ES2255932T3 - Aglutinante, arena para machos y procedimiento de fabricacion. - Google Patents

Abstract

Sistema de aglutinante de base de vidrio acuoso compuesto por una solución acuosa de silicato alcalino de

Description

Aglutinante, arena para machos y procedimiento de fabricación.

La invención se refiere a un sistema de aglutinante de base de vidrio líquido consistente en una solución de silicato alcalino de la composición general: xSiO_{2}.yM_{2}O.zH_{2}O, donde M representa los metales alcalinos Li^{+}, K^{+} ó Na^{+} y una base higroscópica que se añade en proporción 1:4 hasta 1:6, donde el módulo Na_{2}O/SIO_{2} es igual a 2,5 a 3,5 en una proporción de sólidos del 20 al 40% en peso y donde como base higroscópica se utiliza un 30% de solución cáustica en una disolución acuosa, así como una mezcla de arena para machos y un método para su fabricación.

El aglutinante contenido en el sistema de aglutinante sirve para fabricar piezas cerámicas para machos para objetivos de fundición. Los aglutinantes son un componente de un plástico moldeado que, bajo condiciones determinadas como humectación o bien hinchamiento y formación de silicato, produce el compuesto entre los granos de arena individuales. Junto con los aglutinantes puros y los aglutinantes cerámicos también se utilizan aglutinantes químicos de base de vidrio líquido o de base de resina artificial que reaccionan químicamente unos con otros solidificándose
así.

Los aglutinantes conocidos o bien no son lo suficientemente estables o presentan efectos secundarios indeseados o bien sustancias de desecho que ponen en peligro al medio ambiente. Por eso los plásticos moldeados unidos con vidrio líquido dan por resultado un compromiso ventajoso que forman fases fijas por una deshidratación solidificándose así. Sin embargo no siempre es fácil controlar el proceso de solidificación de tal manera que entren inicialmente en el tubo de machos. Especialmente en la utilización de modernas máquinas para machos existe el peligro de una solidificación prematura de la arena para machos. Por eso no se consiguen las buenas propiedades de fluencia de la arena exigidas al entrar en el tubo de machos.

Por el documento DE-OS 15 08 634 (Diamond Shamrock Corp) se conoce un aglutinante para materia bruta para fabricar formas de fundición y machos de fundición autoendurecedoras. El aglutinante se compone de silicato sódico con una relación molar Na_{2}O a SIO_{2} de 1:1,5 a 1:3 e hidróxido potásico que se añade en forma de una solución acuosa. En la unión se liberaliza hidrógeno por reacción exotérmica, acortándose el tiempo de unión por medio del aditamento de hidróxido potásico. No se ha previsto una alimentación de calor desde fuera, con lo cual se debe añadir otro material que contenga silicio, p.ej. ferrosilicio, cuyo tamaño granular no obstante debe estar por debajo de 0,15 mm. Por lo tanto la rápida unión solamente es posible bajo condiciones determinadas, estrechamente limitadas y por la presencia de varios componentes que deben estar perfectamente controlados.

Por el documento DD 82 809 (Patente de la RDA) para mejorar la capacidad de tratamiento en procesos de arena cruda de bentonita de vidrio líquido o bien de arenas complejas de vidrio líquido de 1,0 a 2,0% en peso se añade solución cáustica de un compuesto de plástico moldeado. El plástico moldeado se compone además de 2,0 a 5,0% en peso, silicato sódico de 0,5 a 1,0% en peso, fuerza y 2,0 a 4,0% en peso, arena, y el resto de arena de cuarzo. La mezcla de moldeo se aplica en el molde, se rellena con arena de llenado y la forma básica realizada se solidifica química o térmicamente. Por lo tanto se trata de moldes de arena básicos que no son adecuados para una elaboración mecánica de machos. Las muestras elaboradas de eso se endurecen mediante esterificación durante un secado de 1 hora a 200ºC y después se someten a una prueba de presión, resultando una solidez máxima de 500 a 600 N/m^{2}. Este valor máximo solamente se consiguió con un plástico moldeado en el que los componentes superficialmente activos se refieren a una cantidad total del 0,1% de la cantidad total del material, no lo
sobrepasan.

Por el documento DE 29 09 107 se conoce un método en la fabricación de cuerpos de material granulado y/o con contenido de fibra con silicato sódico o silicato potásico como aglutinante, con lo cual la composición del material añade un material superficialmente activo. El material superficialmente activo puede componerse de un agente tensioactivo, de aceite de silicona o de una emulsión de silicona y realmente se calcula en una cantidad de 0,1% en peso como máximo de la cantidad del peso del material.

El documento GB 857 132 presenta una composición para la fabricación de machos y moldes de fundición, la cual contiene 90% del peso de arena blanda y 10% del peso de aglutinante. El aglutinante es una dispersión acuosa de un silicato de metal alcalino con una proporción de silicio-óxido de metal alcalino de al menos 0,5:1. Además el aglutinante contiene en una porción del 1 al 1,5% del peso un aditivo de silicio orgánico, que contiene en el medio entre 0,9 a 1,7 de radicales de hidrocarburo alifático monovalente por átomo de silicio.

Un objeto de la presente invención es desarrollar un sistema de aglutinante para la fabricación mecánica de machos por medio de sopladora de machos que pueda trabajar fácilmente en procesos de secado (en estado seco, pulverizado) y además presente una capacidad de fluencia mejorada y un tiempo de unión reducido.

Este objeto se soluciona según la invención mediante las características indicadas en las reivindicaciones de la patente.

El nuevo sistema de aglutinante de base de vidrio líquido está compuesto de una solución acuosa de silicato alcalino de la composición general: xSiO_{2}.yM_{2}O.zH_{2}O, donde para M están los metales alcalinos Li^{+}, K^{+} ó Na^{+} y se caracteriza de tal manera que adicionalmente contiene una base higroscópica. Como base higroscópica se introduce solución cáustica en composición 1:4 a 1:6. En caso de que el módulo Na_{2}O/SIO_{2} sea igual con 2,5 a 3,5 en una parte de materia sólida del 20 al 40% en peso se evita en todos los estados de funcionamiento que la arena para machos se solidifique prematuramente. Como base higroscópica se utiliza un 30% de solución cáustica en una disolución acuosa. Para controlar las propiedades higroscópicas se añade un material superficialmente activo. Como material superficialmente activo al sistema de aglutinante se le añade aceite de silicona con un punto de ebullición \geq 250º. Así la capacidad de fluencia de la arena para machos puede subir sustancialmente en la máquina sopladora de machos. Al sistema de aglutinante se le añade una solución de emulsión con 8 a 10% en peso de aceite de silicona referente a la cantidad del aglutinante. Además son posibles los siguientes perfeccionamientos
ventajosos:

a) la solución de emulsión de silicona muestra propiedades aniónicas, catiónicas, no iónicas,

b) en la solución de emulsión se introduce un emulgente que aumenta la viscosidad del aceite básico y a su vez reduce la tensión interfacial del sistema de aglutinante. El emulgente muestra una proporción molecular hidrófila y una lipófila que se adentra en la fase de aceite,

c) como aceite básico para la solución de emulsión de silicona se introduce un aceite que en el sistema de aglutinante forma una película de oleato sódico la cual en la superficie límite del sistema dispersado genera una película protectora mecánicamente estable

d) la solución de emulsión de silicona presenta la siguiente estructura:

-

los átomos Si están unidos con dos grupos CH_{3} correspondientes,

-

los átomos Si están unidos entre sí por átomos de oxígeno y forman una cadena, donde los grupos CH_{3} de los átomos Si contiguos se colocan espacialmente desplazables alrededor de los átomos de hidrógeno.

A continuación se explica la invención con más detalle según un ejemplo de comparación. Aquí se utiliza una máquina sopladora de machos según la Fig. 1 que presenta la siguiente estructura:

La máquina sopladora de machos se compone de una carcasa A verticalmente colocada en la que está embridada una entrada de aire B horizontal. La entrada de aire se controla por una extensa válvula de entrada de aire 1, fijándose una presión de aire aumentada en el tanque de almacenamiento del aire 5. Al abrir la válvula de entrada de aire 1 sale la presión del aire en la zona del motor 10 de la carcasa A en la que está colocado verticalmente un cilindro de arena ranurado 6. El cilindro de arena 6 está unido con un depósito de arena 3 que puede vaciarse por una
válvula.

En el caso de accionar la válvula de entrada de aire la arena se transporta con la abertura de la entrada de arena del cilindro de arena ranurado 6 al cabezal de tiro 7 y entra en el tubo de machos 8 procurándose una evacuación de la arena para machos 9a, 9b para la creación de la arena de machos compacta 11.

Para dictaminar el contenido de humedad de la arena de machos se integra una medición de humedad en la válvula de entrada de aire 2. Con esta disposición se comprobó que en la formación de la arena de machos según la invención se podía conseguir contenidos de humedad notablemente mayores y con ello una mejor viscosidad y una mejor capacidad de fluencia de la arena para machos.

La mezcla de arena de machos según la invención contiene una cantidad de aglutinante del 1,0 al 2,5% con referencia a la cantidad total de sólido granulado. Preferiblemente sólido granulado de arena de cuarzo está con un grado de granulación de 0,1 a 0,3 mm. La cantidad de la solución cáustica añadida en el sistema de aglutinante asciende de 0,01 a 0,6% en peso y el aceite de silicona está contenido con 0,1 a 0,5% en peso. A continuación se realiza un control de resistencia a la compresión con el medio de aglutinante según la invención

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Serie 1, composición:

aglutinante 2,4% en peso, emulsión 0,4% en peso, el resto arena de cuarzo

Peso de la muestra 158 gramos, cuerpo de la muestra- altura estándar 50 mm

Tras la extracción de la máquina sopladora de machos 2 minutos de secado en el microondas.

Control tras 30 minutos a temperatura ambiente.

Resistencia a la compresión: promedio de 5 controles 1060 N/cm^{2}

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Serie 2, composición:

aglutinante 2,4% en peso, NaOa 0,4% en peso, aceite de silicona 0,2% en peso, el resto arena de cuarzo.

Peso de la muestra: 157 gramos, cuerpo de la muestra- altura estándar 50 mm.

Tras la extracción de la máquina sopladora de machos 2 minutos de secado en el microondas.

Control de resistencia a la compresión tras 30 minutos a temperatura ambiente. Promedio de la solidez tras 5 controles: 1164 N/cm^{2}

De esta prueba de comparación resulta que el sistema de aglutinante según la invención puede trabajar con una máquina sopladora de machos usual a cuerpos de fundición altamente resistentes. El cuerpo de la muestra aproximadamente presenta una mejoría del 10% en la resistencia a la compresión cuando la mezcla de control añade 0,2% en peso de aceite de silicona. En una utilización del método según la invención según la reivindicación 10 se podría aumentar más la resistencia a la comprensión.

Claims (8)

1. Sistema de aglutinante de base de vidrio acuoso compuesto por una solución acuosa de silicato alcalino de la composición general: xSiO_{2}.yM_{2}O.zH_{2}O, donde M representa los metales alcalinos Li^{+}, K^{+} ó Na^{+} y una base higroscópica que se añade en proporción 1:4 hasta 1:6, donde el módulo Na_{2}O/SiO_{2} es igual a 2,5 a 3,5 con un contenido en sólidos del 20 al 40% en peso y donde como base higroscópica se utiliza un 30% de solución cáustica en una disolución acuosa, caracterizado porque la solución acuosa de silicato alcalino contiene una solución de emulsión de silicona con 8 a 10% en peso de aceite de silicona, en base a la cantidad de aglutinante, presentando el aceite de silicona un punto de ebullición \geq 250ºC.

2. Sistema de aglutinante según una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la solución de emulsión de silicona presenta propiedades aniónicas, catiónicas, no iónicas.

3. Sistema de aglutinante según una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la solución de emulsión de silicona presenta la siguiente estructura:

-

los átomos Si están unidos con dos grupos CH_{3} respectivamente,

-

los átomos Si están unidos entre sí por átomos de oxígeno y forman una cadena, estando los grupos CH_{3} de los átomos Si dispuestos espacialmente desplazables alrededor de los átomos de hidrógeno.

4. Mezcla de arena para machos que contiene un sistema de aglutinante según una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la cantidad de aglutinante asciende de 1,0 a 2,5% en peso, en base a la cantidad total de sólido granulado.

5. Sistema de aglutinante de arena para machos según la reivindicación anterior caracterizado porque como materia sólida granulada se usa arena de cuarzo con un grado de granulación de 0,1 a 0,3 mm.

6. Sistema de aglutinante de arena para machos según una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque en el sistema de aglutinante está contenido un 0,01 a 0,6% en peso de solución cáustica.

7. Sistema de aglutinante de arena para machos según una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque en el sistema de aglutinante está contenido un 0,1 a 0,5% en peso de aceite de silicona.

8. Procedimiento para fabricar una mezcla de arena para machos que contiene un sistema de aglutinante según una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque en una máquina de eyección de machos compuesta por una carcasa verticalmente colocada con una entrada horizontal de aire, se introduce la mezcla de arena para machos por un embudo en un cilindro de arena ranurado, estando la unión entre el embudo y el cilindro de arena cerrada durante la inyección y porque la mezcla de arena para machos que se encuentra en el cilindro de arena ranurado se compacta con una presión de atmosférica p_{1} y posteriormente se inyecta con una presión p_{2}>p_{1} en el tubo de machos.