BR112020001164A2

BR112020001164A2 - composições e métodos para revestimentos refratários com portadores de ester

Info

Publication number: BR112020001164A2
Application number: BR112020001164-9A
Authority: BR
Inventors: Orville B. Guyer; Kim M. Delgado; Mitchelle A. Petterson; Flavia C. Duncan; Daniel D. Cygal; Gary D. Haynes
Original assignee: Ha-International, Llc
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2020-07-21
Also published as: KR102531267B1; US20210107056A1; EP3655177A1; CN110997179A; US11712736B2; CN110997179B; US11484935B2; MX2020000700A; EP3655177A4; US20230372995A1; KR20200031635A; US20190022741A1; CA3070416A1; WO2019018567A1; CA3070416C

Abstract

Esta tecnologia refere-se a revestimentos refratários utilizados na fundição de metais pela indústria de fundição. Os revestimentos refratários são frequentemente usados para revestir núcleos e moldes de fundição com o objetivo de melhorar a qualidade das peças fundidas formadas em conexão com os núcleos ou moldes, particularmente na superfície da peça fundida. Enquanto os revestimentos tradicionais compreendem solventes à base de água que requerem tempos de secagem excessivos ou HAPs que emitem COV perigosos, as modalidades preferidas da presente invenção compreendem revestimentos refratários com solventes à base de éster isentos de COV, como DMC. Outras formas de realização preferidas da presente invenção compreendem métodos para redução do teor de COV num artigo de fundição.

Description

COMPOSIÇÕES E MÉTODOS PARA REVESTIMENTOS REFRATÁRIOS COM PORTADORES DE ESTER REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica prioridade para, e o benefício de, Pedido de Patente Provisória, números de Série 62/534.082, depositado em 18 de julho de 2017 e 62/557.291 depositado em 12 de setembro de 2017.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] Esta tecnologia refere-se a revestimentos refratários usados em fundição de metal pela indústria de fundição.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[003] Em muitos aspectos, revestimentos refratários são como tintas especiais usadas na fundição de metal. Ao contrário das tintas convencionais, no entanto, revestimentos refratários podem suportar as altas temperaturas do metal em fusão e também atuar como uma barreira entre o metal em fusão e um molde dentro do qual o metal é despejado para vazamento.

[004] Revestimentos “refratários são compreendidos geralmente de um mineral em alta temperatura, ou outra substância que é resistente ao calor, colocada em suspensão em um portador de líquido (solvente). O revestimento é aplicado a, por exemplo, uma superfície do núcleo ou molde de areia ou antes do vazamento. O portador de líquido é removido por evaporação, enquanto a camada de mineral é deixada para trás para revestir a superfície do molde. Esta camada pode ajudar a evitar a penetração de metal em fusão na areia, evitar a erosão da areia, e de outro modo melhorar a qualidade de uma superfície da peça fundida.

[005] Fundições empregam tipicamente ou um revestimento à base de água ou à base de solvente. Água requer energia e equipamento de secagem intensiva, mas é ambientalmente amigável. Revestimentos à base de solvente podem ser secos em ar em uma quantidade reduzida de tempo ou inflamados por tempos muitos curtos de secagem. Revestimentos refratários de fundição à base de solvente atuais compreendem álcool isopropílico ("IPA"), etanol, metanol, nafta, etc. No entanto, alguns destes sistemas à base de solvente compreendem poluentes perigosos para o ar ("HAPsS") e todos eles compreendem compostos orgânicos voláteis ("VOCs"). IPA e etanol são os portadores de solvente mais comumente usados em revestimentos refratários na indústria de fundição. Tais poluentes e compostos voláteis são submetidos a intensa regulamentação, e muitas fundições que usam revestimentos convencionais à base de solventes gastam tempo e recursos consideráveis para permitir os VOCs.

[006] Alguns solventes isentos de VOCs, tal como acetona, foram usados no passado. No entanto, a alta taxa de evaporação de acetona aumenta o uso, e o baixo ponto de fulgor introduz sérios riscos de explosão e incêndio para a fundição.

[007] Portanto, existe uma necessidade não atendida na técnica antecedente de um revestimento refratário à base de solvente para uso na indústria de fundição, em que o revestimento forneça características apropriadas de desempenho, mas sendo mais seguro para uso e não requerendo permissão adicional ou incluindo restrições que acompanham os revestimentos tradicionais à base de solvente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008] Para atender às necessidades descritas acima, a presente invenção provê uma substituição parcial ou total de solventes de revestimento refratário com portadores de éster, tais como carbonato de dimetila ("DMC") ou acetato de t-butila, para formar um revestimento refratário à base de solvente com teores de HAPs ou VOCs reduzidos ou não relatáveis.

[009] Em uma modalidade preferida da presente invenção, uma composição de revestimento refratário (conhecida também como lavagem, tinta, ou cobertura do molde) é provida compreendendo preferivelmente um portador de éster líquido, tal como DMC a 100%, um agente de colocação em suspensão, um agente de ligação, água, um aditivo, e uma mistura de enchimento refratário particulado.

[0010] Em operação, foi verificado que revestimentos refratários, formados de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção compreendendo DMC, alcançam uma redução de aproximadamente 50% - 97% nos VOC's relatáveis em comparação com revestimentos refratários convencionais. Especialmente, revestimentos 100% isentos de VOC são alcançáveis de acordo com modalidades preferidas da presente invenção, embora alguns revestimentos formados como descrito aqui possam incluir traços de VOCs que são introduzidos na composição pelo agente de ligação.

[0011] Como descrito aqui, o termo "portador de solvente" pode compreender um ou mais portadores de éster ou uma combinação de um ou mais portadores de éster com solventes não éster.

[0012] Exemplos de aditivos são agentes tensoativos, como agentes umectantes, desespumantees, dispersantes e modificadores de reologia.

[0013] Uma modalidade preferida da presente invenção é: uma composição de revestimento refratário para uso em fundição compreendendo: um portador de líquido compreendendo um portador de éster, o portador de éster sendo fornecido em aproximadamente 25% a 100% em peso do portador de líquido e 20% a 80% em peso da composição; um agente de colocação em suspensão fornecido a 2% ou menos em peso da composição; um ligante fornecido a aproximadamente 1,5% a 3% em peso da composição; água fornecida a até aproximadamente 2% em peso da composição; um ou mais aditivos fornecidos a aproximadamente 2% ou menos em peso da composição; e um material refratário particulado fornecido a aproximadamente 13 a 78,5% em peso da composição.

[0014] Uma modalidade alternativa preferida da presente invenção é: um método para redução do teor de VOCs em um artigo de fundição, o método compreendendo as etapas de: formar um artigo de fundição; formar uma composição de revestimento refratário compreendendo um portador de líquido tendo um portador de éster; diluir a composição com um solvente isento de VOCs; aplicar a composição ao artigo de fundição; secar a composição para remover o portador de éster; em que a composição compreende: o portador de éster sendo fornecido em aproximadamente 25% a 100% em peso do portador de líquido e aproximadamente 20% a 80% em peso da composição; um agente de colocação em suspensão fornecido a até aproximadamente 2% em peso da composição; um ligante fornecido a aproximadamente 1,5% a 3% em peso da composição; água fornecida a até aproximadamente 2% em peso da composição; um ou mais aditivos fornecidos a até aproximadamente 2% em peso da composição; e um material refratário particulado fornecido a aproximadamente 13 a 78,5% em peso da composição.

[0015] Outra modalidade alternativa preferida da presente invenção é: um método para a redução de teor de VOCs em um artigo de fundição, o método compreendendo as etapas de: fornecer uma composição de revestimento refratário tendo um portador de solvente que compreende VOCs; e diluir a composição com um solvente isento de VOCs.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0016] Figura 1 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de um revestimento refratário compreendendo uma formulação de portador de éster de aproximadamente 25/75 DMC/IPA (razão 1:3 DMC:IPA). Como mostrado, os dados foram coletados a temperatura ambiente ("RT"), 35 graus Celsius, e 49 graus Celsius.

[0017] Figura 2 é uma representação gráfica de dados de

% de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de um revestimento refratário compreendendo uma formulação de portador de éster de aproximadamente 50/50 DMC/IPA. Como mostrado, os dados foram coletados a temperatura ambiente, 35 graus Celsius, e 49 graus Celsius.

[0018] Figura 3 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de um revestimento refratário compreendendo uma formulação de portador de éster de aproximadamente 75/25 DMC/IPA. Como mostrado, os dados foram coletados a temperatura ambiente, 35 graus Celsius, e 49 graus Celsius.

[0019] Figura 4 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de um revestimento refratário compreendendo uma formulação de portador de éster de DCM a aproximadamente 100%. Como mostrado, os dados foram coletados a temperatura ambiente, 35 graus Celsius, e 49 graus Celsius.

[0020] Figura 5 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de um revestimento refratário compreendendo uma formulação de portador de IPA a aproximadamente 100%. Como mostrado, os dados foram coletados a temperatura ambiente, 35 graus Celsius, e 49 graus Celsius.

[0021] Figura 6 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de um revestimento refratário compreendendo uma fórmula base de SBDN 1087 e vários solventes portadores compreendendo DMC e IPA. Como mostrado, os dados foram coletados a RT.

[0022] Figura 7 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de um revestimento refratário compreendendo uma fórmula base de SBDN 1087 e vários solventes portadores compreendendo DMC e IPA. Como mostrado, os dados foram coletados a 35 graus Celsius.

[0023] Figura 8 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de um revestimento refratário compreendendo uma fórmula base de SBDN 1087 e vários solventes portadores compreendendo DMC e IPA. Como mostrado, os dados foram coletados a 49 graus Celsius.

[0024] Figura 9 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de um revestimento refratário compreendendo uma fórmula base de SBDN 1086 ou 1087 e um solvente portador compreendendo aproximadamente 75/25 de DMC/IPA. Como mostrado, os dados foram coletados a 49 graus Celsius.

[0025] Figura 10 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de um revestimento refratário compreendendo uma fórmula base de SBDN 1086 e solventes portadores compreendendo aproximadamente 75/25 de DMC/IPA. Como mostrado, os dados foram coletados a 35 graus Celsius e 49 graus Celsius.

[0026] Figura 11 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de um revestimento refratário compreendendo uma fórmula base de SBDN 1086 ou 1087 e um solvente portador compreendendo aproximadamente 75/25 DMC/IPA. Como mostrado, os dados foram coletados a 35 graus Celsius.

[0027] Figura 12 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de um revestimento refratário compreendendo um solvente portador compreendendo aproximadamente 75/25 de DMC/IPA e várias % em peso de ligante.

[0028] Figura 13 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de um revestimento refratário compreendendo um solvente portador compreendendo aproximadamente 50/50 de DMC/IPA e várias % em peso de ligante.

[0029] Figura 14 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de revestimentos refratários compreendendo um solvente portador compreendendo ou aproximadamente 75/25 ou aproximadamente 50/50 de DMC/IPA e aproximadamente 3% de ligante.

[0030] Figura 15 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de revestimentos refratários compreendendo um solvente portador compreendendo ou aproximadamente 75/25 ou aproximadamente 50/50 de DMC/IPA e aproximadamente 2,5% de ligante.

[0031] Figura 16 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de revestimentos refratários compreendendo um solvente portador compreendendo ou aproximadamente 75/25 ou aproximadamente 50/50 de DMC/IPA e aproximadamente 2% de ligante.

[0032] Figura 17 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de revestimentos refratários compreendendo um solvente portador compreendendo ou aproximadamente 75/25 ou aproximadamente 50/50 de DMC/IPA e aproximadamente 1,5% de ligante.

[0033] Figura 18 é uma representação gráfica de dados de % de perda de peso ao longo do tempo em minutos (tempo de secagem) produzidos a partir de revestimentos refratários compreendendo um solvente portador compreendendo aproximadamente DMC a 100% e aproximadamente 2% de ligante.

[0034] Figura 19 é uma representação gráfica de dados de perda de peso (tempo de secagem) produzidos a partir de revestimentos refratários compreendendo um solvente portador compreendendo ou aproximadamente 75/25 de DMC/IPA ou aproximadamente DMC a 100% e aproximadamente 2% de aglutinante.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[0035] Embora a presente invenção possa ser suscetível às modalidades em diferentes formas, são descritas aqui, em detalhes, modalidades — preferidas específicas com o entendimento que a presente divulgação deve ser considerada uma exemplificação dos princípios da invenção, e não são planejadas para limitar a invenção às modalidades descritas aqui.

[0036] Uma modalidade preferida da presente invenção compreende um revestimento refratário com teor de VOCs de baixo a ausente tendo características de desempenho que são comparáveis a revestimentos convencionais à base de solvente e um perfil de segurança que é altamente vantajoso em relação a revestimentos refratários conhecidos. A modalidade preferida compreende um portador de éster, tal como carbonato de dimetila ou acetato de t-butila, para formar uma composição de revestimento refratário à base de solvente.

[0037] Em pelo menos uma modalidade preferida da presente invenção, a composição de revestimento refratário à base de solvente de éster é formada como a seguir:

[0038] Uma composição de revestimento refratário (também conhecida como lavagem de molde, tinta ou cobertura) provida de acordo com a presente invenção compreende preferivelmente um portador de éster líquido, um agente de colocação em suspensão, um agente de ligação, água, e uma mistura de enchimento refratário particulado. O portador de éster líquido é preferivelmente primariamente um composto orgânico que é incolor, inflamável, e isento das restrições impostas à maioria dos VOCs nos Estados Unidos. O portador de éster líquido é classificado preferivelmente como um éster de carbonato, com ou sem a presença de um solvente secundário. O agente de colocação em suspensão é preferivelmente um material de rocha natural ou solo de grão fino que compreende um ou mais minerais de argila com traços de óxidos de metal e matéria orgânica. Exemplos do agente de colocação em suspensão incluem paligorsquita, montmorilonita, e sepiolita. O agente de ligação é preferivelmente um copolímero tendo uma afinidade química com o portador de éster líquido na presença ou não de um agente de ligação secundário tal como uma rosina natural. A mistura de enchimento refratário particulado compreende preferivelmente uma fração de tamanho médio a fino, a mistura tendo preferivelmente um tamanho médio de partícula de aproximadamente d<30 mícrons, em que não mais do que aproximadamente 10% em peso ou volume da mistura total de enchimento refratário particulado tem um tamanho de partícula de aproximadamente d<2 mícrons. Exemplos da mistura de enchimento incluem silicato de zircônio (conhecido também como zircão) e/ou silicato de alumínio, grafite, sílica, silicatos de magnésio, e similares incluindo combinações ou misturas de refratários.

[0039] Em uma modalidade preferida da presente invenção, o portador de éster líquido é carbonato de dimetila ("DMC"). DMC tem um ponto de fulgor similar a IPA, e como tal as propriedades de apagado/queimado de DMC são similares a IPA. Adicionalmente, a taxa de evaporação de DMC é muito mais alta do que a do IPA ou etanol. Portanto, os tempos de secagem de revestimentos refratários compreendendo DMC são substancialmente menores do que o dos revestimentos tradicionais compreendendo IPA ou etanol. Isto representa uma vantagem significativa em relação às aplicações de secagem ao ar tradicionais.

[0040] Composições de revestimento refratário exemplares providas de acordo com a presente invenção compreendem — preferivelmente: (1) um DMC portador a aproximadamente 25-100% em peso do portador e IPA a aproximadamente 0-75% em peso do portador, em que o portador compreende aproximadamente 20-80% em peso da composição de revestimento; (ii) argilas a aproximadamente 2% em peso no máximo da composição de revestimento; (iii) um ligante (isto é, um copolímero de acetato de vinila e laurato de vinila em acetato de etila, o copolímero fornecido a aproximadamente 50% em peso do ligante), a aproximadamente 1,5-3,0% em peso da composição de revestimento; (iv) água a aproximadamente 0-2% em peso da composição de revestimento; (v) aditivos a aproximadamente 0-2% em peso da composição de revestimento; e (vi) uma mistura refratária particulada a aproximadamente 13-78,5% em peso da composição de revestimento.

[0041] É contemplado que portadores de ésteres líquidos alternativos podem ser usados em composições de revestimento refratário providas de acordo com a presente invenção, incluindo: acetato de t-butila, acetato de etila, acetato de n-butila, hexanoato de alila, acetato de benzila, butarato de butila, butarato de etila, benzoato de etila, hexanoato de etila, isovalerato de etila, lactato de etila, acetato de isobutila, acetato de isamila, etanoato de etila, oleato de butila, caprato/caprilato de 2-etilhexila, miristato de isopropila, oleato de metila, acetato de n-propila, acetato de 2-etilhexila, acetato de pentila, diacetato de etileno glicol (EGDA), acetato de 2-etilhexila, isobutirato de isobutila (IBIB), e acetato de propila.

[0042] Os portadores de éster mencionados acima também podem ser usados como solventes isentos de VOC para diluição de composições de revestimento refratário antes da aplicação da composição em um artigo de fundição.

[0043] Em outra modalidade preferida da presente invenção, o portador de éster líquido é acetato de t-butila.

[0044] Por exemplo, uma composição de revestimento refratário alternativa provida de acordo com a presente invenção compreende preferivelmente: (i) um acetato de t- butila portador a aproximadamente 52% em peso do portador e IPA/Metanol/Nafta VM&P a aproximadamente 7,5% em peso do portador; (ii) argilas a aproximadamente 1,7% em peso no máximo; (iii) uma resina fenólica a aproximadamente 0,4% em peso; (iv) água a aproximadamente 0,9% em peso; e (vi) uma mistura refratária de zircão a aproximadamente 66% em peso. Antes da aplicação em um molde ou núcleo durante a produção, esta formulação é diluída preferivelmente com acetato de t- butila a aproximadamente 37% de sólidos.

[0045] Para formar um revestimento refratário provido de acordo com a presente invenção, DMC, IPA, e água são adicionados primeiro em um vaso de mistura com cisalhamento médio. Então, argila atapulgita (também conhecida como paligorsquita) é adicionada e o cisalhamento é aumentado a aproximadamente 700 rpm para um diâmetro de lâmina de 55,88 centímetros (22 polegadas). Os materiais misturados formam um gel após aproximadamente 10 minutos de mistura. Pós refratários, tais como uma mistura de zircão, ligante, aditivos, e líquidos restantes, se disponíveis, são então adicionados ao vaso e misturados juntos durante aproximadamente outros 10 minutos. A ação da lâmina é parada e o produto é inspecionado para conformidade com parâmetros apropriados de revestimento refratário.

[0046] Em uma modalidade preferida da presente invenção, um método de uso de um revestimento refratário como descrito aqui e provido de acordo com a presente invenção é como a seguir.

[0047] Um revestimento refratário provido de acordo com a presente invenção pode ser aplicado em um artigo de fundição, tais como moldes e núcleos, de modos variáveis devido a substratos variáveis com os quais o revestimento é usado, e também exigências variáveis do usuário. O revestimento refratário da presente invenção pode ser fornecido em uma forma concentrada. Em todos os casos, O revestimento é aplicado para fornecer uma barreira protetora entre um metal líquido e o molde ou núcleo.

[0048] Antes da aplicação no molde ou núcleo, o revestimento refratário é diluído preferivelmente com um solvente isento de VOCs apropriado até que a viscosidade exigida de aplicação para o revestimento seja alcançada. Revestimentos da presente invenção também podem ser aplicados sem qualquer diluição, tal como em uma forma concentrada, dependendo da aplicação e uso planejado do revestimento. Em uma modalidade preferida da presente invenção, o solvente é um portador de éster líquido compreendendo DMC. Uma vez na viscosidade desejada, o revestimento pode ser aplicado ao molde ou núcleo por vários métodos, incluindo métodos de aplicação por imersão, pulverização, inundação (revestimento por fluxo), escova, esfregão e luva. Aplicação por imersão inclui uma imersão do molde ou núcleo no revestimento. Esta aplicação permite o contato total do revestimento com todas as áreas. Aplicação por pulverização é um sopro do revestimento através do ar na forma de gotas muito pequenas para formar uma camada de revestimento sobre a superfície do molde ou núcleo. Aplicação por inundação é um bombeamento do revestimento através de uma mangueira para borrifar ou inundar o molde ou núcleo. O excesso de revestimento é coletado e usado novamente através da bomba. Todas as aplicações com escova, esfregão, e luva usam uma ferramenta (tal como um pincel de tinta, esfregão de pelo de cavalo, ou luva de algodão) embebida no revestimento e, em contato com o molde ou núcleo para aplicar o revestimento. Embora estes sejam os métodos principais de aplicar um revestimento em um molde ou núcleo na indústria de fundição, a invenção não está limitada a estas aplicações, como será apreciado pelos versados na técnica.

[0049] Em todas as aplicações, o revestimento refratário úmido, provido de acordo com a presente invenção, é deixado secar ou inflamado para remover o portador de éster. É importante remover completamente o portador de éster da camada de revestimento. Se portador de éster residual permanecer, o portador de éster pode ser uma fonte de gás que pode causar defeitos no vazamento do metal.

[0050] Na produção, foi verificado que revestimentos refratários, formados de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção compreendendo DMC, alcançaram uma redução de aproximadamente 50% - 97% no teor de VOCs relatável em comparação com revestimentos refratários convencionais.

[0051] Por exemplo, um primeiro teste de produção inclui um vazamento de peças fundidas de ferro de alta liga e aço de alta liga com pesos de vazamento de aproximadamente 907 kg — 5.353 kg (2.000 lb — 11.800 lb). As peças fundidas foram despejadas usando um processo a vácuo onde um revestimento refratário da linha de base é pulverizado sobre uma película do molde do processo a vácuo. Um revestimento de linha de base compreendendo um portador de IPA foi comparado com duas formulações experimentais de revestimento refratário providas de acordo com a presente invenção. Os revestimentos do experimento, Fórmula A e Fórmula BB, compreendiam ambos um portador de éster e empregaram uma razão de aproximadamente 1:1 de DMC:IPA. A diferença entre Fórmula A e Fórmula B foi a escolha de ligante empregado nas mesmas. Fórmula A usou um ligante natural A, tal como rosina de goma, e Fórmula B usou um ligante sintético B, tal como copolímero de acetato de vinila. A aplicação por pulverização dos revestimentos de Fórmula A e Fórmula B foi satisfatória já que as espessuras exigidas foram desenvolvidas. Tempos de secagem para os revestimentos de Fórmula A e Fórmula B foram em média de 2 minutos, enquanto o revestimento IPA de linha de base secou em uma média de 3 minutos e 30 segundos.

[0052] Os moldes foram então cheios com areia. Ambas as fórmulas experimentais exibiram, ambas, resistência suficiente à erosão de areia. Uma vez que o molde foi extraído do padrão, foi observado que a linha de base (revestimento portador de IPA) e Fórmula A exibiram fissuras no revestimento, enquanto a Fórmula B mostrou resistência melhorada à fissura da camada de revestimento. De acordo com uma prática apreciada pelos versados na técnica, metal foi então despejado nos moldes, os moldes foram deixados resfriar, e as peças fundidas foram jateadas com granalha antes da revisão. Ambas as Fórmulas experimentais A e B exibiram desempenho aceitável das peças fundidas. Além disso, ambos os revestimentos experimentais exibiram propriedades aceitáveis para produzir uma peça fundida comercialmente viável.

[0053] As vantagens dos revestimentos experimentais de

Fórmula A e B incluem, mas não estão limitadas a:

[0054] Fórmula A: Aproximadamente uma redução de 50% em teores de VOCs relatáveis e tempo reduzido de secagem em comparação com revestimentos refratários convencionais.

[0055] Fórmula B: Aproximadamente uma redução de 50% em teores de VOC relatáveis, tempo reduzido de secagem, e resistência melhorada a fissuras na camada de revestimento em comparação com revestimentos refratários convencionais.

[0056] Em um segundo teste de produção, peças fundidas de ferro de alta liga e aço de alta liga foram vazadas com pesos de vazamento de aproximadamente 907 kg — 5.353 kg (2.000 lb — 11.800 lb). As peças fundidas foram despejadas usando o processo a vácuo em que um revestimento refratário é pulverizado sobre a película do molde do processo a vácuo. Um revestimento de linha de base compreendendo um portador de IPA foi comparado com duas formulações experimentais de revestimento refratário providas de acordo com a presente invenção. Uma formulação experimental formada também de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, Fórmula C, foi testada utilizando um portador de éster. Fórmula C empregou um portador de DMC a aproximadamente 100% com o Ligante sintético B descrito acima. A aplicação por pulverização do revestimento de Fórmula C foi satisfatória já que as espessuras exigidas foram desenvolvidas. Tempos de secagem para Fórmula C foram em média 1 minuto e 30 segundos, enquanto o revestimento IPA de linha de base secou em uma média de 3 minutos e 30 segundos.

[0057] Os moldes foram então cheios com areia. Fórmula C exibiu resistência suficiente à erosão da areia. Uma vez que o molde foi extraído do padrão, foi observado que a

Fórmula C mostrou resistência melhorada às fissuras da camada de revestimento refratário. De acordo com a prática apreciada pelos versados na técnica, metal foi vazado, os moldes foram deixados resfriar, e peças fundidas foram jateadas com granalha antes da revisão. Fórmula C exibiu desempenho aceitável da peça fundida. Além disso, Fórmula C exibiu propriedades aceitáveis para produzir uma peça fundida comercialmente viável.

[0058] As vantagens do revestimento experimental de Fórmula C incluem, mas não são limitadas a:

[0059] Fórmula C: Uma redução de aproximadamente 97+º% em teores de VOC relatáveis, tempo reduzido de secagem, e resistência melhorada às fissuras na camada de revestimento em comparação com revestimentos refratários convencionais.

[0060] Em outra modalidade preferida da presente invenção, um revestimento refratário foi novamente produzido com um portador de éster líquido, um agente de colocação em suspensão, um agente de ligação, um dispersante, e uma mistura de enchimento refratário particulado. O portador de éster líquido nesta modalidade é carbonato de dimetila. O agente de colocação em suspensão é preferivelmente uma nanoargila, e mais especificamente uma argila organo- modificada. O componente nanoargila é preferivelmente montmorilonita, um mineral de argila esmectita de 2-a-l camadas com uma estrutura achatada, e uma superfície modificada para se tornar organofílica com compatibilidade aumentada com o solvente e escolha. O agente de ligação é preferivelmente um copolímero tendo uma afinidade química com o portador de éster líquido. O agente dispersante é preferivelmente uma solução isenta de aromáticos de um copolímero em bloco de alto peso molecular com grupos afínicos do pigmento. A mistura de enchimento refratário particulado compreende preferivelmente uma fração de tamanho fino a médio, a mistura tendo preferivelmente um tamanho médio de partícula de aproximadamente d<30 mícrons, em que não mais do que aproximadamente 10% em peso ou volume da mistura total de enchimento refratário particulado tem um tamanho de partícula de aproximadamente d<2 mícrons.

[0061] Outras composições de revestimento refratário exemplares, providas de acordo com a presente invenção, compreendem — preferivelmente: (1) um DMC portador a aproximadamente 100% em peso do portador, em que o portador compreende aproximadamente 28,5-32,5% em peso da composição de revestimento; (ii) organoargila a aproximadamente 2% em peso no máximo; (iii) um agente de ligação, tal como copolímero de acetato de vinila, a aproximadamente 1,5-3,0% em peso; (iv) um dispersante de copolímero em bloco com grupos afínicos do pigmento a aproximadamente 0-0,5% em peso; e (v) uma mistura refratária de zircão a aproximadamente 66% em peso.

[0062] Para produzir um revestimento refratário, provido de acordo com a presente invenção, DMC é adicionado em um vaso de mistura com cisalhamento médio. Então, a argila é adicionada e o cisalhamento é aumentado a aproximadamente 700 rpm para um diâmetro de lâmina de 55,88 centímetros (22 polegadas). Os materiais misturados formam um gel após aproximadamente 10 minutos de mistura. Pó(s) refratário(s), ligante, e dispersante são então adicionados ao vaso e misturados juntos por aproximadamente outros 10 minutos. A ação da lâmina é parada e o produto é inspecionado para conformidade com parâmetros apropriados de revestimento refratário.

[0063] Em outra composição de revestimento refratário formada de acordo com a presente invenção, Fórmula D foi feita compreendendo aproximadamente portador de DMC a 100% e refratário de zircão. Neste exemplo, o portador é preferivelmente 36,2% em peso da composição. Este revestimento foi testado pelo método EPA 24 e verificado como tendo teor zero de VOCs quantificáveis com um limite de detecção de <0,05% em peso. Na produção, Fórmula D foi usada para pulverizar moldes verdes de areia em uma fundição de alta produção. Os moldes verdes de areia são produzidos e requerem montagem dentro de aproximadamente 15 minutos para atender às necessidades de produção. O revestimento de Fórmula D é preferivelmente completamente seco antes da montagem para evitar defeitos de fundição relacionados com gás. A Fórmula D é preferida nesta aplicação porque as fundições tipicamente não podem permitir VOCs adicionais em tais linhas, assim opções tradicionais à base de solvente são desvantajosas porque elas resultam em emissão de VOCs. Revestimentos à base de água se adaptariam dentro dos padrões permitidos para emissão de VOCs, mas estes tipos de revestimentos não secariam dentro do tempo exigido antes da montagem (isto é, aproximadamente 15 minutos ou menos). Embora um revestimento à base de acetona se adaptasse tanto aos parâmetros de tempo de secagem como de permissão, o baixo ponto de fulgor leva a considerar esta tecnologia como tendo muito risco de explosão e incêndio para ser utilizada. Revestimentos à base de éster isentos de VOC, tal como Fórmula D, são, portanto, preferidos e atendem a todas as exigências de emissões isentas de VOCs. Especificamente, a Fórmula D à base de DMC atende a todas as exigências. Fórmula D foi produzida e diluída em graus Baumé para aplicação por pulverização com DMC. As propriedades da mistura foram aceitáveis para esta aplicação. Propriedades da aplicação por pulverização foram apropriadas para um revestimento uniforme nos moldes. Várias peças fundidas de ferro cinza e dúcteis e grandes (226,7 — 2.267,9 kg (500 lb — 5.000 1b)) foram vazadas. Os resultados foram substancialmente melhores do que com moldes não revestidos, o que resultou em tempos de limpeza significativamente menores.

[0064] Um revestimento de pasta convencional à base de solvente também pode ser diluído com acetato de t-butila para alcançar uma redução na emissão de VOCs do revestimento. O revestimento foi diluído para revestimento típico por inundação ou viscosidade de imersão (propriedades abaixo na tabela 1) e aplicados em um núcleo. As propriedades de aplicação foram aceitáveis para revestimento por inundação. As propriedades de ignição foram suficientes para secagem sem calor excessivo para o núcleo. Adicionalmente, e mais importante, as emissões de VOCs foram reduzidas como um resultado da diluição com acetato de t-butila. É contemplado que outros ésteres têm uma redução similar de emissão de VOCs. Tabela 1

Claims

REIVINDICAÇÕES EMENDADAS

1. Composição de revestimento refratário para uso em fundição caracterizada pelo fato de que compreende: um portador de líquido compreendendo um portador de éster, o portador de éster sendo fornecido em aproximadamente 25% a 100% em peso do portador de líquido e aproximadamente 20% a 80% em peso da composição; um ligante fornecido a aproximadamente 0,4% a 3% em peso da composição; água fornecida a até aproximadamente 2% em peso da composição; um ou mais aditivos fornecidos a até aproximadamente 2% em peso da composição; e um material refratário particulado fornecido a aproximadamente 13 a 78,5% em peso da composição.

2. Composição de revestimento refratário, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o portador de éster é um éster de carbonato.

3. Composição de revestimento refratário, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o éster de carbonato é carbonato de dimetila.

4. Composição de revestimento refratário, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o portador de éster é acetato de t-butila.

5. Composição de revestimento refratário, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o portador de líquido compreende adicionalmente um portador orgânico volátil.

6. Composição de revestimento refratário, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende “adicionalmente um agente de colocação em suspensão.

7. Composição de revestimento refratário, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o ligante é um copolímero de acetato de vinila e laurato de vinila fornecido a aproximadamente 50% em peso do ligante.

8. Composição de revestimento refratário, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o ligante é uma rosina natural ou uma resina de hidrocarboneto.

9. Composição de revestimento refratário, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o material refratário particulado é uma farinha de silicato de zircônio tendo um tamanho médio de partícula de aproximadamente d<30 mícrons, e em que não mais do que aproximadamente 10% em peso ou volume do material refratário particulado tem um tamanho de partícula de aproximadamente d<2 mícrons.

10. Composição de revestimento refratário, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que: (i) o agente de colocação em suspensão é uma organoargila; (ii) o ligante é um copolímero; (iii) o material refratário particulado compreende zircão, silicato de alumínio, sílica, alumina, ou uma combinação de materiais refratários particulados fornecidos; (iv) e o aditivo é um agente umectante, desespumante, dispersante, ou um modificador de reologia.

11. Método para redução de teor de VOCs em um artigo de fundição, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

formar um artigo de fundição; formar uma composição de revestimento refratário compreendendo um portador de líquido tendo um portador de éster; aplicar a composição no artigo de fundição; secar a composição para remover o portador de éster; em que a composição compreende: o portador de éster sendo fornecido em aproximadamente 25% a 100% em peso do portador de líquido e aproximadamente 20% a 80% em peso da composição; um ligante fornecido a aproximadamente 0O,4% a 3% em peso da composição; água fornecida a até aproximadamente 2% em peso da composição; um ou mais aditivos fornecidos a até aproximadamente 2% em peso da composição; e um material refratário — particulado fornecido a aproximadamente 13 a 78,5% em peso da composição.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o portador de éster é um éster de carbonato.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de diluir a composição com um solvente isento de VOCs.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o portador de éster é acetato de t-butila ou carbonato de dimetila.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o portador de líquido compreende adicionalmente um portador orgânico volátil.

16. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um agente de colocação em suspensão.

17. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o ligante é um copolímero de acetato de vinila e laurato de vinila fornecido a aproximadamente 50% em peso do ligante.

18. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o aditivo é um agente umectante, desespumante, dispersante, ou um modificador de reologia.

19. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o material refratário particulado é uma farinha de silicato de zircônio tendo um tamanho médio de partícula de aproximadamente d<30 mícrons, e em que não mais do que aproximadamente 10% em peso ou volume do material refratário particulado tem um tamanho de partícula de aproximadamente d<2 mícrons.

20. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o artigo de fundição é um núcleo ou molde, o agente de colocação em suspensão é uma organoargila, o ligante é um copolímero e o material refratário particulado uma mistura refratária de zircão.

21. Método para a redução de teor de VOCs em um artigo de fundição, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: fornecer uma composição de revestimento refratário tendo um portador de solvente que compreende VOCs; e diluir a composição com um solvente isento de voc.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21,

caracterizado pelo fato de que o portador de solvente é selecionado dentre o grupo consistindo de etanol, metanol, nafta, e álcool isopropílico.

23. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o solvente isento de VOC é um portador de éster.