BR112018077220B1

BR112018077220B1 - Partículas núcleo-invólucro, método para produzir partículas núcleo-invólucro, material de enchimento escoável, composição moldável para produzir alimentadores e alimentador

Info

Publication number: BR112018077220B1
Application number: BR112018077220-8A
Authority: BR
Inventors: Sandra Lehmann; Klaus Riemann; Nils Zimmer; Hermann Lieber; Jürgen Hübert
Original assignee: HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2022-10-25
Also published as: DE102016211948A1; EA035631B1; US20190201970A1; EP3478427A1; CN114535496A; WO2018002027A1; KR20190022849A; EA201990168A1; MX2018015862A; KR102267824B1; JP7004681B2; US10864574B2; CN109475927A; JP2019519379A; BR112018077220A2

Abstract

A invenção refere-se a partículas núcleo-invólucro para uso como um enchimento para composições alimentadoras para produzir alimentadores, compreendendo (a) um núcleo que possui uma ou mais cavidades e uma parede circundando estas cavidades, onde o núcleo (a) tem um diâmetro médio na faixa de 0,15 a 0,45 mm, (b) um invólucro envolvendo o núcleo e consistindo de ou compreendendo (b1) partículas compreendendo ou consistindo de um material do grupo consistindo de caulim ou cordierita calcinado, sendo que as partículas (b1) têm um d10 de pelo menos 0,05 μm e um d90 de no máximo 45 μm, e também (b2) um ligante que liga as partículas (b1) entre si e ao núcleo (a).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a partículas núcleo- invólucro (“core-shell”) para utilização como um enchimento para composições alimentadoras para produzir alimentadores, para um material de enchimento escoável correspondente que compreende uma multiplicidade de partículas núcleo-invólucro da invenção, aos métodos da invenção para produzir partículas núcleo-invólucros da invenção ou materiais de enchimento derramáveis, às composições alimentadoras correspondentes e alimentadores correspondentes, e também a usos correspondentes. Outros assuntos da presente invenção são evidentes a partir da descrição abaixo e das reivindicações anexas.

[0002] O termo “alimentadores” no contexto do presente documento abrange ambientes alimentadores, bocais alimentadores e tampas alimentadoras, e também os coxins de aquecimento.

[0003] 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, e, portanto, de forma geral, nos alimentadores, ou seja, são usados espaços aberto ou fechado 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 cavidades 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.

[0004] Em composições alimentadoras para produção de alimentadores, e nos próprios alimentadores que são produzidos a partir destas composições, é hoje em dia geralmente usado materiais de enchimento leves, visando a produção de isolamento eficaz com estabilidade a alta temperatura.

[0005] Nas composições do alimentador para a produção de alimentadores, e nos próprios alimentadores que são produzidos a partir destas composições, é pratica geral, o uso de materiais de materiais de enchimento de baixo peso, os quais são intencionados para produzir isolamento efetivo com a estabilidade da temperatura elevada.

[0006] A DE 10 2005 025 771 B3 descreve um alimentador de isolamento compreendendo esferas cerâmicas ocas, esferas de vidro ocas.

[0007] A EP 0 888 199 B1 descreve alimentadores compreendendo microesferas de silicato de alumínio ocas, como material refratário isolante.

[0008] A EP 0 913 215 B1 descreve composições alimentadoras compreendendo microesferas de silicato de alumínio ocas com um teor de óxido de alumínio de pelo menos 38% em peso.

[0009] O documento WO 9423865 A1 divulga uma composição alimentadora compreendendo microesferas ocas contendo óxido de alumínio tendo uma fração de óxido de alumínio de pelo menos 40% em peso.

[0010] O documento WO 2006/058347 A2 divulga composições alimentadoras que, como materiais de enchimento, compreendem microesferas de núcleo-invólucro tendo um núcleo de poliestireno. O uso de poliestireno, no entanto, leva a emissões indesejadas na operação de fundição.

[0011] A DE 10 2007 012 660 A1 descreve partículas núcleo- invólucro tendo um núcleo de suporte e um invólucro que envolve o núcleo, sendo que as partículas núcleo-invólucro estáveis até uma temperatura de pelo menos 1450 °C. Os materiais do invólucro como propostos são óxido de alumínio, nitreto de boro, carboneto de silício, nitreto de silício, boreto de titânio, óxido de titânio, óxido de ítrio e óxido de zircônio.

[0012] A US 2006/0078682 A1 descreve “propantes” tendo um substrato orgânico e um material de invólucro orgânico, o material de invólucro orgânico compreendendo materiais de enchimento inorgânicos. Os materiais de enchimento inorgânicos propostos são óxidos, carbonetos, nitretos e boretos. O campo de aplicação dos “propantes” descritos é o de uso em aterros de cascalho ou como suportes de fraturamento. Não é descrito qualquer uso das partículas núcleo-invólucro descritas nas composições alimentadoras.

[0013] A DE 10 2012 200 967 A1 descreve o uso de kieselguhr calcinado como um componente de material de moldagem em uma composição moldável para produzir alimentadores e/ou componentes alimentadores para a indústria de fundição de acordo com o processo de caixa fria de poliuretano. É também descrito o uso de uma mistura de kieselguhr calcinado e outros componentes de material de moldagem, tais como, por exemplo, caulim, areia, areia de sílica, areia refratária e aparas de coque. O uso de caulim ou cordierita calcinados não é descrito.

[0014] A DE 10 2007 051 850 A1 descreve uma mistura de moldagem para a produção de moldes de fundição para processamento de metal, um método para produzir moldes de fundição, moldes de fundição obtidos pelo método e a sua utilização. Os moldes de fundição são produzidos usando um material de base de moldagem refratária e também um ligante à base de silicato de sódio. O material base de moldagem refratário pode compreender, por exemplo, mulita, coríndon, β-cristobalita, TiO2 ou FeO3. O uso de caulim ou cordierita calcinados não é descrito.

[0015] O documento WO 2013/150159 A2 descreve um alimentador exotérmico para a indústria de fundição e a sua utilização para a alimentação densa de peças fundidas, e também uma composição moldável para produzir um alimentador exotérmico. Os materiais de enchimento descritos como sendo adequados incluem cordierita, andaluzita, silimanita, cianita (disteno), mulita, nefelina ou feldspato. Estes materiais não são, no entanto, divulgados como um constituinte para partículas núcleo-invólucro.

[0016] Na prática industrial da produção de alimentadores, é comum hoje em dia usar esferas ocas, que se originam das cinzas volantes das estações de energia por queima de carvão. Estas esferas ocas adequadas para uso em alimentadores não estão, no entanto, disponíveis ilimitadamente nos graus requeridos. O uso de contas sintéticas ocas também é possível. Tais contas, no entanto, frequentemente não possuem as propriedades necessárias para alcançar propriedades isolantes efetivas no alimentador completo. Portanto, foi um objetivo da presente invenção, especificar um enchimento leve que pode ser utilizado como um substituto para as esferas ocas que são atualmente preferidas.

[0017] O enchimento leve a ser especificado deve atender aos seguintes requisitos principais: - estabilidade térmica para a fundição de ferro (1400 °C e superior) e aço (1600 °C e acima); - estabilidade mecânica suficiente mesmo a altas temperaturas, por exemplo, 1400 °C; - pouca ou nenhuma aderência à poeira; - baixa densidade aparente; - alto efeito isolante no uso do enchimento leve nos alimentadores. O objetivo referido é obtido, de acordo com a invenção, por meio de partículas núcleo-invólucro para uso como um enchimento de composições alimentadoras para produzir alimentadores, compreendendo: (a) um núcleo que possui uma ou mais cavidades e uma parede circundando essas cavidades, sendo que o núcleo (a) tem um diâmetro médio na faixa de 0,15 a 0,45 mm, b) um invólucro circundado o núcleo e consiste de ou compreendendo: b1) partículas compreendendo ou consistindo de um material do grupo que consiste de caulim ou cordierita calcinados, onde as partículas (b1) têm um d10 de pelo menos 0,05 μm e um d90 de no máximo 45 μm, e também (b2) um ligante que liga as partículas (b1) uma à outra e ao núcleo (a).

[0018] Nas nossas próprias investigações surpreendentemente surgiu que a combinação de um núcleo que possui uma ou mais cavidades e uma parede envolvendo estas cavidades com um invólucro que compreende partículas de caulim ou cordierita calcinados (preferivelmente caulim calcinado) combina uma estabilidade térmica e mecânica muito boa com excelente efeito isolante que as partículas núcleo- invólucro até então conhecidas não conseguiram alcançar.

[0019] Em uma concretização da invenção, é preferido que o núcleo (a) tenha um d50 na faixa de 0,15 mm a 0,25 mm. É ainda preferido que o núcleo (a) tenha um d10 na faixa de 0,05 mm a 0,15 mm e um d90 na faixa de 0,25 a 0,35 mm e/ou tenha um tamanho médio de partícula d50 de 0,15 mm a 0,25 mm, preferivelmente, um tamanho médio de partícula d50 de 0,17 mm a 0,22 mm, mais preferivelmente, um tamanho médio de partícula d50 de 0,19 mm a 0,21 mm.

[0020] Em uma concretização alternativa da invenção, é preferido que o núcleo (a) tenha um d50 na faixa de 0,3 mm a 0,48 mm. É ainda preferido que o núcleo (a) tenha um d10 na faixa de 0,2 mm a 0,3 mm e um d90 na faixa de 0,4 mm a 0,6 mm e/ou tenha um tamanho médio de partícula d50 de 0,30 mm a 0,48 mm, preferivelmente, um tamanho médio de partícula d50 de 0,33 mm a 0,45 mm, mais preferivelmente, um tamanho médio de partícula d50 de 0,37 mm a 0,43 mm.

[0021] É preferível, de acordo com a invenção, se as partículas (b1) i) terem um d10 superior ou igual a 0,07 μ m, preferivelmente, um d10 de 0,1 μ m, de um modo mais preferido, um d10 de 0,15 μm e/ou ii) ter um d90 inferior ou igual a 40 μ m, preferivelmente, um d90 inferior ou igual a 20 μ m, de um modo mais preferido, um d90 inferior ou igual a 10 μ m.

[0022] É especialmente preferido que as partículas (b1) tenham um d10 superior ou igual a 0,07 μ m e um d90 inferior ou igual a 40 μ m, preferivelmente um d10 maior ou igual a 0,1 μ m e um d90 inferior a ou igual a 20 μ m, mais preferivelmente a d10 de maior ou igual a 0,15 μ m e a d90 menor ou igual a 10 μm.

[0023] É igualmente preferido, de acordo com a invenção, se as partículas (b1) tiverem um d50 na faixa de 0,5 a 12 μm, preferivelmente, um d50 na faixa de 1 a 8 μm, mais preferivelmente, na faixa de 1 a 5 μm.

[0024] Nas nossas próprias investigações, verificou-se que os núcleos (a) e as partículas (b1) com os tamanhos especificados acima têm propriedades particularmente boas para uso em composições alimentadoras ou em materiais de enchimento derramáveis para composições alimentadoras.

[0025] Em uma concretização alternativa das partículas núcleo-invólucro da invenção, o núcleo (a) tem uma distribuição de tamanho bimodal ou multimodal, preferivelmente, com um primeiro diâmetro máximo na faixa de 0,1 mm a 0,3 mm e um segundo diâmetro máximo na faixa de 0,25 mm a 0,5 mm. As distribuições de tamanho bimodal são preferidas de acordo com a invenção.

[0026] Através do uso de partículas núcleo-invólucro com uma distribuição de tamanho bimodal ou multimodal, é possível conseguir uma maior densidade de empacotamento das partículas núcleo-invólucro. Nas nossas próprias investigações, surgiu que isto melhora a resistência dos alimentadores quando as partículas núcleo-invólucro são usadas como enchimento para os alimentadores.

[0027] De acordo com a invenção, as preferidas são as partículas núcleo-invólucro onde o núcleo (a) compreende vidro ou consiste de vidro, mais particularmente, vidro expandido ou vidro de espuma (“foamed glass”).

[0028] As nossas próprias investigações mostraram, surpreendentemente, que as partículas núcleo-invólucro tendo núcleos que compreendem vidro ou que consistem em vidro (mais particularmente vidro expandido ou vidro de espuma) têm boas propriedades isolantes quando usadas como um enchimento para composições alimentadoras para produzir alimentadores. Particularmente no contexto da sua utilização para produzir alimentadores para a fundição de ferro ou aço, o técnico não teria utilizado partículas compreendendo vidro ou consistindo em vidro, uma vez que elas se fundem nas temperaturas requeridas para fundição.

[0029] Do mesmo modo preferido estão as partículas núcleo- invólucro da invenção onde:- o núcleo (a) compreende dióxido de silício e óxido de alumínio, sendo a relação em peso entre dióxido de silício e óxido de alumínio preferivelmente 27:1 ou mais, preferivelmente 30:1 ou mais, preferivelmente 45:1 ou mais, - nas partículas (b1) a proporção em peso entre o dióxido de silício e o óxido de alumínio está na faixa de 1:1 a 1:1,6.

[0030] Em uma concretização da invenção, é preferível que as partículas núcleo-invólucro tenham um d10 na faixa de 0,1 mm a 0,2 mm e um d90 na faixa de 0,30 mm a 0,40 mm. É especialmente preferido que as partículas núcleo-invólucro possuam um tamanho médio de partícula d50 de 0,2 mm a 0,3 mm, preferivelmente um tamanho médio de partícula d50 de 0,22 mm a 0,27 mm, mais preferivelmente um tamanho médio de partícula d50 de 0,24 mm a 0,26 mm.

[0031] Em uma concretização alternativa da invenção, é preferível que as partículas núcleo-invólucro tenham um d10 na faixa de 0,30 mm a 0,40 mm e um d90 na faixa de 0,50 mm a 0,60 mm. É especialmente preferido que as partículas núcleo- invólucro possuam um tamanho médio de partícula d50 de 0,4 mm a 0,5 mm, preferivelmente um tamanho médio de partícula d50 de 0,42 mm a 0,47 mm, mais preferivelmente um tamanho médio de partícula d50 de 0,44 mm a 0,46 mm.

[0032] Em uma concretização alternativa das partículas núcleo-invólucro da invenção, as partículas núcleo-invólucro têm uma distribuição de tamanho bimodal ou multimodal, preferivelmente tendo um primeiro diâmetro máximo na faixa de 0,15 mm a 0,35 mm e um segundo diâmetro na faixa de 0,35 mm a 0,55 mm. As distribuições de tamanho bimodal são preferidas de acordo com a invenção. Partículas núcleo-invólucro tendo uma distribuição de tamanho bimodal das partículas podem ser obtidas, por exemplo, misturando as partículas núcleo- invólucro acima descritas com dois tamanhos diferentes.

[0033] Em uma concretização preferida da invenção, é preferível que as partículas núcleo-invólucro bimodais sejam obtidas por mistura:(I) partículas núcleo-invólucro tendo um d10 na faixa de 0,1 mm a 0,2 mm e um d90 na faixa de 0,30 mm a 0,40 mm, sendo especialmente preferido que as partículas núcleo-invólucro tenham um tamanho médio de partícula d50 de 0,2 mm a 0,3 mm, preferivelmente um tamanho médio de partícula d50 de 0,22 mm a 0,27 mm, mais preferivelmente um tamanho médio de partícula d50 de 0,24 mm a 0,26 mm; Com: (II) partículas núcleo-invólucro tendo um d10 na faixa de 0,30 mm a 0,40 mm e um d90 na faixa de 0,50 mm a 0,60 mm, sendo especialmente preferido que as partículas núcleo- invólucro tenham um tamanho médio de partícula d50 de 0,4 mm a 0,5 mm, preferivelmente um tamanho médio de partícula d50 de 0,42 mm a 0,47 mm, mais preferivelmente um tamanho médio de partícula d50 de 0,44 mm a 0,46 mm.

[0034] O tamanho de partícula (por exemplo, d10, d50 e d90) dos núcleos e das partículas núcleo-invólucro é determinado de acordo com a DIN 66165-2, F e DIN ISO 3310-1.

[0035] O tamanho de partícula das partículas (b1) é determinado por meio de difração de laser.

[0036] O ligante (b2) é preferivelmente um ligante orgânico ou inorgânico ou uma mistura de ligante orgânico ou inorgânico, e o ligante é preferivelmente selecionado do grupo consistindo de ligantes à base de polímero, ligantes à base de silicato de sódio, resinas de fenol-formaldeído, ligante de poliuretano curável pelo processo de caixa fria, ligante de poliuretano com tetraetilsilicato (TEOS) e/ou ésteres de óleo vegetal (preferivelmente, ésteres de metilo e butilo) como solvente, sistemas bi-componentes compreendendo um componente de poliol (preferivelmente uma resina fenólica) contendo grupos livres de hidroxila (grupos OH) e um poliisocianato como co-reagente, polissacáridos e amido.

[0037] No contexto dos sistemas de dois componentes descritos acima, grupos livres de hidroxila 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.

[0038] Entre os sistemas de dois componentes que compreendem como reagentes um poliisocianato e um componente poliol contendo grupos livres hidroxila (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”).

[0039] De acordo com a invenção, os preferidos são ligantes orgânicos, preferivelmente ligantes de caixa fria, sendo que o ligante de caixa fria é curado por meio de gaseificação com uma amina orgânica.

[0040] Um outro aspecto da presente invenção refere-se a um material de enchimento escoável para uso como um enchimento para composições alimentadoras para a produção de alimentadores, compreendendo ou consistindo de uma multiplicidade de partículas núcleo-invólucro da invenção.

[0041] Preferência é dada a um material de enchimento escoável da invenção que compreende ou consiste de uma mistura de partículas núcleo-invólucro da invenção e partículas consistindo de ou compreendendo cordierita, sendo que as partículas consistindo de ou compreendendo cordierita não são as partículas (b1) das partículas núcleo-invólucro. As partículas que consistem ou compreendem cordierita têm, preferivelmente, um d10 maior que 0,045 mm. As partículas que consistem em ou compreendem cordierita são partículas que no material de enchimento escoável não estão ligadas por meio de um ligante às partículas núcleo-invólucro da invenção ou aos núcleos (a) das partículas núcleo-invólucro.

[0042] As nossas próprias investigações mostraram que os alimentadores têm propriedades de isolamento particularmente boas e, portanto, um efeito positivo na formação de cavidades, e possuem uma estabilidade à temperatura muito boa, quando o material de enchimento escoável da invenção compreende misturas de partículas núcleo-invólucro da invenção com partículas consistindo ou compreendendo cordierita.

[0043] Aqui a preferência é dada a um material de enchimento escoável da invenção onde a fração de partículas consistindo de ou compreendendo cordierita é 10 a 60%, preferivelmente 20 a 50%, mais preferivelmente 25 a 40%, com base no peso total das partículas núcleo-invólucro da invenção e partículas consistindo de ou compreendendo cordierita.

[0044] Verificou-se que os materiais de enchimento derramáveis da invenção com estas frações de partículas consistindo de ou compreendendo cordierita têm propriedades particularmente boas.

[0045] A preferência é dada a um material de enchimento escoável da invenção onde as partículas consistindo de ou compreendendo cordierita possuem um tamanho médio de partícula na faixa de 0,1 a 0,4 mm, determinado por meio da DIN 66165-2, F e DIN ISO 3310-1.

[0046] Em uma concretização preferida, as partículas consistindo de ou compreendendo cordierita têm a) um d10 maior ou igual a 0,05 mm e um d90 menor ou igual a 0,60 mm e/ou b) um d50 de 0,13 mm a 0,4 mm, preferivelmente 0,18 mm a 0,32 mm.

[0047] É preferido um material de enchimento escoável da invenção tendo uma densidade a granel inferior a 0,8 g/cm3, preferivelmente com uma densidade a granel inferior a 0,7 g/cm3, mais preferivelmente com uma densidade a granel inferior a 0,6 g/cm3.

[0048] Um outro aspecto da presente invenção refere-se a um método para produzir partículas núcleo-invólucro da invenção ou de um material de enchimento escoável da invenção, com as seguintes etapas: - prover núcleos (a) nos quais cada um possui uma ou mais cavidades e uma parede circundando essas cavidades, sendo que os núcleos (a) têm um d50 na faixa de 0,15 a 0,45 mm, - prover partículas (b1) compreendendo ou consistindo de um material do grupo consistindo de caulim ou cordierita calcinados, sendo que as partículas (b1) têm um d10 de pelo menos 0,05 μm e um d90 de no máximo 45 μm, - contatar os núcleos (a) com as partículas (b1) na presença de um ligante (b2), de modo que as partículas (b1) estejam ligadas aos núcleos (a) e entre si, e individualmente ou todos os núcleos (a) sendo envolvidos, - curar e/ou secar o ligante.

[0049] Em uma concretização preferida do método da invenção, primeiro os núcleos (a) são molhados com o ligante (b2) e depois as partículas (b1) são adicionadas aos núcleos (a) umedecidos com o ligante (b2), de modo que as partículas (b1) são ligadas aos núcleos (a) e entre si e envolvam os núcleos individualmente ou todos os núcleos (a).

[0050] Do mesmo modo preferido é um método para produzir um material de enchimento escoável da invenção, compreendendo ainda a seguinte etapa: - misturar as partículas núcleo-invólucro produzidas com partículas consistindo de ou compreendendo cordierita, onde as partículas consistindo em ou compreendendo cordierita não são as partículas (b1) das partículas núcleo-invólucro. Um aspecto adicional em conexão com a presente invenção refere-se a uma composição moldável para produzir alimentadores, consistindo de ou compreendendo: - partículas núcleo-invólucro da invenção ou um material de enchimento escoável da invenção, e também: - um ligante para ligar as partículas núcleo-invólucro ou o material de enchimento escoável.

[0051] De acordo com a invenção uma composição moldável é preferida, onde o ligante é um ligante orgânico ou inorgânico ou uma mistura ou ligante orgânico ou inorgânico, e o ligante é preferivelmente selecionado do grupo consistindo de ligantes à base de polímero, ligantes a base de silicato de sódio, resinas de fenol-formaldeído, ligante de poliuretano curável pelo processo de caixa fria, ligante de poliuretano com tetraetilsilicato (TEOS) e/ou ésteres de óleo vegetal (preferivelmente ésteres de metila e butila) como solvente, sistemas bi componentes compreendendo um componente de poliol (preferivelmente uma resina fenólica) contendo grupos hidroxila livres (grupos OH) e um poliisocianato como correagente, polissacáridos e amido.

[0052] De acordo com uma concretização preferida da presente invenção, a composição moldável da invenção tem uma fração ligante de 5 a 25%, preferivelmente 7 a 20%, mais preferivelmente 9 a 17%, com base no peso total de partículas núcleo-invólucro da invenção e cordierita na composição moldável.

[0053] Um aspecto adicional em conexão com a presente invenção refere-se a um alimentador compreendendo partículas núcleo-invólucro da invenção unidas por um ligante curado e/ou seco.

[0054] O ligante é preferivelmente um ligante orgânico ou inorgânico ou uma mistura ou ligante orgânico ou inorgânico, e o ligante é preferivelmente selecionado do grupo consistindo em ligantes baseados em polímero, ligantes à base de silicato de sódio, resinas de fenol-formaldeído, ligante de poliuretano curável pelo processo de caixa fria, ligante de poliuretano com tetraetilsilicato (TEOS) e/ou ésteres de óleo vegetal (preferivelmente ésteres de metilo e butilo) como solvente, sistemas bi componentes compreendendo um componente de poliol (preferivelmente uma resina fenólica) contendo grupos hidroxila livres (grupos OH) e um poliisocianato como correagente, polissacarídeos e amido.

[0055] De acordo com a invenção, são preferidos alimentadores compreendendo uma mistura de partículas núcleo- invólucro da invenção e partículas que consistem em ou compreendem cordierita, unidas por um ligante curado e/ou seco.

[0056] Particularmente, são preferidos alimentadores da invenção onde a fração das partículas consistindo de ou compreendendo cordierita é de 10 a 60%, preferivelmente 20 a 50%, mais preferivelmente 25 a 40%, com base no peso total das partículas núcleo-invólucro da invenção e partículas consistindo de ou compreendendo cordierita.

[0057] Do mesmo modo preferido de acordo com a invenção, são alimentadores tendo uma densidade inferior a 1,0 g/cm3, preferivelmente inferior a 0,8 g/cm3, mais preferivelmente inferior a 0,7 g/cm3.

[0058] Um alimentador particularmente preferido no contexto da presente invenção é um alimentador de isolamento.

[0059] Em uma concretização preferida da presente invenção, na qual o alimentador é um alimentador de isolamento, a fração máxima de metais facilmente oxidáveis e de agente oxidante é no máximo 5% em peso, preferivelmente no máximo 2,5% em peso com base no peso total do alimentador da invenção. Com preferência muito particular, um alimentador de isolamento da invenção não contém metais facilmente oxidáveis e agentes oxidantes. Os metais facilmente oxidáveis são entendidos no contexto desta invenção como sendo alumínio, magnésio ou silício, ou ligas metálicas correspondentes. Agentes oxidantes são entendidos como agentes que são capazes de oxidar os metais facilmente oxidáveis, com a exceção do oxigênio.

[0060] Um alimentador particularmente preferido no contexto da presente invenção é um alimentador para a fundição de aço e/ou para a fundição de ferro.

[0061] Um aspecto adicional em conexão com a presente invenção refere-se a um uso de partículas núcleo-invólucro da invenção ou de um material de enchimento escoável da invenção como material de enchimento isolante para produzir um alimentador ou uma composição moldável para produzir um alimentador.

[0062] Um outro aspecto da presente invenção refere-se a um uso de um alimentador da invenção para a fundição de ferro ou fundição de aço.

[0063] No contexto da presente invenção, é preferido que dois ou mais dos aspectos identificados acima sejam preferidos de serem realizados ao mesmo tempo, especialmente preferidas são as combinações de tais aspectos e das características correspondentes que surgem das reivindicações anexas.

[0064] A Figura 1 mostra uma micrografia eletrônica de varredura de uma seção polida de partículas núcleo-invólucro da invenção tendo um núcleo de vidro expandido e um invólucro de caulim calcinado.

[0065] A Figura 2 representa uma imagem de mapeamento do elemento alumínio da micrografia eletrônica de varredura da Figura 1. As regiões mostradas como luz contêm alumínio. É claramente aqui evidente que as partículas do invólucro contendo alumínio (b1) estão dispostas em torno do núcleo (a).

[0066] A Figura 3 mostra uma imagem de mapeamento do elemento silício da micrografia eletrônica de varredura da Figura 1. As regiões mostradas como luz contêm silício. É claramente aqui evidente que tanto as partículas do núcleo do vidro expandido (SiO2) como as partículas do invólucro contêm silício.

[0067] A Figura 4 mostra a fotografia de uma fundição de cubo cortado (“cut-open cube”) com alimentador residual para os testes de cubo descritos em mais detalhes nos exemplos. A fundição foi feita usando um alimentador produzido de acordo com o exemplo de trabalho 9. O ponto mais baixo da cavidade está localizado a 3 mm da fundição. Isto dá uma profundidade de cavidade de -3 mm.

[0068] A Figura 5 mostra a fotografia de uma fundição de cubo cortado com alimentador residual para os testes de cubo descritos em mais detalhes nos exemplos. A fundição foi feita usando um alimentador produzido de acordo com o exemplo de trabalho 10. O ponto mais baixo da cavidade está localizado a 18 mm acima da fundição no alimentador residual. Isto dá uma profundidade de cavidade de +18 mm.

[0069] A Figura 6 mostra a fotografia de uma fundição de cubo cortado com alimentador residual para os testes de cubo descritos em mais detalhes nos exemplos. A fundição foi feita usando um alimentador produzido de acordo com o exemplo comparativo 3. O ponto mais baixo da cavidade está localizado a 8 mm da fundição. Isto dá uma profundidade de cavidade de - 8 mm.

[0070] A Figura 7 mostra a fotografia de uma fundição de cubo cortado com alimentador residual para os testes de cubo descritos em mais detalhes nos exemplos. A fundição foi feita usando um alimentador produzido de acordo com o exemplo comparativo 4. O ponto mais baixo da cavidade está localizado a 26 mm na peça fundida. Isto dá uma profundidade de cavidade de -26 mm.

[0071] A Figura 8 mostra a fotografia de uma fundição de cubo cortado com alimentador residual para os testes de cubo descritos em mais detalhes nos exemplos. A fundição foi feita usando um alimentador produzido de acordo com o exemplo comparativo 5. O ponto mais baixo da cavidade está localizado a 7 mm na peça fundida. Isto dá uma profundidade de cavidade de -7 mm.

[0072] A invenção é elucidada em mais detalhes abaixo usando exemplos e figuras:

A- Produção de partículas núcleo-invólucro inventivas (produto a granel): Exemplo de trabalho 1

[0073] Um misturador BOSCH Profi 67 é carregado com 664 g de vidro expandido Liaver (tamanho de partícula padrão 0,1 a 0,3 mm; Liaver GmbH und Co. KG) como material de suporte e esta carga inicial é uniformemente molhada com 72 g de ligante de caixa fria (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1).. Adicionam-se 136 g de caulim calcinado (d50= 1,4 μ m, d10= 0,4 μ m, d90= 7 μ m) e os componentes são misturados homogeneamente. Por fim, adicionam-se 0,5 ml de dimetilpropilamina para curar o ligante. Após alguns segundos, as partículas núcleo-invólucro formadas estão na forma de um produto a granel para uso posterior.

Exemplo de trabalho 2

[0074] Um misturador BOSCH Profi 67 é carregado com 640 g de vidro expandido Liaver (tamanho de partícula padrão 0,25 a 0,5 mm; Liaver GmbH und Co. KG) como material de suporte e esta carga inicial é uniformemente molhada com 72 g de ligante de caixa fria (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1).. Adicionam-se 160 g de caulim calcinado (d50= 1,4 μ m, d10= 0,4 μ m, d90= 7 μ m) e os componentes são misturados homogeneamente. Por fim, adicionam-se 0,5 ml de dimetilpropilamina para curar o ligante. Após alguns segundos, as partículas núcleo-invólucro formadas estão na forma de um produto a granel para uso posterior.

Exemplo de trabalho 3

[0075] Um misturador BOSCH Profi 67 é carregado com 664 g de vidro de espuma Poraver (tamanho de partícula padrão 0,10,3; Dennert Poraver GmbH) como material de suporte e esta carga inicial é uniformemente molhada com 72 g de ligante de caixa fria (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1). Adicionam-se 136 g de caulim calcinado (d50= 1,4 μ m, d10= 0,4 μ m, d90= 7 μ m) e os componentes são misturados homogeneamente. Por fim, adicionam-se 0,5 ml de dimetilpropilamina para curar o ligante. Após alguns segundos, as partículas núcleo-invólucro formadas estão na forma de um produto a granel para uso posterior.

Exemplo de trabalho 4

[0076] Um misturador BOSCH Profi 67 é carregado com 640 g de vidro de espuma Poraver (tamanho de partícula padrão 0,250,5; Dennert Poraver GmbH) como material de suporte e esta carga inicial é uniformemente molhada com 72 g de ligante de caixa fria (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1). Adicionam-se 136 g de caulim calcinado (d50= 1,4 μ m, d10= 0,4 μ m, d90= 7 μ m) e os componentes são misturados homogeneamente. Por fim, adicionam-se 0,5 ml de dimetilpropilamina para curar o ligante. Após alguns segundos, as partículas núcleo-invólucro formadas estão na forma de um produto a granel para uso posterior.

B- Produção de partículas de núcleo-invólucro comparativas (não inventivas): Exemplo comparativo 1 (não inventivo)

[0077] Um misturador BOSCH Profi 67 é carregado com 700 g de Poraver (tamanho de partícula padrão 0,1-0,3; Dennert Poraver GmbH) como material de suporte e esta carga inicial é uniformemente molhada com 120 g de ligante de caixa fria (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1). 300 g de carboneto de silício em pó (d50 para tamanho de partícula: <5 μm) são adicionados e os componentes são misturados homogeneamente. Por fim, adicionam-se em torno de 0,5 ml de dimetilpropilamina para curar o ligante. Após alguns segundos, as partículas núcleo- invólucro formadas estão na forma de um produto a granel para uso posterior.

Exemplo comparativo 2 (não inventivo)

[0078] Para o núcleo de suporte, um misturador BOSCH Profi 67 é carregado com 560 g de Poraver (tamanho de partícula padrão 0,1-0,3; Dennert Poraver GmbH) como material de suporte e esta carga inicial é uniformemente molhada com 72 g de ligante de caixa fria (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1). 240 g de óxido de alumínio em pó (d50 para tamanho de partícula: em torno de 12 μm) são adicionados e os componentes são misturados homogeneamente. Por fim, adicionam-se em torno de 0,5 ml de dimetilpropilamina para curar o ligante. Após alguns segundos, as partículas núcleo-invólucro formadas estão na forma de um produto a granel para uso posterior.

C- Produção de composições alimentadoras e também tampas de alimentação e outros elementos de perfil: Exemplo de trabalho 5

[0079] As partículas núcleo-invólucro produzidas de acordo com o exemplo 1 são misturadas homogeneamente com ligante de caixa a frio (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1). A partir da mistura resultante, as tampas alimentadoras e outros moldes (a) de perfil são compactados e (b) são destruídos usando máquinas de disparo de núcleo (por exemplo, Roper, Laempe) . A cura ocorre em cada caso por gaseificação com dimetilpropilamina.

Exemplo de trabalho 6

[0080] As partículas núcleo-invólucro produzidas de acordo com o exemplo 2 são misturadas homogeneamente com ligante de caixa a frio (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1). A partir da mistura resultante, as tampas alimentadoras e outros moldes (a) de perfil são compactados e (b) são destruídos usando máquinas de disparo de núcleo (por exemplo, Roper, Laempe). A cura ocorre em cada caso por gaseificação com dimetilpropilamina.

Exemplo de trabalho 7

[0081] As partículas núcleo-invólucro produzidas de acordo com o exemplo 3 são misturadas homogeneamente com ligante de caixa a frio (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1). A partir da mistura resultante, as tampas alimentadoras e outros moldes (a) de perfil são compactados e (b) são destruídos usando máquinas de disparo de núcleo (por exemplo, Roper, Laempe) . A cura ocorre em cada caso por gaseificação com dimetilpropilamina.

Exemplo de trabalho 8

[0082] As partículas núcleo-invólucro produzidas de acordo com o exemplo 4 são misturadas homogeneamente com ligante de caixa a frio (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1). A partir da mistura resultante, as tampas alimentadoras e outros moldes (a) de perfil são compactados e (b) são destruídos usando máquinas de disparo de núcleo (por exemplo, Roper, Laempe). A cura ocorre em cada caso por gaseificação com dimetilpropilamina.

Exemplo de trabalho 9

[0083] As partículas núcleo-invólucro produzidas de acordo com os exemplos de trabalho 1 e 2 são misturadas homogeneamente em uma relação em peso de 4:3. A mistura resultante é misturada homogeneamente com o ligante de caixa fria (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1). A partir da mistura resultante, as tampas alimentadoras e outros moldes (a) de perfil são compactados e (b) são destruídos usando máquinas de disparo de núcleo (por exemplo, Roper, Laempe) . A cura ocorre em cada caso por gaseificação com dimetilpropilamina.

Exemplo de trabalho 10

[0084] As partículas núcleo-invólucro produzidas de acordo com os exemplos de trabalho 1 e 2 são misturadas homogeneamente em uma relação em peso de 4:3. A mistura resultante é misturada homogeneamente com partículas consistindo de cordierita (tamanho de partícula padrão < 5mm; Ceské lupkové závody, a.s.), resultando em uma razão de peso de partículas núcleo-invólucro para partículas de cordierita de 7:3. Esta mistura é misturada homogeneamente com o ligante de caixa fria (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1). A partir da mistura resultante, as tampas alimentadoras e outros moldes (a) de perfil são compactados e (b) são destruídos usando máquinas de disparo de núcleo (por exemplo, Roper, Laempe). A cura ocorre em cada caso por gaseificação com dimetilpropilamina.

Exemplo comparativo 3 (não inventivo)

[0085] As partículas núcleo-invólucro produzidas de acordo com o exemplo comparativo 1 são misturadas homogeneamente com ligante de caixa a frio (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1). A partir da mistura resultante, as tampas alimentadoras e outros moldes (a) de perfil são compactados e (b) são destruídos usando máquinas de disparo de núcleo (por exemplo, Roper, Laempe). A cura ocorre em cada caso por gaseificação com dimetilpropilamina.

Exemplo comparativo 4 (não inventivo)

[0086] As partículas núcleo-invólucro produzidas de acordo com o exemplo comparativo 2 são misturadas homogeneamente com ligante de caixa a frio (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1). A partir da mistura resultante, as tampas alimentadoras e outros moldes (a) de perfil são compactados e (b) são destruídos usando máquinas de disparo de núcleo (por exemplo, Roper, Laempe). A cura ocorre em cada caso por gaseificação com dimetilpropilamina.

Exemplo comparativo 5 (não inventivo)

[0087] 445 g das partículas núcleo-invólucro produzidas de acordo com o exemplo comparativo 2 são misturadas homogeneamente com 250 g de alumínio (Al pulverizado- atomizado com uma classificação de partículas <0,2 mm), 60 g de óxido de ferro, 220 g de nitrato de potássio (produto comercial fluido; granulometria de partícula menor que 2 mm), e 25 g de ignitor, e também ligante de caixa fria (da Hüttenes-Albertus: Resina de éter benzílico baseada em Activador 6324/resina Gas 7241 com uma relação de Activador 6324:resina Gas 7241 de 1:1). A partir da mistura resultante, as tampas alimentadoras e outros moldes (a) de perfil são compactados e (b) são destruídos usando máquinas de disparo de núcleo (por exemplo, Roper, Laempe). A cura ocorre em cada caso por gaseificação com dimetilpropilamina.

D- Testes de Cubo:

[0088] Tampas alimentadoras, de acordo com os exemplos de trabalho e exemplos comparativos da seção C, foram verificadas quanto à utilidade prática por meio dos chamados testes de cubo. Nestes testes, uma moldagem na forma de um cubo precisa estar livre de cavidades ao usar uma tampa alimentadora modularmente apropriada.

[0089] A alimentação densa relativamente confiável foi demonstrada em todas as concretizações. Nos respectivos alimentadores residuais (acima dos cubos), o comportamento da cavidade encontrada foi melhor em cada caso para os exemplos de trabalho do que para os exemplos comparativos. As profundidades da cavidade determinadas são reproduzidas na tabela abaixo. Onde a profundidade da cavidade é negativa, isto significa que a cavidade está localizada pelo menos parcialmente na moldagem, enquanto que um valor positivo para a profundidade da cavidade significa que a cavidade é formada no respectivo alimentador residual. Os cubos correspondentes com alimentadores residuais estão representados nas figuras 4 a 8.

Claims

1. Partículas núcleo-invólucro, para uso como um enchimento para composições alimentadoras para a produção de alimentadores, caracterizadas pelo fato de compreender: (a) um núcleo que possui uma ou mais cavidades e uma parede circundando essas cavidades, sendo que o núcleo (a) tem um diâmetro médio na faixa de 0,15 a 0,45 mm; (b) um invólucro circundando o núcleo e consistindo de ou compreendendo: (b1) partículas compreendendo ou consistindo de um material do grupo consistindo de caulim calcinado; sendo que as partículas (b1) têm um d10 de pelo menos 0,05 μm e um d90 de no máximo 45 μm; e (b2) um ligante que liga as partículas (b1) entre si e ao núcleo (a).

2. Partículas núcleo-invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas pelo fato de o núcleo (a) compreender vidro ou consistir de vidro.

3. Partículas núcleo-invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas pelo fato de: - o núcleo (a) compreender dióxido de silício e óxido de alumínio, sendo a proporção em peso entre o dióxido de silício e óxido de alumínio de 27:1 ou mais; - nas partículas (b1) a proporção em peso entre o dióxido de silício e o óxido de alumínio estar na faixa de 1:1 a 1:1,6.

4. Partículas núcleo-invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas pelo fato de: (i) as partículas núcleo-invólucro terem um d10 na faixa de 0,1 mm a 0,2 mm e um d90 na faixa de no máximo 0,30 mm a 0,40 mm onde, as partículas núcleo-invólucro têm um tamanho médio de partícula d50 de 0,2 mm a 0,3 mm; ou (ii) as partículas núcleo-invólucro têm um d10 na faixa de 0,30 mm a 0,40 mm, e um d90 na faixa de 0,50 mm a 0,60 mm, sendo que, as partículas núcleo-invólucro têm um tamanho médio de partícula d50 de 0,4 mm a 0,5 mm.

5. Partículas núcleo-invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas pelo fato de o núcleo (a) compreender dióxido de silício e óxido de alumínio, a proporção em peso entre o dióxido de silício e o óxido de alumínio sendo de 30:1 ou mais, nas partículas (b1) a proporção em peso entre o dióxido de silício e o óxido de alumínio sendo na faixa de 1:1 a 1:1,6.

6. Partículas núcleo-invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas pelo fato de o núcleo (a) compreender dióxido de silício e óxido de alumínio, a proporção em peso entre o dióxido de silício e o óxido de alumínio sendo de 45:1 ou mais, nas partículas (b1) a proporção em peso entre o dióxido de silício e o óxido de alumínio sendo na faixa de 1:1 a 1:1,6.

7. Partículas núcleo-invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas pelo fato de: (i) as partículas núcleo-invólucro terem um d10 na faixa de 0,1 mm a 0,2 mm e um d90 na faixa de no máximo 0,30 mm a 0,40 mm, onde as partículas núcleo-invólucro têm um tamanho médio de partícula d50 de 0,22 mm a 0,27 mm; ou (ii) as partículas núcleo-invólucro têm um d10 na faixa de 0,30 mm a 0,40 mm, e um d90 na faixa de 0,50 mm a 0,60 mm, sendo que, as partículas núcleo-invólucro têm um tamanho médio de partícula d50 de 0,42 mm a 0,47 mm.

8. Partículas núcleo-invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas pelo fato de: (i) as partículas núcleo-invólucro terem um d10 na faixa de 0,1 mm a 0,2 mm e um d90 na faixa de no máximo 0,30 mm a 0,40 mm, onde as partículas núcleo-invólucro têm um tamanho médio de partícula d50 de 0,24 mm a 0,26 mm; ou (ii) as partículas núcleo-invólucro têm um d10 na faixa de 0,30 mm a 0,40 mm, e um d90 na faixa de 0,50 mm a 0,60 mm, sendo que, as partículas núcleo-invólucro têm um tamanho médio de partícula d50 de 0,44 mm a 0,46 mm.

9. Partículas núcleo-invólucro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas pelo fato de o núcleo (a) compreender ou consistir de ou compreender vidro expandido ou vidro espumado.

10. Método para produzir partículas núcleo-invólucro, conforme definidas na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender: - prover núcleos (a) nos quais cada um possui uma ou mais cavidades e uma parede circundando uma ou mais cavidades, sendo que os núcleos (a) têm um d50 na faixa de 0,15 a 0,45 mm; - prover partículas (b1) compreendendo ou consistindo de um material selecionado a partir do grupo consistindo de caulim ou cordierita calcinados, sendo que as partículas (b1) têm um d10 de pelo menos 0,05 μm e um d90 de no máximo 45 μm; - contatar os núcleos (a) com as partículas (b1) na presença de um ligante (b2), de modo que as partículas (b1) estejam ligadas aos núcleos (a) e entre si, e individualmente ou todos os núcleos (a) sejam envolvidos; e - curar e/ou secar o ligante.

11. Partículas núcleo-invólucro, para uso como um enchimento para composições alimentadoras para produção de alimentadores, caracterizadas pelo fato de compreender: - uma multiplicidade de partículas núcleo-invólucro tal como definidas em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, e - partículas consistindo de ou compreendendo cordierita, sendo que as partículas consistindo ou compreendendo cordierita não são partículas (b1) das partículas núcleo- invólucro.

12. Material de enchimento escoável, para uso como um enchimento para composições alimentadoras para a produção de alimentadores, caracterizado pelo fato de compreender ou consistir de uma multiplicidade de partículas núcleo- invólucro, conforme definidas na reivindicação 1.

13. Composição moldável para produzir alimentadores, caracterizada pelo fato de consistir de ou compreender: - partículas núcleo-invólucro, conforme definidas na reivindicação 1; e - um ligante para ligar as partículas núcleo-invólucro.

14. Alimentador, caracterizado pelo fato de compreender partículas núcleo-invólucro, conforme definidas na reivindicação 1, unidas por um ligante.

15. Partículas núcleo-invólucro ou material de enchimento escoável, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de ser usado como enchimento isolante para a produção de um alimentador ou de uma composição moldável para a produção de um alimentador.

16. Alimentador, conforme definido na reivindicação 14, caracterizado pelo fato de ser para a fundição de ferro e aço.