérieur, malgré la mise en oeuvre de dispositifs
de captation. De la sorte, il se crée dans le milieu ambiant un danger
potentiel important pour le personnel affecté aux postes de travail, y
compris lors des opérations de nettoyage et de finition des pièces.
Or, on connaít les effets silicogènes des produits de silice
cristallisée, les particules les plus fines et, en particulier, celles de
diamètre inférieur à cinq (5) microns, étant reconnues comme présentant
le degré de nocivité maximum.
L'utilisation de silice amorphe, réputée peu silicogène, ne permet pas
de pallier cet inconvénient car l'usage qui en est fait a pour effet de les
porter à haute température et donc à les transformer en silice cristallisée,
avec les mêmes risques de nocivité.
L'invention vise donc à supprimer toute utilisation de produits de
silice comme revêtement isolant pour moule métallique, et à lui substituer
un produit réfractaire non silicogène présentant un pouvoir isolant
suffisant.
Selon la présente invention, un revêtement isolant pour moule
métallique destinée à la coulée de métaux ferreux, notamment par coulée
centrifuge, comprenant au moins un revêtement primaire appliqué sur la
surface du moule et destiné à y demeurer de façon permanente et d'un
revêtement secondaire, appliqué sur le revêtement primaire et renouvelé
totalement ou partiellement à chaque opération de coulée, est
remarquable en ce que ledit revêtement secondaire comporte du
métakaolin.
Le revêtement secondaire est souvent appelé dans la littérature
revêtement d'entretien.
Par métakaolin, on entend dans la suite du présent mémoire, le
matériau obtenu à partir du kaolin naturel, qui est préalablement purifié
afin d'éliminer toute trace d'impuretés du type quartz ou mica et qui est
calciné à une température comprise entre 750 et 950°C, de sorte à
éliminer complètement l'eau de constitution.
Selon une réalisation de l'invention, les revêtements secondaire et
primaire sont constitués essentiellement par du métakaolin.
La description qui va suivre permettra de mieux comprendre les
différentes variantes ou réalisations préférentielles de l'invention.
A partir de kaolin naturel, que l'on a purifié, puis calciné pendant
environ 1 heure, on a obtenu une poudre présentant une répartition
granulométrique comprise entre 0,5 et 20 microns avec un grain moyen
centré sur 2 micron.
Ce produit présente l'avantage d'être réfractaire, du fait de sa
constitution chimique, d'être inerte, du fait d'absence d'eau de
constitution, d'être isolant, du fait de sa répartition granulométrique et
d'être médicalement neutre, du fait d'une teneur en silice libre inférieure à
0,5 %.
A partir de ce produit, on a réalisé un mélange à base de métakaolin
et de silicate de soude présentant sensiblement la même granulométrie, utilisé comme liant minéral, que l'on a pulvérisé
sur la coquille métallique nue d'un moule, préalablement chauffé entre
300 et 400°C, pour constituer un revêtement primaire adéquat, d'une
épaisseur comprise entre environ 50 et 100 microns.
A partir de ce même produit, on a réalisé également une suspension
de poudre de métakaolin dans l'eau, avec une concentration en poids
comprise entre 25 et 35 %. Pour améliorer les propriétés rhéologiques de
cette suspension, on peut rajouter un faible apport de bentonite sodique,
avec une concentration en poids comprise entre 0,1 et 1 %.
Après application par pulvérisation, sur le revêtement primaire
obtenu antérieurement, on réalise ainsi un revêtement secondaire
adéquat, d'une épaisseur comprise entre environ 50 et 100 microns.
Le moule, ainsi revêtu, a été utilisé à plusieurs reprises, pour la
coulée de fonte, en vue d'obtenir des pièces métalliques, notamment pour
l'industrie automobile.
Le revêtement secondaire, après démoulage de la pièce métallique,
reste adhérent en majorité à ladite pièce, alors qu'une fraction minoritaire
demeure adhérente au revêtement primaire. Entre chaque opération de
coulée, on a appliqué par pulvérisation une nouvelle couche pour
reconstituer le revêtement secondaire.
Le revêtement primaire, adhérant fortement à la coquille, est
demeuré en place de façon permanente, après plus de cent (100)
opérations de coulée.
L'examen de la pièce métallique ainsi réalisé (chemises de cylindres
de moteur thermique) en fonte grise lamellaire à montré une structure
perlitique à l'état brut de coulée, entièrement exempte de cémentite. La
présence de cémentite aurait été déduite par l'apparition d'un liseré
trempé sur la partie de la pièce au contact du moule métallique. Un tel
défaut aurait été jugé rédhibitoire, et conduit au rebut une telle pièce.
Il est bien évident pour l'Homme de l'Art que de nombreuses
variantes de l'invention pourront être imaginées, à partir de ce qui est
décrit ci-dessus sans faire pour cela oeuvre créatrice, et donc sans sortir
du cadre de l'invention tel que défini par les revendications ci-après
annexées.
Claims (8)
- Procédé d'obtention d'un revêtement isolant pour moule métallique destiné à la coulée de métaux ferreux, notamment par coulée centrifuge, comprenant l'application sur la surface du moule d'au moins un revêtement primaire, destiné à y demeurer de façon permanente, et l'application d'un revêtement secondaire sur le revêtement primaire, ledit revêtement secondaire étant renouvelé totalement ou partiellement à chaque opération de coulée, et caractérisé en ce que ledit revêtement secondaire comporte du métakaolin.
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit revêtement secondaire est constitué essentiellement par du métakaolin.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement primaire est également constitué essentiellement par du métakaolin.
- Procédé de réalisation d'un revêtement isolant pour moule métallique, selon la revendication 3, caractérisé en ce que :a) on prépare une poudre de métakaolin, à partir de kaolin que l'on purifie, puis que l'on calcine entre 750 et 950°C pendant environ une 1 heure ;b) on réalise un mélange de cette poudre de métakaolin et de silicate de soude présentant sensiblement la même granulométrie, et on pulvérise ce mélange sur la surface nue et préalablement chauffée dudit moule métallique entre 300 et 400°C, de manière à obtenir un revêtement primaire, d'une épaisseur généralement comprise entre 50 et 100 microns ;c) on réalise une suspension de métakaolin dans le l'eau avec une concentration en poids comprise entre 25 % et 35 %, puis on pulvérise cette suspension sur le revêtement primaire, de manière à obtenir un revêtement secondaire, d'une épaisseur généralement comprise entre 50 et 100 microns.
- Moule métallique revêtu d'un revêtement isolant obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.
- Utilisation d'un moule métallique selon la revendication 5 pour la coulée de métaux ferreux.
- Utilisation d'un moule métallique selon la revendication 5, pour la fabrication de pièces métalliques, par coulée de métaux ferreux dans ledit moule.
- Utilisation d'un moule métallique selon la revendication 5, pour la fabrication de pièces métalliques destinées à l'industrie automobile, notamment de pièces en fonte à structures perlitiques brutes de coulée.
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| FR9605822A FR2748409B1 (fr) | 1996-05-10 | 1996-05-10 | Nouveau revetement isolant pour moule metallique et procede de realisation d'un tel revetement |
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| DE102004060649A1 (de) * | 2004-12-16 | 2006-06-29 | Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH | Hochisolierende und feuerfeste Beschichtungsmassen für Gießformen |
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-
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Also Published As
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