BRPI0609204A2 - produto em pà para proteger moldes de fundiÇço centrÍfuga para furos de ferro fundido - Google Patents

Abstract

PRODUTO EM Pà PARA PROTEGER MOLDES DE FUNDIÇçO CENTRIFUGA PARA FUROS DE FERRO FUNDIDO. A presente invenção refere-se a um produto em pó, do tipo conhecido como pulverização seca, para proteger moldes de fundição centrífuga de tubos de ferro fundido, compreendendo os componentes usuais para esse tipo de uso, bem como adjuvante para melhorar as características de capacidade de fluxo do referido produto quando está sendo depositado e tornar os mesmos menos dependentes de suas caracteristícas físicas ou físico-químicas. O referido adjuvante pode ser em particular óleo de silicone, siliconato de potássio ou microssílica de densidade menor do que 0,1 bem como uma mistura em quaisquer proporções de um ou mais desses.

Description

PRODUTO EM PÓ PARA PROTEGER MOLDES DE FUNDIÇÃO CENTRÍFUGA

PARA FUROS DE FERRO FUNDIDO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um produto em forma depó, destinado a proteger os moldes de fundição utilizadospara a fundição centrifuga de tubos de ferro fundido; osmoldes de fundição utilizados são comumente mencionados pelonome de "invólucros".

TÉCNICA ANTERIOR

A menos que de outro modo indicado, todos os valores

relacionados a composições quimicas são expressos empercentagens em peso.

Os revestimentos utilizados para proteger invólucros defundição centrifuga para tubos de ferro fundido podemconsistir em inoculantes e refratários em forma de pó, etambém misturas de silica e bentonita, essas sendo colocadasno lugar por pulverização de uma suspensão aquosa. Taisrevestimentos são descritos, por exemplo, na patente US 4 058153 (Pont-A-Mousson) e são conhecidos como revestimentos depulverização úmida. Também é comum empregar pós pulverizadossecos sobre o invólucro antes do ferro ser fundido, esses póssendo então mencionados como pós de pulverização seca.

Qualquer que seja a técnica empregada para depositar osmesmos, esses produtos são utilizados para váriasfinalidades, em particular:

- obter um efeito de liberação de molde, isto quer dizertornar mais fácil a extração do tubo a partir do molde apóssolidificação;

- obter um efeito de barreira térmica, limitando aelevação de temperatura do invólucro, desse modo contribuindopara um aumento em seu tempo de vida;

- obter um efeito anti-poros, isto quer dizer limitar orisco de surgimento de poros na superfície dos tubos; e

- obter um efeito de inoculação final no ferro fundido,de modo a controlar a estrutura metalúrgica do tubo.

É bem sabido que inoculação insuficiente no ferroresulta na formação de carbetos, encolhimento considerávelapós resfriamento e rápida desmoldagem, um medidor deprodutividade elevada. Entretanto, as fundições desse modoobtidas exigem um tratamento de calor subseqüente, o que podeprovar ser caro.

Pode ser, dependendo do caso, preferível inocular aindamais, mesmo se isso abranger uma redução na taxa de produção,a fim de evitar o tratamento de calor final, ou ao contrárioinocular menos, para elevar a produtividade, e submeter afundição ao tratamento a calor a jusante.

A capacidade de inoculação do produto de pulverizaçãoseca pode ser posicionada, portanto, em limites bem amplos;ao contrário, os outros efeitos exigidos são submetidos aexigências mais constantes.

Produtos utilizados como produtos de pulverização secaconsistem genericamente, portanto, em uma mistura de várioscomponentes, incluindo:

- um inoculante de eficácia relativamente elevada, quepode constituir tipicamente de 30 a 100% do produto; porexemplo, ligas de ferro-silicio podem ser utilizadas paraessa finalidade, essas contendo 0,1 a 4% de alumínio e cálcioe, opcionalmente, outros elementos capazes de introduzir umefeito metalúrgico suplementar ou complementar no ferrofundido;

- pós de elementos ou ligas fornecendo especificamenteum efeito antiporos; esses podem ser tipicamente os elementosou ligas dos elementos de redução da coluna 2 da TabelaPeriódica de Elementos; e

- uma carga mineral inerte, por exemplo, silica, quepode constituir até 70% do produto.

A patente FR 2 612 097 (Foseco), em particular, descreveo uso, como agente de tratamento, de ligas do tipo Fe-Si-Mg,cujas partículas são triboeletricamente carregadas.

As mesmas são genericamente depositadas no invólucro,imediatamente antes do ferro ser fundido, por um sistema defornecimento, que em geral compreende:- um ou mais recipientes de armazenagem;

- um aparelho para definir a quantidade a ser depositadae o momento desse depósito; e

- um sistema para transportar o pó diretamente paradentro do invólucro.

Os produtos da técnica anterior têm várias desvantagensassociadas à dificuldade de obter uma distribuição uniformeem relação à superfície interna do molde, isso sendomanifestado pelas quantidades excessivas em regiõespreferenciais e, inversamente, ausência ou quantidadesinsuficientes de pó em outras regiões. Uma conseqüênciadireta disso é a criação de heterogeneidades estruturais noferro fundido, e também defeitos superficiais no tubo fundidoou inclusões de produto nesse mesmo tubo. Outra conseqüênciacom o passar do tempo é desgaste não uniforme da superfícieinterna do molde que o produto tem de proteger, isso tendo umimpacto sobre a superfície do tubo de ferro fundido.

TEMA DA INVENÇÃO

O tema da invenção é um produto em pó para protegermoldes de fundição centrifuga para tubos de ferro fundido porpulverização seca do produto sobre a superfície interna domolde, compreendendo uma liga de metal de inoculação ou umamistura de ligas de metal de inoculação, opcionalmente pós deelementos redutores ou ligas tendo um efeito antiporos, eopcionalmente uma carga mineral inerte, caracterizado pelofato de que inclui ainda pelo menos um aditivo destinado amelhorar as características de capacidade de fluxo do produtoem pó.

Preferivelmente, a capacidade de fluxo é tal que o tempode fluxo de 50 g de produto através do furo de diâmetro de 4mm de um funil, cujas paredes fazem um ângulo de ápice de 60graus, está entre 17 e 27 segundos para uma distribuição detamanho de partícula tendo um tamanho inferior de 300 |imentre 99 e 100% e um subtamanho de 63 \xm entre 10 e 35%.

De acordo com outra modalidade preferida, o tempo defluxo, em relação ao mesmo produto sem o aditivo, é reduzidoem 5 a 10 s se o mesmo produto sem o aditivo fluir através dofuro com 4 mm de diâmetro, e é entre 20 e 27 s se o mesmoproduto sem o aditivo não fluir através do referido furo.

De acordo com uma modalidade vantajosa, o aditivo é óleode silicone, de acordo com outra modalidade é siliconato depotássio e ainda de acordo com outra modalidade émicrossilica de densidade menor do que 0,1.

O aditivo também pode ser uma mistura em quaisquerproporções de um ou mais dos aditivos acima mencionados.

Finalmente, de acordo com uma modalidade preferida, aproporção em peso de aditivo no produto está entre 0,02 e0,2%.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Os produtos da técnica anterior utilizados como produtosde pulverização seca na fabricação de tubos de ferro fundidopor fundição centrifuga continua têm algumas desvantagens. Emparticular, a carga mineral inerte adicionada à misturacontribui para aumentar os riscos de incrustação dos moldes ede formação de inclusões minerais inertes no ferro, o quepode resultar no surgimento de defeitos superficiais nostubos.

A capacidade de fluxo do pó deve corresponder a umcompromisso ótimo entre boa capacidade de fornecimento euniformidade de distribuição na impressão interna doinvólucro, e a necessidade, após depósito na referidaimpressão, de que o pó não mais flua, em particular na frentedo ferro liquido quando o referido ferro é derramado paradentro do referido invólucro. O último tem também, para essafinalidade, uma superfície martelada, consistindo em umasucessão de copos, uma das finalidades dos quais é reter o póde modo que não seja aprisionado pela frente de ferroliquido. Se o pó tiver uma capacidade de fluxo demasiadamenteelevada, essa precaução prova ser insuficiente.

Além disso, as características dos sistemas paramanipular, dosar e fornecer o referido pó diferem de umusuário para o outro, com o resultado de que, na prática, ascaracterísticas do pó e do equipamento nem sempre sãootimizadas uma com relação à outra.

A escolha de distribuição de tamanho de partícula doreferido pó também é determinada, em particular, pelasexigências com relação ao seu comportamento durante suainteração com o ferro líquido no invólucro de modo que atendaas finalidades acima mencionadas.

Os referidos pós, também denominados "inotubes" ou"inopipes", são conseqüentemente finos e desse modo:

- são muito sensíveis às condições de armazenagem, quepodem modificar a capacidade de fluxo no absoluto e comrelação a sua homogeneidade durante seu uso final; e

pequenas variações nas condições de fabricação(umidade, friabilidade do material, etc.) também podemresultar em modificações e/ou heterogeneidades gerais em suacapacidade de fluxo.

As conseqüências dessa variação na capacidade de fluxosão as seguintes:

- uma vez que a capacidade dos copos, criados pela açãode martelar acima mencionada da superfície de invólucro,reter o revestimento depositado ser de um certo modovariável, o referido revestimento pode apresentarirregularidades. Esse defeito pode resultar, em particular,no deslizamento do produto em direção ao fundo do invólucro,que é genericamente inclinado, tipicamente em 6%; e

essas variações de capacidade de fluxo podem tertambém uma influência sobre os sistemas de fornecimento depó, ocasionando vários problemas em uso (bloqueio, obstrução,etc.) e irregularidades no depósito do produto no invólucro,também causando irregularidades em seus efeitos associados.

Esses efeitos irregulares resultam em vários tipos dedefeitos no produto de ferro fundido final, como: poroslocalizados, teor de carbeto excessivamente elevado naespessura do tubo, etc. Uma falta de produto em certasregiões do invólucro, por exemplo, resultará na insuficiêncialocal de inoculação, com a presença de carbetos superficiaise conseqüentemente abrasão e desgaste do invólucro.Inversamente, um excesso de produto resultará em falta dedissolução pelo ferro, e conseqüentemente defeitossuperficiais no tubo que podem levar à formação de refugo domesmo.

Para aliviar essas desvantagens, o Requerente procurou,portanto, melhorar a capacidade de fluxo do pó a fim defacilitar as operações que precedem ao seu depósito e opróprio depósito, enquanto evita os efeitos negativos apósdepósito do pó no invólucro, isto quer dizer assegurando umabaixa capacidade de fluxo quando o ferro é derramado dentrodo referido invólucro.

Esse resultado pode ser obtido graças a aditivos queajudam a melhorar a capacidade de fluxo frio do pó, isto querdizer até o momento do seu depósito. Uma escolha criteriosado referido aditivo torna possível, quando o pó ésubseqüentemente depositado em invólucros quentes, que estãotipicamente entre 250 e 300°C, anulam esse aumento emcapacidade de fluxo, a temperatura do pó se elevando devidoao seu contato com invólucro quente.

Esses aditivos, cujo efeito é descrito nos exemplos aseguir, podem compreender siliconato de potássio, porémoutros aditivos tendo um comportamento similar com relação aoseu efeito sobre a capacidade de fluxo podem ser tambémutilizados, como por exemplo, óleo de silicone, microssilicacom uma densidade tipicamente menor do que 0,1 (a densidadeusual para microssilica de tipo "quimico") ou uma mistura, emquaisquer proporções, de um ou mais desses produtos. Osexperimentos descritos abaixo foram realizados com 0,06% deaditivo, porém a proporção usual sob condições industriaispode estar entre 0,02 e 0,2%.

O tamanho de partícula da partícula de pó, de acordo coma invenção, é menor do que 580 jim e preferivelmente menor doque 250 |im.

EXEMPLOS:

As características de capacidade de fluxo de um pó para"inotubes" foram determinadas por vários testes, incluindo emparticular o tempo de fluxo, a saber o tempo para uma dadaquantidade fluir através de um funil padronizado, medição daspropriedades de cisalhamento sob carga e, em particular, usodo método conhecido como o "teste Jenike", o tempo de fluxosob carga, que consiste em medir a carga máxima sob a qual oproduto pode fluir através de um furo de diâmetro dado, etc.

Nos exemplos abaixo, as características de capacidade defluxo foram determinadas pelo tempo de fluxo para 50 g de pófluir através do furo de 4 mm de diâmetro de um funil, cujasparedes fazem um ângulo de ápice de 60 graus.

Em todos os casos, a distribuição de tamanho departícula tinha um subtamanho de 300 (im entre 99 e 100%.

A hierarquia de valores de fluxo desse modo obtidos eraa mesma se um teste do tipo de fluxo sob carga, comomencionado acima, fosse utilizado.

Tipicamente, os referidos aditivos tornam possível obterum tempo de fluxo do "inotube", cuja distribuição de tamanhode partícula tinha um subtamanho de 63 jam de 10 a 35%, entre17 e 27 s.

EXEMPLO 1:

Uma mistura de pó foi preparada a partir dos seguintesconstituintes:

- 76% de pó ferro-silicio, contendo 65,5% de Si, 1,3% deCa e 0,95% de Al, com um tamanho de partícula menor do que300 (im;

- 4% de pó espato-flúor, com um tamanho de partículamenor do que 150 |im; e

- 20% de pó de liga de cálcio-silício, conhecido como pó"CaSi", contendo 30,3% de Ca, com um tamanho de partículamenor do que 300 |im.

A medição de distribuição de tamanho de partículamostrou que tinha um subtamanho de 63 u/m de 23%.

O tempo de fluxo foi de 28 s.

Esse produto, utilizado em forma de "pulverização seca"como experimento de referência, forneceu resultadossatisfatórios: os tubos estavam praticamente isentos de poros- os poucos poros presentes eram rasos e permitiam que aespecificação fosse atendida; o teor de carbeto foi de 8%; euma espessura de ferro ferritico de 35 |im na superfície5 externa do tubo foi observada.

EXEMPLO 2:

O produto descrito no exemplo 1 foi armazenado em sacosde pano, conhecidos como "sacos grandes", sob um abrigo pordois meses.

Após essa armazenagem:

- a medição de distribuição de tamanho de partículamostrou que ainda tinha um subtamanho de 63 |am de 23%; e

- o produto não fluiu através do furo de 4 mm dediâmetro.

Esse produto, utilizado como produto de pulverização

seca, forneceu resultados inferiores: os tubos mostraramporos em muitas regiões e a taxa de ref ugo foiconsideravelmente maior do que no exemplo 1. O teor decarbeto era 12% em média, porém esse foi caracterizado poruma dispersão maior do que no exemplo 1. Conseqüentemente, aduração da tempera subseqüente, destinada a absorver oscarbetos, tinha de ser estendida. Nenhum ferro ferritico nasuperfície do tubo foi detectado.

EXEMPLO 3:

A mesma mistura de pó como no exemplo 1 foi preparada,

porém com a adição, durante a operação de mistura uniforme,de 0,06% de uma solução de siliconato de potássio a 40% emágua.

A medição de distribuição de tamanho de partículamostrou que tinha um subtamanho de 63 ^im de 23%.O tempo de fluxo foi de 21 s.

Esse produto, utilizado como produto de pulverizaçãoseca, forneceu resultados muito bons: os tubos eramtotalmente isentos de poros; o teor de carbeto era de 8%; euma espessura de ferro ferritico de 35 jim na superfícieexterna do tubo foi observada.EXEMPLO 4:

O produto descrito no exemplo 3 foi armazenado em sacosgrandes sob um abrigo por dois meses.

Após essa armazenagem:

- a medição de distribuição de tamanho de partículamostrou que ainda tinha um subtamanho de 63 |im de 23%; e

- o tempo de fluxo foi de 27 s.

Esse produto, utilizado como produto de pulverizaçãoseca, forneceu resultados satisfatórios: os tubos erampraticamente isentos de poros - os poucos poros presenteseram rasos e permitiam que a especificação fosse atendida; oteor de carbeto foi de 10%; e uma espessura de ferroferritico de 35 jim na superfície externa do tubo foiobservada.

EXEMPLO 5:

Uma mistura de pó foi preparada a partir dos seguintesconstituintes:

- 76% de pó de ferro-silicio, contendo 65,5% de Si, 1,3%de Ca e 0,95% de Al, com um tamanho de partícula menor do que300 jim;

- 4% de pó de espato-flúor, com um tamanho de partículamenor do que 150 (am; e

- 20% de pó Ca-Si, contendo 30,3% de Ca, com um tamanhode partícula menor do que 200 |im.

A medição de distribuição de tamanho de partículamostrou que tinha um subtamanho de 63 |im de 31%.

O tempo de fluxo foi de 35 s.

Esse produto, utilizado como produto de pulverizaçãoseca, forneceu resultados de um certo modo insatisfatórios:os tubos apresentaram poros e em alguns casos não atenderam aespecificação; o teor de carbeto foi de 12%; e uma espessurade ferro ferritico de 15 \xm na superfície externa do tubo foiobservada.

EXEMPLO 6:

A mesma mistura de pó do Exemplo 5 foi preparada, porémcom a adição, durante a operação de mistura uniforme, de0,06% de uma solução de siliconato de potássio a 40% em água.

A medição de distribuição de tamanho de partículamostrou que tinha um subtamanho de 63 |am de 31%.O tempo de fluxo foi de 25 s.

Esse produto, utilizado como produto de pulverizaçãoseca, forneceu resultados satisfatórios: os tubos erampraticamente isentos de poros - os poucos poros presenteseram rasos e permitiam que a especificação fosse atendida; oteor de carbeto foi de 8%; e uma espessura de ferro ferriticode 35 |im na superfície externa do tubo foi observada.

Pode ser visto que, graças ao aditivo, o tempo de fluxoé reduzido em 7 s e 10 s para as misturas que, sem aditivo,fluiram através do furo de 4 mm de diâmetro (exemplos 3 e 6comparado com os exemplos 1 e 5, respectivamente), e levado a27 s no caso de uma mistura que, sem aditivo, não fluiatravés do referido furo (exemplo 4 em comparação com oexemplo 2).

Mais genericamente, pode ser dito que esse tempo éreduzido em 5 a 10 s se a mistura sem aditivo fluir atravésdo furo de 4 mm de diâmetro e está entre 20 e 27 s se amistura sem aditivo não flui através do referido furo.

Além disso, o aditivo torna as características decapacidade de fluxo do produto grandemente independentes desuas características físicas ou fisico-quimicas, que pode servisto em particular em comparação entre os tempos de fluxoantes e após armazenagem dos "inotubes" dos exemplos 3 e 4,ao passo que os produtos sem aditivo (exemplos 1 e 2) sãoapreciavelmente sensíveis ao mesmo.

Claims (8)

1. Produto em pó para proteger moldes de fundiçãocentrifuga para furos de ferro fundido, por pulverização secado referido produto sobre a superfície interna do referidomolde, compreendendo uma liga de metal de inoculação ou umamistura de ligas de metal de inoculação, opcionalmente pós deelementos redutores ou ligas tendo um efeito antiporos, eopcionalmente uma carga mineral inerte, caracterizado pelofato de que inclui ainda pelo menos um aditivo destinado amelhorar as características de capacidade de fluxo do produtoem pó.

2. Produto, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o aditivo é escolhido de modoque a capacidade de fluxo é tal que o tempo de fluxo de 50 gde produto através do furo de 4 mm de diâmetro de um funil,cujas paredes fazem um ângulo de ápice de 60 graus, estáentre 17 e 27 segundos para uma distribuição de tamanho departícula tendo um subtamanho de 300 |om entre 99 e 100% e umsubtamanho de 63 (im entre 10 e 35%.

3. Produto, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que o referido aditivo é escolhidode modo que a capacidade de fluxo é tal que o tempo de fluxo,em relação ao mesmo produto sem o referido aditivo, éreduzido em 5 a 10 s se o referido mesmo produto sem oreferido aditivo flui através do furo de 4 mm de diâmetro, eé entre 20 e 27 s se o referido mesmo produto sem o aditivonão flui através do referido furo.

4. Produto, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que oaditivo é óleo de silicone.

5. Produto, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que oaditivo é siliconato de potássio.

6. Produto, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que oaditivo é microssilica de densidade menor do que 0,1.

7. Produto, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que oaditivo é uma mistura, em quaisquer proporções, de óleo desilicone, siliconato de potássio e/ou microssilica dedensidade menor do que 0,1.

8. Produto, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que aproporção em peso de aditivo no produto está entre 0,02 e