BR112015014591B1 - mistura de material de molde, e, método de produção de moldes ou machos de fundição - Google Patents
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Abstract
1 / 1 resumo âmistura de material de molde, mãtodo de produãão de moldes ou nãcleos de fundiãão, molde ou nãcleo, uso da mistura de material de molde, e, sistema multicomponente para produãão de moldes ou nãcleosâ a invenã§ã£o se refere a misturas de material de molde contendo um ã³xido de alumãnio e um ã³xido de zircã´nio como um ã³xido de metal misto particulado, em combinaã§ã£o com materiais bases de moldes refratã¡rios e um sistema de ligante a base de vidro lãquido. as misturas de material de molde, tambã©m na forma de sistemas multicomponentes, sã£o usadas para a produã§ã£o de moldes e nãºcleos para a indãºstria de fundiã§ã£o.
Description
“MISTURA DE MATERIAL DE MOLDE, E, MÉTODO DE PRODUÇÃO DE MOLDES OU MACHOS DE FUNDIÇÃO”
Campo da Invenção [001] A invenção se refere a misturas de material de molde contendo um óxido de alumínio e um óxido de zircônio como um óxido de metal misto particulado, em combinação materiais bases de molde refratários e um sistema de ligante a base de silicato de sódio. O óxido de metal misto particulado no sentido da invenção é uma mistura de pelo menos dois óxidos, uma mistura de pelo menos um óxido misto e pelo menos um óxido ou uma mistura de óxidos mistos. Esses óxidos de metal mistos apresentam pouca ou nenhuma tendência de reagir com silicato de sódio alcalino à temperatura ambiente. As misturas de material de molde, também na forma de sistemas multicomponentes, são usadas para a produção de moldes e machos para a indústria de fundição.
Tecnologia Anterior [002] Moldes de fundição consistem essencialmente em conjuntos de moldes e machos, que representam as formas negativas da peça fundida a ser produzida. Esses machos e moldes consistem em um material refratário, por exemplo, areia de quartzo, e um ligante adequado, que confere resistência mecânica adequada ao molde de fundição depois da remoção da ferramenta de moldagem. Portanto, um material base de molde refratário envelopado com um ligante adequado é usado para a produção de moldes de fundição. O material base de molde refratário é preferivelmente usado na forma fluida, de maneira que ele pode ser cheio em um molde oco adequado e compactado nele. O ligante produz coesão firme entre as partículas do material base de molde, de forma que o molde de fundição atingirá a estabilidade mecânica exigida.
[003] Moldes de fundição têm que atender várias exigências.
Durante o processo de fundição real, eles primeiramente têm que apresentar
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 10/57 / 41 resistência e estabilidade térmica adequadas para acomodar o metal líquido no molde oco que consiste em um ou mais moldes de lingotamento (parciais). Depois do início do processo de solidificação, a estabilidade mecânica da peça fundida é garantida por uma camada de metal solidificado que forma ao longo das paredes do molde de fundição. O material do molde de fundição tem agora que decompor pela influência do calor liberado pelo metal, de forma que ele perca sua resistência mecânica, e assim a coesão entre partículas individuais do material refratário é anulada. No caso ideal, o molde de fundição se decompõe novamente em areia fina, que pode ser facilmente removida da peça fundida.
[004] Recentemente, além do mais, existe uma demanda cada vez maior para que ao máximo possível nenhuma poluição do ar na forma de CO2 ou hidrocarbonetos seja liberada durante a produção da peça fundida e resfriamento, a fim de proteger o ambiente e limitar o incômodo do odor no ambiente por causa de hidrocarbonetos (principalmente aromáticos). Para atender essas demandas, nos últimos anos, foram desenvolvidos, ou adicionalmente desenvolvidos, sistemas de ligantes inorgânicos, cujo uso possibilita evitar a emissão de CO2 e hidrocarbonetos durante a produção de moldes de metal, ou pelo menos minimizá-la. Entretanto, o uso de sistemas de ligantes inorgânicos frequentemente implica em outros inconvenientes, que serão descritos com detalhes nos comentários seguintes.
[005] Ligantes inorgânicos, em comparação com ligantes orgânicos, têm o inconveniente de que os moldes de fundição produzidos a partir deles têm resistência relativamente baixa. Isto é particularmente perceptível imediatamente depois da remoção do molde de fundição da ferramenta. Boas resistências neste momento, entretanto, são particularmente importantes para a produção de moldagens complicadas e/ou de parede fina e seu manuseio seguro. A resistência a umidade atmosférica é também distintamente menor, comparada com ligantes orgânicos.
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 11/57 / 41 [006] DE 102004042535 A1 (US 7770629 B2) revela que maiores resistências iniciais e maior resistência a umidade atmosférica podem ser conseguidas pelo uso de um material base de molde refratário, um ligante a base de silicato de sódio e uma fração de um óxido de metal particulado selecionado do grupo de dióxido de silício, óxido de alumínio, óxido de titânio e óxido de zinco. Um detalhe extra é o uso de dióxido de silício amorfo particulado.
[007] Sistemas de ligantes inorgânicos têm o inconveniente adicional comparados com sistemas de ligantes orgânicos de que moldes de fundição produzidos a partir deles frequentemente levam a acentuadas adesões e penetrações de areia na peça fundida, que é associado com consideráveis esforços de limpeza e assim maiores custos para as fundições.
[008] Além do mais, o comportamento de desmoldagem, isto é, a capacidade de o molde de fundição desintegrar rapidamente (mediante aplicação de tensão mecânica) em uma forma fluida depois da fundição de metal é frequentemente menos satisfatório no caso de moldes de fundição produzidos de materiais puramente inorgânicos (por exemplo, aqueles usando silicato de sódio como um ligante) do que no caso de moldes de fundição produzidos com um ligante orgânico. Esta propriedade citada por último, pior comportamento de desmoldagem, é especialmente desvantajosa quando moldes de fundição de parede fina ou delicados ou complexos, que são teoricamente difíceis de remover depois que o vazamento é completado, são usados. Por exemplo, os assim denominados machos de camisa de água, que são necessários para produzir certas áreas em motores de combustão interna, podem ser mencionados.
[009] É também conhecido que componentes orgânicos que passam por pirólise ou reação pela influência do metal quente e assim, por um lado, facilitam a desintegração do molde de fundição depois da fundição pela formação de poros e, por outro lado, podem levar a superfícies de fundição
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 12/57 / 41 melhoradas, podem ser adicionados na mistura de material de molde. Entretanto, o uso de componentes orgânicos em misturas de material de molde leva a emissão de CO2 e outros produtos da pirólise durante vazamento.
[0010] US 3203057 revela misturas de material de molde consistindo em um material refratário fino, um ligante líquido, em que este é especialmente uma solução de silicato alcalino, e uma substância ativa contendo Al2O3, que melhora o comportamento de desmoldagem do molde de fundição depois da fundição de metal. Substâncias ativas contendo Al2O3 são definidas como óxido de alumínio puro, óxidos mistos conhecidos tais como aluminossilicatos, minerais de argila tal como bentonita ou montmorilonita, substâncias ativas contendo Al2O3 de ocorrência natural tal como bauxita e outros minerais tais como cimento e caolin. As substâncias ativas contendo Al2O3 são descritas aqui apenas de uma maneira muito geral, e não existe informação precisa de quais dessas substâncias são particularmente bem adequadas para a capacidade de desmoldagem do molde de fundição, o tempo de processamento da mistura de material de molde, ou qualidade superficial de fundição das peças fundidas em questão.
[0011] US 4233076 revela misturas de material de molde consistindo em areia, um ligante de silicato alcalino, pelo menos um agente de cura selecionado do grupo de carbonato de alquileno, um ácido monocarboxílico ou dicarboxílico orgânico ou um metil éster deste, ácido n- ou dicarboxílico ou o metil éster deste, dióxido de carbono ou escória de alto forno, e uma substância contendo Al2O3 deste, cuja distribuição de tamanho de partícula médio cai entre 0,2 e 5 pm.
[0012] É descrito que o sólido contendo óxido de alumínio preferivelmente tem uma área superficial BET entre 3 e 40 m2/g. Al2O3-3 H2O é revelado como preferido.
[0013] JP 4920794 B1 revela misturas de material de molde
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 13/57 / 41 consistindo em uma areia de fundição, um ligante de silicato alcalino e esferóides amorfos feitos de óxido de alumínio esférico acídico. Esses esferóides amorfos supostamente agem como os assim chamados “superplastificantes” e suportam cura, finalmente resultando em maior resistência.
Problemas com a Tecnologia Anterior e Declaração do Problema [0014] Os sistemas de ligantes inorgânicos conhecidos até então com propósitos de fundição ainda deixam ambiente para melhoria. Em particular, é desejável desenvolver um sistema de ligante inorgânico que:
(a) não permite ou permite pelo menos uma quantidade distintamente reduzida de emissões de CO2 e produtos orgânicos da pirólise, hidrocarbonetos gasosos e/ou aerossol, por exemplo, aromáticos, formem durante fundição de metal, (b) atinge um nível apropriado de resistência, que é necessário em processos de fabricação automatizados, resistência a quente e resistência depois do armazenamento especialmente adequadas, (c) torna possível uma qualidade superficial muito boa da peça fundida (mesmo sem o uso de revestimentos refratários, de forma que não é necessário pós-processamento ou pelo menos somente ligeiro pós processamento, (d) leva a boas características de desintegração do molde de fundição depois da fundição de metal, de forma que a peça fundida em questão pode ser removida do molde de fundição facilmente e sem resíduos, (e) no caso de cura a quente e/ou cura por CO2, permite o maior tempo de processamento possível da mistura de material de molde produzida com ele, e (f) com um material base de molde, produz uma mistura de material de molde fluida, de forma que moldes de fundição com geometria complexa tornam-se possíveis.
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 14/57 / 41 [0015] Portanto, a invenção foi baseada na tarefa de suprir uma mistura de material de molde para produzir moldes de fundição para processamento de metal que atende as exigências acima descritas (a)-(f).
[0016] Em particular, a mistura de material de molde de acordo com a invenção é caracterizada pelo fato de que melhora a superfície de fundição das peças fundidas em questão sem lançar mão da adição de aditivos orgânicos. Esta observação pode ser feita especialmente na fundição de ferro e aço, mas também na fundição de metais leves e metais não ferrosos.
Sumário Da Invenção [0017] As exigências acima descritas são satisfeitas com uma mistura de material de molde com os recursos das reivindicações independentes. Modalidades adicionais vantajosas da mistura de material de molde de acordo com a invenção formam a matéria objeto das reivindicações dependentes ou são descritas a seguir.
[0018] Surpreendentemente, observou-se que a adição de óxidos de alumínio e zircônio particulados, particularmente junto com dióxido de silício particulado amorfo, na mistura de material de molde, possibilita produzir moldes de fundição baseados em ligantes inorgânicos que apresentam alta resistência tanto imediatamente depois da produção quanto com armazenamento prolongado. Uma vantagem particular baseia-se no fato de que, depois da fundição de metal, uma peça fundida, particularmente feita de ferro ou aço, com qualidade superficial muito alta, é obtida, de forma que, depois da remoção do molde de fundição, é necessário apenas pouco ou mesmo nenhum pós-processamento da superfície da peça fundida.
[0019] A qualidade superficial da peça fundida em questão feita de ferro ou aço é algumas vezes nivelada com aquelas superfícies que podem ser produzidas com a ajuda de moldes de fundição organicamente ligados revestidos com uma camada refratária. Um revestimento refratário pode ser conseguido com as assim chamadas engomaduras, que têm que ser aplicadas
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 15/57 / 41 nos moldes de fundição depois que eles são produzidos. A vantagem da mistura de material de molde produzida de acordo com a invenção assim baseia-se no fato de que para muitas geometrias de fundição um processo de revestimento pode ser eliminado, que significa substanciais reduções de custo para as respectivas fundições.
[0020] A mistura de material de molde preferivelmente não contém nenhum componente orgânico, de forma que não ocorrem emissões de CO2 e outros produtos da pirólise. Por este motivo, a poluição, particularmente no local de trabalho, pelas emissões que são prejudiciais à saúde pode ser reduzida.
[0021] O uso da mistura de material de molde de acordo com a invenção também contribui para reduzir emissões prejudiciais ao clima (por CO2 e outros produtos orgânicos da pirólise).
[0022] A mistura de material de molde de acordo com a invenção para produzir moldes de fundição para processamento de metal compreende pelo menos:
a) um material base de molde refratário;
b) um ligante inorgânico; e
c) pelo menos um óxido de metal misto particulado, em que o óxido de metal misto particulado:
- pelo menos um óxido misto particulado;
- é uma mistura particulada de pelo menos dois óxidos; ou
- pelo menos um óxido misto particulado está presente junto com pelo menos um óxido particulado adicional, e o óxido de metal misto particulado compreende pelo menos um óxido de alumínio e pelo menos um óxido de zircônio.
[0023] O óxido de metal misto particulado não tem ou tem pelo menos muito baixa reatividade com o ligante inorgânico, particularmente o silicato de sódio alcalino.
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Descrição Detalhada Da Invenção [0024] Os materiais usuais podem ser usados como material base de molde refratário para produzir moldes de fundição. Os seguintes, por exemplo, são adequados: areia de quartzo ou minério de cromo, olivina, vermiculita, bauxita e argila refratária, particularmente mais de 50 % em peso de areia de quartzo com base no material base de molde refratário. Não é necessário usar exclusivamente areia nova. Certamente, para economizar recursos e evitar custos de aterro de lixo é ainda vantajoso usar a mais alta fração possível de areia usada regenerada. O material base de molde refratário preferivelmente constitui mais de 80 % em peso, particularmente mais de 90 % em peso da mistura de material de molde.
[0025] Uma areia regenerada adequada é descrita, por exemplo, em
WO 2008/101668 (= US 2010/173767 A1). São também adequados regenerados obtidos por lavagem e em seguida secagem. Utilizáveis, mas menos preferidos, são regenerados obtidos por tratamento puramente mecânico. Como uma regra, o regenerado pode substituir pelo menos cerca de 70 % em peso da areia nova (no material base de molde refratário), preferivelmente pelo menos cerca de 80 % em peso e em particular preferivelmente pelo menos cerca de 90 % em peso.
[0026] Regenerados do material base de molde refratário que foram aquecidos a uma temperatura de pelo menos 200°C para regeneração e particularmente que mudaram durante este tratamento térmico são preferidos.
[0027] Além do mais, materiais de molde sintéticos podem também ser usados como materiais bases de moldes refratários, por exemplo, microesferas de vidro, granulado de vidro, ou os materiais bases de molde cerâmicos esféricos ou microesferas ocas de silicato de alumínio (assim denominadas microesferas) conhecidas como “Cerabeads” ou “Carboaccucast”. Tais microesferas ocas de silicato de alumínio são vendidas, por exemplo, pela Omega Minerals Germany GmbH, Norderstedt, em vários
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 17/57 / 41 graus com diferentes teores de óxido de alumínio com o nome ”OmegaSpheres”. Produtos correspondentes são disponíveis, por exemplo, pela PQ Corporation (USA) com o nome de “ExtendoSpheres”.
[0028] O diâmetro médio dos materiais bases de moldes refratários como uma regra é entre 100 μιιι e 600 gm, preferivelmente entre 120 gm e 550 μιιι e em particular preferivelmente entre 150 gm e 500 μιιι. O tamanho de partícula médio pode ser determinado, por exemplo, por análise de peneira de acordo com DIN 66165 (Parte 2) com peneiras analíticas da DIN ISO 3310-1. Particularmente preferidas são formas de partícula com razões da maior dimensão longitudinal para a menor dimensão longitudinal (em direções espaciais arbitrárias) de 1:1 a 1:5 ou 1:1 a 1:3, isto é, aquelas que não são, por exemplo, fibrosas.
[0029] Em experimentos de fundição, particularmente com alumínio, observou-se que materiais bases de molde sintéticos, especialmente microesferas de vidro, granulado de vidro ou microesferas, podem contribuir para criar superfícies de fundição mais lisas. Neste caso, não é necessário produzir todo o material base de molde a partir do material base de molde sintético. A fração preferida do material base de molde sintético é pelo menos cerca de 3 % em peso, vantajosamente pelo menos em peso, em especial vantajosamente pelo menos 10 % em peso, preferivelmente pelo menos cerca de 15 % em peso, e em particular preferivelmente pelo menos cerca de 20 % em peso, com base na quantidade total do material base de molde refratário.
[0030] O material base de molde refratário preferivelmente tem um estado fluido, particularmente para permitir processamento da mistura de material de molde de acordo com a invenção em máquinas de jateamento de macho convencionais.
[0031] Os silicatos de sódio como ligantes inorgânicos contêm silicatos alcalinos dissolvidos e podem ser produzidos dissolvendo silicatos de lítio, sódio e/ou potássio em água. O silicato de sódio preferivelmente tem
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 18/57 / 41 uma fração molar S1O2/M2O na faixa de 1,6 a 4,0, particularmente 2,0 a menos que 3,5, em que M representa lítio, sódio ou potássio. Os ligantes podem também ser baseados em silicatos de sódio que contêm mais de um dos íons alcalinos mencionados, tais como os silicatos de sódio modificados com lítio conhecidos pela DE 2652421 A1 (= GB1532847 A). Além do mais, os silicatos de sódio podem também conter íons multivalentes, por exemplo, os silicatos de sódio modificados com Al descritos em EP 2305603 A1 (= WO 2011/042132 A1). Silicatos de sódio modificados com B são também possíveis. Os silicatos de sódio têm uma fração de sólidos na faixa de 25 a 65 % em peso, preferivelmente de 30 a 60 % em peso. A fração de sólidos é baseada na quantidade de SiO2 e M2O contida no silicato de sódio. Dependendo da aplicação e do nível de resistência desejado, entre 0,5 % em peso e 5 % em peso do ligante a base de silicato de sódio são usados, preferivelmente entre 0,75 % em peso e 4 % em peso, em particular preferivelmente entre 1 % em peso e 3,5 % em peso, em cada caso com base no material base de molde. As declarações são baseadas na quantidade total do ligante de silicato de sódio, incluindo o solvente ou diluente (particularmente aquoso) e a fração de sólidos, se houver (=100%).
[0032] Observou-se surpreendentemente que, pela adição dos óxidos de metal particulados supramencionados na mistura de material de molde, podem ser produzidos moldes de fundição baseados em ligantes inorgânicos que não somente têm alta resistência imediatamente depois da produção e depois de armazenamento prolongado, mas que também resultam em boa qualidade superficial das peças fundidas, especialmente aquelas feitas de ferro e aço. Óxidos de metal mistos particulados contendo, em cada caso, além de um óxido de alumínio, um óxido de zircônio, não somente incluem óxidos de alumínio e óxidos de zircônio puros, mas também óxidos mistos, tais como silicatos de alumínio e óxido de zircônio, ou misturas de materiais heterogêneos, isto é, mistura de materiais consistindo em diversas fases, que,
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 19/57 / 41 entre outras coisas, consistem em um ou diversos sólidos ou fases contendo óxido de alumínio e contendo óxido de zircônio.
[0033] O óxido de metal particulado de acordo com a invenção é preferivelmente selecionado de um ou mais membros do grupo de a) corundum mais dióxido de zircônio, b) mulita de zircônio, c) corundum zircônio e d) silicatos de alumínio mais dióxido de zircônio e pode também opcionalmente conter óxidos de metais adicionais. No caso de um material não amorfo (isto é, cristalinidade ou cristalinidade parcial está presente), os silicatos de alumínio são preferivelmente nesossilicatos, isto é, as frações SiO4 (tetraédricas) contidas na estrutura não são acopladas diretamente umas nas outras (nenhuma ligação Si-O-Si); em vez disso, ligações das frações SiO4 tetraédrico com um ou mais átomos Al (Si-O-Al) estão presentes. Na estrutura dos nesossilicatos reivindicados aqui, os átomos Al estão presentes em 4, 5 e/ou 6 vezes coordenação com átomos de oxigênio. Representativos típicos desses nesossilicatos são (de acordo com Sistemaatik der Minerale nach Strunz [Strunz Mineralogical Tables], 9th ed.), por exemplo, mulita (incluindo mulita fundida e mulita sinterizada, bem como Mulita contendo ZrO2), silimanita e outros elementos do grupo silimanita (por exemplo, cianita ou andalusita), em que em particular preferivelmente cianita do grupo silimanita é usada. Particularmente preferidos são um silicato de alumínio amorfo (sem ser um com uma estrutura de silicato em camadas) com mais de 50 % atômica de átomos de alumínio com base no total de todos os átomos de silício e alumínio e similarmente contendo zircônio/óxido de zircônio ou uma poeira contendo óxido de alumínio, que é produzida como um subproduto da produção de zircônio - corundum e será descrito com mais detalhes a seguir.
[0034] Silicato de alumínio no sentido desta invenção é definido como óxidos mistos de alumínio-silício, isto é, incluindo alumossilicatos e aluminossilictados.
[0035] A finura dos óxidos de metal mistos particulados de acordo
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 20/57 / 41 com a invenção pode ser determinada por peneiramento. Tipicamente, o resíduo que não passa através de uma peneira de tamanho de malha 75 pm (malha 200) não chega a mais que cerca de 50 % em peso, preferivelmente não mais que cerca de 30 % em peso, mais preferivelmente não mais que cerca de 20 % em peso e em particular preferivelmente não mais que cerca de 15 % em peso.
[0036] O resíduo da peneira é determinado por análise de peneira de acordo com DIN 66165 (Parte 2) usando um método de classificação por máquina, em que, de acordo com uma modalidade, não são usados auxiliares de peneiramento, e, de acordo com uma outra modalidade, um anel de corrente é também usado como um auxiliar de peneiramento.
[0037] A forma de partícula dos óxidos de metal mistos particulados pode basicamente ser qualquer forma, por exemplo, fibrosa, irregular, quina viva, floculado, borda arredondada ou redonda. Preferivelmente, entretanto, formas de partícula de borda arredondada ou redonda são preferidas. Em particular preferivelmente, formas de partícula redondas são usadas, em que essas podem ser elipsoidais ou esféricas - esféricas são preferidas aqui.
[0038] A razão da maior dimensão longitudinal para a menor dimensão longitudinal das respectivas formas de partícula (para todas as direções no espaço) é preferivelmente menos que 10:1, em particular preferivelmente menos que 5:1 e em particular preferivelmente menos que 3:1. Uma vez que formas de partícula esféricas são especialmente vantajosas, uma razão da maior dimensão longitudinal para a menor dimensão longitudinal de 1,1:1 a 1:1 é ideal.
[0039] O tamanho de partícula primária médio dos óxidos de metal mistos particulados de acordo com a invenção que pode ser determinado com formação de imagem SEM e avaliação gráfica é tipicamente maior que 0,01 pm e preferivelmente maior que 0,02 um. Este tamanho de partícula é também tipicamente menos que 50 pm, preferivelmente menos que 20 pm,
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13/41 em particular preferivelmente menos que 10 pm e em especial preferivelmente menos que 5 pm.
[0040] Além do mais, a superfície específica média dos óxidos de metal mistos particulados foi determinada usando medições de absorção de gás (método BET) de acordo com DIN 66131. A superfície específica desta substância é tipicamente menos que 50 m2/g, preferivelmente menos que 30 m2/g, em particular preferivelmente menos que 17 m2/g. A superfície específica desta substância é tipicamente maior que 0,1 m2/g, preferivelmente maior que 0,5 m2/g, e em particular preferivelmente maior que 1 m2/g.
[0041] O dióxido de zircônio pode estar presente na modificação tetragonal ou monoclínica.
[0042] Em particular preferivelmente, especialmente para produzir superfícies de fundição lisas, é usado um óxido de metal misto particulado que se forma como um subproduto na produção de corundum - zircônio e será descrito com mais detalhes a seguir. Os principais constituintes desta poeira são AI2O3, ZrÜ2 e S1O2, em que esses óxidos podem estar presentes em várias modificações do óxido puro ou na forma de óxidos mistos.
[0043] A fração de alumínio, calculada como AI2O3, no óxido de metal particulado ou na poeira, é vantajosamente maior que 25 % em peso, preferivelmente maior que 30 % em peso, em particular preferivelmente maior que 35 % em peso e em especial preferivelmente maior que 40 % em peso. A fração de alumínio, calculada como AI2O3, no óxido de metal misto particulado ou na poeira é normalmente menos que 80 % em peso, preferivelmente menos que 70 % em peso, em particular preferivelmente menos que 65 % em peso e em especial preferivelmente menos que 60 % em peso.
[0044] A fração de zircônio calculada como Ζ1Ό2 no óxido de metal misto particulado ou na poeira é vantajosamente maior que 2 % em peso, preferivelmente maior que 4 % em peso, em particular preferivelmente maior
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 22/57 / 41 que 8 % em peso. A fração de zircônio calculada como ZrO2 no óxido de metal misto particulado ou na poeira é normalmente menos que 50 % em peso, preferivelmente menos que 40 % em peso e em particular preferivelmente menos que 30 % em peso.
[0045] A fração de silício (sem ser óxido de silício amorfo particulado), calculada como SiO2, no óxido de metal misto particulado ou na poeira, quando presente, é vantajosamente maior que 5 % em peso, preferivelmente maior que 15 % em peso, e em particular preferivelmente maior que 20 % em peso. A fração de silício calculada como SiO2 no óxido de metal particulado ou na poeira é normalmente menos que 60 % em peso, preferivelmente menos que 50 % em peso e em particular preferivelmente menos que 45 % em peso. Outros óxidos podem também estar presentes como contaminantes no óxido de metal misto particulado ou na poeira, por exemplo, Fe2O3, Na2O, TiO2, MgO e CaO. A fração desses contaminantes de acordo com uma modalidade é normalmente menos que 12 % em peso, preferivelmente menos que 8 % em peso e em particular preferivelmente menos que 4 % em peso.
[0046] O alumínio está presente em diversas fases na poeira heterogênea da produção de corundum - zircônio. Corundum (a-ABO?) pode ser determinado claramente como a fase cristalina por difratometria de pó de raios-X. Tais medições podem ser feitas, por exemplo, em um difratômetro de proteção inerente da PANalytical (X'pert PW3040), equipado com um monocromador primário e um detector sensível a posição. Pequenas quantidades de mulita sintética cristalina (aproximadamente Al2.iSi0,6Oi.8) podem similarmente ser encontradas usando este método.
[0047] Além dessas fases encontradas por difratometria de pó de raios-X, medições NMR de estado sólido de 27Al indicam que fases contendo alumínio adicionais estão presentes, que, de acordo com as conjecturas dos inventores, são amorfas. Tais medições podem ser feitas, por exemplo, usando
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15/41 um espectrômetro BRUKER AVANCE DSX 500 (densidade de fluxo magnético 11.74 Tesla) com a técnica Magic-Angle-Spinning (MAS, cerca de 25 kHz).
[0048] Com imagens de microscópio eletrônico de varredura (Imagens SEM produzidas, por exemplo, com Nova NanoSEM 230 da FEI), detalhes da forma de partícula primária podem ser visualizados até na ordem de magnitude de 0,01 pm. Além de partículas com quinas vivas e irregulares, um grande número de partículas esféricas foi identificado, que apresenta um baixo grau de aglomeração e/ou intercrescimento umas com as outras.
[0049] O tamanho de partícula primária médio das partículas esféricas pode ser determinado por Imagens SEM (por análise gráfica) e pode chegar entre 0,01 pm e 10 pm, especialmente entre 0,02 pm e 5 pm, em particular preferivelmente entre 0,02 pm e 2 pm. Por meio da unidade EDX integrada no microscópio eletrônico de varredura, a composição elementar das partículas esféricas pode ser determinada por análise de raios-X de energia dispersiva. A detecção de elétrons secundários foi realizada por um detector SE em lente (TLD-SE). A análise de raios-X de energia dispersiva foi realizada por um sistema EDAX. Observou-se, durante este estudo, que a maioria das partículas esféricas consiste em silicato de alumínio.
[0050] Os inventores sugerem, sem ficar ligados pela teoria, que essas partículas de silicato de alumínio esféricas são amorfas e que a presença de tais partículas na mistura de material de molde tem um efeito vantajoso na compactação destas e na qualidade superficial da peça fundida correspondente. Isto é observado tanto em peça fundida de ferro e aço quanto em peça fundida de alumínio, e portanto, o uso desta poeira contendo óxido de alumínio e óxido de zircônio provenientes da produção de corundum zircônio é particularmente preferido.
[0051 ] O óxido de metal misto particulado de acordo com a invenção relativo à fração de óxidos ou óxidos mistos compreendendo pelo menos um
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 24/57 / 41 óxido de alumínio e pelo menos um óxido de zircônio é entre 0,05 % em peso e 2,0 % em peso, preferivelmente entre 0,1 % em peso e 2,0 % em peso, em particular preferivelmente entre 0,1 % em peso e 1,5 % em peso e em especial preferivelmente entre 0,2 % em peso e 1,2 % em peso ou mesmo entre 0,2 % em peso e 0,8 % em peso na composição do material de molde, em cada caso com base no material base de molde, é adicionado na composição do material de molde nas frações citadas.
[0052] Em uma modalidade preferida adicional, uma fração de um
SiO2 amorfo particulado pode ser adicionada na mistura de material de molde de acordo com a invenção para aumentar a resistência dos moldes de fundição produzidos com tais misturas de material de molde. Um aumento na resistência dos moldes de fundição, particularmente um aumento na resistência a quente, pode ser vantajoso no processo de fabricação automático. O dióxido de silício amorfo particulado vantajosamente tem um tamanho de partícula de menos que 300 pm, preferivelmente menos que 200 pm, em particular preferivelmente menos que 100 pm, e tem, por exemplo, um tamanho de partícula primária médio de entre 0,05 pm e 10 pm.
[0053] O tamanho de partícula pode ser determinado por análise de peneira. Em particular preferivelmente o resíduo da classificação em uma peneira com um tamanho de malha de 63 pm é menos que 10 % em peso, preferivelmente menos que 8 % em peso.
[0054] A determinação do tamanho de partícula do resíduo da classificação é feita por análise de peneira de acordo com DIN 66165 (Parte 2) usando um método de classificação mecânica, em que, de acordo com uma modalidade, não são usados auxiliares de peneiramento e, de acordo com uma outra modalidade, um anel de corrente é também usado como um auxiliar de peneiramento. O tamanho de partícula primária é determinado por dispersão de luz dinâmica e pode ser verificado por SEM.
[0055] O dióxido de silício amorfo particulado pode ser adicionado
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 25/57 / 41 como parte do óxido de metal misto particulado, ou separadamente. Independentemente, deve-se entender que as declarações feitas aqui relativas à concentração do óxido de metal misto particulado e o dióxido de silício amorfo particulado são realizadas sem o outro componente respectivamente. Em caso de dúvida, os componentes têm que ser calculados.
[0056] O SiO2 amorfo preferivelmente usado de acordo com a presente invenção tem um teor de água de menos que 15 % em peso, especialmente menos que 5 % em peso e em particular preferivelmente menos que 1 % em peso. Em particular, o SiO2 amorfo é adicionado como um pó.
[0057] O SiO2 amorfo usado pode ser sílicas sinteticamente produzidas ou de ocorrência natural. Entretanto, estes últimos, conhecidos, por exemplo, pela DE 102007045649, não são preferidos, uma vez que, como uma regra, eles contêm frações cristalinas substanciais e, portanto, são classificados como carcinogênicos. SiO2 amorfo sintético é definido como material de ocorrência não natural, isto é, sua produção compreende uma reação química, por exemplo, a produção de sols de sílica por processos de troca iônica a partir de soluções de silicato alcalino, a precipitação a partir de soluções de silicatos alcalinos, a hidrólise por chama de tetracloreto de silício, a redução de areia de quartzo com coque em um forno a arco elétrico durante a produção de ferrossilício e silício. O SiO2 amorfo produzido de acordo com os dois métodos mencionados por último é também conhecido como SiO2 pirogênico.
[0058] Algumas vezes, SiO2 amorfo sintético é definido somente como sílica precipitada (CAS-No. 112926-00-8) e SiO2 produzido por hidrólise por chama (Sílica Pirogênica, Sílica Fumada, CAS No. 112945-525), ao passo que o produto produzido durante a fabricação de ferrosilício ou silício é meramente designado como SiO2 amorfo (Sílica Fumada, Microssílica, CAS No. 69012-64-12). Com o propósito da presente invenção, o produto obtido durante a produção de ferrossilício ou silício também será
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18/41 denominado SiO2 amorfo.
[0059] SiO2 precipitado e pirogênico, isto é, este último produzido por hidrólise por chama ou em um forno a arco elétrico, são preferivelmente usados. Em especial preferivelmente usado é SiO2 amorfo produzido por degradação térmica de ZrSiCU (cf. DE 102012020509: a fração zircônia é adicionada como ZiO2 ao óxido de metal misto particulado, e a outra fração ao dióxido de silício amorfo) e SiO2 produzido por oxidação de Si metálico usando gases contendo oxigênio (cf. DE 102012020510). Também preferido é gás de quartzo em pó (principalmente SiO2 amorfo), produzido a partir de quartzo cristalino por fusão e resfriamento rápido, de forma que as partículas estão presentes na forma esférica, e não na forma irregular (cf. DE 102012020511). O tamanho de partícula primária médio do dióxido de silício amorfo sintético pode ser entre 0,05 pm e 10 μηι, particularmente entre 0,1 pm e 5 pm, em particular preferivelmente entre 0,1 pm e 2 pm. O tamanho de partícula primária pode ser determinado, por exemplo, usando dispersão de luz dinâmica (por exemplo, Horiba LA 950) e verificado por formação de imagem por microscópio eletrônico de varredura (Imagens SEM, por exemplo, com Nova NanoSEM 230 da FEI). Além do mais, detalhes da forma de partícula primária podem ser visualizados até na ordem de magnitude de 0,01 pm usando formação de imagem SEM. Para as medições SEM, as amostras de SiO2 foram dispersas em água destilada e então aplicadas em um suporte de alumínio ligado a uma tira de cobre antes da evaporação da água.
[0060] Além do mais, a superfície específica do dióxido de silício amorfo sintético foi determinada usando medições de absorção de gás (método BET) de acordo com DIN 66131. A superfície específica do SiO2 amorfo sintético é entre 1 e 200 m2/g, particularmente entre 1 e 50 m2/g, em particular preferivelmente entre 1 e 30 m2/g. Opcionalmente, os produtos podem também ser misturados, por exemplo, para obter seletivamente misturas com certas distribuições de tamanho de partícula.
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 27/57 / 41 [0061] A pureza do S1O2 amorfo pode variar bastante, dependendo do método de produção e do produtor. Tipos adequados foram considerados aqueles contendo pelo menos 85 % em peso de SiO2, preferivelmente pelo menos 90 % em peso e em particular preferivelmente pelo menos 95 % em peso.
[0062] Dependendo do uso e da resistência desejada, entre 0,1 % em peso e 2 % em peso do SiO2 amorfo particulado é usado, preferivelmente entre 0,1 % em peso e 1.8 % em peso, em particular preferivelmente entre 0,1 % em peso e 1,5 % em peso, em cada caso com base no material base de molde.
[0063] A razão de ligante de silicato de sódio para óxido de metal misto particulado e SiO2 amorfo se presente pode ser variada em amplos limites. Isto proporciona a vantagem de melhorar bastante as resistências iniciais dos machos, isto é, a resistência imediatamente depois da remoção da ferramenta, sem afetar substancialmente as resistências finais.
[0064] Isto é de grande interesse especialmente em fundição de metal leve. Por um lado, altas resistências iniciais são desejadas a fim de poder transportar os machos ou combiná-los em pacotes de macho totais sem problemas imediatamente depois de sua produção e, por outro lado, as resistências finais não devem ser muito altas, a fim de evitar problemas durante desintegração do macho depois do vazamento, isto é, o material base de molde deve ser capaz de ser removido das cavidades do molde de fundição sem problemas imediatamente depois da fundição.
[0065] Com base no peso do ligante (incluindo diluente e solvente), o
SiO2 amorfo está preferivelmente presente a uma fração de 2 a 60% em peso, em particular preferivelmente de 3 a 55% em peso e em especial preferivelmente entre 4 e 50% em peso, ou em particular preferivelmente com base na razão da fração de sólidos do silicato de sódio para SiO2 amorfo de 10:1 a 1:1.2 (partes em peso).
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 28/57 / 41 [0066] A adição do S1O2 amorfo de acordo com EP 1802409 B1 pode ocorrer tanto antes quanto depois da adição de ligante, diretamente no material refratário, mas também, como descrito em EP 1884300 A1 (= US 2008/029240 A1), primeiro uma pré-mistura de SiO2 com pelo menos uma parte do ligante ou hidróxido de sódio pode ser produzida e esta pode então ser misturada no material refratário. O ligante ou fração de ligante que pode ainda estar presente e que não foi usado para a pré-mistura pode ser adicionado no material refratário antes ou depois da adição da pré-mistura, ou junto com esta. Preferivelmente, o SiO2 amorfo é adicionado no material refratário antes da adição de ligante.
[0067] Em uma modalidade adicional, sulfato de bário pode ser adicionado na mistura de material de molde (DE 102012104934) para melhorar ainda mais a superfície da peça fundida, especialmente em fundição de metal leve, por exemplo, fundição de alumínio. O sulfato de bário pode ser sulfato de bário sinteticamente produzido, bem como natural, isto é, ele pode ser adicionado na forma de minerais contendo sulfato de bário, tal como espato pesado ou barita. Sulfato de bário sinteticamente produzido (também denominado Blanc Fixe) é produzido, por exemplo, com a ajuda de uma reação de precipitação.
[0068] Com este propósito, compostos de bário normalmente solúveis (sais de bário) são dissolvidos em água. Então o sulfato de bário pouco solúvel é precipitado pela adição de sais de sulfato solúveis (por exemplo, sulfato de sódio) ou ácido sulfúrico. O sulfato de bário precipitado é filtrado, seco e possivelmente moído.
[0069] Sulfato de bário natural é obtido como o minério bruto e então processado por vários métodos (por exemplo, classificação por densidade, moagem, etc.). Preferivelmente, o sulfato de bário tem uma pureza de mais de 85 % em peso, em particular preferivelmente de mais de 90 % em peso. O sulfato de bário naturalmente obtido pode, por exemplo, conter fluoreto de
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 29/57 / 41 cálcio como um contaminante. A fração de fluoreto de cálcio pode tipicamente ser cerca de 5% com base no total peso do sulfato de bário natural.
[0070] O tamanho de partícula médio do sulfato de bário para ser usado de acordo com a invenção é preferivelmente entre 0,1 pm e 90 pm. A distribuição de tamanho de partícula pode ser determinada, por exemplo, usando dispersão de luz dinâmica (por exemplo, Horiba LA 950).
[0071] Preferivelmente, o resíduo da classificação em uma peneira com um tamanho de malha de 45 pm é menos que 20 % em peso, em particular preferivelmente menos que 10 % em peso, em especial preferivelmente menos que 5 % em peso. O resíduo da classificação é determinado por análise de peneira de acordo com DIN 66165 (Parte 2) usando um método de classificação por máquina, em que, de acordo com uma modalidade, não são usados auxiliares de classificação e, de acordo com uma outra modalidade, um anel de corrente é adicionalmente usado como um auxiliar de peneiramento.
[0072] O sulfato de bário é preferivelmente adicionado em uma quantidade de 0,02 a 5,0 % em peso, em particular preferivelmente 0,05 a 3,0 % em peso, em particular preferivelmente 0,1 a 2,0 % em peso ou 0,3 a 0,99 % em peso, em cada caso com base na mistura de material de molde total.
[0073] De acordo com uma modalidade adicional, outras substâncias caracterizadas por baixa molhagem com alumínio fundido podem ser adicionadas na mistura de material de molde de acordo com a invenção, por exemplo, nitreto de boro.
[0074] Uma mistura de substâncias como esta com baixa molhabilidade, contendo sulfato de bário, entre outras substâncias, como um agente de baixa molhabilidade, pode similarmente levar a uma superfície da peça fundida lisa isenta de adesão de areia. Com base na quantidade total de substâncias de pouca ou nenhuma molhabilidade, a fração do sulfato de bário
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 30/57 / 41 deve ser maior que 5 % em peso, preferivelmente maior que 10 % em peso, em particular preferivelmente maior que 20 % em peso ou maior que 60 % em peso. O limite superior é sulfato de bário puro; neste caso, a fração dos sulfatos de bário nas substâncias não molháveis é 100 % em peso. A mistura de substâncias com pouca ou nenhuma molhabilidade é preferivelmente adicionada em uma quantidade de 0,02 a 5,0 % em peso, em particular preferivelmente 0,05 a 3,0 % em peso, em particular preferivelmente 0,1 a 2,0 % em peso ou 0,3 a 0,99 % em peso, em cada caso com base na mistura de material de molde.
[0075] Em uma modalidade adicional, a mistura de material de molde de acordo com a invenção pode compreender um composto contendo fósforo. Esta adição é preferida no caso de seções de parede muito fina de um molde de fundição. Ela preferivelmente compreende compostos de fósforo inorgânico, nos quais o fósforo está preferivelmente presente no estado de oxidação +5. Pela adição de compostos contendo fósforo, a estabilidade do molde de fundição pode ser aumentada ainda mais. Isto é particularmente importante quando o metal líquido colide em uma superfície inclinada durante fundição de metal e exerce um alto efeito erosivo em virtude da alta pressão metalostática ou pode levar a deformações de particularmente em seções de parede fina do molde de fundição.
[0076] O composto contendo fósforo é preferivelmente presente na forma de um fosfato ou óxido de fósforo. O fosfato pode estar presente como um fosfato de metal alcalino ou alcalino terroso, em que fosfatos de metal alcalino e especialmente os sais de sódio destes são preferidos.
[0077] Teoricamente, fosfatos de amônio ou fosfatos de outros íons metálicos podem também ser usados. Os fosfatos de metal alcalino ou alcalino terroso citados como preferidos, entretanto, são facilmente disponíveis em qualquer quantidade desejada a um custo razoável.
[0078] Fosfatos de íons metálicos de maior valência, particularmente
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 31/57 / 41 íons metálicos trivalentes, não são preferidos. Observou-se que, quando tais fosfatos de íons metálicos de maior valência, particularmente íons metálicos trivalentes, são usados, o tempo de processamento da mistura de material de molde é reduzido. Se o composto contendo fósforo da mistura de material de molde for adicionado na forma de um óxido de fósforo, o óxido de fósforo é preferivelmente na forma de pentóxido de fósforo. Entretanto, trióxido de fósforo e tetróxido de fósforo podem também estar usados.
[0079] Ortofosfatos, bem como polifosfatos, pirofosfatos ou metafosfatos, podem também ser usados como fosfatos. Os fosfatos podem, por exemplo, ser produzidos por neutralização dos ácidos correspondentes com uma base correspondente, por exemplo, uma base de metal alcalino, tal como NaOH, ou opcionalmente também uma base de metal alcalino terroso, em que nem todas a cargas negativas do fosfato precisam ser saturadas com íons metálicos.
[0080] Fosfatos de metal bem como metal hidrogeno fosfatos e metal di-hidrogeno fosfatos podem ser usados, por exemplo, Na3PO4, Na2HPO4 e NaH2PO4. Os fosfatos anidros bem como hidratos dos fosfatos podem ser usados. Os fosfatos podem ser introduzidos na mistura de material de molde na forma cristalina ou amorfa.
[0081] Polifosfatos são particularmente definidos como fosfatos lineares que contêm mais de um átomo de fósforo, em que os átomos de fósforo são ligados entre si por pontes de oxigênio. Polifosfatos são obtidos por condensação de íons de ortofosfato com divisão de água, de forma que uma cadeia linear de tetraedos de PO4 conectados uns nos outros por meio de suas quinas é obtida. Polifosfatos têm a fórmula geral (O(PO3)n)(n+2), em que n corresponde ao comprimento da cadeia. Um polifosfato pode compreender até centenas de tetraedos de PO4. Entretanto, polifosfatos com menores comprimentos de cadeia são preferivelmente usados. Preferivelmente, n tem valores de 2 a 100, em particular preferivelmente 5 a 50. Polifosfatos mais
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 32/57 / 41 altamente condensados podem também ser usados, isto é, polifosfatos nos quais os tetraedos de PO4 são ligados entre si em mais de das quinas e, portanto, apresentam polimerização em duas ou três dimensões.
[0082] Metafosfatos são definidos como estruturas cíclicas constituídas de tetraedos de PO4 conectados entre si por suas quinas. Metafosfatos têm a fórmula geral ((PO3)n)n-, em que n é pelo menos 3. Preferivelmente n tem valores de 3 a 10, [0083] Tanto fosfatos quanto misturas individuais de vários fosfatos e/ou óxido de fósforos podem ser usados.
[0084] A fração preferida do composto contendo fósforo, com base no material base de molde refratário, é entre 0,05 e 1,0 % em peso. Em uma fração de menos que 0,05 % em peso, não é observado nenhum efeito definido na estabilidade dimensional do molde de fundição. Se a fração fosfato exceder 1,0 % em peso, a resistência a quente do molde de fundição diminui bastante. Preferivelmente, a fração do composto contendo fósforo é selecionada entre 0,1 e 0,5 % em peso.
[0085] O composto inorgânico contendo fósforo preferivelmente contém entre 40 e 90 % em peso, em particular preferivelmente entre 50 e 80 % em peso de fósforo, calculada como P2O5. O composto contendo fósforo em si pode ser adicionado na mistura de material de molde na forma sólida ou dissolvida. Preferivelmente, o composto contendo fósforo é adicionado na mistura de material de molde como um sólido. Se o composto contendo fósforo for adicionado na forma dissolvida, água é preferida como o solvente. Observou-se, como uma vantagem adicional à adição de um composto contendo fósforo nas misturas de material de molde para produzir moldes de fundição, que os moldes apresentam muito boa desintegração depois da fundição de metal. Isto é verdade para metais que exigem menores temperaturas de fundição, tais como metais leves, particularmente alumínio. No caso de fundição de ferro, temperaturas acima de 1.200 °C afetam o molde
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 33/57 / 41 de fundição, de forma que existe um maior risco de vitrificação do molde de fundição e assim deterioração das características.
[0086] Em uma modalidade adicional, compostos orgânicos (de acordo com EP 1 802 409 B1 e WO 2008/046651) podem ser adicionados na mistura de material de molde de acordo com a invenção. A adição de pequenas quantidades de compostos orgânicos pode ser vantajosa para aplicações específicas - por exemplo, para regular a expansão térmica da mistura curada de material de molde. Entretanto, uma adição como esta não é preferida, uma vez que isto é novamente associado com emissões de CO2 e outros produtos da pirólise.
[0087] Ligantes que contêm água em geral apresentam inferior fluidez, comparados com ligantes baseados em solventes orgânicos. Isto significa que ferramentas de moldagem com passagens estreitas e múltiplas mudanças de direções não podem ser igualmente cheias. Em decorrência disto, os machos podem ter seções com compactação inadequada, que, por sua vez, pode resultar em erros de fundição durante vazamento. De acordo com uma modalidade vantajosa, a mistura de material de molde de acordo com a invenção contém uma fração de lubrificantes tipo flocos, particularmente grafite ou MoS2. Surpreendentemente, observou-se que, mediante adição de tais lubrificantes, particularmente grafite, mesmo moldes complexos com seções de parede fina podem ser produzidos, em que os moldes de fundição continuamente têm uma alta densidade e resistência uniformes, de forma que essencialmente nenhum defeito de fundição foi observado durante a fundição. A quantidade de lubrificante tipo flocos adicionado, particularmente grafite, preferivelmente chega a 0,05 a 1 % em peso, em particular preferivelmente 0,05 a 0,5 % em peso, com base no material base de molde.
[0088] Além do mais, substâncias de superfície ativa podem ser usadas, particularmente, agentes tensoativos, para melhorar a fluidez da mistura de material de molde. Representativos apropriados desses compostos
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 34/57 / 41 são descritos, por exemplo, em WO 2009/056320 (= US 2010/0326620 A1). Particularmente, agentes tensoativos com grupos sulfato ou sulfonato podem ser mencionados aqui.
[0089] Uma substância de superfície ativa é definida como uma substância que pode formar uma camada monomolecular em uma superfície aquosa, e assim, por exemplo, é capaz de formar uma membrana. Além do mais, uma substância de superfície ativa reduz a tensão superficial da água. Substâncias de superfície ativas adequadas são, por exemplo, óleos de silicone.
[0090] Em particular preferivelmente a substância de superfície ativa é um agente tensoativo. Agentes tensoativos compreendem uma parte hidrofílica (cabeça) e uma parte hidrofóbica comprida (cauda) que são suficientemente balanceadas em suas características a ponto de que os agentes tensoativos, por exemplo, podem formar micelas em uma fase aquosa ou podem tornar enriquecidos na interface.
[0091] Inerentemente, todas classes de agentes tensoativos podem ser usadas na mistura de material de molde de acordo com a invenção. Além dos agentes tensoativos aniônicos, agentes tensoativos não aniônicos, agentes tensoativos catiônicos e agentes tensoativos anfotéricos podem também ser usados.
[0092] Exemplos de agentes tensoativos não iônicos são, por exemplo, álcoois, aminas ou ácidos de cadeia longa etoxilados ou propoxilados, tais como etoxilados de álcool graxo, etoxilados de alquilfenol, etoxilados de amina graxa, etoxilados de ácido graxo, os propoxilados correspondentes ou agentes tensoativos de açúcar, por exemplo, poliglicosídeos a base de álcool graxo. Os álcoois graxos preferivelmente compreendem 8 a 20 átomos de carbono. Agentes tensoativos catiônicos adequados são compostos de alquilamônio e compostos de imidazolínio.
[0093] Preferivelmente, agentes tensoativos aniônicos são usados para
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 35/57 / 41 a mistura de material de molde de acordo com a invenção. Como um grupo hidrofílico polar, o agente tensoativo aniônico preferivelmente compreende um grupo sulfato, sulfonato, fosfato ou carboxilato, em que grupos sulfato e fosfato são particularmente preferidos. Se agentes tensoativos aniônicos contendo grupo sulfato forem usados, preferivelmente os monoesteres dos sulfatos são usados. Se grupos fosfato forem usados como o grupo polar do agente tensoativo aniônico, os mono e diesteres de ácido ortofosfórico são particularmente preferidos.
[0094] Os agentes tensoativos usados na mistura de material de molde de acordo com a invenção têm em comum o fato de que a parte hidrofóbica não polar (cauda) é preferivelmente formada por grupos alquila, arila e/ou aralquila que preferivelmente compreendem mais de 6 átomos de carbono, em particular preferivelmente 8 a 20 átomos de carbono. A parte hidrofóbica pode ter tanto cadeias lineares quanto estruturas ramificadas. Similarmente, misturas de vários agentes tensoativos podem ser usadas. Agentes tensoativos aniônicos particularmente preferidos são selecionados do grupo de sulfatos de oleila, sulfato de estearila, sulfato de palmitila, sulfato de miristila, sulfato de laurila, sulfato de decila, sulfato de octila, sulfato de 2-etilexila, sulfato de 2etiloctila, sulfato de 2-etildecila, sulfato de palmitoleila, sulfato de linolila, sulfonato de laurila, sulfonato de 2-etildecila, sulfonato de palmitila, sulfonato de estearila, sulfonato de 2-etilstearila, sulfonato de linoíla, fosfato de hexila, fosfato de 2-etilexila, fosfato de caprila, fosfato de laurila, fosfato de miristila, fosfato de palmitila, fosfato de palmitoleila, fosfato de oleíla, fosfato de estearila, hidroxifosfato de poli-(1,2-etanedil)-fenol, fosfato de poli-(1,2etanedil)-estearil, e fosfato de poli-(1,2-etanedil)-oleíla.
[0095] Na mistura de material de molde de acordo com a invenção, a substância de superfície ativa pura, com base no peso do material base de molde refratário, está preferivelmente presente em uma fração de 0,001 a 1 % em peso, em particular preferivelmente 0,01 a 0,2 % em peso.
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Frequentemente, tais substâncias de superfície ativa são vendidas comercialmente como soluções 20% a 80%. Neste caso, as soluções aquosas das substâncias de superfície ativa são particularmente preferidas.
[0096] Basicamente, a substância de superfície ativa pode ser adicionada na mistura de material de molde na forma dissolvida, por exemplo, no ligante, como um componente separado ou por meio de um componente sólido que funciona como um material carreador, por exemplo, em um aditivo. Em particular preferivelmente, a substância de superfície ativa é dissolvida no ligante.
[0097] Além dos constituintes mencionados, a mistura de material de molde de acordo com a invenção pode compreender aditivos adicionais. Por exemplo, agentes de liberação interna podem ser adicionados para facilitar o descolamento dos moldes de fundição da ferramenta de moldagem. Agentes de liberação interna adequados são, por exemplo, estearato de cálcio, ésteres de ácido graxo, ceras, resinas naturais ou resinas de alquida especiais.
[0098] Além do mais, silanos podem também ser adicionados na mistura de material de molde de acordo com a invenção para aumentar a estabilidade dos moldes e machos contra alta umidade atmosférica e/ou contra revestimentos de molde a base de água. De acordo com uma modalidade preferida adicional, a mistura de material de molde de acordo com a invenção contém uma fração de pelo menos um silano. Silanos adequados são, por exemplo, aminossilanos, epoxissilanos, mercaptosilanos, hidroxissilanos e ureidossilanos. Exemplos de silanos adequados são aminopropiltrimetoxissilano, hidroxipropiltrimetoxissilano, 3ureidopropiltrietoxissilano, mercaptopropiltrimetoxissilano, glicidiloxipropiltrimetoxissilano, (3,4-epoxicloexil)trimetoxissilano e N(aminoetil)-aminopropiltrimetoxissilano. Com base no ligante, tipicamente 0,1 a 2 % em peso de silano é usado, preferivelmente 0,1 a 1 % em peso. Aditivos adequados adicionais são silicatos de metal alcalino, por exemplo,
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 37/57 / 41 metilsilicato de potássio, dos quais 0,5 a 15 % em peso, preferivelmente 1 a 10 % em peso e em particular preferivelmente 1 a 5 % em peso com base no ligante podem ser usados. Se a mistura de material de molde contiver silanos e/ou silicatos de álcali de metila, eles são normalmente adicionados incorporando-se no ligante de antemão. Entretanto, eles podem também ser adicionados no material de moldagem como componentes separados.
[0099] A mistura de material de molde de acordo com a invenção representa uma mistura intensiva pelo menos dos constituintes mencionados. As partículas do material base de molde refratário são preferivelmente revestidas com uma camada do ligante. Coesão firme entre as partículas do material base de molde refratário pode ser conseguida evaporando a água presente no ligante (cerca de 40-70 % em peso, com base no peso do ligante). [00100] A despeito das altas resistências obteníveis com o sistema de ligante de acordo com a invenção, depois do vazamento, os moldes de fundição produzidos com a mistura de material de molde de acordo com a invenção apresentam desintegração surpreendentemente boa, de forma que a mistura de material de molde pode facilmente ser vazada, mesmo de seções constritas e anguladas do molde de fundição novamente depois da fundição. Os moldes produzidos da mistura de material de molde de acordo com a invenção são em geral adequados para fundição de metais, por exemplo, metais leves, metais não ferrosos ou metais ferrosos. Entretanto, a mistura de material de molde de acordo com a invenção é especialmente adequada para a fundição de metais ferrosos.
[00101] A invenção adicionalmente se refere a um método para produzir moldes de fundição para processamento de metal usando a mistura de material de molde de acordo com a invenção. O método de acordo com a invenção compreende as etapas de:
• Preparar a mistura de material de molde acima descrita;
• Moldar a mistura de material de molde;
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 38/57 / 41 • Curar a mistura de material de molde moldada, mediante o que o molde de fundição curado é obtido.
[00102] A mistura de material de molde é preferivelmente preparada na forma de um sistema multicomponentes compreendendo pelo menos os seguintes componentes (A) e (B) e opcionalmente (F), existindo espacialmente separados um do outro:
(A) um componente de aditivo pulverizado compreendendo pelo menos:
- um óxido de metal misto particulado, em que o óxido de metal misto particulado
- pelo menos um óxido de metal particulado; ou
- é uma mistura particulada de pelo menos dois óxidos; ou
- pelo menos um óxido misto particulado está presente junto com pelo menos um óxido particulado adicional ou além de pelo menos um outro óxido misto particulado, e o óxido de metal misto particulado compreende pelo menos um óxido de alumínio e pelo menos um óxido de zircônio; e
- nenhum silicato de sódio;
(B) um componente ligante líquido (B) compreendendo pelo menos:
- silicato de sódio contendo água; e, opcionalmente, (F) um componente refratário fluido (F) compreendendo:
- um material base de molde refratário, e
- nenhum silicato de sódio.
[00103] Cada qual dos constituintes adicionais dos componentes é definido com mais detalhes a seguir. Especificamente, os constituintes adicionais previamente mencionados podem preferivelmente ser associados com os componentes (A), (B) e (F) seguintes:
[00104] Componente (A) (componente aditivo): SiO2 amorfo
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 39/57 / 41 particulado, sulfato de bário, composto contendo fósforo (como sólido), compostos orgânicos;
[00105] Componente (B) (componente ligante): agentes tensoativos; composto contendo fósforo (se solúvel em água);
[00106] Componente (F) (componente refratário): materiais de molde sintéticos.
[00107] Usando o sistema multicomponentes, as misturas de material de molde podem ser produzidas combinando os componentes nas quantidades exigidas ou suprindo os componentes com as quantidades exigidas dos constituintes definidos mais especificamente de antemão.
[00108] Na produção da mistura de material de molde de acordo com a invenção, o procedimento no geral seguido é que primeiro o material base de molde refratário é colocado no vaso, e então o ligante é adicionado com agitação. Neste processo, o silicato de sódio e o óxido de metal misto particulado de acordo com a invenção podem inerentemente ser adicionados em ordem arbitrária.
[00109] Os aditivos descritos anteriormente podem inerentemente ser adicionados na mistura de material de molde em qualquer forma desejada. Eles podem ser introduzidos individualmente, ou como uma mistura. De acordo com uma modalidade preferida, o ligante é preparado como um sistema de dois componentes, em que um primeiro componente líquido contém o silicato de sódio e opcionalmente (vide antes) e um segundo componente sólido compreende o óxido de metal misto particulado de acordo com a invenção com opcionalmente um ou mais dos componentes acima descritos, dióxido de silício amorfo sintético, carboidrato, fosfatos e preferivelmente lubrificante tipo floco e/ou sulfato de bário, especialmente dióxido de silício amorfo sintético.
[00110] Na produção da mistura de material de molde, o material base de molde refratário é colocado em um misturador e então preferivelmente
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 40/57 / 41 primeiro o(s) componente(s) sólido(s) na forma de óxidos de metal misto particulado, e opcionalmente dióxido de silício amorfo, sulfato de bário ou sólidos pulverizados adicionais são adicionados e misturados com o material base de molde refratário.
[00111] A duração da mistura é selecionada de maneira tal que ocorra mistura íntima do material base de molde refratário e sólido adicionado. A duração da mistura depende da quantidade da mistura de material de molde a ser preparada e do aparelho de mistura usado. Preferivelmente, a duração da mistura é escolhida entre 1 e 5 minutos. Então, preferivelmente com continuidade de agitação da mistura, o componente líquido do ligante é adicionado e então a mistura é misturada adicionalmente até que uma camada uniforme do ligante tenha sido formada nos grânulos do material base de molde refratário. Aqui, também, a duração da mistura depende da quantidade da mistura de material de molde a ser produzida e do aparelho de mistura usado. Preferivelmente, a duração do processo de mistura é selecionada entre 1 e 5 minutos. Um componente líquido é definido tanto como uma mistura de vários componentes líquidos quanto a totalidade de todos os componentes líquidos individuais, em que estes podem também ser adicionados individualmente. Similarmente, um componente sólido é definido tanto como a mistura de componentes sólidos individuais quanto a totalidade de todos os componentes sólidos acima descritos, em que estes podem ser adicionados na mistura de material de molde individualmente, ou um por um. De acordo com uma outra modalidade, primeiro o componente líquido do ligante pode ser adicionado no material base de molde refratário e somente depois o componente sólido pode ser adicionado na mistura. De acordo com uma modalidade adicional, primeiro 0,05 a 0,3% de água, com base no peso do material base de molde, é adicionado no material base de molde refratário, e somente depois são adicionados os componentes sólidos e líquidos do ligante.
[00112] Nesta modalidade, um efeito surpreendentemente positivo no
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 41/57 / 41 tempo de processamento da mistura de material de molde pode ser conseguido. Os inventores consideram que o efeito de extração de água do componente sólido do ligante é reduzido desta maneira, e o processo de cura total é correspondentemente atrasado. A mistura de material de molde é então levada para a forma desejada. Neste processo, a moldagem usual é usada. Por exemplo, a mistura de material de molde pode ser aplicada na ferramenta de moldagem com uma máquina de jateamento de macho usando ar comprimido. A mistura de material de molde é então totalmente curada, em que todos os métodos conhecidos para ligantes a base de silicato de sódio podem ser usados, por exemplo, cura a quente, gaseificação com CO2 ou ar ou uma combinação de ambos e cura com catalisadores líquidos ou sólidos.
[00113] Em cura a quente na qual a mistura de material de molde é exposta a uma temperatura de 100 °C a 300, preferivelmente 120 a 250 °C. Durante cura a quente, água é extraída da mistura de material de molde. Em decorrência disto, acredita-se que reações de condensação são também iniciadas entre grupos silanol, de forma que ocorre reticulação dos silicatos de sódio.
[00114] Por exemplo, aquecimento pode ocorrer em uma ferramenta de moldagem, preferivelmente com uma temperatura de 100 a 300 °C, em particular preferivelmente uma temperatura de 120 a 250 °C. É possível curar o molde de fundição completamente, mesmo na ferramenta de moldagem. Entretanto, é também possível resfriar somente as áreas exteriores do molde de fundição, de forma que ele tenha resistência adequada para ser removido da ferramenta de moldagem. O molde de fundição pode então ser curado completamente extraindo água adicional. Isto pode ser feito, por exemplo, em um forno. A extração de água pode também ocorrer, por exemplo, extraindo a água sob baixa pressão.
[00115] A cura dos moldes de fundição pode ser acelerada soprando ar aquecido na ferramenta de moldagem. Nesta modalidade do método, remoção
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 42/57 / 41 da água contida no ligante é feita, de forma que o molde de fundição é consolidado em períodos de tempo adequados para aplicação industrial. A temperatura do ar soprado é preferivelmente 100 °C a 180 °C, em particular preferivelmente 120 °C a 150 °C.
[00116] A velocidade de fluxo do ar aquecido é preferivelmente ajustada de maneira tal que a cura do molde de fundição em períodos de tempo adequados para aplicação industrial é conseguida. Os períodos de tempo dependem do tamanho dos moldes de fundição produzidos. Cura em menos que 5 minutos, preferivelmente menos que 2 minutos, é desejada. Entretanto, no caso de moldes de fundição muito grandes, maiores períodos de tempo podem ser necessários.
[00117] A remoção da água da mistura de material de molde pode também ser conseguida aquecendo a mistura de material de molde por irradiação de micro-ondas. Entretanto, irradiação de micro-ondas é preferivelmente feita depois que o molde de fundição tiver sido removido da ferramenta de moldagem.
[00118] Com este propósito, entretanto, o molde de fundição já tem resistência adequada. Como foi previamente explicado, isto pode ser conseguido, por exemplo, se pelo menos uma casca externa do molde de fundição já estiver curada na ferramenta de moldagem.
[00119] Os métodos de acordo com a invenção são inerentemente adequados para a produção de todos os moldes de fundição costumeiramente empregados para fundição de metal, assim, por exemplo, de machos e moldes. [00120] Os moldes de fundição produzidos a partir da mistura de material de molde de acordo com a invenção ou com o método de acordo com a invenção apresentam alta resistência imediatamente depois da produção, sem que a resistência dos moldes de fundição depois da cura seja tão alta a ponto de que ocorram dificuldades durante a remoção do molde de fundição depois da produção da peça fundida. Além do mais, esses moldes de fundição
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 43/57 / 41 apresentam alta estabilidade na presença de elevada umidade atmosférica, isto é, surpreendentemente os moldes de fundição podem também ser armazenados sem problemas por longos períodos de tempo. Como uma vantagem, o molde de fundição apresenta uma estabilidade muito alta sob carregamento mecânico, de forma que, mesmo seções de parede fina do molde de fundição podem ser implementadas sem ser deformadas pela pressão metalostática no processo de fundição. Assim, um objetivo adicional da invenção é um molde de fundição que foi obtido pelo método acima descrito de acordo com a invenção.
[00121] A seguir, a invenção será explicada com base nos exemplos, sem ficar limitada a estes.
Exemplos
Efeitos de vários pós contendo óxido de alumínio na resistência ao dobramento e no tempo de processamento [00122] Para testar uma mistura de material de molde, as assim chamadas barras de teste de Georg Fischer foram produzidas. Barras de teste de Georg Fischer são barras de teste de seção transversal retangular com dimensões de 150 mm x 22,36 mm x 22,36 mm. As composições das misturas de material de molde são mostradas na Tabela 1. O procedimento seguinte foi usado para produzir as barras de teste de Georg Fischer:
• Os componentes listados na Tabela 1 foram misturados em um misturador de pás de laboratório (Vogel & Schemmann AG, Hagen, DE). Primeiro, a areia de quartzo foi colocada no misturador e o silicato de sódio foi adicionado com agitação. O silicato de sódio usado foi um silicato de sódio de sódio que continha frações de potássio. Nas tabelas seguintes, portanto, a fração molar é dada como SiO2:M2O, em que M é a soma de sódio e potássio. Depois que a mistura foi agitada por um minuto, opcionalmente SiO2 amorfo e/ou sulfato de bário foi adicionado continuando com agitação. A mistura foi então agitada por mais um minuto.
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 44/57 / 41 • As misturas de material de molde foram transferidas para o depósito de armazenamento de uma máquina de jateamento de macho H 2.5 Hot-Box da Roperwerk - GieBereimaschinen GmbH, Viersen, DE, cuja ferramenta de moldagem foi aquecida a 180 °C.
• As misturas de material de molde foram introduzidas na ferramenta de moldagem usando ar comprimido (0,5 mPa) e permaneceram na ferramenta de moldagem por mais 35 segundos.
• Para acelerar a cura das misturas, durante os últimos 20 segundos, ar quente (0,2 mPa, 100°C na entrada da ferramenta) foi circulado na ferramenta de moldagem.
• A ferramenta de moldagem foi aberta e as barras de teste removidas.
[00123] Para determinar a resistência ao dobramento, as barras de teste foram colocadas em um aparelho de teste de resistência Georg Fischer equipado com um dispositivo de dobramento de 3 pontos (DISA Industries AG, Schaffhausen, CH) e a força que faz com que as barras de teste se rompam foi medida. As resistências ao dobramento foram medidas depois do plano seguinte:
• 10 segundos depois da remoção (resistência a quente) • 1 hora depois da remoção (resistência a frio) • 10 segundos depois da remoção (resistência a quente) da mistura de material de molde armazenada por 1 h (sem troca de ar).
• 10 segundos depois da remoção (resistência a quente) da mistura de material de molde armazenada por 2 h (sem troca de ar). Resultado [00124] Comparação da resistência ao dobramento de misturas 1.01 e 1.02 mostra que tanto a resistência a quente quanto a resistência a frio são aumentadas pela adição de um pó de SiO2 amorfo. Isto está em acordo com a tecnologia anterior descrita em DE 102004042535 A1.
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 45/57 / 41 [00125] Comparação da mistura 1.02 com misturas 1.03 a 1.09 indica claramente que pó contendo óxido de alumínio não de acordo com a invenção leva a piores resistências ou reduz o tempo de processamento da mistura de material de molde (cf. valores de resistência da mistura 1.08). Por outro lado, misturas 1.10 a 1.13 de acordo com a invenção mostram que existe pouco ou nenhum efeito nas resistências. O tempo de processamento (maior que 2 h) é também adequado.
Tabela 1
Composições das misturas de material de molde
| Areia de quartzo H32 | Silicato de sódio alcalino | SiÜ2 Amorfo | Aditivo | ||
| 1.01 | 100 PBW | 2,0 PBW a) | - | - | Comparação |
| 1.02 | 100 PBW | 2,0 PBW a) | 0,5 PBW b) | - | Comparação |
| 1.03 | 100 PBW | 2,0 PBW a) | 0,5 PBW b) | 0,5 PBW c) | Comparação |
| 1.04 | 100 PBW | 2,0 PBW a) | 0,5 PBW b) | 0,5 PBW d) | Comparação |
| 1.05 | 100 PBW | 2,0 PBW a) | 0,5 PBW b) | 0,5 PBW e) | Comparação |
| 1.06 | 100 PBW | 2,0 PBW a) | 0,5 PBW b) | 0,5 PBW f) | Comparação |
| 1.07 | 100 PBW | 2,0 PBW a) | 0,5 PBW b) | 0,5 PBW g) | Comparação |
| 1.08 | 100 PBW | 2,0 PBW a) | 0,5 PBW b) | 0,5 PBW h) | Comparação |
| 1.09 | 100 PBW | 2,0 PBW a) | 0,5 PBW b) | 0,5 PBW l) | acc. to invent. |
| 1.10 | 100 PBW | 2,0 PBW a) | 0,5 PBW b) | 0,5 PBW m) | acc. to invent. |
PBW = partes em peso; comparação = não de acordo com a invenção; acc. to invent. = de acordo com a invenção [00126] Os sobrescritos na Tabela 1 têm os seguintes respectivos significados:
a) Silicato de sódio alcalino com uma fração SiO2:M2O em peso de cerca de 2,1, com base no silicato de sódio total, teor de sólidos de cerca de 35%
b) Microssílica branca GHL DL971W (SiO2 amorfo, silício RW GmbH; formado durante a fabricação metalúrgica de silício em um forno a arco elétrico)
c) AEROXIDE Alu 130 (óxido de alumínio pirogênico com uma área superficial BET de 130 m2/g; Evonik Industries AG)
d) AEROXIDE Alu 65 (óxido de alumínio pirogênico com uma área superficial BET de von 65 m2/g; Evonik Industries AG)
e) ARGICAL-M 1000 (metacaolin, calc. caolin, material
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 46/57 / 41 amorfo consistindo em partículas lamelares, área superficial BET de von 17 m2/g; AGS Mineraux (IMERYS))
f) ARGICAL-M 1200S (metacaolin, calc. caolin, amorfo material consistindo em partículas lamelares, área superficial BET de 19 m2/g; AGS Mineraux (IMERYS))
g) Caolin FP 80 moído (Área superficial BET de 19 m2/g; Dorfner)
h) ARGICAL C88 R (caolinita, Área superficial BET de 13 m2/g; AGS Mineraux (IMERYS))
i) ALODUR FZM S (mulita de zircônia especial, Treibacher Schleifmittel)
j) ALODUR ZKSF (subproduto tipo poeira da produção de corundum - zircônio, Treibacher Schleifmittel)
Tabela 2
Resistência ao dobramento
| Resistência a quente [N/cm2] | Resistências depois 1 h [N/cm2] | Resistências a quente (PT 1 h) [N/cm2] | Resistência a quente (PT 2 h) [N/cm2] | ||
| 1.01 | 90 | 410 | - | - | Comparação |
| 1.02 | 150 | 470 | 145 | 150 | Comparação |
| 1.03 | 55 | 200 | Comparação | ||
| 1.04 | 75 | 210 | Comparação | ||
| 1.05 | 115 | 310 | Comparação | ||
| 1.06 | 75 | 270 | Comparação | ||
| 1.07 | 105 | 250 | Comparação | ||
| 1.08 | 130 | 340 | 110 | 100 | Comparação |
| 1.09 | 145 | 465 | 150 | 140 | acc. to invent. |
| 1.10 | 165 | 470 | 140 | 165 | acc. to invent. |
PT = tempo de processamento; - = nicht bestimmt; Comparação = não de acordo com a invenção; acc. to invent. = de acordo com a invenção
Melhoria da superfície da peça fundida [00127] Os efeitos de óxidos de metal particulados de acordo com a invenção na superfície da peça fundida foram investigados. O procedimento seguinte foi usado:
• Os assim chamados machos escalonados foram produzidos. Suas formas e dimensões são mostradas nas Fig. 1 e 2. Fig. 1 mostra uma vista lateral, especificando as alturas escalonadas em mm na figura e o
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 47/57 / 41 diâmetro externo dos escalonamentos para a direita deste (primeiro valor de diâmetro escalonado a seguir, segundo valor de diâmetro escalonado acima). [00128] Na Fig. 2, o macho escalonado está mostrado pelo topo. A produção foi feita usando uma máquina de jateamento de macho Hot-Box, cuja ferramenta de moldagem foi aquecida a 180°C. A mistura de material de molde foi introduzida na ferramenta de moldagem sob pressão e, para acelerar a cura a quente, ar quente foi circulado através da mistura de material de molde) usando as misturas de material de molde 1.02 bem como 1.09 a 1.10 na Tabela 1 foram incorporadas em um molde de fundição de areia de uma maneira tal que somente o lado de baixo da parte escalonada mais larga (a superfície em pé do macho piramidal) não entra em contato com o metal fundido durante o processo de fundição. Os machos escalonados ficam suspensos no molde de fundição, que é então cheio com o metal líquido de uma maneira tal que a parte escalonada menor (menor largura) é a primeira a fazer contato com o metal líquido.
• A fundição foi realizada com um banho de ferro fundido cinzento GG20 (novo nome: GJL20) a uma temperatura de fundição de cerca de 1.430 °C e uma altura de fundição de 55 cm.
• Depois do resfriamento do molde de fundição, a peça fundida foi desprendida da areia batendo com um martelo.
• As peças fundidas foram então avaliadas em termos das adesões de areia remanescentes, a possível sinterização/queima, e a rugosidade. Classificações de 1 (muito boa) a 6 (inadequada) foram atribuídas; essas estão mostradas na Tabela 3. As peças fundidas obtidas ainda não estão livres de adesões de areia; especialmente em áreas com partes do macho delicadas (partes escalonadas com pequenas larguras), adesões de areia podem ser observadas e, portanto, o procedimento seguinte foi empregado.
• Então as peças fundidas foram limpas com um dispositivo de jateamento de areia com uma leve pressão de jateamento de areia de 1 bar. A
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 48/57 / 41 granalha usada foram microesferas de vidro com diâmetros de partícula entre 100 e 200 gm.
[00129] O tempo de jateamento de areia foi limitado a um minuto. As condições para limpeza por jateamento de areia foram selecionadas de maneira tal que diferenças entre as peças fundidas produzidas com diferentes misturas de material de molde puderam ser visualizadas sem afetar substancialmente a qualidade superficial.
• As peças fundidas foram então avaliadas com relação a possível sinterização/queima e a rugosidade superficial. Com este propósito, os graus de 1 (a) a 6 (inadequado) foram atribuídos; esses estão mostrados na Tabela 3.
Tabela 3
Avaliação da qualidade superficial
| Qualidade superficial antes do jateamento com areia | Qualidade superficial depois do jateamento com areia | ||
| 1.02 | 5 | 4 | Comparação |
| 1.09 | 3 | 2 | acc. to invent. |
| 1.10 | 3 | 2 | acc. to invent. |
[00130] A seção da peça fundida da mistura 1.02 demonstra claramente mais adesão/queima de areia ou rugosidade do que as seções de peça fundida das misturas 1.09 a 1.10. O efeito positivo do pó de acordo com a invenção nas superfícies de fundição é muito claro aqui. Resultados particularmente vantajosos são obtidos com o subproduto tipo poeira da produção de corundum - zircônio. Portanto, o uso desta substância é muito particularmente preferido.
[00131] A qualidade superficial é distintamente melhorada pelo uso de jateamento de areia, uma vez que a aderência de resíduos de areia pode ser removida completamente - a superfície é também suavizada um pouco por meio deste uso. Entretanto, grande atenção foi dada ao jateamento de todas as peças fundidas nas mesmas condições. Portanto, as diferenças são meramente atribuíveis a composições das misturas de material de molde. Deve-se
Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 49/57 / 41 também notar que o assim chamado ”caneluras” só pode ser observado até um grau muito pequeno, ou absolutamente nenhum, embora areia de quartzo tenha sido usada como o material base de molde.
Claims (25)
- REIVINDICAÇÕES1. Mistura de material de molde para produzir moldes e machos de fundição para processamento de metal, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos:a) um material base de molde refratário;b) silicato de sódio como um ligante inorgânico; ec) pelo menos um óxido de metal misto particulado, em que o óxido de metal misto particulado- é pelo menos um óxido misto particulado; ou- é uma mistura particulada de pelo menos dois óxidos; ou- pelo menos um óxido misto particulado além de pelo menos um óxido particulado adicional ou além de pelo menos um óxido misto particulado diferente adicional está presente, e o óxido de metal misto particulado compreende pelo menos um óxido de alumínio e pelo menos um óxido de zircônio.
- 2. Mistura de material de molde de acordo a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o óxido de metal misto particulado relativo à fração dos óxidos ou óxidos mistos que compreendem pelo menos um óxido de alumínio e pelo menos um óxido de zircônio está presente entre 0,05% em peso e 2,0% em peso, preferivelmente entre 0,1% em peso e 1,5% em peso, em particular preferivelmente entre 0,2% em peso e 0,8% em peso de na mistura de material de molde, em cada caso com base no material base de molde.
- 3. Mistura de material de molde de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o óxido de metal misto particulado compreende ou consiste em um óxido de silício, diferente de dióxido de silício amorfo particulado, um óxido de alumínio e um óxido de zircônio.
- 4. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que, independente umPetição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 51/57 do outro • o óxido de silício é um dióxido de silício;• o óxido de alumínio é um óxido de alumínio na forma de α-Α12θ3;• o óxido de zircônio é um dióxido de zircônio;• o óxido de silício e o óxido de alumínio é um silicato de alumínio, especialmente um silicato de alumínio amorfo.
- 5. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o óxido de silício e o óxido de alumínio é um silicato de alumínio e, com base na soma de átomos de alumínio e silício, contém mais de 50 a 99% atômica de átomos de alumínio, preferivelmente mais de 60 a 85% atômica.
- 6. Mistura de material de molde de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizada pelo fato de que o silicato de alumínio compreende ou consiste em um nesossilicato, em particular é uma mulita sintética ou natural ou um elemento do grupo silimanita, especialmente cianita.
- 7. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o óxido de metal misto particulado é ou contém um corundum - zircônio e/ou um mulita de zircônio.
- 8. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que no óxido de metal misto particuladoa) a fração do óxido de alumínio, calculada como ACO3:- é maior que 25% em peso,- preferivelmente maior que 25% em peso e menos que 80% em peso,- em particular preferivelmente maior que 30% em peso e menos que 70% em peso,Petição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 52/573 / 6- em particular preferivelmente maior que 40% em peso e menos que 60% em peso;b) a fração do óxido de zircônio, calculada como ZrO2;- é maior que 2% em peso,- preferivelmente maior que 2% em peso e menos que 50% em peso,- em particular preferivelmente maior que 4% em peso e menos que 40% em peso,- em particular preferivelmente maior que 8% em peso e menos que 30% em peso; e independentementec) a fração do óxido de silício, calculado como SiO2, se presente,- é maior que 5% em peso,- preferivelmente maior que 5% em peso e menos que 60% em peso,- em particular preferivelmente maior que 15% em peso e menos que 50% em peso,- em particular preferivelmente maior que 20% em peso e menos que 45% em peso;e independentemented) preferivelmente a fração de outros metais calculada como seus óxidos no principal estado de oxidação, particularmente Fe2O3, Na2O, TiO2, MgO e CaO, é menos que 12% em peso, preferivelmente menos que 8% em peso e, em particular, preferivelmente menos que 4% em peso.
- 9. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o óxido misto é uma poeira contendo óxido de alumínio e contendo óxido de zircônio que pode ser obtida como um subproduto na produção de corundum zircônio.
- 10. Mistura de material de molde de acordo com qualquer umaPetição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 53/574 / 6 das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a superfície específica do óxido misto é menos que 50 m2/g, preferivelmente menos que 30 m2/g, em particularmente preferível menos que 17 m2/g e independentemente disto é maior que 0,1 m2/g, preferivelmente maior que 0,5 m2/g, em particularmente preferível maior que 1 m2/g.
- 11. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o tamanho de partícula primária médio determinado como o diâmetro de óxidos de metais mistos particulados é entre 0,01 pm e 50 pm, particularmente entre 0,02 pm e 20 pm, em particular preferivelmente entre 0,02 pm e 10 pm.
- 12. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o resíduo do peneiramento do óxido de metal misto particulado em uma peneira com tamanho de malha 75 pm (malha 200) não é mais que 50% em peso, preferivelmente não mais que 30% em peso, mais preferivelmente não mais que 20% em peso e em particular preferivelmente não mais que 15% em peso.
- 13. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a razão média da maior dimensão longitudinal para a menor dimensão longitudinal para todas as direções espaciais da respectiva partícula do óxido de metal misto particulado é preferivelmente menor que 10:1, em particular preferivelmente menor que 5:1 e em especial preferivelmente menor que 3:1 e em especial preferivelmente menor que 1,1:1.
- 14. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o óxido de metal misto particulado é usado como um pó fluido a granel na mistura de material de molde.
- 15. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a mistura dePetição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 54/575 / 6 material de molde contém um máximo de 1% em peso, preferivelmente um máximo de 0,2% em peso de compostos orgânicos.
- 16. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a mistura de material de molde compreende adicionalmente sulfato de bário, preferivelmente em uma quantidade de 0,02 a 5,0% em peso, em particular preferivelmente 0,1 a 2,0% em peso de em cada caso com base no total da mistura de material de molde.
- 17. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o silicato de sódio tem uma fração molar SiO2/M2O de 1,6 a 4,0, preferivelmente 2,0 a menos que 3,5, com M igual à soma de lítio, sódio e potássio.
- 18. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a mistura de material de molde contém 0,5 a 5% em peso de silicato de sódio, preferivelmente 1 a 3,5% em peso de silicato de sódio, com base no material base de molde, em que a fração de sólidos do silicato de sódio chega a 25 a 65% em peso, preferivelmente 30 a 60% em peso.
- 19. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a mistura de material de molde compreende adicionalmente agentes tensoativos, preferivelmente selecionado do grupo de agentes tensoativos aniônicos, particularmente aqueles com um ácido sulfônico ou grupo sulfonato, particularmente em cada caso em uma fração de 0,001 a 1% em peso, em particular preferivelmente 0,01 a 0,2% em peso, com base no peso do material base de molde refratário.
- 20. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a mistura de material de molde compreende adicionalmente grafite, preferivelmente dePetição 870190057142, de 19/06/2019, pág. 55/570,05 a 1% em peso, particularmente 0,05 a 0,5% em peso, com base no peso do material base de molde refratário.
- 21. Mistura de material de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a mistura de material de molde compreende adicionalmente pelo menos um composto contendo fósforo, preferivelmente entre 0,05 e 1,0% em peso, em particular preferivelmente 0,1 e 0,5% em peso, com base no peso dos materiais bases de moldes refratários.
- 22. Método de produção de moldes ou machos de fundição, caracterizado pelo fato de que compreende:• fornecer a mistura de material de molde como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 22, • introduzir a mistura de material de molde em um molde, e • curar a mistura de material de molde.
- 23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a mistura de material de molde é introduzida no molde com uma máquina de jateamento de macho usando ar comprimido e o molde é uma ferramenta de moldagem e a ferramenta de moldagem tem um ou mais gases atravessando-a, particularmente CO2 ou gases contendo CO2.
- 24. Método de acordo com a reivindicação 22 ou 23, caracterizado pelo fato de que, para curar, a mistura de material de molde é exposta a uma temperatura de pelo menos 100°C, preferivelmente para menos que 5 min.
- 25. Mistura de material de molde de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é para fundição de metais ferrosos ou alumínio, compreendendo de forma preferida adicionalmente microesferas ocas, particularmente microesferas ocas de silicato de alumínio e/ou microesferas ocas de borossilicato.
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