FR2746332A1 - Procede de fabrication de manchons exothermiques et de coulee de pieces metalliques, et manchons et pieces metalliques ainsi obtenus - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication de manchons exothermiques et/ou isolants par façonnage d'un mélange pour manchon comprenant une composition pour manchon susceptible de former un manchon et un liant chimique, puis polymérisation en présence d'un catalyseur par le procédé à boîte froide ou par le procédé sans cuisson, les manchons ainsi obtenus, ainsi qu'un procédé pour couler des pièces métalliques au moyen d'un dispositif de coulée (1, 2, 3, 5, 7, 8) équipé de tels manchons (4, 6) et également les pièces métalliques ainsi obtenues.
Description
La présente invention concerne un procédé de fabrication de manchons ou masselottes exothermiques et/ou isolants et les manchons ou masselottes ainsi obtenus. Ces manchons sont préparés par façonnage d'un mélange pour manchon comprenant une composition pour manchon permettant de former un manchon et un liant chimiquement réactif. Ces manchons sont polymérisés en présence d'un catalyseur par le procédé de polymérisation à boîte froide ou par le procédé de polymérisation sans cuisson. La présente invention concerne aussi un procédé de coulée de pièces métalliques au moyen d'un dispositif de coulée équipe de manchons selon la présente invention. Par ailleurs, I'invention concerne également les pièces métalliques obtenues par ce procédé.
Un dispositif de coulée consiste en un godet de coulée, un système de canaux (comprenant des descentes de coulée, des étranglements et des canaux de coulée), des tuyaux de montée, des manchons, des moules, des noyaux et d'autres constituants. Pour produire une pièce métallique coulée, du métal est versé dans le godet de coulée du dispositif de coulée pour qu'il pénètre par le système de canaux dans l'ensemble de moules et/ou de noyaux dans lequel il se refroidit et se solidifie.
La pièce métallique est ensuite retirée par séparation d'avec l'ensemble de moules et/ou de noyaux.
Les moules et/ou noyaux utilisés dans le dispositif de coulée sont constitués par du sable ou par un autre granulat de fonderie et par un liant, et ces moules sont fréquemment obtenus par le procédé sans cuisson ou par le procédé à boîte froide. le granulat de fonderie est mélangé avec un liant chimique et polymérisé en présence d'un catalyseur liquide ou gazeux après avoir été façonné.
Les granulats typiques qui sont utilisés pour la fabrication des moules et des noyaux sont des granulats ayant des densités élevées et une conductivité thermique élevée tels que le sable siliceux, I'olivine, le quartz, le sable de zircone et les sables de silicate de magnésium. La quantité de liant utilisée pour produire les moules et/ou les noyaux à partir de ces granulats à l'échelle industrielle est typiquement comprise entre 1,0 et 2,25 % en masse par rapport à la masse du granulat.
La densité d'un mélange de fonderie est typiquement comprise entre 1,2 et 1,8 g/cm3, tandis que la conductivité thermique de tels granulats est typiquement comprise entre 0,8 et 1,0 W/m.K les moules et/ou les noyaux résultants ne sont pas exothermiques du fait qu'ils ne dégagent pas de chaleur Bien que les moules et les noyaux aient des propriétés isolantes, ils ne sont pas très efficaces comme isolants. En réalité, les moules et les noyaux absorbent de la chaleur.
les tuyaux de montée et les canaux d'alimentation constituent une réserve de métal fondu destinée à compenser les contractions et vides qui apparaissent au cours du processus de coulée. Le métal provenant de ces tuyaux ou canaux remplit ces vides dans la pièce coulée lorsque le métal se contracte. Ainsi, le métal provenant des tuyaux ou canaux d'alimentation doit rester liquide plus longtemps pour permettre un apport de métal à la pièce coulée lorsque celle-ci se refroidit et se solidifie. La température du métal fondu et la durée pendant laquelle ce métal doit rester à l'état fondu dans les tuyaux ou canaux sont fonction notamment de la composition et de l'épaisseur de paroi du manchon exothermique formant d'autres facteurs.
En effet, des manchons sont utilisés pour entourer les tuyaux et canaux et d'autres parties du dispositif de coulée pour maintenir chaud et à l'état liquide le métal fondu contenu dans les tuyaux et canaux d'alimentation. Pour ce faire, ces manchons doivent avoir des propriétés exothermiques et/ou isolantes. Les propriétés exothermiques et les propriétés isolantes du manchon sont différentes cn ce qui concerne leur type et leur degré des propriétés thermiques de l'ensemble de moules qui en est muni. Les manchons principalement exothermiques agissent en dégageant de la chaleur qui fait monter la température du métal fondu situé dans la masselotte, ce qui maintient le métal chaud et liquide plus longtemps. D'autre part, les manchons isolants maintiennent à l'état liquide le métal fondu situé dans la masselotte en l'isolant du reste de l'ensemble de moules.
Les moules et noyaux de fonderie ne présentent pas de propriétés thermiques leur permettant de jouer le rôle d'un manchon. Ils ne sont pas exothermiques et ne sont pas suffisamment efficaces comme isolants, et ils absorbent une trop grande quantité de chaleur pour maintenir le métal fondu suffisamment chaud et liquide. Les compositions utilisées dans les moules et noyaux de fonderie nc sont pas utilisables pour former les manchons car elles sont plus denses et car leurs propriétés thermiques ne sont pas adéquates.
Les matériaux typiques utilisés pour former les manchons sont l'aluminium, des agents oxydants, des fibres, des charges et des matériaux réfractaires, en particulier l'alumine, les aluminosilicates et les aluminosilicates sous forme de sphères creuses d'aluminosilicate. Le type et la quantité des matériaux dans le mélange pour manchon dépendent des propriétés des manchons qui doivent être fabriqués. les densités typiques des compositions pour manchons sont comprises entre 0,4 et 0,8 g/cm3, tandis que la conductivité thermique dépend du fait que l'on souhaite des propriétés exothermiques ou des propriétés isolantes pour le manchon. Typiquement, la conductivité thermique de l'aluminium est supérieure à 200W/m.K, tandis que la conductivité thermique des microsphères creuses d'aluminosilicate à la température ambiante est comprise entre 0,05 et 0,5 W/m.IL
Dans une certaine mesure, tous les manchons doivent avoir des propriétés isolantes, ou des propriétés isolantes et des propriétés exothermiques combinées, pour minimiser les pertes de chaleur et pour maintenir le métal à l'état liquide le plus longtemps possible.
Dans une certaine mesure, tous les manchons doivent avoir des propriétés isolantes, ou des propriétés isolantes et des propriétés exothermiques combinées, pour minimiser les pertes de chaleur et pour maintenir le métal à l'état liquide le plus longtemps possible.
Trois procédés de base sont utilisés pour la production des manchons, à savoir le serrage, la mise sous vide et le soufflage. Le serrage et le soufflage sont des procédés de base qui consistent à compacter une composition pour manchon et un liant dans un modèle de manchon. Le serrage consiste à compacter un mélange pour manchon (composition pour manchon plus liant) dans un modèle de manchon en bois, en matière plastique et/ou en métal. La mise sous vide consiste à appliquer un vide à une suspension aqueuse d'un matériau réfractaire et/ou de fibres et à aspirer l'excès d'eau pour former un manchon. Typiquement, quel que soit le procédé utilisé pour former les manchons, ceux-ci sont séchés au four pour éliminer l'eau contenue et pour polymériser la composition façonnée. Si l'eau contenue n'est pas retirée, elle peut s'évaporer lorsqu'elle vient en contact avec le métal chaud et représenter un risque pour la sécurité. Dans aucun de ces procédés, le manchon façonné n'est polymérisé chimiquement avec un catalyseur liquide ou gazeux.
Ces compositions sont modifiées dans certains cas par le remplacement partiel ou total des fibres par des microsphères creuses d'aluminosilicate (voir le document PCr publié W094n3865). Ce processus permet de modifier les propriétés isolantes des manchons et réduit ou élimine l'utilisation des fibres qui peuvent poser des problèmes de santé et de sécurité pour les personnes qui fabriquent les manchons et qui utilisent ces manchons dans le procédé de coulée.
L'un des problèmes posés par les manchons est que leurs dimensions externes ne sont pas exactes. Il en résulte que les dimensions des manchons ne coïncident pas avec celles du moule qui doit en être équipé. Pour compenser la médiocre précision dimensionnelle des manchons, il est souvent nécessaire de former dans l'ensemble de moules des nervures d'écrasement qui s'érodent ou se déforment lorsque les manchons sont insérés dans la cavité du tuyau de montée et permettent ainsi de fournir un moyen de blocage du manchon en place. Ou bien encore, les manchons sont placés en position sur le modèle de coulée et le moule est formé autour des manchons, ce qui résoud le problème du manque de précision dimensionnelle des manchons.
Un autre problème posé par les manchons est que leurs propriétés thermiques sont insuffisantes pour permettre de maintenir chaud et à l'état liquide le métal fondu contenu dans le réservoir du tuyau de montée. n en résulte que les pièces coulées subissent un retrait ou une contraction qui entraîne des défauts et des rebuts. Lorsque ces défauts surviennent, ils doivent être éliminés par usinage, ce qui entraîne une perte de temps et de métal.
Les canaux de coulée, les descentes de coulée et les autres constituants du dispositif de coulée peuvent également être équipés de manchons isolants et exothermiques pour maintenir la température du métal fondu qui vient en contact avec ces constituants.
Le procédé de fabrication de manchons exothermiques et/ou isolants selon la présente invention comprend les étapes suivantes:
(A) I'introduction dans un modèle de manchon, pour former un
manchon non polymérisé, d'un mélange pour manchon qui
comprend:
(1) une composition pour manchon permettant de former un
manchon qui comprend:
(a) un métal oxydable et un agent oxydant capables de pro-
duire une réaction exothermique, ou
(b) un matériau réfractaire isolant, ou
(c) des mélanges de (a) et (b),
(2) une quantité efficace d'un liant chimiquement réactif,
(B) la mise en contact du manchon non polymérisé avec un catalyseur
sans cuisson ou un catalyseur pour boîte froide pour permettre au
manchon de devenir autoporteur ou indépendant, et
(C) le retrait du manchon du modèle et la polymérisation totale du
manchon pour obtenir un manchon dur, solide, polymérisé.
(A) I'introduction dans un modèle de manchon, pour former un
manchon non polymérisé, d'un mélange pour manchon qui
comprend:
(1) une composition pour manchon permettant de former un
manchon qui comprend:
(a) un métal oxydable et un agent oxydant capables de pro-
duire une réaction exothermique, ou
(b) un matériau réfractaire isolant, ou
(c) des mélanges de (a) et (b),
(2) une quantité efficace d'un liant chimiquement réactif,
(B) la mise en contact du manchon non polymérisé avec un catalyseur
sans cuisson ou un catalyseur pour boîte froide pour permettre au
manchon de devenir autoporteur ou indépendant, et
(C) le retrait du manchon du modèle et la polymérisation totale du
manchon pour obtenir un manchon dur, solide, polymérisé.
Dans le procédé sans cuisson, le catalyseur de polymérisation est un liquide qui est mélangé avec le mélange pour manchon, le liant et les autres constituants avant le façonnage. Dans le procédé à boîte froide, le mélange pour manchon est tout d'abord façonné puis mis en contact avec un catalyseur de polymérisation gazeux. Les constituants des mélanges pour manchon sans cuisson et des mélanges pour manchon à boîte froide sont mélangés uniformément, de sorte que le mélange conserve sa consistance.
Dans les procédés ci-dessus, la composition pour manchon peut contenir en outre un matériau réfractaire tel que la silice.
Les procédés sans cuisson et à boîte froide permettent d'obtenir des manchons polymérisés chimiquement, avec un rendement plus élevé que les procédés de l'état de la technique. Par ailleurs, les risques pour la santé et la sécurité des personnes qui viennent en contact avec les matières premières et les manchons sont moins importants, car ces personnes ne sont pas exposées à des fibres qui provoquent des problèmes de respiration lorsqu'elles sont ingérées.
La présente invention conceme également les manchons ainsi produits, lesquels manchons ont des dimensions exactes, ce qui permet de les insérer aisé- ment dans le moule. Les manchons du tuyau de montée peuvent être insérés dans l'assemblage du moule par des procédés automatiques, ce qui améliore encore le rendement du procédé de moulage. Du fait que la densité des manchons est plus homogène et que leur épaisseur est plus exacte, il n'est pas nécessaire que les manchons soient surdimensionnés ou d'utiliser des nervures d'écrasement pour les maintenir en place. Par ailleurs, du fait que les manchons ont une stabilité thermique suffisante, les pièces coulées obtenues avec des dispositifs de coulée équipés de ces manchons ne subissent pas de retrait ou contraction. Ceci élimine les défauts qui exigent un usinage de la pièce coulée ou qui peuvent entraîner des rebuts.
La présente invention concerne également la coulée de pièces métalliques ferreuses et non ferreuses dans un dispositif de coulée muni de tels manchons, et les pièces ainsi obtenues. Le procédé de coulée qui utilise ces manchons entraîne une moindre perte, car les manchons permettent de réduire la quantité de métal fondu contenue dans le réservoir du tuyau de montée ou du canal d'alimentation par rapport à la quantité de métal fondu contenue dans le réservoir d'une cavité de tuyau de montée ou de canal d'alimentation en sable traditionnel.
Par conséquent, le métal du tuyau de montée ou du canal d'alimentation est mieux utilisé, ce qui permet de produire un plus grand nombre de pièces coulées avec une quantité donnée de métal fondu.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfere aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels:
la figure 1 représente un dispositif de coulée comportant deux manchons de tuyau de montée ou de canal d'alimentation (un manchon latéral et un manchon supérieur) inséré dans l'ensemble de moules du dispositif de coulée.
la figure 1 représente un dispositif de coulée comportant deux manchons de tuyau de montée ou de canal d'alimentation (un manchon latéral et un manchon supérieur) inséré dans l'ensemble de moules du dispositif de coulée.
La figure 2 représente graphiquement l'effet obtenu grâce à l'utilisation d'un manchon pour maintenir le métal fondu (acier au carbone contenant environ 0,25 % de C) à l'état chaud et liquide.
La figure 3 est un schéma représentant une pièce coulée dans le cas où il s'est produit un retrait de la pièce coulée du fait des propriétés thermiques inadéquates du manchon utilisé. Cette pièce coulée est défectueuse et doit être rejetée comme rebut.
La figure 4 est un schéma représentant une pièce coulée dans le cas où il s'est produit un retrait localisé au niveau du tuyau de montée ou du canal d'alimentation, tandis que la pièce coulée n'a subi aucun retrait. Ce retrait localisé n'entraîne aucun défaut ou rebut de la pièce coulée.
Certains termes utilisés dans la description et les revendications qui suivent sont définis de la manière suivante:
Dispositif de coulée : dispositif constitué par des constituants de coulée tels que godet de coulée, descente de coulée, système de canaux (descente de coulée, canal de coulée, étranglement), moules, noyaux, tuyaux de montée, manchons, etc., qui sont utilisés pour produire une pièce métallique coulée par introduction dans le dispositif de coulée de métal fondu qui pénètre dans blage de moules et se refroidit pour former une pièce métallique.
Dispositif de coulée : dispositif constitué par des constituants de coulée tels que godet de coulée, descente de coulée, système de canaux (descente de coulée, canal de coulée, étranglement), moules, noyaux, tuyaux de montée, manchons, etc., qui sont utilisés pour produire une pièce métallique coulée par introduction dans le dispositif de coulée de métal fondu qui pénètre dans blage de moules et se refroidit pour former une pièce métallique.
Liaison chimique : liaison créée par réaction chimique d'un catalyseur et d'un liant qui est mélangé avec une composition pour manchon.
Boîte froide : procédé de production de moules ou de noyaux qui utilise un catalyseur gazeux pour polymériser les moules ou noyaux.
Descente de coulée: canal d'alimentation principal du dispositif de coulée par lequel le métal fondu est versé.
Liant pour boîte froide EXACTCASTTM: liant pour boîte froide en deux parties pour former des polyuréthanes dans lequel la partie I est constituée par une résine phénolique semblable à celle décrite dans le brevet US n 3485797, dissoute dans un mélange de solvants aromatiques, esters et aliphatiques, un agent prolongeant la durée de vie et un silane. La partie in est le constituant polyisocyanate qui comprend du polyméthylène-polyphénylisocyanate et un mélange de solvants consistant principalement en solvants aromatiques et en une quantité mineure de solvants aliphatiques. Le rapport massique de la partie I à la partie II est d'environ 55:45.
Liant sans cuisson EXACTCASTTM: liant sans cuisson en deux parties pour former des polyuréthanes qui est semblable au liant pour boîte froide EXACTCASTTM. Toutefois, le liant sans cuisson EXACTCASTTM ne contient ni agent prolongeant la durée de vie, ni silane.
Manchon exothermique : manchon ayant des propriétés exothermiques par rapport à l'ensemble de moules et/ou de noyaux dans lequel il est inséré.
Les propriétés exothermiques du manchon sont dues à un métal oxydable (typiquement l'aluminium) et à un agent oxydant qui peuvent réagir pour dégager de la chaleur
EXINDOSPHERES SG : microsphères creuses d'aluminosilicate commercialisées par la société PQ Corporation, ayant une taille de particule de 10 à 350 pm et une teneur en alumine comprise entre 28 % et 33 % en masse par rapport à la masse des microsphères.
EXINDOSPHERES SG : microsphères creuses d'aluminosilicate commercialisées par la société PQ Corporation, ayant une taille de particule de 10 à 350 pm et une teneur en alumine comprise entre 28 % et 33 % en masse par rapport à la masse des microsphères.
EXTENDOSPHERES SLG : microsphères creuses d'aluminosilicate commercialisées par la société PQ Corporation, ayant une taille de particule de 10 à 300 pin et une teneur en alumine d'au moins 40 % en masse par rapport à la masse des microsphères.
Système de canaux: système par lequel le métal est transporté du godet de coulée à l'ensemble de moules et/ou de noyaux. Ce système comprend notamment la descente de coulée, les canaux de coulée, et les étranglements.
Manchon manipulable: manchon qui peut être transporté d'un endroit à un autre sans affaissement ni rupture.
Matériau réfractaire isolant : matériau réfractaire ayant typiquement une conductivité thermique inférieure à environ 0,7W/m.K à la température ambiante, de préférence inférieure à environ 0,5 W/m.K.
Manchon isolant : manchon ayant des propriétés isolantes plus importantes que l'ensemble de moules et/ou de noyaux dans lequel il est inséré.
Typiquement, un manchon isolant contient des matériaux à faible densité tels que des fibres et/ou des microsphères creuses.
Assemblage ou ensemble de moules : ensemble de moules et/ou de noyaux constitué par un granulat de fonderie (typiquement le sable) et un liant de fonderie et qui est placé dans un dispositif de coulée pour le façonnage d'une pièce coulée.
Procédé sans cuisson : procédé de production d'un moule ou d'un noyau qui utilise un catalyseur liquide pour polymériser le moule ou le noyau.
Godet de coulée: cavité par laquelle le métal fondu est versé dans le dispositif de coulée.
Matériau réfractaire : matériau de type céramique ayant une conductivité thermique supérieure à environ 0,8 W/m.K à la température ambiante, qui est capable de résister à des températures extrêmement élevées sans modification sensible lorsqu'il vient en contact avec du métal fondu qui peut avoir une température aussi élevée que 1 7oOeC par exemple.
Tuyau de montée: cavité reliée à un moule ou à une cavité de coulée du dispositif de coulée qui joue le rôle de réservoir pour un excès de métal fondu afin d'éviter la formation de cavités dans la pièce coulée lorsqu'elle se contracte au cours de la solidification. Les tuyaux de montée peuvent être ouverts ou aveugles et peuvent être appelés également canaux d'alimentation ou têtes.
Manchon: tout élément moulable ayant des propriétés exothermiques et/ou isolantes constitué à partir d'une composition pour manchon et qui recouvre en totalité ou en partie tout constituant du dispositif de coulée tel que le tuyau de montée, les canaux de coulée, le godet de coulée, la descente de coulée, etc., ou qui est utilisé comme élément du dispositif de coulée. Les manchons peuvent revêtir différentes formes, par exemple des formes de cylindres, de dômes, de coupelles, de plaques, de noyaux.
Composition pour manchon: toute composition capable de former un manchon ayant des propriétés exothermiques et/ou isolantes. La composition pour manchon contient habituellement de l'aluminium métallique et/ou un aluminosilicate, en particulier sous forme de microsphères creuses d'aluminosilicate, ou des mélanges de ces substances. Selon les propriétés recherchées, la composition pour manchon peut contenir également de l'alumine, un autre matériau réfractaire, un agent oxydant, des fluorures, des fibres et des charges.
Mélange pour manchon : mélange comprenant une composition pour manchon et un liant chimique capable de former un manchon par le procédé sans cuisson ou par le procédé à boîte froide.
La figure 1 représente un dispositif de coulée simple comprenant un godet de coulée 1, une descente de coulée 2, un canal de coulée 3, un manchon 4 pour tuyau de montée latéral, un tuyau de montée latéral 5, un manchon 6 pour tuyau de montée supérieur, un tuyau de montée supérieur 7, et un ensemble de moules et/ou de noyaux 8. Du métal fondu est versé dans le godet de coulée 1 par lequel il pénètre dans la descente de coulée 2, dans le canal de coulée 3 et dans d'autres parties du système de canaux pour aboutir finalement dans l'ensemble de moules et/ou de noyaux 8. Les tuyaux 5 et 7 constituent des réservoirs pour du métal fondu en excès qui est disponible lorsque la pièce coulée se refroidit, se contracte et prélève du métal fondu dans les tuyaux. Les manchons 4 et 6 qui sont insérés dans l'ensemble de moules et/ou de noyaux 8 entourent les tuyaux 5 et 7 et empêchent le métal fondu qui s'y trouve de se refroidir trop rapidement.
La figure 2 représente graphiquement l'effet avantageux qui est obtenu par l'utilisation d'un manchon pour maintenir à l'état chaud et liquide le métal fondu.
La figure 3 représente une pièce coulée 3 pour laquelle il y a un retrait 2 du métal du tuyau de montée et du métal de la pièce coulée 3. Cette pièce coulée est défectueuse et sera rejetée comme rebut.
La figure 4 représente une pièce coulée 3 pour laquelle il y a un retrait 2 du métal du tuyau de montée, mais pas de retrait dans la pièce coulée 3. Cette pièce coulée n'est pas défectueuse et peut être utilisée.
Le mélange pour manchon utilisé dans le procédé selon la présente invention contient une composition pour manchon et une quantité efficace d'un liant chimiquement réactif. Ce mélange pour manchon est façonné et polymérisé par mise en contact avec une quantité efficace d'un catalyseur de polymérisation.
Pour préparer les manchons selon la présente invention, il est possible d'utiliser toute composition pour manchon connue qui est utilisée normalement pour former des manchons. La composition pour manchon contient des matériaux exothermiques et/ou isolants, typiquement des matériaux inorganiques. Ces matériaux exothermiques et/ou isolants sont typiquement des matériaux contenant de l'aluminium, choisis de préférence dans le groupe consistant en l'aluminium métallique, un aluminosilicate, I'alumine, et leurs mélanges, I'aluminosilicate étant de préférence sous forme de microsphères creuses.
Le matériau exothermique est un métal oxydable et un agent oxydant capables de produire une réaction exothermique à la température à laquelle le métal peut être versé. Typiquement, le métal oxydable est de l'aluminium sous forme pulvérulente ou granulaire, mais il est possible d'utiliser également du magnésium et des métaux semblables. Le matériau isolant est typiquement un aluminosilicate, de préférence un aluminosilicate sous forme de microsphères creuses, et éventuellement de l'alumine.
Lorsque l'aluminium métallique est utilisé comme métal oxydable pour un manchon exothermique, il est utilisé typiquement sous forme de poudre d'aluminium ou de granules d'aluminium. L'agent oxydant utilisé pour le manchon exothermique comprend l'oxyde de fer, le permanganate, notamment. fi n'est pas nécessaire que de tels oxydes soient présents en quantités stoechiométriques par rapport à l'aluminium métallique, étant donné que les manchons et les moules qui les contiennent sont perméables, de sorte qu'un complément d'oxygène par rapport à l'oxygène provenant des oxydes peut être fourni par l'oxygène atmosphérique pour l'oxydation de l'aluminium. Typiquement, le rapport massique de l'aluminium à l'agent oxydant est compris entre environ 10:1 et environ 2:1, de préférence entre environ 5:1 et environ 4:1.
La conductivité thermique du manchon exothermique est telle qu'il se produit un dégagement de chaleur qui fait monter la température du métal fondu dans Ic tuyau de montée ou canal d'alimentation, ce qui le mainticnt chaud ct liquide. Cet effet exothermique résulte de la réaction de l'aluminium et de l'agent oxydant dans le manchon exothermique lorsque celui-ci vient en contact avec le métal fondu. Les moules et les noyaux ne présentent pas de propriétés cxothermiques.
Ainsi que cela a été mentionné ci-dessus, les propriétés isolantes du manchon sont de préférence conférées par des microsphères creuses d'aluminosilicate, telles que des microsphères zéolitiques. Les manchons formés à partir de microsphères creuses d'aluminosilicate ont une densité plus basse, une conductivité thermique plus basse et de meilleures propriétés isolantes. les manchons exothermiques ont une conductivité thermique plus élevée que les manchons isolants. H est possible de faire varier les propriétés isolantes et les propriétés exothermiques des manchons mais ces derniers auront des propris thermiques dont le degré et/ou le type différeront de ceux de l'ensemble de moules dans lequel ils sont insérés.
De préférence, dans les manchons selon la présente invention, le rapport massique des matériaux contenant de l'aluminium au matériau refiactairc est compris entre 10:100 et 50:100.
En fonction du degré des propriétés exothermiques que l'on recherche pour le manchon, la quantité d'aluminium dans le manchon sera comprise entre 0 et 50 % en masse, de préférence entre 0 et 40 % en masse, de préférence encore entre 5 et 40 % en masse, et de manière particulièrement préférée entre 5 et 30 % en masse, par rapport à la masse de la composition pour manchon.
En fonction du degré des propriétés isolantes que l'on recherche pour le manchon, la quantité d'aluminosilicate, en particulier sous forme de microsphircs creuses d'aluminosilicate, dans le manchon sera comprise entre 0 et 100 % en masse, de préférence entre 30 et 100 % en masse, de préférence encore entre 40 et 90 % en masse, et de manière particulièrement préférée entre 40 et 80 % en masse, par rapport à la masse de la composition pour manchon. Etant donné que, dans la plupart des cas, les manchons doivent présenter à la fois des propriétés isolantes et des propriétés exothermiques, ces manchons renfermeront à la fois de l'aluminium métallique et des microsphères creuses d'aluminosilicate. Dans ce cas, le rapport massique de l'aluminium métallique aux microsphères creuses d'aluminosilicatc est typiquement compris entre environ 1:1 et 1:5, de préférence entre 1:1 ct 1:2, dc préférence encore entre 1:1 et 1:1,5.
les microsphères creuses d'aluminosilicate ont typiquement une taille de particule d'environ 3 mm pour toute épaisseur de paroi. On préfère les micro sphères creuses d'aluminosilicate qui ont un diamètre moyen inférieur à 1 mm et une épaisseur de paroi approximativement égale à 10 % de la taille de particule.
On considère qu'il est possible aussi d'utiliser des microsphères creuses constituées par d'autres matériaux ayant des propriétés isolantes à la place de, ou cn combinaison avec les microsphères creuses d'aluminosilicate.
Le pourcentage massique de l'alumine à la silice (sous forme de SiO2) dans les microsphères creuses d'aluminosilicate peut varier dans un large domaine en fonction de l'application, par exemple il peut varier entre 25:75 et 75:25, typiquement entre 33:67 et 50:50, ledit pourcentage massique étant basé sur la masse totale des microsphères creuses. On sait par la littérature que les microsphères creuses d'aluminosilicate ayant une plus grande teneur en alumine sont plus satisfaisantes pour former des manchons pour la fusion de métaux tels que le fer et l'acier qui ont des températures de coulée de 1 300 C à 1 7oOeC car les microsphères creuses d'aluminosilicate ayant une plus grande teneur en alumine ont des points de fusion plus élevés, de sorte que les manchons formés à partir de ces microsphères se dégradent plus difficilement aux hautes températures.
De préférence, la quantité d'alumine dans les microsphères creuses d'aluminosilicate est comprise entre 40 et 80 % en masse par rapport à la masse dc la compositions pour manchon.
Bien que les matériaux réfractaires ne soient pas nécessairement préférés en termes de performances du fait de leurs densités plus élevées et de leurs conductivités thermiques élevées, ils peuvent être utilisés dans la composition pour manchon pour conférer au mélange pour manchon des points de fusion plus élevés afin que le manchon ne se dégrade pas lorsqu'il vient en contact avec le métal fondu au cours du processus de coulée. Ces matériaux réfractaires peuvent être par exemple la silice, la magné ou le carbure de silicium, notamment. De préférence, ces matériaux réfractaires sont utilisés en des quantités inférieures à 50 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon, de préférence encore en des quantités inférieures à 25 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon. Lorsque l'alumine est utilisée comme matériau réfractaire, elle est utilisée en des quantités inférieures à 50 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon, de préférence encore en des quantités inférieures à 10 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon.
De plus, la composition pour manchon peut contenir différcntes charges et différents additifs, tels que la cryolite (Na3AIF6), le tétrafluorure d'aluminium et de potassium ou l'hexafluorure d'aluminium et de potassium.
La densité de la composition pour manchon est comprise typiquement entre environ 0,1 et environ 0,9 g/cm3, plus typiquement entre environ 0,2 et environ 0,8 g/cm3. Pour les manchons exothermiques, la densité de la composition pour manchon est comprise typiquement entre environ 0,3 et environ 0,9 g/cm3, plus typiquement entre environ 0,5 et environ 0,8 g/cm3. Pour les manchons isolants, la densité de la composition pour manchon est comprise typiquement entre environ 0,1 et environ 0,7 g/cm3, plus typiquement entre environ 0,3 et environ 0,6 g/cm3. Pour les manchons exothermiques, la conductivité thermique de la composition pour manchon est typiquement supérieure à 150W/m.K à température ambiante, plus typiquement elle est supérieure à 200 W/m.K Pour les manchons isolants, la conductivité thermique de la composition pour manchon est comprise typiquement entre environ 0,05 et environ 0,6 W/m.K à la température ambiante, plus typiquement entre environ 0,1 et environ 0,5 W/m.K.
Les liants qui sont mélangés avec la composition pour manchon pour former le mélange pour manchon sont bien connus dans la technique. n est possible d'utiliser tout liant sans cuisson ou tout liant pour boîte froide qui assurera une cohésion suffisante du mélange pour manchon sous la forme d'un manchon et qui subira une polymérisation en présence d'un catalyseur de polymérisation. Les liants de ce type sont par exemple les résines phénoliques, les liants de type uréthanes phénoliques, les liants de type furane, les liants de type résols phénoliques alcalins et les liants époxy-acryliques, entre autres. On préferc en particulier les liants de type uréthanes phénoliques connus sous l'appellation de liants pour boîte froide EXATCASTTM commercialisés par la société Ashland
Chemical Company. Des liants de ce type sont décrits dans les brevets US n 3485497 et 3409579. Ces liants sont basés sur un système en deux parties dont une partie est un composant résine phénolique et l'autre un composant polyisocyanate.
Chemical Company. Des liants de ce type sont décrits dans les brevets US n 3485497 et 3409579. Ces liants sont basés sur un système en deux parties dont une partie est un composant résine phénolique et l'autre un composant polyisocyanate.
La quantité de liant nécessaire est une quantité efficace pour maintenir la forme du manchon et pour permettre une polymérisation efficace, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une quantité qui permet la production d'un manchon qui, après la polymérisation, peut être manipulé et qui est autoporteur ou indépendant. Une quantité efficace de liant est supérieure à environ 2 % en masse, de précnoc encore supérieure à environ 3 % en masse, par rapport à la masse de la composition pour manchon. De préférence, la quantité de liant est comprise entre environ 4 et environ 12 % en masse, de préférence encore entre environ 5 et environ 10 % en masse.
La polymérisation du manchon par le procédé sans cuisson a lieu par mélange d'un catalyseur de polymérisation liquide avec le mélange pour manchon (ou bien encore par mélange du catalyseur de polymérisation liquide tout d'abord avec la composition pour manchon), façonnage du mélange pour manchon contenant le catalyseur puis polymérisation, typiquement à la température ambiante sans addition de chaleur. Le catalyseur de polymérisation liquide que l'on préfere est une amine tertiaire, et le brevet US n0 3485797 décrit un procédé de polymérisation sans cuisson que l'on préfere. Ces catalyseurs de polymérisation liquides comprennent les 4-alkylpyridines dans lesquelles le groupe allyle comporte 1 à 4 atomes de carbone, I'isoquinoléine, les arylpyridines telles que la phénylpyridine, la pyridine, l'acridine, la 2-méthoxypyridine, la pyridazine, la 3chloropyridine, la quinoléine, le N-méthylimidazole, le N-éthylimidazole, la 4,4'dipyridine, la 4-phénylpropylpyridine, le 1-méthylbenzimidazole et la 1,4thiazine.
La polymérisation du manchon par le procédé à boîte froide a lieu par soufflage ou serrage du mélange pour manchon dans un modèle et par mise en contact du manchon façonné avec un catalyseur gazeux. Il est possible d'utiliscr différents catalyseurs gazeux tels que les amines tertiaires, le dioxyde de carbone, le formiate de méthyle et le dioxyde de soufre, en fonction du liant chimique choisi. L'homme du métier sera en mesure de déterminer le catalyseur de polymérisation gazeux qui est approprié pour le liant utilisé. Par exemple, une amine gazeuse est utilisée avec les résines de type uréthanes phénoliques, tandis que le dioxyde de soufre, en combinaison avec un agent oxydant, est utilisé avec les résines époxy-acryliques (voir le brevet US n-4 526 219). Le dioxyde de carbone (voir le brevet US n0 4 985 489) ou les méthylesters (voir le brevet US n 750 716) sont utilisés avec les résines de type résols phénoliques alcalines. Le dioxyde de carbone est utilisé aussi avec les liants à base de silicates (voir le brevet US n 4 391 642).
Comme indiqué ciZessus, le liant que l'on préfere est un liant pour boîte froide de type EXACIsCASTTM et la polymérisation est mise en oeuvre par passage d'une amine tertiaire gazeuse telle que la triéthylamine dans le mélange pour manchon moulé, de la manière décrite dans le brevet US n 3409579. les durées de passage de catalyseur gazeux typiques sont de 0,5 à 3,0 s, de préférence de 0,5 à 2,0 s et les temps de purge sont de 1,0 à 30 s, de préférence de 1,0 à 10 s.
La présente invention va maintenant être illustrée de manière plus pré- cise au moyen des exemples non limitatifs suivants. Dans tous les exemples qui suivent, les compositions pour manchon ont été préparées par mélange des constituants dans un mélangeur Hobart N-50 pendant environ 2 à 4 min. Le liant utilisé était un liant de type uréthane phénolique sans cuisson ou pour boîte froide selon ce qui est spécifié lorsque le rapport de la partie I à la partie II est de 55/45.
Les mélanges pour manchon ont été préparés par mélange de la composition pour manchon et du liant dans un mélangeur Hobart N-50 pendant 2 à 4 min. Dans les compositions pour manchon sans cuisson, le catalyseur de polymérisation liquide est ajouté au mélange pour manchon avant le façonnage. Les manchons préparés étaient des manchons cylindriques d'un diamètre interne de 90 mm, d'un diamètre externe de 130 mm et d'une hauteur de 200 mm. La quantité de liant utilisée dans tous les cas, sauf pour l'exemple comparatif A, était de 8,8 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon. Tous les exemples désignés par des lettres correspondent à des témoins dans lesquels du sable siliceux a été utilisé comme composition pour manchon. Toutes les parties sont en masse et tous les pourcentages sont des pourcentages en masse basés sur la masse de la composition pour manchon, sauf indication contraire.
Exemple comparatif A
(Manchon constitué par du sable siliceux)
On a utilisé comme composition pour manchon 100 parties de sable siliceux que l'on a mélangées avec environ 1,3 % en masse de liant sans cuisson EXACICASTTM pour former un mélange pour manchon. Puis, on a ajouté environ 1% en masse d'une amine tertiaire liquide, le catalyseur POLYCAT 41 (moins de 5 % de matière active par rapport à la partie I, plus précisément 2,6 % de matière active par rapport à la partie I), commercialisé par la société Air Products.
(Manchon constitué par du sable siliceux)
On a utilisé comme composition pour manchon 100 parties de sable siliceux que l'on a mélangées avec environ 1,3 % en masse de liant sans cuisson EXACICASTTM pour former un mélange pour manchon. Puis, on a ajouté environ 1% en masse d'une amine tertiaire liquide, le catalyseur POLYCAT 41 (moins de 5 % de matière active par rapport à la partie I, plus précisément 2,6 % de matière active par rapport à la partie I), commercialisé par la société Air Products.
Puis, on a mis le mélange obtenu sous forme de manchons cylindriques.
On a mesuré les propriétés de traction des manchons qui indiquent la résistance mécanique des manchons pour la manipulation, et les résultats que l'on a obtenus sont présentés dans le tableau I ci-dessous. On a mesuré les résistances à la traction des manchons 30 min, 1 h, 4 h, 24 h, et 24 h à 100 % d'humidité relative (HR), après avoir mélangé avec le catalyseur POLYCAT 41.
Bien que les résistances à la traction soient satisfaisantes, les pièces coulées en acier obtenues à l'aide des manchons ont subi un retrait qui est représenté sur la figure 3 et qui est dû au fait que les propriétés thermiques des manchons n'étaient pas adéquates. Ces pièces coulées étaient donc défectueuses et ont été rejetées.
Exemple 1
(Préparation d'un manchon isolant par le procédé sans cuisson)
On a suivi le procédé sans cuisson de l'exemple comparatif A, à ceci près que l'on a utilisé 100 parties de EXIENDOSPHERES SG comme composition pour manchon, que l'on a mélangées avec 8,8 % de liant sans cuisson EXACTCASTTM pour former un mélange pour manchon. Puis, on a ajouté au mélange environ 1 % d'une amine tertiaire liquide, le catalyseur POLYCAT 41, et on a mis le mélange résultant sous forme d'un manchon.
(Préparation d'un manchon isolant par le procédé sans cuisson)
On a suivi le procédé sans cuisson de l'exemple comparatif A, à ceci près que l'on a utilisé 100 parties de EXIENDOSPHERES SG comme composition pour manchon, que l'on a mélangées avec 8,8 % de liant sans cuisson EXACTCASTTM pour former un mélange pour manchon. Puis, on a ajouté au mélange environ 1 % d'une amine tertiaire liquide, le catalyseur POLYCAT 41, et on a mis le mélange résultant sous forme d'un manchon.
On a mesuré les propriétés de traction des manchons, qui indiquent la résistance mécanique des manchons pour la manipulation, et on a obtenu les résultats présentés dans le tableau I ci-dessous. On a mesuré les résistances à la traction des manchons immédiatement puis 1 h et 24 h après le mélange avec le liant sans cuisson EXACTCASTTM.
On a constaté que les manchons ainsi obtenus avaient des dimensions externes et internes précises et exactes.
Exemple 2
(Préparation d'un manchon isolant contenant des microsphères
creuses d'aluminosilicate par le procédé à boîte froide)
On a utilisé comme composition pour manchon 100 parties de EXIENDOSPHERES SG que l'on a mélangées avec 8,8 % de liant pour boîte froide EXACTCASTTM pour former un mélange pour manchon. Puis, on a soufflé ce mélange dans une chambre ayant la forme d'un manchon et on a fait passer de la triéthylamine gazeuse dans l'azote à une pression de 138 kPa (20 psi) selon des procédés connus décrits dans le brevet US n ? 3409579, pendant 2J s, après quoi on a purgé à l'air à 414 kPa (60 psi) pendant environ 60 s.
(Préparation d'un manchon isolant contenant des microsphères
creuses d'aluminosilicate par le procédé à boîte froide)
On a utilisé comme composition pour manchon 100 parties de EXIENDOSPHERES SG que l'on a mélangées avec 8,8 % de liant pour boîte froide EXACTCASTTM pour former un mélange pour manchon. Puis, on a soufflé ce mélange dans une chambre ayant la forme d'un manchon et on a fait passer de la triéthylamine gazeuse dans l'azote à une pression de 138 kPa (20 psi) selon des procédés connus décrits dans le brevet US n ? 3409579, pendant 2J s, après quoi on a purgé à l'air à 414 kPa (60 psi) pendant environ 60 s.
On a mesuré la résistance à la traction des manchons polymérisés comme dans l'exemple 1 et on a obtenu les résultats présentés dans le tableau I.
Ces manchons ont des dimensions extemes et internes précises et exactes.
Exemple 3
(Exemple 2 avec une résine de silicone)
On a suivi l'exemple 2, à ceci près que l'on a ajouté au mélange pour manchon 1,2 % en masse de résine de silicone. On a mesuré la résistance à la traction des manchons polymérisés comme dans l'exemple 1 et on a obtenu les résultats présentés dans le tableau I. Ces manchons présentent des dimensions externes et internes précises et exactes.
(Exemple 2 avec une résine de silicone)
On a suivi l'exemple 2, à ceci près que l'on a ajouté au mélange pour manchon 1,2 % en masse de résine de silicone. On a mesuré la résistance à la traction des manchons polymérisés comme dans l'exemple 1 et on a obtenu les résultats présentés dans le tableau I. Ces manchons présentent des dimensions externes et internes précises et exactes.
Exemnle 4
(Préparation d'un manchon exothermique par le procédé à boite froide)
On a suivi le processus de l'exemple 2, à ceci près que l'on a utilisé une composition pour manchon consistant en 55 % de EXIENDOSPHERESSLG, 16,5 % d'aluminium atomisé, 16,5 % de poudre d'aluminium, 7 % de magnétite et 5 % de cryolite. On a mesuré la résistance à la traction des manchons polymérisés comme dans l'exemple 1 et on a obtenu les résultats présentés dans le tableau I.
(Préparation d'un manchon exothermique par le procédé à boite froide)
On a suivi le processus de l'exemple 2, à ceci près que l'on a utilisé une composition pour manchon consistant en 55 % de EXIENDOSPHERESSLG, 16,5 % d'aluminium atomisé, 16,5 % de poudre d'aluminium, 7 % de magnétite et 5 % de cryolite. On a mesuré la résistance à la traction des manchons polymérisés comme dans l'exemple 1 et on a obtenu les résultats présentés dans le tableau I.
Ces manchons présentent des dimensions externes et internes précises et exactes.
Exemple 5
(Préparation d'un manchon exothermique contenant
de la silice par le procédé sans cuisson)
On a suivi le processus de l'exemple 1, à ceci près que l'on a utilisé une composition pour manchon consistant en 50 % de sable siliceux Wedron 540, 10 % d'alumine et 40 % du mélange pour manchon de l'exemple 4. On a mesuré la résistance à la traction des manchons polymérisés comme dans l'exemple 1 et on a obtenu les résultats indiqués dans le tableau I. Ces manchons présentent des dimensions externes et internes précises et exactes.
(Préparation d'un manchon exothermique contenant
de la silice par le procédé sans cuisson)
On a suivi le processus de l'exemple 1, à ceci près que l'on a utilisé une composition pour manchon consistant en 50 % de sable siliceux Wedron 540, 10 % d'alumine et 40 % du mélange pour manchon de l'exemple 4. On a mesuré la résistance à la traction des manchons polymérisés comme dans l'exemple 1 et on a obtenu les résultats indiqués dans le tableau I. Ces manchons présentent des dimensions externes et internes précises et exactes.
Exemple 6
(préparation d'un manchon exothermique contenant
de la silice par le procédé à boîte froide)
On a suivi le processus de l'exemple 2, à ceci près que l'on a utilisé une
composition pour manchon consistant en 50 % de sable siliceux Wedron 540,
10 % d'alumine et 40 % du mélange pour manchon de l'exemple 4. On a mesuré la résistance à la traction des manchons polymérisés comme dans l'exemple 1 et on a obtenu les résultats présentés dans le tableau I. Ces manchons présentent des dimensions intemes et externes précises et exactes.
(préparation d'un manchon exothermique contenant
de la silice par le procédé à boîte froide)
On a suivi le processus de l'exemple 2, à ceci près que l'on a utilisé une
composition pour manchon consistant en 50 % de sable siliceux Wedron 540,
10 % d'alumine et 40 % du mélange pour manchon de l'exemple 4. On a mesuré la résistance à la traction des manchons polymérisés comme dans l'exemple 1 et on a obtenu les résultats présentés dans le tableau I. Ces manchons présentent des dimensions intemes et externes précises et exactes.
Exemple 7
(Composition pour manchon)
On a préparé une composition pour manchon en mélangeant les constituants suivants dans un mélangeur Hobart N-50 pendant environ 4 mm.
(Composition pour manchon)
On a préparé une composition pour manchon en mélangeant les constituants suivants dans un mélangeur Hobart N-50 pendant environ 4 mm.
50 % de sable siliceux,
10 % d'oxyde de fer,
10 % d'alumine,
3 % de nitrate de sodium,
20 % de poudre d'aluminium et
2 % de sciure de bois.
10 % d'oxyde de fer,
10 % d'alumine,
3 % de nitrate de sodium,
20 % de poudre d'aluminium et
2 % de sciure de bois.
On a utilisé cette composition pour préparer des manchons cylindriques par le procédé sans cuisson ou par le procédé à boîte froide. On a fait varier les propriétés exothermiques et les propriétés isolantes des manchons en modifiant la quantité d'aluminium et d'alumine.
Tableau I
(Propriétés des manchons testés)
(Propriétés des manchons testés)
<tb> <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> des <SEP> manchons
<tb> <SEP> Exemple <SEP> Man- <SEP> 30min <SEP> 1h <SEP> 4h <SEP> 24h <SEP> @ <SEP> 100 <SEP> 9 <SEP> Exactitudedes <SEP>
<tb> <SEP> chon <SEP> HR <SEP> dimensions
<tb> comparatif <SEP> B <SEP> A <SEP> 208 <SEP> 224 <SEP> 250 <SEP> 290 <SEP> 59 <SEP> exactes
<tb> <SEP> 9 <SEP> 1 <SEP> 41 <SEP> 119 <SEP> 129 <SEP> 132 <SEP> 65 <SEP> exactes
<tb> <SEP> 10 <SEP> 2 <SEP> 133 <SEP> 183 <SEP> 193 <SEP> 212 <SEP> 147 <SEP> exactes
<tb> <SEP> i1 <SEP> 3 <SEP> 140 <SEP> 208 <SEP> 220 <SEP> 232 <SEP> 230 <SEP> exactes
<tb> <SEP> 12 <SEP> 5 <SEP> 88 <SEP> 69 <SEP> 105 <SEP> 96 <SEP> 88 <SEP> exactes
<tb> <SEP> 13 <SEP> 6 <SEP> 41 <SEP> 101 <SEP> 99 <SEP> 129 <SEP> 70 <SEP> exactes
<tb> <SEP> 14 <SEP> 7 <SEP> 99 <SEP> 140 <SEP> 106 <SEP> 144 <SEP> 125 <SEP> exactes
<tb> Exemples 15 à 20
Dans l'exemple comparatif C et dans les exemples 15 à 20, on a testé les manchons de l'exemple comparatif A et des exemples 1 à 6 dans un dispositif de coulée en les utilisant pour entourer le tuyau de montée supérieur du dispositif de coulée. Le métal versé dans le dispositif de coulée est de l'acier que l'on verse à une température de 1 650 C. La pièce coulée de l'exemple comparatif C, qui a été obtenue au moyen du manchon provenant de l'exemple comparatif A, a subi un retrait, si bien qu'il s'agissait d'une pièce coulée défectueuse qui a été rejetée. les pièces coulées des exemples 15 à 20, obtenues avec les manchons 1 à 7, n'ont pas subi de retrait comme le montre la figure 4. En effet, la figure 4 indique un certain retrait dans le tuyau de montée au-dessus de la pièce coulée mais pas dans la pièce coulée elle-même, de sorte que celle-ci peut être utilisée efficacement. Dans tous les cas, lorsque l'on a formé les manchons par le procédé à boîte froide ou par le procédé sans cuisson, les pièces coulées correspondantes ne présentaient pas de retrait. Ces résultats sont résumés dans le tableau H qui suit.
<tb> <SEP> Exemple <SEP> Man- <SEP> 30min <SEP> 1h <SEP> 4h <SEP> 24h <SEP> @ <SEP> 100 <SEP> 9 <SEP> Exactitudedes <SEP>
<tb> <SEP> chon <SEP> HR <SEP> dimensions
<tb> comparatif <SEP> B <SEP> A <SEP> 208 <SEP> 224 <SEP> 250 <SEP> 290 <SEP> 59 <SEP> exactes
<tb> <SEP> 9 <SEP> 1 <SEP> 41 <SEP> 119 <SEP> 129 <SEP> 132 <SEP> 65 <SEP> exactes
<tb> <SEP> 10 <SEP> 2 <SEP> 133 <SEP> 183 <SEP> 193 <SEP> 212 <SEP> 147 <SEP> exactes
<tb> <SEP> i1 <SEP> 3 <SEP> 140 <SEP> 208 <SEP> 220 <SEP> 232 <SEP> 230 <SEP> exactes
<tb> <SEP> 12 <SEP> 5 <SEP> 88 <SEP> 69 <SEP> 105 <SEP> 96 <SEP> 88 <SEP> exactes
<tb> <SEP> 13 <SEP> 6 <SEP> 41 <SEP> 101 <SEP> 99 <SEP> 129 <SEP> 70 <SEP> exactes
<tb> <SEP> 14 <SEP> 7 <SEP> 99 <SEP> 140 <SEP> 106 <SEP> 144 <SEP> 125 <SEP> exactes
<tb> Exemples 15 à 20
Dans l'exemple comparatif C et dans les exemples 15 à 20, on a testé les manchons de l'exemple comparatif A et des exemples 1 à 6 dans un dispositif de coulée en les utilisant pour entourer le tuyau de montée supérieur du dispositif de coulée. Le métal versé dans le dispositif de coulée est de l'acier que l'on verse à une température de 1 650 C. La pièce coulée de l'exemple comparatif C, qui a été obtenue au moyen du manchon provenant de l'exemple comparatif A, a subi un retrait, si bien qu'il s'agissait d'une pièce coulée défectueuse qui a été rejetée. les pièces coulées des exemples 15 à 20, obtenues avec les manchons 1 à 7, n'ont pas subi de retrait comme le montre la figure 4. En effet, la figure 4 indique un certain retrait dans le tuyau de montée au-dessus de la pièce coulée mais pas dans la pièce coulée elle-même, de sorte que celle-ci peut être utilisée efficacement. Dans tous les cas, lorsque l'on a formé les manchons par le procédé à boîte froide ou par le procédé sans cuisson, les pièces coulées correspondantes ne présentaient pas de retrait. Ces résultats sont résumés dans le tableau H qui suit.
Tableau II
Résultats de coulée
Résultats de coulée
<tb> <SEP> Exemple <SEP> Man- <SEP> Résultats <SEP> de <SEP> coulée
<tb> <SEP> chon
<tb> comparatif <SEP> C <SEP> A <SEP> Retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> qui <SEP> est <SEP> donc <SEP> défectueuse
<tb> <SEP> 15 <SEP> 1 <SEP> Pas <SEP> de <SEP> retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> d'où <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> défaut
<tb> <SEP> 16 <SEP> 2 <SEP> Pas <SEP> de <SEP> retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> d'où <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> défaut
<tb> <SEP> 17 <SEP> 3 <SEP> Pas <SEP> de <SEP> retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> d'où <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> défaut
<tb> <SEP> 18 <SEP> 4 <SEP> Pas <SEP> de <SEP> retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> d'où <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> défaut
<tb> <SEP> 19 <SEP> 6 <SEP> Pas <SEP> de <SEP> retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> d'où <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> défaut <SEP>
<tb> <SEP> 20 <SEP> 7 <SEP> ~ <SEP> Pas <SEP> de <SEP> retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> d'où <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> défaut
<tb>
<tb> <SEP> chon
<tb> comparatif <SEP> C <SEP> A <SEP> Retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> qui <SEP> est <SEP> donc <SEP> défectueuse
<tb> <SEP> 15 <SEP> 1 <SEP> Pas <SEP> de <SEP> retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> d'où <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> défaut
<tb> <SEP> 16 <SEP> 2 <SEP> Pas <SEP> de <SEP> retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> d'où <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> défaut
<tb> <SEP> 17 <SEP> 3 <SEP> Pas <SEP> de <SEP> retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> d'où <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> défaut
<tb> <SEP> 18 <SEP> 4 <SEP> Pas <SEP> de <SEP> retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> d'où <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> défaut
<tb> <SEP> 19 <SEP> 6 <SEP> Pas <SEP> de <SEP> retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> d'où <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> défaut <SEP>
<tb> <SEP> 20 <SEP> 7 <SEP> ~ <SEP> Pas <SEP> de <SEP> retrait <SEP> de <SEP> la <SEP> pièce <SEP> coulée <SEP> d'où <SEP> l'absence <SEP> de <SEP> défaut
<tb>
Claims (42)
1. Procédé à boîte froide pour fabriquer des manchons ayant des propriétés exothermiques, des propriétés isolantes ou des propriétés exothermiques et des propriétés isolantes, caractérisé en ce qu'il comprend: (A) l'introduction dans un modèle de manchon d'un mélange pour manchon
comprenant:
(1) une composition pour manchon susceptible de former un manchon qui
comprend:
(a) un métal oxydable et un agent oxydant capables de produire une
réaction exothermique, ou
(b) un matériau réfractaire isolant, ou
(c) des mélanges de (a) et (b);
(2) une quantité efficace d'un liant pour boîte froide chimiquement réacs, (B) la formation d'un manchon par introduction dudit mélange pour manchon dans
un modèle de manchon, (C) la mise en contact du manchon formé en (B) avec un catalyseur dc
polymérisation gazeux, (D) la polymérisation du manchon résultant de (C) jusqu'à ce qu'il soit mani
pulable, et (E) le retrait du manchon du modèle.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal oxydable et le matériau réfractaire isolant sont des matériaux contenant de l'aluminium.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le métal oxydable est l'aluminium métallique et le matériau réfractaire isolant est choisi dans le groupe consistant en l'alumine et un aluminosilicate.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'aluminium métallique est sous forme de poudre d'aluminium ou de granules d'aluminium.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le matériau réfractaire isolant est un aluminosilicate qui est sous forme de microsphères creuses d'aluminosilicate.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liant est choisi dans le groupe consistant en les liants de type uréthane phénolique et les liants époxy-acryliques.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liant est présent à raison d'environ 4 à 12 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la quantité d'aluminium métallique dans la composition pour manchon est comprise entre 0 et 40 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'un agent oxydant est présent en une quantité efficace pour oxyder tout aluminium métallique présent dans la composition pour manchon.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la quantité de microsphères creuses d'aluminosilicate dans la composition pour manchon est comprise entre 30 et 100 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caradé- risé en ce que la quantité d'aluminium métallique dans la composition pour manchon est comprise entre 5 et 30 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que la quantité d'alumine dans les microsphères creuses d'aluminosilicate est comprise entre 40 et 80 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que le liant chimique est un liant de type uréthane phénolique et le catalyseur de polymérisation est une amine tertiaire gazeuse.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que le liant chimique est un liant époxy-acrylique et le catalyseur de polymérisation est le dioxyde de soufre.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 14, caractérisé en ce que le rapport massique de l'aluminium métallique à l'aluminosilicate sous forme de microsphères creuses d'aluminosilicate dans la composition pour manchon est d'environ 1:1 à environ 1:5.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition pour manchon contient un matériau réfractaire.
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le matériau réfractaire est la silice.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 et 17, caractérisé en ce que le rapport massique des matériaux contenant de l'aluminium au matériau réfractaire est de 10:100 à 50:100.
pulable, et (C) le retrait du manchon du modèle.
(3) une quantité catalytiquement efficace d'un catalyseur liquide, (B) la polymérisation du manchon résultant de (A) jusqu'à ce qu'il soit mani
(2) une quantité efficace d'un liant sans cuisson chimiquement réactif, et
(c) des mélanges de (a) et (b);
(b) un matériau réfractaire isolant, ou
réaction exothermique, ou
(a) un métal oxydable et un agent oxydant capables de produire une
comprend:
(1) une composition pour manchon susceptible de former un manchon qui
mélange pour manchon comprenant:
19. procédé sans cuisson pour fabriquer des manchons ayant des propriétés exothermiques, des propriétés isolantes ou des propriétés exothermiques et des propriétés isolantes qui sont polymérisés chimiquement en présence d'un catalyseur liquide, caractérisé en ce qu'il comprend: (A) l'introduction dans un modèle de manchon, pour former un manchon, d'un
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que le métal oxydable et le matériau réfractaire isolant sont des matériaux contenant de l'aluminium.
21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que le métal oxydable contenant de l'aluminium est de l'aluminium métallique et le matériau réfractaire isolant contenant de l'aluminium est choisi dans le groupe consistant en l'alumine et un aluminosilicate.
22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'aluminium métallique est sous forme de poudre l'aluminium ou de granules d'aluminium.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 et 22, caractérisé en ce que le matériau réfractaire isolant est un aluminosilicate qui est sous forme de microsphères creuses d'aluminosilicate.
24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 23, caractérisé en ce que le liant est un liant de type uréthane phénolique.
25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 24, caractérisé en ce que le liant est présent à raison d'environ 4 à 12 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon.
26. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 25, caractérisé en ce que la quantité d'aluminium dans la composition pour manchon est comprise entre 0 et 40 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon.
27. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 26, caractérisé en ce qu'un agent oxydant est présent en une quantité efficace pour oxyder l'aluminium métallique.
28. Procédé selon l'une quelconque des revendications 23 à 27, caractérisé en ce que la quantité de microsphères creuses d'aluminosilicate dans la composition pour manchon est de 30 et 100 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon.
29. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 28, caractérisé en ce que la que la quantité d'aluminium dans la composition pour manchon est de 5 et 30 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon.
30. Procédé selon l'une quelconque des revendications 23 à 29, caractérisé en ce que la quantité de microsphères creuses d'aluminosilicate dans la composition pour manchon est de 40 et 80 % en masse par rapport à la masse de la composition pour manchon.
31. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 30, caractérisé en ce que le catalyseur de polymérisation est une amine tertiaire liquide.
32. Procédé selon l'une quelconque des revendications 23 à 31, caractérisé en ce que le rapport massique de l'aluminium aux microsphères creuses d'aluminosilicate est d'environ 1:1 à environ 1:5.
33. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 32, caractérisé en ce que la composition pour manchon contient un matériau réfractaire.
34. Procédé selon la revendication 33, caractérisé en ce que le matériau réfractaire est la silice.
35. Procédé selon l'une quelconque des revendications 33 et 34, caractérisé en ce que le rapport massique des matériaux contenant de l'aluminium au matériau réfractaire est de 10:100 à 50:100.
36. Manchon, caractérisé en ce qu'il est préparé par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 35.
37. Procédé de coulée d'une pièce métallique, caractérisé en ce qu'il comprend: (1) l'insertion d'un manchon isolant (4, 6) selon la revendication 36 dans un
dispositif de coulée comportant un ensemble de moules (8) ayant une
conductivité thermique supérieure à celle du manchon; (2) le déversement d'un métal à l'état liquide dans ledit dispositif de coulée; (3) le refroidissement et la solidification dudit métal, puis (4) la séparation de la pièce métallique coulée (3) d'avec le dispositif de coulée.
38. Pièce métallique, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon la revendication 37.
39. Procédé de coulée d'une pièce métallique, caractérisé en ce qu'il comprend: (1) l'insertion d'un manchon exothermique selon la revendication 36 dans un
dispositif de coulée comportant un ensemble de moules, (2) le déversement d'un métal à l'état liquide dans ledit dispositif de coulée, (3) le refroidissement et la solidification dudit métal, puis (4) la séparation de la pièce métallique coulée d'avec le dispositif de coulée.
40. Pièce métallique, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon la revendication 39.
41. Mélange pour manchon, caractérisé en ce qu'il comprend: (1) une composition pour manchon susceptible de former un manchon et
comprenant:
(a) un métal oxydable et un agent oxydant capables de produire une réaction
exothermique, ou
(b) un matériau réfractaire isolant, ou
(c) des mélanges de (a) et (b), et (2) une quantité efficace d'un liant chimiquement réactif choisi dans le groupe
formé par les liants de type uréthanes phénoliques et les liants époxy
acryliques, de préférence tel que défini selon l'une quelconque des revendi-
cations 2 à 18 ou 20 à 35.
42. Procédé de fabrication de manchons qui ont des propriétés exothermiques, des propriétés isolantes ou des propriétés exothermiques et des propriétés isolantes, caractérisé en ce qu'il comprend l'introduction d'un mélange pour manchon formulé comprenant un liant chimique pour boîte froide ou un liant chimique sans cuisson dans un modèle pour former un manchon et la polymérisation du manchon par une réaction chimique du liant au moyen d'un catalyseur pour boîte froide ou d'un catalyseur sans cuisson, de préférence ledit mélange pour manchon étant tel que défini selon l'une quelconque des revendications 2 à 18 ou 20 à 35 ou 41.
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| CL | Concession to grant licences | ||
| TP | Transmission of property | ||
| TP | Transmission of property |
Owner name: ASK CHEMICALS L.P., US Effective date: 20130523 |
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