BR0215879B1 - Processo para a produção por sopro e por cura em caixa fria de uma luva exotérmica para moldes de fundição e luva - Google Patents

Description

Relatório Descritivo para a Patente de Invenção: “PROCESSO PARA A PRODUÇÃO POR

SOPRO E POR CURA EM CAIXA FRIA DE UMA LUVA EXOTÉRMICA PARA MOLDES DE FUNDIÇÃO E LUVA”.

Campo da Invenção A presente invenção refere-se a luvas exotérmicas para a obtenção de mini-bloco aplicáveis em ferro maleável, ao processo para a sua produção por sopro e por cura e à mistura a qual constitui a referida luva.

Antecedentes da Invenção A produção de peças metálicas fundidas compreende o despejo do metal derretido em um molde, a solidificação do metal por resfriamento e a retirada do molde ou extração da peça formada por meio da sua remoção ou da destruição do molde.

Os moldes podem ser metálicos ou eles podem ser formados por agregados de materiais diferentes (cerâmicas, grafite e, principalmente, areia). Estes moldes precisam ter jatos ou canaletas de saída para a comunicação entre a cavidade interna e a parte exterior, através dos quais o metal derretido é despejado na fase de moldagem ou de fundição.

Devido à contração do metal durante o processo de resfriamento, alguns transbordamentos devem ser previstos no molde os quais são preenchidos com metal derretido de reserva com o objeto de formar um bloco intencionado para deslocar as contrações ou as cavidades no metal. O propósito do bloco é o de alimentar a peça quando o material derretido contrai nele, por qual razão o metal deve permanecer no bloco em um estado líquido por um período de tempo mais longo do que o da peça.

Por esta razão, os blocos são usualmente cobertos com algumas luvas, consistindo de matérias de isolamento e/ou exotérmicos, os quais reduzem o resfriamento do metal contido nos blocos para garantir a fluidez proveniente do mesmo quando espaços vazios na cavidade são produzidos no metal fundido. O uso de luvas exotérmicas em volta dos blocos permite com que os problemas de contração sejam reduzidos e a qualidade das peças fundidas seja aperfeiçoada, algo que permite que blocos menores (mini-blocos) sejam empregados algo que aperfeiçoa a produção e reduz a superfície de contato do bloco com a peça fundida, a eliminação da qual custa dinheiro.

As luvas exotérmicas são conhecidas com base em fibras fabricadas por um processo úmido começando com um material refratário fibroso combinado com uma mistura de materiais capazes de produzir uma reação exotérmica constituída por um metal oxidável, no qual o alumínio é habitualmente o mais usado, um agente de oxidação e uma agente de fusão ou um iniciador da reação exotérmica o qual, habitualmente, é um composto fluorado. O metal oxidável, quando misturado com o agente de oxidação e o agente de fusão e exposto a um calor extremo, é oxidado liberando um calor em proporção a reação em desenvolvimento.

As luvas exotérmicas também são conhecidas com base em areia, e são altamente apreciadas em fundições de ferro maleável. A composição destas luvas de alta densidade com base em areia contém uma quantidade maior de alumínio muito alta de tal maneira que a quantidade de calor produzida é muito alta. Este calor é necessário para aumentar a temperatura da luva com base em arei antes de influenciar favoravelmente a temperatura do metal no bloco.

Em 1997 um tecnologia de luva livre de fibra foi introduzida, fornecendo uma nova alternativa para as luvas exotérmicas. O pedido de patente internacional publicado sob o No. WO 97/00172 revela um processo por sopro e pelo ato de curar em caixa fria para a fabricação de luvas exotérmicas e/ou de isolamento com um dimensionamento exato, com base em uma mistura que é soprada em um molde, a referida mistura consistindo de micro esferas de silicato de alumínio com um conteúdo de alumina menor do que 38% em peso, um agente de aderência para a cura em caixa fria e, opcionalmente, algumas cargas não fibrosas. Uma composição típica para a produção das luvas exotérmicas compreende micro esferas ocas com conteúdo de alumina menor do que 38% em peso, pó de alumínio, óxido de ferro e criolita com um fluxo fluorado.

No presente momento, existem luvas na indústria de fundição para a obtenção dos assim chamados mini-blocos, a função dos quais também é de alimentar metal líquido para a peça enquanto esta última contrai durante a solidificação. A diferença fundamental com relação às luvas exotérmicas convencionais é que esta última mantém o metal líquido por um período de tempo mais longo, enquanto o volume de metal necessário, isto é, o mini-bloco, é menor para uma mesma operação de alimentação.

Este resultado é alcançado pelo aumento da carga exotérmica da luva, mas esta aumento exotérmico causa problemas colaterais não desejados, tais como: 1. O excesso de alumínio residual no bloco o qual é refundido mais tarde, causa problemas com os poros das peças derretidas. O defeito conhecido como “olho de peixe” é uma superfície com defeito na peça fundida, originada pelo acúmulo de materiais produzidos na recuperação da areia contaminada, fundamentalmente pelo alumínio que é encontrado em altas proporções nas luvas exotérmicas.

Este defeito pode ser superado pelo uso de, por exemplo, micro esferas ocas de silicato de alumínio com um baixo conteúdo de alumina, tal como foi descrito no pedido de patente internacional publicado sob o No. WO 97/00172. 2. A degradação dos nódulos na área de contato da luva com a peça algo que resulta na rejeição de peças através da não conformidade com as especificações para a ação nodular requerida pelo cliente.

Este segundo problema é originado pelo excesso de flúor procedente a partir de materiais fluorados os quais são habitualmente usados como uma carga inicial na reação exotérmica.

Para evitar este problema, ou a luva não e posta em contato com a peça, algo que torna necessário o uso de mais metal, ou um intermediário, um biscuit livre de fluoreto é usado, preso na boca da luva e tendo um orifício central equivalente, o qual previne contra o contato de luva propriamente dita com a peça. Este biscuit, a sua produção e a fixação da luva, significa um custo adicional substancial.

Sumário da Invenção A invenção resultou a partir do desafio de fornecer um luva para a obtenção de mini- blocos a qual não requer o uso de um biscuit livre de fluoreto, nem de qualquer outro elemento para evitar um contato da luva com a peça e a qual, ainda mais, produza uma brecha no bloco para facilitar a sua separação mais tarde a partir da peça fundida e tudo isto com base em uma mistura que é soprada, sem flúor, capaz de produzir em reação exotérmica para a provisão do calor requerido. O ponto de começo para isto é, em primeiro lugar, soprar a mistura a qual constituirá a luva livre de fluoreto, em um molde o qual tem dois núcleos, o qual, por um lado, tornará possível a extração da luva uma vez curada e, por outro lado, a obtenção de dois orifícios: um deles na boca propriamente dita da luva, o orifício o qual tem uma chanfradura circunferencial interior dupla, capaz de produzir uma brecha equivalente no bloco quando a luva desempenha a sua função no tempo da fundição. Um outro orifício na base oposta a boca, a qual será fechada, depois que a luva é curada, com material barato, porque aquela área da luva não tem função operacional alguma no processo de fundição e apenas precisa ser fechada com o propósito de prevenir com que areia ou outros materiais indesejáveis caiam dentro do bloco.

Esta luva exotérmica para a obtenção de mini-blocos, é obtida por sopro e pela cura subsequente em caixa fria de uma mistura livre de fluoreto a qual compreende: a) esferas ocas de silicato de alumina; b) um material exotérmico o qual compreende: a) um material de isolamento/refratário. b) um metal oxidável. c) um agente de oxidação. d) magnésio como o elemento iniciador da reação. e) um catalisador purificado em caixa fria.

As micro esferas de silicato de alumínio são basicamente usadas como material de isolamento. Uma mistura destas esferas de silicato de alumínio com areia também pode ser usada, quando é necessário aperfeiçoar as propriedades mecânicas da luva, em detrimento das propriedades de isolamento.

Como metais oxidáveis alumínio, silício e outros podem ser usados. Preferivelmente alumínio em uma combinação de pós fino e grosso.

Como agente de oxidação, nitratos, cloratos, permanganatos e óxidos metálicos tais como óxido de ferre e magnésio podem ser usados e, é claro, as combinações destes compostos.

Como iniciador da reação exotérmica, o magnésio é usado.

Uma vez que a mistura é soprada no molde, a luva extraída e curada, o orifício em oposição à boca é fechado com um tampão a qual pode ser feita de plástico, madeira, pó de serra, areia, etc. e até do mesma material da luva. O uso destas luvas permite a fabricação de peças de alta qualidade, sem a degradação dos nódulos de grafite na zona de contato da peça do bloco, por um custo reduzido, comparativamente menor do que aquele de outros processos convencionais os quais produzem pelas de qualidade similar com base no contato entre o bloco e a peça através de um biscuit intermediário.

Breve Descrição dos Desenhos A Figura 1 ilustra as etapas para a produção de uma luva por meio de um processo convencional de sopro e de cura em caixa fria relativo ao estado da técnica. Neste caso, a mistura para a produção das luvas é soprada em um molde (3) com a colaboração de um núcleo (2) [Figura 1 A]; a seguir, a luva (1) é curada e retirada do molde deixando em espaço vazio intencionado para o bloco (4) [Figura 1B]; e, finalmente, um biscuit intermediário(5) é aplicado o qual tem um orifício (6) para o material derretido passar [Figura 1C]. A Figura 2 ilustra as etapas para a produção de uma luva exotérmica de acordo com o processo de sopro e de cura em caixa fria reveladas pela presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção Em um aspecto, a presente invenção refere-se a um processo para a produção por sopro e de cura em caixa fria de um luva exotérmica para a obtenção de mini-blocos o qual compreende: (A) introduzir, por sopro, em um molde de cura em caixa fria, no espaço definido entre o molde e os dois núcleos os quais configuram uma chanfradura dupla na boca da luva, uma mistura que é soprada, para a obtenção de uma luva não curada, aberta em ambas as extremidades, na qual a referida mistura compreende: a) uma composição livre de fluoreto para a produção das luvas com base em: a.1) um material de isolamento/refratário. a.2) uma mistura exotérmica a qual compreende um metal oxidável e um agente de oxidação capaz de produzir uma reação exotérmica, e magnésio como o material iniciador da reação. b) um agente de aderência para a cura em caixa fria; (B) colocar a luva não curada preparada no item (A) em contato com um catalisador de cura em caixa fria; (C) deixar curar a luva resultante a partir de (B); (D) remover a luva curada a partir do molde; e (E) colocar um tampão no orifício em oposição a boca da luva.

Como pode ser apreciado na Figura 2, ao contrário dos processos convencionais relativos ao estado da técnica (veja a Figura 1), no processo revelado por esta invenção, a mistura livre de fluoreto para a produção das luvas exotérmicas é soprada no lado de dentro de um molde, no espaço definido entre o molde (3) e os núcleos (2, 2’) [a Figura 2A]. Os núcleos (2, 2’) assim como permitindo a extração subsequente da luva, produzem uma chanfradura dupla (8) na boca proveniente da mesma. Quando a luva (1) é curada, a mesma é retirada do molde deixando um espaço vazio intencionado para o bloco (4) [a figura 2B]; e finalmente, um tampão (9) é colocado em uma extremidade aberta da luva (1) com o propósito de prevenir com que areia ou qualquer outro elemento indesejável entre no lado de dentro da cavidade intencionada para o bloco durante a operação de fundição [a Figura 2C]. A chanfradura dupla (8) da luva produzirá um sulco ou uma abertura ovalada equivalente em forma no bloca a qual define e facilita a linha de corte para a separação do bloco a qual a partir da peça. O material de isolamento/refratário (a.1) presente na composição livre de fluoreto para a produção das luvas é um material o qual basicamente compreende micro esferas ocas de silicato de alumínio, embora o mesmo também poderia conter uma certa quantidade de areia, presumindo-se que, pelo sacrifício da capacidade de isolamento, é desejado aperfeiçoar as propriedades mecânicas da luva.

Em geral, a quantidade do material de isolamento/refratário (a.1) será de 30 a 70% em peso com respeito ao total da composição livre de fluoreto. O material exotérmico (a.2) presente na composição livre de fluoreto para a produção das luvas compreende um metal oxidável e um agente de oxidação capaz de produzir uma reação exotérmica, na qual o referido material exotérmico compreende: (i) magnésio como o elemento iniciador da reação exotérmica, conjuntamente com um ou mais metais oxidáveis, preferencialmente uma mistura de alumínio em pó e granulado. (ii) um agente de oxidação capaz de reagir com o metal oxidável e produzir uma reação exotérmica na temperatura de despejo do metal, o referido agente de oxidação sendo selecionado a partir do grupo formado por (a) os sais de metais alcalinos ou terras alcalinas, por exemplo, nitratos, cloratos e permanganatos de metais alcalinos ou de terras alcalinas; (b) óxidos metálicos, por exemplo, óxidos de ferro e de manganês, preferivelmente óxido de ferro; e (c) as misturas de (a) e de (b). 0 referido metal exotérmico (a.2) encontra- se na forma não fibrosa, para ser capaz de ser soprado.

Uma propriedade da composição para a produção das luvas exotérmicas de acordo com a presente invenção é encontrada no fato que a referida composição vem sem o fluxo inorgânico fluorado habitualmente utilizado com um iniciador da reação exotérmica. O magnésio é usado em seu lugar, o qual reage em uma temperatura mais baixa ao passo que a reação exotérmica produzida entre o metal oxidável e o agente de oxidação começa mais cedo. A reação entre o metal oxidável e o agente de oxidação é uma reação exotérmica a qual produz calor e desta maneira realçando as propriedades de aquecimento das luvas exotérmicas. Assim sendo, a perde de temperatura do material derretido no jato é reduzida, o qual é mantido mais quente e líquido por um período de tempo mais longo.

Dependendo do nível das propriedades exotérmicas, é desejável conseguir que na luva, a quantidade de metal oxidável presente no material exotérmico (a.2) seja entre 20 a 30% em peso com respeito ao total da composição livre de fluoreto para a produção da luva. O processo revelado por esta invenção permite com que luvas exotérmicas sejam obtidas com o equilíbrio desejado de isolamento e de propriedades exotérmicas meramente pelo uso de quantidades de material de isolamento (a.1) e de material exotérmico (a.2) presente no componente A nas razões apropriadas em peso.

Os agentes de aderência de cura em caixa fria os quais podem ser usados na mistura para a produção das luvas de acordo com o processo de fabricação de luvas revelado por esta invenção são conhecidos. Em princípio, qualquer agente de aderência de cura em caixa fria o qual é capaz de manter a composição livre de fluoreto para a produção de luvas na forma de um luva e polimerizar na presença de um catalizador de cura pode ser usado. Como uma maneira de exemplo, pode ser feito o uso de resinas de fenol, resinas de fenol-uretano, resinas de epóxi acrílica, resinas alcalinas de fenol, resinas de silicatos, etc., ativadas por um catalisador apropriado em uma fase gasosa. Em uma realização em particular, este agente de aderência de cura em caixa fria é selecionado partir de entre as resinas de epóxi acrílica ativadas por S02 (gás) e as resinas de fenol-uretano ativadas por amino (gás) conhecidas como agentes de aderência de cura em caixa fria EXACTCAST® (Ashland). A quantidade necessária de agente de aderência de cura em caixa fria é a quantidade efetiva para manter a forma da luva e para permitir a sua cura efetiva, isto é, uma quantidade tal como uma que permita com que uma luva seja produzida a qual pode ser manuseada depois do processo de cura. Como uma maneira de exemplo, a quantidade de agente de aderência de cura em caixa fria será entra 1 e 10% com respeito ao total da composição para a produção da luva. O catalisador para a cura em caixa fria é aplicado na forma de um gás e é feito para passar através da luva até que este último atinja uma consistência manejável. O catalisador na fase gasosa pode ser um amino, um dióxido de carbono, um formato de metila, um dióxido de enxofre, etc., dependendo no aderente de cura em caixa fria utilizado.

Operando apropriadamente e selecionando os componentes da composição para a produção de luvas, as luvas exotérmicas podem ser obtidas com ambas as dimensões interna e externa exatas, algo que pode ser acoplado facilmente ao conjunto de moldagem na fundição depois de ser fabricada sem a necessidade de conduzir manipulações adicionais. A luva exotérmica obtida de acordo com o processo revelado por esta invenção constitui um aspecto adicional da presente invenção.

Como pode ser apreciado na Figura 2, a luva (1) proporcionada por esta invenção compreende: (i) um corpo que circunda o espaço vazio intencionado para conter o bloco (4) e o qual tem uma chanfradura dupla (8) sobre a boca da mesma, e (ii) um tampão (9) na base oposta da boca. A chanfradura dupla (8) presente na luva proporcionada por esta invenção é devida a ação combinada de 2 núcleos (2, 2’) durante a sopro a mistura. A chanfradura dupla (8) definirá um sulco ou uma ovalada no bloco a qual facilita a separação da mesma a partir da peça fundida. Devido ao processo de fabricação da luva proporcionada por esta invenção, a qual compreende a ação combinada de 2 núcleos, 2 extremidades abertas são produzidas.

Uma das referidas extremidades contém uma chanfradura dupla (8) enquanto a outra extremidade aberta é fechada com um tampão (9) com o propósito de prevenir com que areia ou qualquer outro elemento indesejável passe pelo interior da luva durante a montagem a mesma sobre o molde e, é claro, durante a operação de fundição. Assim sendo intervém na formação ou na ação do bloco, e, por esta razão, o material usado na produção do tampão pode ser praticamente qualquer material que seja vantajoso, um material barato, tal como plástico, madeira, pó de serra, papel, areia, etc., ou até mesmo o material propriamente dito constituindo a luva.

Claims (11)

1) Processo para a produção por sopro e por cura em caixa fria de uma luva exotérmica para molde de fundição, em que a mistura para produção da luva exotérmica compreende: a) uma composição livre de fluoreto para a produção de luvas a qual compreende: a.1) um material de isolamento/refratário; a.2) uma mistura exotérmica à base de um metal oxidável, um agente de oxidação capaz de produzir uma reação exotérmica, e magnésio como o elemento iniciador da reação; b) um agente de aderência para a cura em caixa fria; em que o processo é caracterizado pelo fato de que compreende: (A) introduzir, por sopro, em um espaço definido entre um molde (3) e dois núcleos (2, 2’), a referida mistura para a produção de uma luva exotérmica, obtendo uma luva não curada, aberta em ambas suas extremidades, a abertura da boca tendo uma chanfradura interna dupla (8), enquanto a outra abertura é normalmente plana; (B) colocar a luva não curada preparada no item (A) em contato com um catalisador para a cura em caixa fria; (C) deixar curar a luva resultante a partir de (B); (D) remover a luva curada a partir do molde; (E) colocar um tampão (9) no orifício da base oposta à boca da luva.

2) Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido material de isolamento com propriedades refratárias (a.1) é silicato de alumínio na forma de micro esferas ocas.

3) Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido metal oxidável é alumínio.

4) Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente de oxidação é selecionado a partir do grupo formado por sais de metais alcalinos ou alcalinos terrosos, óxidos metálicos, e das misturas dos mesmos.

5) Processo de acordo com as reivindicações 1 e 4, caracterizado pelo fato de que o referido agente de oxidação é selecionado do grupo formado por nitratos, cloratos e permanganatos de metais alcalinos ou alcalinos terrosos, óxidos de ferro, óxido de manganês, e das misturas dos mesmos.

6) Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido material exotérmico (a.2) está em uma forma não fibrosa, isto é, em uma forma passível de ser submetida a sopro.

7) Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido agente de aderência de cura em caixa fria é selecionado a partir do grupo formado por resinas de fenol, resinas de fenol-uretano, resinas acrílicas, resinas alcalinas de fenol e resinas de silicatos.

8) Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido agente de aderência de cura em caixa fria é selecionado a partir do grupo formado por resinas acrílicas ativadas por SO2 (gás) e resinas de fenol-uretano ativadas por amino (gás).

9) Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que no estágio (B), a luva não curada preparada no estágio (A) é colocada em contato com um catalisador em uma fase gasosa adequada para curar a referida luva.

10) Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que 0 referido catalisador para curar a luva não curada é um catalisador na fase gasosa selecionado a partir de entre um amino gasoso para ativar as resinas de fenol-uretano; SO2 (gás) para ativar as resinas acrílicas; C02 (gás) ou formato de metila (gás) para ativar as resinas alcalinas de fenol; e CO2 (gás) para ativar as resinas de silicato de sódio.

11) Luva fabricada pelo processo de produção por sopro e por cura em caixa fria tal como descrito na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que quando moldada, retirada do molde e curada, a mesma tem uma boca, uma chanfradura interna (8) periférica, enquanto 0 orifício oposto a boca é fechado com um tampão (9) de plástico, de madeira, de pó de serra, de areia ou até mesmo do material propriamente dito 0 qual constitui a luva.