BRPI0700507B1

BRPI0700507B1 - pó de carvão aditivado com hidratos de carbono solúveis em água de uso na composição de areia a verde para moldagem de peças fundidas

Info

Publication number: BRPI0700507B1
Application number: BRPI0700507A
Authority: BR
Inventors: Arnaldo Romanus
Original assignee: Coque Do Sul Do Brasil Ltda
Priority date: 2007-02-12
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2016-01-05
Also published as: CN101541984B; CA2649155A1; ES2527931T3; CN101541984A; BRPI0700507A; EP2111469B1; US7785412B2; EP2111469A1; WO2008098333A1; EP2111469A4; MX2009008556A; CA2649155C; US20090283011A1

Abstract

pó de carvão aditivado com hidratos de carbono solúveis em água de uso na composição de areia a verde para moldagem de peças fundidas. diz respeito a um processo para obtenção de carvão aditivado com hidratos de carbono para uso na composição de areia de moldagem a verde comumente utilizada na confecção de moldes de fundição, e tem por escopo inibir a sinterização de areia nas peças fundidas e assim melhorar o acabamento das mesmas.

Description

“PÓ DE CARVÃO ADITIVADO COM HIDRATOS DE CARBONO SOLÚVEIS EM ÁGUA DE USO NA COMPOSIÇÃO DE AREIA A VERDE PARA MOLDAGEM DE PEÇAS FUNDIDAS” A presente patente de invenção diz respeito a uma composição de carvão aditivado com hidratos de carbono para uso em areia a verde de moldagem comumente utilizada na confecção de moldes de fundição, e que tem por escopo inibir a sinterização da areia nas peças e assim melhorar o acabamento das mesmas. O produto ora descrito pertence ao campo da indústria química e tem por finalidade suprir o mercado com um pó de carvão aditivado de altíssima funcionalidade, permitindo inclusive um maior reaproveitamento da areia de retorno em fundições, resultando em inúmeros benefícios como ficará demonstrado no presente relatório.

Importante ressaltar que o inventor no intuito de aprimorar a composição da areia verde, já desenvolveu uma composição de bentonita aditivada conforme PI 0604327-5, depositada em 20/10/2006, denominada “BENTONITA SÓDICA ADITIVADA DE USO NA COMPOSIÇÃO DE AREIA A VERDE PARA MOLDAGEM DE PEÇAS EM FUNDIÇÕES”, sendo o descrito neste relatório uma continuidade dos estudos do inventor.

Estado da Técnica A areia a verde, assim denominada consiste em uma composição de areia de sílica, pó de carvão mineral, bentonita ou argila e água, é tradicionalmente conhecida para uso na confecção de moldes em fundições de metais e necessita apresentar compactabilidade elevada o suficiente para resultar na boa plasticidade dos moldes, evitando sua quebra, especialmente durante a extração de peças fundidas.

Outro aspecto importante da composição da areia a verde, é o fato de que a mesma não poderá apresentar alto teor de umidade, caso contrário não se conseguirá uma fluidez suficiente na mistura de modo a permitir que se venha a ter o devido adensamento dos moldes, evitando com isso quebras e erosão por ocasião do vazamento do metal.

Desse modo, para que a areia à verde apresente boa compactabilidade e baixos teores de umidade, as fundições podem lançar mão de alguns recursos, dentre eles citamos a substituição parcial de resíduos decorrentes do procedimento de moldagem, (com a grande desvantagem de aumentar o descarte de material contaminado na natureza e encarecer o produto obtido) além de hipóteses de adequação dos componentes da mistura, tais como a utilização de bentonita sódica natural, o incremento de pó de carvão mineral, dentre outras.

Ocorre que, dependendo da alternativa paliativa adotada, pode ocorrer uma piora significativa de outras características da areia á verde, com destaque para a resistência à tração a úmido, resistência à compressão à verde e a permeabilidade, as quais podem ocasionar diversos defeitos ou problemas na peça fundida.

Podemos citar a titulo ilustrativo um dos problemas mais conhecidos no tocante à umidade excessiva da areia a verde, que causa a oxidação do metal e resulta na sinterização de areia nas peças, além de seu mau acabamento.

Com relação ao problema da sinterização, o pó de carvão, conhecido por ser um gerador de carbono vítreo puro, inibe a sinterização de areia, entretanto seu uso em demasia apresenta o efeito colateral de causar gases nas peças.

Diante de tais fatos já se conhece de pesquisas utilizando pós de carvão aditivado com hidrocarbonetos insolúveis em água, entretanto sua utilização geralmente é muito cara e não proporciona a redução do descarte de areia de retorno de fundição em aterro industrial.

Fundamentos da Invenção Com base nos inconvenientes descritos o objeto da presente patente de invenção denominada “PÓ DE CARVÃO ADITIVADO COM HIDRATOS DE CARBONO SOLÚVEIS EM ÁGUA DE USO NA COMPOSIÇÃO DE AREIA A VERDE PARA MOLDAGEM DE PEÇAS FUNDIDAS” propõe um desenvolvimento técnico específico requerido pela indústria de fundição de metais que permite a reutilização de areia de descarte de moldes, e com isso vem diminuir a quantidade de resíduos em aterros industriais com vantagens ao meio ambiente, uma vez que os compostos da areia de moldagem liberam a substância química enxofre e fenóis, substâncias essas consideradas cancerígenas ao ser humano.

Outras vantagens de ordem técnica consistem na redução da adição de areia base de sílica na areia à verde, uma vez que os resíduos dos moldes considerados maléficos à utilização do pó Mineral deixam de apresentar efeitos colaterais agressivos, quando da sua substituição pelo pó de carvão aditivado.

Além disso, a utilização do pó de carvão aditivado com hidratos de carbono descrito na presente patente possibilita uma redução em até 40% do consumo de bentonita ou argila na composição da areia à verde, decorrente do fato de que o mesmo impede a quebra das ligações mecânicas do molde como convencionalmente se verifica com a utilização do carvão mineral. É ainda verificado o fato de que a utilização do pó de carvão aditivado na composição da areia a verde permite a geração de maior quantidade de carbono vítreo no molde durante o vazamento do metal, uma vez que requer menor quantidade de adição de água a mistura, garantindo deste modo, excelente acabamento ao produto fundido e reduzindo consideravelmente a sinterização de areia nas peças. E por fim, como vantagem adicional o pó de carvão aditivado com hidratos de carbono permite reduzir substancialmente a necessidade de uso da bentonita em processos de moldagem automatizada, porque confere maior liga mecânica ao molde. A Invenção O objeto da presente invenção refere-se a um pó de carvão aditivado com hidratos de carbono. O pó de carvão mineral já conhecido da técnica diz respeito ao resultado da extração e beneficiamento do carvão mineral, ao qual excepcional mente são agregados outros materiais tendo em vista melhorar algumas de suas características. Dentre eles destacam-se o Coque Verde de Petróleo, que corresponde a um subproduto do refino de petróleo, que tem por objetivo diminuir o percentual de cinzas na composição, e a asfaltita, cuja utilização no pó de carvão se dá pela baixa quantidade de enxofre que a mesma possui, o que é deveras importante para as fundições.

Assim o pó de carvão mineral é basicamente o resultado da secagem e moagem do carvão metalúrgico, que é adquirido em diversas especificações, variando conforme o lote recebido, contendo as principais características; Cinza, Enxofre, Material Volátil, Carbono Vítreo e Umidade. As características típicas do pó de carvão mineral são as seguintes: Componentes Mínimo Típico Máximo Cinza n/d 14,0% 15,0% Enxofre n/d 1,4% 1,5% Materiais voláteis 30,0% 34,0% n/d Carbono vítreo 9,0% 10,1% n/d Umidade n/d 1,0% 3,0% Granulometria retido #40 n/d 0,0% 5,0% Granulometria retido #200 45,0% 50,0% 65,0% Desse modo, o pó de carvão mineral, acima caracterizado recebe, de acordo com a presente invenção, a adição de hidratos de carbono, também chamados de carboidratos, glicídios, glucídeos, glúcidos, sacarídios ou açúcares.

Essas substâncias orgânicas são compostos ternários formados de carbono, hidrogênio e oxigênio em geral, na proporção de um carbono para dois hidrogênios para um oxigênio ou seja: C(H20), podendo também apresentar nitrogênio (N) ou enxofre (S) na sua composição. Quimicamente, os carboidratos são definidos como poli-hidroxi-aldeídos ou Glicose (C6Hi206) e ou poli-hidroxi-cetonas ou Frutose (C6H1206).

Esclarece-se que os hidratos de carbono utilizados na presente invenção poderão ser todos aqueles classificados nas categorias de monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos, de modo que o resultado obtido será o mesmo. A obtenção do pó de carvão aditivado dá-se pela mistura mecânica de carboidratos em proporção determinada pela prévia análise dos componentes da areia a verde que receberá o componente em questão, em proporção ideal de 60% de carvão e 40% de carboidratos, podendo variar em até 10% para mais ou menos as quantidades acima. A temperatura ideal da mistura é ajustada conforme o balanço dos componentes na aplicação à areia a verde, podendo variar entre 0 e 70° C, sendo a temperatura ideal situada em 40° C. O percentual de umidade final da mistura poderá variar entre 0 e 5% deverá preferenciai mente, manter-se mais próxima de 0 quanto possível.

As características químicas do pó de carvão aditivado obtido descrito na presente patente são descritas abaixo: Teor de Voláteis: 40 a 65% , sendo o ideal 55 % Teor Carbono vítreo: 12 a 20%, sendo o ideal 16% Teor de Enxofre: de 0 a 1%, sendo o ideal 0% Teor de Umidade: de 0 a 5%, sendo o ideal 0% Teor de Cinzas (material residual de calcinação): de 0 a 10%, sendo o ideal 0%.

Importante ressaltar que a obtenção do pó de carvão aditivado que se apresenta decorre da mistura do pó de carvão mineral de boa qualidade, após análise das necessidades da areia a verde da fundição.

Exemplo 1: Processo de obtenção de pó de carvão aditivado por Hidrato de carbono - Sacarose Para fins de obtenção do pó de carvão aditivado de acordo com a presente invenção é utilizado o pó de carvão mineral com as características descritas acima. O aditivo carboidrato utilizado no presente exemplo corresponde ao grupo dos oligossacarídeos ou açúcares pequenos são carboidratos constituídos de duas a dez moléculas de monossacarídeos, neste caso a sacarose. A sacarose, correspondente ao tradicional "açúcar de cana" ou de beterraba, comumente conhecido por açúcar refinado, é utilizada no presente exemplo numa proporção ideal de 40% misturada mecanicamente a 60% de pó de carvão Mineral, numa temperatura máxima de 40° C.

Desse modo, é possível obter-se um pó de carvão aditivado com sacarose, com elevado teor de carbono vítreo que inibe a sinterização de areia, nas peças fundidas garantindo às mesmas um excelente acabamento.

Assim, a presente invenção foi prevista visando obter pó de carvão aditivado com hidrato de carbono para utilização na composição da areia a verde para confecção de moldes em fundições que reduz de sobremaneira os problemas encontrados atualmente, e se traduz em inúmeros benefícios com destaque àqueles para o meio ambiente pela redução do descarte de areia de retorno, e ao excelente acabamento do objeto fundido obtido pela utilização do produto resultante descrito na presente invenção.

Claims

1. “PÓ DE CARVÃO ADITIVADO COM HIDRATOS DE CARBONO SOLÚVEIS EM ÁGUA DE USO NA COMPOSIÇÃO DE AREIA A VERDE PARA MOLDAGEM DE PEÇAS FUNDIDAS” caracterizado por composição constituída de pó de carvão mineral e de carboidratos em proporção determinada após análise prévia dos componentes da areia a verde, na proporção ideal de 60% de pó de carvão mineral e 40% de carboidratos, podendo tais quantidades variar em até 10%; com as seguintes características químicas: Teor de Voláteis: 40 a 65%, Teor Carbono vítreo: 12 a 20%, Teor de Enxofre: de 0 a 1%, Teor de Umidade: de 0 a 5%, Teor de Cinzas (material residual de calcinação): de 0 a 10%.

2. "PÓ DE CARVÃO ADITIVADO COM HIDRATOS DE CARBONO SOLÚVEIS EM ÁGUA DE USO NA COMPOSIÇÃO DE AREIA A VERDE PARA MOLDAGEM DE PEÇAS FUNDIDAS” de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo valor ideal ou preferencial do teor de voláteis ser de 55%.

3. “PÓ DE CARVÃO ADITIVADO COM HIDRATOS DE CARBONO SOLÚVEIS EM ÁGUA DE USO NA COMPOSIÇÃO DE AREIA A VERDE PARA MOLDAGEM DE PEÇAS FUNDIDAS" de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo valor ideal ou preferencial do teor de carbono vítreo ser de 16%.

4. “PÓ DE CARVÃO ADITIVADO COM HIDRATOS DE CARBONO SOLÚVEIS EM ÁGUA DE USO NA COMPOSIÇÃO DE AREIA A VERDE PARA MOLDAGEM DE PEÇAS FUNDIDAS" de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo valor ideal ou preferencial do teor de enxofre ser de 0%,

5. “PÓ DE CARVÃO ADITIVADO COM HIDRATOS DE CARBONO SOLÚVEIS EM ÁGUA DE USO NA COMPOSIÇÃO DE AREIA A VERDE PARA MOLDAGEM DE PEÇAS FUNDIDAS” de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo valor ideal ou preferencial do teor de umidade ser de 0%.

6. "PÓ DE CARVÃO ADITIVADO COM HIDRATOS DE CARBONO SOLÚVEIS EM ÁGUA DE USO NA COMPOSIÇÃO DE AREIA A VERDE PARA MOLDAGEM DE PEÇAS FUNDIDAS" de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo valor ideal ou preferencial do teor de cinzas ser de 0%.

7. "PÓ DE CARVÃO ADITIVADO COM HIDRATOS DE CARBONO SOLÚVEIS EM ÁGUA DE USO NA COMPOSIÇÃO DE AREIA A VERDE PARA MOLDAGEM DE PEÇAS FUNDIDAS" de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pela composição do pó de carvão aditivado dar-se pela adição de sacarose preferencialmente, numa proporção ideal de 40% em peso de açúcar refinado misturada mecanicamente a 60% em peso de pó de carvão mineral numa temperatura não superior a 40° C.