ES2313559T3 - Mazarota aislante y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents

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ES2313559T3 ES06114893T ES06114893T ES2313559T3 ES 2313559 T3 ES2313559 T3 ES 2313559T3 ES 06114893 T ES06114893 T ES 06114893T ES 06114893 T ES06114893 T ES 06114893T ES 2313559 T3 ES2313559 T3 ES 2313559T3
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Abstract

Mazarota aislante para la utilización en la industria de la fundición, que comprende - esferas huecas cerámicas, - esferas huecas de vidrio con una densidad aparente a granel inferior a 0,3 g/cm 3 para el aislamiento, - aglutinante endurecido, - eventualmente material fibroso, en la que la relación de peso de las esferas huecas cerámicas respecto a las esferas huecas de vidrio con una densidad aparente a granel inferior a 0,3 g/cm 3 se encuentra en el intervalo de 1:1 a 10:1, preferiblemente en el intervalo de 2:1 a 6:1, y en la que la cantidad total de esferas huecas de vidrio y de esferas huecas cerámicas se encuentra en el intervalo del 40 al 80% en peso, preferiblemente en el intervalo del 40 al 60% en peso referido a la masa total de la mazarota.

Description

Mazarota aislante y procedimiento para su fabricación.
La presente invención se refiere a una mazarota aislante, así como a un procedimiento para su fabricación.
El término "mazarota" comprende en este caso en el marco del documento presente tanto revestimientos de mazarotas, insertos de mazarotas y cubiertas de mazarotas, como también almohadillas eléctricas.
En la fabricación de piezas moldeadas metálicas en la fundición se echa metal líquido en un molde y solidifica allí. El proceso de solidificación está asociado a una reducción del volumen del metal y por ello se emplean regularmente mazarotas, es decir, espacios abiertos o cerrados en o junto al molde para ajustar el déficit de volumen durante la solidificación de la pieza de fundición y así impedir una formación de rechupes en la pieza de fundición. Las mazarotas están unidas con la pieza de fundición o con la zona en peligro de la pieza de fundición y se encuentran habitualmente encima y/o al lado de la cavidad de moldeo.
Mazarotas aislantes se fabrican a partir de compuestos aislantes moldeables (masas aislantes) y deben diferenciarse de mazarotas exotérmicas, que se fabrican a partir de masas exotérmicas que se calientan a sí mismas por una reacción aluminotérmica. Las mazarotas aislantes absorben calor en primer lugar durante la colada del molde del metal fluido, hasta que se ajusta un equilibrio de temperaturas; desde ese momento protegen el metal fundido líquido un tiempo consabido contra otras pérdidas de calor. Las mazarotas aislantes retardan por consiguiente el comienzo de la solidificación y favorecen la alimentación compacta. Mazarotas aislantes se conocen, por ejemplo, del documento
DE 100 65 270 A1.
En el marco del presente documento mazarotas aislantes son mazarotas tales que comprenden menos del 1% en peso de metales oxidables. Las mazarotas aislantes según la invención no comprenden preferiblemente (según se define abajo en detalle) ningún metal oxidable. No obstante, no se excluye que las mazarotas aislantes en el sentido de la definición precedente sufran una reacción exotérmica, por ejemplo, a causa de la presencia de materiales orgánicos en el proceso de fundición.
El primer objetivo de la presente invención fue especificar una mazarota aislante que poseyera una estabilidad elevada, posea un buen efecto aislante con un peso reducido y, además, pudiera separarse de nuevo preferiblemente después de la colada de forma fácil y al menos esencialmente sin residuos de la arena para moldes, en la que se incrusta durante el proceso de fundición.
Este objetivo se resuelve según la invención mediante una mazarota aislante para la utilización en la industria de la fundición con las características de la reivindicación 1. Una mazarota semejante comprende:
-
esferas huecas cerámicas,
-
esferas huecas de vidrio con una densidad aparente a granel inferior a 0,3 g/cm^{3},
-
aglutinante endurecido,
-
eventualmente material fibroso.
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Sorprendentemente se ha demostrado que mediante la presencia al mismo tiempo de esferas huecas cerámicas (a) y de esferas huecas de vidrio (b) con una densidad aparente a granel inferior a 0,3 g/cm^{3}, en la mazarota aislante según la invención en el proceso de fundición (es decir, durante la colada, actuando temperaturas de hasta 1400ºC en la mazarota aislante), puede alcanzarse una estabilidad aumentada de la mazarota que todavía puede observarse después de la colada. Esta estabilidad aumentada debe atribuirse presumiblemente a la presencia de esferas huecas de vidrio.
Además, la mazarota aislante según la invención posee un efecto aislante especialmente bueno que debe atribuirse presumiblemente a la densidad aparente a granel especialmente reducida de las esferas huecas de vidrio a emplear según la invención, y que se demuestra en tiempos de solidificación claramente aumentados (para un metal de fundición vertido) en comparación con las mazarotas que solamente contienen esferas huecas cerámicas. Una densidad aparente a granel inferior a 0,3 g/cm^{3}, según está prevista para las esferas huecas de vidrio a emplear, es menor que la densidad aparente a granel de las esferas huecas cerámicas empleadas hasta ahora habitualmente en mazarotas aislantes. Las esferas huecas de vidrio empleadas en mazarotas aislantes según la invención poseen preferiblemente una densidad aparente a granel inferior a 0,2 g/cm^{3}, preferiblemente incluso una densidad aparente a granel inferior a 0,15 g/cm^{3}. En el mercado pueden obtenerse esferas huecas de vidrio con tales densidades aparentes a granel, por ejemplo, esferas huecas de vidrio con el nombre comercial Q-CEL (suministrador: Omega Minerals).
Las esferas huecas cerámicas empleadas en las mazarotas aislantes según la invención actúan de forma aislante y estabilizan, a causa de su elevada estabilidad respecto a la temperatura, la estructura de una mazarota aislante según la invención durante la colada. Además, las esferas aislantes cerámicas palian, dado el caso, junto con otros materiales de relleno adicionales, una desventaja que debería estar asociada al empleo de esferas huecas de vidrio en las mazarotas según la invención: las esferas huecas de vidrio hacen posible, a causa de su transparencia, un transporte de calor debido a la radiación térmica; pero las esferas huecas cerámicas son comparativamente no transparentes y reducen por ello este efecto.
Además, sorprendentemente se ha demostrado que las mazarotas aislantes según la invención, que se han incrustado durante el proceso de fundición en la arena para moldes, han podido separarse de nuevo después de la colada de forma especialmente sencilla y al menos esencialmente sin residuos de la arena para moldes. Esta observación está relacionada directamente presumiblemente con una estabilidad aumentada de la mazarota que, según se ha descrito arriba, puede atribuirse a la proporción de esferas huecas de vidrio empleadas. La arena de molde puede estar unida en este caso de forma habitual, por ejemplo, con resina o bentonita como aglutinante.
La presencia de material fibroso en las mazarotas aislantes según la invención es ventajosa frecuentemente para provocar un refuerzo adicional de la mazarota. En cuanto a los materiales fibrosos preferidos a emplear véase más adelante.
Para la consecución de estabilidades y efectos aislantes especialmente elevados es ventajoso elegir la relación de peso de esferas huecas cerámicas respecto a las esferas huecas de vidrio con una densidad aparente a granel inferior a 0,3 g/cm^{3} en el intervalo de 1:1-10:1. Una mazarota según la invención por ello se atiene a la relación nombrada anteriormente. El intervalo de 2:1 a 6:1 es especialmente preferido.
En el caso de porcentajes mayores de esferas huecas de vidrio en una mazarota según la invención crece el peligro de que la mazarota correspondiente en algunos casos posea una estabilidad demasiado pequeña para el proceso la fundición.
En el caso de porcentajes menores de esferas huecas de vidrio en una mazarota según la invención no se consigue en algunos casos una estabilidad muy elevada, la desprendibilidad de la arena de molde después de la colada no es óptima en algunos casos y el efecto aislante de la mazarota no es tan elevado en algunos casos como se
deseaba.
Las esferas huecas de vidrio a emplear en las mazarotas aislantes según la invención poseen preferiblemente una granulación, es decir, diámetros máximos y mínimos, en el intervalo de 30-170 \mum, y las esferas huecas cerámicas poseen preferiblemente una granulación en el intervalo de 2-500 \mum, siendo especialmente preferida una granulación en el intervalo de 20-150 \mum. Por consiguiente, la granulación de las esferas huecas de vidrio y de las esferas huecas cerámicas en las mazarotas aislantes según la invención es similar de forma ventajosa. La relación de los diámetros medios de esferas huecas para las esferas huecas de vidrio y para las esferas huecas cerámicas se encuentra preferiblemente en el intervalo de 1:5 a 5:1.
En las mazarotas aislantes según la invención la cantidad total de esferas huecas de vidrio y de esferas huecas cerámicas se encuentra en el intervalo del 40 al 80% en peso, preferiblemente en el intervalo del 40 al 60% en peso referido a la masa total de la mazarota.
En el caso de mayores cantidades totales de esferas huecas de vidrio y de esferas huecas cerámicas, la estabilidad de una mazarota aislante según la invención se reduce en algunos casos de forma no deseada.
En el caso de menores cantidades totales de esferas huecas de vidrio y de esferas huecas cerámicas, el efecto aislante de una mazarota aislante según la invención se reduce en algunos casos de forma no deseada.
Si la cantidad total de esferas huecas de vidrio y de esferas huecas cerámicas en las mazarotas aislantes según la invención se encuentra en el intervalo preferido del 40-60% en peso, entonces la cantidad de aglutinante endurecido se encuentra preferiblemente en el intervalo del 15-35% en peso, de nuevo referido a la cantidad total de la mazarota. La proporción relativa de aglutinante en la mazarota según la invención es por consiguiente muy alta; no obstante, no esta unido con ello una cantidad absoluta inaceptablemente elevada de aglutinante, puesto que una mazarota aislante según la invención es muy ligera a causa de la elevada proporción de esferas huecas de vidrio y de esferas huecas cerámicas. Las mazarotas aislantes preferidas según la invención con las cantidades (totales) nombradas de esferas huecas de vidrio, esferas huecas cerámicas y aglutinante endurecido no poseen solo una estabilidad especialmente elevada, sino también una estabilidad en caliente especialmente elevada.
Una mazarota aislante según la invención comprende preferiblemente material fibroso orgánico y/o ningún material fibroso inorgánico. Mientras que así es preferible la presencia de materiales fibrosos orgánicos, debería prescindirse del empleo de materiales fibrosos inorgánicos. Una renuncia semejante a materiales fibrosos inorgánicos conduce a procedimientos sanitariamente inocuos para la fabricación de mazarotas aislantes según la invención, ya que no pueden desprenderse partículas de materiales fibrosos inorgánicos que podrían pasar al pulmón.
El empleo de materiales fibrosos orgánicos provoca, tal y como ya se ha mencionado arriba, un refuerzo adicional de la mazarota aislante según la invención que se desea en muchos casos. Preferiblemente se emplean fibras de celulosa en las mazarotas aislantes según la invención; éstas se destacan por su peso reducido.
\newpage
Preferiblemente la longitud de las fibras de celulosa empleadas se encuentra en este caso en el intervalo de
30-800 \mum.
Una mazarota aislante según la invención comprende un aglutinante endurecido. Este aglutinante endurecido es preferiblemente el producto endurecido de un aglutinante que se elige del grupo constituido por: formadores de duroplásticos, formadores de silicatos, almidón, preferiblemente del grupo constituido por: formadores de resita, aglutinantes de nanocomposites (preparado de ésteres de ácido silícico parcialmente hidrolizados y silanos), vidrio soluble, almidón.
El almidón se emplea como aglutinante preferiblemente cuando para la fabricación de la mazarota aislante según la invención debe emplearse el procedimiento en suspensión o el procedimiento en el estado verde (procedimiento de filtrado de barbotina). En el procedimiento en suspensión el empleo del almidón favorece el comportamiento de flotabilidad, contrarresta así una segregación y en el procedimiento en el estado verde el empleo de almidón conduce a la estabilidad necesaria en estado verde. En particular pueden emplearse almidones nativos disgregados así como modificados.
Como componentes aglutinantes pueden emplearse preferiblemente también resinas fenólicas. Las resinas fenólicas preferidas son novolac fenólico molido con hexametilentetramina, como la del Typs Resital® (producto de Hüttenes-Albertus) y novolac de supraplásticos (producto de Süd-West-Chemie).
La melamina es igualmente preferible como componente aglutinante. En particular es preferible emplear melamina y formaldehído junto con otros compuestos reactivos frente a los aldehídos, como los fenoles. Luego se forman resinas de melamina fenol formaldehído (resinas MPF). Es preferible, por ejemplo, el empleo de una mezcla a partir de melanina y novolac fenólico molido con hexametilentetramina.
Los aglutinantes de nanocomposites son especialmente preferidos para la fabricación de una mazarota aislante según la invención. Como aglutinantes de nanocomposites pueden emplearse en particular preparados a partir de ésteres de ácido silícico parcialmente hidrolizados y silanos. Igualmente pueden emplearse los aglutinantes de nanocomposites tal y como se describen en el documento DE 196 47 369 A1, así como en el documento WO 98/22241. Bajo designación DYNASIL® (Degussa) pueden obtenerse en el mercado ésteres de ácido silícico apropiados como aglutinantes de nanocomposites, véanse los ejemplos 4 y 5 más adelante.
Una mazarota aislante según la invención comprende además de las esferas huecas de vidrio, esferas huecas cerámicas y, dado el caso, material fibroso y en algunos casos todavía otros materiales que pueden designarse como material de relleno. Es ventajoso, por ejemplo, en el empleo de un aglutinante de nanocomposites la presencia de ácido silícico biógeno que puede estar presente, por ejemplo, en forma de ceniza de cáscara de arroz (por ejemplo, adquirible bajo la designación Silimat®G de la empresa Refratechnik). Pero como otros materiales de relleno pueden emplearse, por ejemplo, también caolín, arena, chamota y/o cisco de coque, así como óxidos metálicos inertes en dispersión fina, como los de titanio, aluminio o silicio.
Respecto al empleo preferido de la ceniza de cáscara de arroz se ha indicado que este ácido silícico biógeno es un sustrato preferido para los aglutinantes de nanocomposites, se destaca por un peso muy bajo y se comporta de forma inerte frente a otros componentes durante la fabricación de mazarotas y durante la colada.
En las mazarotas aislantes según la invención preferida las esferas huecas cerámicas poseen una densidad aparente a granel inferior a 0,5 g/cm^{3}. La densidad de las mazarotas aislantes según la invención es preferiblemente menor que 0,6 g/cm^{3}.
Según otro aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una mazarota según la invención (preferiblemente en una de sus configuraciones preferidas). Un procedimiento de fabricación según la invención comprende los pasos siguientes:
-
Mezcla de esferas huecas cerámicas, esferas huecas de vidrio con una densidad aparente a granel inferior a 0,3 g/cm^{3}, aglutinantes, agua así como, dado el caso, material fibroso y/o otro material de relleno,
-
moldeo de la mezcla en una mazarota,
-
endurecimiento de la mazarota moldeada.
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El paso del moldeo se realiza en este caso después del procedimiento en suspensión o el procedimiento en estado verde.
A continuación se explica detalladamente la invención mediante ejemplos de realización.
A este respecto es válido en los ejemplos:
"Esferas huecas cerámicas":
densidad aparente a granel: aprox. 400 g/l granulación: 20-250 \mum
"Esferas huecas de vidrio":
densidad aparente a granel: aprox. 120 g/l granulación: 20-170 \mum
"Dynasil XAR":
según las indicaciones de fabricación un preparado de: ácido silícico, tetraetil éster, hidrolizado, 2 propanol; tetraetil silicato
"Resina fenólica":
Resital® CR 41, producto de Hüttenes-Albertus.
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Ejemplo 1
Masa en estado verde sin fibras
Se preparó una masa aislante moldeable con
1
La masa aislante moldeable se moldeó después del procedimiento en estado verde en una cubierta de mazarota y el aglutinante (resina fenólica) se endureció. La cubierta de mazarota aislante se empleó en la colada de una pieza de fundición de hierro. Se obtuvo una pieza de fundición cualitativamente de gran valor.
La densidad de la cubierta de mazarota aislante ascendió a 0,55 g/cm^{3}.
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Ejemplo 2
Masa en suspensión
2
La masa aislante moldeable se moldeó después del procedimiento en suspensión en una cubierta de mazarota y el aglutinante (resina fenólica) se endureció. La cubierta de mazarota aislante se empleó en la colada de una pieza de fundición de hierro. Se obtuvo una pieza de fundición cualitativamente de gran valor.
La densidad de la cubierta de mazarota aislante ascendió a 0,4 g/cm^{3}.
Ejemplo 3
Masa en suspensión
3
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La masa aislante moldeable se moldeó después del procedimiento en suspensión en una cubierta de mazarota y el aglutinante (resina fenólica) se endureció. La cubierta de mazarota aislante se empleó en la colada de una pieza de fundición de hierro. Se obtuvo una pieza de fundición cualitativamente de gran valor.
La densidad de la cubierta de mazarota aislante ascendió a 0,3 g/cm^{3}.
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Ejemplo 4
Masa en estado verde
4
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La masa aislante moldeable se moldeó después del procedimiento en estado verde en una cubierta de mazarota y el aglutinante (resina fenólica) se endureció. La cubierta de mazarota aislante se empleó en la colada de una pieza de fundición de hierro. Se obtuvo una pieza de fundición cualitativamente de gran valor.
La densidad de la cubierta de mazarota aislante ascendió a 0,3 g/cm^{3}.
\newpage
Ejemplo 5
Masa de filtrado de barbotina
5
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La masa aislante moldeable se moldeó después del procedimiento en suspensión en una cubierta de mazarota y el aglutinante (resina fenólica) se endureció. La cubierta de mazarota aislante se empleó en la colada de una pieza de fundición de hierro. Se obtuvo una pieza de fundición cualitativamente de gran valor.
La densidad de la cubierta de mazarota aislante ascendió a 0,3 g/cm^{3}.
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Ejemplo 6
Análisis del comportamiento de solidificación
En total se realizaron cuatro mezclas de masas aislantes (mezclas 1, 2, 3 y 4) y se emplearon para la fabricación de cubiertas de mazarotas. Las mezclas 1 y 2 se prepararon según el procedimiento en suspensión, las mezclas 3 y 4 según el procedimiento de estado verde. Las mezclas 1 y 3 están previstas en este caso para la fabricación de mazarotas según la invención, en particular contienen esferas huecas de vidrio con una densidad aparente a granel inferior a 0,3 g/cm^{3}. Las mezclas 2 y 4 están previstas para la fabricación de mazarotas de comparación; no contienen esferas huecas de vidrio.
Las fórmulas de las masas aislantes para la fabricación de las cubiertas de mazarotas según el procedimiento en suspensión pueden deducirse de la tabla 1 siguiente.
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6
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Las cubiertas de mazarotas a base de las mezclas 1 y 2 se fabricaron según el procedimiento en suspensión. Para ello el agua se dispuso en un recipiente y se mezcló de forma homogénea con el caolín, la resina fenólica y la melamina. A continuación los otros componentes de las masas aislantes se añadieron en porciones con agitación subsiguiente hasta que se presentó una masa uniforme de barbotina. Esta masa de barbotina se aspiró a un molde. Las cubiertas de mazarotas así fabricadas se secaron a continuación a 180ºC.
Las fórmulas de las masas aislantes para la fabricación de cubiertas de mazarotas según el procedimiento de estado verde pueden deducirse de la tabla 2 siguiente.
7
A partir de las mezclas 3 y 4 se fabricaron cubiertas de mazarotas según el procedimiento en estado verde. Para ello a partir de todos los componentes excepto agua se preparó una mezcla de polvo ampliamente homogénea. En un mezclador de laboratorio se añadió a continuación el agua. Después de un tiempo de mezcla de aproximadamente 2 minutos se presentó una mezcla lista para el uso, a partir de la que se compactaron las cubiertas de mazarotas y a continuación se secaron a 180ºC.
Las cubiertas de mazarotas fabricadas a base de las mezclas 1, 2, 3, y 4 se colocaron a continuación con una aleación estándar del tipo Al Si10Mg a una temperatura de colada de aproximadamente 850ºC. Se registraron curvas de solidificación que se reproducen en las figuras 1 y 2 adjuntas. La fig. 1 muestra las curvas de solidificación para las cubiertas de mazarotas a base de las mezclas 1 y 2, la fig. 2 muestra las curvas de solidificación para las cubiertas de mazarotas a base de las mezclas 3 y 4. En las dos fig. 1 y 2 puede apreciarse que las cubiertas de mazarotas a base de las mezclas 1 ó 3 según la invención poseen un tiempo de solidificación más largo en comparación con las cubiertas de mazarotas no según la invención a base de las mezclas 2 y 4.
Los análisis realizados muestran por consiguiente que las cubiertas de mazarotas según la invención son superiores a las cubiertas de mazarotas que no comprenden esferas huecas de vidrio. En este contexto se indica que a causa de la ausencia de esferas huecas de vidrio debieron realizarse adaptaciones insignificantes en las mezclas 2 y 4 en las fórmulas respecto a los componentes resina fenólica, melamina y agua, para poder fabricar cubiertas de mazarotas estables. Estas desviaciones insignificantes no son responsables de los distintos tiempos de solidificación de las cubiertas de mazarotas según la invención y no según la invención.

Claims (8)

1. Mazarota aislante para la utilización en la industria de la fundición, que comprende
-
esferas huecas cerámicas,
-
esferas huecas de vidrio con una densidad aparente a granel inferior a 0,3 g/cm^{3} para el aislamiento,
-
aglutinante endurecido,
-
eventualmente material fibroso,
en la que la relación de peso de las esferas huecas cerámicas respecto a las esferas huecas de vidrio con una densidad aparente a granel inferior a 0,3 g/cm^{3} se encuentra en el intervalo de 1:1 a 10:1, preferiblemente en el intervalo de 2:1 a 6:1, y en la que la cantidad total de esferas huecas de vidrio y de esferas huecas cerámicas se encuentra en el intervalo del 40 al 80% en peso, preferiblemente en el intervalo del 40 al 60% en peso referido a la masa total de la mazarota.
2. Mazarota según una de las reivindicaciones precedentes, en la que la cantidad total de esferas huecas de vidrio y de esferas huecas cerámicas en la mazarota se encuentra en el intervalo del 40 al 60% en peso y la cantidad de aglutinante endurecido se encuentra preferiblemente en el intervalo del 15 al 35% en peso, referido a la masa total de la mazarota.
3. Mazarota según una de las reivindicaciones precedentes, en la que la cubierta de mazarota comprende material fibroso orgánico y/o ningún material fibroso inorgánico.
4. Mazarota según una de las reivindicaciones precedentes, en la que el aglutinante endurecido es el producto endurecido de un aglutinante que se elige del grupo constituido por: formadores de duroplásticos, formadores de silicatos, almidón, preferiblemente del grupo constituido por: formadores de resita, aglutinantes de nanocomposites (preparado de ésteres de ácido silícico parcialmente hidrolizados y silanos), vidrio soluble, almidón.
5. Mazarota según una de las reivindicaciones precedentes, que adicionalmente comprende uno o varios materiales de relleno, preferiblemente elegidos del grupo constituido por: ácido silícico biógeno (por ejemplo, ceniza de cáscara de arroz), caolín, arena, chamota y cisco de coque.
6. Mazarota según una de las reivindicaciones precedentes, en la que las esferas huecas cerámicas poseen una densidad aparente a granel inferior a 0,5 g/cm^{3}.
7. Procedimiento para la fabricación de una mazarota según una de las reivindicaciones 1 a 6, con los siguientes pasos:
-
mezcla de esferas huecas cerámicas, esferas huecas de vidrio con una densidad aparente a granel menor que 0,3 g/cm^{3}, aglutinantes, agua así como eventualmente material fibroso y/u otro material de relleno,
-
moldeo de la mezcla en una mazarota,
-
endurecimiento de la mazarota moldeada.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el paso del moldeo se realiza después del procedimiento en suspensión o el procedimiento en estado verde.
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