BR102013029220A2 - Dispositivo de detecção para metal derretido - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE DETECÇÃO PARA METAL DERRETIDO A presente invenção refere-se a um dispositivo de detecção para metal derretido. O dispositivo de detecção inclui um copo de amostra que tem uma cavidade configurada para receber uma amostra de metal derretido e uma bolha disposta na cavidade. A bolha inclui um elemento de estabilização de carboneto e um material de liberação de hidrogênio que inclui um hidróxido de um metal alcalino-terroso. A bolha é fornecida para uso na detecção de temperaturas de alteração de fase durante a solidificação de uma amostra de ferro fundido derretido. A bolha é também resistente a ganho de umidade e perda de umidade durante o transporte e o armazenamento. Também são fornecidos um método de detecção de temperaturas de alteração de fase da amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido com o uso da bolha e um método de fabricação da bolha.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE DETECÇÃO PARA METAL DERRETIDO".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um dispositivo de detecção para derretimento de metal, em particular, ferro derretido. O dispositivo tem um copo de amostra e uma bolha que contém um estabilizante de carboneto e um material de liberação de hidrogênio é disposto no copo de amostra.

Durante o processamento e preparação de metal derretido, particularmente ferro derretido, é desejável monitorar determinados constituintes químicos do metal. Um meio comum de fazer isso é o uso de dispositivos descartáveis de detecção de mudança de fase, que medem a temperatura de uma amostra do ferro fundido derretido durante a solidificação de modo a detectar as temperaturas das mudanças de fase. Tais dispositivos de detecção de mudança de fase compreendem tipicamente um corpo de molde que tem um formato similar a copo e uma extremidade aberta superior para receber uma amostra de metal derretido. Os dispositivos também incluem tipicamente um par termopar que se estende ao copo abaixo da superfície da amostra de metal derretido derramado. Um tal dispositivo convencional de detecção de mudança de fase é descrito no Documento de patente n2 U.S. 3.267.732.

Tipicamente, um operador escava uma amostra de metal derretido de uma fornada do metal derretido com o uso de uma pequena colher ou concha e então derrama a amostra de metal derretido no molde de amostra de um dispositivo de detecção. O par termopar registra continuamente a temperatura do metal à medida que o mesmo se solidifica. A partir das medições de temperatura de mudança de fase da amostra de metal de solidificação, determinadas propriedades e aspectos da composição química da amostra de ferro fundido, tais como, mas sem limitação, teor de carbono, teor de silício e grau de saturação ou nível equivalente de carbono, podem ser previstos. O operador pode então utilizar essas informações para fazer qualquer um dos ajustes necessários ao banho de metal derretido antes da fundição.

Em determinadas circunstâncias, tais como para ferros hipereu-técticos, é útil alcançar uma solidificação branca livre de grafite do ferro a-mostrado. O termo "solidificação branca" é um termo comum na técnica e se refere a uma estrutura bruta de fundição dominada pela solidificação de ferro em uma fase de carboneto que, quando fraturada, aparece "branca". O documento de patente nQ U.S. 3.546.921 ("a patente ‘921") ensina que a adição ao ferro derretido de um pélete que compreende um elemento ou composto de estabilização de carbonetos de tais elementos promoverá a solidificação branca. No entanto, a patente ‘921 não alcança solidificação branca ideal devido ao fato de que o pélete tende a subir à superfície do metal derretido como uma escória, ou tende a queimar em oxida-ção atmosférica, de tal modo que a mesma não esteja disponível para solidificação branca. Além disso, se o ferro derretido tiver um teor de carbono razoavelmente alto ou se o metal derretido tiver sido altamente inoculado, a probabilidade de alcançar uma solidificação branca total com base na adição de pélete da patente ‘921 é baixa. O documento de patente n- U.S. 4.003.425 descreve que revestir o interior do molde de amostra com um material que contém água a ser liberada na temperatura do ferro derretido, aumentará a eficácia dos aditivos de promoção de carboneto mencionados acima. Nesse caso, a água é um veículo cujo propósito era de tornar disponível hidrogênio para ligar com o metal. O aprimoramento de um ferro, especialmente ferros hipereutécticos, para se solidificar em uma estrutura branca é promovido pela presença de hidrogênio. O documento de patente nQ U.S. 4.029.140 ("a patente ?40") adota esse tipo de revestimento para uso na promoção do carboneto reação em um copo de amostra descartável. O revestimento contém um elemento ou composto de estabilização de carboneto e um material que contém água combinada de forma liberável ou alguns grupos de hidroxila. A água ou grupos de hidroxila são retidos após a secagem do revestimento, mas são livremente liberados do revestimento na temperatura do metal derretido.

No entanto, o método de aplicação do revestimento da patente ‘140 a tais dispositivos convencionais descartáveis de mudança de fase era limitado em sua utilidade, devido ao fato de que ambas as paredes do copo de amostra e do próprio par termopar eram revestidas. Como resultado, esses dispositivos convencionais sofreram de um atraso térmico no par termopar. O documento de patente n2 U.S. 4.274.284 propõe eliminar o atraso térmico através da adição de um revestimento ablativo que garante que a junção termopar seja exposta ao metal derretido quando a amostra for derramada no dispositivo.

No entanto, os múltiplos revestimentos negaram o benefício e-conômico proposto da patente ?40. Adicionalmente, os revestimentos descritos acima que foram aplicados tinham de ser finos, o que foi constatado como uma desvantagem principal. Especificamente, constatou-se que os copos de amostra convencionais revestidos não podem ser completamente preenchidos com ferro derretido devido à liberação violenta de hidrogênio do revestimento fino e devido ao carboneto que promove material que evapora rapidamente do revestimento fino, em vez de se ligar com o metal. Como tal, o volume de metal que permanece no copo de amostra era insuficiente para obter medições de temperatura. Por sua vez, a quantidade de aditivos de estabilização de carboneto a serem adicionados ao metal derretido de modo a promover de forma eficaz a solidificação branca não pôde ser prevista de forma segura.

Além disso, os materiais de promoção de carboneto e as substâncias que liberam hidrogênio dos revestimentos de técnica anterior descritos acima têm pontos de fusão abaixo dos de ferro e pontos de ebulição próximos à temperatura das mudanças de fase que devem ser monitorados. Desse modo, mesmo com extremo cuidado, uma reação dos materiais de revestimento com o metal derretido deve ser esperada e a extensão desta reação é de importância fornecendo uma ligação controlada dos aditivos.

Em vez de uma pintura ou revestimento, o documento de patente n2 U.S. 4.059.996 descreve uma bolha de material que é fixada ao fundo do copo de amostra. A bolha de material inclui um material de promoção de formação de carboneto, um material refratário e um material para desenvol- ver o hidrogênio (isto é, vidro de água) mediante o contato com o metal derretido. O material refratário auxilia na prevenção do material de promoção de formação de carboneto de ser queimado rapidamente e se misturar rapidamente com o metal derretido. A bolha está inicialmente na forma de uma mistura fluida que é depositada no copo de amostra e é então seca a um sólido em um forno. O documento de patente nQ U.S. 4.515.485 ("a patente ‘485") também descreve o uso de uma bolha de material. No entanto, a bolha é disposta em um recesso de uma parede de fundo do copo de amostra, de modo que a área de superfície da bolha exposta ao metal derretido seja limitada e, desse modo, a quantidade de material hidratado exposto ao metal derretido seja limitada.

Nenhum dos revestimentos e bolhas de técnica anterior descrito acima alcança de forma satisfatória a solidificação branca ideal para todas as composições de ferros de fundição. A razão para esta falha é que cada um dos dispositivos e métodos de técnica anterior discutido acima falha em reconhecer e apreciar o problema da instabilidade ambiental dos materiais dos revestimentos e bolhas. Especificamente, os presentes inventores constataram que os materiais utilizados nos revestimentos e bolhas de técnica anterior discutido acima perderão, ao longo do tempo, umidade para o ambiente ao redor ou absorverão umidade do mesmo, durante o armazenamento e transporte ao local de uso e também ao mesmo tempo em que aguarda uso após a entrega ao local de uso.

Por exemplo, os dispositivos de detecção de técnica anterior são dotados do revestimento ou bolha no tempo de fabricação do dispositivo, em antecedência ao tempo em que esses dispositivos serão realmente usados. Os dispositivos fabricados são então encaixotados, paletizados, embalados e transportados por terra, mar ou ar para serem desembalados e usados em outro ambiente ou local. No entanto, durante esse tempo, os dispositivos de detecção são tipicamente submetidos a ambientes não controlados de transporte e armazenamento. Adicionalmente, o local ao qual o dispositivo de detecção é finalmente desembalado e usado também pode estar sob condições de temperatura e umidade extremas.

Desse modo, os presentes inventores constataram que os dispositivos de detecção de técnica anterior e, particularmente, a capacidade de liberação de hidrogênio dos revestimentos e bolhas desses dispositivos, são instáveis devido ao fato de que os materiais de revestimento ou bolha são suscetíveis a mudanças em seus níveis de hidratação. Especificamente, os revestimentos ou bolhas são suscetíveis à absorção de hidratação adicional em um ambiente umedecido e perda de hidratação em um ambiente suficientemente seco.

Embora a perda de umidade ao longo do tempo seja problemática, os presentes inventores constataram que a exposição a condições de umidade é essencialmente prejudicial para os revestimentos e bolhas de técnica anterior. Especificamente, em condições de umidade, em que os revestimentos e bolhas de técnica anterior são suscetíveis à absorção não controlada de umidade do ambiente molhado ao redor, ebulição não controlada dos resultados de amostras de metal derretido. Consequentemente, conforme descrito acima, o volume de metal restante no copo de amostra é insuficiente para obter medições de temperatura e, por sua vez, a capacidade de previsão dos aditivos de estabilização de carboneto dos revestimentos e bolhas de técnica anterior negativamente influenciada. A patente ‘485 reconhece que a ebulição não controlada induz a mudanças na quantidade de metal derretido restante no copo de amostra durante a solidificação, que produz desse modo diferentes resultados quando as bolhas são de um tamanho uniforme. No entanto, esse dispositivo de técnica anterior não elimina ou reduz de forma satisfatória a ebulição. Desse modo, o dispositivo da patente ‘485 falha em reconhecer o problema novamente constatado pelos presentes inventores, ou seja, que a ocorrência de ebulição não controlada é realmente o resultado de umidade absorvida nos materiais de promoção de carboneto. De fato, os presentes inventores constataram que uma quantidade de água absorvida do ambiente inevitavelmente se acumula ou mesmo a área de superfície exposta limitada da bolha da patente ‘485. Como resultado, a ebulição excessiva ainda ocorre, falhando assim em render o aprimoramento desejado.

Desse modo, todos os dispositivos e métodos de técnica anterior discutidos acima falham em reconhecer a existência de umidade e falham em se direcionar em como evitar condições de umidade que ocorrem como resultado da exposição ambiental dos revestimentos ou bolhas.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um objetivo da presente invenção é fornecer um dispositivo de amostragem que inclua uma bolha que tenha a capacidade de resistir a mudanças de sua capacidade de liberação de hidrogênio devido à absorção de umidade da exposição ambiental durante períodos a longo prazo de embarque e armazenamento.

Outro objetivo da presente invenção é fornecer um dispositivo de amostragem no qual as amostras de metal possam ser obtidas com solidificação branca ideal, ao mesmo tempo em que limita a quantidade de hidrogênio que precisa ser adicionada às amostras e desse modo limitando a reação violenta do material diretamente exposto ao metal derretido.

Esses objetivos são alcançados por modalidades da presente invenção descritas e reivindicadas a seguir.

Um aspecto da presente invenção é direcionado a um dispositivo de amostragem para metal derretido. O dispositivo de amostragem compreende um copo de amostra que tem uma cavidade configurada para receber uma amostra de metal derretido e uma bolha disposta na cavidade. A bolha compreende um elemento de estabilização de carboneto e um material de liberação de hidrogênio que inclui um hidróxido de um metal alcalino-terroso.

Outro aspecto da presente invenção é direcionado a uma bolha para uso na detecção de temperaturas de alteração de fase de uma amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido. A bolha compreende um elemento de estabilização de carboneto, hidróxido de magnésio como um material de liberação de hidrogênio, um retardador que resiste à reação da bolha mediante o contato com uma amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido e um aglutinante.

Em outra modalidade, a bolha compreende telúrio em uma quan- tidade de 15% a 60% em peso com base em um peso total da bolha e hidróxido de magnésio em uma quantidade de 40% a 85% em peso com base no peso total da bolha. A bolha é resistente a ganho de umidade e perda de umidade durante o transporte e armazenamento.

Outro aspecto da presente invenção é direcionado a um método de detecção de temperaturas de alteração de fase de uma amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido. O método compreende as etapas de: fornecer um dispositivo de detecção que inclui um sensor de temperatura e um copo de amostra com uma cavidade configurada para receber uma a-mostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido; dispor uma bolha na cavidade; depositar uma amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido na cavidade e permitir que a amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido se solidifique ao medir simultaneamente temperaturas de alteração de fase da amostra solidificante. A bolha compreende um estabilizante de car-boneto e hidróxido de magnésio como um material de liberação de hidrogênio. A bolha reage mediante o contato com a amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido, de tal modo que hidrogênio seja liberado do hidróxido de magnésio na amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido.

Outro aspecto da presente invenção é direcionado a um método de fabricação de uma bolha para uso na detecção de temperaturas de alteração de fase de uma amostra de metal derretido. O método compreende: formar uma mistura de bolha fluida que compreende um estabilizante de carboneto e hidróxido de magnésio como um material de liberação de hidrogênio; fornecer um dispositivo de detecção que inclui um copo de amostra com uma cavidade configurada para receber uma amostra de metal derretido; depositar a mistura de bolha fluida na cavidade; e secar a mistura de bolha fluida para formar uma bolha.

BREVE DESCRIÇÃO DAS DIVERSAS VISTAS DOS DESENHOS O sumário precedente, assim como a descrição detalhada da invenção a seguir, será mais bem compreendido quando lido em conjunto com os desenhos anexos. Para os fins de ilustração da invenção, são mostradas nos desenhos modalidades que são presentemente preferenciais. Deve-se compreender, no entanto, que a invenção não é limitada às disposições precisas e instrumentalidades mostradas. Nos desenhos: a Figura 1 é uma vista de elevação lateral em corte transversal de um dispositivo de detecção de acordo com uma modalidade da invenção; e a Figura 2 é uma vista de plano de topo do dispositivo de detecção mostrado na Figura 1. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A presente invenção se refere a um dispositivo de detecção para metais derretidos. Mais particularmente, a presente invenção se refere a um dispositivo para detectar e registrar as temperaturas de mudanças de fase de uma amostra de ferro derretido durante o resfriamento e solidificação do ferro derretido. A presente invenção também se refere a uma bolha de material a ser fixada e posicionada dentro do dispositivo de detecção.

Visto que a bolha de material da presente invenção pode ser a-plicada aos dispositivos convencionais de detecção, a estrutura e os materiais de construção de um típico dispositivo de detecção serão descritos em referência às Figuras 1 e 2. No entanto, será compreendido por aqueles versados na técnica que a bolha de material da presente invenção também pode ser utilizada com os dispositivos de detecção que tem outras estruturas e materiais de construção ou nos mesmos.

Em referência às Figuras 1 e 2, é mostrado um dispositivo de detecção 10. O dispositivo de detecção 10 é preferencialmente um dispositivo descartável e é usado para amostras de metal derretido em temperaturas de 1.150 SC a 1.450 ÕC e mais preferencialmente para amostras de ferro derretido ou ferro fundido derretido em temperaturas de 1.250 QC a 1.350 QC. O dispositivo de detecção 10 compreende uma câmara ou copo de amostra 12 feita de um material refratário. Por exemplo, o copo de amostra 12 pode ser preferencialmente feito de areia de fundição moldada, cimento refratário, ou uma combinação desses materiais. Mais preferencialmente, o copo de a-mostra 12 é feito de uma areia revestida com resina termoendurecida moldada. Mais preferencialmente, o copo de amostra 12 é feito de uma areia revestida com resina fenólica moldada. No entanto, será apreciado por aqueles versados na técnica que o copo de amostra 12 pode ser feito de qualquer material com capacidade de resistir à temperatura do ferro derretido e que não interfere de forma adversa com a dicção e medição desejadas. O copo de amostra 12 tem preferencialmente um formato em corte transversal geralmente quadrado ou retangular com uma extremidade aberta superior 14 e uma parede de fundo de fechada 16. Uma cavidade 18 é formada e definida entre a extremidade superior 14 e a parede de fundo 16 do copo de amostra 12. A cavidade 18 tem uma configuração geralmente cilíndrica. O lado inferior da parede de fundo 16 inclui um recesso disposto de forma central 20 entre as paredes opostas 22, 24 do copo de amostra 12. O copo de amostra 12 inclui um sensor de temperatura 25 para captar a temperatura da amostra de metal derretido contido no mesmo e para facilitar o registro de todas as mudanças de temperatura. O sensor de temperatura inclui um tubo protetor 28 que é preferencialmente feito de quartzo. No entanto, será compreendido por aqueles versados na técnica que outros materiais convencionais de uma natureza similar ao quartzo podem ser alternativamente utilizados. O tubo protetor 28 é preferencialmente anular em corte transversal e transparente à radiação.

Os fios termopar 30, 32 são pelo menos parcialmente dispostos dentro do tubo protetor 28. O tubo protetor 28 se estende através da cavidade 18 e suas extremidades são sustentadas pelos primeiro e segundo orifícios alinhados 26 formados em paredes dispostas de forma oposta do copo de amostra 12. Os orifícios 26 são substancialmente fechados com um cimento refratário 33 que veda os orifícios 26 e mantém a posição do sensor de temperatura. Os orifícios 26 são preferencialmente fornecidos em um local de modo que seu eixo geométrico residirá ao longo de um eixo geométrico lateral central L1 da cavidade 18.

Os fios de termopar 30, 32 do sensor de temperatura podem ser qualquer um dos materiais convencionais de termopar utilizados até então em conexão com termopares descartáveis, tais como crômio e alúmen, que são usados com amostras de ferro fundido hipereutéctico (isto é, um termo- par de tipo K). As extremidades justapostas dos fios de termopar 30, 32 são unidas em conjunto em uma junção aquecida 34. A junção aquecida 34 é preferencialmente posicionada adjacente a um eixo geométrico central de elevação L2 da cavidade 18.

As paredes opostas 22, 24 do copo de amostra 12 são dotadas de ranhuras 36, 38 periféricas que se estendem verticalmente. O primeiro fio de termopar 30 se estende através da primeira ranhura 36 e ao longo da mesma e é dobrado ao longo da parede 22 voltada ao recesso 20 em que o mesmo pode ser utilizado como uma porção de contato para um dispositivo de registro de medição de temperatura (consulte a Figura 1). O segundo fio de termopar 32 se estende ao longo da segunda ranhura 38 e através do mesmo e é dobrada ao longo da parede 24 voltada ao recesso 20 onde o mesmo pode ser utilizado como outra porção de contato (consulte a Figura 1). Em uma modalidade, o primeiro e/ou segundo fio de termopar 30, 32 é preferencialmente dotado de uma luva de isolamento (não mostrada) entre o orifício 26 e o fundo do copo de amostra 12 para evitar uma conexão elétrica entre os fios de termopar 30, 32 através dos gases de combustão de emissão do corpo do copo de amostra 12.

Novamente, a modalidade descrita acima do copo de amostra 12 é somente para fins ilustrativos. A bolha da presente invenção, conforme descrito em detalhes abaixo, pode ser utilizada em qualquer um de uma ampla variedade de diferentes copos comercialmente disponíveis usados como dispositivos de detecção de mudança de fase de copos de amostra.

Especificamente, em uma modalidade da presente invenção, uma bolha 40 é posicionada dentro da cavidade 18 do copo de amostra 12 e preferencialmente fixada à mesma. A bolha 40 é essencialmente uma massa de material que é posicionada dentro da cavidade 18. Em uma modalidade, a bolha 40 é preferencialmente aderida pelo menos uma parede interior de copo de amostra 12 e mais preferencialmente a um lado de topo da parede de fundo 16 do copo de amostra 12, pela ação do componente aglutinante da bolha 40. A bolha 40 de acordo com a invenção compreende dois componentes essenciais: um elemento de estabilização de carboneto e uma fonte de hidrogênio. A bolha 40 também pode compreender opcionalmente um retardador, um aglutinante e/ou um dispersante. As propriedades e a função de cada um desses componentes são descritas doravante em maiores detalhes. A bolha 40 é preferencial e essencialmente desprovida de qualquer um dos materiais higroscópicos, à medida que tais materiais têm uma afinidade para umidade atmosférica e desse modo tendem a se molharem quando expostos ao ar umedecido e ambientes úmidos.

Em uma modalidade, a bolha 40 é formada misturando-se os componentes da bolha 40 em conjunto, depositando a mistura de bolha fluida resultante com equipamento convencional de dispensação de fluido na cavidade 18 do copo de amostra 12 e então secando a mistura de bolha fluida para obter a bolha 40. O volume da mistura de bolha fluida é preferencialmente de 1,89% a 2,70% do volume da amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido contido na cavidade 18 do copo de amostra 12. Mais preferencialmente, o volume da mistura de bolha fluida é de 2,00% a 2,30% do volume da amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido. Mais preferencialmente, o volume da mistura de bolha fluida é de aproximadamente 2,25% do volume da amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido. O peso da mistura de bolha fluida é preferencialmente de 0,50% a 0,85% do peso da a-mostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido. Mais preferencialmente, o peso da mistura de bolha fluida é de 0,60% a 0,80% do peso da amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido. Mais preferencialmente, o peso da mistura de bolha fluida é de aproximadamente 0,80% do peso da amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido.

Por exemplo, para um copo de amostra 12 que tem um volume de cavidade de 37 mililitros, se a cavidade 18 for completamente preenchida por uma amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido, o peso da a-mostra de metal derretido é 270 gramas. Para tal um copo de amostra 12, assumindo que a cavidade 18 será completamente preenchida com uma amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido, o volume da mistura de bolha fluida a ser dispensado na cavidade 18 é preferencialmente entre 0,7 mililitro e 1 mililitro e o peso da mistura de bolha fluida é preferencialmente entre 1,5 e 1,7 grama. Mais preferencialmente, assumindo novamente que a cavidade 18 será completamente preenchida com uma amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido, o volume e o peso da mistura de bolha fluida são aproximadamente 0,85 mililitros e aproximadamente 1,58 grama, respectivamente.

Após a secagem, o peso da bolha 40 é preferencialmente de 0,35% a 0,45% do peso da amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido. Mais preferencialmente, o peso da bolha 40 é de aproximadamente 0,40% do peso da amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido.

Será compreendido por aqueles versados na técnica que a descrição de um copo de amostra com um volume de cavidade de 37 mililitros é somente para fins ilustrativos. Os copos de amostra que tem outros volumes de cavidade podem ser utilizados e, desse modo, a bolha pode ser usada com amostras de metal derretido de vários pesos e volumes. Como tal, será compreendido que, dependendo do copo de amostra que é usado, o peso e volume da mistura de bolha fluida (e, desse modo, o volume e peso da bolha 40) serão ajustados consequentemente de modo a manter as percentagens desejadas de volume e peso.

Cada componente da bolha 40 será agora descrito em mais detalhes. Será compreendido que a frase "peso úmido," conforme usado doravante, se refere a um estado da bolha 40 anterior à secagem, no qual a bolha existe como uma mistura de bolha fluida. Também será compreendido que a frase "peso seco," conforme usado doravante, se refere a um estado da bolha 40 após a secagem da mistura de bolha fluida para formar uma bolha seca sólida. O elemento de estabilização de carboneto ou estabilizante de carboneto promove formação de carboneto (isto é, solidificação branca) da amostra de ferro derretido contido na cavidade 18 do copo de amostra 12. Mais particularmente, o estabilizante de carboneto é um material metálico que evita a precipitação de grafite na amostra solidificante. Mediante o contato com o ferro derretido, a bolha 40 reage com a amostra de ferro derretido e o estabilizante de carboneto é liberado da bolha 40 na amostra de ferro derretido. O estabilizante de carboneto pode ser preferencialmente qualquer um entre bismuto, boro, telúrio, selênio ou compostos ou ligas desses elementos. Mais preferencialmente, o estabilizante de carboneto é telúrio.

Em uma modalidade preferencial, o estabilizante de carboneto está presente na forma de um pó que tem um tamanho médio de partícula de 5 a 100 ????. Mais preferencialmente, o estabilizante de carboneto está presente na forma de um pó que tem um tamanho médio de partícula de 15 a 50 ????. Mais preferencialmente, o estabilizante de carboneto está presente na forma de um pó que tem um tamanho médio de partícula de aproximadamente 20 ????. A menos que indicado de outro modo no presente documento, todos os tamanhos de partículas declarados no presente documento são diâmetros de partícula d5o medidos por um analisador de difração de laser ou um sedigráfico que determina tamanho de partícula por análise de sedimentação. Conforme compreendido por aqueles versados na técnica, o diâmetro d50 representa o tamanho ao qual metade das partículas individuais (em peso) é menor do que o diâmetro especificado. O estabilizante de carboneto está preferencialmente presente em uma quantidade de 5% a 25% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 7% a 37% em peso com base no peso seco total da bolha 40. Mais preferencialmente, o estabilizante de carboneto está presente em uma quantidade de 10% a 20% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 15% a 25% em peso com base no peso seco total da bolha 40. Mais preferencialmente, o estabilizante de carboneto está presente em uma quantidade de 12% a 14% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 18% a 20% em peso com base no peso seco total da bolha 40. A fonte de hidrogênio (isto é, material de liberação de hidrogênio) é um material que se desenvolve no metal derretido ou libera hidrogênio ao mesmo, quando a bolha 40 é contatada pela amostra de metal derretido, particularmente ferro derretido e reage com a mesma, contida no copo de amostra 12. O material de liberação de hidrogênio é preferencialmente um material que tem um ou mais grupos de hidróxido de ligação iônica, como tal um material é resistente a ganhos e perdas de umidade e, desse modo, manterá seu nível de hidratação em transporte umedecido ou seco, armazenamento e condições de uso ou ambientes. Mais preferencialmente, o material de liberação de hidrogênio é aquele que não absorve umidade. O material de liberação de hidrogênio também é preferencialmente um material que estável na temperatura de secagem da bolha 40, mas que se decompõe na temperatura de uso do dispositivo de detecção 10.

Preferencialmente, o material de liberação de hidrogênio é um hidróxido de um metal alcalino-terroso. Mais preferencialmente, o material de liberação de hidrogênio é um dentre hidróxido de magnésio, hidróxido de telúrio, hidróxido de cálcio e hidróxido de bismuto. Mais preferencialmente, o material de liberação de hidrogênio é hidróxido de magnésio. Como tal, mediante o contato e reação da bolha 40 com a amostra de ferro derretido, magnésio é liberado do hidróxido de magnésio na amostra de ferro derretido. O magnésio, convencionalmente, não teria sido usado em um dispositivo de detecção projetado para promover solidificação de ferro branco, devido ao fato de que a temperatura de fusão do magnésio está abaixo do ferro derretido e, desse modo, seria esperado ligar ao ferro derretido e interferir com a ação do elemento de estabilização de carboneto (por exemplo, telúrio). No entanto, os presentes inventores constataram que o magnésio pode ser usado de forma surpreendente em um dispositivo de detecção para solidificação de ferro branco, devido ao fato de que, quando o magnésio está na presença de um material que contém oxigênio que irá se decompor, liberando uma proporção estequiométrica de oxigênio igual ou maior, o magnésio liberado é completamente neutralizado por oxidação antes de qualquer contaminação do metal derretido ou interferência com o telúrio. O material de liberação de hidrogênio está preferencialmente presente em uma quantidade de 10% a 37% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 15% a 54% em peso com base no peso seco total da bolha 40. Mais preferencialmente, o material de liberação de hidrogênio está presente em uma quantidade de 12% a 25% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 20% a 30% em peso com base no peso seco total da bolha 40. Mais preferencialmente, o material de liberação de hidrogênio está presente em uma quantidade de 16% a 18% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 23% a 25% em peso com base no peso seco total da bolha 40.

Em modalidades preferenciais, a bolha 40 também inclui um re-tardador. O retardador é um material de preenchimento adicionado à bolha 40 para fornecer uma massa suficientemente ligada que permanece substancialmente intacta durante a solidificação da amostra de metal derretido, de tal modo que a liberação do estabilizante de carboneto e a liberação de hidrogênio do material de liberação de hidrogênio (ambos em forma de vapor) sejam atrasadas mediante o contato da bolha 40 com o metal derretido amostrado. Mais particularmente, o retardador é um material que resiste à reação e à decomposição total da bolha 40 mediante o contato com o metal derretido amostrado. Preferencialmente, o retardador é um material de preenchimento de não hidratação e refratário (por exemplo, cerâmica). Exemplos preferenciais do retardador incluem sílica, silicato de cálcio, silicato de magnésio, zircônia, alumina e compostos dos mesmos. Mais preferencialmente, o retardador é um silicato de alumina e mais preferencialmente, caulim calcinado. O retardador está preferencialmente presente em uma quantidade de 18% a 48% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 27% a 71% em peso com base no peso seco total da bolha 40. Mais preferencialmente, o retardador está presente em uma quantidade de 30% a 40% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 50% a 60% em peso com base no peso seco total da bolha 40. Mais preferencialmente, o retar- dador está presente em uma quantidade de 37% a 39% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 54% a 56% em peso com base no peso seco total da bolha 40.

Em modalidades preferenciais, a bolha 40 também inclui um a-glutinante adequado para aplicações de alta temperatura. Preferencialmente, o aglutinante é um aglutinante termoendurecido. Mais preferencialmente, o aglutinante é um aglutinante termoplástico não higroscópico e de não for-maldeído. Em uma modalidade, o aglutinante é uma solução que compreende água e um material polimerizado, tais como álcool de polivinila, acetato de polivinila, butiral de polivinila e outras resinas de polivinila, resinas de poliestireno, resinas acrílicas e ácido éster metacrílico, polisobutileno, poliami-das e silicones. Mais preferencialmente, o aglutinante compreende uma solução de álcool de polivinila parcialmente hidrolisada. O aglutinante está preferencialmente presente em uma quantidade de 27% a 37% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 1% a 4% em peso com base no peso seco total da bolha 40. Mais preferencialmente, o aglutinante está presente em uma quantidade de 30% a 35% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 1% a 3% em peso com base no peso seco total da bolha 40. Mais preferencialmente, o aglutinante está presente em uma quantidade de 31% a 33% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 1,5% a 2,5% em peso com base no peso seco total da bolha 40.

Em modalidades preferenciais, a bolha 40 também inclui um dis-persante. O dispersante é um material que mantém as partículas dispersas dos vários componentes na suspensão para evitar o assentamento dessas partículas. Desse modo, embora a inclusão de um dispersante não seja necessária, foi constatado que fazer isso seria benéfico para a fabricação da bolha 40 em uma escala comercial. Os exemplos preferenciais do dispersante incluem citrato de trissódio, citrato de amônio e materiais similares que têm propriedades similares aos mesmos. Mais preferencialmente, o dispersante é citrato de trissódio. O dispersante está preferencialmente presente em uma quantidade de 0,04% a 1,3% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 0,06% a 2% em peso com base no peso seco total da bolha 40. Mais preferencialmente, o dispersante está presente em uma quantidade de 0,08% a 1% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 0,1% a 1% em peso com base no peso seco total da bolha 40. Mais preferencialmente, o dispersante está presente em uma quantidade de 0,1% a 0,5% em peso com base no peso úmido total da mistura de bolha fluida e em uma quantidade de 0,3% a 0,5% em peso com base no peso seco total da bolha 40.

Conforme discutido acima, em uma modalidade, o peso da mistura de bolha fluida é preferencialmente 0,80% do peso de uma amostra de ferro derretido/ferro fundido derretido que estaria contida no copo de amostra 12 e o peso da bolha 40 é de preferencialmente 0,40% do peso da amostra de ferro derretido/ferro fundido derretido. Como tal, as percentagens em peso dos componentes da mistura de bolha fluida e a bolha 40 conforme comparado ao peso total da amostra de ferro derretido/ferro fundido derretido são preferencialmente conforme mostrado na Tabela 1 abaixo: Em outra modalidade, a bolha 40 é formada por compressão seca. Especificamente, os componentes da bolha 40 são misturados em conjunto e então copressionados em uma bolha similar o pélete que é fixada ou aderida dentro da cavidade 18 do copo de amostra 12 pelo uso de um adesivo ou cimento refratário. Alternativamente, a bolha pode ser posicionada dentro de um recesso formado em uma parede do copo de amostra.

Em tal uma modalidade, o pressionamento alcança uma trava mecânica das partículas do estabilizante de carboneto e material de liberação de hidrogênio. Como tal, um aglutinante e dispersante não são necessários. Adicionalmente, o componente retardador pode ser eliminado, de tal modo que a liberação do estabilizante de carboneto e hidrogênio ocorra relativa e rapidamente. O estabilizante de carboneto está preferencialmente presente na bolha 40 em uma quantidade de 15% a 60% em peso e o material de liberação de hidrogênio está preferencialmente presente na bolha 40 em uma quantidade de 40% a 85% com base no peso total da bolha. Mais preferencialmente, o estabilizante de carboneto está presente em uma quantidade de 25% a 55% em peso e o material de liberação de hidrogênio está presente em uma quantidade de 45% a 75% com base no peso total da bolha. Mais preferencialmente, o estabilizante de carboneto está presente em uma quantidade de 30% a 35% em peso e o material de liberação de hidrogênio está presente em uma quantidade de 65% a 70% com base no peso total da bolha.

Também, em tal uma modalidade, o peso do estabilizante de carboneto constitui preferencialmente 0,05% a 0,10% e constitui mais preferencialmente de 0,07% a 0,095% do peso de uma amostra de ferro derretido que seria contido no copo de amostra 12. Mais preferencialmente, o peso do estabilizante de carboneto constitui aproximadamente 0,074% do peso da amostra de ferro derretido. O peso do material de liberação de hidrogênio constitui preferencialmente 0,11% a 0,22% e constitui mais preferencialmente 0,13% a 0,19% do peso da amostra de ferro derretido. Mais preferencialmente, o peso do material de liberação de hidrogênio constitui aproximadamente 0,14% a 0,17% do peso da amostra de ferro derretido.

Em outra modalidade, a bolha 40 compreende somente um componente essencial, ou seja, hidróxido de telúrio como uma fonte de hidrogênio ou material de liberação de hidrogênio. Como tal, mediante o contato e reação da bolha 40 com a amostra de ferro derretido, telúrio (um elemento de estabilização de carboneto), oxigênio e hidrogênio são todos liberados do hidróxido de telúrio na amostra de ferro derretido. Preferencialmen- te, o peso do hidróxido de telúrio constitui 0,120% a 0,175% do peso da a-mostra de ferro derretido. Mais preferencialmente, o peso do hidróxido de telúrio constitui aproximadamente 0,150% do peso da amostra de ferro derretido. A formação de várias bolhas 40 em concordância com as modalidades preferenciais da presente invenção será agora descrita em mais detalhes em referência aos exemplos específicos não limitativos a seguir: Exemplos Cinco diferentes misturas de bolha exemplificadoras foram preparadas misturando-se vários materiais nas proporções mostradas nas Tabelas 2 a 6 abaixo: O estabilizante de carboneto para as Bolhas A, B e C era telúrio. A fonte de hidrogênio para as Bolhas A, B e C era hidróxido de magnésio. A fonte de hidrogênio de Bolha D era hidróxido de cálcio. A fonte de hidrogênio de Bolha E era hidróxido de telúrio. O retardador para as Bolhas A e B era caulim calcinado. O aglutinante para as Bolhas A e B era 3% em solução de água-álcool polivinílico. O dispersante para a Bolha A era citrato de trissódio.

Para as Bolhas A e B, os respectivos componentes das bolhas foram misturados em conjunto para formar as misturas de bolha fluida. Cada mistura de bolha fluida preparada foi então dispensada na cavidade de um copo de amostra de metal derretido (isto é, o copo de amostra 12 conforme descrito acima). O copo de amostra teve um módulo de fundição de aproximadamente 6 centímetros e um volume de aproximadamente 37 mililitros. O volume e peso da mistura de bolha fluida dispensada foram de aproximadamente 0,85 mililitro e aproximadamente 2,16 gramas, respectivamente. O copo de amostra com a mistura de bolha fluida dispensada no mesmo foi então permitido a secar em condições ambientes para formar uma bolha seca sólida 40 e para efetuar uma cura final do aglutinante, que, por sua vez, adere ou se liga à bolha seca 40 dentro da cavidade 18 do copo de amostra 12. O peso da bolha seca 40 sólida, resultante foi de aproximadamente 0,4% do peso da amostra de ferro derretido a ser contido no copo de amostra 12, assumindo que a cavidade de copo de amostra foi completamente preenchida.

Para as Bolhas C e D, os componentes da bolha foram misturados em conjunto e subsequentemente copressionados para formar uma bolha similar o péletes C e D. Para a Bolha E, as partículas do hidróxido de telúrio foram pressionadas em conjunto para formar a bolha similar ao pélete E. Cada uma das bolhas C, D e E foi então fixada ou aderida dentro da cavidade de um copo de amostra por um cimento refratário. O copo de amostra teve um módulo de fundição de aproximadamente 6 centímetros e um volume de aproximadamente 37 mililitros.

Cada uma das Bolhas A, B, C, D e E dispostas dentro da cavidade de um respectivo copo de amostra, foi então contatada com uma a-mostra de ferro derretido. Para cada uma das Bolhas A, B, C, D e E, as percentagens em peso dos respectivos componentes relativos ao peso da a-mostra de ferro derretido são mostradas na Tabela 7 abaixo: Para a Bolha A, em particular, a presença do hidróxido de magnésio foi constatado para permitir a reticulação do álcool de polivinila do a-glutinante sem a aplicação de nenhum tratamento térmico. Embora o álcool de polivinila tenda tipicamente a absorver umidade ambiente (e desse modo, não seria adequada para os propósitos da presente invenção), o álcool de polivinila reticulado exibe propriedades de resistência à umidade suficien- tes conforme necessário para a bolha 40. Desse modo, de forma surpreendente, uma bolha que tem propriedades superiores de resistência à umidade foi constatada de resultar da combinação particular de hidróxido de magnésio e álcool de polivinila.

Adicionalmente, para cada uma das bolhas A, B e C, tanto hidrogênio (liberado do hidróxido de magnésio) quanto telúrio foram liberados na amostra de ferro derretido. Adicionalmente, o magnésio liberado do hidróxido de magnésio foi constatado de forma surpreendente pra ser completamente neutralizado mediante a reação da bolha 40 com a amostra de ferro derretido. Como tal, o magnésio liberado não teve nenhum efeito de contaminação no ferro derretido ou interferiu com o telúrio. Em invés disso, o magnésio liberado de forma surpreendente permitiu uma solidificação branca completa do ferro derretido.

Além disso, cada uma das bolhas A, B, C, D e E foi constatada para ser resistente a alterações em níveis de hidratação. Especificamente, cada uma das bolhas A, B, C, D e E foi resistente a ganho de umidade e perda de umidade durante transporte e/ou armazenamento a longo prazo, inclusive em condições de transporte e armazenamento extremamente úmidas ou extremamente secas.

Consequentemente, nem a água absorvida do ambiente acumulada nas Bolhas A, B, C, D e E, nem nenhum tal acúmulo foi mínimo. Como resultado, quando cada uma das bolhas A A, B, C, D e E foi exposta à amostra de metal derretido, nenhuma ebulição não controlada foi eliminada ou mínima. Desse modo, a quantidade de metal derretido inicialmente derramado no copo de amostra permaneceu virtualmente inalterada durante a solidificação do metal. Como resultado, o uso das bolhas A, B, C, D e E resultou em tempos previsíveis de resfriamento/solidificação de derramamento a derramamento.

Além disso, cada uma das bolhas A, B, C, D e E não continha nenhuma umidade retida e, desse modo, não foi submetida à secagem prematura tipicamente efetuada devido a tal umidade. Desse modo, a composição de cada bolha e especificamente o teor do material de liberação de hi- drogênio, permanece virtualmente inalterada do ponto de fabricação, através do transporte e armazenamento, até o uso.

Além disso, a quantidade de estabilizante de carboneto, particularmente telúrio, necessário para alcançar a solidificação branca completa na bolha 40 é muito menor conforme comparado aos revestimentos e bolhas de técnica anterior, conforme mostrado na Tabela 8 abaixo: * Os valores "teóricos" se referem a um estado no qual o volume do copo de amostra 12 é completamente preenchido com ferro derretido.

Desse modo, as bolhas da presente invenção e os dispositivos de detecção que incluem bolhas da presente invenção podem ser usados em uma ampla faixa de temperaturas de derramamento, condições de derramamento e condições de armazenamento e transporte com excelentes resultados.

Será apreciado por aqueles versados na técnica que mudanças poderíam ser feitas às modalidades descritas acima sem se afastar do amplo conceito inventivo das mesmas. Compreende-se, portanto, que esta invenção não é limitada às modalidades particulares descritas, mas é destinada a cobrir modificações dentro do espírito e escopo da presente invenção conforme definido pelas reivindicações anexas.

Claims (20)

1. Dispositivo de detecção para metal derretido, o dispositivo compreendendo: um copo de amostra que tem uma cavidade configurada para receber uma amostra de metal derretido; e uma bolha disposta na cavidade, em que a bolha compreende um elemento de estabilização de carboneto e um material de liberação de hidrogênio que compreende um hidróxido de um metal alcalino-terroso.

2. Dispositivo de detecção, de acordo com a reivindicação 1, em que a bolha compreende adicionalmente um aglutinante.

3. Dispositivo de detecção, de acordo com a reivindicação 2, em que o aglutinante é uma solução de água-álcool polivinílico a 3%.

4. Dispositivo de detecção, de acordo com a reivindicação 1, em que o material de liberação de hidrogênio é hidróxido de magnésio.

5. Dispositivo de detecção, de acordo com a reivindicação 1, em que a bolha compreende 0,35% a 0,45% em peso com base em um peso total de uma amostra de metal derretido.

6. Dispositivo de detecção, de acordo com a reivindicação 1, em que a bolha é resistente a alterações em seu nível de hidratação durante o transporte e o armazenamento da bolha.

7. Dispositivo de detecção, de acordo com a reivindicação 1, em que a bolha compreende adicionalmente um retardador que resiste à reação da bolha mediante o contato com metal derretido.

8. Bolha para uso na detecção de temperaturas de alteração de fase de uma amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido, em que a bolha compreende um estabilizante de carboneto, hidróxido de magnésio como um material de liberação de hidrogênio, um retardador que resiste à reação da bolha mediante o contato com uma amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido e um aglutinante.

9. Bolha, de acordo com a reivindicação 8, em que o estabilizante de carboneto compreende 7% a 37% em peso com base em um peso total da bolha.

10. Bolha, de acordo com a reivindicação 8, em que o estabili-zante de carboneto é telúrio.

11. Bolha, de acordo com a reivindicação 8, em que o hidróxido de magnésio compreende 15% a 54% em peso com base em um peso total da bolha.

12. Bolha, de acordo com a reivindicação 8, em que o aglutinan-te compreende uma solução de água-álcool polivinílico a 3%.

13. Bolha, de acordo com a reivindicação 12, em que a solução de água-álcool polivinílico a 3% compreende 1% a 4% em peso com base em um peso total da bolha.

14. Bolha, de acordo com a reivindicação 8, a bolha sendo resistente a alterações em seu nível de hidratação durante o transporte e o armazenamento da bolha.

15. Bolha para uso na detecção de temperaturas de alteração de fase de uma amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido, em que a bolha compreende telúrio em uma quantidade de 15% a 60% em peso com base em um peso total da bolha e hidróxido de magnésio em uma quantidade de 40% a 85% em peso com base no peso total da bolha, em que a bolha é resistente a ganho de umidade e perda de umidade durante o transporte e o armazenamento.

16. Bolha, de acordo com a reivindicação 15, em que o telúrio está presente em uma quantidade de 0,05% a 0,10% em peso com base em um peso total de uma amostra de ferro derretido e o hidróxido de magnésio está presente em uma quantidade de 0,11% a 0,22% em peso com base no peso total da amostra de ferro derretido.

17. Método de detecção de temperaturas de alteração de fase de uma amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido, em que o método compreende as etapas de: fornecer um dispositivo de detecção que inclui um sensor de temperatura e um copo de amostra com uma cavidade configurada para receber uma amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido; dispor uma bolha na cavidade, em que a bolha compreende um estabilizante de carboneto e hidróxido de magnésio como um material de liberação de hidrogênio; depositar uma amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido na cavidade, em que a bolha reage com a amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido mediante o contato com isso, de tal modo que o hidrogênio seja liberado a partir do hidróxido de magnésio na amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido; e permitir que a amostra de ferro derretido ou ferro fundido derretido se solidifique durante a medição simultânea de temperaturas de alteração de fase da amostra solidificante.

18. Método de fabricação de uma bolha para uso na detecção de temperaturas de alteração de fase de uma amostra de metal derretido, em que o método compreende: formar uma mistura de bolha fluida que compreende um estabilizante de carboneto e hidróxido de magnésio como um material de liberação de hidrogênio; fornecer um dispositivo de detecção que inclui um copo de a-mostra com uma cavidade configurada para receber uma amostra de metal derretido; depositar a mistura de bolha fluida na cavidade; e secar a mistura de bolha fluida para formar uma bolha.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, em que o estabilizante de carboneto compreende 5% a 25% em peso com base em um peso total da mistura de bolha fluida e compreende 7% a 37% em peso com base em um peso total da bolha.

20. Método, de acordo com a reivindicação 18, em que o hidróxido de magnésio compreende 10% a 37% em peso com base em um peso total da mistura de bolha fluida e compreende 15% a 54% em peso com base em um peso total da bolha.