BR112018070555B1 - Uso de microesferas de poro fechado de perlita expandida, composição para produção de corpos moldados para a indústria de fundição, corpo moldado para indústria de fundição e processo para produzir um corpo moldado para a indústria de fundição - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se ao uso de microesferas de poro fechado de perlita expandida como um material de carga para a produção de corpos moldados para a indústria de fundição, a uma composição para a produção de corpos moldados para a indústria de fundição compreendendo microesferas de poro fechado de perlita expandida como um material de carga e um ligante, o ligante sendo selecionado a partir do grupo consistindo de silicato de sódio, resinas de fenol-formaldeído, sistemas de dois componentes compreendendo como reagentes um poliisocianato e um componente de poliol contendo grupos isentos de hidroxila (grupos OH), e amido, e também aos corpos moldados para a indústria de fundição e para um processo para produzir um corpo moldado para a indústria de fundição.

Description

[0001] A presente invenção refere-se ao uso de microesferas de poro fechado de perlita expandida como um material de carga para a produção de corpos moldados para a indústria de fundição, para composições para a fabricação de corpos moldados para a indústria de fundição, para corpos moldados para a indústria de fundição, e um processo para a produção de um molde para indústria de fundição.

[0002] Na produção de peças metálicas moldadas na indústria de fundição, o metal líquido é introduzido em um molde de fundição onde se solidifica. O processo de solidificação confere uma redução no volume de metal, de forma geral, consequentemente, alimentadores são utilizados dentro ou sobre o molde de fundição, a fim de compensar o déficit de volume durante a solidificação da fundição e de modo a evitar a formação de espaços vazios na fundição. Os alimentadores são conectados à carcaça, ou a região da fundição que está em risco, e são geralmente localizados sobre e/ou no lado da cavidade do molde.

[0003] Em termos da existência das composições para a produção de alimentadores para a indústria de fundição, dois grupos principais podem ser distinguidos: A. compostos de isolamento, isto é, composições (compostos) moldáveis e curáveis para a produção de alimentadores com isolamento térmico circundante ou calços ou sacos com isolamento. O material de isolamento (curado) primeiro, em alguma extensão, absorve calor a partir do metal líquido durante a fundição a partir do molde, até uma temperatura de equilíbrio ser estabelecida, progressivamente, a partir desse ponto, o material de isolamento protege o metal de fundição líquido por um determinado período contra mais perdas de calor. Portanto, os sacos com isolamento ou alimentadores formados a partir de compostos de isolamento, atrasam o princípio de solidificação e promovem a alimentação compacta de uma fundição. Os compostos de isolamento geralmente compreendem pelo menos um material de carga (granulado) particulado e um ligante. B. Compostos de aquecimento de alimentador exotérmicos, ou seja, composições (compostos) exotérmicos curáveis e moldáveis os quais eles mesmos de aquecem conforme um resultado de uma forma térmica que combina alumínio ou reação semelhante durante a fundição do molde. A partir dos Compostos de aquecimento de alimentador exotérmicos (também chamados materiais de moldagem exotérmicos) é possível produzir alimentadores que são inseridos dentro do molde e, em contato com o fundido, podem gerar calor. A dissipação de calor ocorre em virtude da forma térmica que combina alumínio ou reação de conversão semelhante no composto de aquecimento. Em casos excepcionais, o calor que é liberado serve para aquecer o metal líquido no alimentador, mas em qualquer caso, ele serve para a compensação (parcial) das perdas de calor. Quando são usados alimentadores com compostos de aquecimento exotérmicos, o metal líquido permanece durante mais tempo em comparação com os alimentadores baseados em compostos de isolamento (ver item A acima). Portanto, a alimentação compacta de uma fundição pode ser melhorada e, se desejado, alimentadores menores podem ser utilizados, reduzindo assim a ação de circulação e aumentando o rendimento da fundição. No entanto, os Compostos de aquecimento de alimentador exotérmicos são muito mais caros do que compostos de isolamento. Os Compostos de aquecimento de alimentador exotérmicos compreendem, de forma geral, pelo menos um material de carga (granular) particulado, um ligante, uma fração relativamente elevada de um metal oxidável, um agente oxidante para o metal oxidável (por exemplo, óxido de ferro e/ou óxido de manganês, nitrato de potássio ou nitrato de sódio) e também detonadores. O metal oxidável é preferivelmente, um metal base. Preferivelmente, o metal oxidável é selecionado a partir do grupo consistindo em alumínio, magnésio, cálcio e silício.

[0004] Nos compostos do alimentador para a produção de alimentadores, e nos próprios alimentadores que são produzidos a partir destes compostos, é pratica geral, como material de cargas (granular) particulados, o uso de material de cargas de baixo peso, os quais são intencionados para exibir isolamento efetivo em conjunto com a estabilidade da temperatura elevada e baixo peso.

[0005] A DE 10 2005 025 771 descreve um alimentador de isolamento compreendendo esferas cerâmicas ocas, esferas de vidro ocas com uma densidade a granel (“buck density”) menor que 0,3 g/cm3, ligante curado e, opcionalmente, material fibroso. O alimentador da DE 10 2005 025 771 compreende, opcionalmente, ainda materiais que podem ser referidos como material de carga.

[0006] Na prática industrial, esferas (particularmente aquelas de cinzas volantes (“flyash”)) são frequentemente utilizadas em alimentadores. Estas esferas podem ser classificadas em diferentes níveis de qualidade, resultando em particular, a partir do teor de Al203 e a partir da fração de metais alcalinos e metais alcalino-terrosos, e também aos elementos que acompanham, tal como, ferro. Particularmente, para a aplicação de fundição de cobre, de ferro, e de aço, as qualidades necessárias da esfera na pratica são particularmente elevadas, no entanto, tais qualidades estão limitadas em termos de volume e/ou são muito caras, por isso existe uma necessidade constante de alternativas que estejam, de forma reprodutíveis, disponíveis.

[0007] Exemplos conhecidos de material de cargas leves incluem vidro expandido da empresa Liaver e vidro espumado da empresa Poraver, esferas de vidro ocas do tipo K20 da empresa Omega, e também perlitas expandidas de poro aberto. A perlita é classificada no grupo de rochas vulcânicas ácidas, os riolitos. A perlita consiste de contas de casca de grão, semelhantes a vidro, de tamanho de ervilhas com uma densidade a granel de cerca de 900-1000 kg/m3. Elas contêm água, que em uma operação industrial no fluxo arrastado para uma chama, opcionalmente com introdução de ar, ar enriquecido com oxigênio ou oxigênio, se evapora e conduz então a expansão das perlitas. O tratamento térmico ocorre geralmente na faixa de temperaturas de cerca de 350 °C até 1.150 °C. No decorrer deste processo, as perlitas se expandem em até vinte vezes o volume original. O processo de expansão produz estruturas de esferulita de poro aberto e as perlitas de poro aberto tendo densidades a granel de 50 a 500 kg/m3, dependendo do tamanho da partícula. Devido ao material base semelhante ao vidro, a estrutura expandida da perlita expandida de poro aberto exibe muito baixa condutividade térmica de cerca de 0,05 a 0,09 W/mK. Devido a uma baixa densidade a granel e uma baixa condutividade térmica, a perlita expandida de poro aberto é usada como um material de isolamento na indústria de materiais de construção, mas também na indústria de refratários para o isolamento de tijolos para uso em temperaturas de até 1100 °C. É também conhecido o uso de perlitas expandidas de poro aberto em alimentadores, por exemplo, na DE 2.121.353 A (Baur), no WO 2006/097278 A1 (AS Lüngen) e na US 2003/0032701 A1 (Gough). Quando um material é descrito como compreendendo “perlita expandida”, sem uma descrição explicita de sua porosidade, deve ser assumido que o material em questão é sempre perlita de poro aberto expandida, uma vez que até há poucos anos atrás, esta era a única forma de perlita expandida.

[0008] Na EP 2.697.181 A1 (data de publicação do pedido 19 de fevereiro de 2014) descrita provavelmente pela primeira vez, está um processo para a expansão de perlita de célula fechada. Nos parágrafos [0005] e [0006] do documento descreve como os fornos de perlita conhecidos na técnica anterior naquela época resultam em grânulos de poro aberto. Na EP 2.899.174 A2 (data de depósito 02 de janeiro de 2015) é descrito que a expansão de perlita foi conhecida por anos, mas que métodos de expansão existentes resultaram em perlitas rachadas de célula aberta (parágrafo [0019]).

[0009] O documento DE 11 2011 103 297 T5 descreve uma bucha, compreendendo camadas compósitas, que é utilizada como um alimentador em um processo de fundição por fusão e permitindo a redução das perdas de calor entre as suas paredes e a areia de moldagem. Os materiais de carga descritos são microesferas ocas ou, alternativamente, outros materiais, tais como, perlita expandida. Assume-se que o termo “perlita expandida” utilizado na DE 11 2011 103 297 T5 se refere a célula aberta ou poro aberto, perlita dilacerada (“riven”), uma vez que o texto publicado foi escolhido muito antes da descoberta dos primeiros métodos de produção para perlitas de poro fechado.

[0010] A EP 0 140 900 B1 descreve o uso de uma placa de isolamento térmico consistindo de uma mistura homogênea de partículas de perlita expandida. Enquanto que não é discutido em detalhe a porosidade das partículas de perlita expandida, no entanto, deve ser assumido que as perlitas usadas são de célula aberta ou de poro aberto, perlita dilacerada, comparar as observações acima. Não é descrito o uso destas perlitas para a produção de corpos moldados para a indústria de fundição.

[0011] Na AT 371.092 B, um processo para a produção de microesferas de perlita fechadas é descrito. No entanto, as microesferas fechadas produzidas, não são microesferas de poro fechado de perlita expandida, mas ao contrário, são microesferas ocas que têm um revestimento externo de perlita, com uma espessura de parede definida, e são ao contrário ocas (partículas esféricas).

[0012] Na AT 372.367 B, com o título “Refractory, exothermic, heat-isulating molding”, é descrito o uso de perlita expandida. Deve ser assumido que o termo “perlita expandida” se refere a célula aberta ou poro aberto, perlita dilacerada, uma vez que o texto publicado foi escolhido muito antes da descoberta dos primeiros métodos de produção para perlitas de poro fechado.

[0013] Nas US 4.183.980 e US 4.255.489 são descritas perlitas revestidas com polidimetilsiloxano. Estas perlitas revestidas são utilizadas como material de cargas para plásticos a fim de reduzir a densidade do plástico. As perlitas revestidas descritas são referidas como um “não- porosas”.

[0014] Na EP 0 353 860 são descritas perlitas expandidas, as quais são perlitas esféricas e que não são porosas. O documento descreve que as partículas produzidas podem ser utilizadas como material de cargas para em numerosas aplicações. No entanto, não é descrito o uso destas perlitas para a produção de corpos moldados para a indústria de fundição.

[0015] Na DE 2.121.353 A descreve o uso de contas (“beads”) ocas consistindo de perlita, a superfície das contas ocas foi provida com um revestimento refratário. Como um resultado do revestimento refratário, a estabilidade da temperatura das contas ocas é melhorada e os poros externos da perlita de poro aberto são fechados, permitindo assim, a redução na quantidade de material de carga, uma vez que o material de carga não é levado para dentro dos poros na perlita.

[0016] No WO 2006/097278 A1 é descrito um composto de moldagem para a produção de corpos moldados para a indústria de fundição, que compreende uma substância refratária porosa com uma estrutura contínua de poro aberto. Como a substância refratária porosa com uma estrutura contínua de poro aberto, menção é feita, pedra-pomes em paralelo, xisto expandido, vermiculite, caldeira de areia ou lava espumada, bem como de perlita.

[0017] Na US 2003/0032701 A1 são descritos materiais de isolamento resistentes ao calor que compreendem um material de carga leve resistente ao calor tendo uma densidade a granel inferior que 0,4 g/cm3, o material de carga leve compreendendo, possivelmente, diatomito calcinada, diatomito, vermiculita expandida, ou perlita. Não é descrito o uso de materiais de isolamento na indústria de fundição.

[0018] Como um resultado do desenvolvimento na indústria de fundição nos últimos anos, as exigências aumentaram de forma significativa para os materiais de material de carga utilizados. Atualmente, por exemplo, os alimentadores são requeridos para suportar, significativamente, pressões elevadas do que a poucos anos atrás, devido ao uso crescente de unidades de moldagem de alta pressão em industrias de fundição. Além disso, particularmente para o uso em alimentadores onde uma parte do alimentador inferior é inserida dentro de uma parte do alimentador superior, existe uma necessidade de alta resistência em conjunto com um módulo de elasticidade elevado. Alimentadores deste tipo são comercialmente disponíveis sob o nome “Telespeiser” pela CHEMEX GmbH, Alemanha, e são descritos em maiores detalhes, por exemplo, na EP 1.184.104 B1.

[0019] Foi observado que as perlitas expandidas de poro aberto produzidas até à data, não foram capazes de satisfazer os elevados requisitos pedidos aos materiais de material de carga e, portanto, sem modificação adicional, não são adequadas para o uso em alimentadores.

[0020] Portanto, foi um objetivo da presente invenção, especificar um material de carga leve que, para a produção de moldes, pode ser usado como uma substituição, pelo menos parcial, para Os materiais de carga leves que são, de forma atual e predominante, usados, com preferivelmente, uma melhoria na resistência e no módulo de elasticidade das peças moldadas produzidas e com um melhor efeito isolante na parte dos moldes. Esse material de carga leve deve apresentar alta disponibilidade na qualidade de consistência.

[0021] Este objetivo é obtido de acordo com a invenção através do uso de microesferas de poro fechado de perlita expandida como um material de carga para a produção de corpos moldados para a indústria de fundição.

[0022] Microesferas de poro fechado de perlita expandida são extraordinariamente leves em peso. A expansão da perlita é conhecida há anos. No entanto, o método de expansão até hoje resulta em perlitas dilaceradas, poro aberto. Empregadas atualmente as microesferas de poro fechado de perlita expandida são inovadoras, as quais consistem em esferas tendo cavidades fechadas, as cavidades não estando conectadas umas as outras através de canais ou aberturas. O processo para produzir essas perlitas inovadoras ocorre em múltiplos estágios em um forno do tipo descendente com uma pluralidade de zonas de temperatura. Neste processo, a areia de perlita é primeiro classificada em diferentes tamanhos de partículas por meio de um perfil de classificação. Cada tamanho de partícula individual é então exposto, em um canal de gotejamento, a uma pluralidade de zonas de temperatura que apresentam temperaturas crescentes, fazendo com que as partículas de perlita se expandam.

[0023] De forma surpreendente, foi observado, nas nossas próprias investigações, que os corpos moldados para a indústria de fundição que compreendem microesferas de poro fechado de perlita expandida como um material de carga têm propriedades particularmente boas. Em particular, os moldes apresentam estabilidade melhorada e efeito isolante.

[0024] Ao contrário, às partículas esféricas que são semelhantes a esferas e possuem apenas um revestimento externo, as microesferas de poro fechado de perlita expandida têm uma estrutura, no interior da microesfera, que é formada a partir das paredes dos poros individuais. Como um resultado, os moldes que compreendem microesferas de poro fechado de perlita expandida como um material de carga desfruta de maior estabilidade.

[0025] De forma surpreendente, foi observado que as microesferas de poro fechado de perlita expandida têm maior estabilidade em comparação com perlitas abertas e dilaceradas, e que é necessário menos ligante para produzir os moldes. Assim, para uma dada quantidade de ligante, é possível obter maior resistência no molde resultante, ou é necessária uma quantidade menor de ligante para uma resistência ligeiramente aumentada ou determinada.

[0026] A perlita é uma rocha presente em regiões onde existe atividade vulcânica, e é constantemente regenerada devido à atividade vulcânica. Os recursos da perlita mais significativos encontram-se na região do Mediterrâneo, América do Norte e Central, Polinésia, Nova Zelândia e China. A disponibilidade de perlita é, portanto, alta.

[0027] É dada preferência a uma utilização de acordo com a invenção onde as microesferas são obtidas por um processo no qual uma areia de perlita é expandida em um canal de gotejamento tendo zonas de temperatura de vários estágios, as zonas de temperatura do canal de gotejamento estando, preferivelmente, eletricamente aquecidas.

[0028] Em operações industriais comumente empregadas para a produção de perlitas expandidas com poro aberto, a areia de perlita é expandida no fluxo arrastado através de uma chama, opcionalmente, com introdução de ar, oxigênio ou ar enriquecido com oxigênio, ou em uma corrente de gás quente de acordo com o princípio da contracorrente. Foi observado que deste modo não é possível realizar um controle preciso da temperatura do processo de expansão. É, consequentemente, preferível que a areia de perlita durante o processo de expansão não seja aquecida em fluxo arrastado através de uma chama e/ou não seja aquecida por uma chama e/ou não seja aquecida em uma corrente de gás quente.

[0029] É preferido, de acordo com a invenção, que a areia de perlita, antes do tratamento na zona de temperatura de múltiplos estágios, seja classificada em diferentes tamanhos de partículas, e seja usada apenas areia de perlita com um tamanho de partícula definido. A classificação em diferentes tamanhos de partículas é realizada, preferivelmente, por meio de um perfil de classificação.

[0030] Através do controle direcionado da areia de perlita usada no processo de expansão, também é possível controlar o tamanho de partícula da perlita expandida.

[0031] É dada preferência a uma utilização de acordo com a invenção onde as microesferas de poro fechado de perlita expandida tenham um tamanho de partícula d50 de 180 a 300 μm, preferivelmente, de 190 a 270 μm, mais preferivelmente, de 200 a 250 μm.

[0032] De acordo com a invenção, é preferivelmente, uma utilização, de acordo com a invenção, onde as microesferas de poro fechado de perlita expandida: (a) tenham um tamanho de partícula d10 de 20 a 170 μm, preferivelmente, de 80 a 160 μm, mais preferivelmente, de 100 a 140 μm; e/ou (b) tenham um tamanho de partícula d90 de 280 a 600 μm, preferivelmente, de 290 a 450 μm, mais preferivelmente, de 300 a 400 μm.

[0033] Os tamanhos de partícula são determinados por análise de peneira de acordo com a norma DIN 66165.

[0034] Nas nossas próprias investigações surgiu, de forma surpreendente, que a utilização de perlita expandida tendo os tamanhos de partículas acima especificados é particularmente vantajosa para a produção de corpos moldados para a indústria de fundição.

[0035] Particularmente vantajoso para os fins da presente invenção é uma utilização onde as microesferas são fechadas na sua superfície.

[0036] Vantajosamente, para os propósitos da presente invenção, é vantajoso o uso de microesferas de poro fechado de perlita expandida como um material de carga para a produção de corpos moldados para a indústria de fundição, onde as microesferas são fechadas na sua superfície.

[0037] Em certas concretizações da presente invenção, as microesferas preferidas são aquelas que são fechadas na sua superfície, e a superfície está presente no estado amorfo e não cristalino.

[0038] De forma surpreendente, surgiu que as microesferas de poro fechado de perlita expandida tendo uma superfície fechada, ao contrário com as perlitas dilaceradas com poro aberto, têm a vantagem de ser necessário menos ligante para produzir corpos moldados. Como um resultado, menos ligante pode ser usado, ou para uma determinada quantidade de ligante, a adesão obtida é melhor. Em virtude da superfície fechada, além disso, as microesferas adquirem uma maior resistência. Além disso, descobriu-se, de forma surpreendente, que estas microesferas exibem um efeito isolante particularmente bom.

[0039] Em comparação com a perlita expandida convencional, que é de poro aberto, as perlitas para a utilização de acordo com a invenção são distinguidas por uma superfície esférica de poro fechado e uma estrutura de partícula interna significativamente mais estável. As perlitas de poro fechado têm uma estrutura de espuma fechada com poros separados um do outro, e têm uma superfície praticamente lisa.

[0040] De acordo com a invenção, é preferido uma utilização onde as microesferas tenham uma razão de densidade real para densidade a granel superior a 1,8, preferivelmente, superior a 2,5, mais preferivelmente, superior a 3,0, muito preferivelmente, superior a 4,0, com especial preferência superior a 5,0, a densidade a granel e a densidade real sendo determinadas com o picnômetro de hélio.

[0041] A densidade real indica a densidade da parte material das microesferas, sem considerar o volume das cavidades presentes. A densidade real é determinada por fragmentação e moagem do material até que suas partículas não contenham mais quaisquer poros. Subsequentemente, a densidade da substância fragmentada e moída é determinada por meio do picnômetro de hélio. O hélio é usado porque é um gás inerte e possui um diâmetro molecular extremamente pequeno, e de modo a preencher assim todas as cavidades acessíveis em uma amostra.

[0042] A densidade a granel é a densidade de um sólido poroso com base no volume incluindo os espaços porosos. A densidade a granel das microesferas é determinada através do picnômetro de hélio, sem as microesferas sendo fragmentadas ou moídas.

[0043] Uma alta proporção de densidade real para densidade a granel é uma medida da natureza de poro fechado de corpos porosos.

[0044] Igualmente preferido é o uso de acordo com a invenção onde as microesferas de poro fechado têm uma porosidade de mais do que 70 %, preferivelmente, mais de 75 %, mais preferivelmente, mais de 80 %.

[0045] A porosidade neste caso é calculada de acordo com a fórmula de porosidade comum= (1- densidade a granel/densidade real) x 100 %, e representa a relação do volume da cavidade para o volume total de uma substância.

[0046] Igualmente preferido é uma utilização de acordo com a invenção onde as microesferas de poro fechado, preferivelmente, fechadas na sua superfície, têm uma absorção de água Enslin após 300 segundos inferior a 2,0 ml/g, preferivelmente, inferior que 1,5 ml/g, mais preferivelmente, inferior que 1,3 ml/g, muito preferivelmente, inferior que 1,2 ml/g. O procedimento e a avaliação aqui estão de acordo com a DIN 18132:12-04.

[0047] A medição da absorção de água é familiar para o técnico no assunto. O método faz uso do aparelho conhecido como aparelho Enslin, no qual um filtro de sucção de vidro é conectado através de um tubo a uma pipeta graduada. A pipeta é montada exatamente na horizontal, de modo que fique na mesma altura da frita de vidro. Uma absorção de água de 1,5 ml/g corresponde, portanto, a uma absorção de água de 1,5 ml de água por 1 g de microesferas.

[0048] Particularmente preferido é a utilização de microesferas de acordo com a invenção onde as microesferas tenham uma resistência de partícula acima de 1,3 N/mm2, preferivelmente, acima de 1,6 N/mm2, mais preferivelmente, acima de 1,9 N/mm2, muito preferivelmente, acima de 3 N/mm2.

[0049] A resistência da partícula foi determinada em um método baseado no método DIN EN 13055-1 Anexo A, método 1 (2*30 segundos agitando com a amplitude de 0,5 mm).

[0050] Através do uso de microesferas tendo alta resistência de partícula, é possível, juntamente com outras vantagens, aumentar a quantidade de microesferas nos corpos moldados para a indústria de fundição (em relação aos moldes preferidos, ver abaixo), sem qualquer queda na resistência dos moldes. Como um resultado, os moldes são capazes de suportar a pressão metalostática do metal fundido.

[0051] Em uma concretização preferida da utilização de microesferas de poro fechado, de acordo com a invenção, as microesferas têm uma condutividade térmica inferior que ou igual a 0,07 W/mK, preferivelmente, inferior que ou igual a 0,06 W/mK, mais preferivelmente, inferior que ou igual a 0,05 W/mK.

[0052] Surgiu que as microesferas de poro fechado de perlita expandida, para a utilização de acordo com a invenção, têm uma condutividade térmica significativamente inferior do que as microesferas de poro aberto. Particularmente, quando se utilizam as microesferas de poro fechado nos alimentadores, pode ser dado um impulso significativo ao efeito de isolamento do alimentador, devido à menor condutividade térmica.

[0053] Em uma concretização inventivamente preferida da utilização de microesferas de poro fechado, é preferida que as microesferas tenham uma densidade a granel abaixo de 500 kg/m3, preferivelmente, uma densidade a granel abaixo de 350 kg/m3, particularmente abaixo de 300 kg/m3.

[0054] Em uma concretização inventivamente preferida da utilização de microesferas de poro fechado, é preferível que as microesferas tenham uma densidade a granel de 100 a 500 kg/m3, preferivelmente, uma densidade a granel de 200 a 350 kg/m3, mais preferivelmente, de 300 a 350 kg/m3.

[0055] A densidade a granel é determinada de acordo com a norma DIN EN ISO 60 2000-1.

[0056] Em densidades a granel baixas inferiores a 500 kg/m3, as peças moldadas e as composições produzidas utilizando as microesferas, para a utilização de acordo com a invenção, têm uma densidade particularmente baixa.

[0057] Em um uso preferido de acordo com a invenção, as microesferas têm uma temperatura de sinterização acima de 800 °C, preferivelmente, de 900 °C a 1150 °C, mais preferivelmente, de 1050 a 1100 °C.

[0058] É dada referência a um uso de acordo com a invenção onde as microesferas têm um teor de umidade inferior a 0,5 %, preferivelmente, inferior a 0,3 %, mais preferivelmente, inferior a 0,05 %.

[0059] Em um teor de umidade muito elevado, é possível, durante a utilização dos moldes produzidos na indústria de fundição, ter uma liberação repentina de vapor, resultando possivelmente em defeitos de fundição e/ou ocorrências de danos aos moldes, ou no caso de um alto teor de água pode haver explosões.

[0060] Ao contrário com a perlita dilacerada, poro aberto, as microesferas de poro fechado de perlita expandida têm uma absorção de água muito baixa. De modo a melhorar as perlitas de poro aberto em relação à absorção de água, elas foram até agora revestidas, por exemplo, usando betume. Outra variante é impregnar as perlitas de poro aberto com parafina ou aumentá-las com silicone. No entanto, as perlitas tratadas de tal modo são pouco adequadas para uso como material de carga para a produção de corpos moldados para a indústria de fundição, pois apesar do tratamento da resistência à compressão destes produtos é baixa e, além disso, com certos produtos a resistência ao calor não é alta o suficiente. Atualmente, é preferido, de acordo com a invenção, que as microesferas de poro fechado sejam produzidas sem aditivos e, consequentemente, consistam inteiramente em perlita. Além disso, especialmente as perlitas tratadas são comparativamente caras, conduzindo a uma desvantagem econômica quando se utilizam perlitas tratadas.

[0061] De acordo com uma concretização preferida da presente invenção, microesferas de poro fechado de perlita expandida compreendem SiO2, Al2O3 e K2O, preferivelmente, SiO2, Al2O3, K2O, Na2O, CaO e FeO.

[0062] Neste caso, é preferível que as microesferas compreendam 60 a 85 por cento em peso de SiO2, 9 a 15 por cento em peso de Al2O3, e 3 a 7 por cento em peso de K2O, com base no peso total das microesferas, preferivelmente, 60 a 85 por cento em peso de SiO2, 9 a 15 por cento em peso de Al2O3, e 3 a 7 por cento em peso de K2O, 1 a 6 por cento em peso de Na2O, 0,1 a 2 por cento em peso de CaO e 0,1 a 2 por cento em peso de FeO, com base no peso total das microesferas.

[0063] De acordo com uma concretização preferida da presente invenção, as microesferas são utilizadas em combinação com vidro expandido.

[0064] Nesse caso, surgiu como sendo particularmente vantajoso, e sendo, portanto, particularmente preferido, se as microesferas a serem utilizadas fossem utilizadas em combinação com vidros expandidos tendo dois tamanhos de partículas diferentes. É particularmente preferido neste caso se um primeiro vidro expandido tiver um tamanho de partícula na faixa de 0,1 a 0,3 mm e um segundo vidro expandido tiver um tamanho de partícula na faixa de 0,25 a 0,5 mm.

[0065] Da mesma forma, é preferido um uso de acordo com a invenção onde a proporção em peso entre as microesferas a serem utilizadas e o vidro expandido ou todos os vidros expandidos seja de 1:1 a 1:2, preferivelmente, 1:1.5 a 1:1.9.

[0066] Particularmente preferido, de acordo com a invenção, é o uso de microesferas de poro fechado de perlita expandida como um material de carga para a produção de corpos moldados para a indústria de fundição, onde as microesferas são fechadas em sua superfície e têm uma resistência de partícula acima de 1,9 N/mm2, e onde as microesferas são usadas em combinação com dois diferentes vidros expandidos tendo dois tamanhos de partícula diferentes. Neste caso, é particularmente preferido se o primeiro vidro expandido tiver um tamanho de partícula na faixa de 0,1 a 0,3 mm e o segundo vidro expandido tiver um tamanho de partícula na faixa de 0,25 a 0,5 mm, e a mistura de microesferas e vidros expandidos é utilizada para produzir corpos moldados por meio de processos caixa fria (“cold box process”).

[0067] De acordo com uma concretização preferida da presente invenção, as microesferas são utilizadas em combinação com cinzas de casca de arroz calcinada.

[0068] Da mesma forma preferida é a utilização, de acordo com a invenção, onde as microesferas são utilizadas em combinação com vidro expandido e cinzas de casca de arroz calcinada. É especialmente preferido neste caso, se a fração de cinzas de casca de arroz calcinada estiver na faixa de 0,5 a 5 por cento em peso, preferivelmente, na faixa de 1 a 3 por cento em peso, com base no peso total das microesferas, vidro expandido, e cinzas de casca de arroz calcinada. Nesse caso, preferivelmente, a proporção em peso entre as microesferas e o vidro expandido ou todos os vidros expandidos é 1:1 a 1:2, preferivelmente, de 1:1.5 a 1:1.9, e o vidro expandido tem, preferivelmente, um tamanho de partícula na faixa de 0,1 a 0,3 mm. Esta mistura de microesferas, vidro expandido, e cinzas de casca de arroz calcinada é especialmente adequada para produzir corpos moldados com silicato de sódio (“water glass”) como ligante.

[0069] É dada preferência à utilização de cinzas de casca de arroz calcinada como descrito na DE 10 2011 079 692. A cinzas de casca de arroz calcinada é, preferivelmente, produzida pelo método da DE 10 2011 079 692.

[0070] Do mesmo modo preferido, é uma utilização de acordo com a invenção onde as microesferas são utilizadas em combinação com um ligante orgânico ou inorgânico ou com uma mistura de ligante orgânico ou inorgânico, e o ligante é preferivelmente selecionado a partir do grupo consistindo de silicato de sódio, resinas de fenol-formaldeído, sistemas de dois componentes compreendendo como reagentes um poliisocianato e um componente poliol contendo grupos hidroxila livres (grupos OH) (preferivelmente, uma resina fenólica) e amido.

[0071] No contexto dos sistemas de dois componentes descritos acima, grupos hidroxila livres significa que os grupos hidroxila não são eterificados. As resinas fenólicas preferidas que podem ser utilizadas como um componente poliol são os resol fenólicos orto fundidos (também referidos como resinas de éter benzílico) como descrito, por exemplo, no documento EP 1 057 554 B1. O termo “resol fenólico orto fundido” ou resina de éter benzílico, de acordo com o conhecimento habitual do técnico no assunto, também abrange compostos tendo a estrutura de acordo com o manual “Phenolic Resins: A Century of progress” (editor: L. Pilato, editora: Springer, ano de publicação: 2010) página 477, figura 18.22, e também compostos que de acordo com a ficha informativa da VDG [Associação Alemã de Fabricantes de Automóveis] R 305 sobre “Urethane Cold Box Process” (fevereiro de 1998) são referidos como “Resina de éter benzílico (orto-fenol resol)” e/ou que se enquadram na fórmula dos polióis de éter benzílico indicada na seção 2.2.

[0072] Entre os sistemas de dois componentes que compreendem como reagentes um poliisocianato e um componente poliol contendo grupos hidroxila livres (grupos OH) (preferivelmente, uma resina fenólica), dada preferência aos ligantes de caixa fria. Os ligantes de caixa fria são ligantes curados por meio de catalisadores de amina terciária que são fornecidos na forma de névoa ou vapor (“gaseificação”).

[0073] Os componentes individuais dos sistemas de dois componentes são opcionalmente em solução em um solvente. Ao selecionar os solventes para o componente poliol e o componente poliisocianato, deve ser assegurado que os solventes não participem de maneira relevante na reação entre o poliisocianato e o poliol na presença de um catalisador, embora possam influenciar esta reação. Como solventes adequados para os componentes ligantes de caixa fria é possível, em particular, utilizar: a) ésteres metílicos de ácidos graxos, preferivelmente, éster metílico de óleo de canola (“rapeseed”), e/ou b) silicatos de alquila (preferivelmente, silicato de tetraetila (TEOS)), oligômeros de silicato de alquila ou misturas correspondentes de silicato(s) de alquila com/ou oligômero(s) de silicato(s) de alquila. A utilização de silicatos de alquila, oligômeros de silicato de alquila e especialmente silicato de tetraetila (TEOS) como solventes para ligantes de caixa fria é descrita, por exemplo, na EP 1 057 554 B1. A utilização de ésteres metílicos de ácidos graxos e especialmente éster metílico de óleo de canola é descrita no EP 0 771 599 B2.

[0074] De acordo com a invenção, é preferível uma utilização onde as microesferas são utilizadas em combinação com um ligante orgânico, preferivelmente, um ligante de caixa fria, onde o ligante de caixa fria é curado por meio de gaseificação com uma amina orgânica.

[0075] É preferível, além disso, que os corpos moldados para a indústria de fundição sejam selecionados do grupo consistindo de alimentadores isolantes ou exotérmicos, invólucros de alimentadores, buchas de alimentadores, tampas de alimentadores, funis de enchimento, elementos de alimentação e almofadas de aquecimento.

[0076] Particularmente preferido, de acordo com a invenção, é o uso para produzir alimentadores isolantes ou exotérmicos para a fundição de não ferrosos, preferivelmente, alimentadores de isolamento para a fundição de alumínio.

[0077] Especialmente preferido neste contexto é uma utilização de acordo com a invenção para a produção de moldes por meio de processos caixa fria, preferivelmente, pelo processo caixa fria de poliuretano. No contexto da presente invenção, os processos caixa fria são aqueles processos para produzir alimentadores que usam principalmente moldes frios, isto é, não aquecidos ou quentes, para a produção de alimentadores. O processo caixa fria de poliuretano é conhecido na técnica anterior, ver, por exemplo, a ficha informativa da VDG [Associação Alemã de Fabricantes de Automóveis] R 305 sobre “Urethane Cold Box Process” (fevereiro de 1998).

[0078] Para produzir alimentadores pelo processo caixa fria de poliuretano (também referido como “Processo caixa fria de Uretano”) uma composição (composto alimentador) é primeiro produzida misturando microesferas de poro fechado de perlita expandida, para uso de acordo com a invenção e, opcionalmente, outros constituintes (por exemplo, outros materiais de carga como descrito acima) com os dois componentes de um sistema ligante de dois componentes compreendendo como reagentes um poliisocianato e um componente poliol contendo grupos hidroxila livres (grupos OH) (preferivelmente, uma resina fenólica). A mistura de moldagem é então moldada. Posteriormente, com breve gaseificação com um catalisador de amina terciária, a mistura de moldagem moldada é curada. O alimentador pode, subsequentemente, ser removido do molde e utilizado.

[0079] Particularmente preferido, de acordo com a invenção, é o uso de microesferas de poro fechado de perlita expandida, as microesferas sendo fechadas na sua superfície, para produzir corpos moldados por meio de processos caixa fria para a indústria de fundição para fundição não ferrosa, preferivelmente, para fundição de alumínio, onde as microesferas têm uma resistência de partícula acima de 1,9 N/mm2, em combinação com vidros expandidos tendo dois tamanhos de partícula diferentes, o primeiro vidro expandido tendo um tamanho de partícula na faixa de 0,1 a 0,3 mm e o segundo vidro expandido tendo um tamanho de partícula na faixa de 0,25 a 0,5 mm, e a proporção em peso entre o primeiro vidro expandido e o segundo vidro expandido estando, preferivelmente, na faixa de 1.5:1 a 1:1.5, preferivelmente, 1.05:1 a 1:1.05, e mais preferivelmente, 1:1 e/ou a proporção em peso entre o vidro expandido ou todos os vidros expandidos sendo 1:1 a 1:2, preferivelmente, 1:1.5 a 1:1.9.

[0080] Um aspecto adicional da presente invenção refere-se a uma composição para produzir corpos moldados para a indústria de fundição, preferivelmente, para produzir alimentadores para a indústria de fundição, mais preferivelmente, para produzir alimentadores para a fundição de alumínio, compreendendo microesferas de poro fechado de perlita expandida (conforme definida acima) como um material de carga, e um ligante, o ligante sendo selecionado do grupo consistindo de silicato de sódio, resinas de fenol- formaldeído, sistemas de dois componentes compreendendo como reagentes um poliisocianato e um componente de poliol contendo grupos hidroxila livres (grupos OH) (preferivelmente, uma resina fenólica) e amido. O ligante é, preferivelmente, um ligante orgânico, mais preferivelmente, um ligante de caixa fria.

[0081] O ligante compreende, preferivelmente, um sistema de dois componentes compreendendo como reagentes um poliisocianato e um componente poliol contendo grupos hidroxila livres (grupos OH) (preferivelmente, uma resina fenólica), ou compreende silicato de sódio.

[0082] Para os fins da presente invenção, as características descritas para microesferas de poro fechado de perlita expandida para a utilização, de acordo com a invenção, são também, preferivelmente, atualizadas em composições preferidas da invenção.

[0083] De acordo com a invenção, é preferida uma composição onde as microesferas são obtidas por um processo no qual a areia de perlita é expandida em um canal de gotejamento tendo zonas de temperatura de múltiplos estágios, sendo as zonas de temperatura do canal de gotejamento preferivelmente, aquecidas eletricamente.

[0084] É dada preferência a uma composição, de acordo com a invenção, onde as microesferas de poro fechado de perlita expandida têm um tamanho de partícula d50 de 180 a 300 μm, preferivelmente, de 1 90 a 270 μm, mais preferivelmente, de 200 a 250 μm.

[0085] De acordo com a invenção, é preferida uma composição onde as microesferas de poro fechado de perlita expandida (a) têm um tamanho de partícula d10 de 20 a 170 μm, preferivelmente, de 80 a 160 μm, mais preferivelmente, de 100 a 140 μm; e/ou (b) têm um tamanho de partícula d90 de 280 a 600 μm, preferivelmente, de 290 a 450 μm, mais preferivelmente, de 300 a 450 μm.

[0086] De acordo com a invenção, é preferida uma composição compreendendo pelo menos 30 por cento em peso das microesferas, preferivelmente, 40 por cento em peso, mais preferivelmente, 60 por cento em peso, com base no peso total da composição.

[0087] Do mesmo modo, é preferida uma composição da invenção compreendendo ainda: a) um agente oxidante, preferivelmente, nitrato de potássio ou nitrato de sódio, e um óxido metálico e metal a ser oxidado; e/ou b) partículas esféricas que não são microesferas conforme acima definido.

[0088] De acordo com uma concretização preferida da presente invenção, a composição da invenção compreende constituintes selecionados do grupo consistindo de esferas de cinzas volantes, vidro espumado, areia de quartzo, terra de diatomáceas calcinada, refratários, cordierita, mulita e suas misturas, preferivelmente, selecionados do grupo consistindo de vidro expandido, cordierita, cinzas de casca de arroz calcinada e suas misturas.

[0089] Particularmente preferida é uma composição da invenção compreendendo ainda vidro expandido tendo dois tamanhos de partículas diferentes. Nesse caso, é particularmente preferido se um primeiro vidro expandido tiver um tamanho de partícula na faixa de 0,1 a 0,3 mm e um segundo vidro expandido tiver um tamanho de partícula na faixa de 0,25 a 0,5 mm.

[0090] Neste contexto, é preferida uma composição da invenção onde a proporção em peso entre o primeiro vidro expandido e o segundo vidro expandido esteja na faixa de 1.5:1 a 1:1.5, preferivelmente, 1.05:1 a 1:1.05 e mais preferivelmente, 1:1 e/ou a proporção em peso entre as microesferas e o vidro expandido ou todos os vidros expandidos é de 1:1 a 1:2, preferivelmente, 1:1.5 a 1:1.9.

[0091] De acordo com a invenção, é particularmente preferida uma composição compreendendo ou consistindo de microesferas de poro fechado de perlita expandida, onde as microesferas são fechadas na sua superfície e têm uma resistência de partícula acima de 1,9 N/mm2, e onde as microesferas estão presentes em combinação com vidros expandidos tendo dois tamanhos de partícula diferentes. Aqui é particularmente preferido que o primeiro vidro expandido tenha um tamanho de partícula na faixa de 0,1 a 0,3 mm, e o segundo vidro expandido tenha um tamanho de partícula na faixa de 0,25 a 0,5 mm, e a mistura de microesferas e vidros expandidos seja usada para produzir corpos moldados por meio de processos caixa fria.

[0092] De acordo com uma concretização preferida da presente invenção, a composição da invenção compreende ainda constituintes selecionados do grupo consistindo de esferas de esferas de cinzas volante, vidro espumado, areia de quartzo, terra de diatomáceas calcinada, refratários, cordierita, mulita.

[0093] Um aspecto adicional da presente invenção refere-se a um corpo moldado para a indústria de fundição, produzido usando microesferas de poro fechado de perlita expandida, conforme definidas anteriormente acima, ou usando uma composição da invenção.

[0094] Um aspecto adicional em conexão com a presente invenção refere-se a um processo para produzir um corpo moldado para a indústria de fundição tendo as seguintes etapas: (a) produzir ou prover microesferas de poro fechado de perlita expandida, conforme acima definidas, (b) misturar as microesferas de poro fechado de perlita expandida, produzidas ou providas na etapa (a) com um ligante e, também opcionalmente, outros constituintes para resultar em uma composição, e (c) moldar e curar a composição da etapa (b) para resultar um corpo moldado, ou (i) produzir ou prover uma composição da invenção, e (ii) moldar e curar a composição da etapa (i) para resultar um corpo moldado.

[0095] Os outros constituintes opcionais aqui indicados englobam: - material de cargas adicionais, preferivelmente, selecionados do grupo consistindo de esferas de cinzas volantes, vidro espumado, areia de quartzo, terra de diatomáceas calcinada, refratários, cordierita, mulita e suas misturas, preferivelmente, selecionados do grupo consistindo de vidro expandido, cordierita, cinzas de casca de arroz calcinada e suas misturas, - um agente oxidante, preferivelmente, nitrato de potássio ou nitrato de sódio e, opcionalmente, um óxido metálico e metal

Claims (15)

1. Uso de microesferas de poro fechado de perlita expandida, que são fechadas sobre suas superfícies como um material de carga, caracterizado pelo fato de produzir corpos moldados para a indústria de fundição.

2. Uso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as microesferas serem obtidas por um processo no qual uma perlita arenosa é expandida em um canal de gotejamento tendo zonas de temperatura de múltiplos estágios, as zonas de temperatura do canal de gotejamento sendo preferivelmente aquecidas eletricamente.

3. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de as microesferas terem um tamanho de partícula d50 de 100 a 400 μ m determinado por peneiramento, através do método DIN 66165.

4. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de as microesferas terem uma relação de densidade real para densidade a granel maior que 1:8, a densidade a granel e a densidade real sendo determinadas com o picnômetro de hélio.

5. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de as microesferas terem uma resistência de partícula acima de 1,3 N/mm2.

6. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de as microesferas terem uma densidade a granel inferior a 500 kg/m3.

7. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de as microesferas serem usadas em combinação com constituintes adicionais selecionados a partir do grupo consistindo de esferas de cinzas volante, vidro espumado, areia de quartzo, terra de diatomáceas calcinada, refratários, cordierita, mulita e suas misturas.

8. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de as microesferas serem usadas em combinação com um ligante orgânico ou inorgânico ou com uma mistura de ligantes orgânico e inorgânico e o ligante sendo, selecionado a partir do grupo consistindo de silicato de sódio, resinas de fenol-formaldeído, sistemas de dois componentes compreendendo como reagentes um poliisocianato e um componente de poliol contendo grupos isentos de hidroxila (grupos OH), e amido.

9. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de os corpos moldados para a indústria de fundição serem selecionados a partir do grupo consistindo de alimentadores exotérmicos ou de isolamento, invólucros de alimentadores, buchas de alimentadores, tampas de alimentadores, funis de enchimento, elementos de alimentação e almofadas de aquecimento.

10. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de produzir alimentadores exotérmicos ou de isolamento para a fundição de não ferrosos, como alimentadores de isolamento para a fundição de alumínio.

11. Composição para produção de corpos moldados para a indústria de fundição, preferivelmente, para a produção de alimentadores para a indústria de fundição, mais preferivelmente, para a produção de alimentadores para fundição de alumínio, dita composição sendo caracterizada pelo fato de compreender microesferas de poro fechado de perlita expandida que são fechadas sobre suas superfícies como um material de carga, e um ligante, o ligante sendo selecionado a partir do grupo consistindo de silicato de sódio, resinas de fenol-formaldeído, sistemas de dois componentes compreendendo como reagentes um poliisocianato e um componente de poliol contendo grupos isentos de hidroxila (grupos OH), e amido.

12. Composição, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de as microesferas serem obtidas por um processo no qual a perlita arenosa é expandida em um canal de gotejamento tendo zonas de temperatura de múltiplos estágios, as zonas de temperatura do canal de gotejamento sendo aquecidas eletricamente.

13. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 e 12, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente constituintes selecionados a partir do grupo consistindo de esferas de cinzas volante, vidro espumado, areia de quartzo, terra de diatomáceas calcinada, refratários, cordierita, mulita e suas misturas.

14. Corpo moldado para indústria de fundição, caracterizado pelo fato de ser produzido através do uso de microesferas de poro fechado de perlita expandida, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, ou usando uma composição, conforme definida em qualquer uma das reivindicações de 11 a 13.

15. Processo para produzir um corpo moldado para a indústria de fundição, caracterizado pelo fato de ter as seguintes etapas: (a) produzir ou prover microesferas de poro fechado de perlita expandida, conforme definidas em qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, (b) misturar as microesferas de poro fechado de perlita expandida, produzidas ou providas na etapa (a) com um ligante e, também opcionalmente, outros constituintes para resultar em uma composição, e (c) moldar e curar a composição da etapa (b) para resultar um corpo moldado, ou (i) produzir ou prover uma composição, conforme definida em qualquer uma das reivindicações de 11 a 13, e (ii) moldar e curar a composição da etapa (i) para resultar em um corpo moldado.

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