BRPI1000043B1

BRPI1000043B1 - processo de tratamento de areia excedente de fundição para uso em macharia e moldagem

Info

Publication number: BRPI1000043B1
Application number: BRPI1000043-7A
Authority: BR
Inventors: Wilson Luiz Guesser; Elaine Carina Carlini; Isaias Masiero; Marcos Antônio Moreira; Gilberto Fabris
Original assignee: Tupy S.A.
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2021-01-26
Also published as: MX353518B; WO2011082464A1; MX2012007889A; BRPI1000043A2

Abstract

PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, sendo que o referido processo compreende as etapas de: a) alimentação da areia excedente de fundição em um silo (1); b) peneiramento inicial; c) processamento da mistura em um primeiro hidrociclone (4); d) processamento em um atritor (6); e) segunda etapa de peneiramento a úmido; f) processamento da mistura em um segundo hidrociclone (10); g) etapa de classificação; h) processamento da mistura em um terceiro hidrociclone (15); i) processamento da areia lavada em calha desaguadora (16); j) secagem em secador (17); e k) processamento em resfriador (18).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente Patente de Invenção propõe um processo de tratamento de regeneração de areia excedente de fundição visando seu uso em macharia e moldagem, processo de regeneração a úmido, que tem como objetivo o equacionamento econômico e técnico para o problema das lamas geradas na limpeza da areia a úmido dos processos convencionais.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Como é do conhecimento dos profissionais da área de fundição, o processo de fundição em areia verde emprega basicamente dois tipos de areias, sendo elas: a) uma areia de moldagem, utilizada para confecção do molde, que vai conformar as partes externas da peça fundida. Esta areia, usualmente de sílica, é aglomerada com bentonita e água, tendo ainda como aditivos o pó-de-carvão e eventualmente amidos de milho e pó-de-madeira; e b) uma areia de macharia, utilizada para confecção dos machos, cujas partes de areia que vão formar as cavidades ou partes internas da peça fundida. Esta areia, de sílica ou de outro agregado refratário, é aglomerada com um Iigante químico, que pode ser um orgânico (usualmente uma resina) ou inorgânico (usualmente um silicato), podendo ainda conter aditivos como óxido de ferro, cromita, mulita, zirconita, pó-de-madeira, dentre outros. Em alguns processos de fundição, esta areia com Iigante químico também é utilizada para a moldagem.

[003] Com o processo de vazamento de metal, solidificação, resfriamento da peça e desmoldagem, é normal e desejável que o Iigante do macho sofra desagregação térmica, de modo que na desmoldagem a areia do macho se misture com a areia do molde (na areia de moldagem a ação do calor produz desativação parcial da bentonita, transformando-a em argila inerte, e também desativação térmica do pó-de-carvão, produzindo gases e coque).

[004] Esta mistura de areias é então encaminhada à regeneração da areia para uso em moldagem, e que consiste nas etapas de remoção de metálicos, destorroamento, resfriamento e repreparação, onde nesta última etapa ocorre a reposição de bentonita, de água e dos aditivos. A areia assim regenerada é enviada para a etapa de confecção do molde, e o processo se repete.

[005] Entretanto, devido à incorporação da areia de macho na areia de moldagem, este sistema sofre aumento de massa, de modo que uma parte da areia de moldagem deve ser retirada do sistema. Esta parcela de areia, denominada de areia excedente de fundição, é destinada para outros fins industriais (cimento, construção civil) ou então encaminhada para aterros.

[006] A confecção dos machos exige que seja empregada areia nova, já que a presença dos resíduos da areia de moldagem (bentonita, argila queimada, pó-de- carvão, coque) impede o bom funcionamento do filme Iigante de resina. Deste modo, em cada ciclo de fundição é empregada uma quantidade de areia nova correspondente ao peso dos machos, e que, dependendo do tipo de peça produzida, pode equivaler ao peso das peças fundidas.

[007] Alguns processos foram propostos para regenerar a areia excedente de fundição, para que ela pudesse ser novamente empregada na macharia. Estes processos visam retirar, ao máximo possível, a bentonita, a argila inerte, o pó-de-carvão e coque que acompanham a areia excedente de fundição, tornando-a o mais parecido possível com a areia-base inicial.

[008] Um grupo de processos de regeneração da areia excedente de fundição são os processos mecânicos, onde a areia excedente de fundição é atritada, removendo-se as partículas aderidas aos grãos de areia, e posteriormente submetida a uma exaustão, onde estas finas partículas são separadas.

[009] Os resultados obtidos por estes processos nem sempre são satisfatórios, já que o grau de limpeza obtido não é muito grande. Algumas fundições procuram retirar a areia excedente de fundição em algum local especial na desmoldagem, removendo não uma fração média, mas sim uma fração mais rica em areia de machos, com menos finos inorgânicos, o que permite melhores resultados a estes tipos de processos mecânicos. O atrito pode ser conseguido por impacto entre os grãos de areia, impacto contra chapas metálicas, ou ainda por ação de rebolos abrasivos.

[0010] Outro grupo de processos de regeneração da areia excedente de fundição são os térmicos, onde a areia excedente é submetida a uma etapa de aquecimento com temperatura entre 500-800°C, de modo a remover as hidroxilas da bentonita e queimar todos os componentes orgânicos (pó-de-carvão, coque, resinas, pó-de-madeira), restando apenas argila inerte junto com os grãos de areia.

[0011] Com a associação a um processo mecânico, esta argila inerte é separada dos grãos de areia e removida por exaustão. Eventualmente efetua-se o processo mecânico em duas etapas, uma antes e outra após o processo térmico. Este tipo de processamento fornece boa qualidade de areia regenerada, que pode ser usada novamente na confecção de machos, sendo, entretanto, um processo que envolve altos custos, principalmente de investimento e de energia (térmica e mecânica).

[0012] Outra alternativa ainda é o processamento a úmido da areia excedente de fundição, onde a areia é atritada a úmido, de modo a remover as partículas aderidas aos grãos de areia, sendo que as partículas finas podem ser removidas por diferentes processos, tais como centrifugação ou flotação. Empregam-se então processos muito similares aos utilizados pelos processadores de areia-base, que retiram da natureza depósitos de areia contaminada com argilas e materiais orgânicos, e realizam sua purificação empregando processos a úmido.

[0013] A tabela 1 apresenta uma comparação entre resultados obtidos pelos diferentes processos de regeneração. Pode-se observar que o processo de regeneração a úmido resulta em valores adequados de resistência do macho. Tabela 1 - Caracterização das areias regeneradas por diversos processos.

[0014] Uma das dificuldades deste tipo de processo é o custo da água empregada, e da sua limpeza (remoção das partículas finas retiradas da areia excedente de fundição), já que são enormes as quantidades de lama geradas.

[0015] Também é importante o alto custo de deposição destas partículas finas removidas da areia. Outro item importante do custo refere-se à secagem da areia, processada a úmido. A areia regenerada pode ser usada em macharia e moldagem, com ligantes químicos, apesar de conter ainda quantidades apreciáveis de materiais orgânicos.

[0016] Existem também alguns processos que permitem a recuperação de areia usada na fundição, onde a água proveniente da lavagem é tratada e reaproveitada pelo sistema e o resíduo separado da água gera uma lama que tem aplicação em outros segmentos industriais, como na fabricação de tijolos, manilhas, telhas, conforme descrito nos documentos PI9002540 e MU7100137. No entanto, tais processos exigem o emprego de areia nova para a confecção de novos machos, elevando assim tanto o seu custo de fabricação de machos quanto danos ao meio ambiente.

[0017] Dentro desse contexto é proposto o presente processo de tratamento de areia excedente de fundição para regeneração visando seu uso em macharia e moldagem, processo esse que é um processo de regeneração a úmido, e que traz um equacionamento econômico e técnico para o problema das lamas geradas na limpeza da areia a úmido.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0018] A presente Patente de Invenção será descrita de acordo com à figura 1, a qual é um fluxograma do processo aqui descrito.

[0019] De conformidade com o quanto ilustra a figura 1 acima descrita, o processo de tratamento de areia excedente de fundição para regeneração visando seu uso em macharia e moldagem consiste em um conjunto de etapas, as quais podem ser assim discriminadas: a) alimentação da areia excedente de fundição em um silo (1); b) peneiramento inicial, o qual pode ser realizado a seco ou ainda a úmido em uma primeira peneira (2); c) processamento da mistura em um primeiro hidrociclone (4), mistura essa que vinda da primeira peneira (2) é previamente direcionada a um tanque (3), de onde ocorre o seu descarte, sendo que no hidrociclone (4) ocorre a primeira remoção de finos da areia e de onde a água com finos é conduzida para um tanque (5); d) processamento em um atritor (6), onde ocorre a agitação mecânica a úmido para separação das partículas dos grãos; e) segunda etapa de peneiramento a úmido, a qual ocorre em uma segunda peneira (8), sendo que a mistura proveniente do atritor (6) é previamente encaminhada a um tanque (7); f) processamento da mistura em um segundo hidrociclone (10), onde ocorre a segunda separação de finos da areia. A água com finos é conduzida para um tanque (11). A mistura submetida ao segundo hidrociclone (10) é previamente encaminhada a um tanque (9); g) etapa de classificação, onde em um classificador (12), ocorre a separação de finos de sílica. A água com finos é conduzida para o tanque (5); h) processamento da mistura em um terceiro hidrociclone (15), onde ocorre a terceira separação de finos da areia. A mistura antes de ser admitida no terceiro hidrocicione (15) é previamente conduzida a um tanque (14), sendo que a água é encaminhada a um tanque (13); i) processamento da areia lavada em uma calha desaguadora (16), a qual pode incluir filtro prensa, mesa desaguadora, correia assistida por vácuo, gravidade ou por centrifugação, outra opção é ainda o empilhamento da mistura a céu aberto. A água extraída na calha desaguadora (16) é conduzida ao tanque (13); j) secagem em um secador (17), onde ocorre a remoção final da água da areia regenerada, etapa que pode ser feita em forno rotativo ou ainda em forno de leito fluido; k) processamento em um resfriador (18), onde a areia tem a sua temperatura reduzida para próximo da ambiente. Isto pode ser feito com leito fluido ou com tubos com circulação de água, ou combinação das duas técnicas.

[0020] Opcionalmente, o processamento da mistura nos hidrociclones (4, 10 e 15) das etapas "c", "f e "h", pode ser realizado por classificador ou tanque de sedimentação com sifonamento. Da mesma forma o processamento da mistura no atritor (6) da etapa "d" pode ser realizado por tanque com ultra-som.

[0021] As águas separadas nos tanques (11), (13) podem recircular no sistema, podendo retornar no peneiramento executado na segunda peneira (8), no atritor (6) e no classificador (12). A água do tanque (5) contém grande quantidade de sólidos e seria, então, num processamento clássico, submetida a um processamento de remoção de partículas, com adição de polímeros ou compostos químicos, seguindo-se um processo de separação físico (decantação ou centrifugação).

[0022] A presente invenção dá um destino econômico a esta lama, conduzindo-a à fundição para ser empregada na recuperação da areia de moldagem, adicionando-a no resfriamento e/ou na repreparação.

[0023] Esta lama deve ser tratada adequadamente de modo que ao ser reintroduzida no sistema de areia não prejudique as propriedades do molde. Este tratamento se constitui uma inovação, pois esta lama contém polieletrólito que prejudica as propriedades da areia.

[0024] O tratamento com carbonato de sódio, em quantidades de 0,013 a 0,52% (em peso) neutraliza o efeito negativo do polieletrólito. É assim recuperada toda a fração de componentes ativos presentes nesta lama, tais como bentonita e pó-de-carvão, além de se substituir a água normalmente empregada no resfriamento e na repreparação da areia de moldagem, o que representa uma vantagem econômica importante para este processo. Assim, a adição de lama possibilita a redução de 5,0% à 20% do consumo de bentonita e 6,0% à 17% do consumo de pó de carvão, o que representa uma importante economia.

[0025] O processo de tratamento de areia ora tratado permite a produção de machos onde são empregados 100% desta areia, mostrando a viabilidade técnica do processo. As peças são fundidas e enviadas para usinagem e montagem de componentes diversos, tais como os de emprego automobilístico.

[0026] Com este processo torna-se viável técnica e economicamente a regeneração de areia excedente de fundição, permitindo que cerca de 80% das necessidades de areia nova possam ser supridas desta maneira. Isto representa uma importante medida para a redução do consumo de recursos naturais, sem que haja acréscimo de consumo de água, já que toda a água empregada na regeneração ou recircula no próprio processo ou substitui a água no resfriamento e na repreparação da areia de moldagem na fundição.

[0027] A lama proveniente do primeiro hidrociclone (4) tratada com carbonato de cálcio sendo utilizada na repreparação da areia de moldagem.

[0028] A lama do tratamento de água, proveniente do primeiro hidrociclone (4) e introduzida na recuperação da areia de moldagem, substitui parte da bentonita e do pó de carvão convencionalmente utilizados.

Claims

1. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, sendo que o referido processo possui uma sequência de etapas, as quais incluem: a) alimentação da areia excedente de fundição em um silo (1); b) peneiramento inicial realizado em uma primeira peneira (2); c) processamento da mistura com finos em um primeiro hidrociclone (4), mistura essa que vinda da primeira peneira (2) é previamente direcionada a um tanque (3), sendo que no hidrociclone (4) ocorre a primeira remoção de finos da areia e de onde a água com finos é conduzida para um tanque (5); o dito processo sendo CARACTERIZADO pela lama proveniente do primeiro hidrociclone (4) ser tratada com carbonato de sódio em quantidade de 0,013 a 0,52%, em peso, e compreender adicionalmente: d) processamento em um atritor (6), sendo a mistura com finos encaminhada a um tanque (7); e) segunda etapa de peneiramento a úmido, que ocorre em uma segunda peneira (8), e encaminhamento da mistura a um tanque (9); f) processamento da mistura com finos em um segundo hidrociclone (10), sendo a água com finos conduzida para um tanque (11); g) etapa de classificação, em um classificador (12), com separação de finos de sílica, sendo a água com finos conduzida para o primeiro tanque (5) e a mistura encaminhada para um tanque (14); h) processamento da mistura com finos em um terceiro hidrociclone (15), sendo a água encaminhada para um tanque (13); i) processamento da areia lavada em uma calha desaguadora (16), a água extraída na calha desaguadora (16) sendo conduzida ao tanque (13); j) secagem da areia regenerada em um secador (17); e k) processamento da areia regenerada em um resfriador (18).

2. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os volumes de água separados nos tanques (11), (13) recirculam no sistema, podendo retornar no peneiramento executado na segunda peneira (8), no atritor (6) e no classificador (12).

3. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a lama do tratamento de água, proveniente do primeiro hidrociclone (4) e introduzida na recuperação da areia de moldagem, substitui parte da bentonita e do pó de carvão convencionalmente utilizados.

4. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do processamento da mistura nos hidrociclones (4, 10 e 15) das etapas c), f) e h) poder ser realizado por classificador ou tanque de sedimentação com sifonamento.

5. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do processamento da mistura no atritor (6) da etapa d) ser realizado por tanque com ultra-som.

6. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o peneiramento inicial que é realizado na primeira peneira (2) ser realizado à seco.

7. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o peneiramento inicial realizado na primeira peneira (2) ser realizado a úmido.

8. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa i) de processamento da areia inclui um filtro prensa.

9. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM", de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa i) de processamento da areia inclui uma correia assistida por vácuo.

10. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM", de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa i) de processamento da areia inclui a ação da gravidade.

11. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa i) de processamento da areia inclui a ação de centrifugação.

12. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa j) de secagem ser realizada em forno rotativo.

13. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etpa j) de secagem é realizada em forno de leito fluido.

14. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa k) de resfriamento é realizada mediante emprego da técnica de leito fluido.

15. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa k) de resfriamento é realizada mediante emprego da técnica de tubos com circulação de água.

16. PROCESSO DE TRATAMENTO DE AREIA EXCEDENTE DE FUNDIÇÃO PARA USO EM MACHARIA E MOLDAGEM, de acordo com as reivindicações 1, 14 e 15, caracterizado pelo fato de que a etapa k) de resfriamento é executada através do emprego da combinação das técnicas de leito fluidizado e de tubos com circulação de água.