BR112015023924B1 - inoculante e processo de fabricação de um inoculante - Google Patents

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Abstract

resumo “inoculante e processo de fabricação de um inoculante” a presente invenção trata de um inoculante particulado para o tratamento do ferro fundido em fase líquida, que compreende, de um lado, partículas suporte em um material fusível no ferro fundido líquido, e de outro lado, partículas de superfície de um material que favorecem a germinação e o crescimento de grafite, dispostas e distribuídas de modo contínuo na superfície das partículas suporte, as partículas de superfície que apresenta uma granulometria tal que diâmetro d50 é inferior ou igual a um décimo do diâmetro d50 das partículas suporte.

Description

“INOCULANTE E PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE UM INOCULANTE” [001] A presente invenção trata de um produto inoculante para o tratamento do ferro fundido, bem como de um processo de fabricação do referido inoculante.
[002] O ferro fundido é uma liga ferro-carbono bem conhecida e amplamente utilizada para a fabricação de peças mecânicas. O ferro fundido é obtido por mistura dos constituintes da liga no estado líquido a uma temperatura compreendida entre 1135°C e 1350°C antes do vazamento em um molde e resfriamento da liga obtida.
[003] Durante seu resfriamento, o carbono pode adotar diferentes estruturas físico-químicas que dependem de vários parâmetros.
[004] Quando o carbono está associado ao ferro e forma carboneto de ferro Fe3C (também denominado cementita), o ferro fundido resultante denominado ferro fundido branco. O ferro fundido branco apresenta a característica de ser duro e quebradiço, o que não é desejável para certas aplicações.
[005] Se o carbono aparece em forma de grafite, o ferro fundido resultante denominado ferro fundido cinza. O ferro fundido cinza é mais mole e pode ser trabalhado.
[006] Para obter peças de ferro fundido que possuem boas propriedades mecânicas, é preciso, portanto, obter uma estrutura do ferro fundido que compreenda o máximo de carbono em forma de grafite e limitar o mais possível a formação desses carbonetos de ferro que endurecem e fragilizam a liga.
[007] Na ausência de qualquer tratamento particular, o carbono tem, porém, a tendência de se associar com o ferro para formar carboneto de ferro.
[008] É, portanto, necessário tratar o ferro de fundição líquida de modo a modificar os parâmetros de associação do carbono e obter a estrutura desejada.
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2/23 [009] Para esse fim, o ferro de fundição líquida é submetido um tratamento de inoculação destinado a introduzir no ferro fundido componentes grafitizantes que vão favorecer, durante o resfriamento do ferro fundido no molde, o aparecimento de grafite em vez de carboneto de ferro.
[010] De modo geral, os componentes de um inoculante são elementos que favorecem a formação de grafite durante a solidificação do ferro fundido. Podem ser citados, a título de exemplo, o carbono, o silício, o cálcio, o alumínio ...
[011] Evidentemente, um inoculante pode ser igualmente concebido para desempenhar outras funções e compreender para esse fim outros componentes que apresentam um efeito particular.
[012] É possível, em particular, desejar, de acordo com as propriedades desejadas, que o grafite formado seja esferoidal, vermicular ou lamelar. Uma ou outra forma grafítica poderá ser obtida de modo preferencial por um tratamento particular do ferro fundido por meio de componentes específicos. Assim, por exemplo, a formação de grafite esferoidal pode ser favorecida por um tratamento chamado de nodulizante destinado principalmente a conferir ao ferro fundido magnésio em quantidade suficiente para que o grafite possa crescer de modo a formar partículas redondas (esferoides).
[013] Esses componentes nodulizantes podem ser incluídos na liga inoculante, por exemplo.
[014] É possível ainda citar a adição de produtos dessulfurante, ou de produtos que permitem tratar especificamente certos defeitos do ferro fundido em função da composição inicial do banho de ferro de fundição líquida, tais como as cavidades de contração, suscetíveis de aparecer durante o resfriamento. Pode se tratar, em particular, de lantânio e de terres raras.
[015] Esses tratamentos podem ser efetuados em uma ou mais vezes em diferentes momentos da fabricação do ferro fundido. São conhecidos,
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3/23 em particular, adições de inoculante na panela, antes do vazamento do ferro fundido no molde (inoculação da panela), durante o vazamento, ou ainda no jato de vazamento (inoculação tardia).
[016] A maior parte dos inoculantes são convencionalmente fabricados a partir de uma liga ferro-silício de tipo FeSi65 ou FeSi75 com ajuste da química de acordo a composição desejada do inoculante. O ajuste pode ser feito no forno ou na panela, com rendimentos frequentemente medíocres de acordo com os elementos a ser adicionados. Pode ser tratar igualmente de misturas de várias ligas.
[017] Convém notar que a eficácia de inoculação da peça de ferro fundido depende igualmente de sua espessura.
[018] Nas áreas de pequenas espessuras, que resfriam mais depressa, será observado um risco mais elevado de formação de carbonetos.
[019] Inversamente, nas áreas de maiores espessuras, o resfriamento será mais lento e favorecerá a formação de grafite. Todavia, nas peças de maiores espessuras, o resfriamento pode ser excessivamente lento e a grafite formada pode perder sua nodularidade nas proximidades do centro da peça.
[020] Consequentemente, as peças com áreas de espessuras diferentes poderão ter estruturas físico-químicas diferentes de uma área para a outra, o que não é desejável.
[021] Existe, portanto, uma necessidade de um inoculante que permita inocular peças em ferro fundido de diferentes espessuras limitando o risco de degenerescência do grafite e a formação de carbonetos, e de assegurar uma boa uniformidade da estrutura metalúrgica de uma área da peça para a outra.
[022] Além disso, é igualmente desejável que o inoculante seja pouco sensível à composição de base do ferro fundido que pode variar de um lote para outro (taxa de carbono, silício enxofre iniciais, em particular, etc ...).
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4/23 [023] Além disso, é evidentemente desejável que tal inoculante não requeira uma taxa de adição superior aos produtos conhecidos e que ele conserve boas propriedades de dissolução no ferro fundido, similares a esses produtos e não gere substancialmente mais impurezas e escórias que esses produtos.
[024] Para fazer isso, a presente invenção visa a propor um novo produto inoculante para o tratamento do ferro de fundição líquida, que responda total ou parcialmente essas exigências. Para esse fim, ela confere um inoculante particulado, em pó, que compreende, de lado, partículas de suporte em um material fusível no ferro de fundição líquida, e de outro lado, partículas de superfície em um material que favorece a germinação e o crescimento de grafite, dispostas e distribuídas de modo descontínuo na superfície das partículas de suporte, e as partículas de superfície apresentam uma granulometria tal que seu diâmetro d50 é inferior ou igual a um décimo do diâmetro d50 das partículas de suporte.
[025] Assim dispostas, as partículas de superfície formam um revestimento descontínuo, enquanto a partícula suporte apresenta ainda áreas de contato com o ferro fundido.
[026] As partículas de superfície poderão ser dispostas da superfície das partículas de suporte por qualquer técnica apropriada, por exemplo por enxerto, colagem, revestimento, desde que, para a partícula suporte, o acesso ao ferro de fundição líquida seja conservado quando o inoculante é incorporado.
[027] Como indicado anteriormente, as partículas de superfície possuem uma granulometria inferior à das partículas de suporte. Foi de fato constatado, de modo surpreendente, que tal configuração, isto é, um conjunto de partículas de suporte parcialmente revestidas de partículas de suporte, de natureza diferente, tal como uma granulometria diferente, apresentava um perfil
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5/23 de dissolução e de inoculação que correspondia aos problemas mencionados. A diferença de natureza entre as partículas de suporte e as partículas de suporte pode, ainda, ser expressa nos materiais constitutivos das partículas, respectivamente.
[028] Foi, em particular, constatado que tal estrutura físicoquímica limitava significativamente a degeneração do grafite no centro de peças de fortes espessuras. Tal estrutura permite igualmente melhorar muito a homogeneidade da inoculação, e mais particularmente para as peças que apresentam áreas de espessuras variáveis.
[029] Além disso, em relação a uma técnica de fabricação convencional em liga no forno, uma vez que o efeito inoculante é conferido pelo conjunto de partículas de suporte / partículas dispostas na superfície e não por ajuste da composição química de uma liga, e os rendimentos de incorporação dos elementos adicionados são consideravelmente melhorados.
[030] De acordo com um primeiro modo de realização, as partículas de suporte possuem propriedades pouco inoculantes. Assim, graças à presente invenção, é possível usar produtos fraca ou medianamente inoculantes que poderão ser dopados por esse meio.
[031] De acordo com um segundo modo de realização, as partículas de suporte possuem propriedades inoculantes para composições ou condições diferentes daquelas para as quais as partículas de suporte e as partículas de superfície atuam.
[032] Vantajosamente, as partículas de suporte são realizadas a partir de silício, cuja proporção é variável, podendo atingir 100% em massa em relação à massa das partículas de suporte.
[033] De modo complementar ou alternativo, as partículas de suporte poderão ser realizadas a partir de carbono, cuja proporção é variável, podendo atingir 100% em massa em relação à massa das partículas de
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6/23 suporte. Se for o caso, o carbono está na forma de grafite. Associado ao silício, ele pode se apresentar na forma de carboneto de silício por exemplo.
[034] Vantajosamente ainda, as partículas de suporte contêm pelo menos 40% em massa de silício em relação à massa das partículas de suporte.
[035] De modo preferencial, as partículas de suporte são realizadas a partir de uma liga, mais particularmente ferrosa.
[036] De modo vantajoso, as partículas de suporte compreendem, em particular, em forma de liga, pelo menos um elemento de adição, tal como alumínio ou cálcio, em particular entre 0,2 e 5% em massa para cada elemento de adição, em relação à massa das partículas de suporte.
[037] Ainda de modo vantajoso, as partículas de suporte compreendem, em particular em forma de liga, pelo menos um elemento de tratamento das cavidades de contração, em particular em uma quantidade compreendida entre 0,5 e 6% em massa, em relação à massa das partículas de suporte.
[038] Preferencialmente, a proporção de partículas de superfície está compreendida em 1 e 8% em massa, de preferência de 1 a 5%, em relação à massa do inoculante.
[039] Vantajosamente, as partículas de superfície estão distribuídas de modo sensivelmente homogêneo na superfície das partículas de suporte, em particular no interior de um lote de partículas.
[040] De modo preferencial, as partículas de superfície, até a introdução no ferro fundido, ocupam entre 80 e 90% de a superfície das partículas de suporte.
[041] Vantajosamente, as partículas de superfície são escolhidas, individualmente ou em mistura, entre elementos metálicos, tais
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7/23 como alumínio, bismuto e manganês, silicietos, em particular de ferro, terras raras e cálcio, óxidos, tais como óxidos d'alumínio, de cálcio, de silício ou de bário, sulfetos metálicos, em particular de ferro, cálcio e terras raras, sulfatos, em particular de bário, e negro de carbono.
[042] A presente invenção trata também de um processo de fabricação de um inoculante da presente invenção. De acordo com uma primeira etapa do processo, são fornecidas partículas de suporte em um material fusível no ferro de fundição líquida, que apresenta uma granulometria que varia de 0,2 a 7 mm, de um lado, e de partículas de superfície que apresentam uma granulometria tal que seu diâmetro d50 é inferior ou igual a um décimo do diâmetro d50 das partículas de suporte, de outro lado, e em seguida, em uma segunda etapa, as partículas de superfície são depositadas sobre as partículas de suporte. Essa etapa pode ser realizada por qualquer técnica bem conhecida do técnico no assunto.
[043] Por granulometria que varia de 0,2 a 7 mm, são incluídas as granulometrias clássicas no campo dos inoculantes do ferro fundido, isto é, as granulometrias 0,2-0,5 mm, 0,4-2 mm e 2-7 mm.
[044] Em uma variante da presente invenção, o depósito das partículas de superfície é realizado mecanicamente, por incrustação. Para esse fim, as partículas de suporte e as partículas de superfície são misturadas, a seco, em grande velocidade, por exemplo de 1000 a 1500 rpm, para obter um depósito por incrustação das partículas de superfície na superfície das partículas de suporte, de acordo com uma distribuição descontínua.
[045] Em outra variante da presente invenção, na primeira etapa, um aglutinante é ainda fornecido em um solvente, e em uma segunda etapa, as partículas de suporte, as partículas de superfície e o aglutinante são misturados, e, em seguida, o solvente é eliminado do
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8/23 aglutinante, por exemplo por evaporação. Como será descrito mais detalhadamente, as partículas de suporte, as partículas de superfície e o aglutinante podem ser adicionados ao mesmo tempo ou sucessivamente, em qualquer ordem. Por exemplo, uma mistura prévia das partículas de superfície na solução de aglutinante pode ser efetuada, à qual são adicionadas, em seguida, as partículas de suporte.
[046] Um aglutinante apropriado é vantajosamente escolhido entre os aglutinantes orgânicos e polímeros, e em particular, entre o álcool polivinílico (PVA), a carboximetilcelulose (CMC), polivinilpirrolidona (PVP) e cimento.
[047] Um processo preferido da presente invenção consiste em usar partículas de suporte em um material FeSi que contém alumínio e cálcio, e/ou partículas de superfície em um material escolhido entre o alumínio, o bismuto, os silicietos, em particular de ferro, terras raras e cálcio, óxidos, tais como óxidos d'alumínio, de cálcio, de silício ou de bário, sulfures metálicos, em particular de ferro, cálcio e terras raras, sulfatos, em particular de bário, e negro de carbono.
[048] A presente invenção será mais bem compreendida à luz da descrição detalhada e dos exemplos de realização apresentados a seguir, em relação ao desenho anexo no qual:
- a figura 1 é uma vista de conjunto no microscópio eletrônico de varredura de um lote de inoculante particulado de acordo com a presente invenção que compreende partículas de suporte (pretas) na superfície das quais estão fixadas partículas de superfície (brancas) que conferem ao conjunto um forte poder inoculante.
- a figura 2 é um zoom da figura 1 sobre uma partícula inoculante de acordo com a presente invenção.
[049] Um inoculante de acordo com a presente invenção poderá ser fabricado da maneira indicada a seguir.
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9/23 [050] Aproximadamente 500 quilogramas de uma liga FeSi que contém 1% em massa de alumínio e 1,5% em massa de cálcio e que possui uma granulometria compreendida entre 0,4 e 2 mm são introduzidos em um reator em leito fluidizado. A liga FeSi é fluidizada por injeção de ar.
[051] A velocidade mínima de fluidização é determinada convencionalmente e, em seguida, o fluxo de ar é mantido sensivelmente constante e superior a essa velocidade mínima.
[052] A temperatura no interior do reator é levada a aproximadamente 100°C. Essa temperatura permitirá que a água injetada ulteriormente seja eliminada.
[053] As partículas dessa liga formarão as partículas de suporte na superfície das quais serão fixadas as partículas inoculantes.
[054] As partículas de superfície serão, no presente exemplo, partículas de silicieto de cálcio CaSi e de alumínio metálico, que apresentam ambas granulometrias inferiores a 400 micrômetros.
[055] 5% em massa dessas partículas de superfície serão usados, ou seja, aproximadamente 25 quilogramas dessa mistura de partículas CaSi e Al.
[056] A fim de permitir a fixação sobre as partículas de suporte, as partículas de superfície a ser fixadas são previamente misturadas com um aglutinante em solução aquosa, e depois injetadas no reator em aproximadamente 30 minutos à temperatura de 100°C.
[057] Após injeção total da mistura de partículas e do aglutinante, o conjunto de partículas de superfície, partículas de suporte e aglutinante é fluidizado e aquecido até que a evaporação completa da água introduzida. A evaporação da água poderá ser controlada por qualquer método habitual, em particular por medida da umidade do ar que sai do reator.
[058] O inoculante de acordo com a presente invenção é depois recuperado e caracterizado para avaliar a eficácia do revestimento. Essa
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10/23 caracterização poderá ser feita, em particular, por controle no microscópio eletrônico de varredura.
[059] O aglutinante utilizado poderá ser de tipo aglutinante orgânico ou polimérico como, por exemplo, aglutinantes de tipo álcool polivinílico (PVA), carboximetilcelulose (CMC) e polivinilpirrolidona (PVP). Evidentemente, esta lista não é limitativa.
[060] A quantidade de água utilizada para a diluição do aglutinante depende evidentemente da solubilidade deste último na água e deverá ser adaptada em função disso.
[061] É igualmente possível considerar o uso de aglutinantes minerais, em particular de tipo silicato de sódio, bem como aglutinantes hidráulicos de tipo cimento ou cal.
[062] Evidentemente, a natureza do aglutinante utilizado poderá depender dos materiais inoculantes e suportes utilizados.
[063] A quantidade de aglutinante utilizada será calculada de modo a permitir da melhor maneira possível a fixação quase total das partículas de superfície sem excesso significativa que poderia, em seguida, degradar os desempenhos finais do inoculante de acordo com a presente invenção.
[064] Essa quantidade de aglutinante utilizada dependerá evidentemente de seu poder colante e deverá igualmente ser adaptada em função disso. Em particular, será possível proceder por testes e verificação visual por meio de um microscópio eletrônico de varredura, em particular. Tipicamente, a quantidade de aglutinante utilizada poderá estar compreendida entre 0,001 e 1% em massa de aglutinante em relação à massa total das partículas (partículas de suporte e partículas de superfície).
[065] De acordo com outro exemplo possível de fabricação de o inoculante de acordo com a presente invenção, aproximadamente 500 kg de
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11/23
FeSi70 que contém 1% em massa de AI e 1,5% em massa de Ca, de granulometria 0,2-0,5 mm são introduzidos em um reator a leito fluidizado. A liga FeSi é fluidizada por injeção de ar. A temperatura no interior do reator é levada a 100°C. Essas partículas são as partículas de suporte. Uma suspensão é realizada com PVP e água. 8% de partículas de superfície, que contêm bismuto Bi e liga ferro-sílico-terras raras FeSiTR, ambos com uma granulometria <200pm são adicionadas solução PVP + água, e depois colocadas em suspensão. Essa suspensão é depois injetada à razão de 10% em massa no reator durante aproximadamente 40 min à temperatura de 100°C. Após a injeção total mistura, o interior do reator é mantido a 100°C até a secagem completa do produto.
[066] De acordo mais um exemplo possível de fabricação de o inoculante de acordo com a presente invenção, aproximadamente 1000 kg de FeSi7o que contém 1% em massa de AI e 1,5% em massa de Ca, de granulometria 2 - 7 mm e aproximadamente 50 kg de pó de alumínio de granulometria <300pm são introduzidos em um reator a leito fluidizado. Todas as partículas são fluidizadas por injeção de ar empobrecida. A temperatura no interior do reator é levada a 100°C. Uma suspensão é realizada com PVP e de água. Essa suspensão é depois injetada à razão de 10% em massa no reator durante aproximadamente 40 min à temperatura de 100°C. Após a injeção total da mistura, o interior do reator é mantido a 100°C até a secagem completa do produto.
[067] Evidentemente, a realização do processo não se limita ao uso de um reator com leito fluidizado e outras técnicas de revestimento podem ser utilizadas. Em particular, podem ser indicados os métodos indicados a seguir.
[068] Um primeiro método é o uso de um misturador de grande velocidade, por exemplo da ordem de 1000 a 1500 revoluções por minuto.
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12/23 [069] A velocidade de mistura permite a incrustação mecânica das partículas finas de superfície nas partículas maiores de FeSi (partículas de suporte). Tal incrustação mecânica não requer o uso de um aglutinante e falase, então, de revestimento a seco e a frio. As partículas de suporte do tipo FeSi75 que contêm principalmente as fases FeSi2,4 e Si, podem ser incrustadas diretamente pelas partículas de superfície.
[070] Um segundo método est o uso de um misturador com um misturador de alto cisalhamento.
[071] Nesse caso, a mistura é efetuada em velocidade mais ou menos grande (entre 50 e 500 revoluções por minutos, por exemplo) em um misturador du tipo misturador granulador, em presença de um aglutinante (exemplos citados anteriormente). Após a mistura, uma etapa de secagem é realizada para eliminar a água do aglutinante.
[072] Meios de secagem podem equipar a misturador. Pode se tratar, em particular, de uma rampa de queimadores, por exemplo a gás, que aquecem a parte externa do misturador por condução; de uma cinta térmica, por exemplo em silicone, que circunda em particular as paredes do misturador; ou ainda de qualquer outro sistema que permita levar o pó no interior da misturador a uma temperatura compreendida entre 80 e 150°C a fim de eliminar a água.
[073] Os sistemas de misturadores utilizados, do tipo com tambor ou granulador devem permitir um movimento do pó no interior do referido misturador que resulta em uma agitação eficaz e certa regularidade da colagem.
[074] Para esse fim, o misturador pode ser equipado de aletas de agitação sobre suas paredes ou ainda um misturador granulador com sistema de rotação central ou deslocado de acordo com um ou dois eixos.
[075] O processo da presente invenção pode ser conduzido indiferentemente de modo contínuo, ou em descontínuo por lotes (batch).
Petição 870190087462, de 05/09/2019, pág. 24/68
13/23 [076] Durante a realização, as partículas de suporte e de superfície podem ser adicionadas junta ou separadamente.
[077] Quando forem adicionadas juntamente, elas poderão ser vantajosamente pré-misturadas, antes da adição do aglutinante para assegurar a colagem.
[078] Quando elas são adicionadas separadamente, as partículas de suporte serão preferencialmente introduzidas em primeiro lugar antes de adicionar as partículas de superfície, preferencialmente de modo contínuo, e o aglutinante é igualmente introduzido preferencialmente de modo contínuo.
[079] Convém igualmente notar que embora ilustrado com partículas de suporte a base de FeSi, é evidentemente possível usar outros materiais convencionalmente utilizados em fundição, e em particular partículas de suporte de tipo SiC ou grafite. Convém simplesmente transpor os exemplos de fabricação a esses materiais.
[080] Os resultados de tal inoculante de acordo com a presente invenção foram testados em um banho de ferro fundido.
[081] Como para o processo de fabricação, os exemplos são dados para casos de uso mais comuns com um inoculante de acordo com a presente invenção cuja partícula suporte é de tipo FeSi.
[082] Isso não impede de forma alguma o uso de inoculantes de acordo com a presente invenção que compreendem outros tipos de partículas de suporte tais como o carboneto de silício ou a grafite, embora esses materiais sejam usados menos frequentemente em fundição.
Exemplo 1
INOCULANTE DE ACORDO A ARTE ANTERIOR (REFERÊNCIA) [083] Um banho de ferro fundido com grafite esferoidal foi tratado a uma taxa de 0,3% em peso com uma liga inoculante de tipo FeSi75, e que contém 0,8% em massa de alumínio e 0,7% em massa de cálcio.
Petição 870190087462, de 05/09/2019, pág. 25/68
14/23 [084] O tratamento é efetuado por adição do inoculante na panela de ferro fundido, antes do enchimento do molde.
[085] A quantidade de carbono equivalente do ferro fundido (Ceq) é de 4,32% (calculado de acordo com a fórmula simplificada Ceq =%C + 1/3 (%Si +%P) em que %C, %Si e %P são os teores de carbono, silício e fósforo do ferro fundido).
[086] O magnésio residual do ferro fundido é de 400 milésimos.
[087] O ferro fundido foi em seguida vazado em um molde de tipo BCIRA.
[088] A uma espessura de 6 mm, o ferro fundido apresenta as seguintes características:
- Estrutura da matriz: 55% perlita, 15% ferrita, 30% cementita
- Número de nódulos por mm2: 270
- Grafite de tipo VI: 57%
- Nodularidade média: 85%
- Diâmetro médio: 16,2 mícrons
Exemplo 2
Inoculante de Acordo com a Presente Invenção [089] Um banho de ferro fundido a grafite esferoidal foi tratado a uma taxa de 0,3% em massa com um inoculante de acordo com a presente invenção que possui a seguinte composição:
- Liga de partícula suporte: FeSi75, e que contém 0,8% em massa de alumínio e 0,7% em massa de cálcio
- Partículas de superfície: 1,5% em massa de partículas de CaSi que possui um tamanho inferior a 50 mícrons e 1,5% em massa de partículas de alumínio metálico de tamanho inferior a 50 mícrons
- Aglutinante: 10% em massa de uma solução aquosa de PVP Depósito das partículas de superfície por colagem realizada por fluidização a
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100°C.
[090] O tratamento é efetuado por adição do inoculante na panela de ferro fundido, antes do enchimento do molde.
[091] A quantidade de carbono equivalente do ferro fundido (Ceq) é de 4,32%. O magnésio residual do ferro fundido est a 400 milésimos.
[092] O ferro fundido foi em seguida vazado em um molde de tipo BCIRA.
[093] A uma espessura de 6 mm, o ferro fundido apresenta as seguintes características:
- Estrutura da matriz: 45% perlita, 50% ferrita, 5% cementita
- Número de nódulos por mm2: 540
- Grafite de tipo VI: 59%
- Nodularidade média: 92%
- Diâmetro médio: 18,7 mícrons
Exemplo 3
Inoculante de Acordo com a Presente Invenção [094] Tratamento de um banho de ferro fundido a grafite esferoidal a 0,3% em massa com um produto constituído:
- de uma liga suporte: FeSi75 com Al = 0,8% em massa e Ca = 0,7% em massa
- de partículas em superfície: 2,5% de partículas de Bismuto Bi de tamanho <100pm, e 2,5% em massa de partículas da liga ferro-silico-terras raras (FeSiTR) de tamanho <100pm.
- Aglutinante: 10% em massa de uma solução aquosa de PVP, [095] Depósito das partículas de superfície por colagem realizada por fluidização a 100°C.
[096] O tratamento é efetuado por adição do inoculante na panela de ferro fundido, antes do enchimento do molde.
Petição 870190087462, de 05/09/2019, pág. 27/68
16/23 [097] A quantidade de carbono equivalente (Ceq) do ferro fundido está a 4,32%. O magnésio residual est a 420 milésimos.
[098] O ferro fundido é vazado em um molde BCIRA.
[099] À espessura de 6 mm, o ferro fundido apresenta as seguintes características:
- Estrutura da matriz = 50% Perlita - 50% Ferrita - 0% de cementita
- Número de nódulos/mm2 = 570
- Grafite de tipo VI = 62%
- Nodularidade média = 92%
- Diâmetro médio = 17,8pm
Exemplo 4
INOCULANTE DE ACORDO COM A ARTE ANTERIOR [0100] Um banho de ferro fundido a grafite esferoidal foi tratado a uma taxa de 0,3% em massa com um inoculante elaborado classicamente de tipo FeSi75, e que contém 1,2% em massa de alumínio, 1,5% em massa de cálcio e 1,5% em massa de zircônio.
[0101] O tratamento é efetuado por adição do inoculante na panela de ferro fundido, antes do enchimento do molde.
[0102] A quantidade de carbono equivalente do ferro fundido (Ceq) é de 4,32%.
[0103] O magnésio residual do ferro fundido é de 400 milésimos. O ferro fundido foi em seguida vazado em um molde de tipo BCIRA.
[0104] A uma espessura de 6 mm, o ferro fundido apresenta as seguintes características:
- Estrutura da matriz: 45% perlita, 50% ferrita, 5% cementita
- Número de nódulos por mm2: 505
- Grafite de tipo VI: 59%
Petição 870190087462, de 05/09/2019, pág. 28/68
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- Nodularidade média: 87%
- Diâmetro médio: 18,9 microns [0105] Assim, a fim de obter sensivelmente os mesmos resultados, seria preciso aumentar consideravelmente as quantidades de componentes inoculantes e introduzir zircônio, em relação a um inoculante que possui uma estrutura de acordo com nossa invenção.
Exemplo 5
INOCULANTE DE ACORDO COM A ARTE ANTERIOR [0106] Tratamento de um banho de ferro fundido de grafite lamelar a 0,3% em peso com um produto base FeSi75 com Al = 1 ,0% em peso e Ca = 1,5% em peso.
[0107] O tratamento é efetuado por adição do inoculante na panela de ferro fundido, antes do enchimento do molde.
[0108] A quantidade de carbono equivalente do ferro fundido (Ceq) é de 4,3%.
[0109] O ferro fundido é vazado em um molde BCIRA.
[0110] À espessura de 6 mm, o ferro fundido apresenta as seguintes caracteristicas:
- Número de células eutécticas/mm2: 0,2
- 40% cementita
Exemplo 6
Inoculante de acordo com a Presente Invenção [0111] Tratamento de um banho de ferro fundido de grafite lamelar a
0,3% em massa com um produto constituído:
- de uma liga suporte: FeSi75 com Al = 1,0% em massa e Ca = 1,5% em massa.
- de partículas em superfície: 5% em massa de partículas de sulfato de bário BaSO4 que possuem um tamanho <100
- Aglutinante: 5% em massa de uma solução aquosa de cimento.
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18/23
- Depósito das partículas de superfície por colagem realizada por fluidização a 100°C.
[0112] O tratamento é efetuado por adição do inoculante na panela de ferro fundido, antes do enchimento do molde.
[0113] A quantidade de carbono equivalente do ferro fundido (Ceq) é de 4,3%. O ferro fundido é vazado em um molde BCIRA.
[0114] À espessura de 6 mm, o ferro fundido apresenta as seguintes características:
- Número de células eutécticas por mm2: 2
- Não há cementita
Exemplo 7
Inoculante de acordo com o Estado da Técnica [0115] Tratamento de um banho de ferro fundido de grafite lamelar a
0,3% em massa com um produto base FeSi75 com FeSi75 com Al = 1,0% em massa, Ca = 1,5% em massa e Zr = 1,5% em massa.
[0116] O tratamento é efetuado por adição do inoculante na panela de ferro fundido, antes do enchimento do molde.
[0117] A quantidade de carbono equivalente do ferro fundido (Ceq) é de 4,3%. O ferro fundido é vazado em um molde BCIRA.
[0118] À espessura de 6 mm, o ferro fundido apresenta as seguintes características:
- Número de células eutécticas por mm2: 1,5.
- 5% de cementita
Exemplo 8
Peças de Espessuras Diferentes - Inoculante de Acordo com a Presente Invenção [0119] Tratamento de um banho de ferro fundido de grafite esferoidal a 0,3% em massa com um produto constituído:
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19/23
- de uma liga suporte: FeSi 75 com Al = 1,0% em massa e Ca =
1,0% em massa
- de partículas em superfície: 5% de uma mistura de pós de alumínio (tamanho <75pm) e de CaSi (tamanho <75pm)
- Aglutinante: 2% em massa de uma solução aquosa de PVP
- Depósito das partículas de superfície por colagem realizada por fluidização a 100°C.
[0120] O tratamento é efetuado por adição do inoculante ao jato durante o enchimento do molde.
[0121] A quantidade de carbono equivalente do ferro fundido (Ceq) está a 4,32%. O ferro fundido e, em seguida, vazado em um molde para fabricar uma peça que possui espessuras diferentes: 4 mm e 25 mm.
[0122] Na peça vazada, na parte de 4 mm de espessura, o ferro fundido apresenta as seguintes características:
- Número de nódulos /mm2: 502
- Diâmetro médio: 17pm
- Grafite de tipo VI: 85%
- Nodularidade: 98%
- Cementita: 0%
- Ferrita: 48%
- Perlita: 52% [0123] Na peça vazada, na parte de espessura de 25 mm, o ferro fundido apresenta as seguintes características:
- Número de nódulos /mm2: 250
- Diâmetro médio: 23 pm
- Grafite de tipo VI: 87%
- Nodularidade: 98,5%
- Cementita: 0%
Petição 870190087462, de 05/09/2019, pág. 31/68
20/23
- Ferrita: 50%
- Perlita: 50%
Exemplo 9 Peças de Espessuras Diferentes - Inoculante de acordo com Arte Anterior [0124] Tratamento de um banho de ferro fundido de grafite esferoidal a 0,3% em massa com uma liga FeSi75 obtida convencionalmente, que contém 1,0% Al, 1,0% Ca e 1,5% Zr.
[0125] O tratamento é efetuado por adição do inoculante ao jato durante o enchimento do molde.
[0126] A quantidade de carbono equivalente do ferro fundido (Ceq) é de 4,31%. O ferro fundido é, em seguida, vazado em um molde para fabricar uma peça que possui espessuras diferentes: 4 mm e 25 mm.
[0127] Na peça vazada, na parte de 4 mm de espessura, o ferro fundido apresenta as seguintes características:
- Número de nódulos /mm2: 350.
- Diâmetro médio: 19 pm
- Grafite de tipo VI: 70%
- Nodularidade: 95%
- Cementita: 30%
- Ferrita: 40%
- Perlita: 30% [0128] Na peça vazada, na parte de espessura de 25 mm, o ferro fundido apresenta as seguintes características:
- Número de nódulos /mm2: 150.
- Diâmetro médio: 25 pm
- Grafite de tipo VI: 73 '
- Nodularidade: 95,5%
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21/23
- Cementita: 0%
- Ferrita: 50%
- Perlita: 50% [0129] Assim, é possível com o inoculante de acordo com a presente invenção inocular eficazmente as diferentes partes de uma peça que possui diferentes espessuras, ao passo que é difícil conseguir isso com um inoculante fabricado de acordo com a arte anterior.
Exemplo 10
Peças de Grande Espessura - Inoculante de Acordo com a
Presente Invenção [0130] Tratamento de um banho de ferro fundido de grafite esferoidal a 0,3% em massa com um produto constituído:
- de uma liga suporte: FeSi75 com Al = 1,0% em massa e Ca = 1,0% em massa
- de partículas em superfície: 5% de uma mistura de pós de alumínio (tamanho <75pm) e de CaSi (tamanho <75pm)
- Aglutinante: 10% em massa de uma solução aquosa de cimento
- Depósito das partículas de superfície por colagem realizada por fluidização a 100°C.
[0131] O tratamento é efetuado por adição do inoculante no tanque de vazamento durante o enchimento do molde.
[0132] A quantidade de carbono equivalente do ferro fundido (Ceq) é de 4,33%. O ferro fundido é, em seguida, vazado em um molde para fabricar uma peça de grande espessura (170mm).
[0133] Na peça vazada de 170mm de espessura, no centro da peça, o ferro fundido apresenta as seguintes características:
- Número de nódulos /mm2: 160
- Grafite de tipo VI: 65%
Petição 870190087462, de 05/09/2019, pág. 33/68
22/23
- Diâmetro médio: 25
- Nodularidade: 99.2%
- Cementita: 0%
- Ferrita: 50%
- Perlita: 50%
Exemplo 11
Peças de Forte Espessura - Inoculante de Acordo com Arte Anterior [0134] Tratamento de um banho de ferro fundido de grafite esferoidal a 0,3% em massa com uma liga FeSi75 obtida convencionalmente, que contém 1,0% de Bi, e 0,6% de terras raras.
[0135] O tratamento é efetuado por adição do inoculante no tanque de vazamento durante o enchimento do molde.
[0136] A quantidade de carbono equivalente do ferro fundido (Ceq) é de 4,31%.
[0137] O ferro fundido é, em seguida, vazado em um molde para fabricar uma peça de forte espessura: 170 mm.
[0138] Na peça vazada, no centro da peça de espessura 170 mm, o ferro fundido apresenta as seguintes características:
- Número de nódulos /mm2: 155.
- Diâmetro médio: 22 pm
- Grafite de tipo VI: 50%
- Nodularidade: 85%
- Cementita: 0%
- Ferrita: 52%
- Perlita: 48% [0139] Assim, é possível com o inoculante de acordo com a presente invenção inocular eficazmente peças de grandes espessuras, conservando ao mesmo tempo boa nodularidade do grafite.
Petição 870190087462, de 05/09/2019, pág. 34/68
23/23 [0140] Embora a presente invenção tenha sido com um exemplo particular de realização, é bem evidente que ela não é de forma alguma limitada e que ela compreende todos os equivalentes técnicos dos meios descritos, bem como suas combinações se elas entrarem no âmbito da presente invenção.

Claims (17)

1. INOCULANTE, particulado em pó para o tratamento do ferro de fundição líquida, caracterizado por compreender, de um lado, partículas de suporte feitas de um material fusível no ferro de fundição líquida, e de outro lado, partículas de superfície feitas de um material que favorece a germinação e o crescimento de grafite, dispostas e distribuídas de um modo descontínuo na superfície das partículas de suporte, em que as partículas de superfície apresentam uma granulometria tal que seu diâmetro d50 é inferior ou igual a um décimo do diâmetro d50 das partículas de suporte, e em que, até uma introdução do ferro fundido, as partículas de superfície ocupam até 90% da superfície das partículas de suporte.
2. INOCULANTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas partículas de suporte serem feitas de um material que favorece a associação de carbono com ferro na forma de grafite.
3. INOCULANTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelas partículas de suporte serem feitas de um material a base de silício e/ou de carbono.
4. INOCULANTE, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelas partículas de suporte conterem pelo menos 40% em massa de silício em relação à massa das referidas partículas.
5. INOCULANTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelas partículas de suporte serem feitas a partir de uma liga ferrosa.
6. INOCULANTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelas partículas de suporte compreenderem, em particular em uma forma de liga, pelo menos um elemento de adição, tal como alumínio ou cálcio, em particular entre 0,2 e 5% em massa para cada elemento de adição, em relação à massa das partículas de suporte.
Petição 870190087462, de 05/09/2019, pág. 36/68
2/4
7. INOCULANTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelas partículas de suporte compreenderem, em particular em uma forma de liga, pelo menos um elemento de tratamento das cavidades de contração, em particular em uma quantidade compreendida entre 0,5 e 6% em massa, em relação à massa das partículas de suporte.
8. INOCULANTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela proporção das partículas de superfície estar compreendida entre 1 e 8% em massa, em relação à massa de inoculante.
9. INOCULANTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por, até a introdução do ferro fundido, as partículas de superfície ocuparem entre 80 e 90% da superfície das partículas de suporte.
10. INOCULANTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelas partículas de superfície serem escolhidas, individualmente ou em uma mistura, entre elementos metálicos, tais como alumínio, bismuto e manganês, silicietos, em particular silicietos de ferro, silicietos de terras raras e silicietos de cálcio, óxidos, tais como óxidos de alumínio, óxidos de cálcio, óxidos de silício ou óxidos de bário, sulfetos metálicos, em particular sulfetos de ferro, sulfetos de cálcio e sulfetos de terras raras, sulfatos, em particular sulfatos de bário e carbono vegetal.
11. INOCULANTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelas partículas de superfície estarem incrustadas na superfície das partículas de suporte.
12. INOCULANTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelas partículas de superfície serem ligadas por meio de um aglutinante na superfície das partículas de suporte.
Petição 870190087462, de 05/09/2019, pág. 37/68
3/4
13. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM INOCULANTE, para o tratamento do ferro fundido, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por compreender as seguintes etapas que consistem em:
fornecer, de um lado, partículas de suporte feitas de um material fusível no ferro de fundição líquida que apresentam uma granulometria que varia de 0,2 a 7 mm e, de outro lado, partículas de superfície que apresentam uma granulometria tal que seu diâmetro d50 é inferior ou igual a um décimo do diâmetro d50 das partículas de suporte, misturar a seco as partículas de suporte e as partículas de superfície em alta velocidade, por exemplo em uma velocidade de 1000 a 1500 rpm, de modo a obter um depósito por incrustação das partículas de superfície na superfície das partículas de suporte, de acordo com uma distribuição descontínua.
14. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM INOCULANTE, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por compreender as seguintes etapas que consistem em:
fornecer partículas de suporte que apresentam uma granulometria que varia de 0,2 a 7 mm, em que as partículas de superfície apresentam uma granulometria tal que seu diâmetro d50 é inferior ou igual a um décimo do diâmetro d50 das partículas de suporte, e um aglutinante em um solvente, misturar as partículas de suporte, as partículas de superfície e o aglutinante, e remover o solvente do aglutinante, por exemplo, por evaporação.
15. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo aglutinante ser escolhido entre os aglutinantes orgânicos e poliméricos e, em particular, entre o álcool polivinílico (PVA), a carboximetilcelulose (CMC), a polivinilpirrolidona (PVP) e cimento.
Petição 870190087462, de 05/09/2019, pág. 38/68
4/4
16. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, caracterizado pelas partículas de suporte serem feitas de um material de FeSi que contém alumínio e cálcio.
17. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 16, caracterizado pelas partículas de superfície serem feitas de um material escolhido entre alumínio, bismuto, silicietos, em particular silicietos de ferro, silicietos de terras raras e silicietos de cálcio, óxidos, tais como óxidos de alumínio, óxidos de cálcio, óxidos de silício ou óxidos de bário, sulfetos metálicos, em particular sulfetos de ferro, sulfetos de cálcio e sulfetos de terras raras, sulfatos, em particular sulfatos de bário e carbono vegetal.
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