BR112021010008B1 - Pó de molde e revestimento de molde sobre uma superfície interna de um molde de fundição - Google Patents
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Abstract
pó de molde e revestimento de molde sobre uma superfície interna de um molde de fundição. a presente invenção se refere a um pó de molde para revestir moldes fundidos para reduzir defeitos de superfície, como pequenos orifícios, em produtos de ferro fundido dúctil. o pó de molde compreende de 10 a 99,5% em peso de uma liga de ferrossilício, de 0,5 a 50% em peso de sulfeto de ferro e, opcionalmente, 1 a 30% em peso de casi e/ou de 1 a 10% em peso de caf2. a invenção se refere adicionalmente a um revestimento de molde sobre uma superfície interna de um molde de fundição, que compreende de 10 a 99,5% em peso de uma liga de ferrossilício, de 0,5 a 50% em peso de sulfeto de ferro e, opcionalmente, de 1 a 30% em peso de casi e/ou de 1 a 10% em peso de caf2.
Description
[001] A presente invenção se refere a um pó de molde para revestir a superfície interna de um molde usada na fundição de ferro fundido dúctil e a um revestimento de molde sobre uma superfície interna de um molde de fundição.
[002] Os tubos de ferro dúctil são geralmente produzidos por fundição centrífuga. Na fundição centrífuga, o metal fundido é despejado dentro da cavidade de um molde de metal que gira rapidamente e o metal é mantido contra a parede do molde por força centrífuga e se solidifica sob a forma de tubos. A máquina de fundição tipicamente compreende um molde de aço cilíndrico circundado por uma camisa de água e o ferro dúctil líquido é introduzido através de vazamento; tal máquina de fundição é conhecida como máquina de fundição de DeLavaud. O molde é revestido por um pó de molde sobre a superfície interna. O uso de pó de molde sobre a superfície interna do molde tem vários propósitos, dentre eles: - criar uma barreira térmica a fim de aumentar a vida útil do molde, - facilitar a extração do produto moldado do molde, - reduzir a quantidade de carburetos formados no produto moldado, - reduzir defeitos de superfície.
[003] O documento US 4.058.153 revela um processo para a produção de tubos de ferro dúctil por fundição centrífuga em um molde giratório. A superfície interna do molde é revestida com uma mistura de sílica e bentonita em suspensão em água e uma camada fina de produto inoculante em pó. Esse processo de produção é comumente chamado de "aspersão a úmido".
[004] No processo de "aspersão a seco", os pós de molde podem ser compostos de uma mistura de vários componentes, incluindo um inoculante, componentes que reduzem a formação de defeitos (especialmente pequenos orifícios) na superfície fundida e uma carga mineral inerte. Um pó de molde convencional é descrito no documento US 7.615.095 B2 que contém ferrossilício, CaSi, CaF2 e um metal altamente redutor como Mg ou Ca. Entretanto, com um excesso de Mg puro, pode haver a formação de MgO (inclusão de lâmina) sobre a superfície do molde e isso pode levar a efeitos indesejáveis.
[005] Um dos principais defeitos em tubos de ferro dúctil são os defeitos na superfície, como pequenos orifícios. Os pequenos orifícios são tipicamente furos localizados na superfície externa dos tubos e são geralmente indesejáveis em produtos fundidos, uma vez que eles podem comprometer a integridade estrutural dos produtos fundidos. Em tubos de ferro fundido, os pequenos orifícios são defeitos que podem gerar vazamento de água quando os tubos são conectados à pressão da água. Os pequenos orifícios são mais comuns em tubos com diâmetros pequenos, como diâmetros de 80 mm a 300 mm. Além disso, os pequenos orifícios são mais frequentes em tubos de ferro fundido dúctil produzidos com o processo de aspersão a seco, em comparação com o processo de aspersão a úmido. Sob certas condições, a composição química do ferro fundido, por exemplo, alto equivalente de carbono, e a temperatura de vazamento, é desafiador evitar a formação de pequenos orifícios.
[006] Se houver um grande número de pequenos orifícios sobre a superfície do produto de tubo fundido, as fundições de tubo podem aumentar a taxa de adição de pó de molde, já que esse aumento de pó de molde sobre a superfície do molde pode reduzir a formação de pequenos orifícios. Entretanto, uma alta taxa de adição do pó de molde gera custo mais alto além de poder levar a problemas de escória. Há também um risco de o ferrossilício não dissolvido no tubo fundido poder causar propriedades mecânicas reduzidas. Se o aumento da taxa de pó de molde sobre a superfície do molde não for suficiente para evitar a formação de pequenos orifícios, as fundições tipicamente precisam substituir o molde de aço.
[007] O objetivo da presente invenção é, portanto, fornecer um pó de molde para revestimento da superfície interna de moldes de fundição para fundição de ferro fundido que alivia ao menos algumas das desvantagens discutidas acima.
[008] Um outro objetivo da presente invenção é fornecer um pó de molde que evite, ou ao menos reduza significativamente a formação de pequenos orifícios em tubos de ferro dúctil. Um outro objetivo é fornecer um pó de molde que reduza o número de pequenos orifícios em tubos de ferro fundido dúctil, sem as desvantagens acima.
[009] Em um primeiro aspecto, a presente invenção se refere a um pó de molde para revestir a superfície interna de moldes de fundição que compreende 10 a 99,5% em peso de uma liga de ferrossilício, 0,5 a 50% em peso de um sulfeto de ferro e, opcionalmente, 1 a 30% em peso de liga de CaSi, e/ou 1 a 10% em peso de CaF2.
[0010] Em uma modalidade, o pó de molde compreende de 50 a 95% em peso de liga de ferrossilício e de 5 a 50% em peso de sulfeto de ferro.
[0011] Em uma modalidade, o pó de molde compreende de 70 a 90% em peso de liga de ferrossilício e de 10 a 30% em peso de sulfeto de ferro.
[0012] Em uma modalidade, o pó de molde compreende de 50 a 70% em peso de liga de ferrossilício e de 30 a 50% em peso de sulfeto de ferro.
[0013] Em uma modalidade, o pó de molde compreende: 30 a 90% em peso de uma liga de ferrossilício; 0,5 a 30% em peso de um sulfeto de ferro; 5 a 30% em peso de liga de CaSi; e 1 a 10% em peso de CaF2.
[0014] Em uma modalidade, o sulfeto de ferro é FeS, FeS2 ou uma mistura dos mesmos.
[0015] Em uma modalidade, a liga de ferrossilício compreende entre 40% e 80% em peso de silício; até 6% em peso de cálcio; até 11% em peso de bário; até 5% em peso de um ou mais dos elementos: alumínio, estrôncio, manganês, zircônio, elementos de terras raras, bismuto e antimônio; opcionalmente até 3% em peso de magnésio; opcionalmente até 1% em peso de titânio; opcionalmente até 1% em peso de chumbo; e o restante de ferro e impurezas incidentais nas quantidades habituais.
[0016] Em uma modalidade, a liga de CaSi compreende 28 a 32% em peso de cálcio, o restante de silício e impurezas incidentais na quantidade normal.
[0017] Em uma modalidade, o tamanho de partícula da liga de ferrossilício se situa entre 60 μm e 0,5 mm.
[0018] Em uma modalidade, o tamanho de partícula do sulfeto de ferro se situa entre 20 μm e 0,5 mm.
[0019] Em uma modalidade, o pó de molde está sob a forma de uma mistura ou blenda mecânica das partículas de liga de ferrossilício e das partículas de sulfeto de ferro, e da liga de CaSi, e CaF2 opcionais, sob a forma de particulado.
[0020] Em uma modalidade, o pó de molde está sob a forma seca, sob a forma de uma pasta fluida molhada, ou de uma aspersão seca ou úmida.
[0021] Em um segundo aspecto, a presente invenção se refere a um molde que reveste uma superfície interna de um molde de fundição que compreende 10 a 99,5% em peso de uma liga de ferrossilício, 0,5 a 50% em peso de um sulfeto de ferro e, opcionalmente, 1 a 30% em peso de liga de CaSi, e/ou 1 a 10% em peso de CaF2.
[0022] Em uma modalidade, o revestimento de molde compreende de 50 a 95% em peso de liga de ferrossilício e de 5 a 50% em peso de sulfeto de ferro.
[0023] Em uma modalidade, o revestimento de molde compreende de 70 a 90% em peso de liga de ferrossilício e de 10 a 30% em peso de sulfeto de ferro.
[0024] Em uma modalidade, o revestimento de molde compreende de 50 a 70% em peso de liga de ferrossilício e de 30 a 50% em peso de sulfeto de ferro.
[0025] Em uma modalidade, o revestimento do molde compreende: 30 a 90% em peso de uma liga de ferrossilício; 0,5 a 30% em peso de um sulfeto de ferro; 5 a 30% em peso de liga de CaSi; e 1 a 10% em peso de CaF2.
[0026] Em uma modalidade do revestimento do molde, o sulfeto de ferro é FeS, FeS2 ou uma mistura dos mesmos.
[0027] Em uma modalidade do revestimento de molde, a liga de ferrossilício compreende entre 40% e 80% em peso de silício; até 6% em peso de cálcio; até 11% em peso de bário; até 5% em peso de um ou mais dos elementos: alumínio, estrôncio, manganês, zircônio, elementos de terras raras, bismuto e antimônio; opcionalmente até 3% em peso de magnésio; opcionalmente até 1% em peso de titânio; opcionalmente até 1% em peso de chumbo; e o restante de ferro e impurezas incidentais nas quantidades habituais.
[0028] Em uma modalidade do revestimento de molde, a liga de CaSi compreende 28 a 32% em peso de cálcio, e o restante de silício e impurezas incidentais na quantidade normal.
[0029] Em uma modalidade do revestimento do molde, o tamanho de partícula da liga de ferrossilício se situa entre 60 μm e 0,5 mm.
[0030] Em uma modalidade do revestimento do molde, o tamanho de partícula do sulfeto de ferro se situa entre 20 μm e 0,5 mm.
[0031] Em uma modalidade, o revestimento do molde é aplicado em uma quantidade de cerca de 0,1 a cerca de 0,5% em peso, por exemplo, 0,2 a 0,4% em peso, com base no peso de ferro fundido introduzido no molde.
[0032] Em um terceiro aspecto, a presente invenção se refere ao uso do molde em pó de acordo com o primeiro aspecto, e às modalidades do primeiro aspecto, como um revestimento sobre uma superfície interna de um molde fundido em um processo de fundição de ferro fundido dúctil. O uso do pó de molde de acordo com a presente invenção, como um revestimento sobre a superfície interna de um molde fundido na fundição de ferro fundido dúctil, compreende aplicar o pó de molde sobre a superfície do molde sob a forma de uma aspersão seca ou úmida. O pó de molde de acordo com a presente invenção pode ser usado como um revestimento sobre a superfície interna de um molde fundido na fundição de um tubo de ferro fundido dúctil, por exemplo, por um processo de fundição centrífuga.
[0033] A Figura 1 ilustra uma seção transversal de uma parte de um molde de aço, com uma camada ou revestimento de molde e uma parte de um tubo de ferro dúctil.
[0034] A presente invenção se refere a um pó de molde adequado para revestir a superfície interna de moldes fundidos para reduzir defeitos de superfície, como pequenos orifícios, em produtos de ferro fundido dúctil, especialmente tubos de ferro fundido dúctil fundidos por um processo de fundição centrífuga. É feita referência à Figura 1, que ilustra a seção transversal de uma parte de um molde 1 tendo uma camada de pó de molde 2 revestida sobre sua superfície interna, e o tubo de ferro dúctil 3 fundido no molde.
[0035] Os presentes inventores descobriram que quando o ferro fundido líquido reage com óxidos na superfície do molde, um gás pode ser formado e causar a formação de pequenos orifícios. Acredita-se que o magnésio usado no tratamento de nodularização de ferro fundido dúctil diminui a porcentagem de oxigênio e enxofre contidos no ferro fundido, o que leva a um aumento na tensão superficial do ferro fundido líquido. O gás produzido na reação entre o metal líquido e os óxidos na superfície do molde não é capaz de se difundir a partir do interior do metal líquido devido à tensão superficial do ferro fundido líquido, como consequência, o gás é aprisionado sob a superfície líquida e, assim, pequenos orifícios se formam. Os presentes inventores descobriram que a adição de sulfeto de ferro no pó de molde possibilitou modificar (isto é, baixar) a tensão superficial do ferro fundido líquido, e essa modificação da tensão superficial permitiu a difusão dos gases aprisionados no metal líquido, evitando, assim, a formação de pequenos orifícios.
[0036] O pó de molde de acordo com a presente invenção geralmente compreende de 10 a 99,5% em peso de uma liga de ferrossilício, e de 0,5 a 50% em peso de sulfeto de ferro. O sulfeto de ferro sendo FeS, FeS2 ou uma mistura dos mesmos. O pó de molde pode opcionalmente compreender de 1 a 30% em peso de liga de CaSi, e/ou de 1 a 10% em peso de CaF2.
[0037] A liga de ferrossilício (FeSi) é uma liga de silício e ferro que geralmente compreende entre 40% em peso e 80% em peso de silício. O teor de silício pode ser ainda maior, por exemplo, até 95% em peso, entretanto, tais ligas de FeSi com alto teor de silício não são normalmente usadas nas aplicações de fundição. As ligas de FeSi com alto teor de silício podem também ser chamadas de liga à base de silício. A liga de ferrossilício no presente pó de molde tem um efeito inoculante para controlar a morfologia da grafita no ferro fundido e reduzir o nível de resfriamento (isto é, a formação de carbonetos de ferro) no produto fundido. Exemplos de ligas de ferrossilício de grau padrão adequadas são FeSi75, FeSi65 e/ou FeSi45 (isto é, ligas de ferrossilício com cerca de 75% em peso, 65% em peso ou 45% em peso de silício, respectivamente).
[0038] Os graus padrão de ligas de ferrossilício geralmente contêm algum cálcio (Ca) e alumínio (Al), como até 2% em peso de cada um. A quantidade de cálcio na liga de FeSi no presente pó de molde pode, entretanto, ser maior, como até 6% em peso, ou menor, por exemplo, cerca de 1% em peso, ou cerca de 0,5% em peso. A quantidade de cálcio na liga de FeSi pode também ser baixa, como um máximo de 0,1% em peso. A quantidade de Al na liga base de FeSi pode ser de até cerca de 5% em peso. Tipicamente, a quantidade de alumínio na liga de FeSi deve estar entre 0,3 e 5% em peso.
[0039] Como é de conhecimento geral na técnica, os inoculantes de liga de ferrossilício podem incluir outros elementos, além dos ditos Ca e Al, como Mg, Mn, Zr, Sr, Ba, Ti, Bi, Sb, Pb, Ce, La em quantidades variadas dependendo das condições metalúrgicas e dos efeitos sobre o ferro fundido. Uma liga de ferrossilício adequada para o presente pó de molde pode compreender, além dos ditos cálcio e alumínio, até cerca de 11% em peso de Ba, até cerca de 5% em peso de um ou mais dos seguintes elementos: estrôncio (Sr), manganês (Mn), zircônio (Zr), elementos de terras raras (TR), bismuto (Bi), e antimônio (Sb), e o restante de ferro e impurezas incidentais nas quantidades habituais. Os elementos Ba, Sr, Mn, Zr, RE, Bi e Sb podem não estar presentes na liga de FeSi como elementos de liga, significando que os ditos elementos não são deliberadamente adicionados à liga de FeSi, entretanto, em algumas ligas de FeSi, os ditos elementos podem ainda estar presentes em níveis de impureza, como cerca de 0,01% em peso. Um ou mais dos elementos Ba, Sr, Mn, Zr, RE, Bi e Sb podem estar presentes em uma quantidade acima de cerca de 0,3% em peso na liga de FeSi. Em alguns casos, a quantidade de Ba na liga de ferrossilício é de até cerca de 8% em peso. Em alguns casos, a liga de ferrossilício pode também conter até 3% em peso de magnésio, por exemplo, até 1% em peso de Mg, e/ou até 1% em peso de Ti e/ou até 1% em peso de Pb.
[0040] O sulfeto de ferro no pó de molde é FeS, FeS2 ou uma mistura dos mesmos. A quantidade de FeS é de 0,5 a 50% em peso, com base no peso total do pó de molde. Se o sulfeto de ferro for FeS2, a quantidade deve ser, de preferência, de até 30% em peso, com base no peso total do pó de molde. Para o pó de molde de acordo com a presente invenção, o sulfeto de ferro é, de preferência, FeS. Deve ser observado que o sulfeto de ferro no presente pó de molde pode ser uma mistura de FeS e FeS2. O sulfeto de ferro reduz significativamente a formação de pequenos orifícios na superfície de ferro fundido. A presença de sulfeto de ferro no revestimento do molde diminui a tensão superficial do ferro líquido introduzido no molde. O efeito da tensão superficial reduzida é que as bolhas de gás aprisionadas no ferro fundido líquido podem se difundir e, portanto, a formação de pequenos orifícios é evitada, ou ao menos significativamente reduzida. Se o teor de sulfeto de ferro no pó de molde for muito alto (mais que cerca de 50% em peso de FeS, ou cerca de 30% em peso de FeS2), há um risco de se obter grafita em flocos em vez de grafita esferoidal no produto de ferro fundido. Portanto, o limite superior do sulfeto de ferro é 50% em peso. Se a quantidade de sulfeto de ferro no pó de molde for menor que 0,5% em peso, a tensão superficial pode não ser suficientemente reduzida para a difusão das bolhas de gás no ferro fundido líquido, dessa forma, pequenos orifícios podem se formar. Além disso, em pequenas quantidades de sulfeto de ferro no pó de molde, como entre 0,5 e 3% em peso pode ser mais desafiador obter uma blenda homogênea do pó de molde. Portanto, o teor de sulfeto de ferro no pó de molde é, de preferência, ao menos 3% em peso.
[0041] A liga de CaSi é um componente convencional atualmente usado em pós de molde e tem um efeito de redução de pequenos orifícios, bem como um leve efeito inoculante. A liga de CaSi, que também pode ser chamada de siliceto de cálcio ou dissiliceto de cálcio (CaSi2) contém cerca de 30% em peso de cálcio, tipicamente 28 a 32% em peso e o restante de silício e impurezas incidentais na quantidade normal. A liga de CaSi industrial normalmente contém Fe e A1 como contaminantes primários. O teor de Fe em uma liga de CaSi de grau padrão é tipicamente até cerca de 4% em peso e A1 é tipicamente até cerca de 2% em peso. A liga de CaSi de grau padrão tipicamente compreende cerca de 55 a 63% em peso de Si. Uma grande quantidade de liga de CaSi no pó de molde pode entupir a matriz de fundição centrífuga. Uma outra desvantagem do uso de CaSi é que inclusões de escória podem se formar e se depositar sobre a superfície do tubo de ferro fundido, causando defeitos no tubo de ferro fundido ou defeitos na superfície. Adicionalmente, o cálcio não tem substancialmente nenhuma solubilidade com ferro líquido e pode gerar óxidos/sulfetos. Essas desvantagens podem reduzir o tempo de vida útil do molde e levar a defeitos de superfície nos produtos de ferro fundido, especialmente pequenos orifícios, conforme explicado acima. Portanto, a substituição, ou ao menos a redução da quantidade da liga de CaSi convencional com sulfeto de ferro tem vantagens adicionais à medida que o sulfeto de ferro reduz, ou não leva a obstrução do molde de fundição centrífuga. De acordo com a presente invenção, o pó de molde pode compreender entre 1 e 30% em peso de liga de CaSi. A liga de CaSi pode ser qualquer liga de CaSi comercial compreendendo cerca de 30% em peso de Ca, conhecida no campo. O pó de molde de acordo com a presente invenção que inclui liga de CaSi é, por exemplo, adequado para fundição de produtos de ferro fundido que são menos propensos à formação de pequenos orifícios, uma vez que tais processos de fundição exigem menos sulfeto de ferro na composição de pó de molde. O pó de molde compreendendo liga de CaSi e uma quantidade menor de sulfeto de ferro pode também ser necessário durante a fundição de composições de ferro fundido que são mais suscetíveis de formarem grafite em flocos na presença de enxofre.
[0042] O CaF2 também é um componente convencional em pós de molde. O CaF2 reduz a temperatura do ponto de fusão da escória, fornecendo mais escória líquida, o que melhora a superfície dos tubos fundidos. O CaF2 também tem um efeito de redução de orifício, entretanto, o efeito de redução de orifício de CaF2 não é suficiente para evitar a formação de pequenos orifícios em tubos de ferro fundido dúctil. De acordo com a presente invenção, o pó de molde pode compreender entre 1 e 10% em peso de CaF2. O pó de molde de acordo com a presente invenção incluindo CaF2, possivelmente em adição à liga de CaSi, é, por exemplo, adequado para fundição de produtos de ferro fundido que são menos propensos à formação de pequenos orifícios, já que tais processos de fundição exigem menos sulfeto de ferro na composição de pó de molde.
[0043] Conforme declarado anteriormente, o sulfeto de ferro pode substituir completa ou parcialmente a liga de CaSi, que tem sido tradicionalmente usada como o componente redutor de orifício em pós de molde, reduzindo, assim, e até mesmo eliminando, quaisquer desvantagens associadas à presença de CaSi em tal pó de molde, resultando em significativamente menos defeitos de orifício na superfície do tubo. Um pó de molde de acordo com a presente invenção compreendendo apenas a liga de FeSi e o sulfeto de ferro tem, adequadamente, a composição de 5 a 50% em peso de sulfeto de ferro e de 50 a 95% em peso de liga de FeSi. Exemplos de faixas adequadas são, por exemplo, 10 a 40% em peso de sulfeto de ferro e 60 a 90% em peso de liga de FeSi, 10 a 30% em peso de sulfeto de ferro e 70 a 90% em peso de liga de FeSi, 30 a 50% em peso de sulfeto de ferro e 50 a 70% em peso de liga de FeSi. O FeS é a forma preferencial do sulfeto de ferro, entretanto, se o sulfeto de ferro é FeS2 ou uma mistura dos dois, a quantidade relativa de sulfeto de ferro no molde em pó deve ser menor em comparação com a forma FeS do sulfeto de ferro. Se o sulfeto de ferro for apenas FeS2, uma quantidade adequada é de até cerca de 30% em peso.
[0044] O pó de molde de acordo com a presente invenção pode adicionalmente compreender CaF2e/ou liga de CaSi. As composições de pó de molde adequadas compreendendo liga de CaSi e/ou CaF2 além de liga de FeSi e sulfeto de ferro têm de 0,5 a 30% em peso de sulfeto de ferro; de 30 a 90% em peso de liga de FeSi; de 5 a 30% em peso de liga de CaSi, e de 1 a 10% em peso de CaF2.
[0045] Nos exemplos de composições de pó de molde fornecidos a seguir, todas as razões são baseadas em porcentagem em peso; entretanto, deve-se notar que estes exemplos não devem ser considerados como limitadores da presente invenção, uma vez que a composição de pó de molde pode ser alterada dentro das faixas conforme definidas na seção Sumário da invenção acima: 10% de FeS + 90% de FeSi75 20% de FeS + 10% de CaSi + 10%de CaF2 + 60% de FeSi75 30% de FeS + de 10%de CaSi + 60% de FeSi75 25% de FeS + 5% de CaF2 + 70% de FeSi65 15% de FeS2 + 10% de CaSi + 75% de FeSi45
[0046] Deve-se notar que o FeSi75, FeSi65 e FeSi45 indicados nas composições de pó de molde exemplificadas podem ser substituídos uns pelos outros, ou ser uma mistura das ligas de FeSi75, FeSi65 e FeSi45.
[0047] A quantidade de sulfeto de ferro incluída no pó de molde de acordo com a presente invenção, e/ou a quantidade de liga de ferrossilício, por exemplo, FeSi45, FeSi65 ou FeSi75, para uso em tubos de ferro dúctil podem variar dependendo de fatores diferentes. Os fatores que influenciam a formação de pequenos orifícios são, por exemplo:
[0048] O processo de produção: Atualmente, é comum usar liga pura de CaSi apenas nos processos de aspersão a úmido. No processo de aspersão a úmido, a mistura "água+ bentonita+ SiO2" (chamada de aspersão a úmido) é aplicada sobre a superfície de aço do molde e pó de liga de CaSi é usado no topo da camada de aspersão a úmido. O pó de molde de acordo com a presente invenção pode ser adicionado ao revestimento úmido, ou o pó pode ser introduzido no topo de tal revestimento úmido. Para o processo DeLavaud, isto é, o processo de fundição em que o molde de metal centrífugo é circundado por uma camisa de água, é comum o uso de um produto que compreende um inoculante, CaF2, MgF2 e liga de CaSi como um revestimento de molde. O presente pó de molde compreendendo sulfeto de ferro pode ser usado tanto no processo de DeLavaud (aspersão a seco) quanto no processo de aspersão a úmido, os quais processos podem exigir diferentes níveis de sulfeto de ferro, influenciados por fatores como:
[0049] Espessura do tubo: Em tubos com uma pequena espessura de parede, como de 3 a 4 mm, há um alto risco de que pequenos orifícios estejam presentes. Com uma espessura de 4 a 20 mm, há um risco médio, e acima de 20 mm, há normalmente um baixo risco de que pequenos orifícios estejam presentes.
[0050] Quantidade de Mg residual no fundido de ferro fundido: Após o tratamento com Mg (nodularização), há Mg residual no ferro. Em teores altos de Mg no fundido de ferro fundido, normal na produção de ferro fundido dúctil, o risco de formação de defeitos de perfuração é maior.
[0051] A quantidade de pó de molde para cobrir a matriz de fundição centrífuga depende da quantidade de ferro fundido líquido introduzida no molde.
[0052] O estado de limpeza da matriz de fundição centrífuga (quantidade de depósito de incrustação dentro da matriz de fundição centrífuga). Com os depósitos de incrustação, há o risco de haver uma reação com o elemento fixado sobre a superfície e, em tais casos, mais pó de molde e/ou quantidades maiores de sulfeto de ferro podem ser necessárias.
[0053] Todos os componentes do pó de molde de acordo com a invenção estão sob a forma de particulado na faixa de mícrons. O tamanho de partícula das partículas de liga de ferrossilício está tipicamente entre 60 μm e 0,5 mm. O tamanho de partícula típico do sulfeto de ferro, ambos FeS e FeS2, se situa entre 20 μm e 0,5 mm. O tamanho de partícula da liga de CaSi e do CaF2 deve estar dentro do tamanho convencional, que está na faixa indicada acima de 20 μm a 0,5 mm. a distribuição de tamanho do pó de molde é 0,063 a 0,5 mm com partículas abaixo de 0,063 mm = 0 a 50% e partículas acima de 0,5 mm = 0 a 20%.
[0054] O pó de molde de acordo com a invenção é usado como um revestimento do molde sobre moldes de fundição, como moldes permanentes, e sobre elementos de inserção de molde e/ou elementos de núcleo, usados na fundição de ferro fundido dúctil, a fim de evitar a formação de pequenos orifícios e outros defeitos de superfície. O presente pó de molde é especialmente adequado para revestir moldes e elementos de inserção de molde usados na fundição de tubos de ferro dúctil fundido, por um processo de fundição centrífuga. O pó de molde deve estar sob a forma de uma mistura ou blenda mecânica da liga de ferrossilício e do sulfeto de ferro, e CaSi e/ou CaF2, se estiverem presentes. O pó de molde pode ser aplicado à superfície interna do molde, e à superfície de quaisquer elementos de inserção de molde, sob a forma seca ou sob a forma úmida como uma pasta fluida úmida. O pó de molde pode ser aplicado sobre a superfície do molde e à superfície de quaisquer elementos de inserção do molde, de acordo com métodos conhecidos, sendo que a aspersão é o método convencional. A taxa de adição do presente pó de molde corresponde a taxas de adição normais, tipicamente de cerca de 0,1 a 0,5% em peso por exemplo, de 0,2 a 0,4% em peso ou de 0,25 a 0,35% em peso com base no peso de ferro fundido introduzido no molde.
[0055] A presente invenção também se refere a um revestimento de molde sobre uma superfície interna de um molde de fundição e sobre quaisquer elementos de inserção de molde, compreendendo de 10 a 99,5% em peso de uma liga de ferrossilício, de 0,5 a 50% em peso de um sulfeto de ferro e, opcionalmente, de 1 a 30% em peso de liga de CaSi e/ou de 1 a 10% em peso de CaF2. Os constituintes e as quantidades dos constituintes no revestimento do molde são iguais àqueles descritos acima em relação ao pó de molde, de acordo com a presente invenção. O revestimento de molde sobre a superfície interna de um molde de fundição de ferro fundido pode ser aplicado em uma quantidade de cerca de 0,1 a 0,5% em peso, por exemplo, 0,2 a 0,4% em peso ou 0,25 a 0,35% em peso, com base no peso de ferro fundido introduzido no molde.
[0056] O método de produção do presente pó de molde compreende fornecer liga de ferrossilício e sulfeto de ferro sob a forma de particulado, e se presente, fornecer liga de CaSi particulado e/ou CaF2, na razão desejada, conforme indicado acima. Qualquer misturador adequado para misturar/mesclar particulados e/ou materiais em pó pode ser usado. Se necessário, os materiais podem ser triturados ou moídos até um tamanho de partícula adequado, de acordo com métodos conhecidos.
[0057] O pó de molde de acordo com a presente invenção é usado como um revestimento sobre as superfícies internas dos moldes para reduzir defeitos de superfície, especialmente pequenos orifícios, durante a fundição de ferro fundido dúctil. O pó de molde é particularmente adequado para aplicação na superfície interna do molde de moldes de fundição centrífuga para a produção de tubos de ferro fundido dúctil. O pó de molde de acordo com a presente invenção pode ser aplicado sobre a superfície interna do molde sob a forma de uma aspersão a seco ou a úmido, entretanto, outros métodos de aplicação, conforme de conhecimento geral no campo, podem ser usados para revestir a superfície do molde.
[0058] A presente invenção será ilustrada pelos exemplos a seguir. Os exemplos não devem ser considerados limitadores da presente invenção, uma vez que estes se destinam a ilustrar diferentes modalidades da invenção e os efeitos da invenção.
[0059] Neste exemplo, um pó de molde convencional foi comparado a um pó de molde de acordo com a invenção. Nos testes, a mesma máquina de fundição e o mesmo grau de tubo de ferro dúctil foram usados, e o pó de molde foi introduzido da mesma maneira e na mesma taxa de adição. O ferro dúctil tinha a mesma composição química e temperatura de vazamento.
[0060] O pó de molde convencional tinha a seguinte composição em % em peso: 25% de CaSi; 10% de CaF2; 65% de FeSi.
[0061] A composição do FeSi foi Si: 62,6 a 67,2% em peso; Sr: 0,6 a 1% em peso; Al: máx. 0,5% em peso; Ca: máx. 0,1% em peso; e o restante de Fe e impurezas incidentais.
[0062] O pó de molde de acordo com a presente invenção tinha a seguinte composição, em % em peso: 20% de FeS; 80% de FeSi.
[0063] A composição do FeSi foi Si: 65 a 71% em peso; Sr: 0,3 a 0,5% em peso; Al: máx. 1% em peso; Ca: máx. 1% em peso; Ba: 0,1 a 0,4% em peso; Zr: 1,5 a 2,5% em peso; Mn: 1,4 a 2,3% em peso, e o restante de Fe e impurezas incidentais.
[0064] O tamanho de partícula do pó de molde de acordo com a presente invenção estava na faixa de 0,063 mm a 0,3 mm. O pó de molde era uma mistura mecânica da liga de FeSi e do pó de sulfeto de ferro, e o pó de molde foi aplicado por aspersão a seco sobre a superfície interna do molde.
[0065] Os testes foram realizados sob condições industriais em uma máquina de fundição centrífuga tendo a finalidade de comparar os dois tipos de pó de molde, chamados de "referência" e da "invenção". Para cada pó de molde 540 tubos foram produzidos. O número de pequenos orifícios na superfície externa dos tubos produzidos com o pó de molde de acordo com a presente invenção foi metade comparado com a referência. O número de pequenos orifícios na superfície externa dos tubos produzidos nos testes foi contado por inspeção visual.
[0066] Neste exemplo, um pó de molde convencional (referência) foi comparado a um pó de molde de acordo com a invenção (invenção). Nos testes, a mesma máquina de fundição e o mesmo grau de tubo de ferro dúctil foram usados, e o pó de molde foi introduzido da mesma maneira e na mesma taxa de adição de 0,25%. O ferro dúctil tinha a mesma composição química e temperatura de vazamento.
[0067] O pó de molde convencional tinha a seguinte composição em % em peso: 12% de CaF2; 88% de FeSi.
[0068] A composição do FeSi foi Si: 62 a 69% em peso; Al: 0,55 a 1,3% em peso; Ca: 0,6 a 1,9% em peso; Ba: 0,3 a 0,7% em peso; Zr: 3 a 5% em peso; Mn: 2,8 a 4,5% em peso; e o restante de Fe e impurezas incidentais.
[0069] O pó de molde de acordo com a presente invenção tinha a seguinte composição, em % em peso: 20% de FeS; 80% de FeSi.
[0070] A composição do FeSi foi Si: 62 a 69% em peso; Al: 0,55 a 1,3% em peso; Ca: 0,6 a 1,9% em peso; Ba: 0,3 a 0,7% em peso; Zr: 3 a 5% em peso; Mn: 2,8 a 4,5% em peso; e o restante de Fe e impurezas incidentais.
[0071] O tamanho de partícula do pó de molde de acordo com a presente invenção estava na faixa de 0,063 mm a 0,3 mm. O pó de molde era uma mistura mecânica da liga de FeSi e do pó de sulfeto de ferro, e o pó de molde foi aplicado por aspersão a seco sobre a superfície interna do molde.
[0072] Os testes foram realizados sob condições industriais em uma máquina de fundição centrífuga tendo a finalidade de comparar os dois tipos de pó de molde, denotados de "referência" e da "invenção". A Tabela 1 mostra os resultados do teste de fundições de tubo com o uso do pó de molde convencional identificado acima e os resultados dos testes de fundições de ferro com o uso do pó de molde de acordo com a invenção com a composição acima identificada. Tabela 1. Resultados dos testes comparando diferentes composições de pós de molde em uma máquina de fundição centrífuga de acordo com o Exemplo 2.
[0073] O número de pequenos orifícios na superfície externa dos tubos produzidos nos testes foi contado por inspeção visual. Nos tubos produzidos a partir dos testes com o uso do pó de molde de acordo com a presente invenção, observou-se significativamente menos orifícios nas superfícies dos tubos inspecionadas.
[0074] Dessa forma, demonstrou-se claramente que o defeito de pequenos furos foi significativamente reduzido com um pó de molde de acordo com a presente invenção contendo sulfeto de ferro.
[0075] Tendo descrito as modalidades preferenciais da invenção ficará evidente para as pessoas versadas na técnica que outras modalidades que incorporam os conceitos também podem ser usadas. Esses e outros exemplos da invenção ilustrada acima e nos desenhos em anexo são destinados apenas a título de exemplo e o escopo real da invenção deve ser determinado a partir das reivindicações a seguir.
Claims (23)
1. Pó de molde para revestir a superfície interna de moldes de fundição caracterizado por compreender: 10 a 99,5% em peso de uma liga de ferrossilício, 3 a 50% em peso de um sulfeto de ferro e, opcionalmente, 1 a 30% em peso de liga de CaSi, e/ou 1 a 10% em peso de CaF2.
2. Pó de molde de acordo com a reivindicação 1, sendo o pó de molde caracterizado por compreender de 50 a 95% em peso de liga de ferrossilício e de 5 a 50% em peso de sulfeto de ferro.
3. Pó de molde de acordo com a reivindicação 2, sendo o pó de molde caracterizado por compreender de 70 a 90% em peso de liga de ferrossilício e de 10 a 30% em peso de sulfeto de ferro.
4. Pó de molde de acordo com a reivindicação 2, sendo o pó de molde caracterizado por compreender de 50 a 70% em peso de liga de ferrossilício e de 30 a 50% em peso de sulfeto de ferro.
5. Pó de molde de acordo com a reivindicação 1, sendo o pó de molde caracterizado por compreender: 30 a 90% em peso de uma liga de ferrossilício; 3 a 30% em peso de um sulfeto de ferro; 5 a 30% em peso de liga de CaSi; e 1 a 10% em peso de CaF2.
6. Pó de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o sulfeto de ferro ser FeS, FeS2 ou uma mistura dos mesmos.
7. Pó de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a liga de ferrossilício compreender entre 40% e 80% em peso de silício; até 6% em peso de cálcio; até 11% em peso de bário; até 5% em peso de um ou mais dos elementos: alumínio, estrôncio, manganês, zircônio, elementos de terras raras, bismuto e antimônio; opcionalmente até 3% em peso de magnésio; opcionalmente até 1% em peso de titânio; opcionalmente até 1% em peso de chumbo; e o restante de ferro e impurezas incidentais.
8. Pó de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a liga de CaSi compreender 28 a 32% em peso de cálcio, o restante em silício e impurezas incidentais.
9. Pó de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o tamanho de partícula da liga de ferrossilício se situar entre 60 μm e 0,5 mm.
10. Pó de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o tamanho de partícula do sulfeto de ferro se situar entre 20 μm e 0,5 mm.
11. Pó de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, sendo o pó de molde caracterizado por estar sob a forma de uma mistura ou blenda mecânica das partículas de liga de ferrossilício e das partículas de sulfeto de ferro, e opcionalmente da liga de CaSi e CaF2, sob a forma de particulado.
12. Pó de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, sendo o pó de molde caracterizado por estar sob a forma seca, sob a forma de uma pasta fluida úmida, ou de uma aspersão seca ou úmida.
13. Revestimento de molde sobre uma superfície interna de um molde de fundição caracterizado por o referido revestimento de molde compreender: 14. a 99,5% em peso de uma liga de ferrossilício, 15. a 50% em peso de um sulfeto de ferro e, opcionalmente, 1 a 30% em peso de liga de CaSi, e/ou 1 a 10% em peso de CaF2.
14. Revestimento de molde de acordo com a reivindicação 13, sendo o revestimento de molde caracterizado por compreender de 50 a 95% em peso de liga de ferrossilício e de 5 a 50% em peso de sulfeto de ferro.
15. Revestimento de molde de acordo com a reivindicação 14, sendo o revestimento de molde caracterizado por compreender de 70 a 90% em peso de liga de ferrossilício e de 10 a 30% em peso de sulfeto de ferro.
16. Revestimento de molde de acordo com a reivindicação 14, sendo o revestimento de molde caracterizado por compreender de 50 a 70% em peso de liga de ferrossilício e de 30 a 50% em peso de sulfeto de ferro.
17. Revestimento de molde de acordo com a reivindicação 13, sendo o revestimento de molde caracterizado por compreender: 30 a 90% em peso de uma liga de ferrossilício; 3 a 30% em peso de um sulfeto de ferro; 5 a 30% em peso de liga de CaSi; e 1 a 10% em peso de CaF2.
18. Revestimento de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 17, caracterizado por o sulfeto de ferro ser FeS, FeS2 ou uma mistura dos mesmos.
19. Revestimento de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 18, caracterizado por a liga de ferrossilício compreender entre 40% e 80% em peso de silício; até 6% em peso de cálcio; até 11% em peso de bário; até 5% em peso de um ou mais dos elementos: alumínio, estrôncio, manganês, zircônio, elementos de terras raras, bismuto e antimônio; opcionalmente até 3% em peso de magnésio; opcionalmente até 1% em peso de titânio; opcionalmente até 1% em peso de chumbo; e o restante de ferro e impurezas incidentais.
20. Revestimento de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 19, caracterizado por a liga de CaSi compreender 28 a 32% em peso de cálcio, o restante de silício e impurezas incidentais.
21. Revestimento de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 20, caracterizado por a liga de ferrossilício estar na forma particulada e ter um tamanho de partícula entre 60 μm e 0,5 mm.
22. Revestimento de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 21, caracterizado por o sulfeto de ferro estar na forma particulada e ter um tamanho de partícula entre 20 μm e 0,5 mm.
23. Revestimento de molde de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 22, caracterizado por o revestimento de molde ser aplicado em uma quantidade de cerca de 0,1 a cerca de 0,5% em peso, com base no peso de ferro fundido introduzido no molde.
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