BR112016023696B1

BR112016023696B1 - Método para fundir peças fundidas

Info

Publication number: BR112016023696B1
Application number: BR112016023696-3A
Authority: BR
Inventors: Klaus Arnold; Dirk Rogowski; Rolf Süßmann
Original assignee: Fritz Winter Eisengiesserei Gmbh E Co. Kg
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2021-08-31
Also published as: BR112016023696B8; HRP20192115T1; EP3119545B1; SI3119545T1; US20170198366A1; EP3597329C0; CA2948750C; RU2645824C1; CA2948750A1; ZA201606111B; KR20170028392A; JP2017525570A; CN106536083B; PT3119545T; MX361595B; EP3597329A1; EP3597329B1; CN106536083A; RS65376B1; HUE046428T2

Abstract

método para fundir peças fundidas método para fundir peças fundidas, em que um molde de fundição é fornecido, o qual consiste em uma ou mais peças de molde de fundição ou núcleos de molde de fundição, que são produzidas a partir de um material de molde, que consiste em areia de núcleo, aglutinante e aditivos opcionais. o molde de fundição (2) é encerrado em um alojamento (7) de tal modo que um espaço de preenchimento (10) seja formado entre um segmento de superfície interna do alojamento (7) e um segmento de superfície externa associado do molde de fundição (2). o espaço de preenchimento (10) é, então, preenchido com um material de preenchimento de fluxo livre (f) e fusão de metal é derramada no molde de fundição (2) que começa a irradiar calor. como um resultado da entrada de calor por meio da fusão de metal, o aglutinante do material de molde começa a evaporar e a queimar. o aglutinante, portanto, perde o efeito do mesmo, e o molde de fundição (2) se desintegra. o material de preenchimento (f) tem uma densidade aparente tão baixa que um fluxo de gás (s1, s2) pode fluir a través da vedação de material de preenchimento formada pelo material de preenchimento (f) no espaço de preenchimento (10). durante o preenchimento do espaço de preenchimento (10), o material de preenchimento (f) tem uma temperatura mínima, a partir da qual a temperatura do material de preenchimento (f) sobe devido ao calor do processo.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método para fundir pe ças fundidas em que um metal derretido é derramado em um molde de fundição que envolve uma cavidade que forma a peça fundida que deve ser produzida, em que o molde de fundição, projetado como um molde perdido, consiste em uma ou mais partes ou núcleos de molde de fundição. As partes de molde de fundição ou núcleos de fundição são, portanto, formados de um material de molde que consiste em uma areia de núcleo, um aglutinante e, opcionalmente, um ou mais aditivos para ajustar propriedades particulares do material de molde.

[002] Em métodos convencionais desse tipo, o molde de fundição que forma a peça fundida é geralmente fornecido primeiro, os núcleos de fundição e partes de molde do mesmo foram pré-fabricados em operações de trabalho separadas. Desse modo, o molde de fundição pode ser composto, como um chamado "pacote de núcleo", de uma pluralidade de núcleos de fundição. Igualmente, é possível usar moldes de fundição que são, por exemplo, compostos apenas de duas metades de molde que consistem de material de molde, em que a cavidade de molde que forma a peça fundida é formada, sendo que, aqui também, núcleos de molde podem estar presentes a fim de formar reentrâncias, cavidades, canais e similares na peça fundida.

[003] Exemplos típicos de peças fundidas que são produzidas por meio de um método de acordo com a invenção incluem blocos de motor e cabeças de cilindro. Para motores maiores submetidos a altas cargas, as mesmas são fabricadas a partir de ferro fundido por meio de fundição em areia.

[004] No campo da fundição de ferro, areias de quartzo, mistura das com bentonitas, formadores de carbono lustroso e água são geralmente usados como material de molde para partes de molde de fundição que formam o envoltório externo do molde de fundição. Os núcleos de fundição que formam as cavidades e canais internos da peça fundida são, em contrapartida, geralmente formados de areias de núcleo comercialmente disponíveis, que são misturadas com um aglutinanteorgânico ou inorgânico, por exemplo, com uma resina sintética ou água de vidro.

[005] Independentemente do tipo de areias de núcleo e aglutinan tes, o princípio básico por trás da fabricação de moldes de fundição formados de materiais de molde do tipo mencionado anteriormente é que, depois de formar, o aglutinante é endurecido por meio de um tratamentotérmico ou químico adequado, de modo que os grãos das areias de núcleo adiram conjuntamente e a estabilidade de forma da parte de molde relevante ou núcleo seja assegurada com uma duração suficiente.

[006] Particularmente, ao fundir peças fundidas de grande volu me produzidas a partir de ferro fundido, a pressão interna exercida no molde de fundição em seguida ao derramamento do metal derretido pode ser muito alta. A fim de absorver essa pressão e impedir de modoconfiável que o molde de fundição estoure, é necessário usar ou moldes de fundição de grande volume com paredes espessas ou estruturas de sustentação que sustentem o molde de fundição em seu lado externo.

[007] Uma forma possível de tal estrutura de sustentação consis te em um invólucro que é colocado sobre o molde de fundição. O invólucroé geralmente projetado na forma de uma jaqueta que cerca o molde de fundição em seus lados periféricos, mas que tem em seu lado superior uma abertura suficientemente grande para permitir que a fusão seja derramada no molde de fundição. O invólucro é, desse modo, dimensionado de modo que, depois de o mesmo ser colocado em posição, um espaço de preenchimento permanece entre as superfícies internas do invólucro e as superfícies externas do molde de fundição, pelo menos nas seções decisivas para a sustentação do molde de fundição. Esse espaço de preenchimento é preenchido com um material de preenchimento de fluxo livre, de modo que seja assegurada uma sustentação pelo invólucro das seções de superfície relevantes em uma área ampla. A fim de assegurar, tão uniforme quanto possível, um preenchimento do espaço de preenchimento, um contato igualmente uniforme entre o molde de fundição e o material de preenchimento e uma sustentação correspondentemente uniforme do material de molde frágil, como regra materiais de preenchimento de granulação fina e fluxo livre tais como injeções de areia ou aço são usadas as quais têm uma alta densidade aparente. Depois do preenchimento, o material de preenchimento é adicionalmente compactado. O objetivo aqui é criar a massa de preenchimento mais compacta possível que, ao atuar como um monólito incompreensível, assegure a transmissão direta das forças de sustentação do invólucro para o molde de fundição.

[008] O metal derretido é derramado no molde de fundição em uma temperatura alta, de modo que as partes de molde de fundição e núcleos que compõem o molde de fundição sejam também fortemente aquecidos. Consequentemente, o molde de fundição começa a irradiar calor. Se a temperatura do molde de fundição excede certa temperaturamínima, então, o aglutinante do material de molde começa a vaporizar-se e comburir-se, o que libera calor adicional. Isso causa a perda de efeito do aglutinante. Como um resultado dessa decomposição do aglutinante, a coesão dos grãos do material de molde dos quais as partes de molde de fundição e núcleos do molde de fundição são feitos é perdida e o molde de fundição e suas partes e núcleos produzidas do material de molde colapsam em fragmentos individuais.

[009] É conhecido na prática que esse efeito pode ser usado para desenformar as fundidas do molde de fundição. Portanto, os métodos de tratamento térmico para peças fundidas são, por exemplo, conhecidos a partir dos documentos EP 0 546 210 B2 ou EP 0 612 276 B2 em que o molde de fundição conjuntamente com as peças fundidas são, em uma sequência de processo contínuo, transferidas do calor de fundição para um forno de tratamento térmico. Ao passar pelo forno, o molde de fundição e as peças fundidas são expostos por uma duração adequadamente longa a uma temperatura em que a condição das peças fundidas é alcançada, o que é o objetivo do tratamento térmico. Ao mesmo tempo, a temperatura do tratamento térmico é selecionada de modo que o aglutinante do material de molde se decomponha. Os fragmentos do molde de fundição que consistem de material de molde que, então, se separam automaticamente da peça fundida são coletados em um leito de areia no próprio forno de tratamento térmico. Os mesmos permanecem por certo período a fim de encorajar adicionalmente a desintegração dos fragmentos das partes de molde de fundição e núcleos. A fragmentação do material de molde que cai do molde de fundição pode ser sustentada sendo que o leito de areia é fluidiza- do com o sopro de um fluxo de gás quente. Os fragmentos de material de molde suficientemente desintegrados são finalmente alimentados a uma instalação de processamento em que a areia de núcleo é reciclada de modo que a mesma possa ser usada para a fabricação de novas partes de molde de fundição e núcleos.

[0010] O procedimento conhecido para o desenforme e processa mento dos moldes de fundição exigido para a fundição de peças fundidas tem se mostrado eficaz na prática na fundição, em grandes quantidades, de partes para motores de combustão interna produzidas a partir de alumínio. Contudo, isso exige um forno de comprimento de construção considerável e um manejo dos moldes de fundição e peças fundidas que, no caso de partes ou moldes de fundição de grande vo lume com a exigência de sustentação adicional através de um invólucro do tipo descrito acima, se mostra complicado. Isso se aplica em particular a peças fundidas que devem ser fabricadas em quantidades de tamanho pequeno e médio de ferro fundido.

[0011] Contra esses antecedentes, o problema atendido pela in venção era fornecer um método que torna possível fabricar peças fundidas com o uso de técnicas de fundição com eficiência de energia aperfeiçoada e de uma maneira particularmente econômica.

[0012] A invenção resolveu esse problema por meio do método declarado na reivindicação 1.

[0013] As modalidades vantajosas da invenção são especificadas nas reivindicações dependentes e são explicadas individualmente em seguida, conjuntamente com o conceito geral por trás da invenção.

[0014] Consequentemente, a invenção fornece um método para fundir peças fundidas em que um metal derretido é derramado em um molde de fundição que envolve uma cavidade que forma a peça fundida que deve ser produzida. O molde de fundição é projetado como um molde perdido que consiste em uma ou mais partes de molde de fundição ou núcleos. Essas partes de molde de fundição são em cada caso formadas por um material de molde que consiste em uma areia de núcleo, um aglutinante e, opcionalmente, um ou mais aditivos para ajustar propriedades particulares do material de molde.

[0015] O método de acordo com a invenção compreende, desse modo, as seguintes etapas de trabalho: - prover o molde de fundição; - encerrar o molde de fundição em um alojamento, que forma um espaço de preenchimento entre pelo menos uma seção de superfície interna do alojamento e uma seção de superfície externa associada do molde de fundição; - preencher o espaço de preenchimento com um material de preenchimento de fluxo livre; - derramar o metal derretido no molde de fundição, - em que, como resultado do derramamento do metal derretido, o molde de fundição começa a irradiar calor, como consequência da entrada de calor causada pelo metal derretido quente, e - em que, como uma consequência da entrada de calor causada pelo metal derretido, o aglutinante do material de molde começa a vaporizar-se e comburir-se, de modo que o mesmo perde seu efeito e o molde de fundição se desintegra em fragmentos.

[0016] De acordo com a invenção, o material de preenchimento derramada no espaço de preenchimento tem uma densidade aparente tão baixa que a vedação de material de preenchimento formada pelo material de preenchimento em seguida ao preenchimento do espaço de preenchimento pode ser permeada por um fluxo de gás.

[0017] Adicionalmente, no método de acordo com a invenção, du rante o preenchimento do espaço de preenchimento o material de pre-enchimento tem uma temperatura mínima, a partir dessa a temperatura do material de preenchimento sobe, como resultado de calor de processo que é gerado através do calor irradiado do molde de fundição e através do calor liberado durante a combustão do aglutinante, para além de uma temperatura limite de 700 °C.

[0018] O método de acordo com a invenção é, portanto, baseado na ideia de usar o material de preenchimento no sentido de um acumulador de calor e projetar e controlar a temperatura desse acumulador de calor de modo que o aglutinante do material de molde, a partir do qual as partes de molde de fundição e núcleos do molde de fundição são produzidos, já esteja bastante decomposto durante o tempo que fica dentro do invólucro através do efeito de temperatura.

[0019] Desse modo, a situação é alcançada em que as partes e núcleos do molde de fundição que consistem de material de molde se desintegraram em fragmentos até o ponto em que esses fragmentos se separam da peça fundida e, em seguida à remoção do invólucro, a peça fundida está, a uma grande extensão, livre de aderir partes de molde ou núcleos, pelo menos na região de suas superfícies externas.

[0020] Ao mesmo tempo, os núcleos que formam canais ou cavi dades no interior da peça fundida também se separaram, de modo que a areia de núcleo e os fragmentos de material de molde desses núcleos ou já gotejam da peça fundida por conta própria no invólucro ou podem ser removidos da peça fundida de uma maneira essencialmente conhecida, por exemplo, através de métodos mecânicos tais como agitação, ou através de lavagem com um fluido adequado.

[0021] O material de preenchimento que, de acordo com a inven ção, é preenchido no espaço de preenchimento formado entre a peça fundida e o invólucro é de fluxo livre, de modo que o mesmo também preenche completamente o espaço de preenchimento quando há reentrâncias, cavidades e similares presentes na região das superfícies externas do molde de fundição.

[0022] Portanto, é de importância decisiva que, de acordo com a invenção, o material de preenchimento tenha uma densidade aparente que seja tão baixa que o mesmo possa ser fluído através de um fluxo de gás, também em seguida ao preenchimento do espaço de preenchimento e qualquer possível compactação do material de preenchimento preenchido no espaço de preenchimento. Portanto, de acordo com a invenção, em contrapartida da técnica anterior mencionada acima, uma vedação altamente compacta de modo extremo é expressamentenão criada no espaço de preenchimento que, embora assegure uma sustentação ideal do molde de fundição, é extremamente impermeável a gás. Em vez disso, o material de preenchimento usado de acordo com a invenção deve ser selecionado de modo que o mesmo seja permeável para um fluxo de gás que ocorre, por exemplo, como resultado de convecção térmica. Isso ocorre quando o molde de fundição é aquecido através de metal derretido que foi derramado no mesmo e os componentes aglutinantes vaporizantes do material de molde das partes de molde de fundição e núcleos começam a vaporizar-se e comburir-se, o que libera calor.

[0023] Quando é feita referência a um aglutinante passível de va porizaçãoe combustão, então, isso sempre significa aqueles componentes de aglutinante que podem vaporizar-se e comburir-se através da aplicação de calor. Isso não elimina a possibilidade de outros componentes de aglutinante na forma sólida ou outra, por exemplo, como produtos rachados, remanescentes no molde de fundição e que idealmentetambém se desintegram no mesmo através da influência de calor.

[0024] A permeabilidade de acordo com a invenção do material de preenchimento preenchido no espaço de preenchimento a um fluxo de gás fornecido, desse modo, não apenas torna possível que o aglutinante que se vaporiza do molde de fundição se combure na própria região do material de preenchimento e como consequência ao calor adicional no material de preenchimento, mas, adicionalmente, permite o abastecimento de oxigênio, que dá apoio à combustão do aglutinante. Desse modo, como resultado do calor de processo introduzido através do metal derretido e liberado através da combustão do aglutinante, o material de preenchimento é aquecido a uma temperatura que é tão alta que os componentes de aglutinante das partes de molde e núcleos, que escapam do molde de fundição e entram em contato com o material de preenchimento, combustam ou estão, pelo menos, tão termicamente decompostos que os mesmos não têm mais qualquer efeito prejudicial para o ambiente ou podem ser extraídos do invólucro como gás de escape e podem ser alimentados a um processo de purificação de gás de escape.

[0025] O material de preenchimento, cuja temperatura é ajustada previamente, de acordo com a invenção, é preferencialmente introduzido no espaço de preenchimento um tempo curto antes do derramamento do metal derretido a fim de minimizar perdas de temperatura.

[0026] Uma vez que uma concentração suficiente de emissões de gás combustível do material de molde é alcançada no espaço de pre-enchimento, a combustão é iniciada através do contato com o material de preenchimento aquecido. A combustão do aglutinante que é emitido do molde de fundição continua e, contanto que a mesma continue o material de preenchimento continua a ser aquecido. Esse processo continua até que apenas pequenas quantidades de aglutinante escapem do molde de fundição que uma atmosfera combustível não seja mais formada no invólucro. Contudo, do modo de um acumulador de calor, o material de preenchimento quente agora mantém uma temperatura acima da temperatura limite em que a combustão do aglutinante ocorre. Consequentemente, o molde de fundição também permanece pelo menos nessa temperatura, de modo que os resíduos de aglutinante que restam no molde de fundição sejam termicamente decom-postos.

[0027] Particularmente adequado para o método de acordo com a invenção são moldes de fundição, cujas partes de molde e núcleos consistem de material de molde que é ligado por meio de um aglutinanteorgânico. Aglutinantes comercialmente disponíveis que contêm solventes podem, por exemplo, ser usados com esse propósito, ou aglutinantes cujo efeito é acionado através de uma reação química. Sistemas de aglutinante correspondentes são usados atualmente no chamado "método da caixa fria".

[0028] Na prática, uma temperatura de 700 °C é particularmente adequada como temperatura limite no processamento de fundição de ferro fusão. Acima de 700 °C, aglutinantes orgânicos em particular combustam de modo confiável. Ao mesmo tempo, nessas temperaturas outras substâncias tóxicas que são emitidas do molde de fundição são oxidadas ou, de outro modo, transformadas em inofensivas. O mesmo se aplica aos produtos produzidos no molde de fundição como uma consequência da desintegração do aglutinante relacionada à temperatura, que são também decompostos de modo confiável em tais temperaturas altas.

[0029] Desse modo, de acordo com a invenção, o material de pre enchimentoé preaquecido a uma temperatura específica ao ser preenchido no espaço de preenchimento, como consequência do calor de processo emitido, o material de preenchimento é aquecido a uma temperatura acima da temperatura limite. Testes práticos mostraram aqui que uma temperatura de 500 °C é suficiente como a temperatura mínima do material de preenchimento ao ser preenchido no espaço de preenchimento.

[0030] À medida que o aglutinante vaza, combusta e se decom põe, as partes e núcleos do molde de fundição formados de material de molde se desintegram em fragmentos soltos, que podem tanto ser descartados e processados em seguida à remoção do invólucro ou, vantajosamente, já ser removido do invólucro durante o período entre o derramamento do metal derretido e a remoção do invólucro. Com esse propósito, o molde de fundição pode ser colocado em uma base de peneira e os fragmentos do molde de fundição que gotejam através da base de peneira podem ser coletados. Com propósitos práticos, as aberturas da base de peneira são, desse modo, projetadas de maneira que os fragmentos do molde de fundição e o material de preenchimento gotejem juntos através da base de peneira, sejam coletados e processados juntos e sejam separados um do outro seguindo o proces-samento. Isso tem a vantagem de que nenhum material de preenchimento solto continua ainda presente no invólucro quando o invólucro é removido.

[0031] Consequentemente, o invólucro do molde de fundição pode ser formado através de umajaqueta, que consiste em um material ter- micamente isolante e suficientemente rígido, que cerca o molde de fundição a uma distância suficiente para a formação do espaço de preenchimento, sendo que uma placa de sustentação perfurada atua como uma placa de peneira em que o molde de fundição é colocado, e uma capa, também termicamente isolante, que é ajustada no lugar em seguida ao preenchimento do molde de fundição. A fim de tornar possível uma extração controlada dos gases de escape que se formam no espaço de preenchimento, adicionalmente, uma abertura de gás de escape pode ser fornecida.

[0032] No método de acordo com a invenção também, o material de preenchimento preenchido no espaço de preenchimento pode ser compactado a fim de criar uma pré-tensão entre o molde de fundição e o invólucro, o que permite assegurar uma coesão mais segura e mais precisamente posicionada do molde de fundição, também onde o molde de fundição é formado de um pacote de núcleo que consiste em uma pluralidade de partes de molde e núcleos. Contudo, conforme mencionado, devido à baixa densidade aparente, a permeabilidade a um fluxo de gás é também assegurada mesmo com tal preenchimento compacto.

[0033] A efetividade da destruição das partes de molde e núcleos do molde de fundição alcançada, de acordo com a invenção, pode ser aumentada adicionalmente, sendo que não apenas o material de pre-enchimento, mas também o próprio molde de fundição é projetado para ser permeável por gás. Com esse propósito, canais podem ser deli- beradamente introduzidos no molde de fundição, através dos quais o gás de escape quente que se forma no espaço de preenchimento ou fluxos de gás que contêm oxigênio apropriadamente preaquecidos. Desse modo, uma rápida vaporização, combustão e outras formas de decomposição térmica do material de molde aglutinante também são iniciadas dentro do molde de fundição. Isso acelera adicionalmente a desintegração do molde de fundição.

[0034] Os canais deliberadamente introduzidos no molde de fundi ção podem também ser usados para acelerar o resfriamento de zonas específicas sobre ou na peça fundida ou para impedir tal resfriamento acelerado, a fim de alcançar propriedades específicas da peça fundida na zona em questão.

[0035] Em um material de preenchimento, de acordo com a inven ção, em seguida à compactação, a pré-tensão é transmitida através dos grãos do material de preenchimento que estão em contato entre si. Desse modo, a fim de impedir que os grãos do material de preenchimento sejam deslocados de uma maneira não controlada, apesar da permeabilidade a gás do material de preenchimento exigida, de acordo com a invenção, o invólucro pode ser equipado em sua superfície interna, que está voltada para o molde de fundição, com uma superfície estruturada em que os grãos que colidem contra essa superfície sejam, pelo menos em alguns locais, sustentados de uma maneira de travamento de forma.

[0036] O material de preenchimento deveria ao mesmo tempo ter uma baixa adequabilidade para o armazenamento de calor, de modo que o material de preenchimento aqueça rapidamente e possa ser mantido a uma temperatura acima da temperatura limite por quanto tempo for possível.

[0037] Um material de preenchimento que é idealmente adequado para os propósitos da invenção, portanto, combina uma baixa densidade aparente com uma baixa capacidade térmica específica do material do qual as partículas individuais que formam o material de preenchimentosão feitas. Os experimentos práticos mostraram aqui que material de preenchimento em que o produto P de densidade aparente Sd e capacidade térmica específica cp do material do qual o material de preenchimento é feito equivale no máximo a 1 kJ/dm3K (P = Sd x cp < 1 kJ/dm3K), por meio dos quais o material de preenchimento em que o produto P = Sd x cp equivale no máximo a 0,5 kJ/dm3K é particularmente adequado.

[0038] Independentemente de a compactação ter ocorrido, granu lados ou outros materiais a granel granulados se mostraram eficazes como material de preenchimento. Tais materiais a granel com densidades aparentes de no máximo 4 kg/dm3, em particular, menos do que 1 kg/dm3 ou mesmo menos do que 0,5 kg/dm3, se mostraram particularmente adequados para os propósitos da invenção.

[0039] Se um material de preenchimento granular, derramável e de fluxo livre é usado, o mesmo se mostrou favorável em testes práticos se o diâmetro médio dos grãos for de 1,5 a 100 mm, em que idealmente material de preenchimento é usado com tamanhos de grão na região de 1,5 a 40 mm.

[0040] O material de preenchimento que consiste em materiais com uma capacidade térmica específica de no máximo 1 kJ/kgK, idealmente, menos do que 0,5 kJ/kgK, exibe um comportamento de aquecimento e armazenamento de calor que é ideal para a invenção.

[0041] Fundamentalmente, todos os materiais a granel são ade quados como material de preenchimento que pode suportar cargas térmicas, que atendem às condições mencionadas anteriormente e são suficientemente resistentes à temperatura. Os materiais a granel não metálicos tais como granulados produzidos a partir de materiais cerâmicos são particularmente adequados para esse propósito. Esses podem ser irregularmente formados, esféricos ou podem conter cavidades a fim de alcançar um bom fluxo de gás através do material de preenchimento preenchido no espaço de preenchimento, enquanto ao mesmo tempo se alcança baixas propriedades de retenção de calor. O material de preenchimento pode também consistir em elementos anulares ou poligonais que ao fazer contato um com o outro apenas se tocam em certos pontos, de modo que espaço suficiente permaneça entre os mesmos para garantir uma boa passagem de fluxo.

[0042] A fim de impedir que o fluxo de gás que contém oxigênio opcionalmente introduzido no invólucro através de uma entrada de gás resfrie o material de preenchimento, o fluxo de gás pode ser aquecido a uma temperatura acima da temperatura ambiente antes de o mesmo entrar no espaço de preenchimento. Idealmente, a temperatura do fluxo de gás está, desse modo, pelo menos no nível da temperatura mínima do material de preenchimento. Por exemplo, o gás de escape quente que é extraído do invólucro pode ser usado para aquecer o fluxo de gás. Um trocador de calor essencialmente conhecido pode ser usado para esse propósito. Contanto que uma base de peneira seja fornecida através da qual os fragmentos do molde de fundição, possivelmente junto ao material de preenchimento, possa escapar do invólucro, o fluxo de gás que contém oxigênio pode também ser alimenta-doatravés dessa base de peneira. Isso tem a vantagem não só de introduzir o dito fluxo de gás por uma área mais ampla, mas também tem o efeito de que o fluxo de gás alimentado é aquecido através do contato com os fragmentos de material de molde quente que goteja para fora do invólucro assim como o material de preenchimento igualmente quente.

[0043] Alternativa ou adicionalmente, é também concebível mistu rar um fluxo parcial do fluxo de gás de escape com o fluxo de gás que contém oxigênio e alimentar a mistura de gás quente obtida desse modo de volta ao espaço de preenchimento. Com esse propósito, pode ser prático para o fluxo de gás que contém oxigênio alimentado no espaço de preenchimento consistir em 10 a 90 % em volume de gás de escape.

[0044] O fluxo de gás que contém oxigênio alimentado no espaço de preenchimento pode, por exemplo, consistir em ar ambiente.

[0045] O fluxo de gás que contém oxigênio alimentado no espaço de preenchimento pode ser sugado no espaço de preenchimento através de uma entrada adequadamente projetada como resultado do fluxo induzido dentro do espaço de preenchimento através de convecção térmica. Como alternativa, é evidentemente concebível introduzir, do mesmo modo, o fluxo de gás no espaço de preenchimento com certa pressão por meio de um ventilador ou similar.

[0046] Uma regulação opcional do fluxo de gás introduzido no es paço de preenchimento pode ocorrer dependendo do fluxo de volume de gás de escape que é emitido do invólucro a fim de impedir que a criação de sobrepressão na atmosfera prevaleça no espaço de preenchimento. Com esse propósito, a entrada de gás em questão pode ser equipada com um mecanismo que controla a admissão de ar dependendo da velocidade de fluxo. É adequado para esse propósito, por exemplo, uma aba pendular essencialmente conhecida que é suspensa e carregada de tal modo que a pressão de fluxo do fluxo de gás que passa ajusta automaticamente a velocidade de fluxo e, portanto, o abastecimento de ar de combustão dependendo dos contrapesos.

[0047] É também concebível realizar uma medição de gás de es cape na saída de gás de escape e regular o fluxo de gás que contém oxigênio dependendo do resultado dessa medição a fim de garantir uma combustão completa do aglutinante e de outros gases que possa possivelmente ser emitidos do molde de fundição no espaço de preenchimento.

[0048] Uma minimização da emissão de substâncias tóxicas pode também ser alcançada no método de acordo com a invenção em que o invólucro é equipado com um conversor catalítico para decomposição de substâncias tóxicas contidas nos produtos de combustão do aglutinante.

[0049] A peça fundida que é exposta em seguida ao desenforme de acordo com a invenção pode, em seguida à desintegração do molde de fundição, ser submetida a um tratamento térmico em que a mesma é resfriada de uma maneira controlada essencialmente controlada de acordo com uma curva de resfriamento especificada a fim de alcançar uma condição específica da peça fundida.

[0050] Naturalmente, em um procedimento de acordo com a in venção, diversos moldes de fundição podem ser alojados juntos em um invólucro e esses moldes de fundição preenchidos com metal derretido, paralela ou consecutivamente, em intervalos curtos.

[0051] Fundamentalmente, o método de acordo com a invenção é adequado para qualquer tipo de material de fundição metálico durante o processamento do qual um calor de processo suficientemente alto é produzido. O método de acordo com a invenção é particularmente adequado para a fabricação de peças fundidas produzidas a partir de ferro fundido, pois devido à alta temperatura do ferro fundido derretido, as temperaturas exigidas para a combustão do aglutinante de acordo com a invenção são particularmente alcançadas de modo confiável. Em particular, materiais de ferro fundido GJL, GJS e GJV assim como aço fundido podem ser processados de acordo com a invenção.

[0052] Quando é feita referência aqui ao molde de fundição usado de acordo com a invenção que consiste em partes de molde ou núcleos que são formados de material de molde, isso naturalmente inclui a possibilidade de fabricar partes individuais, tais como coquilhas, suportes e similares, dentro de tal molde de fundição, de outros materiais. A única exigência decisiva é que o molde de fundição contenha tal volume de material de molde que, durante o curso de derramamento do metal derretido em questão, aglutinante vaporize e, depois, com- buste no espaço de preenchimento e aqueça o material de preenchimentoaté o ponto em que o mesmo mantém uma temperatura acima da temperatura limite por um período suficientemente longo para assegurar uma decomposição virtualmente completa do aglutinante do material de molde.

[0053] A limpeza do fluxo de gás de escape que é emitido do invó lucro fornecido de acordo com a invenção pode ser alcançada de modo que as substâncias combustíveis ainda presentes no gás de escape sejam subsequentemente submetidas à combustão em um processo de combustão de ar de escape. O calor liberado desse modo pode, por sua vez, ser usado a fim de preaquecer o fluxo de gás que contém oxigênio alimentado no invólucro.

[0054] Contanto que as peças fundidas sejam criadas, do modo descrito de acordo com a invenção, com diversos moldes de fundição de acordo com a invenção dispostas em paralelo, então, pode ser prático se os moldes de fundição, conjuntamente com os invólucros associados, forem dispostos juntos em um túnel ou similar e os gases de escape que são formados forem extraídos em um cano de gás de escape comum.

[0055] O método de acordo com a invenção é adequado, em parti cular, para a fabricação por fundição de blocos de motor e cabeças de cilindro para motores de combustão interna. Em particular, quando os componentes em questão são destinados a veículos comerciais, os mesmos, e o molde de fundição exigido para sua fabricação, têm um volume comparativamente grande, caso em que as vantagens do procedimento de acordo com a invenção são particularmente manifestados com clareza.

[0056] Como regra, quando os mesmos emergem do invólucro, os fragmentos de areia de núcleo obtidos de acordo com a invenção aindaestão tão quentes que os mesmos podem ser pulverizados em uma fresa de trituração convencional sem o abastecimento de calor adicional. Se os fragmentos de areia de núcleo estão presentes na forma de uma mistura com o material de preenchimento, então, os mesmos são separados em seguida à trituração. Isso é muito simples, pois o tamanho do grão da areia de núcleo obtida em seguida trituração é muito menor do que o tamanho do grão do material de preenchimento. A fre- sa de trituração pode, desse modo, ser projetada de maneira que a mesma afete um pré-condicionamento mecânico da areia de núcleo. Tal pré-condicionamento pode, por exemplo, consistir no fato de que a rugosidade de superfície dos grãos de areia aumenta através do contato da areia de núcleo com o material de preenchimento granulado e, portanto, durante o processamento subsequente para formar uma parte de molde ou núcleo, a adesão do aglutinante à areia de núcleo é aprimorada.

[0057] A areia reciclada obtida em seguida ao processamento po de ser misturada com nova areia de uma maneira essencialmente conhecida.

[0058] A invenção é explicada em mais detalhes a seguir com re ferência a um desenho que representa, em forma diagramática, uma modalidade exemplificativa, em que:

[0059] Figura 1 mostra um fluxograma que representa o processo de acordo com a invenção;

[0060] Figuras 2 a 8 mostram um termorreator em diferentes fases do desempenho do método de acordo com a invenção, sendo em cada caso visualizado como uma seção ao longo de seu eixo geométrico longitudinal;

[0061] Figura 9 mostra o termorreator aberto para remoção das peças fundidas em uma vista que corresponde às Figuras 2 a 8;

[0062] Figura 10 mostra um aparelho para resfriamento de uma peça fundida;

[0063] Figura 11 mostra a peça fundida finalizada;

[0064] Figura 12 mostra um prato coletor do termorreator em uma vista que correspondente às Figuras 2 a 8;

[0065] Figura 13 mostra uma fresa de trituração para regenerar areia de núcleo em uma seção transversal a seu eixo geométrico longitudinal;

[0066] Figura 14 mostra um molde de fundição para fundir uma peça fundida em uma vista que corresponde às Figuras 2 a 8;

[0067] Figura 15 mostra uma tremonha de armazenamento preen chida com material de preenchimento em uma vista que corresponde às Figuras 2 a 8.

[0068] Figura 1 mostra uma forma diagramática o ciclo encerrado na realização do método de acordo com a invenção. Isso começa com partes de molde de fundição e núcleos produzido a partir de material de molde que consiste em uma mistura de areia de núcleo nova, não usada, por exemplo, areia de quartzo, e um aglutinante convencional, por exemplo, um aglutinante de caixa fria comercialmente disponível. Novo material de preenchimento, por exemplo, granulado cerâmico com um tamanho de grão médio de 1,5 a 25 mm, é também usado o qual, para seu primeiro uso, precisa ser aquecido à temperatura mínima exigida, por exemplo, 500 °C, antes de o mesmo poder ser usado. Esses materiais de partida podem posteriormente ser reutilizados no ciclo, conforme explicado abaixo.

[0069] O termorreator T, representado em diferentes fases do mé todo de acordo com a invenção nas Figuras 2 a 8, tem uma placa de peneira 1, em que um molde de fundição 2 preparado para o derramamento de uma fusão de ferro fundido é colocado. O molde de fundição 2 se destina à fabricação através de fundição de uma peça fundida G, que no presente exemplo é um bloco de motor para um motor de combustão interna de um veículo comercial.

[0070] O molde de fundição 2 é montado de uma maneira conven cional como um pacote de núcleo que consiste em uma pluralidade de núcleos externos ou partes de molde dispostos do lado de fora e núcleos de fundição dispostos do lado de dentro. Adicionalmente, o molde de fundição 2 pode incluir componentes que consistem de aço ou outros materiais indestrutíveis. Esses incluem, por exemplo, coquilhas e similares que são dispostos no molde de fundição 2 a fim de alcançar uma solidificação controlada da peça fundida G através de uma solidificação acelerada da fusão que entra em contato com a coquilha.

[0071] O molde de fundição 2 delimita a partir do ambiente U uma cavidade de molde 3 na qual a fusão de ferro fundido é derramada a fim de formar a peça fundida G. A fusão de ferro, desse modo, flui para dentro da cavidade de molde 3 através de um sistema de porta, que por razão de clareza não é mostrado aqui.

[0072] Os núcleos e partes de molde do molde de fundição 2 são fabricados, de uma maneira convencional que usa o método da caixa fria, a partir de um material de molde convencional que consiste em uma mistura de uma areia de núcleo comercialmente disponível, um aglutinante orgânico comercialmente disponível e, opcionalmente, aditivos adicionados, que por exemplo, servem para o propósito de permitir melhor molhagem dos grãos da areia de núcleo através do aglutinante. Os núcleos de fundição e partes de molde do molde de fundição 2 são formados do material de molde. Os núcleos de fundição e partes de molde obtidos, então, recebem gás de um gás de reação a fim de endurecer o aglutinante através de uma reação química e, portanto, proporciona aos núcleos e partes de molde a rigidez necessária.

[0073] A borda da placa de peneira 1 é sustentada em um ombro de borda periférica 4 de um prato coletor 5. Um elemento de vedação 6 é integrado na superfície de contato periférica do ombro de borda 4.

[0074] Uma vez que o molde de fundição 2 é posicionado na placa de peneira 1, um invólucro 7, que é também parte do termorreator T, é colocado no ombro de borda periférica 4 do prato coletor 5. O invólucro 7 é projetado na forma de um capuz e envolve o molde de fundição 2 em suas superfícies periféricas externas 8. A periferia do espaço amarrado pelo invólucro 7 é superdimensionada em comparação com a periferia do molde de fundição 2, de modo que, depois de o invólucro 7 ser colocado na base de peneira 1, um espaço de preenchimento 10 é formado entre a superfície periférica externa do molde de fundição 2 e a superfície interna 9 do invólucro 7. O invólucro repousa sobre o elemento de vedação 6 com sua borda associada ao prato coletor 5, de modo que uma vedação firme do espaço de preenchimento 10 em relação ao ambiente U seja garantida. O invólucro consiste em um material isolante térmico, que pode consistir em diversas camadas, das quais uma camada garante a estabilidade necessária de forma do invólucro 7 e outra camada garante isolamento térmico. Em seu lado superior, o invólucro 7 cerca uma abertura grande 11, através da qual o molde de fundição 2 pode ser preenchido com fusão de ferro fundido e o espaço de preenchimento 10 com material de preenchimento F (Figura 3).

[0075] A fim de preencher o espaço de preenchimento 10 com um material de preenchimento F na forma de um granulado, aquecido a uma temperatura Tmín de pelo menos 500 °C, uma tremonha de armazenamento V é posicionada acima da abertura 11 a partir da qual o material de preenchimento quente F é então, permitido gotejar no espaço de preenchimento 10 através de um sistema de distribuição 12 (Figura 4).

[0076] Quando o processo de preenchimento é concluído, a veda ção de material preenchida no espaço de preenchimento 10 pode ser comprimida se necessário. Uma capa 13 é, então, colocada na abertura 11, que também tem uma abertura 14 através da qual a fusão de ferro fundido pode ser preenchida no molde de fundição 2 (Figura 5).

[0077] A fusão de ferro fundido é, então, derramada no molde de fundição 2 (Figura 6).

[0078] Nesse interim, ar ambiente que contém oxigênio pode en trar no espaço de preenchimento 10 através de uma entrada de gás 15 moldada na região de borda inferior do invólucro 7. O ar ambiente que entra no prato coletor 5 através de um acesso 16 é também sugado no espaço de preenchimento 10 através da base de peneira 1 (Figura 7).

[0079] A destruição desejada do molde de fundição 2 que começa com o derramamento da fusão de ferro fundido e o desenforme associado da peça fundida G ocorre em duas fases.

[0080] Na primeira fase, solvente no aglutinante evapora. O sol vente emitido do molde de fundição 2 em forma de vapor alcança uma concentração no espaço de preenchimento 10 em que o mesmo incendia automaticamente e queima. Como um resultado do calor liberado desse modo, o material de preenchimento granular F, que foi levado a uma temperatura Tmín de aproximadamente 500 °C é aquecido para acima da temperatura limite Tlimite de 700 °C até que sua temperatura alcance a temperatura máxima Tmáx de aproximadamente 900 °C.

[0081] Quando a concentração dos componentes de aglutinante que evapora do molde de fundição 2 não é mais suficiente para uma combustão autônoma, o material de preenchimento aquecido desse modo assume a função de um acumulador de calor, através do qual a temperatura do molde de fundição 2 e aquela no espaço de preenchimento 10 são mantidas em um nível acima de uma temperatura Tlimite de 700 °C. Desse modo, a combustão dos componentes de aglutinante e outras substâncias tóxicas potenciais que são emitidas do molde de fundição 2 continuam até que nenhum aglutinante mais evapore do molde de fundição 2. Como resultado da alta temperatura que prevale- ce dentro do espaço de preenchimento 10, as substâncias vaporosas que podem ainda ser emitidas do molde de fundição 2 são oxidadas ou, de outro modo, tornadas inofensivas.

[0082] Os fluxos de gás que contêm oxigênio S1, S2 formados de ar ambiente que entra no espaço de preenchimento 10 do invólucro 7 através da entrada de gás 15 e da base de peneira 1 também contribuem para a conclusão da combustão dos gases que são emitidos do molde de fundição 2.

[0083] Uma vez que a densidade aparente do material de preen chimento F é tão baixa que uma boa permeabilidade de gás da vedação de material de preenchimento presente no espaço de preenchimento 10 é garantida uniforme em seguida à compactação, uma boa intermistura dos gases que são emitidos do molde de fundição 2 com os fluxos de gás S1, S2 que suprem oxigênio para sua combustão é garantida. Ao mesmo tempo em que a vedação de material de preenchimento no espaço de preenchimento 10 sustenta ao molde de fundição 2 em suas superfícies periféricas e, desse modo, impede que a fusão de ferro fundido quebre.

[0084] O fluxo dos gases que são emitidos do molde de fundição 2 através do material de preenchimento F causa uma boa intermistura com um fluxo de gás alimentado S1, S2, um tempo de processo mais longo e boa reatividade. O molde de fundição 2 é aquecido tanto através da combustão do sistema aglutinante e da entrada de calor através do metal derramada no molde de fundição 2, assim como através do material de preenchimento preaquecido F. Como uma consequência, o sistema aglutinante que retém as partes de molde e núcleos do molde de fundição 2 é virtualmente destruído por completo. As partes de molde e núcleos, então, se desintegram em fragmentos B ou grãos de areia individuais.

[0085] Os fragmentos B e areia solta caem pela base de peneira 1 para dentro do prato coletor 5 e são coletados ali. Dependendo do progresso da destruição do molde de fundição 2, a base de peneira 1 pode, desse modo, ser aberta de maneira que material de preenchimento F também caia dentro do prato coletor 5 (Figura 8).

[0086] A fim de alcançar combustão ideal dos gases que são emi tidos do molde de fundição 2 e para a regeneração da areia de núcleo já no invólucro, as temperaturas de material de preenchimento F e dos gases que fluem no espaço de preenchimento 10 estão, idealmente, em cada caso, bem acima de 700 °C. Com esse propósito, as condições dentro do termorreator T são tais que o processo de regeneração e o tratamento de gás de escape prosseguem independentemente da disponibilidade de instalação. Valores determinantes e configurados são a temperatura de partida do material de preenchimento F, dos fluxos de gás que contêm oxigênio S1, S2 que fluem através da entrada de gás 15 e da admissão 16 e do próprio molde de fundição 2.

[0087] O progresso da destruição do molde de fundição 2 e o pro gresso da solidificação da fusão de ferro fundido derramada no molde de fundição 2 são compatibilizados entre si de modo que a peça fundida G seja suficientemente solidificada quando a desintegração do molde de fundição 2 começa.

[0088] Uma vez que o molde de fundição 2 tenha se desintegrado substancialmente por completo, o prato coletor 5 com a mistura de material de molde e material de preenchimento contida no mesmo é separado da base de peneira 1 e o invólucro 7 é também removido da base de peneira 1. A peça fundida com areia amplamente removida G agora está livremente acessível e pode ser resfriada de uma maneira controlada em um espaço tipo túnel 17 fornecido para esse propósito (Figura 10). Ao ser removida, a peça fundida G está em uma alta temperatura em que a transformação de austenita ainda não foi concluída e um rápido resfriamento levaria a tensão interna e, portanto, a rachaduras. Por essa razão, a peça fundida G é lentamente resfriada em um túnel de resfriamento 17 de acordo com as curvas de recozimento para re- cozimento livre de tensão. O abastecimento de ar de resfriamento é dimensionado de modo que o perfil de resfriamento seja alcançado em uma base específica de produto.

[0089] A mistura ainda quente de material de preenchimento F, areia de núcleo e fragmentos B contido no prato coletor 5 é intensivamente misturada em uma fresa de trituração 18, que pode, por exemplo, ser uma fresa rotatória, e misturada com suficiente ar de oxidação de modo que quaisquer resíduos de aglutinante que possam estar ainda presentes subsequentemente combustem. Nesse estágio de processo, o material de preenchimento F pode também ser separado da areia de núcleo e ambos passados para um estágio de resfriamento separado. Tal regeneração de modo confiável garante combustão completa do sistema aglutinante e, adicionalmente, através de atrito mecânico, prepara a superfície da areia de núcleo para uma boa adesão do aglutinante para reuso como areia de núcleo.

[0090] A areia de núcleo obtida é resfriada virtualmente para tem peratura ambiente e, em seguida à separação das frações, mais uma vez processada em partes de molde de fundição ou núcleos de fundição para um novo molde de fundição 2.

[0091] O material de preenchimento F é, em contrapartida, resfria do para a temperatura de partida pretendida Tmín e, como parte do ciclo, preenchido na tremonha de armazenamento V para preenchimento renovado do espaço de preenchimento 10.

[0092] A quantidade de ar de combustão introduzido no espaço de preenchimento 10 como fluxos de gás S1, S2 é regulado por meio de abas mecanicamente ajustáveis ou válvulas de deslizamento com as quais as seções transversais de abertura da entrada de gás 15 e da admissão 16 podem ser ajustadas. O ajuste relevante pode primeiro ser determinado através da quantidade de ar estequiometricamente necessário para combustão do sistema aglutinante e, então, precisamente ajustadas por meio de medições de CO, NOx e O2 na saída de gás de escape 19, formados nesse caso pela abertura 14 da capa 13 que é moldada na capa 13 e através da qual os gases de escape produzidos no espaço de preenchimento 10 são extraídos do invólucro 7.

[0093] Conforme pode ser visto na Figura 16, uma alta concentra ção de substância tóxica representada pela curva Ktox é alcançada no espaço de preenchimento 10 imediatamente em seguida ao derramamento,através da evaporação do solvente do sistema aglutinante do molde de fundição 2 e das outras emissões vaporosas do molde de fundição 2, que iriam se comburir autonomamente mesmo em temperaturas ambientes. O limite Klimite, a partir do qual uma concentração de substância tóxica é alcançada qual é combustível à temperatura ambiente, é indicado na Figura 16 através da linha pontilhada. Contudo, devido à alta temperatura mínima Tmín de 500 °C, que prevalece no espaço de preenchimento 10 devido ao material de preenchimento quente F que foi introduzido aqui, a combustão dos gases que entram no espaço de preenchimento 10 do molde de fundição 2 já começa em uma concentração significativamente inferior (consulte Figura 16).

[0094] Como um resultado da combustão dentro do granulado na fase 1, o granulado aquece e depois de um tempo curto sua temperatura Tpreenchimento excede a temperatura limite Tlimite de 700 °C, em que, dado um teor de oxigênio suficiente, substâncias orgânicas são conhecidas por se oxidarem e, portanto, se comburirem autonomamente. A curva da temperatura Tpreenchimento é mostrada na Figura 16 como uma linha tracejada.

[0095] Essa fase ("fase 1") de combustão intensiva do aglutinante que evapora do molde de fundição 2 continua até que a concentração Ktox dos gases combustíveis que escapam no espaço de preenchi- mento 10 do molde de fundição 2, substancialmente formados pelo aglutinante que evapora, reduz a tal ponto que nenhuma combustão adicional ocorreria à temperatura ambiente.

[0096] Contudo, conforme já descrito, devido à alta temperatura de material de preenchimento de mais do que 700 °C, essa oxidação ou combustão é continuada na fase 2 a seguir, em que o calor liberado pelo mesmo é suficiente para aumentar adicionalmente a temperatura do material de preenchimento 10 até que a temperatura máxima Tmáx seja alcançada. O material de preenchimento 10 permanece nessa temperatura até que o processo de decomposição do molde de fundição 2 esteja tão avançado que nenhuma emissão de vapor significativa adicional ocorre, o molde de fundição 2 se desintegra em pequenas partes e o restante do material de molde cai no prato 5. Porém, contanto que os processos de combustão ocorram no espaço de preenchimento 10, muito calor é ainda gerado pelos mesmos sendo que o material de preenchimento F permanece durante um período suficientemente longo dentro de uma faixa cujo limite superior é a temperatura Tmáx e o limite inferior é a temperatura Tlimite.

[0097] Portanto, de acordo com a invenção, através da seleção da temperatura em que o material de preenchimento é preenchido no espaço de preenchimento 10, o tempo em que a temperatura limite Tlimi- te de 700 °C é excedida é definido de modo que seja alcançado antes, como resultado das baixas concentrações de substâncias tóxicas Ktox, que o processo de combustão no espaço de preenchimento 10 pare de ocorrer de modo confiável com a intensidade necessária. O material de preenchimento ainda altamente aquecido F, então, assegura que a decomposição e combustão residual dos gases que ainda são emitidos do molde de fundição 2 ocorram, mesmo se a concentração de gases combustíveis presente no espaço de preenchimento, considerada por elas mesmas, estivessem baixas demais para isso em tempera- turas abaixo da temperatura Tlimite.

[0098] Foi provado que, com as substâncias evaporante e com bustíveis contidas no molde de fundição 2, tanta energia química está disponível para uma combustão que as temperaturas de material de preenchimento bem acima de 1.000 °C poderiam ser alcançadas. Contudo, nesse caso o resfriamento da peça fundida seria extraído durante um longo tempo, de modo que longos tempos de processo seriam necessários. Isso também pode ser determinado através da temperatura de partida com a qual o material de preenchimento F é preenchido no espaço de preenchimento 10. Uma elevação muito acentuada em temperatura pode também ser impedida através de um aumento nos fluxos de gás S1, S2, nesse caso que atuam como ar de resfriamento.

[0099] Ao escolher o material de preenchimento F que é, por exemplo, material de preenchimento cerâmico, assegura-se que os grãos do material de preenchimento individuais F possuam uma alta força compressiva a fim de absorver as forças compressivas que ocorrem durante a fundição e minimizar perdas de atrito o tanto que for possível durante a circulação. Um critério de seleção adicional é uma baixa capacidade térmica em combinação com a densidade aparente do material de preenchimento F, a fim de, a partir da fase 1, alcançar uma elevação de temperatura acima dos 700 °C o mais rápido possível. Uma formação de óxido de nitrogênio é amplamente impedida através da oxidação no material a granel com um abastecimento ajustado de ar de combustão e temperatura relativamente baixa.

[00100] Uma vez que, de acordo com a invenção, os gases de escape de saída substancialmente aquecem a vedação de material de preenchimento mesmo na primeira fase, um perfil de temperatura resulta dentro da vedação o que garante combustão limpa. Devido ao fluxo de convecção térmica criado no espaço de preenchimento 10, os fluxos de ar de combustão sobem em uma direção vertical e, devido à formação de vapor pronunciada na primeira fase, a emissão das substâncias tóxicas gasosas do molde de fundição 2 na vedação de material de preenchimento ocorre em uma direção horizontal. A interseção dos fluxos de gás dentro do material de preenchimento F garante uma boa intermistura.

[00101] Na região acima do molde de fundição 2, os fluxos de gás, então, seguem a mesma direção e podem comburir-se posteriormente de modo suficiente na região mais quente do conduto de gás de escape no espaço de combustão entre a capa 13 e o material de preenchimento F antes de sair pela saída de gás de escape 19 acima do funil de derramamento.

[00102] Em um cálculo exemplificativo, a energia térmica Qa liberadaatravés do resfriamento da fusão e da combustão do aglutinante assim como a energia térmica Qb exigida para aquecer o material de preenchimento assim como o aquecimento da areia de núcleo do molde de fundição são determinadas com base nos parâmetros e valores de material declarados na Tabela 1 para um processo de acordo com a invenção.

[00103] Considerou-se que, como fusão, uma fusão de ferro fundido cinza é derramada em um molde de fundição cujas partes de molde e núcleos são fabricadas, com o uso do método da caixa fria convencional, de material de molde que consiste em areia de núcleo convencional, isto é, areia de quartzo e um aglutinante que é também comercialmentedisponível para esse propósito.

[00104] Além disso, para o propósito de simplificação foi considerado que o metal fundido transfere seu calor para o molde de fundição e o material de preenchimento depois da fundição e que a energia química latente no aglutinante usado está completamente disponível para aquecer o material de preenchimento na forma de combustão calor.

[00105] O calor de fusão Hfus que precisa ser conduzido para fora a fim de solidificar a fusão é, então, calculado de acordo com a fórmula

[00106] portanto, no exemplo presente

[00107] A energia térmica Qa1 liberada a partir da fusão conforme ela esfria é, então, calculada de acordo com a fórmula

[00108] em que, no presente exemplo,

[00109] como

[00110] Em um cálculo correspondente, a energia térmica Qa2 libe-radaatravés da combustão do aglutinante contido no material de moldeé calculada, de acordo com a fórmula

[00111] como

[00112] O total da energia térmica liberada Qa = Qa1 + Qa2 então, equivale a -241 MJ.

[00113] A energia térmica Qb1 exigida para o aquecimento da areia de núcleo do molde de fundição a partir da temperatura T1 à temperatura T2 é calculada de acordo com a fórmula

[00114] como

[00115] Novamente, a energia térmica Qb2 para o aquecimento da areia de núcleo do molde de fundição a partir da temperatura T1 à temperatura T2 é calculada de acordo com a fórmula

[00116] como

[00117] O calor Qb = Qb1 + Qb2 exigido a fim de aquecer a areia de núcleo do molde de fundição, inicialmente ainda na temperatura ambiente de 20 °C, e o material de preenchimento preenchido com a temperatura T1 de 500 °C à temperatura final T2 de 800 °C então, equivale no total a Qb = 166 MJ + 28 MJ = 194 MJ.

[00118] Consequentemente, com os parâmetros declarados na Tabela 1, como resultado da entrada de calor através da fusão e da combustão do aglutinante emitido do molde de fundição, uma energia excedente de 47 MJ está disponível para aquecimento do material de preenchimento F e para a compensação de tolerâncias e perdas.

[00119] A determinação de um equilíbrio de energia alcançável no derramamento de uma fusão de ferro fundido cinza reproduzida na Tabela 1 mostra que, ao usar um material de molde convencional produzido com base em um sistema aglutinante convencional e ao usar areias de quartzo, uma capacidade excedente evidente de energia térmica está presente. Os fluxos de gás alimentados que contêm oxigênio S1, S2 são desconsiderados, visto que sua influência em termos de energia é muito pequena.

[00120] Na Tabela 2, as densidades aparentes Sd, as capacidades térmicas específicas cp e o produto P = Sd x cp são declaradas para diferentes materiais a granel que em termos de sua resistência à temperatura seriam fundamentalmente adequadas para uso como material de preenchimento. Pode ser visto que, por exemplo, injeção de aço, apesar de ter uma capacidade térmica específica significativamente inferior cp do que um granulado cerâmico do tipo indicado aqui, tem uma densidade aparente bastante alta para garantir a permeabilidade de gás da vedação de material de preenchimento fornecida no espaço de preenchimento em torno do molde de fundição que é exigido de acordo com a invenção. NÚMEROS DE REFERÊNCIA 1 placa de peneira 2 molde de fundição 3 cavidade de molde 4 ombro de borda periférica 5 prato coletor 6 elemento de vedação 7 invólucro (alojamento) 8 superfícies periféricas do molde de fundição 2 9 superfície interna do invólucro 7 10 espaço de preenchimento 11 abertura do invólucro 12 sistema de distribuição 13 capa 14 abertura da capa 13 15 entrada de gás 16 admissão 17 túnel de resfriamento 18 fresa de trituração 19 saída de gás de escape B fragmentos F material de preenchimento G peça fundida 20 ,S2 fluxos de gás que contêm oxigênio T termorreator U ambiente V tremonha de armazenamento TABELA 1

TABELA 2

Claims

1. Método para fundir peças fundidas (G), em que um metal derretido é derramado em um molde de fundição (2) que encerra uma cavidade (3) que forma a peça fundida (G) que deve ser produzida, em que o molde de fundição (2), projetado como um molde perdido, consiste em uma ou mais peças ou núcleos de molde de fundição (2) que são formadas de um material de molde que consiste em uma areia de núcleo, um aglutinante e, opcionalmente, um ou mais aditivos para ajustar propriedades particulares do material de molde, que compreende as seguintes etapas: prover o molde de fundição (2); encerrar o molde de fundição (2) em um alojamento (7) que forma um espaço de preenchimento (10) entre pelo menos uma seção de superfície interna (9) do alojamento (7) e uma seção de superfície externa associada (8) do molde de fundição (2); preencher o espaço de preenchimento (10) com um material de preenchimento de fluxo livre (F); derramar o metal derretido no molde de fundição (2), em que, como resultado do derramamento do metal derretido, o molde de fundição (2) começa a irradiar calor, como consequência da entrada de calor causada pelo metal derretido quente, em que, como uma consequência da entrada de calor causada pelo metal derretido, o aglutinante do material de molde começa a vaporizar-se e comburir-se, em que o mesmo perde seu efeito, e o molde de fundição (2) se desintegra em fragmentos (B); sendo o referido método, caracterizado pelo fato de que o material de preenchimento (F) derramado no espaço de preenchimento (10) tem uma densidade aparente tão baixa que a vedação de material de preenchimento formada pelo material de preenchimento (F) em seguida ao preenchimento do espaço de preenchi- mento (10) é permeada por um fluxo de gás (S1, S2) e em que, ao preencher o espaço de preenchimento (10), o material de preenchimento (F) tem uma temperatura mínima (Tmín) a partir da qual a temperatura do material de preenchimento (F) sobe como resultado de calor de processo que é gerado através do calor irradiado do molde de fundição (2) e através do calor liberado durante a combustão do aglutinante, para acima de uma temperatura limite (Tlimite) em que o aglutinante que evapora do molde de fundição (2) e que entra em contato com o material de preenchimento (F) se incendeia e começa a se comburir, em que a temperatura limite (Tlimite) é de 700 °C.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto P de densidade aparente Sd e capacidade térmica específica cp equivale a um máximo de 1 kJ/dm3K.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a densidade aparente Sd equivale a um máximo de 4 kg/dm3.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o material de preenchimento (F) tem uma capacidade térmica específica cp de no máximo 1 kJ/kgK.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o material de preenchimento (F) é formado de grânulos com um diâmetro médio de 1,5 a 100 mm.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a temperatura do material de preenchimento (F) durante o preenchimento do espaço de preenchimento (10) é de pelo menos 500 °C.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluxo de gás (S1, S2) é aquecido a uma temperatura acima da temperatura ambiente.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o invólucro tem uma entrada de gás (15) e uma saída de gás de escape (19) e em que o material de preenchimento (F) contido no espaço de preenchimento (10) é, pelo menos algumas vezes e em certas seções, fluído através de um fluxo de gás que contém oxigênio (S1, S2).

9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o fluxo de gás (S1, S2) é regulado dependendo do fluxo de volume de gás de escape que é emitido a partir da saída de gás de escape (19).

10. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que uma medição de gás de escape é realizada na saída de gás de escape (19), e em que o fluxo de gás (S1, S2) é regulado dependendo do resultado dessa medição.

11. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um fluxo parcial dos gases de combustão que são emitidos a partir da saída de gás de escape (19) é misturado com o fluxo de gás que contém oxigênio (S1, S2) e a mistura resultante é alimentada no alojamento (7).

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o alojamento (7) é equipado com um conversor catalítico para decompor as substâncias tóxicas contidas nos produtos de combustão do aglutinante.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o molde de fundição (2) é colocado em uma base de peneira (1), e que os fragmentos (B) do molde de fundição (2) e o material de preenchimento (F) que gotejam juntos através da base de peneira (1) são coletados e processados juntos e são separados um do outro em seguida ao processamento.