BR112018011078B1 - Método para produzir um elemento alimentador para a indústria de fundição, elemento de alimentador, uso de um processo de encapsulamento em matriz, uso de partículas compósitas seladas, método para produzir partículas compósitas refratárias e uso de partículas compósitas refratárias - Google Patents
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Abstract
método para produzir um elemento alimentador para a indústria de fundição, elemento de alimentador, uso de um processo de encapsulamento em matriz, uso de partículas compósitas seladas, método para produzir partículas compósitas refratárias e uso de partículas compósitas refratárias. descreve-se um método para produzir um elemento alimentador para a indústria de fundição, compreendendo as seguintes etapas: (a) produzir partículas compósitas tendo um tamanho de partícula menor que 2 mm, determinado por peneiramento, num método de encapsulamento em matriz com as seguintes etapas: (a1) produzir gotículas de uma suspensão de no mínimo os seguintes materiais de partida: (i) uma ou mais substâncias refratárias selecionadas do grupo consistindo de sólidos refratários e precursores de sólidos refratários, (ii) uma ou mais substâncias redutoras de densidade selecionadas do grupo consistindo de cargas peso leve tendo uma densidade aparente respectiva na faixa de 10 a 350 g/l, dilatadores e cargas pirolisáveis, (iii) como fase contínua, um líquido solidificável, (a2) solidificar o líquido solidificável, de modo que as gotículas endureçam a gotículas endurecidas e a substância ou substâncias refratárias e também a substância ou substâncias redutoras de densidade sejam encapsuladas na fase contínua de solidificação, (a3) tratar as gotículas endurecidas, de modo que resultem nas ditas partículas compósitas, (b) misturar as partículas compósitas produzidas na etapa (a) ou uma fração destas partículas compósitas com um aglomerante e também, opcionalmente, constituintes adicionais para dar uma composição de alimentador, (c) moldar e curar a composição de alimentador para dar um elemento alimentador. descreve-se também: o uso de um método de encapsulamento em matriz para produzir partículas compósitas, o uso de partículas compósitas seladas, um método para produzir partículas compósitas refratárias e o uso das mesmas.
Description
[0001] A presente invenção refere-se a um método para produzir um elemento alimentador para a indústria de fundição, a tal elemento alimentador, ao uso de um método de encapsulamento em matriz para produzir partículas compósitas, e ao uso de partículas compósitas seladas. A invenção refere- se também a um método para produzir partículas compósitas refratárias e ao uso das mesmas. Define-se a invenção nas reivindicações anexas e nas passagens correspondentes da descrição.
[0002] Para os propósitos da presente invenção, o termo “alimentador” ou “elemento alimentador” engloba não apenas camisas de alimentação, insertos de alimentação, tampas de alimentação, mas também coxim de aquecimento
[0003] Na produção de componentes metálicos moldados numa fundição, introduz-se metal líquido num molde de fundição, onde ele solidifica. O processo de solidificação é acompanhado por uma redução no volume de metal, e geralmente, os alimentadores sendo espaços abertos ou fechados no molde de fundição, são usados para compensar o déficit de volume durante a solidificação do fundido e assim impedir a formação de espaços vazios no fundido. Os alimentadores são conectados ao fundido ou à região do vazado que está em risco, e comumente localizam-se acima e/ou ao lado da cavidade do molde. Em composições alimentadoras para produzir alimentadores, e nos próprios alimentadores que são produzidos a partir destas composições, hoje em dia é usual usar cargas de peso leve, que se destinam a exibir um bom efeito isolante em conjunto com uma elevada estabilidade de temperatura e baixo peso.
[0004] Um constituinte principal de alimentadores isolantes e exotérmicos e de composições de alimentadores é uma ou então duas ou mais cargas refratárias. Por um lado, estes formam a estrutura de andaime de um alimentador e, por outro lado, são determinantes principais do efeito isolante ou do balanço térmico positivo no alimentador e, portanto, da boa eficiência do alimentador.
[0005] Além da densidade aparente, a estabilidade térmica é um dos mais importantes critérios para a seleção de uma carga refratária apropriada para alimentadores. A natureza da composição de carga, quer isolante ou exotérmica em sua atividade, e também a faixa de serviço dos alimentadores são determinantes críticos dos requisitos em relação à carga refratária.
[0006] EB 2 139 626 B1 refere-se a um “material de enchimento derramável para uso como carga para composições de alimentadores para produzir alimentadores” (vide reivindicação 1). O material de enchimento compreende partículas núcleo-película. O parágrafo [0023]divulga uma densidade aparente preferida de 85 g/L a 500 g/L.
[0007] WO 2013/014118 A2 refere-se a um “Alimentador e composição moldável para produção do mesmo” (título). Usam-se cinzas de casca de arroz como carga.
[0008] DE 10 2012 200 967 A1 refere-se a um “Alimentador e composição moldável para produção do mesmo compreendendo terra diatomácea calcinada” (título). Os alimentadores reivindicados são produzidos por métodos incluindo o processo de caixa fria de poliuretano. Diz-se que a terra diatomácea calcinada divulgada tem uma densidade aparente maior ou igual a 600 g/L.
[0009] Divulga-se mais técnica anterior para consideração em US 2012/0295026 A1, DE 10 2010 045 479 A1 e DE 11 2008 000 701 B4.
[0010] Na prática industrial é comum o uso de esferas (especialmente aquelas de poeira e cinzas) em alimentadores. Estas esferas podem ser divididas em diferentes graus de qualidade, resultando em particular do teor de Al2O3 e da fração de metais alcalinos e de metais alcalino-terrosos e também de elementos acompanhantes tais como ferro. Para o cobre, setor de fundição de ferro e aço, em particular, particularmente qualidades de alto grau de esfera são requeridos na prática; entretanto, tais esferas de alto grau são limitadas em quantidade e/ou muito caras, e assim há uma necessidade contínua por alternativas que estejam disponíveis de forma reproduzível.
[0011] Exemplos de cargas de peso leve conhecidas incluem vidro expandido de Liaver® e vidro multicelular de Poraver®, contas de vidro ocas de tipo K20 de Omega®, e perlitas expandidas. Entretanto, estas matérias-primas não são geralmente apropriadas para uso de fundição de cobre e ferro e particularmente em fundição de aço e em fundição com composições exotérmicas sem melhoramento adicional (tal como a aplicação de uma camisa refratária, por exemplo), uma vez que os pontos de fusão das matérias-primas estão abaixo de 1000°C, mas estão usualmente na faixa de 700 a 900°C, e esta temperatura é ultrapassada durante fundição (vide também a tabela “Estabilidade térmica necessária” abaixo). Tabela “Estabilidade térmica necessária”
[0012] Uma matéria-prima que tem uma estabilidade térmica de até cerca de 2000°C e, portanto, pode ser usada em alimentadores para fundição de cobre, ferro e aço é coríndon (Al2O3) de conta oca. Por conta de sua alta densidade aparente em torno de 750 a 1000 g/L (dependendo do processo de produção), entretanto, o uso de coríndon de conta oca em alimentadores não é geralmente econômico. Além disso, a elevada condutividade do coríndon de conta oca é uma desvantagem para uso em alimentadores, onde, claro, um bom efeito isolante é crítico.
[0013] Matérias-primas comuns para alimentadores são areia silicosa e chamote. Estas matérias-primas baratas têm uma estabilidade térmica na faixa de temperatura de 1700-1800°C, mas possuem elevadas densidades relativas e propriedades isolantes comparativamente inferiores. Uma matéria-prima isolante refratária para alimentadores para uso em fundição de ferro e aço, com densidade aparente menor que a do coríndon de conta oca, areia silicosa e chamote, são partículas núcleo-película de Chemex GmbH. Estas partículas possuem um núcleo de vidro e uma película refratária, e a densidade aparente está frequentemente na faixa de 470-500 g/L. As densidades relativas indicadas acima são percebidas como sendo ainda muito altas para determinados propósitos.
[0014] Em investigações internas descobriu-se que a morfologia das cargas (de peso leve) num elemento alimentador para a indústria de fundição tem uma influência considerável sobre as propriedades mecânicas do dito elemento (resistência, permeabilidade a gás, etc.). Cargas de peso leve esféricas são preferidas em muitos casos para o atingimento de elevadas resistências e permeabilidades a gases.
[0015] Foi um primeiro objetivo da presente invenção especificar um método melhorado para produzir um elemento de alimentador para a indústria de fundição, o qual pode ser prontamente adaptado aos requisitos práticos relativos às propriedades das partículas presentes no alimentador. O método a ser especificado deve conduzir a um alimentador que compreende partículas com um tamanho de partícula menor que 2 mm. As partículas - dependendo da incorporação individual do método a ser especificado - devem possuir uma densidade aparente e/ou elevada estabilidade térmica.
[0016] O método a ser especificado deve preferivelmente abranger ou permitir o uso ou a produção de partículas de carga possuindo uma ou mais, preferivelmente todas, das seguintes propriedades: estabilidade térmica particularmente elevada, excelentes características isolantes, elevada vazabilidade, elevada esfericidade, fluidez livre e uma densidade aparente menor que 350 g/L.
[0017] O método a ser especificado para produzir um elemento de alimentador para a indústria de fundição deve ser flexivelmente ajustável com respeito à produção e ao uso de partículas de carga de tamanho variável; em particular, o método deve permitir a produção e o uso de partículas de carga tendo um tamanho de partícula menor que 2 mm (preferivelmente menor que 0,8 mm) na produção de um elemento de alimentador. As partículas de carga a serem produzidas e usadas devem ser capazes de ter composições variáveis. Através desta variabilidade e flexibilidade do método a ser especificado é para ser possível de produzir um elemento de alimentador cujas propriedades físicas se adaptem individualmente aos requisitos do caso particular. Portanto, o método a ser especificado para produzir um elemento de alimentador para a indústria de fundição é para ser mais independente da disponibilidade de mercado de partículas de carga de tamanho e composição definidos que os métodos existentes para produzir um elemento alimentador para a indústria de fundição.
[0018] Em particular, o método a ser especificado deve ser apropriado para produzir um elemento de alimentador exotérmico e um elemento de alimentador exotérmico ou isolante (não exotérmico) para uso na fundição de ferro, aço ou cobre.
[0019] Um objetivo adicional da presente invenção foi especificar um elemento de alimentador correspondente. Outros objetivos da presente invenção são óbvios, mutatis mutandi, a partir das observações acima e das explicações correspondentes no texto abaixo.
[0020] O objetivo principal indicado relativamente ao método a ser especificado é alcançado de acordo com a invenção por meio de um método para produzir um elemento alimentador para a indústria de fundição, compreendendo as seguintes etapas: (a) produzir partículas compósitas (preferivelmente refratárias, mais preferivelmente muito refratárias) tendo um tamanho de partícula menor que 2 mm, determinado por peneiramento, num método de encapsulamento em matriz com as seguintes etapas: (a1) produzir gotículas de uma suspensão de no mínimo os seguintes materiais de partida: (I) uma ou mais substâncias refratárias selecionadas do grupo consistindo de sólidos refratários e precursores de sólidos refratários, (II) uma ou mais substâncias redutoras de densidade selecionadas do grupo consistindo de cargas peso leve tendo uma densidade aparente na faixa de 10 a 350 g/L, preferivelmente na faixa de 10 a 250 g/L, muito preferivelmente na faixa de 10 a 100 g/L, dilatadores e cargas pirolisáveis, (III) como fase contínua, um líquido solidificável, (a2) solidificar o líquido solidificável, de modo que as gotículas endureçam a gotículas endurecidas e a substância ou substâncias refratárias e também a substância ou substâncias redutoras de densidade sejam encapsuladas na fase contínua de solidificação, (a3) tratar (preferivelmente tratar termicamente) as gotículas endurecidas, de modo que resultem nas ditas partículas compósitas, (b) misturar as partículas compósitas produzidas na etapa (a) ou uma fração destas partículas compósitas com um aglomerante e também, opcionalmente, constituintes adicionais para dar uma composição de alimentador, (c) moldar e curar a composição de alimentador para dar um elemento alimentador.
[0021] A invenção baseia-se na constatação de que, através do encapsulamento dos materiais de partida indicados na etapa (a1) (vide seções (I) a (III) na etapa (a1)) é possível produzir partículas compósitas que possua as propriedades principais listadas acima.
[0022] As partículas compósitas produzidas no método da invenção possuem um tamanho de partícula menor que 2 mm, determinado por peneiramento. A determinação por peneiramento ocorre de acordo com DIN 66165-2 (4.1987) usando o método F da norma (peneiramento por máquina com peneira ou conjunto de peneiras agitado em fluido gasoso em repouso). Usa-se uma máquina de peneiramento vibracional de controle Retsch AS 200, com o ajuste de amplitude em nível 2, sem intervalo de peneiramento e com um tempo de peneiramento de 1 minuto.
[0023] O termo “sólidos refratários” engloba sólidos designados como “refratários” de acordo com a norma DIN 51060; o termo “sólidos refratários” abrange ainda os sólidos do grupo consistindo de óxido de alumínio, óxido de zircônio, dióxido de titânio, grafite, dióxido de silício, óxido de magnésio, óxido de cálcio, silicato de cálcio, filossilicatos (preferivelmente mica), silicatos de alumínio, silicato de magnésio e alumínio (preferivelmente cordierita), carbeto de silício, nitreto de boro, óxidos mistos contendo um ou mais átomos metálicos dos óxidos metálicos supramencionados, e silicatos mistos contendo um ou mais átomos metálicos dos silicatos metálicos supramencionados.
[0024] “Precursores de sólidos refratários” são materiais que quando as gotas endurecidas são tratadas (etapa (a3)) tornando-se “sólidos refratários” tal como se definiu acima, por exemplo, por meio de um tratamento térmico.
[0025] Para os propósitos da presente invenção, considera- se que uma partícula ou material (por exemplo, uma quantidade de partículas da mesma composição) é termicamente estável se a partícula ou material não fundir, não amolecer com perda de forma tridimensional ou mesmo não se decompor abaixo de um dado limite superior de temperatura (por exemplo, 1600°C ou 1700°C). Considera-se que uma quantidade de partículas da mesma composição é termicamente estável especialmente quando ela não sinterizar num teste de sinterização numa temperatura definida. Com respeito à implementação do teste de sinterização, vide “Método para determinar estabilidade térmica (teste de sinterização)” abaixo.
[0026] A característica de “produzir gotículas de uma suspensão de no mínimo os seguintes materiais de partida” engloba “produzir gotículas de uma suspensão exclusivamente dos seguintes materiais de partida”, e também “produzir gotículas de uma suspensão dos seguintes materiais de partida e materiais de partida adicionais”.
[0027] No presente texto, um “método de encapsulamento em matriz” significa um método no qual, em primeiro lugar, produz-se gotículas de uma dispersão, a dispersão compreendendo uma substância que está presente no estado sólido ou líquido e está em suspensão numa matriz (fase contínua). A partir das gotículas, produz-se, por solidificação e tratamento subsequente opcional, partículas compósitas. O método da invenção compreende em sua etapa (a) um método de encapsulamento em matriz específico tendo as sub-etapas definidas acima. O método de encapsulamento em matriz difere de um método típico de produzir partículas núcleo-película em que nas partículas núcleo-película o material de película desenvolve-se somente num único núcleo. Este único núcleo de uma partícula núcleo-película não compreende habitualmente um aglomerante que liga outros constituintes do núcleo. Habitualmente, e este também pé o caso em particular para as partículas compósitas produzidas por meio do método de encapsulamento em matriz específico como pela etapa (a) do método da invenção, uma partícula compósita produzida por meio do método de encapsulamento em matriz compreende mais que 5, preferivelmente mais que 50 micropartículas discretas consistindo de sólido refratário; sólidos refratários preferidos são dados posteriormente abaixo. Partículas compósitas desta espécie são preferidas de acordo com a invenção.
[0028] “Substâncias redutoras de densidade” são substâncias que quando usadas no método da invenção produzem uma densidade aparente reduzida por parte das partículas compósitas resultantes na etapa (a3), em comparação com um método não inventivo (comparativo) que é executado identicamente, mas no qual, com o propósito de comparação, não se usam estas “substâncias redutoras de densidade”. Dependendo do tratamento de uma gotícula endurecida, um dilatador usado ou uma carga pirolisável usada pode ou não dilatar ou ser pirolisada. Somente se (na etapa (a3)) um dilatador usado dilata ou uma carga pirolisável usada pirolisa não cumpre o critério de ser “redutor de densidade”.
[0029] “Cargas de peso leve” usadas de acordo com a invenção são cargas tendo em cada caso uma densidade aparente na faixa de 10 a 350 g/L. Cargas de peso leve usadas tipicamente na fundição e preferidas para uso no método da invenção são esferas, preferivelmente esferas de poeira e cinzas, tais como esferas “FILLITE 106” de Omya GmbH, perlita expandida, com as denominações comerciais “EUROCELL 140”, “EUROCELL 145”, “EUROCELL 150” ou “EUROCELL 300” de RS Rohstoff-Sourcing GmbH ou vidro tal como, por exemplo, o vidro com o nome “GHL 450” de LUH George H. Luh GmbH, o produto com o nome “JJ Glass Bubbles” de Jebsen & Jessen GmbH & Co. KG, o produto com o nome “Q-cel®300” de Potters Industries ou os produtos “K1”, “K15” ou “K20” de 3M.
[0030] “Dilatadores” são substâncias que quando as gotículas endurecidas são tratadas na etapa (a3), tal como, por exemplo, termicamente, dilatam ou liberam gases de expansão e desse modo geram cavidades na partícula compósita.
[0031] “Cargas pirolisáveis” são cargas que quando as gotículas endurecidas são tratadas na etapa (a3), tal como, por exemplo, termicamente, sofrem pirólise parcial ou completa, preferivelmente completa.
[0032] Uma carga pirolisável pode ser ao mesmo tempo uma carga de peso leve tendo uma densidade aparente respectiva na faixa de 10 a 350 g/L. Uma carga pirolisável pode ser ao mesmo tempo um dilatador. Um dilatador pode ser ao mesmo tempo uma carga de peso leve tendo uma densidade aparente respectiva na faixa de 10 a 350 g/L.
[0033] Por conta do uso das substâncias redutoras de densidade na etapa (II), as partículas compósitas produzidas na etapa (a) do método da invenção possuem uma densidade aparente particularmente baixa, mas uma densidade aparente ajustada individualmente de acordo com as exigências do caso particular, e, especialmente quando se usam dilatadores e/ou cargas pirolisáveis, possuem uma elevada porosidade, mas a porosidade ajustada individualmente de acordo com as exigências do caso particular, e assim as partículas compósitas produzidas individualmente resultantes possuem um elevado efeito isolante juntamente com uma baixa densidade aparente.
[0034] Na etapa (b) do método da invenção, as partículas compósitas produzidas na etapa (a), ou uma fração destas partículas, são misturadas com um aglomerante e também, opcionalmente, com constituintes adicionais para dar uma composição de alimentador. Uma fração das partículas compósitas produzidas na etapa (a) pode ser separada aqui de qualquer modo desejado, com ou sem restrição às partículas compósitas tendo um tamanho de partícula definido. Particularmente, se forem usadas na etapa (b) somente partículas tendo um tamanho de partícula definido das partículas compósitas resultantes na etapa (a3), prefere-se o fracionamento por peneiramento.
[0035] Num método da invenção para produzir um elemento alimentador para a indústria de fundição, a etapa (b) mostra o uso, preferivelmente, de um ou mais aglomerantes que são selecionados do grupo consistindo de: aglomerantes orgânicos, por exemplo, componentes de aglomerante de caixa fria, preferivelmente de um sistema aglomerante de 2 componentes para produzir um poliuretano a partir de uma resina de éter benzílico e um poliisocianato, (II) componentes de aglomerante de caixa fria, (III) amido e (IV) polissacarídeos; e aglomerantes inorgânicos, por exemplo, vidro solúvel (metassilicato de sódio), opcionalmente, em combinação com dióxido de silício amorfo.
[0036] Neste contexto prefere-se um método da invenção no qual a quantidade total de aglomerantes usada na etapa (b) está na faixa de 1 a 50% em peso, mais preferivelmente na faixa de 5 a 30% em peso, especialmente preferivelmente na faixa de 10 a 20% em peso, com base na massa total da composição de alimentador produzida na etapa (b).
[0037] Em relação à presente invenção, chama-se atenção para as seguintes referências bibliográficas, que o especialista consultará, dependendo dos requisitos do caso particular.
[0038] DE 2 214 073 A1 divulga “Método e aparelhagem para produzir produtos cerâmicos expandidos” (título). Os produtos cerâmicos têm, preferivelmente, um diâmetro menor que 5 mm e densidades aparentes de 0,1 a 1 kg/L.
[0039] DE 2 418 027 A1 refere-se a “Artigos moldados de dióxido de titânio”. DE 2 714 139 A1 refere-se a um “Método para produzir um material refratário”. GB 2 034 678 B refere- se a “Esferas contendo carbeto de tungstênio” (título).
[0040] DE 69 122 393 T (correspondendo a EP 0 538 350 B1) refere-se a “Material transportador conglomerado” (título). Este material pode ser produzido aqui pela adição de íons metálicos apropriados a alginatos.
[0041] DE 69 424 232 T2 (correspondendo a EP 0 639 544 B1) refere-se a “Partículas de cerâmica reticulada” (título).
[0042] DE 19 706 743 A1 refere-se a uma “Composição refratária” (título).
[0043] DE 19830795 A1 refere-se a “Cerâmicas porosas” (título).
[0044] DE 699 14 207 T (correspondendo a EP 1 117 626 B1) refere-se a “Cerâmica expandida” (título).
[0045] DE 69 817 009 T (correspondendo a EP 1030734 B1) refere-se a um “Encapsulado de material ativo em matriz de alginato” (título).
[0046] DE 10 058 221 A1 refere-se a um “Método e aparelhagem para produzir contas de alginato de alta resistência”.
[0047] DE 60 103 638 T (correspondendo a EP 1 280 732 B1) refere-se a “Microgrânulos de fosfato de cálcio”.
[0048] DE 10 217 138 refere-se a “Partículas esféricas de óxidos de actinídeos”.
[0049] EP 1 794 277 B1 refere-se a “Produtos de lavagem e limpeza compreendendo ingredientes ativos imobilizados” (título). DE 10 2008 036 094 A1 divulga “Grânulos esféricos de metal semicondutor” (título).
[0050] DE 4 125 133 C2 refere-se a um “Método e aparelhagem para produzir contas de alginato” (título).
[0051] Prefere-se um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido), no qual na etapa (a1) produz-se gotículas por meio de um ou mais bicos, preferivelmente bicos vibracionais, e/ou na etapa (a2) a solidificação do líquido solidificável é induzida por resfriamento, secagem ou reação química.
[0052] Na etapa (a1) prefere-se o uso de um ou mais bicos, preferivelmente bicos vibracionais, a fim de produzir partículas compósitas de maneira eficiente em termos de tempo e com um tamanho de partícula extremamente uniforme.
[0053] Dá-se preferência a um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido), no qual o líquido solidificável usado na etapa (a1) é um líquido que é solidificável por reação química e na etapa (a2) a solidificação do líquido solidificável é induzida por reação química.
[0054] A solidificação do líquido solidificável por reação química tem a vantagem que esta operação é geralmente irreversível e, além disso, é suficientemente rápida que, durante a introdução em gotas e, consequentemente, durante a solidificação do líquido solidificável, o líquido solidificável mantém a forma de gotícula. Solidificações por métodos físicos, tais como, por exemplo, resfriamento ou secagem são, em alguns casos reversíveis e em tais casos podem ser revertidos (pelo menos parcialmente) através do fornecimento, por exemplo, de calor ou umidade.
[0055] Particularmente, prefere-se um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido), no qual o líquido solidificável é um líquido solidificável por reação de troca catiônica, preferivelmente um líquido solidificável por reação com íons cálcio e/ou íons bário e/ou íons manganês, preferivelmente por reação com íons cálcio.
[0056] Reações de troca catiônica possuem a vantagem que na prática elas são geralmente concluídas dentro de um período de tempo comparativamente curto.
[0057] Na etapa (a2) prefere-se aqui a implementação de uma reação de troca catiônica na qual o líquido solidificável compreende cátions monovalentes e é colocado em contato com íons cálcio a fim de solidificar o líquido solidificável; no entanto, em vez de íons cálcio também podem ser usados íons bário ou íons manganês. Cátions monovalentes presentes no líquido solidificável são substituídos por íons cálcio no decorrer do procedimento preferido, para assim solidificar o líquido solidificável. Os íons cálcio possuem uma relação bem balanceada entre carga e mobilidade de íon. A carga do cátion que substituirá o cátion monovalente presente no líquido solidificável deve ser tão elevada quanto possível, de modo que se formem compostos de baixa solubilidade na troca catiônica. No entanto, este cátion deve ter também uma mobilidade iônica muito elevada, a fim de que a reação química desejada prossiga tão rapidamente quanto possível. A mobilidade iônica de cátions diminui cm o aumento da carga catiônica.
[0058] Particularmente, prefere-se um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido), no qual o líquido solidificável é um líquido solidificável por reação com íons cálcio, que compreende um ou mais aglomerantes (ligantes) selecionados do grupo consistindo de alginato, PVA, quitosana e sulfoxi-etil-celulose, e/ou (preferivelmente “e”) é uma solução aquosa, nesse caso o líquido solidificável é preferivelmente uma solução aquosa de alginato, mais preferivelmente o líquido solidificável é uma solução aquosa de alginato de sódio.
[0059] Soluções de alginato, mais particularmente soluções de alginato de sódio, preferivelmente na forma de uma solução aquosa, são particularmente apropriadas para uso como um líquido solidificável por reação com íons cálcio num método da invenção, uma vez que eles são ecológicos, degradáveis e, em particular, não tóxicos. Além disso, soluções de alginato deste tipo podem ser solidificadas de modo reprodutível e de maneira padronizada. As partículas compósitas obtidas em investigações internas, produzidas usando soluções de alginato como líquido solidificável, possuíram uma construção unitária com partículas uniformemente distribuídas ou arranjadas de substâncias refratárias.
[0060] Prefere-se um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido), no qual a carga de peso leve ou pelo menos uma das cargas de peso leve usada na etapa (a) como substância redutora de densidade de componente (II), tendo preferivelmente um tamanho de partícula menor que 0,8 mm, mais preferivelmente menor que 0,5 mm, muito preferivelmente menor que 0,3 mm, determinado por peneiramento (vide acima o método de determinação) é selecionada do grupo consistindo de: contas ocas inorgânicas, contas ocas orgânicas, partículas de material poroso e/ou espumoso, cinzas de casca de arroz, partículas núcleo- película e terra diatomácea calcinada e/ou no qual o dilatador ou pelo menos um dos dilatadores usados na etapa (a) como componente (II) é selecionado do grupo consistindo de: carbonatos, hidrogeno-carbonatos e oxalatos, preferivelmente com cátions do grupo consistindo de metais alcalinos e metais alcalino-terrosos, preferivelmente carbonato de cálcio, hidrogeno-carbonato de cálcio e oxalato de cálcio; farinha de casca de coco, preferivelmente farinha de casca de coco com o nome “COCONIT 300” de Mahlwerk Neubauer-Friedrich GmbH; farinha de casca de noz, preferivelmente farinha de casca de noz com o nome “WALNUSSCHALENMEHL 200m” de Ziegler Minerals; farinha de caroço de uva, preferivelmente farinha de caroço de uva com o nome “TRAUBENKERNMEHL M100” de A+S Bio Tec; farinha de azeitona, preferivelmente farinha de azeitona com os nomes “OM2000” ou “OM3000” de JELU-Werk; farinha de trigo, preferivelmente farinha de trigo com o nome “MEHL 405” de Hummel; farinha de milho, preferivelmente farinha de milho com o nome “MAISMEHL MK100” de Hummel; dextrina de batata; açúcares, por exemplo, sacarose; sementes de plantas, farinha de madeira, preferivelmente farinha de madeira com o nome “HOLZMEHL LIGNO-TECH 120 mesh TR” de Brandenburg Holzmühle; e cinzas de casca de arroz, preferivelmente cinzas de casca de arroz com elevada fração de carbono, por exemplo, cinzas de casca de arroz com o nome “NERMAT AF” (<80 μ m) de Refratech, e/ou no qual a carga pirolisável ou pelo menos uma das cargas pirolisáveis usadas na etapa (a) como componente (II) é selecionada do grupo consistindo de: contas plásticas, preferivelmente contas plásticas “EXPANCEL® 091 DE 80 d30” de Akzo Nobel ou contas plásticas “SPHERE ONE EXTENDOSPHERES™ PM HOLLOW PLASTIC SPHERES” de KISH Company Inc., e contas de poliestireno expandido, preferivelmente contas de poliestireno expandido “F655-N” de BASF.
[0061] Mais particularmente, prefere-se um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido) no qual a quantidade total de cargas de peso leve usadas está na faixa de até 30% em peso, mais preferivelmente na faixa de 1 a 10% em peso, especialmente preferivelmente na faixa de 3 a 5% em peso, com base na massa total da suspensão preparada na etapa (a1), e/ou a quantidade total de dilatadores usados está na faixa de até 30% em peso, mais preferivelmente na faixa de 1 a 20% em peso, especialmente preferivelmente na faixa de 3 a 10% em peso, com base na massa total da suspensão preparada na etapa (a1), e/ou a quantidade total de cargas pirolisáveis usadas está na faixa de até 30% em peso, mais preferivelmente na faixa de 1 a 20% em peso, especialmente preferivelmente na faixa de 3 a 10% em peso, com base na massa total da suspensão preparada na etapa (a1).
[0062] As cargas pirolisáveis acima usadas como componente (II) podem ser usadas individualmente ou em combinação.
[0063] Particularmente, prefere-se um método da invenção no qual pelo menos um dos dilatadores usados como componente (II) na etapa (a) é selecionado do grupo consistindo de: farinha de madeira, preferivelmente farinha de madeira com o nome “HOLZMEHL LIGNO-TECH 120 mesh TR” de Brandenburg Holzmühle, farinha de milho, preferivelmente farinha de milho com o nome “MAISMEHL MK100” de Hummel, açúcares, por exemplo, sacarose.
[0064] Os dilatadores acima usados como componente (II) podem ser usados individualmente ou em combinação.
[0065] As substâncias redutoras de densidade declarados acima (tais como, por exemplo, cargas de peso leve, dilatadores ou cargas pirolisáveis) para produzir partículas compósitas com densidade particularmente baixa são obteníveis prontamente no mercado. Seu uso no método da invenção permite elementos alimentadores muito isolantes de peso leve para a indústria de fundição para serem produzidos reprodutivelmente.
[0066] Prefere-se um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido), no qual o sólido refratário ou pelo menos um dos sólidos refratários usados na etapa (a1) como substância refratária de componente (I) é selecionado do grupo consistindo de: óxidos, nitretos e carbetos, cada um compreendendo um ou mais elementos do grupo consistindo de Si, Al, Zr, Ti, Mg e Ca, óxidos mistos, carbetos mistos e nitretos mistos, cada um compreendendo um ou mais elementos do grupo consistindo de Si, Al, Zr, Ti, Mg e Ca, e grafite, sendo que preferivelmente o sólido refratário ou pelo menos um dos sólidos refratários usados na etapa (a1) como substância refratária do componente (I) é selecionado do grupo consistindo de: óxido de alumínio (por exemplo, CAS n° 21645-51-2), óxido de zircônio (por exemplo, CAS n° 1314-23-4), dióxido de titânio (por exemplo, CAS n° 13463-67-7), grafite (por exemplo, CAS n° 7782-42-5), dióxido de silício (por exemplo, quartzo com CAS n° 14808-60-7 ou SiO2 vítreo com CAS n° 60676-86-0), óxido de magnésio (por exemplo, CAS n° 1309-48-4), óxido de cálcio (por exemplo, CAS n° 1305-78-8), silicato de cálcio (por exemplo, CAS n° 1344-95-2), filossilicatos, preferivelmente mica, silicato de alumínio, silicato de magnésio e alumínio, preferivelmente cordierita, carbeto de silício, e nitreto de boro, e/ou o precursor ou pelo menos um dos precursores de sólidos refratários usados na etapa (a1) como substância refratária do componente (I) é selecionado do grupo consistindo de hidróxido de alumínio (por exemplo, CAS n° 1344-28-1), hidróxido de magnésio (por exemplo, CAS n° 1309-42-8), filossilicatos, preferivelmente caulinita, montmorilonita e ilita, argilas, preferivelmente caulim e bentonita, fosfatos tal como ortofosfato de cálcio (por exemplo, CAS n° 7758-87-4), e carbonatos, tais como carbonato de cálcio e carbonato de magnésio ((por exemplo, CAS n°s 546-93-0 (anidro), 13717-00-5 (monoidratado), 5145-48-2 (diidratado), 14457-83-1 (triidratado), 61042-72-6 (pentaidratado)).
[0067] Especialmente, prefere-se um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido), no qual a quantidade total de substâncias refratárias usadas na etapa (a1) está na faixa de 1 a 70% em peso, mais preferivelmente na faixa de 5 a 50% em peso, muito preferivelmente na faixa de 10 a 30% em peso, com base na massa total da suspensão produzida na etapa (a1).
[0068] Todas as espécies supramencionadas também podem ser usadas numa mistura com uma outra, por exemplo, carbonatos/fosfatos na forma de cinzas ósseas. Substâncias refratárias
[0069] Os sólidos refratários identificados acima podem ser usados individualmente ou em combinação. Os precursores acima podem ser usados individualmente ou em combinação. É possível usar exclusivamente sólidos refratários ou exclusivamente precursores, ou ambos em combinação com um outro. Filossilicatos
[0070] Os filossilicatos para uso como sólidos refratários são os seguintes: “PYRAX® RG-140” de C.H. Erbsloh, “Mica G” de Aspanger Bergbau und Mineralwerke GmbH, “Mica MG 160” de Denain-Anzin Minéraux e micas de Aspanger Bergbau und Mineralwerke GmbH com o nome “GLIMMER CMG”.
[0071] Os filossilicatos acima podem ser usados individualmente ou em combinação. Óxidos
[0072] No entanto, em alguns casos é vantajoso usar determinados óxidos como substância refratária do componente (I) na etapa (a1), com pelo menos um destes óxidos sendo selecionado do grupo consistindo de: óxido de alumínio (por exemplo, CAS n° 21645-51-2), óxido de zircônio (por exemplo, CAS n° 1314-23-4), dióxido de titânio (por exemplo, CAS n° 13463-67-7), dióxido de silício (por exemplo, quartzo com CAS n° 14808-60-7 ou SiO2 vítreo com CAS n° 60676-86-0), óxido de magnésio (por exemplo, CAS n° 1309-48-4) e óxido de cálcio (por exemplo, CAS n° 1305-78-8).
[0073] Os óxidos acima podem ser usados individualmente ou em combinação.
[0074] Aqui, são óxidos de alumínio preferidos: o óxido de alumínio “NABALOX® NO315” de Nabaltec AG, o óxido de alumínio “ALODUR® EK S1” de Treibacher Schleifmittel, o óxido de alumínio “ALUMINA DF2” de MAL Magyar Aluminium, e o óxido de alumínio “Edelkorund weiβ EK - Filterstaub” de Wester Mineralien.
[0075] Aqui, uma combinação preferida de óxidos metálicos é uma mistura de óxido de alumínio e óxido de zircônio tal como, por exemplo, “ALODUR® ZKSF” de Triebacher Schelifmittel.
[0076] Aqui, são óxidos de silício preferidos: óxido de silício (SILLIMAT GS (<80 μ M)) de Refratech, o óxido de alumínio “Kalzinierte Reisspelzen” de Ziegler Mineralstoffe, o óxido de alumínio “AEROSIL 200” de Evonik, o óxido de silício “SiO2 RW-Füller Q1 plus” de Quarzwerke.
[0077] Um silicato de cálcio preferido é o silicato de cálcio “China Wollastonit TMM S.G.” de Possehl Erzkontor. Silicatos de alumínio
[0078] Silicatos de alumínio preferidos para uso como sólidos refratários e/ou precursores são silicatos de magnésio e alumínio e os seguintes silicatos de alumínio: “Andalusit 200mesh”, “Andalusit 120mesh” o “Kysil 58” de Europe Minerals, “Marlusit DIN 80” de Cofermin Rohstoffe, “Kyanit 100mesh/ 200mesh” de Possehl Erzkontor, “Kyanit 40- 120mesh” de Ziegler Mineralstoffe, “Kaolinschamotte PrimaCal 50” de Sibelco Deutschland Westerwald, “Porzellanmehl” de Franz Mandt, “Molochit 120/200” de IMERYS UK e mulita.
[0079] Os silicatos de magnésio e alumínio e/ou os silicatos de alumínio preferidos supramencionados podem ser usados individualmente ou em combinação.
[0080] Silicatos de magnésio e alumínio preferidos para uso como sólidos refratários são cordieritas, preferivelmente “Cordierit C 65” de Ceské Lupkové Závody S.A., “Cordierit B” de Alroko GmbH & Co KG, e “Cordierit 0-1mm” ou “Cordierit DIN 70” de Spitzer Rohstoffhandelsgesellschaft mbH.
[0081] Estes silicatos de magnésio e alumínio preferidos podem ser usados individualmente ou em combinação.
[0082] Para os propósitos da presente invenção, os compostos ou misturas supramencionadas podem ser usados como sólidos refratários em combinação com um outro. O perito é capaz, por exemplo, de personalizar a estabilidade térmica desejada das partículas compósitas e a densidade aparente, que depende apenas até certo grau, através da natureza e quantidade dos sólidos refratários. O mesmo se aplica aos precursores preferidos abaixo especificados de sólidos refratários, para combinações destes precursores preferidos e para combinações de precursores preferidos de sólidos refratários com sólidos refratários preferidos tal como se descreveu acima. Precursores
[0083] Uma mistura preferida para uso como precursores de sólidos refratários é a de cinzas ósseas, por exemplo, “CALTAN Knochenasche” de Neue Leimfabrik Tangermünde GmbH.
[0084] São caulins particularmente preferidos para uso como precursores de sólidos refratários: “Chinafill 100” ou “Kaolin TEC” de Amberger Kaolinwerke, “Kãrlicher Blautonmehl” de Kãrlicher Ton- und Schamottewerke Mannheim & Co.KG, “Satintone W” de Solvadis Chemag GmbH e “Kaolin Burgess No.20” ou “Kaolin Burgess BSC SD” de Omya.
[0085] Os caulins particularmente preferidos acima podem ser usados individualmente ou em combinação.
[0086] Bentonitas particularmente preferidas para uso como precursores de sólidos refratários são: “Bentone 27” ou “Bentone EW” de Elementis Specialities, “Bentonit B” (por exemplo, CAS n° 1302-78-9) de C.H. Erbsloh e “Bentonit Volclay” de Süd Chemie.
[0087] As bentonitas particularmente preferidas acima podem ser usadas individualmente ou em combinação.
[0088] O uso das substâncias refratárias preferidas supramencionadas leva a partículas compósitas tendo estabilidade térmica (refratária) particular.
[0089] Entenda-se que as substâncias refratárias na etapa (a1) estão presentes, preferivelmente, na forma de partículas não agregadas e não aglomeradas, com a razão do tamanho de partícula máximo (tal como definido acima) das partículas das substâncias refratárias para o tamanho de partícula máximo das partículas compósitas produzidas no método da invenção estando preferivelmente na faixa de 0,01 a 0,2. Deste modo é possível que numerosas partículas das substâncias refratárias estejam arranjadas numa única partícula compósita.
[0090] Substâncias refratárias usadas na etapa (a1) são preferivelmente partículas, mais preferivelmente partículas de sólidos refratários, preferivelmente sólidos refratários tendo um tamanho de partícula menor que 0,1 mm determinado por peneiramento de acordo com a norma DIN 66165-2 (4.1987) usando o método D declarado na mesma (peneiramento de máquina com peneira individual de repouso em fluido agitado, com peneira de jato de ar).
[0091] Dá-se preferência a um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido) no qual se executa o tratamento como pela etapa (a3) tal que a densidade aparente das partículas compósitas resultantes seja menor que a densidade aparente das gotículas endurecidas no estado seco (isto é conseguido de modo particularmente fácil, por exemplo, quando se utilizam substâncias redutoras de densidade selecionadas do grupo consistindo de dilatadores e cargas pirolisáveis, quando o tratamento é realizado de modo a conduzir à expansão dos dilatadores e/ou à pirólise das cargas pirolisáveis) e/ou as ditas partículas compósitas possuem uma densidade aparente menor que 700 g/L, preferivelmente menor que 400 g/L, mais preferivelmente menor que 300 g/L.
[0092] No contexto da presente invenção, reconheceu-se que dada uma seleção direcionada dos constituintes (I), (II) e (III) utilizados na etapa (a1), por meio de um tratamento direcionado das gotículas endurecidas na etapa (a3), é possível alcançar uma redução na densidade aparente que é necessária em muitos casos (por exemplo, pela pirólise dos constituintes ou pelos constituintes reagindo com liberação de gases de expansão). A estabilidade dimensional ou estabilidade térmica da partícula compósita resultante da gotícula endurecida, surpreendentemente, não é afetada adversamente aqui.
[0093] Partículas compósitas tendo uma densidade aparente menor que 700 g/L, preferivelmente menor que 400 g/L, mais preferivelmente menor que 300 g/L combinam as vantagens de baixa densidade aparente, elevado efeito isolante e estabilidade térmica apropriada; consequentemente, seu uso no método da invenção é particularmente preferido.
[0094] Em muitos casos, dá-se preferência para um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido) no qual as partículas compósitas resultantes na etapa (a3) e/ou as partículas compósitas usadas na etapa (b) possuem pelo menos parcialmente um tamanho de partícula na faixa de 0,125 mm a 0,5 mm, determinado por peneiramento. Partículas compósitas tendo um tamanho de partícula menor que 0,5 mm possuem, geralmente, uma vazabilidade particularmente boa e podem ser processadas de modo particularmente eficaz para dar um elemento alimentador; prefere-se produzi-las na etapa (a) do método da invenção, e usa-las na etapa (b).
[0095] Partículas compósitas tendo um tamanho de partícula menor que 0,125 mm não são frequentemente apropriadas especialmente para processos de caixa fria (comparar etapa (c) do método da invenção) uma vez que quando se usam partículas relativamente pequenas, a resistência de fluxo durante a introdução de gases torna-se muito grande. Além disso, numa área de superfície correspondentemente maior das partículas, é necessário usar mais aglomerante na etapa (b), algo que não é vantajoso. Portanto, preferivelmente, pelo menos 95% em peso das partículas compósitas produzidas na etapa (a), com base na massa total das partículas compósitas produzidas na etapa (a), e/ou 95% em peso das partículas compósitas produzidas na etapa (b), com base na massa total das partículas compósitas produzidas na etapa (b), têm um tamanho de partícula maior ou igual a 0,125 mm; isto é especialmente verdade se na etapa (c) do método da invenção, a moldagem e cura da composição de alimentador para dar um elemento alimentador ocorrer de acordo com o processo de caixa fria.
[0096] Frequentemente, dá-se preferência também para um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido) no qual o componente (II) compreende, como substância ou substâncias redutoras de densidade, um ou mais dilatadores e se executa o tratamento tal como pela etapa (a3) tal que o dilatador ou os dois ou mais dilatadores expandam e assim formem cavidades na partícula compósita resultante e/ou compreende uma ou mais cargas pirolisáveis e se executa o tratamento tal como pela etapa (a3) tal que a carga pirolisável ou as duas ou mais cargas pirolisáveis pirolisem e formem assim cavidades na partícula compósita resultante.
[0097] Quando se usam dilatadores e/ou cargas pirolisáveis, a formação de cavidade na etapa (a3) é um sub-aspecto particular da presente invenção, uma vez que desse modo a densidade aparente das partículas compósitas resultante é decisivamente reduzida e aumenta o efeito isolante. Quantidade e tamanho de partículas dos dilatadores e/ou das cargas pirolisáveis são parâmetros relevantes para a densidade aparente e para a porosidade das partículas compósitas resultantes.
[0098] Dá-se preferência também para um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido) no qual o componente (I) compreende, como substâncias refratárias, um ou mais precursores de sólidos refratários e o tratamento tal como pela etapa (a3) compreende um tratamento térmico no qual os precursores se convertem num sólido refratário (isto pode ser usualmente detectado por meio de medida de XRD), sendo que, preferivelmente, o precursor ou pelo menos um dos precursores de sólidos refratários é uma argila ou mineral contendo argila e o tratamento tal como pela etapa (a3) compreende um tratamento térmico numa temperatura na faixa de 900 a 980°C, de modo que a argila converte-se num sólido refratário, nesse caso a argila compreende, preferivelmente, caulinita e/ou ilita (isto pode ser usualmente detectado por meio de medida de XRD).
[0099] Exemplos de argila ou de mineral contendo argila para uso como precursores incluem caulim e bentonita.
[0100] Um serviço particular do presente pedido de patente é de ter reconhecido que determinados materiais precursores (caulins, por exemplo, “Chinafill 100” ou “Kaolin TEC” de Amberger Kaolinwerke e “Kãrlicher Blautonmehl” de Kãrlicher Ton- und Schamottewerke Mannheim & Co.KG) no tratamento térmico na etapa (a3) sofrem transição mesmo em temperaturas comparativamente baixas numa fase diferente possuindo uma estabilidade térmica particular e assim contribuem para uma estabilidade térmica ainda melhor na parte das partículas compósitas produzidas nos métodos da invenção. Quando se usa caulim como precursor, a gotícula endurecida na etapa (a3) do método da invenção é aquecida, preferivelmente, a uma temperatura na faixa de 900 a 980°C, de modo que, por exemplo, a caulinita sofre transição via fases intermediárias para formar a mulita de sólido refratário.
[0101] Um exemplo de um precursor de um sólido refratário é caulim (para um XRD correspondente de um caulim, vide Fig. 16). A Figura 17 mostra um XRD de gotículas endurecidas produzidas de acordo com a etapa (a2), após terem secado; as gotículas continham caulinita. As gotículas solidificadas e secas foram subsequentemente tratadas de acordo com a etapa (a3) (sinterização/aquecimento a 900°C ou 980°C), e se mediu um XRD nas partículas compósitas resultantes após sinterização/aquecimento a 900°C (vide Fig. 18) e após sinterização/aquecimento a 980°C (vide Fig. 19).
[0102] O XRD antes do tratamento tal como pela etapa (a3) difere significativamente dos XRDs das partículas compósitas após o tratamento tal como pela etapa (a3). Em particular, as reflexões pertencentes à caulinita, em um ângulo de cerca de 12°, 20° e 25° (2-teta), desapareceram inteiramente após sinterização/aquecimento a 900°C (vide Fig. 18) e após sinterização a 980°C (vide Fig. 19).
[0103] As reflexões de XRD marcadas na Figura 19 com a palavra “mulita”, que estão presentes em contraste com a Figura 18 e Figura 17, originam principalmente de mulita que se formou da conversão térmica da caulinita e tem uma estabilidade térmica muito elevada.
[0104] O uso de precursores de sólidos refratários, especialmente o uso de precursores preferidos de sólidos refratários tal como descrito acima, é um contribuinte, assim como o uso direto de sólidos refratários, para uma maior estabilidade térmica por parte das partículas compósitas produzidas de acordo com a invenção.
[0105] É particularmente preferido um método tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido) no qual, preferivelmente não se ultrapassa a temperatura de 1000°C durante o tratamento térmico.
[0106] Na construção de reatores que ultrapassam temperaturas de tratamento de 1000°C, são necessárias medidas técnicas especiais. Consequentemente, um tratamento térmico em temperaturas menores ou iguais a 980°C é um contribuinte para uma redução em complexidade de reator, e tem uma exigência de energia significativamente menor.
[0107] A estabilidade térmica das partículas compósitas produzidas de acordo com a invenção é especialmente surpreendente quando ela é comparada com a estabilidade térmica do material padrão representado por coríndon de conta oca. Para a produção de coríndon de conta oca, é usual produzir um fundido de óxido de alumínio, que é então soprado. A fim de produzir um fundido de óxido de alumínio, são geralmente necessárias temperaturas na região de cerca de 2000°C de acordo com a temperatura de fusão de Al2O3. Produz- se, por exemplo, microcontas ocas de cerâmica ou de vidro de acordo com EP1832560 em faixas de temperatura de 1000-2000°C. Partículas compósitas produzidas de acordo com a invenção usando precursores apropriados possuem estabilidade térmica melhorada mesmo após tratamento em temperaturas relativamente baixas (sinterização/aquecimento; vide acima).
[0108] Dá-se preferência também para um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido) no qual, na etapa (a3), as gotículas endurecidas são lavadas e preferivelmente as gotículas lavadas resultantes são secadas. Após a lavagem (e opcionalmente secagem), executa-se então etapas de tratamento adicionais, preferivelmente etapas de tratamento designadas acima como sendo preferidas ou preferíveis.
[0109] As partículas compósitas produzidas na etapa (a) são preferivelmente derramáveis; empregadas na etapa (b) são preferivelmente partículas compostas derramáveis produzidas na etapa (a), ou uma fração derramável de partículas compósitas produzidas na etapa (a).
[0110] Dá-se preferência também para um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido) no qual, na etapa (a3), as gotículas endurecidas são tratadas de modo que, como um intermediário, resultem em partículas sólidas, e sendo que subsequentemente veda-se a superfície destas partículas sólidas, preferivelmente por meio de um material de revestimento orgânico, de modo que resultem nas ditas partículas compósitas. No caso específico, é vantajoso o uso de um material de revestimento inorgânico.
[0111] Na produção de elementos alimentadores pelo método da invenção, e, portanto, usando partículas compósitas produzidas inventivamente, a em muitos casos elevada porosidade das ditas partículas compósitas resulta, frequentemente, em aumento de consumo de aglomerantes, particularmente quando se usa aglomerantes orgânicos, isto é indesejável. Resulta, por um lado, no aumento dos custos e, além disso, no aumento das emissões durante a fundição. A fim de reduzir o consumo de aglomerante e os custos correspondentes, é vantajoso vedar a superfície das ditas partículas compósitas e assim impedir a penetração imprudente do aglomerante nos poros.
[0112] Dá-se preferência também para um método da invenção tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido) no qual, na etapa (b) usa-se um aglomerante orgânico como aglomerante, preferivelmente um aglomerante de caixa fria, e no qual, na etapa (c) a cura ocorre pelo método da caixa fria gaseificando com uma amina orgânica.
[0113] Um material de revestimento orgânico particularmente preferido é albúmen, que se aplica preferivelmente na forma de uma solução aquosa.
[0114] Preferivelmente, produz-se uma solução aquosa de albúmen misturando clara de ovo em pó com água. Produz-se soluções de albúmen correspondentes, por exemplo, com: clara de ovo em pó padrão (produto n° 150061) de NOVENTUM Foods, gema de ovo muito batida em pó (produto n° 150062) de NOVENTUM Foods e gema de ovo muito gelificada em pó (produto n° 150063) de NOVENTUM Foods.
[0115] Uma vez que as ditas partículas compósitas, tal como se descreveu acima, em alguns casos são de alta porosidade, é particularmente vantajoso veda-las com um dos materiais de revestimento preferidos. Os materiais de revestimento preferidos descritos acima são prontamente obteníveis no mercado, não são tóxicos e são fáceis de processar.
[0116] Albúmen como um material de revestimento orgânico é particularmente preferido porque ele veda extraordinariamente a superfície das partículas compósitas e, assim, reduz vantajosamente sua capacidade de absorver aglomerante.
[0117] É particularmente preferido um método tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido) no qual, na etapa (b), se usa um ou mais constituintes adicionais que são selecionados do grupo consistindo de esferas de poeira e cinzas, cinzas de casca de arroz, partículas núcleo-película (preferivelmente de acordo com conteúdo divulgado em EP 2 139 626 B1), terra diatomácea calcinada, alumínio, magnésio, silício, óxido de ferro, óxido de manganês, dióxido de silício (por exemplo, na forma de areia silicosa), chamote, mulita, nitrato de potássio e nitrato de sódio. Neste contexto é especialmente preferido um método da invenção no qual a quantidade total dos constituintes adicionais do grupo citado acima que são usados na etapa (b) está na faixa de 10 a 50% em peso, com base na massa total da composição de alimentador produzida na etapa (b).
[0118] Um método da invenção para produzir um elemento alimentador exotérmico para a indústria de fundição compreende preferivelmente na etapa (b) misturar as partículas compósitas produzidas na etapa (a) ou uma fração destas partículas compósitas com um aglomerante e também com um metal selecionado do grupo consistindo de alumínio, magnésio e silício e/ou um agente oxidante selecionado do grupo consistindo de óxido de ferro, nitrato de potássio e nitrato de sódio, e também opcionalmente com constituintes adicionais, para dar uma composição de alimentador.
[0119] A invenção refere-se também a um elemento alimentador produzível por um método tal como descrito acima (mais particularmente um método designado acima ou abaixo quando preferível ou preferido). Um elemento alimentador da invenção compreende partículas compósitas tal como se descreveu acima. Quando se produz um elemento alimentador da invenção de acordo com um método preferido da invenção, características específicas e propriedades típicas de produto acontecem (com respeito, por exemplo, à composição física e à estabilidade térmica, ao efeito isolante, e ao baixo peso do alimentador).
[0120] A invenção refere-se também ao uso de um processo de encapsulamento em matriz, preferivelmente usando um bico, mais preferivelmente usando um bico vibracional, para produzir partículas compósitas tendo uma densidade aparente menor que 700 g/L, preferivelmente menor que 400 g/L, mais preferivelmente menor que 300 g/L, na produção de elementos alimentadores para a indústria de fundição.
[0121] Este aspecto da invenção baseia-se na surpreendente descoberta que o uso de partículas compósitas consequentemente preparadas, tendo uma densidade aparente menor que 700 g/L, preferivelmente menor que 400 g/L, mais preferivelmente menor que 300 g/L, produz elementos alimentadores muito isolantes e de peso muito leve tendo preferivelmente elevada estabilidade térmica. Com relação a incorporações preferidas de tal uso, as explicações providas pelo método da invenção correspondentemente válidas.
[0122] A invenção refere-se ainda ao uso de partículas compósitas seladas consistindo de uma partícula compósita, que pode ser produzida por meio de um processo de encapsulamento em matriz, e de uma película, que envolve e veda a partícula compósita e consiste de um material de revestimento orgânico (por exemplo, albúmen; vide acima) como carga num elemento alimentador, preferivelmente num elemento alimentador produzido por meio do processo de caixa fria.
[0123] O uso de partículas compósitas seladas correspondentes num processo de caixa fria tem a vantagem de necessitar usar menor aglomerante e que o aglomerante que se usa é também obtenível mais eficazmente por gaseificação subsequente com aminas; pode-se fazer referência às observações acima.
[0124] Com relação a incorporações preferidas de um uso de acordo com a invenção, as explicações providas pelo método da invenção correspondentemente válidas.
[0125] A presente invenção refere-se também a um método para produzir partículas compósitas refratárias (preferivelmente muito refratárias) tendo um tamanho de partícula menor que 2 mm, determinado por peneiramento, compreendendo as seguintes etapas: (a1) produzir gotículas de uma suspensão de no mínimo os seguintes materiais de partida: (I) uma ou mais substâncias refratárias selecionadas do grupo consistindo de sólidos refratários e precursores de sólidos refratários, (II) uma ou mais substâncias redutoras de densidade selecionadas do grupo consistindo de cargas de peso leve tendo uma densidade aparente respectiva na faixa de 10 a 350 g/L, dilatadores e cargas pirolisáveis, (III) como fase contínua, um líquido solidificável, (a2) solidificar o líquido solidificável, de modo que as gotículas endureçam a gotículas endurecidas e a substância ou substâncias refratárias e também a substância ou substâncias redutoras de densidade sejam encapsuladas na fase contínua de solidificação, (a3) tratar as gotículas endurecidas, de modo que resultem nas ditas partículas compósitas.
[0126] Correspondentemente, a invenção refere-se também à aplicação deste método da invenção num método da invenção para produzir um elemento alimentador para a indústria de fundição; as observações acima concernentes ao método da invenção para produzir um elemento alimentador para a indústria de fundição são consequentemente válidas para o método da invenção para produzir partículas compósitas refratárias.
[0127] Além disso, a invenção refere-se também ao uso de partículas compósitas refratárias (preferivelmente muito refratárias) que são produzíveis ou foram produzidas pelo método da invenção para produzir partículas compósitas refratárias tendo um tamanho de partícula menor que 2 mm, determinado por peneiramento, como constituinte de um elemento alimentador. As observações acima concernentes ao método da invenção para produzir um elemento alimentador para a indústria de fundição são consequentemente válidas para o uso inventivo de partículas compósitas refratárias (que são preferivelmente termicamente estáveis a 1700°C). Prefere-se o uso inventivo de partículas compósitas refratárias (preferivelmente partículas compósitas que são termicamente estáveis a 1700°C) tendo uma densidade aparente menor que 700 g/L, preferivelmente menor que 400 g/L, mais preferivelmente menor que 300 g/L.
[0128] Elucida-se a presente invenção mais detalhadamente abaixo com referência às figuras e por exemplos. Figuras
[0129] A Fig. 1 mostra o resíduo no cadinho após teste de sinterização a 1600°C das partículas compósitas inventivas B36.
[0130] Como se pode observar na Fig. 1, uma pequena proporção das partículas compósitas inventivas sinterizaram juntas, mas ao mesmo tempo há ainda uma proporção considerável presente numa forma fluível livre.
[0131] A Fig. 2 mostra o resíduo de cadinho após teste de sinterização a 1600°C de partículas compósitas não inventivas W250-6.
[0132] Como se observa na Fig. 2, o resíduo foi sinterizado, formando uma “torta de cadinho” coerente.
[0133] A Fig. 3 mostra uma fotografia do conteúdo de cadinho após o teste de sinterização a 1600°C das partículas compósitas não inventivas KHP 108.
[0134] Como pode ser visto claramente, o conteúdo do cadinho sofreu fusão para dar uma massa contínua.
[0135] A Fig. 4 mostra uma micrografia das partículas compósitas inventivas B36 após o teste de sinterização a 1600°C.
[0136] Como pode ser visto muito bem, as partículas compósitas inventivas após o teste de sinterização ainda não formaram pescoços sinterizados.
[0137] A Fig. 5 mostra uma micrografia das partículas compósitas não inventivas W250-6 após teste de sinterização a 1600°C.
[0138] Como pode ser visto claramente, formaram pescoços de sinterização entre as partículas compósitas não inventivas e, portanto, todas as partículas compósitas não inventivas se uniram para formar uma “torta de cadinho” coerente.
[0139] A Fig. 6 mostra o resíduo no cadinho após teste de sinterização a 1700°C das partículas compósitas inventivas B36.
[0140] Uma pequena proporção das partículas compósitas inventivas sinterizaram juntas. No entanto, uma proporção considerável ainda está numa forma fluível livre.
[0141] A Fig. 7 mostra o resíduo de cadinho após teste de sinterização de partículas compósitas de coríndon de conta oca “Hargreaves” não inventivas.
[0142] Pode-se observar que todas as partículas compósitas não inventivas se uniram para formar uma “torta de cadinho” coerente.
[0143] A Fig. 8 mostra o resíduo de cadinho após o teste de sinterização a 1700°C das partículas compósitas de coríndon de conta oca “KKW” não inventivas.
[0144] Como se pode ver claramente, todas as partículas compósitas não inventivas se uniram para formar uma “torta de cadinho” coerente.
[0145] A Fig. 9 mostra uma micrografia eletrônica de varredura das partículas compósitas inventivas B36 após o teste de sinterização a 1700°C.
[0146] Como se pode ver muito bem, as partículas compósitas inventivas após o teste de sinterização ainda não formaram pescoços de sinterização.
[0147] A Fig. 10 mostra uma micrografia de partículas compósitas de coríndon de conta oca “Hargreaves” não inventivas após o teste de sinterização a 1700°C.
[0148] As partículas sofreram fusão superficial durante o teste de sinterização, fazendo com que todas as partículas compósitas não inventivas se unam durante a solidificação para formar uma “torta de cadinho” coerente.
[0149] A Fig. 11 mostra uma micrografia ampliada da Fig. 10 das partículas compósitas de coríndon de conta oca “KKW” não inventivas após o teste de sinterização a 1700°C.
[0150] As partículas sofreram fusão superficial durante o teste de sinterização, fazendo com que todas as partículas compósitas não inventivas se unam durante a solidificação para formar uma “torta de cadinho” coerente.
[0151] A Fig. 12 mostra uma barra de teste inventiva produzida com partículas compósitas “B36-albúmen” cuja superfície foi selada.
[0152] A Fig. 13 mostra barras de teste inventivas produzidas por meio de partículas compósitas B36 (sem vedação superficial).
[0153] A Fig. 14 mostra duas meias seções de um fundido de ferro produzido num teste de “cubo” com elementos alimentadores não inventivos.
[0154] A Fig. 15 mostra duas meias seções de um fundido de ferro produzido num teste de “cubo” com elementos alimentadores inventivos.
[0155] A Fig. 16 mostra um XRD de um caulim. O eixo Y mostra a contagem da mensuração (correspondendo Pa intensidade das reflexões) e o eixo X mostra o ângulo na escala 2-teta.
[0156] As reflexões maiores de caulinita são facilmente visíveis num ângulo de cerca de 12° 2-teta, 20° 2-teta e 25° 2-teta.
[0157] A Fig. 17 mostra um XRD das gotículas endurecidas produzidas na etapa (a2) após elas secarem. No eixo X são visíveis as contagens da mensuração (correspondendo à intensidade das reflexões) e no eixo X o ângulo na escala 2- teta.
[0158] Aqui novamente, as reflexões principais da caulinita são prontamente visíveis num ângulo de cerca de 12° 2-teta, 20° 2-teta e 25° 2-teta. Adicionalmente, detecta-se coríndon, adicionado como carga refratária.
[0159] A Fig. 18 mostra um XRD das partículas compósitas produzidas inventivamente após sinterização a 900°C. No eixo Y são visíveis as contagens da mensuração (correspondendo à intensidade das reflexões) e no eixo X o ângulo na escala 2- teta.
[0160] Pode-se ver facilmente que após sinterização a 900°C, as reflexões da caulinita não são mais visíveis. A fase principal detectada é coríndon, que se adicionou como uma carga refratária.
[0161] A Fig. 19 mostra um XRD das partículas compósitas produzidas inventivamente após sinterização a 980°C. No eixo Y são visíveis as contagens da mensuração (correspondendo à intensidade das reflexões) e no eixo X o ângulo na escala 2- teta.
[0162] Após sinterização a 980°C, não é possível detectar quaisquer reflexões da caulinita; em vez disso, detecta-se, por difração de raios-X, a fase de mulita recém-formada (picos em 16,5° 2-teta, 26° 2-teta e 41° 2-teta. Detecta-se também coríndon, que se adicionou como uma carga refratária.
[0163] A Fig. 20 mostra uma micrografia eletrônica de varredura das partículas compósitas produzidas inventivamente com a designação “B36” (vide exemplos abaixo no texto).
[0164] A Fig. 21 mostra uma micrografia eletrônica de varredura ampliada das partículas compósitas produzidas inventivamente com a designação “B36” (vide exemplos abaixo no texto).
[0165] É muito evidente que as várias cargas refratárias estão envolvidas individualmente pela fase contínua e são, portanto, mantidas em conjunto mais firmemente, dando as partículas compósitas produzidas inventivamente com a desejada estabilidade dimensional e com a desejada estabilidade térmica.
[0166] A Fig. 22 mostra uma micrografia eletrônica de varredura muito ampliada das partículas compósitas inventivas “B36”.
[0167] A Fig. 23 mostra uma micrografia iluminada das partículas compósitas produzidas inventivamente com a designação “F3” (vide Tabela 1 abaixo no texto) imediatamente antes do tratamento num forno de mufla.
[0168] Pode-se ver muito bem que as partículas imediatamente antes do tratamento no forno de mufla estão muito compactas e têm apenas cavidades esporádicas.
[0169] A Fig. 24 mostra uma micrografia iluminada das partículas compósitas produzidas inventivamente com a designação “F3” (vide Tabela 1 abaixo no texto) após tratamento num forno de mufla.
[0170] Pode-se ver muito bem que as partículas após tratamento num forno de mufla têm um número considerável de cavidades formadas pela expansão do dilatador utilizado durante o tratamento térmico.
[0171] No texto abaixo, elucida-se mais detalhadamente a presente invenção com exemplos: Métodos de mensuração: 1. Determinação de tamanho de partícula:
[0172] A determinação dos tamanhos de partículas de partículas compósitas por peneiramento ocorre de acordo com a norma DIN 66165-2 (4.1987) usando seu método F (peneiramento por máquina com peneira ou conjunto de peneiras agitado em fluido gasoso em repouso). Usa-se uma máquina de peneiramento vibracional de controle Retsch AS 200, com o ajuste de amplitude em nível 2, sem intervalo de peneiramento e com um tempo de peneiramento de 1 minuto.
[0173] A determinação de tamanhos de partículas de cargas de peso leve usadas na etapa (a) como substâncias redutoras de densidade do componente (II) ocorre da mesma forma de acordo com a norma DIN 66165-2 (4.1987) usando seu método F (peneiramento por máquina com peneira ou conjunto de peneiras agitado em fluido gasoso em repouso). Novamente, usa-se uma máquina de peneiramento vibracional de controle Retsch AS 200, com o ajuste de amplitude em nível 2, sem intervalo de peneiramento e com um tempo de peneiramento de 1 minuto.
[0174] A determinação dos tamanhos de partículas de sólidos refratários com um tamanho de partícula menor que 0,1 mm ocorre por meio de peneiramento de acordo com a norma DIN 66165-2 (4.1987) usando seu método D (peneiramento de máquina com peneira individual de repouso em fluido agitado, com peneira de jato de ar). 2. Determinação de densidade aparente:
[0175] Determinou-se a densidade aparente de acordo com a norma DIN EN ISO 60 2000-1. 3. Determinação de absorvência de água
[0176] Executou-se a determinação da absorção de água usando um instrumento Enslin. A avaliação ocorreu de acordo com a norma DIN 18132. 4. Determinação de composição de fase:
[0177] Registraram-se os difratogramas de pó usando um difratômetro de pó Siemens D 5005 com um anodo de cobre. As mensurações ocorreram numa faixa de ângulo de difração de 3-70° 2-teta; largura de etapa 0,020°; tempo de contagem 4 etapas/s. A avaliação foi feita usando o software padrão EVA e base de dados PC-PDF ICDD. 5. Determinação de composição química e morfologia:
[0178] Realizou-se a morfologia das amostras por meio de um SEM JSM 6510 de Jeol. Realizou-se a composição química por meio de análise de EDX usando um EDX de Oxford INCA. Adicionalmente, para a determinação da morfologia, utilizou- se um microscópio iluminado ZTL 350 VisiScope com câmera Visicam 3.0. 6. Método para determinar a estabilidade térmica (teste de sinterização):
[0179] O teste de sinterização na presente invenção foi executado para determinar a estabilidade térmica de várias matérias-primas ao longo das linhas das fichas de dados de VDG P26 “Teste materiais base moldagem”. Para análise, submeteu-se a quantidade de partículas da mesma composição para tratamento térmico definido (por exemplo, 1600°C ou 1700°C por meia hora em cada caso) num forno Carbolite HTF 1800 com um controle de temperatura do tipo E 3216, e depois avaliada por meio de carregamento mecânico definido, por meio de peneiramento.
[0180] Em primeiro lugar, peneirou-se a quantidade de partículas sob investigação usando uma peneira de tamanho de malha de 0,5 mm - vide Tabela 2 abaixo - ou de 0,71 mm - vide Tabela 3 abaixo - a fim de garantir a reprodutibilidade e comparabilidade dos vários experimentos.
[0181] As partículas peneiradas foram subsequentemente submetidas a tratamento térmico definido num cadinho de óxido de alumínio, com as seguintes etapas: • Sinterização preliminar das amostras, 30 min a 900°C no forno preaquecido, para garantir carregamento térmico idêntico tanto para as amostras comparativas como para as partículas compósitas inventivas. • Aquecimento das amostras com trânsito de forno definido (forno Carbolite HTF 1800 com controle de temperatura do tipo E3216): de 25°C a 200°C a 1 K/min, subsequentemente a 3 K/min até a temperatura final (1600°C por meia hora - vide Tabela 2 abaixo - ou 1700°C por meia hora - vide Tabela 3 abaixo) e resfriamento subsequente até temperatura ambiente a 3 K/min.
[0182] Depois disso, as partículas resfriadas foram fotografadas com cadinho de óxido de alumínio (vide Fig. 3 (partículas fundidas), Fig. 6 e Fig. 7) ou sem cadinho de óxido de alumínio (vide Fig. 1, Fig. 2 e Fig. 8) e, onde as partículas sob investigação não fundiram durante o tratamento térmico definido, o cadinho de óxido de alumínio no qual as partículas sob investigação foram aquecidas foi fixado numa torre de peneiramento e submetidas a tensão mecânica por peneiramento definido com peneira de controle num Retsch AS 200 por 1 minuto em cada caso numa amplitude de 2 sem intervalo de peneiramento, isto é, com peneiramento permanente. O tamanho de malha da peneira de controle foi ajustado no tamanho de partículas antecipado máximo das partículas sob investigação (ou 0,5 mm - vide Tabela 2 abaixo - ou 0,71 mm - vide Tabela 3 abaixo). Emprega-se a razão de resíduo de peneira para peneira menor que o normal como um critério de avaliação (comparar com folha de dados de VDG P26 “Teste de materiais base moldagem”, outubro de 1999). Num fator de resíduo de peneira/peneira menor que o normal maior que 1, a amostra é considerada ter sofrido sinterização e, portanto, não ter estabilidade térmica.
[0183] Parâmetros específicos de amostra tal como, por exemplo, o tamanho de partícula da respectiva amostra, foram considerados na avaliação. Seção experimental (Partes 1 a 3): Parte experimental 1 - produção de acordo com a etapa (a) do método da invenção de partículas compósitas (B36, B37, B31) tendo um tamanho de partícula menor que 2 mm (também referidas abaixo como “partículas compósitas inventivas”): (a1) Produção de gotículas de uma suspensão de materiais de partida:
[0184] Preparou-se uma solução aquosa de alginato de sódio a 1% (1% em peso de alginato de sódio de Alpichem com CAS n° 9005-38-3, com base na massa total da solução aquosa).
[0185] Diluiu-se o dispersante Sokalan® FTCP 5 de BASF com água para produzir uma solução de dispersante correspondente; a razão em massa de Sokalan® FTCP 5 para água foi de 1:2.
[0186] A solução aquosa de alginato de sódio a 1% preparada e a solução de dispersante preparada foram subsequentemente misturadas numa razão de misturação da Tabela 1, para dar um líquido solidificável (líquido solidificável para uso como fase contínua como constituinte (III) na etapa (a1)).
[0187] Depois, com agitação, adicionou-se precursores de sólidos refratários e sólidos refratários selecionados de acordo com a Tabela 1 abaixo (constituinte (I) de acordo com a etapa (a1)) no líquido solidificável até formar uma suspensão cremosa.
[0188] Subsequentemente, com agitação, adicionaram-se contas de silicato de boro na suspensão cremosa, numa quantidade de acordo com a Tabela 1 abaixo como um exemplo de carga de peso leve (constituinte (II) na etapa (a1)), seguido subsequentemente por uma quantidade de água dada na Tabela 1. Isto resultou numa suspensão diluída. Tabela 1: Ingredientes para produzir partículas compósitas da invenção e densidade aparente resultante das mesmas.
(a2) Solidificação do líquido solidificável
[0189] Introduziu-se a suspensão diluída em seringas plásticas e fixadas numa bomba de seringa LA-30. A taxa de liberação foi de 12 a 15 mL/min. Depois, a suspensão diluída nas seringas foi comprimida através de um bico vibracional, fazendo com que a suspensão diluída emergisse do bico vibracional em gotículas uniformes. As gotículas que caem do bico vibracional caíram numa solução aquosa de cloreto de cálcio a 2% (CaCl2, nome do produto “cloreto de cálcio diidratado em pó para análise ACS” de Applichem, CAS n° 10035-04-8, 2% em peso com base na massa total da solução de cloreto de cálcio) e solidificou, de modo que elas endureceram formando gotículas endurecidas e ao mesmo tempo as substâncias refratárias e também as contas de vidro de silicato de boro foram encapsuladas na mistura de solidificação (consistindo da solução de alginato de sódio a 1% e a solução de dispersante).
[0190] Nota: O tamanho das gotículas endurecidas dependeu da composição da suspensão diluída, da capacidade de transporte da bomba e da frequência vibracional do bico. (a3) Tratamento das gotículas endurecidas
[0191] As gotículas endurecidas foram subsequentemente raspadas e lavadas em água. Depois disso as gotículas endurecidas e lavadas foram secadas num forno de secagem a 180°C por 40 minutos. Após a secagem, as gotículas endurecidas resultantes eram derramáveis, e sua densidade aparente “imediatamente antes do tratamento no forno de mufla” é relatada na Tabela 1.
[0192] As gotículas endurecidas derramáveis foram subsequentemente aquecidas num forno de mufla preaquecido a 900°C por 30 minutos. O resfriamento resultou em partículas compósitas inventivas.
[0193] Como é evidente da última linha da Tabela 1, as densidades aparentes medidas para as partículas compósitas inventivas estão abaixo de 350 g/L. Através de uma escolha apropriada das substâncias refratárias ou dos precursores de substâncias refratárias, e das cargas de peso leve, a densidade aparente das partículas compósitas inventivas resultantes pode de fato ser reduzida para 250 g/L (vide partículas compósitas B37 e E6 na Tabela 1). Teste de sinterização a 1600°C para comparar a estabilidade térmica de partículas compósitas inventivas e não inventivas.
[0194] De acordo com o teste de sinterização descrito anteriormente acima, as partículas compósitas inventivas foram testadas em comparação com partículas compósitas não inventivas “KHP 108” (partículas núcleo-película de Chemex) e partículas não inventivas “W 205-6” (produto “Weiβe Spheres W250-6” de Omega Minerals). As partículas inventivas e não inventivas tinham um tamanho de partícula na faixa de 0,25 a 0,5 mm. A temperatura de sinterização foi de 1600°C. A peneira de controle para determinar o resíduo de peneira e a peneira menor que o normal tinham um tamanho de malha de 0,5 mm.
[0195] Os resultados dos testes de sinterização estão apresentados na Tabela 2. Tabela 2: Resultados de teste de sinterização a 1600°C (sinterização preliminar das amostras, 30 min a 900°C no forno preaquecido, depois temperatura de sinterização de 1600°C por 30 min)
[0196] Como é evidente da Tabela 2, a razão de resíduo de peneira para peneira menor que o normal para as partículas compósitas inventivas “B36” após sinterização está abaixo de 1, enquanto que a razão é maior que 1 para as partículas compósitas não inventivas após sinterização. Consequentemente, a estabilidade térmica das partículas compósitas inventivas “B36” a 1600°C é melhor que a das partículas compósitas não inventivas. Teste de sinterização a 1700°C de partículas compósitas inventivas e de partículas compósitas não inventivas
[0197] De acordo com o teste de sinterização descrito anteriormente acima, as partículas compósitas inventivas “B36” foram testadas em comparação com partículas compósitas não inventivas “Hargreaves” (coríndon de conta oca com mais de 98,8% de Al2O3 de matéria-prima Hargreaves de serviços GmbH) e com partículas compósitas não inventivas “KKW” (coríndon de conta oca com mais que 98,8% de Al2O3 de Imerys Fused Minerals Zschornewitz GmbH). Os tamanhos de partículas das partículas compósitas estiveram sempre na faixa especificada de 0,18 a 0,71 mm. A temperatura de sinterização foi de 1700°C. A peneira de controle para determinar o resíduo de peneira e a peneira menor que o normal tinha tamanho de malha de 0,71 mm.
[0198] Os resultados do teste estão mostrados na Tabela 3: Tabela 3: Resultados de teste de sinterização a 1700°C (sinterização preliminar das amostras, 30 min a 900°C no forno preaquecido, depois temperatura de sinterização de 1700°C por 30 min)
*Rompimento da torta de sinterização por peneiramento não possível.
[0199] Como é evidente da Tabela 3, a razão de resíduo de peneira para peneira menor que o normal para as partículas compósitas inventivas “B36” após sinterização está abaixo de 1, enquanto que a razão é maior que 1 para as partículas compósitas não inventivas após sinterização. Consequentemente, a estabilidade térmica das partículas compósitas inventivas “B36” a 1700°C é melhor que a das partículas compósitas não inventivas. Parte experimental 2 - “Vedação de superfície”
[0200] As partículas compósitas inventivas “B36” (vide Tabela 1), após terem sido aquecidas num forno preaquecido a 900°C por 30 minutos, tiveram suas superfícies vedadas como se segue:
[0201] A vedação de superfície ocorreu com uma solução aquosa de albúmen contendo 6% em peso de gema de ovo muito gelificada em pó (produto n° 150063) de NOVENTUM Foods, com base no peso total da solução aquosa formada.
[0202] As partículas compósitas inventivas “B36” foram subsequentemente misturadas com a solução de albúmen preparada numa razão ponderal de partículas compósitas para solução de albúmen de 2:1 e foram agitadas na mistura resultante até completa absorção da solução de albúmen. Depois disso, as partículas compósitas tratadas com a solução de albúmen foram secadas num forno de secagem a 110°C por 40 minutos. As partículas compósitas resultantes são referidas como B36-albúmen.
[0203] A detecção da capacidade de absorção de água de partículas compósitas inventivas B36 (sem revestimento de albúmen) e B36-albúmen (com revestimento de albúmen) usando um instrumento Enslin mostrou que se reduz a absorção de água das partículas compósitas inventivas por um revestimento de albúmen de 1,6 mL/g (B36) para 0,1 mL/g (B36-albúmen).
[0204] Usando os constituintes indicados na Tabela 4, o processo de caixa fria (catalisador de N,N-dimetil- propilamina) foi então usado para produzir barras de teste, cuja resistência à flexão foi determinada num método baseado em padrão de VDG P 73, método A (misturador Profi 67 de BOSCH usado, processamento em temperatura ambiente e umidade ambiente, produção por socagem, valores de teste capturados após 1 h e após 24 h, determinação em triplicada em cada caso) usando um aparelho de teste de resistência PFG com manômetro de baixa pressão N (com acionamento motorizado). Tabela 4: Uso de partículas compósitas inventivas com e sem revestimento de albúmen (isto é, vedação de superfície). As figuras para as porcentagens em peso dos constituintes individuais baseiam-se na massa total da respectiva constituição as composições de alimentados (com partículas compósitas “B36-albúmen” ou com partículas compósitas “B36”).
[0205] A Tabela 4 mostra que quando se usa albúmen como um agente para vedar a superfície de partículas compósitas produzidas inventivamente, obtêm-se barras de teste que têm resistência à flexão aumentada. Elementos alimentadores correspondentes são, portanto, também particularmente estáveis mecanicamente.
[0206] Assume-se que as partículas compósitas B36 (sem albúmen) absorvem uma quantidade comparativamente grande de aglomerante, que então não está mais disponível para formar uma ligação flexuralmente forte das barras de teste; o mesmo é verdadeiro, analogamente, dos elementos alimentadores correspondentes. Parte experimental 3 - Produção de um elemento alimentador inventivamente (doravante: elemento alimentador inventivo)
[0207] Um elemento alimentador inventivo e um elemento alimentador não inventivo foram produzidos, a fim de compara- los em termos de suas propriedades isolantes, estabilidade térmica e utilidade prática, como se segue: elemento alimentador inventivo “KS 6II” com partículas compósitas inventivas “B36-albúmen” com superfície vedada (vide acima), e elemento alimentador não inventivo “PADRÃO” com partículas não inventivas KHP 108 (vide acima) em vez das partículas compósitas inventivas “B36-albúmen”. (a) Produção ou provisão de partículas compósitas inventivas e partículas núcleo-película não inventivas, respectivamente:
[0208] As partículas compósitas “B36-albúmen” com superfície vedada foram produzidas tal como descrito acima; foram providas as partículas compósitas KHP 108. (b) Mistura das partículas compósitas inventivas com superfície vedada produzidas e das partículas núcleo-película não inventivas com um aglomerante de caixa fria para dar uma composição de alimentador.
[0209] A Tabela 5 abaixo mostra as constituições precisas das composições de alimentador para o elemento alimentador “PADRÃO” não inventivo e para o elemento alimentador inventivo “KS 6II”. Cada um deles foi misturado para dar uma composição de alimentador homogênea. (c) Moldagem e cura da composição de alimentador para dar um elemento alimentador.
[0210] As composições de alimentador para o elemento alimentador não inventivo “PADRÃO” e para o elemento alimentador inventivo “KS 6II” foram subsequentemente moldadas numa máquina de disparo de núcleo e gaseificadas de acordo com o processo de caixa fria (catalisador de N,N- dimetil-propilamina). Isto deu o elemento alimentador não inventivo “PADRÃO” e o elemento alimentador inventivo “KS 6II”. Tabela 5: Constituintes dos alimentadores usados para fundição (teste de cubo). As figuras para as porcentagens em peso dos constituintes individuais baseiam-se na massa total da respectiva constituição das composições de alimentador (para o elemento alimentador “PADRÃO” e para o elemento alimentador “KS 6II” respectivamente). Constituintes Constituição da composição de alimentador para o elemento alimentador “PADRÃO” (não inventivo) Constituição da composição de alimentador para o elemento alimentador “KS 6II" (inventivo)
(d) Fundição de um cubo de ferro usando um alimentador inventivo “KS 6II” e um alimentador não inventivo “PADRÃO”.
[0211] O alimentador inventivo “KS 6II” e o alimentador não inventivo “PADRÃO” (tal como descrito acima) foram testados para sua utilidade de desempenho usando os chamados testes de cubo. Estes testes investigam em particular qual elemento alimentador exibe a melhor capacidade de alimentação quando produzir um fundido na forma de um cubo.
[0212] Os alimentadores produzidos de acordo com as constituições da Tabela 5 foram fundidos para o módulo de 1,2 cm a 1400°C com ferro (GGG40) no teste de cubo.
[0213] Os fundidos de ferro cuboide produzidos, com alimentadores de ferro residual, são mostrados na condição pela metade (por serração) na Fig. 14 (resulta quando se usa um alimentador não inventivo) e na Fig. 15 (resulta quando se usa um alimentador inventivo).
[0214] A Fig. 14 mostra cavidades laterais que se estendem para baixo a uma profundidade de 4 mm no cubo fundido (vide inscrição “-4” na Fig. 14; distância entre linha desenhada superior e linha desenhada inferior = 4 mm, a linha superior marca o limite entre fundido e alimentador metálico residual, linha inferior marca o ponto de penetração mais baixo da cavidade lateral).
[0215] A Fig. 15 mostra cavidades somente no alimentador metálico residual; nenhuma cavidade se estende no cubo fundido (vide inscrição “7” e “13” na Fig. 15; distância entre linha desenhada superior e linha desenhada inferior = 7 e 13 mm, respectivamente, a linha inferior marca o limite entre fundido e alimentador metálico residual, linha superior marca o ponto mais baixo da cavidade no alimentador metálico residual; valores diferentes “7 mm” e “13 mm” resultam da largura da lâmina de serra).
[0216] Das Figs. 14 e 15 é evidente que o elemento alimentador inventivo “KS 6II” possui capacidade de alimentação melhorada em comparação com o elemento alimentador não inventivo “PADRÃO”.
Claims (20)
1. Método para produzir um elemento alimentador para a indústria de fundição, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas: (a) produzir partículas compósitas tendo um tamanho de partícula menor que 2 mm, determinado por peneiramento, num método de encapsulamento em matriz com as seguintes etapas: (a1) produzir gotículas de uma suspensão de no mínimo os seguintes materiais de partida: (I) uma ou mais substâncias refratárias selecionadas do grupo consistindo de sólidos refratários e precursores de sólidos refratários, (II) uma ou mais substâncias redutoras de densidade selecionadas do grupo consistindo de cargas peso leve tendo uma densidade aparente respectiva na faixa de 10 a 350 g/L, dilatadores e cargas pirolisáveis, (III) como fase contínua, um líquido solidificável, (a2) solidificar o líquido solidificável, de modo que as gotículas endureçam a gotículas endurecidas e a substância ou substâncias refratárias e também a substância ou substâncias redutoras de densidade sejam encapsuladas na fase contínua de solidificação, (a3) tratar as gotículas endurecidas, de modo que resultem nas ditas partículas compósitas, (b) misturar as partículas compósitas produzidas na etapa (a) ou uma fração destas partículas compósitas com um aglomerante e também, opcionalmente, constituintes adicionais para dar uma composição de alimentador, (c) moldar e curar a composição de alimentador para dar um elemento alimentador.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de na etapa (a1) serem produzidas gotículas por meio de um ou mais bicos, preferivelmente bicos vibracionais, e/ou na etapa (a2) a solidificação do líquido solidificável ser induzida por resfriamento, secagem ou reação química.
3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o líquido solidificável usado na etapa (a1) ser um líquido que é solidificável por reação química e na etapa (a2) a solidificação do líquido solidificável ser induzida por reação química.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de o líquido solidificável ser um líquido solidificável por reação de troca catiônica, preferivelmente um líquido solidificável por reação com íons cálcio e/ou íons bário e/ou íons manganês, mais preferivelmente por reação com íons cálcio.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de o líquido solidificável ser um líquido solidificável por reação com íons cálcio, que compreende um ou mais aglomerantes selecionados do grupo consistindo de alginato, PVA, quitosana e sulfoxi-etil- celulose, e/ou ser uma solução aquosa, nesse caso o líquido solidificável ser preferivelmente uma solução aquosa de alginato.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de a carga de peso leve ou pelo menos uma das cargas de peso leve usadas na etapa (a) como substância redutora de densidade do componente (II), tendo um tamanho de partícula menor que 0,8 mm, mais preferivelmente menor que 0,5 mm, muito preferivelmente menor que 0,3 mm, determinado por peneiramento, ser selecionada do grupo consistindo de: contas ocas inorgânicas, contas oca orgânicas, partículas de material poroso ou espumoso, cinzas de casca de arroz, partículas núcleo-película e terra diatomácea calcinada e/ou o dilatador ou pelo menos um dos dilatadores usados na etapa (a) como componente (II) ser selecionado do grupo consistindo de: carbonatos, hidrogeno- carbonatos e oxalatos; farinha de casca de coco, farinha de casca de noz; farinha de caroço de uva; farinha de azeitona; farinha de trigo; farinha de milho; dextrina de batata; açúcares; sementes de plantas, serragem; e cinzas de casca de arroz, e/ou a carga pirolisável ou pelo menos uma das cargas pirolisáveis usadas na etapa (a) como componente (II) ser selecionada do grupo consistindo de: contas plásticas e contas de poliestireno expandido.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de o sólido refratário ou pelo menos um dos sólidos refratários usados na etapa (a1) como substância refratária do componente (I) ser selecionado do grupo consistindo de: óxidos, nitretos e carbetos, cada um compreendendo um ou mais elementos do grupo consistindo de Si, Al, Zr, Ti, Mg e Ca; óxidos mistos, carbetos mistos e nitretos mistos, cada um compreendendo um ou mais elementos do grupo consistindo de Si, Al, Zr, Ti, Mg e Ca; e grafite, preferivelmente o sólido refratário ou pelo menos um dos sólidos refratários usados na etapa (a1) como substância refratária do componente (I) ser selecionado do grupo consistindo de: óxido de alumínio, óxido de zircônio, dióxido de titânio, dióxido de silício, óxido de magnésio, óxido de cálcio, silicato de cálcio, filossilicatos, preferivelmente mica, silicato de magnésio e alumínio, preferivelmente cordierita, carbeto de silício, e nitreto de boro, e/ou o precursor ou pelo menos um dos precursores de sólidos refratários usados na etapa (a1) como substância refratária do componente (I) ser selecionado do grupo consistindo de hidróxido de alumínio, hidróxido de magnésio, filossilicatos, preferivelmente caulinita, montmorilonita e ilita, argilas, preferivelmente caulim e bentonita, fosfatos e carbonatos.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de o tratamento como pela etapa (a3) ser executado tal que a densidade aparente das partículas compósitas resultantes seja menor que a densidade aparente das gotículas endurecidas no estado seco e/ou as ditas partículas compósitas possuírem uma densidade aparente menor que 700 g/L, preferivelmente menor que 400 g/L, mais preferivelmente menor que 300 g/L.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de as partículas compósitas resultantes na etapa (a3) e/ou as partículas compósitas usadas na etapa (b) possuírem pelo menos parcialmente um tamanho de partícula na faixa de 0,125 mm a 0,5 mm, determinado por peneiramento.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de o componente (II) compreender, como substância ou substâncias redutoras de densidade, um ou mais dilatadores e o tratamento como pela etapa (a3) ser executado tal que o dilatador e/ou os dois ou mais dilatadores expandirem e assim formarem cavidade na partícula compósita resultante e/ou compreender uma ou mais cargas pirolisáveis e o tratamento como pela etapa (a3) ser executado tal que a carga pirolisável ou as duas ou mais cargas pirolisáveis pirolisarem e assim formarem cavidades na partícula compósita resultante.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de o componente (I) compreender, como substâncias refratárias, um ou mais precursores de sólidos refratários e o tratamento como pela etapa (a3) compreender um tratamento térmico no qual os precursores convertem-se num sólido refratário, preferivelmente o precursor ou pelo menos um dos precursores de sólidos refratários ser uma argila e o tratamento como pela etapa (a3) compreender um tratamento térmico numa temperatura na faixa de 900 a 980°C, de modo que a argila converta-se num sólido refratário, e nesse caso a argila compreende preferivelmente caulinita e/ou ilita.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de preferivelmente não ultrapassar uma temperatura de 1000°C durante o tratamento térmico.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, preferivelmente de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 ou 12, caracterizado pelo fato de na etapa (a3) as gotículas endurecidas serem tratadas de modo que, como um intermediário resultem em partículas sólidas, e subsequentemente a superfície destas partículas sólidas ser selada, preferivelmente por meio de um material de revestimento orgânico, de modo que resultem nas ditas partículas compósitas.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 13, preferivelmente de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de na etapa (b) se usar um aglomerante orgânico, preferivelmente um aglomerante de caixa fria, e na etapa (c) a cura ocorrer pelo método de caixa fria gaseificando com uma amina orgânica.
15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 14, caracterizado pelo fato de na etapa (b) se usar um ou mais constituintes adicionais selecionados do grupo consistindo de esferas de poeira e cinzas, cinzas de casca de arroz, partículas núcleo-película, terra diatomácea calcinada, alumínio, magnésio, silício, óxido de ferro, óxido de manganês, dióxido de silício, chamote, mulita, nitrato de potássio e nitrato de sódio.
16. Elemento de alimentador, caracterizado pelo fato de ser produzível pelo método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 15.
17. Uso de um processo de encapsulamento em matriz, caracterizado pelo fato de usar preferivelmente um bico, mais preferivelmente usar um bico vibratório, para produzir partículas compósitas tendo uma densidade aparente menor que 700 g/L, preferivelmente menor que 400 g/L, mais preferivelmente menor que 300 g/L, na produção de alimentos alimentadores para a indústria de fundição.
18. Uso de partículas compósitas seladas, consistindo de uma partícula compósita, que pode ser produzida por meio de um processo de encapsulamento em matriz, que envolve e veda uma partícula compósita e consiste de um material de revestimento orgânico, caracterizado pelo fato de ser como carga num elemento alimentador, preferivelmente num elemento alimentador produzido por meio do processo de caixa fria.
19. Método para produzir partículas compósitas refratárias, tendo um tamanho de partícula menor que 2 mm, determinado por peneiramento, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas: (a1) produzir gotículas de uma suspensão de no mínimo os seguintes materiais de partida: (I) uma ou mais substâncias refratárias selecionadas do grupo consistindo de sólidos refratários e precursores de sólidos refratários, (II) uma ou mais substâncias redutoras de densidade selecionadas do grupo consistindo de cargas de peso leve tendo uma densidade aparente respectiva na faixa de 10 a 350 g/L, dilatadores e cargas pirolisáveis, (III) como fase contínua, um líquido solidificável, (a2) solidificar o líquido solidificável, de modo que as gotículas endureçam a gotículas endurecidas e a substância ou substâncias refratárias e também a substância ou substâncias redutoras de densidade sejam encapsuladas na fase contínua de solidificação, (a3) tratar as gotículas endurecidas, de modo que resultem nas ditas partículas compósitas.
20. Uso de partículas compósitas refratárias, produzíveis pelo método conforme definido pela reivindicação 19, caracterizado pelo fato de ser como constituinte de um elemento alimentador.
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| B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
| B350 | Update of information on the portal [chapter 15.35 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 01/12/2016, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |