ES2268803T3 - Composicion fluida capaz de producir carbono brillante durante la colada de metal y su procedimiento de prepacion. - Google Patents
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Abstract
Aditivo para las arenas de moldeo en fundición que permite generar carbono brillante, consistente en una composición fluida que incluye: un soporte líquido compuesto por una mezcla de agua y al menos un líquido orgánico, donde el agua sea al menos el 30% en peso del soporte líquido y al menos el 5% del peso de la composición fluida, partículas de al menos una sustancia, distinta de la hulla, capaz de producir carbono brillante en el curso de la colada del metal, el contenido del mencionado soporte líquido es inferior al 60% en peso de la mencionada composición y el contenido de las mencionadas partículas esté comprendido entre 85 y 5% en peso de la mencionada composición.
Description
Composición fluida capaz de producir carbono
brillante durante la colada de metal y su procedimiento de
preparación.
La presente invención se ocupa de temas de
fundición, y se refiere más en concreto a una nueva composición del
generador de carbono brillante.
Los generadores de carbono brillante son
sustancias carbonosas que se añaden a la arena de moldeo en las
fundiciones para separar, en el momento de la colada, las materias
volátiles de tipo hidrocarburo, cuyo objeto es crear una atmósfera
reductora en el recinto del molde, y formar un depósito de carbono
de apariencia grafítica en la superficie de las piezas, mejorando
así su aspecto.
Tradicionalmente, el polvo de hulla, finamente
molido, es la sustancia más utilizada, con una capacidad de
generación de carbono brillante de 8 a 10% de su peso. Otras
sustancias, tales como los alquitranes, las bentonitas, ciertas
resinas, o polímeros tales como el poliestireno, se utilizan
frecuentemente mezclados con el polvo de hulla, para aumentar la
capacidad de generación de carbono brillante.
La mayor parte de los generadores de carbono
brillante se utilizan en forma de un polvo finamente molido, cuyo
tamaño de grano es inferior a las 650 micras, con más del 50%
inferior a 150 micras.
Pero estos polvos, orgánicos por naturaleza,
con un fuerte porcentaje de polvo de hulla, son susceptibles de
autocalentamiento, de explosión de polvo, de apelmazamiento en los
silos.
Con el fin de evitar estos inconvenientes,
ciertos fabricantes, entre ellos la Peticionaria, han buscado
reemplazar los polvos por líquidos tales como los aceites
bituminosos. La práctica ha demostrado que estos aceites no pueden
ser incorporados a la arena en cantidad suficiente para satisfacer
la necesidad de carbono brillante, porque la arena se convertía en
demasiado plástica, y el desprendimiento de humos en la colada era
demasiado importante. La utilización de estos aceites quedaba pues
limitada a algunos casos particulares. Otros fabricantes han
ensayado comercializar suspensiones pulverulentas de hulla en agua,
pero este producto ha resultado demasiado caro, en relación con el
polvo de hulla clásico.
La patente de EE.UU. 3,666,706 resuelve el
problema de la toxicidad del polvo de hulla reemplazándola por un
polímero de hidrocarburos aromáticos de tipo poliestireno,
polipropileno, polietileno.
Ciertos fabricantes han evitado el problema del
almacenamiento de productos pulverulentos, mezclándolos con
bentonita, que es otro material habitual de la arena de moldeo en
fundición.
Estas mezclas, que han conquistado una buena
parte del mercado europeo, contienen una relación de generador de
carbono brillante/Bentonita comprendida entre 5 y 0,2.
Pero la influencia favorable de tales mezclas en
los problemas de seguridad en el almacenamiento no son perceptibles
más que para contenidos de bentonita elevados y los problemas de
seguridad no se solucionan de verdad. Además, estas mezclas son
menos flexibles al utilizarlas en fundición porque la relación de
generador de carbono brillante/Bentonita está predefinido, lo que
obliga frecuentemente a las fundiciones a mantener un pequeño
almacén separado de generador de carbono brillante.
Los problemas de toxicidad de los hidrocarburos
aromáticos policíclicos producidos por los generadores de carbono
brillante como la hulla, justifica la búsqueda de nuevos productos
de sustitución o enriquecimiento, cuya elección está siempre
restringida por los severos criterios de almacenamiento de materia
pulverulenta.
La presente invención se dirige precisamente a
ofrecer una solución a los problemas enunciados aquí arriba. Este
objetivo se alcanza gracias a un aditivo para las arenas de moldeo
de fundición que permite generar carbono brillante y consiste en
una composición fluida que en el seno de un soporte líquido contiene
partículas de al menos una sustancia, distinta de la hulla, capaz
de producir carbono brillante en la colada del metal según la
reivindicación
1.
1.
El contenido del soporte líquido en la
composición del fluido de la invención es inferior al 60% en peso de
la mencionada composición. El soporte líquido agua mezclada con al
menos un líquido orgánico, que puede ser igualmente seleccionado
entre los líquidos orgánicos procedentes de la destilación del
petróleo o de la hulla o incluso de derivados líquidos extraídos de
vegetales. Se pueden citar como ejemplo, los disolventes aromáticos,
los ácidos grasos, ciertos derivados nafténicos o terpénicos, así
como su mezcla. En las composiciones de la invención donde el
soporte líquido es una mezcla de agua y al menos un líquido
orgánico, el agua representa ventajosamente al menos el 30% en peso
del soporte líquido y/o al menos 5% en peso de la composición de la
invención.
Por composición fluida se entiende tanto los
líquidos, como las suspensiones o pastas, sensiblemente homogéneas
al menos en el momento de su empleo.
El contenido de partículas en una sustancia,
distinta de la hulla, capaz de producir carbono brillante en la
composición fluida de la invención está comprendida entre 85% y 5%
en peso de la composición. De preferencia al menos un 50% en peso
de las partículas en la composición de la invención tiene un tamaño
inferior a unas 500 micras.
Todas las partículas de sustancias conocidas por
su capacidad de producir carbono brillante en el curso de la colada
de metal en el molde, utilizadas anteriormente en forma
pulverulenta, son utilizables en el cuadro de la presente
invención. Se pueden citar principalmente las naftas, la glisonita,
las resinas cumarone-indeno, el albores, ciertas
poliolefinas o sus polímeros derivados, los compuestos resinosos
obtenidos por el tratamiento de residuos de fabricación de bisfenol
A, etc…
Pero estas partículas pueden también estar
constituidas por cualquier otra materia potencialmente interesante
pero que presenta inconvenientes para una aplicación en forma
pulverulenta, principalmente en razón de características físicas
desfavorables como, por ejemplo, mala aptitud a ser molidas, una
humedad elevada, una propensión al aglutinamiento o a la
segregación granular. Estas materias son frecuentemente residuos de
la producción de polímeros, que son hoy día incinerados. A título
de ejemplo de tales materias se pueden citar los residuos de la
fabricación en emulsión o en suspensión de poliolefinas o sus
copolímeros, residuos a menudo constituidos por barros o finos
húmedos, o incluso residuos de la selección granulométrica de
resinas de cambio de iones.
La invención trata pues de manera general la
utilización en el seno de un soporte líquido de partículas de
compuestos resinosos y más particularmente de partículas de
polímeros o copolímeros o su mezcla cuyas cadenas macromoleculares
contengan un 80% al menos de su peso de átomos de carbono y de
hidrógeno. Entre ellos, la invención contempla preferencialmente
aquéllos cuya/o:
- Capacidad de generar carbono brillante sea al
menos 15% en peso de su peso, medido según le método definido por
la Industria Alemana de Fundición en "Bestimmung von
glanzkohlenstoff-V.D.G". p.85, October 1980.
- Contenido en materias volátiles sea al menos
50% medido según el método ISO 562-1981 y que las
dichas materias volátiles se desprendan en un 80% al menos entre
200ºC y 500ºC.
Las partículas de sustancias capaces de producir
carbono brillante preferidas según la invención tienen un contenido
en hidrocarburos aromáticos policíclicos débil
(benzo-A-pireno<50 ppm) y el
contenido en azufre inferior al 3%.
La composición fluida según la invención puede
además tener una cantidad adecuada de uno o varios agentes de
mantener en suspensión, de reología o de superficie para evitar la
decantación de partículas o la separación de fases líquidas. Entre
ellos se pueden citar arcillas, bentonitas, tensoactivos y
polisacáridos.
La composición fluida de la invención puede
igualmente contener uno o varios aditivos conocidos por sus efectos
favorables en la arena de moldeo, para mejorar por ejemplo su
fluidez, la cohesión o el ajuste. Se puede tratar por ejemplo de
aceites jabonosos, ácidos grasos o sus ésteres jabonosos o no,
glicoles, grafito, o aditivos que actúen en la activación de la
bentonita como ciertas bases.
La composición fluida según la invención puede
igualmente contener uno o varios aditivos conocidos por su efecto
anticongelante como los etilenglicoles, o su efecto antibacteriano
como el formol.
A pesar de que uno de los fines de la presente
invención es suprimir por razones de salud en el puesto de trabajo,
la utilización de la hulla como generador de carbono brillante,
puede resultar útil, por razones técnicas, económicas o de
disponibilidad de materia prima, incorporar en la composición fluida
de la invención polvo de hulla cuyo tamaño de partículas sea
ventajosamente inferior a 600 micras. En este caso, el contenido en
polvo de hulla en la dicha composición será de preferencia inferior
al 50%.
Según un modo de realización ventajosa de la
composición fluida de la invención, ésta contendrá hasta alrededor
del 50% y de preferencia 30% de su peso, un polvo mineral poroso
como por ejemplo:
- -
- coque, del que el 80% en peso estará constituido por partículas cuyo tamaño sea inferior a alrededor de 500 micras, y de preferencia cuyo 70% en peso esté compuesto por partículas cuyo tamaño sea inferior a 200 micras.
- -
- un material granular silíceo o silico-aluminoso poroso cuyo tamaño de partícula sea inferior a 600 micras.
La invención trata también de un procedimiento
de preparación de una composición fluida según la invención que
consiste en incorporar en el soporte líquido partículas de al menos
una sustancia, distinta de la hulla, capaz de producir carbono
brillante, sea en forma de partículas finas cuyo tamaño sea inferior
a 500 micras para el 50% de su peso, secas o húmedas, sea por
molienda en fase húmeda con el mencionado soporte líquido. El
soporte líquido y las partículas utilizadas en este procedimiento
son como las descritas precedentemente en la composición del fluido
de la invención.
La invención contempla también la utilización de
partículas de una sustancia, distinta de la hulla, capaz de
producir carbono brillante en la colada de metal en el molde, para
la preparación de una composición fluida como aditivo para las
arenas de moldeo en fundición.
Las mencionadas partículas son del tipo descrito
precedentemente en la composición del fluido de la invención.
La invención trata, en fin, la utilización de un
aditivo definido precedentemente para la preparación de una
composición para moldeo en fundición, así como una composición para
moldeo en fundición a base de arena con ese aditivo y su
procedimiento de preparación. Un procedimiento de preparación de una
composición para moldeo en fundición consiste en mezclar a la arena
de fundición, proveniente por ejemplo del reciclo después del
desmolde, una cantidad al menos del 0,05% en peso de un aditivo
según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, sea
directamente, sea por intermedio de una pre-mezcla
con otras materias.
Otras ventajas y características de la invención
aparecerán con la lectura de los ejemplos que siguen sobre la
preparación y utilización de la composición fluida de la invención
en fundición.
El ejemplo que sigue trata de los ensayos de
utilización, en cuanto a generador de carbono brillante en
fundición, de finos seleccionados granulométricamente producidos
como residuo de la fabricación de copolímero
estireno-di-vinil-benceno
(S-DVB) para resinas de cambio de ion.
Estos finos han sido anteriormente utilizados
bajo forma pulverulenta conforme al método anterior, mezclándolas
con el polvo de hulla, a razón de 30% de finos de
S-DVB por el 70% de polvo de hulla. Se comprueba
vaciando esta mezcla en un plato y vibrando ligeramente el plato
que los granos de finos S-DVB se separan claramente
de los granos de hulla, y así pues la mezcla pasa a ser fácilmente
heterogénea, lo que impide su utilización en fundición.
La mezcla más abajo, ha sido incorporada en un
líquido y la composición líquida obtenida ha sido utilizada en un
molde de fundición:
- a)
- Fabricación de un pre-gel por mezcla de:
- -
- 97 g de agua,
- -
- 0,14 g de Rhodadol 23 comercializado por la Sociedad Rhône-Poulenc,
- -
- 2,29 g de Empilan NP6 comercializado por Sociedad ALBRIGHT-WILSON
- -
- 0,57 de Empicol ESB 3M comercializado por Sociedad ALBRIGHT-WILSON
- b)
- Fabricación de la composición fluida por mezcla de:
- -
- 30 g de polvo de hulla,
- -
- 35 g de finos S-DVB,
- -
- 35 g del pre-gel de la etapa (a) arriba
La mezcla obtenida es de apariencia fluida y
homogénea y así permanece más de tres semanas, hasta su utilización
descrita a continuación:
- c)
- Fabricación de un molde de fundición de la siguiente composición:
- -
- 100 partes de arena silícea de granulometría 55 AFS,
- -
- 7 partes de bentonita cálcica activada,
- -
- 3 partes de la composición fluida de la etapa (b) arriba,
- -
- 2 partes de agua
Se cuela entonces la fundición líquida en el
molde. Después del enfriamiento se obtiene una pieza con una
superficie sin defecto y bien decapada.
Claims (17)
1. Aditivo para las arenas de moldeo en
fundición que permite generar carbono brillante, consistente en una
composición fluida que incluye:
un soporte líquido compuesto por una mezcla de
agua y al menos un líquido orgánico, donde el agua sea al menos el
30% en peso del soporte líquido y al menos el 5% del peso de la
composición fluida,
partículas de al menos una sustancia, distinta
de la hulla, capaz de producir carbono brillante en el curso de la
colada del metal,
el contenido del mencionado soporte líquido es
inferior al 60% en peso de la mencionada composición y el contenido
de las mencionadas partículas esté comprendido entre 85 y 5% en peso
de la mencionada composición.
2. Aditivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el líquido orgánico esté elegido entre
los disolventes aromáticos y ácidos grasos.
3. Aditivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque al menos 50% en
peso de partículas de sustancia, distinta de la hulla, capaz de
producir carbono brillante, con un tamaño inferior a unas 500
micras.
4. Aditivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las partículas
de sustancias, distintas de la hulla, capaces de producir carbono
brillante son partículas de un compuesto resinoso como las
partículas del copolímero o copolímero o su mezcla cuyas cadenas
macromoleculares contengan átomos de carbono e hidrógeno al menos
en un 80% de su peso.
5. Aditivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque las partículas de sustancias, distintas
de la hulla, capaces de producir carbono brillante están
constituidas por poliolefinas o sus copolímeros o copolímeros
derivados.
6. Aditivo según una cualquiera de la
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las partículas
de sustancias, distintas de la hulla, capaces de producir carbono
brillante, tienen una capacidad de generar carbono brillante de al
menos 15% en peso de su peso medido según el método definido por la
Industria Alemana de Fundición en "Bestimmung von
glanzkohlenstoff-V.D.G". p.85, October 1980.
7. Aditivo según una cualquiera de la
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las partículas
de sustancias, distintas de la hulla, capaces de producir carbono
brillante tienen un contenido de materias volátiles de al menos 50%
medido según el método ISO 562-1981 y que la dichas
materias volátiles se desprendan en un 80% al menos entre 200ºC y
500ºC.
8. Aditivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las partículas
de sustancias, distintas de la hulla, capaces de producir carbono
brillante tienen un bajo contenido en hidrocarburos aromáticos
policíclicos y un contenido de azufre inferior al 3%.
9. Aditivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la composición
fluida contiene además una cantidad adecuada de uno o varios agentes
antidecantación, de reología o de superficie para evitar la
decantación de partículas o la separación de fases líquidas.
10. Aditivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque los mencionados agentes estén elegidos
entre las arcillas, bentonitas, tensoactivos y polisacáridos.
11. Aditivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la composición
fluida contiene además de 1 a 50% en peso de polvo de hulla cuyo
tamaño de partícula sea inferior a 600 micras.
12. Aditivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la composición
fluida contiene hasta un 50% en peso de polvo de coque, cuyo 80% en
peso esté constituido por partículas cuyo tamaño sea inferior a
unas 500 micras.
13. Aditivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la composición
fluida contiene hasta un 30% en peso de una materia granular silícea
o sílico-aluminosa porosa cuyo tamaño de partícula
sea inferior a unas 600 micras.
14. Procedimiento de preparación de aditivos
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13,
caracterizado porque se incorporan en un soporte líquido
partículas de al menos una sustancia, distinta de la hulla, capaces
de producir carbono brillante, sea en forma de partículas finas cuyo
tamaño sea inferior a 500 micras en un 50% de su peso, secas o
húmedas, sea por molienda en fase húmeda con el mencionado soporte
líquido.
\newpage
15. Utilización de un aditivo según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 13 para la preparación de una
composición para moldeo en fundición.
16. Composición para moldeo en fundición a base
de arena conteniendo un aditivo según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13.
17. Procedimiento de preparación de una
composición para moldeo en fundición, caracterizado porque
se mezcla a la arena de fundición una cantidad de al menos 0,05% en
peso de un aditivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a
13, sea directamente, sea por intermedio de una
pre-mezcla con otras materias.
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