La principale caractéristique du sable vert argileux est qu'il est facile à façonner. Il peut être façonné selon la forme souhaitée par choc et compactage. De plus, les matières premières utilisées, telles que le sable de silice, l'argile, la poudre de charbon et d'autres additifs, sont bon marché et abondantes. Par conséquent, dans le développement fulgurant actuel de divers procédés de moulage, le procédé de moulage au sable vert argileux présente toujours un avantage absolu dans l'industrie du moulage.
Les composants de base du sable argileux vert sont le sable siliceux, la bentonite et l’eau. Dans le sable vert argileux utilisé pour fabriquer des pièces moulées en fer, la poudre de charbon est un additif indispensable, qui joue un rôle très important dans l'amélioration de la qualité de surface et de la stabilité dimensionnelle des pièces moulées. Une mauvaise qualité, une mauvaise sélection ou un ajout inapproprié de poudre de charbon entraîneront une augmentation des défauts de surface des pièces moulées (tels que l'adhérence du sable, les pores, les défauts d'expansion, etc.), ce qui augmentera non seulement le taux de rebut, mais augmentera également la charge de travail. du nettoyage des pièces moulées.
Au cours des 30 dernières années, de nombreuses recherches ont été menées pour trouver des matériaux alternatifs à la poudre de charbon, mais à ce jour, la poudre de charbon reste l'additif le plus largement utilisé et le plus rentable.
1．Gisements de charbon
Le charbon est le produit de la houillification sur une longue période géologique, lorsque des plantes anciennes se sont déposées en couches et ont été enfouies sous l'eau ou dans des conditions d'eau suffisantes. En raison des différents degrés de houillification, il peut être divisé en quatre catégories : la tourbe, le lignite, le charbon bitumineux et l'anthracite. En raison des différentes conditions de formation, la teneur totale en carbone de divers charbons peut être comprise entre 49 % et 97 %. L'anthracite a la période de minéralisation la plus longue, et la poudre de charbon pour la coulée est fabriquée à partir de charbon bitumineux.
Le charbon bitumineux est un charbon avec un degré élevé de houilification, qui va du noir grisâtre au noir et du brun au noir après broyage. Selon les différentes teneurs en matières volatiles et en colloïdes, le charbon bitumineux peut être divisé en charbon à flamme longue, charbon gazeux, charbon gras, charbon à coke et charbon maigre.
Le charbon à flamme longue et le charbon gazeux à haute teneur en matières volatiles formeront d'abord de nombreuses phases liquides instables à faible point d'ébullition lorsqu'ils seront chauffés, puis se décomposeront rapidement en gaz et s'échapperont. La phase liquide restante n'est pas suffisante pour que les particules restantes se collent les unes aux autres (ne peut pas cokéfier). Le charbon maigre à faible teneur en matières volatiles peut former une phase liquide avec un point d'ébullition plus élevé lorsqu'il est décomposé thermiquement, mais la quantité n'est pas importante et n'est pas suffisante pour cokéfier. Le charbon gras et le charbon à coke ont une teneur modérée en substances volatiles et peuvent former davantage de phases liquides lorsqu'ils sont chauffés, ce qui permet aux particules restantes de se coller facilement (coke). La poudre de charbon destinée à la coulée est principalement composée de charbon gras et de charbon à coke.
Divers changements qui se produisent lorsque le charbon bitumineux est chauffé
Lorsque le charbon bitumineux est chauffé, il élimine d'abord l'humidité, puis se décompose et libère des matières volatiles. La décomposition du charbon bitumineux peut être grossièrement divisée en quatre étapes.
La première étape est inférieure à 200 degrés, l'eau est éliminée et une petite quantité de CO2 est libérée. La vitesse de réaction à cette étape est faible.
La deuxième étape : 200-350 degré , en plus de continuer à libérer de la vapeur d'eau et du CO2, du CO commence à être libéré et une petite quantité de goudron est précipitée, ce qui peut être considéré comme l'étape initiale de la pyrolyse.
Troisième étape : degré 350-550, la vitesse de réaction de décomposition augmente, les produits de décomposition sont principalement des hydrocarbures de faible poids moléculaire et d'autres composés organiques, et le goudron est essentiellement précipité à ce stade. Le charbon bitumineux passe également par le processus de ramollissement-fusion-solidification et le processus de contraction-expansion-contraction du volume.
À environ 350-390 degrés, le charbon bitumineux se ramollit progressivement et rétrécit en volume. Après cela, il commence à fondre et la phase liquide augmente progressivement, formant un colloïde mélangé à du solide, du liquide et du gaz. Au début, en raison de la quantité croissante de gaz précipité, le volume du colloïde augmente rapidement. Une fois que le gaz a précipité dans une certaine mesure, la quantité de précipitation diminue fortement et le volume du colloïde rétrécit en conséquence. Enfin, le colloïde se solidifie en un solide poreux, appelé semi-coke. En général, le changement de volume du charbon bitumineux à ce stade est illustré à la figure 1.Figure 1 Changement de volume du charbon bitumineux pendant le chauffage
C－Rétrécissement du volume initial ;
S－L’expansion volumique ultérieure ;
D－Expansion du volume total.
Dans la quatrième étape, au-dessus de 550 degrés, divers gaz continuent de précipiter, notamment de la vapeur d'eau, du CO2, du CO, du H2, du méthane, de l'acétylène et de l'ammoniac, et le semi-coke est transformé en coke.
Les gaz produits lors des troisième et quatrième étapes peuvent se condenser sur la surface solide chaude pour former un film semblable à du graphite à haute teneur en carbone, généralement appelé carbone brillant. Parmi diverses substances hydrocarbonées, les hydrocarbures aromatiques sont les plus susceptibles d'être pyrolysés pour former du carbone brillant.
3．Formation d'adhérence de sable sur la surface des pièces moulées en acier et en fer
Après l'injection du métal en fusion dans le moule, une série de réactions physiques, chimiques et physico-chimiques se produisent entre le métal, le matériau de moulage et l'atmosphère du moule à l'interface métal-moule. Le collage du sable est l'un des résultats complets de ces nombreuses réactions. Parmi elles, FeO joue un rôle extrêmement important.
Le point de fusion de FeO est d’environ 1 370 degrés, ce qui est supérieur au point de fusion de la fonte générale. Cependant, lorsque FeO entre en contact avec du sable siliceux, il est facile de générer de la fayalite (Fe2SiO4) avec un point de fusion de 1 205 degrés. La fayalite peut générer deux eutectiques avec SiO2 ou FeO avec un point de fusion d'environ 1130 degrés. S'il y a de l'argile ou d'autres oxydes alcalins à la surface des particules de sable, des silicates avec des points de fusion plus bas peuvent également se former.
Étant donné que le métal en fusion lui-même contient une certaine quantité d'oxygène, le flux liquide sera oxydé par l'oxygène de l'atmosphère pendant le processus de fer (acier) et de coulée. Il sera également oxydé par l’atmosphère du moule au début de son entrée dans la cavité du moule. Une fois que le métal en fusion entre dans le moule, FeO existe à l’interface métal-moule. Sous l'action de la tête de pression statique métallique, FeO s'accrochera à la surface des grains de sable, formant des silicates à faible point de fusion avec les grains de sable et l'argile, et la surface des grains de sable fondra. Lorsque le métal n'est pas encore solidifié, les silicates à bas point de fusion proches de l'interface sont enfoncés dans les profondeurs du moule en sable. Étant donné que les espaces entre les grains de sable se sont élargis et qu'il y a des silicates à la surface des grains de sable qui sont facilement mouillés par le métal en fusion, le métal en fusion peut pénétrer dans les espaces entre les grains de sable, enveloppant les grains de sable qui ne l'ont pas été. fondu, formant du sable collant. Ce processus est grossièrement illustré dans la figure 2.
Figure 2 Vue du processus de formation de l'adhérence du sable de coulée
a)Le métal en fusion entre en contact avec la surface du moule et la surface du métal est oxydée ;
b) FeO forme des silicates fusibles au contact du sable siliceux et de l'argile ;