ES2602353T3 - Molde para colada con revestimiento y método de fabricación - Google Patents

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Kermit A. Buntrock
Thomas M. Branscomb
Arlen G. Davis
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Abstract

Un método de fabricación de un molde de cáscara de colada con revestimiento que comprende: proporcionar una primera papilla de revestimiento refractaria formada por mezcladura de un sol ligante con una primera mezcla seca que incluye carga refractaria, donde dicha primera mezcla seca carece de fibras; proporcionar una segunda papilla de revestimiento refractaria formada por mezcladura de un sol ligante con una segunda mezcla seca que incluye carga refractaria y fibras; aplicar una de dichas papillas primera y segunda de revestimiento refractarias sobre un patrón fungible para producir una preforma revestida; opcionalmente, aplicar un estuco de material refractario sobre la preforma revestida; secar la preforma revestida opcionalmente estucada, lo bastante para aplicar otra de dichas papillas de revestimiento refractarias primera o segunda sobre la preforma; repetir la aplicación de papilla refractaria y opcionalmente el estucado tantas veces como sea necesario para construir una preforma del espesor deseado; secar la preforma multicapa para producir un molde de cáscara de colada con revestimiento crudo; y calentar el molde de cáscara crudo a una temperatura suficiente para producir un primer molde de cáscara de colada con revestimiento quemado, caracterizado por que la preforma incluye al menos una capa de primera papilla de revestimiento refractaria y al menos una capa de segunda papilla de revestimiento refractaria.

Description

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DESCRIPCION
Molde para colada con revestimiento y metodo de fabricacion.
CAMPO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a metodos y composiciones mejorados para la tecnolog^a de colada con revestimiento.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
La colada con revestimiento por el proceso de la cera perdida puede remontarse al Egipto y la China antiguos. El proceso como se practica hoy en dfa, sin embargo, es una tecnologfa relativamente nueva que data de la decada de los anos 1930 y representa un negocio y ciencia rapidamente crecientes. La tecnologfa de la colada con revestimiento simplifica la produccion de formas metalicas complejas por colada de metal fundido en moldes fungibles de cascara ceramica formados alrededor de preformas de cera desechables que duplican la forma metalica deseada. "Precision Investment Casting", es decir, PIC, es el termino de la tecnica que se refiere a esta tecnologfa.
El proceso PIC convencional emplea seis pasos principales:
1. Preparacion de la preforma:
Se fabrica una preforma positiva desechable de la pieza colada metalica deseada a partir de un material termoplastico tal como cera que se fundira, vaporizara o quemara completamente de tal modo que no dejara residuos contaminantes en el molde de cascara ceramica exento de cera. La preforma positiva se prepara por inyeccion del material termoplastico en una matriz o "herramienta" metalica negativa segmentada disenada para producir preformas de la forma, dimension y acabado superficial requeridos para la pieza metalica colada. Pueden ensamblarse preformas simples o multiples por fusion de las mismas a un "sistema de canal de colada" de cera desechable que alimenta metal fundido para llenar el molde de cascara;
2. Construccion del molde de cascara por:
(a) inmersion del ensamblaje de preformas en una papilla refractaria que tiene un grano refractario de partfcula fina en una solucion acuosa de ligante de sflice coloidal estabilizada con alcali para definir un revestimiento de material refractario sobre la preforma;
(b) puesta en contacto del revestimiento refractario con un grano refractario particulado y seco de grano grueso o "estuco" para definir un revestimiento estucado, y
(c) secado al aire para definir un revestimiento unido insoluble, crudo y desecado al aire. Estos pasos de proceso pueden repetirse hasta construir por medio de capas sucesivas un molde de cascara "crudo" secado al aire del espesor deseado.
3. Eliminacion de la cera - La preforma de cera desechable se elimina del molde de cascara secado al aire "crudo" por tratamiento con vapor en autoclave, inmersion del molde de cascara crudo en un horno de eliminacion instantanea de cera calentado a 1000°F-1900°F (537,7°C-1037,7°C), o por cualquier otro metodo que caliente y funda rapidamente la cera a fin de que una acumulacion excesiva de presion no agriete el molde de cascara.
4. Tratamiento en horno - El molde de cascara exento de cera se calienta a aproximadamente 1600°F-2000°F (871,0°C-1093,2°C) para eliminar residuos volatiles y formar uniones ceramicas estables en el molde de cascara.
5. Vertido - El molde de cascara calentado se recupera del horno y se posiciona para recibir el metal fundido. El metal puede fundirse por gas, arco indirecto, o calentamiento de induccion. El metal fundido puede colarse al aire o en una camara de vacfo. El metal fundido puede verterse por medios estaticos o por centrifugacion, y desde una cuchara de colada o un crisol de fusion directa. El metal fundido se enfna para producir una pieza colada metalica solidificada en el molde.
6. Recuperacion de la pieza colada - Los moldes de cascara que tienen piezas coladas metalicas solidificadas en su interior se rompen y las piezas coladas metalicas se separan del material de cascara ceramica. Las piezas coladas pueden separarse del sistema de canal de colada por aserrado o corte con discos abrasivos. Las piezas coladas pueden limpiarse por volteo en tambor, chorreado con granalla o chorreado con arena.
Los moldes de cascara de la colada con revestimiento tienden a ser fragiles y propensos a la rotura. En un esfuerzo para aumentar la resistencia de los moldes de cascara de la colada con revestimiento, se han anadido pequenas cantidades de fibras refractarias desmenuzadas y/o en combinacion con fibras organicas desmenuzadas a las
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papillas refractarias acuosas. Las papillas refractarias que incluyen estas pequenas cantidades de fibras refractarias desmenuzadas permiten la aplicacion de revestimientos mas gruesos a una preforma. Sin embargo, estas papillas requieren adiciones importantes de polfmero a fin de alcanzar una resistencia en crudo y propiedades de fluidez satisfactorias de la papilla.
De hecho, se conoce por WO 02/38.308 un metodo de revestimiento de moldes de colada. Este metodo implica la mezcladura de fibra refractaria, fibra de vidrio y carga refractaria para formar una primera mezcla seca; mezcladura de la fibra refractaria, fibra de vidrio y carga refractaria para formar una segunda mezcla seca (igual o diferente de la primera mezcla seca); mezcladura de la primera mezcla seca con un sol acuoso de sflice coloidal para formar una papilla refractaria de revestimiento premium, mezclar la segunda mezcla seca con un sol acuoso de sflice coloidal para formar una papilla de revestimiento refractaria de respaldo (igual o diferente de la primera papilla de revestimiento premium); y emplear sucesivamente las papillas refractarias para producir un molde de colada con revestimiento. Asf, en WO2/38.308, ambas papillas primera y segunda incluyen fibras.
Por tanto, existe necesidad de materiales y metodos que proporcionen moldes de cascara de colada con revestimiento que tengan resistencia mejorada y eviten las desventajas de la tecnica anterior.
SUMARIO DE LA INVENCION
La invencion se refiere a la formacion rapida de un molde de cascara ceramica sobre una preforma fungible, y a los moldes de cascara ceramica asf obtenidos.
En lmeas generales, la presente invencion se refiere a composiciones utilizadas para formar moldes de cascara colada con revestimiento que comprenden una mezcla seca de refractario que incluye fibra y una carga refractaria y un sol ligante adecuado que se mezcla con la mezcla seca para formar una papilla de revestimiento de refractario.
Asf pues, la presente invencion se refiere a la tecnica de mezclar fibra con carga refractaria para formar una mezcla seca y mezclar luego dicha mezcla seca con sflice coloidal u otro sol adecuado para formar una papilla de colada con revestimiento. Estas papillas se emplean luego en el proceso de colada con revestimiento en la produccion de moldes de cascara; los moldes de cascara se "liberan de cera", se queman y se someten a colada como se conoce en la tecnica. Las fibras pueden ser inorganicas u organicas, desmenuzadas o molidas. Pueden utilizarse cargas de refractarios tales como sflice, circon, alumina, o alumina-sflice fundidas, u otras. La carga refractaria puede contener una diversidad de tamanos de partfcula que van desde partfculas microfinas de unos pocos micrometros o menos a partfculas finas de mallas -120 a -325, hasta agregados gruesos de mallas 10 a 40. Las mezclas secas que contienen fibra y carga refractaria son faciles y comodas de utilizar y contribuyen a asegurar la uniformidad de la papilla. Se ha demostrado que las cascaras fabricadas por los metodos descritos en esta memoria presentan ventajas importantes sobre las producidas con papillas que carecen de la mezcla seca arriba indicada.
Con relacion a los diversos metodos descritos en esta memoria, muy generalmente los metodos de fabricacion incluyen los pasos de proporcionar papillas de revestimiento refractaria primera y segunda en las cuales al menos una de dichas papillas se forma a partir de una mezcla seca que incluye fibra y carga refractaria, mezclandose dicha mezcla seca con un sol acuoso coloidal para formar dicha papilla; aplicar una de dichas papillas de revestimiento refractario primera y segunda sobre un patron fungible para producir una preforma revestida; opcionalmente, aplicar un estuco de material refractario sobre la preforma revestida; secar la preforma revestida opcionalmente estucada lo bastante para aplicar otra de dichas papillas primera o segunda de revestimiento refractario sobre la preforma; repetir la aplicacion de papilla refractaria y opcionalmente el estucado tantas veces como sea necesario para construir una preforma del espesor deseado, con tal que dicha preforma incluya al menos una capa de papilla de revestimiento refractario formada a partir de dicha mezcla seca; secar la preforma multicapa para producir un molde de cascara de colada con revestimiento crudo; y calentar el molde de cascara crudo a una temperatura suficiente para producir un molde de cascara de colada con revestimiento quemado.
La carga puede tener un tamano de partfcula comprendido entre aproximadamente la malla 20 y aproximadamente la malla -600, con preferencia entre aproximadamente la malla 120 y aproximadamente la malla -325. La carga puede emplearse en mezcla con coque calcinado.
La primera mezcla seca se mezcla con un primer sol coloidal para formar una primera papilla. La segunda mezcla seca se mezcla con un segundo sol coloidal que puede ser igual o diferente del primer sol coloidal para formar una segunda papilla que puede ser igual o diferente de la primera papilla. Soles coloidales utiles incluyen, pero sin caracter limitante, sol coloidal de sflice, sol coloidal de sflice modificado por latex, silicato de etilo, silicatos ionicos, o mixturas de los mismos, preferiblemente sflice coloidal.
Se aplica un revestimiento de la primera papilla sobre una preforma fungible tal como plastico o cera para producir una preforma. La preforma se estuca luego con material refractario y se seca. A continuacion, se aplica un revestimiento de la segunda papilla sobre la preforma estucada. Se aplica un estuco de material refractario a la
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segunda capa para construir la preforma, que se seca a continuacion. La preforma fungible se elimina para producir un molde de cascara crudo que se quema para producir un molde de cascara ceramica.
En otro aspecto adicional de la invencion, se aplica una primera papilla a una preforma fungible que se estuca y se seca. Se aplica luego al menos una capa adicional de la primera papilla, se estuca y se seca para producir una preforma que tiene capas multiples formadas a partir de la primera papilla. A continuacion, se aplica una segunda papilla, se estuca y se seca. Puede aplicarse tambien una pluralidad de capas de la segunda papilla. La preforma fungible se elimina y el molde de cascara crudo resultante se calcina para producir un molde de cascara ceramica. La primera papilla de revestimiento premium puede estar formada por mezcladura de una o mas cargas ceramicas con un sol coloidal. Una mezcla seca de una o mas cargas ceramicas con fibras tales como fibras ceramicas o fibras organicas tales como nailon y polipropileno puede mezclarse tambien con un sol coloidal para formar la primera papilla. La segunda papilla puede formarse por mezcladura de una mezcla seca de una o mas cargas ceramicas con fibras tales como fibras ceramicas o fibras organicas tales como nailon y polipropileno. Los soles coloidales empleados en las papillas pueden ser iguales o diferentes. Soles coloidales utiles incluyen, pero sin caracter limitante, sol coloidal de sflice, sol coloidal de sflice modificado por latex, silicato de etilo, silicatos ionicos, y mixturas de los mismos, preferiblemente sol coloidal de sflice y sol coloidal de sflice modificado por latex.
En otro aspecto adicional de la invencion, se mezclan una o mas cargas ceramicas con un sol coloidal para producir una primera papilla que esta sustancialmente exenta de fibra. Se forma una segunda papilla por mezcladura de una mezcla de fibra y carga ceramica con adicion de un sol coloidal. Fibras que pueden utilizarse en la segunda papilla incluyen, pero sin caracter limitante, fibras ceramicas, fibras de vidrio, y fibras organicas. Fibras organicas utiles incluyen, pero sin caracter limitante, nailon y polipropileno. La carga ceramica utilizada en la segunda papilla puede ser la misma o diferente de cualquiera de las cargas ceramicas utilizadas en la primera papilla. Los soles coloidales utilizados en las papillas primera y segunda pueden ser tambien iguales o diferentes. Soles coloidales que pueden utilizarse en las papillas primera y segunda incluyen, pero sin caracter limitante, sol coloidal de sflice, y sol coloidal de sflice modificado por polfmeros tales como latex, silicato de etilo, silicatos ionicos, y mixturas de los mismos, preferiblemente sol coloidal de sflice sol coloidal de sflice modificado por latex.
En este aspecto de la invencion, la primera papilla se aplica sobre una preforma fungible que se estuca y se seca para construir una preforma estucada. Se aplica luego la segunda papilla, se estuca y se seca para terminar la preforma. Puede aplicarse una pluralidad de capas formadas a partir de la segunda papilla. La preforma fungible se elimina luego y el molde de cascara crudo resultante se quema para producir un molde de cascara ceramica.
La invencion ofrece varias ventajas para la fabricacion de moldes de cascara ceramicas con respecto a la tecnica anterior. Por ejemplo, la formacion de mezclas secas de fibras y carga ceramica permite una adicion facil de la carga ceramica y las fibras al ligante de sol coloidal sin necesidad de mezclar o remezclar continuamente la preforma de sol coloidal y fibra antes de su utilizacion. Otra ventaja es que las fibras no precisan predispersarse en un ligante lfquido o combinarse con una adicion de polfmero antes de anadir la carga ceramica. Una ventaja adicional es que no se requiere el uso de aditivos ligantes polfmeros para alcanzar una resistencia en crudo mejorada. Otra ventaja es que la invencion evita el problema presentado en la tecnica anterior de la aglomeracion de fibra en condiciones de mezcladura con cizallamiento alto. Una ventaja adicional es que las papillas que utilizan mezclas secas que incluyen fibra permiten construir revestimientos mas gruesos. El uso de papillas que emplean mezclas secas que incluyen fibra permite construir tambien cascaras mas uniformes de mayor espesor comparadas con las papillas que emplean mezclas que no incluyen fibra.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La figura 1 ilustra una preforma fungible positiva 1 de una pieza colada metalica deseada.
La figura 2 es una vista isometrica de una cascara cruda 10 antes de la eliminacion de la preforma 1.
La figura 3 es una vista isometrica de una cascara ceramica cruda exenta de cera y secada 20.
DESCRIPCION DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS Mezclas Secas
Las mezclas secas que pueden utilizarse en los diversos aspectos de la invencion incluyen una o mas cargas ceramicas, y una o mas cargas ceramicas con fibras tales como fibras ceramicas y fibras organicas a modo de ejemplo no limitante. Cargas ceramicas que pueden emplearse incluyen, pero sin caracter limitante, sflice, alumina, y aluminosilicatos fundidos tales como mullita, cianita, y moloquita, circon, cromita, ceniza de cascarilla de arroz, coque calcinado y mixturas de las mismas. La carga ceramica tiene por lo general un tamano de partfcula de aproximadamente malla 20 a aproximadamente malla 600, con preferencia aproximadamente malla -120 a aproximadamente malla -325.
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Fibras ceramicas que pueden emplearse son tipicamente, pero sin caracter limitante, aquellas que tienen una relacion de dimensiones de longitud a anchura de aproximadamente 20:1. Ejemplos de fibras ceramicas utiles incluyen, pero sin caracter limitante, la fibra Orleans One de Wollastonita del Grupo Orleans Resource, localizado en Quebec, Canada, la fibra NIAD G de Wollastonita de NYCO Minerals Co. en Willsboro, NY, fibras metalicas, fibras de aramida, fibras de carbono, asf como fibras ceramicas desmenuzadas o molidas tales como aluminosilicatos tales como mullita, oxidos tales como alumina y circonia, nitruros tales como nitruro de silicio, carbono, y carburos tales como carburo de silicio, y mixturas de las mismas. Fibras ceramicas desmenuzadas y molidas estan disponibles comercialmente de numerosas fuentes tales como Thermal Ceramics Corp.
Fibras de vidrio que pueden emplearse en las mezclas secas incluyen, pero sin caracter limitante, fibras de vidrio desmenuzadas y molidas. Fibras de vidrio desmenuzadas que pueden emplearse incluyen, pero sin caracter limitante, fibras de vidrio E y fibra de vidrio S y mixturas de las mismas. Ejemplos de fibras de vidrio E que pueden emplearse incluyen, pero sin caracter limitante, aquellas que miden aproximadamente 3 mm a aproximadamente 6 mm de longitud y tienen un diametro de aproximadamente 10 pm tales como las de PPG Industries, Shelby, NC con el nombre comercial Chop Vantage 8610. Fibras de vidrio S desmenuzadas que pueden emplearse incluyen, pero sin caracter limitante, aquellas que miden aproximadamente 3 mm a aproximadamente 6 mm de longitud y tienen un diametro de aproximadamente 10 pm tales como las disponibles de aGy Inc. Aiken, SC. Ejemplos de fibras de vidrio E molidas utiles incluyen, pero sin caracter limitante, fibras floculares 731ED de 3 mm que tienen una longitud de aproximadamente 0,125 pulgadas (3,18 mm), un diametro medio de 15,8 pm y una densidad aparente de 0,17 g/cm3 de Owens Corning Co.
Fibras organicas que pueden emplearse en las mezclas secas incluyen, pero sin caracter limitante, olefinas, amidas, aramidas, poliesteres y fibras de celulosa. Ejemplos de olefinas que pueden utilizarse incluyen, pero sin caracter limitante, polietileno y polipropileno tales como los de Minifibers, Inc. Ejemplos de fibras airndicas incluyen fibras de nailon tales como las de Wex Chemical Co. Ejemplos de fibras de aramida que pueden utilizarse incluyen, pero sin caracter limitante, Kevlar de DuPont y Twaron de Akzo Nobel. Ejemplos de fibras poliester que pueden utilizarse incluyen las de Wex Chemical Co. Ejemplos de fibras de celulosa incluyen las de Interfibe Corp.
En las mezclas secas, la cantidad de fibra puede variar dentro de un amplio intervalo. En el caso de una mezcla seca que incluye una mixtura de fibra ceramica, fibra de vidrio y carga ceramica, la fibra ceramica puede representar aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 10% en peso de la mezcla seca, la fibra de vidrio puede representar aproximadamente 0,5% en peso a aproximadamente 10% en peso de la mezcla seca, y la carga ceramica puede representar aproximadamente 80% en peso a aproximadamente 98,5% en peso de la mezcla seca.
En el caso de una mezcla seca que incluye una mixtura de fibra ceramica, fibra de vidrio, carga ceramica, y fibra organica, la fibra ceramica puede representar aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 10% en peso de la mezcla seca, la fibra de vidrio puede representar aproximadamente 0,5% en peso a aproximadamente 10% en peso de la mezcla seca, y la carga ceramica puede representar aproximadamente 76% en peso a aproximadamente 98% en peso de la mezcla seca, y la fibra organica puede representar aproximadamente 0,3% en peso a aproximadamente 4% en peso de la mezcla seca.
En el caso de una mezcla seca que incluye una mixtura de fibra ceramica, carga ceramica, y fibra organica, la fibra ceramica puede representar aproximadamente 0,5% en peso a aproximadamente 10% en peso de la mezcla seca, la carga ceramica puede representar aproximadamente 86% en peso a aproximadamente 98,2% en peso de la mezcla seca, y la fibra organica puede representar aproximadamente 0,3% en peso a aproximadamente 4,0% en peso de la mezcla seca.
En el caso de una mezcla seca que incluye una mixtura de fibra ceramica y carga ceramica, la fibra ceramica puede representar aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 10% en peso de la mezcla seca, y la carga ceramica puede representar aproximadamente 90% en peso a aproximadamente 99% en peso de la mezcla seca.
En el caso de una mezcla seca que incluye una mixtura de fibra organica y carga ceramica, la fibra organica puede representar aproximadamente 0,3% en peso a aproximadamente 5% en peso de la mezcla seca, y la carga ceramica puede representar aproximadamente 99,7% en peso a aproximadamente 95% en peso de la mezcla seca.
Preparacion de las Papillas Refractarias
Una papilla refractaria para uso como papilla de revestimiento premium o una papilla de revestimiento de respaldo se prepara por mezcladura de una mezcla seca con un sol coloidal. Preferiblemente, el sol es un sol de sflice coloidal acuoso disponible con el nombre comercial Megasol® de Wesbond, Inc., Wilmington, DE. Soles de sflice acuosos Megasol® estan disponibles en una gama de valores de pH, contenidos valorables de Na2O, asf como contenidos de solidos. Los soles de sflice acuosos Megasol® tienen un tamano medio de partfcula de aproximadamente 40 nm, un intervalo de tamanos de partfcula de aproximadamente 6 nm a aproximadamente 190 nm, y una desviacion estandar de tamanos de partfcula de aproximadamente 20 nm. El pH de los soles de sflice
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acuosos Megasol® puede variar desde aproximadamente 8,0 a aproximadamente 10,0, con preferencia aproximadamente 9,0 a aproximadamente 9,5; el contenido valorable de Na2O puede variar desde aproximadamente 0,02% a aproximadamente 0,5%, con preferencia aproximadamente 0,1% a aproximadamente 0,25%, con mas preferencia aproximadamente 0,20% a aproximadamente 0,22%, y un contenido de solidos de aproximadamente 30% a aproximadamente 50%, con preferencia aproximadamente 40 a aproximadamente 47% de contenido de solidos, con mas preferencia aproximadamente 45% de contenido de solidos. Pueden utilizarse otros soles de sflice coloidal acuosos tales como MegaPrime de Buntrock Industries, Inc. Williamsburg, VA; Nyacol 830 de EKA Chemical Co., Nalcoag 1130 y Nalcoag 1030 de Nalco Chemical Co., asf como Ludox SM-30 y Ludox HS-30 de W.R. Grace & Co.
Las papillas se preparan generalmente poniendo un sol coloidal, preferiblemente un sol de sflice coloidal, mas preferiblemente Megasol® en un tanque de mezcladura limpio y lavado con agua y anadiendo la mezcla seca de material mientras se agita. En el tanque de mezcla con agitacion pueden emplearse diversos dispositivos de mezcladura conocidos en la tecnica. Estos dispositivos incluyen, por ejemplo, mezcladores tipo helice, trituradores de bolas, mezcladores de dispersion de alta velocidad, y mezcladores de paletas fijas con plataforma giratoria. La mezcla seca se anade mientras se agita hasta que se alcanza una viscosidad adecuada.
Para las primeras papillas, que se utilizan a menudo como revestimientos premium, una viscosidad adecuada es por lo general alrededor de 18-30 segundos Zahn #5, preferiblemente 20-30 segundos, muy preferiblemente 24-30 segundos. Para las segundas papillas, que se utilizan a menudo como revestimientos de respaldo, las viscosidades adecuadas son por lo general aproximadamente 10-18 segundos de viscosidad Zahn #5, con preferencia aproximadamente 10-16 segundos Zahn #5, y de modo muy preferible aproximadamente 12-15 segundos Zahn #5. Puede realizarse mezcladura adicional de cualquiera de las papillas para eliminar el aire atrapado y para alcanzar el equilibrio. Un ajuste final de viscosidad puede hacerse por adicion de ligante de sol coloidal de sflice Megasol® adicional o material refractario, asf como surfactantes no ionicos y surfactantes anionicos.
Pueden utilizarse diversas composiciones de papilla refractaria como papillas primera y segunda. La composicion espedfica de la papilla viene determinada por las caractensticas deseadas en el molde de cascara ceramica a fin de producir una colada metalica de las dimensiones y el acabado superficial deseados. Por ejemplo, primeras papillas utiles, especialmente cuando se utilizan como revestimientos premium, emplean grano refractario de tamano fino, por lo general aproximadamente de malla -200 a aproximadamente malla -325. Ejemplos de papillas de revestimiento premium utiles incluyen Megasol® junto con una mezcla de sflice fundida de malla -200 y grano refractario de circon de malla -325. El grano refractario de circon proporciona resistencia elevada al metal fundido. El tamano de partfcula fino del circon hace posible tambien la produccion de piezas coladas que tienen acabados de superficie detallada lisos. En estos tipos de papillas de revestimiento premium que emplean una carga ceramica que contiene a la vez sflice fundida y circon, la sflice fundida puede tener convenientemente tamanos tales como aproximadamente malla -100, aproximadamente malla -120, aproximadamente malla -140, aproximadamente malla - 170, aproximadamente malla -270 y aproximadamente malla -325, de modo muy preferible aproximadamente malla - 120 a aproximadamente malla -200. El circon puede tener convenientemente un tamano de partfcula tal como aproximadamente malla -200, aproximadamente malla -325 y aproximadamente malla -400, con preferencia aproximadamente malla -200, y con mas preferencia aproximadamente malla -325.
Tales primeras papillas pueden incluir tambien uno o mas surfactantes no ionicos. Un surfactante no ionico particularmente util es PS9400, disponible de Buntrock Industries, Williamsburg, VA. Este surfactante mejora la capacidad de la papilla para humectar una preforma de cera y favorece el escurrido. Los surfactantes pueden anadirse a la papilla en diversas cantidades dependiendo de la composicion. Por ejemplo, en el caso en que la papilla incluye una mezcla seca de sflice fundida y circon con Megasol®, puede utilizarse un surfactante en una cantidad de hasta aproximadamente 0,2% basada en el peso del Megasol®.
Las segundas papillas, especialmente cuando se utilizan como papillas de respaldo, emplean por lo general tamanos de grano refractario mas gruesos que los utilizados en las primeras papillas. Por ejemplo, en papillas de respaldo en las que se emplea sflice fundida como carga ceramica, la sflice fundida tiene por lo general un tamano de partfcula de aproximadamente malla -80 a aproximadamente malla -270, con preferencia aproximadamente malla -100 a aproximadamente malla -200, con mas preferencia aproximadamente malla -100 a aproximadamente malla - 120. Las cantidades de mezcla seca y sol de sflice acuoso coloidal utilizadas para formar una papilla de respaldo pueden variar dentro de un amplio intervalo. Tfpicamente, la mezcla seca puede representar aproximadamente 54% en peso a aproximadamente 70% en peso basado en el peso total de la papilla, siendo el resto sol de sflice acuoso.
La fabricacion de papillas refractarias ilustrativas de la invencion se describe a continuacion por referencia a los ejemplos no limitantes siguientes.
Ejemplo 1 (comparativo): Este ejemplo ilustra la formacion de papilla refractaria por mezcladura de una mezcla seca que incluye carga ceramica, fibra refractaria, y fibra de vidrio y mezcladura de dicha mezcla seca con un sol de sflice coloidal acuoso.
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100 g de fibra refractaria Orleans One de Wollastonita, 20 g de fibra de vidrio E 731 ED 1/8 pulgadas (3,18 mm) molida, y una carga ceramica que incluye 715 g de Sflice 120 fundida ^lice fundida de malla 120 de C-E Minerals Co., Greeneville, TN) y 715 g de Sflice 200 fundida (sflice fundida de malla 200 de C-E Minerals Co., Greeneville, TN) se mezclan en seco para formar una mezcla seca. La mezcla seca se anade a 1000 g de Megasol® que tiene un contenido de solidos de 45%, un pH de 9,5 y un contenido valorable de Na2O de 0,2% para formar una papilla refractaria.
Ejemplo 2 (comparativo): Este ejemplo ilustra la formacion de una papilla refractaria por mezcladura de una mezcla seca que incluye carga ceramica, fibra refractaria, fibra de vidrio, y fibra de polfmero organico y mezcladura de dicha mezcla seca con un sol de sflice coloidal acuoso.
100 g de fibra refractaria Orleans One de Wollastonita, 20 g de fibra de vidrio E 731 ED 1/8 pulgadas (3,18 mm) molida, una carga ceramica que incluye 715 g de Sflice 120 fundida y 715 g de Sflice 200 fundida se mezclan en seco con 20 g de fibra de polietileno que tiene una longitud de 1 mm y un diametro de 25 pm para formar una mezcla seca.
La mezcla seca se anade a 1000 g del Megasol® del ejemplo 1 para formar una papilla refractaria.
Ejemplo 3 (comparativo): Este ejemplo ilustra la formacion de una papilla refractaria por mezcladura de una mezcla seca que incluye carga ceramica, fibra refractaria y fibra de polfmero organico y mezcladura de dicha mezcla seca con un sol de sflice coloidal acuoso.
Fibra de polietileno que tiene una longitud de 1 mm y un diametro de 20 pm para formar una mezcla seca.
La mezcla seca se anade a 1000 g del Megasol® del ejemplo 1 para formar una papilla refractaria.
Ejemplo 4 (comparativo): Este ejemplo ilustra la formacion de una papilla refractaria por mezcladura de una mezcla seca que incluye carga ceramica, fibra de vidrio y fibra de polfmero organico, y mezcladura de dicha mezcla seca con un sol de sflice coloidal acuoso.
100 g de fibra de vidrio E 731 ED 1/8 pulgadas (3,18 mm) molida, 20 g de fibra de polietileno que tiene una longitud de 1 mm y un diametro de 25 pm, y una carga ceramica que incluye 715 g de Sflice 120 fundida y 715 g de Sflice 200 fundida se mezclan en seco para formar una mezcla seca.
La mezcla seca se anade a 1000 g del Megasol® del ejemplo 1 para formar una papilla refractaria.
Ejemplo 5 (comparativo): Este ejemplo ilustra la formacion de una papilla refractaria por mezcladura de una mezcla seca que incluye fibra refractaria y fibra de vidrio y mezcladura de dicha mezcla seca con una mezcla de un sol de sflice coloidal acuoso y carga ceramica.
100 g de fibra refractaria Orleans One de Wollastonita y 20 g de fibra de vidrio E 731 ED 1/8 pulgadas (3,18 mm) molida se mezclan en seco para formar una mezcla seca.
La mezcla seca se anade a una mixtura que incluye 1000 g del Megasol® del ejemplo 1 y una carga ceramica que incluye 715 g de Sflice 120 fundida y 715 g de Sflice 200 fundida para formar una papilla refractaria.
Ejemplo 6 (comparativo): Este ejemplo ilustra la formacion de una papilla refractaria por mezcladura de una mezcla seca que incluye fibra refractaria, fibra de vidrio y fibra de polfmero organico y mezcladura de dicha mezcla seca con una mezcla de un sol de sflice coloidal acuoso y carga ceramica.
100 g de fibra refractaria Orleans One de Wollastonita, 20 g de fibra de polietileno que tiene una longitud de 1 mm y un diametro de 25 pm, y 100 g de fibra de vidrio E 731 ED 1/8 pulgadas (3,18 mm) molida se mezclan en seco para formar una mezcla seca.
La mezcla seca se anade a una mixtura que incluye 1000 g del Megasol® del ejemplo 1 y una carga ceramica que incluye 715 g de Sflice 120 fundida y 715 g de Sflice 200 fundida para formar una papilla refractaria.
Ejemplo 7 (comparativo): Este ejemplo ilustra la formacion de una papilla refractaria por mezcladura de una mezcla seca que incluye carga ceramica y fibra de vidrio y mezcladura de dicha mezcla seca con un sol de sflice coloidal acuoso.
100 g de fibra de vidrio E 731 ED 1/8 pulgadas (3,18 mm) molida y una carga ceramica que incluye 715 g de Sflice 120 fundida y 715 g de Sflice 200 fundida se mezclan en seco para formar una mezcla seca.
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La mezcla seca se anade a 1000 g del Megasol® del ejemplo 1 para formar una papilla refractaria.
Ejemplo 8 (comparativo): Este ejemplo ilustra la formacion de papilla refractaria por mezcladura de una mezcla seca que incluye carga ceramica y fibra refractaria con un sol de sflice coloidal acuoso.
100 g de fibra refractaria Orleans One de Wollastonita y una carga ceramica que incluye 715 g de Sflice 120 fundida y 715 g de Sflice 200 fundida se mezclan en seco para formar una mezcla seca.
La mezcla seca se anade a 1000 g del Megasol® del ejemplo 1 para formar una papilla refractaria.
Ejemplo 8A (comparativo): Este ejemplo ilustra la formacion de una papilla refractaria por mezcladura de una mezcla seca que incluye carga ceramica y fibra de vidrio con un sol de sflice coloidal acuoso.
20 g de fibra de vidrio E 731 ED 1/8 pulgadas (3,18 mm) molida y una carga ceramica que incluye 715 g de Sflice 120 fundida y 715 g de Sflice 200 fundida se mezclan en seco para formar una mezcla seca.
La mezcla seca se anade a 1000 g del Megasol® del ejemplo 1 para formar una papilla refractaria.
Molde de Cascara Ceramica
En la formacion de un molde de cascara ceramica, una preforma desechable, preferiblemente una preforma de cera tal como cera de grado para colada con revestimiento o cera microcristalina basada en parafina con o sin carga, se sumerge en una primera papilla para revestir la superficie de la preforma con una capa continua. Tfpicamente, se aplican uno a tres revestimientos. El o los revestimientos aplicados pueden tener espesores de aproximadamente 0,02 pulgadas a 0,2 pulgadas (0,51 a 5,1 mm), preferiblemente 0,04 pulgadas a 0,2 pulgadas (1,02 a 5,1 mm), y muy preferiblemente 0,04 pulgadas a 0,1 pulgadas (1,02 a 2,5 mm). La preforma revestida se escurre concienzudamente para eliminar el exceso de papilla, despues de lo cual se estuca utilizando estuco refractario de grano fino para producir una preforma estucada. La preforma se seca luego antes de la aplicacion de cualesquiera revestimientos adicionales de la primera papilla o la segunda papilla. Preferiblemente, la preforma incluira una pluralidad de capas de tal modo que la preforma incluye al menos un revestimiento de ambas papillas primera y segunda. Como debena apreciarse, el estucado seguido por cierto grado de secado puede realizarse con cada aplicacion sucesiva de una papilla primera o segunda a la preforma.
El tiempo de secado entre revestimientos sucesivos de papilla depende de la complejidad de la forma de la preforma desechable. Las preformas desechables que tienen cavidades profundas en las que el flujo de aire es mmimo requieren mas tiempo para el secado entre revestimientos. El secado puede realizarse a aproximadamente 60°F (16°C) hasta aproximadamente 90°F (32°C), con preferencia aproximadamente 70°F (21°C) a aproximadamente 75°F (24°C). El secado puede realizarse en condiciones aceleradas de baja humedad y alta temperatura con movimiento rapido del aire. Un espesor del molde de cascara ceramica de aproximadamente 0,20 pulgadas (5,1 mm) a aproximadamente 0,5 pulgadas (12,7 mm) es suficiente para la mayona de las piezas coladas. Asf, la aplicacion de dos revestimientos de la primera papilla a cinco revestimientos de la segunda papilla, generalmente con estucado, proporciona un molde de cascara ceramica de 0,25 pulgadas (6,4 mm) que tiene una resistencia suficiente para soportar la eliminacion de la cera y el tratamiento en horno.
Pueden utilizarse una gran diversidad de granos refractarios como estuco para aplicacion a los revestimientos de papilla. Ejemplos de granos refractarios utiles incluyen, pero sin caracter limitante, mullita, tierra de porcelana calcinada y otros aluminosilicatos, sflice vftrea y cristalina, alumina, circon y cromita. Los granos refractarios estan preferiblemente exentos de contaminantes ionicos en cantidades que puedan contribuir a la inestabilidad de los granos refractarios e inducir termicamente cambios de fase durante la colada del metal. Como se conoce en la tecnica, granos refractarios que estan exentos de contaminantes en cantidades que puedan contribuir a la inestabilidad de los granos refractarios pueden producirse por purificacion con o sin calcinacion.
Granos refractarios para aplicacion como estuco a la primera papilla cuando se utilizan como revestimiento premium incluyen, pero sin caracter limitante, arena de circon de malla aproximada -70 a malla aproximada 200, con preferencia de aproximadamente malla -70 a aproximadamente malla 140. Los granos refractarios que pueden utilizarse como estuco sobre los revestimientos de la segunda papilla cuando se utilizan como revestimientos de respaldo pueden variar desde aproximadamente malla -10 a aproximadamente malla 200, con preferencia aproximadamente malla -20 a aproximadamente malla 50. Muy preferiblemente, los granos refractarios tienen un tamano de aproximadamente malla -30 a aproximadamente malla 50.
En una realizacion alternativa, un material refractario estucado de transicion, preferiblemente circon o un aluminosilicato que tiene un tamano de grano intermedio entre los estucos de granos fino y grueso, tal como un tamano de grano de aproximadamente la malla -50 a aproximadamente la malla +100, puede aplicarse despues de la aplicacion de un segundo revestimiento de papilla sobre un primer revestimiento de papilla. El estuco de transicion
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puede utilizarse para aumentar la resistencia y minimizar la posibilidad de desestratificacion entre capas de revestimiento de papilla de composicion diversa.
Eliminacion de la cera
Los moldes de cascara ceramica pueden liberarse de cera por metodos tales como inmersion en agua hirviente, tratamiento con vapor en autoclave, y eliminacion instantanea de la cera como se conoce en la tecnica. El tratamiento con vapor en autoclave puede realizarse por:
1. Utilizacion de una presion de vapor lo mas alta posible, preferiblemente alrededor de 60 PSI (413,4 kPa) o mayor, con mas preferencia aproximadamente 80-90 PSI (551,2-620,1 kPa).
2. Cierre y presurizacion del autoclave lo mas rapidamente posible, con preferencia en menos de aproximadamente 15 a 20 segundos.
3. Exposicion de la cascara cruda secada con aire al vapor durante aproximadamente 10 a 15 min.
4. Despresurizacion lenta del autoclave durante aproximadamente 30 a 60 segundos.
La eliminacion instantanea de la cera puede realizarse por inmersion del molde de cascara crudo secado al aire en un horno calentado a aproximadamente 1000°F (537,8°C) hasta aproximadamente 1900°F (1.038°C). A estas temperaturas, la cera proxima a la pared de la cascara ceramica funde rapidamente de tal manera que la presion debida a la expansion de la cera no agrieta la cascara ceramica. La cascara ceramica puede retirarse luego a una zona de temperatura mas baja de aproximadamente 200°F (94°C) a aproximadamente 600°F (316°C) para completar la eliminacion de la cera. La cera fundida puede escurrir a traves de una abertura en el fondo de la camara de fusion a un bano o deposito de agua para su recuperacion.
Tratamiento en horno
El tratamiento en horno implica calentamiento del molde de cascara ceramica exento de cera a aproximadamente 1600°F (871,1°C) hasta aproximadamente 2000°F (1.092°C) para eliminar los residuos volatiles y producir un molde de cascara ceramica quemado de alta resistencia. El molde de cascara ceramica exento de cera se mantiene en el horno hasta alcanzar el equilibrio termico, despues de lo cual se recupera del horno y se somete a colada con el metal fundido deseado.
La fabricacion de moldes de cascara ceramica se ilustra a continuacion por referencia a los ejemplos no limitantes siguientes:
Ejemplo 9 (comparativo):
Una preforma 1 de barra de cera de 8 pulgadas por 7/8 pulgadas por 3/8 pulgadas (203,2 mm x 22,2 mm x 9,5 mm) como la representada en la figura 1 se sumerge en la papilla refractaria del ejemplo 1. Por conveniencia, en este ejemplo se utiliza la misma papilla de refractario para ambos revestimientos primero y segundo.
La preforma de cera 1 se sumerge en la papilla refractaria durante ocho segundos, se retira, y se deja escurrir durante 10 segundos para formar un primer revestimiento. Una arena de circon que tiene un intervalo de tamanos de malla -70 a 140, disponible de DuPont Corp. se aplica como estuco al primer revestimiento. La pieza acabada de cera revestida y estucada resultante se seca durante 30 min a 75°F (23,9°C) y se sumerge luego nuevamente en la papilla refractaria durante ocho segundos para formar un segundo revestimiento, despues de lo cual se estuca una vez mas con la arena de circon de mallas -70 a 140.
La preforma de cera 1 que tiene dos revestimientos se sumerge luego en la papilla refractaria durante ocho segundos y se escurre durante 10 segundos. El producto revestido se estuca con sflice fundida Tecosil de mallas - 50+100, disponible de C-E Minerals para formar una preforma estucada intermedia. La preforma estucada intermedia se seca luego durante 30 min a 75°F (23,9°C). La preforma estucada intermedia se sumerge en la papilla refractaria y se estuca con sflice fundida Tecosil de mallas -30+50. La preforma revestida y estucada de respaldo se seca luego a 75°F (23,9°C). Este ciclo de inmersion, escurrido, estucado, y secado se repite hasta proporcionar un total de cinco revestimientos adicionales.
Despues de la formacion de cada revestimiento o capa, porciones de los lados verticales 5 y lados laterales 1B de la preforma 1 se rascan para eliminar los revestimientos y el estuco a fin de producir un molde de cascara ceramica 10 como se muestra en la figura 2. El molde de cascara ceramica 10 se sumerge de nuevo en la papilla refractaria para proporcionar un revestimiento de sellado sobre la preforma. El molde de cascara ceramica con revestimiento de sellado 10 se seca a 75°F (23,9°C) durante una noche. La cascara ceramica secada resultante producida se
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sumerge en agua hirviente para retirar la preforma 1. La cascara ceramica cruda secada y exenta de cera resultante 20, representada en la figura 3, se corta en mitades en sentido longitudinal, y se seca a 75°F (23,9°C) durante 4 horas.
Una seccion de la cascara ceramica 20 que mide 1 pulgadas (25,4 mm) de anchura por 6 pulgadas (152,4 mm) de longitud por 0,3 pulgadas (7,6 mm) de espesor se evalua en cuanto a resistencia cargando un segmento de 2 pulgadas (50,8 mm) de la seccion hasta fallo en flexion a fin de determinar el modulo de rotura. El modo de rotura (MOR) de la cascara ceramica se calcula utilizando la formula:
R
W
I
b
d
R = (3 WI)/(2bd2) donde:
modulo de rotura en lb/in2
carga en libras a la cual fallo el especimen
distancia (segmento) en pulgadas entre las
lmeas de centro de los bordes de apoyo
inferiores
anchura del especimen en pulgadas profundidad del especimen en pulgadas
El modulo de rotura para la cascara cruda es 1.018 PSI (7.014 kPa). La cascara cruda se calcina a 1850°F (1010°C) durante una hora. El modulo de rotura del molde de la cascara quemado resultante es 1.044 PSI (7.193 kPa).
Ejemplo 10 (comparativo): Se repite el proceso del ejemplo 9 excepto que se emplea la papilla del ejemplo 8. El modulo de rotura para la cascara cruda es 688 PSI (4.740 kPa). La cascara cruda se calcina a 1850°F (1010°C) durante una hora. El modulo de rotura del molde de cascara quemado resultante es 941 PSI (6,483kPa).
Ejemplo 11 (comparativo):
Se repite el proceso del ejemplo 9 excepto que se emplea la papilla del ejemplo 8A. El modulo de rotura para la cascara cruda es 645 PSI (4.444 kPa). El molde de cascara se calcina a 1850°F (1010°C) durante una hora. El modulo de rotura del molde quemado resultante es 694 PSI (4.782 kPa).
En otro aspecto de la invencion, se emplea una papilla refractaria que incluye ceniza de cascarilla de arroz. Preferiblemente, la ceniza de cascarilla de arroz esta constituida aproximadamente por 95% o mas de sflice amorfa, siendo el resto carbono. Este tipo de ceniza de cascarilla de arroz esta disponible de Agrilectric Power, Inc., Houston, TX. Se emplea un ligante de sol de sflice MegaPrime, disponible de Buntrock Industries, Inc. El uso de ceniza de cascarilla de arroz con mezclas secas de materiales refractarios se ilustra en los ejemplos no limitantes siguientes:
Ejemplo 12 (comparativo):
Se repite el proceso del ejemplo 9 excepto que la papilla refractaria utilizada incluye 1000 g del ligante de sol de sflice MegaPrime que tiene un pH de 10,5, un contenido de solidos de 40%, un contenido valorable de Na2O de 0,33%, un tamano medio de partfcula de aproximadamente 40 nm, una distribucion de tamano de partfcula de aproximadamente 6 nm a aproximadamente 190 nm, y una desviacion estandar de tamano de partfcula de aproximadamente 20 nm, y la mezcla seca esta constituida por 1430 g de carga ceramica de Sflice 200 fundida. El MOR de la cascara cruda es 621 PSI (4.279 kPa).
Ejemplo 13 (comparativo):
Se repite el proceso del ejemplo 9 excepto que la papilla refractaria utilizada incluye 1000 g del ligante de sol de sflice MegaPrime del ejemplo 12, y la mezcla seca esta constituida por 1430 g de carga ceramica de Sflice 200 fundida, y 200 g de ceniza de cascarilla de arroz. El MOR de la cascara cruda es 804 PSI (5.540 kPa).
Ejemplo 14 (comparativo):
Se repite el proceso del ejemplo 9 excepto que la papilla refractaria utilizada incluye 1000 g del ligante de sol de sflice MegaPrime del ejemplo 12, y la mezcla seca esta constituida por 1430 g de Sflice 200 fundida, 200 g de ceniza de cascarilla de arroz, y 16 g de fibra de vidrio E 731 ED 1/8 pulgadas (3,18 mm) molida. El MOR del molde de cascara crudo es 833 PSI (5.739 kPa).
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Ejemplo 15 (comparativo):
Se repite el proceso del ejemplo 9 excepto que la papilla refractaria utilizada incluye 1000 g del ligante de sol de sflice MegaPrime del ejemplo 12, la mezcla seca esta constituida por 1430 g de Sflice 200 fundida, 100 g de ceniza de cascarilla de arroz, 16 g de fibra de vidrio E 731 ED 1/8 pulgadas (3,18 mm) molida, y 4 g de fibra de vidrio E Chop Vantage 8610 desmenuzada de 1/8 pulgadas (3,18 mm). El MOR de la cascara cruda es 1161 PSI (7.999 kPa).
Ejemplo 16 (comparativo):
Se repite el proceso del ejemplo 9 excepto que la papilla refractaria utilizada incluye 1000 g del ligante de sol de sflice Megasol® que tiene un pH de 9,5, un contenido de solidos de 45% y un contenido valorable de Na2O de 0,2%, y la mezcla seca esta constituida por 1300 g de Sflice 200 fundida y 100 g de ceniza de cascarilla de arroz. El MOR de la cascara cruda es 831 PSI (5.726 kPa).
Ejemplo 17 (comparativo):
Se repite el proceso del ejemplo 9 excepto que la papilla refractaria utilizada incluye 875 g del ligante de sol MegaPrime del ejemplo 12, y la mezcla seca esta constituida por 1485 g de Sflice 120 fundida, 100 g de ceniza de cascarilla de arroz y 100 g de fibra de polietileno que tiene una longitud de 1 mm y un denier de 1,8.
Ejemplo 18 (comparativo):
Se repite el proceso del ejemplo 9 excepto que la papilla refractaria utilizada incluye 1000 g del ligante de sol de sflice MegaPrime que tiene un pH de 10,5, un contenido de solidos de 40%, un contenido valorable de Na2O de 0,33%, un tamano medio de partfcula de aproximadamente 40 nm, una distribucion de tamano de partfcula de aproximadamente 6 nm a aproximadamente 190 nm, y una desviacion estandar de tamano de partfcula de aproximadamente 20 nm, y la mezcla seca esta constituida por 1430 g de carga ceramica de Sflice 200 fundida y 100 g de ceniza de cascarilla de arroz.
Ejemplo 19 (comparativo):
Se repite el proceso del ejemplo 9 excepto que la papilla refractaria utilizada incluye 1000 g del ligante de sol de sflice MegaPrime que tiene un pH de 10,5, un contenido de solidos de 40%, un contenido valorable de Na2O de 0,33%, un tamano medio de partfcula de aproximadamente 40 nm, una distribucion de tamano de partfcula de aproximadamente 6 nm a aproximadamente 190 nm, y una desviacion estandar de tamano de partfcula de aproximadamente 20 nm, y la mezcla seca esta constituida por 1430 g de carga ceramica que incluye 50% de sflice fundida de malla 325, 25% de sflice fundida de malla 120, y 25% de sflice fundida de malla 50.
Ejemplo 20 (comparativo):
Se repite el ejemplo del proceso 19 excepto que se incluyen tambien 100 g de ceniza de cascarilla de arroz en la mezcla seca utilizada para preparar la papilla refractaria.
Ejemplo 21 (comparativo):
Se repite el proceso del ejemplo 9, excepto que la papilla refractaria utilizada incluye 1000 g de ligante de sol de sflice Megasol® que tiene un contenido de solidos de 45%, un pH de 9,5 y un contenido valorable de Na2O de 0,2%, un tamano medio de partfcula de aproximadamente 40 nm, una distribucion de tamano de partfcula de aproximadamente 6 nm a aproximadamente 190 nm, y una desviacion estandar de tamano de partfcula de aproximadamente 20 nm, y la mezcla seca es una mixtura de 100 g de fibra ceramica y 1500 g de carga ceramica. La fibra ceramica es fibra Wollastonita One. La carga ceramica incluye 700 g de Sflice 120 fundida, 700 g de Sflice 200 fundida, y 100 g de mullita de malla 100. El MOR es 910 PSI (6.270 kPa).
Ejemplo 22 (comparativo):
Se repite el proceso del ejemplo 21 excepto que se incluyen tambien 100 g de ceniza de cascarilla de arroz en la mezcla seca utilizada para preparar la papilla refractaria.
Ejemplo 23 (comparativo):
Este ejemplo ilustra la fabricacion de moldes de cascara ceramica sin el uso de estuco.
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Una preforma 1 de barra de cera de 8 pulgadas (203,2 mm) por 7/8 pulgadas (22,2 mm) por 3/8 pulgadas (9,5 mm) como la representada en la figura 1 se sumerge en una papilla refractaria que incluye 1000 g del Megasol® utilizado en el ejemplo 1, y una mezcla seca de 2135 g de carga ceramica y 213 g de fibra refractaria Wollastonita. La carga ceramica incluye 1485 g de sflice fundida de malla 200, 250 g de mullita de malla 35, y 400 g de mullita de malla 48. En este ejemplo, se utiliza la misma papilla refractaria para los revestimientos primero y segundo.
La preforma de cera 1 se sumerge en la papilla refractaria durante 8 segundos, se retira, y se deja escurrir durante 10 segundos para formar un primer revestimiento. La preforma de cera revestida se seca durante 30 min a 75°F (23,9°C) y se sumerge luego nuevamente en la papilla refractaria durante 8 segundos para formar un segundo revestimiento.
La preforma de cera 1 que tiene dos revestimientos se sumerge luego en la papilla refractaria durante 8 segundos y se escurre durante 10 segundos. La preforma revestida se seca luego durante 30 min a 75°F (23,9°C). Este ciclo de inmersion, escurrido y secado se repite hasta proporcionar un total de cinco revestimientos adicionales.
Despues de la aplicacion de cada revestimiento o capa, porciones de los lados verticales 5 y los lados laterales 1B de la preforma 1 se rascan para eliminar los revestimientos a fin de producir un molde de cascara ceramica 10 como se muestra en la figura 2. El molde de cascara ceramica 10 se sumerge luego en la papilla refractaria para proporcionar un revestimiento de sellado sobre la preforma. El molde de cascara ceramica provisto del revestimiento de sellado 10 se seca a 75°F (23,9°C) durante una noche. La cascara ceramica secada resultante producida se sumerge en agua hirviente para eliminar la preforma 1 a fin de producir una cascara ceramica cruda exenta de cera y secada. El molde de cascara crudo se quema luego a 1850°F (1010°C) para producir un molde de cascara ceramica quemado.
Ejemplo 24 (comparativo):
Se repite el procedimiento del ejemplo 23 excepto que la mezcla seca incluye 213 g de fibra de vidrio E.
Ejemplo 25 (comparativo):
Se repite el procedimiento del ejemplo 23 excepto que la mezcla seca incluye 100 g de ceniza de cascarilla de arroz. Ejemplo 26 (comparativo):
Se repite el procedimiento del ejemplo 24 excepto que la mezcla seca incluye 100 g de ceniza de cascarilla de arroz.
En los ejemplos 27-32 se forman cascaras ceramicas por aplicacion de una primera papilla para formar un revestimiento que no tiene fibras sobre una preforma de cera fungible. Se aplican luego a la preforma uno o mas revestimientos subsiguientes, cada uno de los cuales esta formado por adicion de una mezcla seca que incluye fibras y carga con sol coloidal, para producir una preforma con revestimiento ceramico.
La preforma de cera empleada tiene la forma de una barra en forma de triangulo equilatero que mide 1,25 pulgadas (31,8 mm) de lado, 8 pulgadas (203,2 mm) de longitud, y tiene un radio de curvatura de 0,070 pulgadas (1,8 mm) en cada esquina. La preforma triangular de cera esta disponible de Buntrock Industries, Inc. Antes de utilizarla, la preforma de cera se trata tfpicamente por limpieza de la misma con un disolvente tal como tricloroetano y alcohol (aproximadamente una mezcla 50:50), Freon, acetona, metil-etil-cetona, solucion detergente de base acuosa o una emulsion acuosa que contiene d-limoneno. Un metodo especialmente satisfactorio de preparacion de la preforma de cera consiste en tratar la misma con una suspension coloidal de alumina como se encuentra en la Pattern Wetting Solution from Buntrock Industries, Inc.
Se prepara una cascara por inmersion de la preforma triangular de cera tratada en una primera papilla, estucado, secado e inmersion en una segunda papilla, estucado y secado. La aplicacion de la segunda papilla, el estucado y el secado se repiten hasta que se obtiene una cascara del espesor deseado. La preforma de cera se funde luego para producir una cascara ceramica cruda. Los espesores del centro y de las esquinas de la cascara se miden y se comparan para evaluar la uniformidad. Las medidas demuestran que el espesor de cada una de las esquinas de la cascara se incrementan y que la uniformidad de la cascara mejora significativamente por utilizacion de papillas producidas a partir de mezclas secas que incluyen fibras. El uso de estas papillas hace posible tambien una utilizacion mejor de los materiales y minimiza la formacion de grietas en los puntos de fatiga elevada tales como las esquinas de la cascara.
Ejemplo 27 (conforme a la invencion): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla de revestimiento formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con un sol de sflice coloidal, y una segunda papilla formada por mezcladura de una mezcla de una carga ceramica y fibra de nailon con un sol de sflice coloidal.
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Se forma una primera papilla por mezcladura de 75 partes de una mezcla seca de dos cargas ceramicas con 25 partes de sol de sflice coloidal Nyacol 830 (disponible de Eka Chemical) que se diluye con agua hasta una concentracion de s^lice de 25%. Nyacol 830 tiene 30% en peso de partfculas de sflice con un diametro medio de 10 nm. El pH de la papilla es 10,5 y tiene una viscosidad a 25°C de 8 cps. La densidad del sol es 10 lb/gal (0,998 kg/l), y tiene un contenido de Na2O de 0,55% en peso. La mezcla seca incluye 20 partes de Sflice 200f fundida y 80 partes de circon de malla 325. La viscosidad de la papilla se ajusta a 20 segundos en una copa Zahn #5 por adicion de agua.
La segunda papilla se prepara por mezcladura de 825 partes de BI-2010 y 550 partes de TMM-30. BI-2010, de Buntrock Industries, Inc., es una mezcla seca que incluye sflice fundida y ceniza de cascarilla de arroz junto con fibra de nailon. TMM-30 es un sol de sflice coloidal al 30% disponible de Buntrock Industries, Inc. La papilla de revestimiento de respaldo se diluye con agua hasta una viscosidad de 17 segundos en una copa Zahn #5.
Una preforma triangular de cera, tratada como se ha descrito arriba, se sumerge en la primera papilla, se estuca con arena de circon 115 AFS, y se seca al aire a la temperatura ambiente durante 2 horas para formar una preforma. La preforma se sumerge luego en la segunda papilla, se estuca con sflice fundida de malla -30+50 (disponible de CE Minerals, Inc.), y se seca a la de a la temperatura de durante 4 horas. Este paso se repite dos veces mas para producir un total de tres revestimientos estucados de la segunda papilla. La preforma resultante se provee de un revestimiento de sellado sumergiendola una sola vez en la segunda papilla y secandola al aire a la temperatura ambiente durante 8 horas.
La preforma se calienta a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de obtener una cascara cruda. Se miden el espesor y la uniformidad de la cascara. El espesor medio de cascara de la cascara cruda era 0,368 pulgadas (9,35 mm) en los centros y 0,316 pulgadas (8,03 mm) en las esquinas con una uniformidad de 85,9%.
Ejemplo 27A (conforme a la invencion): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla formada por mezcladura de una carga ceramica con un sol de sflice coloidal, y una segunda papilla formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de nailon con un sol de sflice coloidal.
Se repite el metodo del ejemplo 27, excepto que se emplean 65 partes de sflice fundida en sustitucion de las 75 partes de la mezcla seca de cargas ceramicas y se mezclan luego con las 25 partes de Nyacol 830 en la primera papilla.
Ejemplo 28 (conforme a la invencion): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con un sol de sflice coloidal, y una segunda papilla formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de nailon con un sol de sflice coloidal modificado por latex.
Se sigue el procedimiento del ejemplo 27, excepto que se aplican cinco revestimientos de la segunda papilla. Cada revestimiento formado por utilizacion de la segunda papilla incluyen 15 partes de la mezcla seca BI-2010 empleada en el ejemplo 27, y 10 partes de sol de sflice TMM-30 que esta modificado por adicion de 6% en peso de polfmero de latex QDA basado en el peso del sol TMM-30. El poifmero de latex QDA esta disponible de Buntrock Industries, Inc. La segunda papilla tiene una viscosidad de 15-16 segundos en una copa Zahn #5.
La preforma resultante se calienta a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda. Se miden el espesor y la uniformidad de la cascara. El espesor medio de la cascara en los centros es 0,404 pulgadas (10,3 mm) y 0,311 pulgadas (7,9 mm) en las esquinas, con una uniformidad de 77,0%.
Ejemplo 29 (conforme a la invencion): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con un sol de sflice coloidal, y una segunda papilla formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de polipropileno con un sol de sflice coloidal.
Se utiliza el procedimiento del ejemplo 27 excepto que la segunda papilla se forma utilizando Gray Matter de Ondeo Nalco en sustitucion de la mezcla seca BI-2010. Gray Matter es una mezcla seca de sflice fundida, sflice de combustion y fibra de polipropileno que tienen una longitud media de 3,2 mm. La viscosidad de la segunda papilla es 15-16 segundos en una copa Zahn #5. La preforma revestida se calienta a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda. El espesor medio de la cascara en los centros es 0,374 pulgadas (9,5 mm) y 0,286 pulgadas (7,3 mm) en las esquinas con una uniformidad de 76,5%.
Ejemplo 30 (conforme a la invencion): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con un sol de sflice coloidal, y una segunda papilla formada por mezcladura de una mezcla de una pluralidad de cargas ceramicas y fibra de polipropileno con un sol de sflice coloidal.
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La primera papilla se prepara por mezcladura de 35 partes de una primera mezcla seca de cargas ceramicas con 10 partes de sol de sflice coloidal Nyacol 1430 de Eka Chemical. La primera mezcla seca de cargas ceramicas incluye 75 partes de circon (malla -325), y 25 partes de Sflice 200f fundida. La viscosidad de la primera papilla se ajusta con agua a 24 segundos en una copa Zahn #5.
Se prepara una segunda papilla por mezcladura de 24 partes de una segunda mezcla seca con 10 partes de sol de sflice coloidal Nyacol 830. La segunda mezcla seca incluye 1% en peso de fibra de polipropileno de 3,3 mm de longitud, 60% en peso de Sflice 120f fundida, 35% de Sflice 200f fundida y 4% en peso de sflice de combustion (disponible de CE Minerals, Inc.), estando basadas todas las cantidades en el peso total de la segunda mezcla seca. La segunda papilla se diluye con agua hasta alcanzar una concentracion de sflice de 25% y una viscosidad de 16 segundos en una copa Zahn #5. Las cascaras se preparan como en el ejemplo 27.
Ejemplo 31 (conforme a la invencion): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla formada a partir de una sola carga ceramica y un sol de sflice coloidal, y una segunda papilla formada a partir de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de nailon con un sol de sflice coloidal.
La primera papilla se prepara utilizando 80% en peso de harina de circon de malla -200 (Continental Minerals) y 20% en peso de Nyacol 830. Una preforma de cera preparada como en el ejemplo 27 se sumerge en la primera papilla, se estuca con arena de circon 115 AFS (Continental Minerals), y se seca al aire. Se prepara una segunda papilla a partir de 10 partes de TMM30 y 15 partes de mezcla seca BI 2010. La preforma revestida se sumerge en la segunda papilla, se estuca con sflice fundida SS30 (disponible de Buntrock Industries, Inc.) y se seca al aire para construir la preforma. Este paso se repite cuatro veces mas para producir una preforma que tiene cinco revestimientos de la segunda papilla.
La preforma estucada resultante se provee de un revestimiento de sellado sumergiendola una sola vez en la segunda papilla. La preforma estucada se calienta a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda. El espesor medio de cascara en los centros es 0,528 pulgadas (13,4 mm) y 0,482 pulgadas (12,2 m) en las esquinas con uniformidad de 91,3%.
Ejemplo 31A (conforme a la invencion): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla formada a partir de una sola carga ceramica y un sol de sflice coloidal, y una segunda papilla formada a partir de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de nailon con un sol de sflice coloidal modificado con latex.
Se sigue el procedimiento del ejemplo 31 excepto que se emplea sol de sflice TMM-30 que esta modificado por adicion de 6% en peso de polfmero de latex QDA en sustitucion del sol de sflice TMM-30.
Ejemplo 32 (conforme a la invencion): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla formada a partir de una sola carga ceramica con un sol de sflice coloidal, y una segunda papilla formada a partir de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de nailon con un sol de sflice coloidal.
La primera papilla se prepara por mezcladura de 78 partes de harina de circon de malla -325 (disponible de Continental Minerals) y 20 partes de sol de sflice TMM30 hasta alcanzar una viscosidad de 22 segundos en una copa Zahn #5. La segunda papilla se prepara a partir de 150 partes de BI 2010 y 100 partes de TMM30. La segunda papilla tiene una viscosidad de 15 segundos en una copa Zahn #5.
Una preforma triangular de cera como en el ejemplo 27 se sumerge en la primera papilla, se estuca con arena de circon AFS 110 a 125 y se seca al aire para producir una preforma estucada. La preforma estucada se sumerge de nuevo en la primera papilla, se estuca con sflice fundida -50+100 (CE Minerals) y se seca al aire. La preforma estucada resultante se sumerge en la segunda papilla, se estuca con sflice fundida SS-30 (Buntrock Industries, Inc.), y se seca al aire. Este paso se repite dos veces mas para producir una preforma que tiene un total de tres revestimientos estucados de la segunda papilla. La preforma se calienta a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda. El espesor de la cascara es 0,372 pulgadas (9,4 mm) en los centros y 0,307 pulgadas (7,8 mm) en las esquinas con uniformidad de 82,5%.
Los ejemplos 33 y 34 son ejemplos comparativos que muestran el uso de primera y segunda papillas que incluyen carga ceramica pero sin fibra.
Ejemplo 33 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla formada por mezcladura de una sola carga ceramica con un sol de sflice coloidal, y una segunda papilla formada por mezcladura de una mezcla de una pluralidad de cargas ceramicas y sol de sflice coloidal.
Los espedmenes de cascara se preparan como en el ejemplo 31, excepto que la segunda papilla esta formada por mezcladura de una mezcla seca de 490 partes de Sflice 120f fundida y 1122 partes de Sflice 200f fundida(CE Minerals) con 790 partes de Nyacol 830 y 98 partes de agua, y tambien que el estuco aplicado a la segunda papilla
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es sflice fundida -30+50 (CE Minerals). La preforma se calienta a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda. El espesor medio de cascara en los centros era 0,418 pulgadas (10,6 mm) y 0,327 (8,3 mm) en las esquinas con una uniformidad de 78,2%.
Ejemplo 34 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla formada por mezcladura de una sola carga ceramica y un sol de sflice coloidal, y una segunda papilla formada por mezcladura de una sola carga ceramica y sol de sflice coloidal.
Se preparan espedmenes de cascara como en el ejemplo 31, excepto que la segunda papilla se prepara a partir de 70 partes de Sflice 200f fundida (CE Minerals) y 30 partes de Nyacol 830, y que cada uno de los revestimientos de la segunda papilla se estuca con sflice fundida -30+50 (CE Minerals). Se aplican un total de cuatro revestimientos de la segunda papilla con estucado, asf como un revestimiento de sellado. El revestimiento de sellado emplea la segunda papilla. La preforma se calienta a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda. El espesor de cascara es 0,285 en los centros y 0,229 en las esquinas con una uniformidad de 80,5%.
Los ejemplos 35-41 (comparativos) muestran la versatilidad de papillas formadas a partir de mezclas de fibra seca en la construccion de cascaras. En los ejemplos 35-37, se emplean mezclas secas 1 a 4 y papillas AA a DD. La designacion de las papillas AA a DD se adopta para demostrar que son factibles numerosas papillas que emplean diferentes combinaciones de mezclas secas con soles coloidales. Adicionalmente, las diversas papillas pueden emplearse en un revestimiento premium o como revestimiento de respaldo, como se comprendera por los ejemplos que siguen.
La mezcla seca numero 1 se prepara por mezcladura de 0,5% en peso de fibras de nailon Wex que tienen una longitud media de 0,5 mm, 50% en peso de Sflice 200f fundida (disponible de CE Minerals), y 49,5% en peso de circon de malla 325 (disponible de Continental Minerals, Inc.), estando basadas todas las cantidades en el peso total de la mezcla. La papilla AA se forma por mezcladura de 75 partes de mezcla seca numero 1 con 30 partes de Nyacol 830, donde el Nyacol 830 se diluye con agua hasta alcanzar una concentracion de sflice de 25%. La viscosidad de la papilla aA se ajusta con agua a 22 segundos en una copa Zahn #5.
La mezcla seca numero 2 se prepara por mezcladura de una mezcla de 50% en peso de Sflice 200f fundida (disponible de CE Minerals), y 50% en peso de circon de malla 325 (disponible de Continental Minerals, Inc.), estando basadas todas las cantidades en el peso total de la mezcla. La papilla BB se prepara de la misma manera que se ha descrito arriba para la papilla AA, excepto que se emplea la mezcla seca 2 en sustitucion de la mezcla seca 1. La viscosidad de la papilla BB se ajusta a 22 segundos en una copa Zahn numero #5 por adicion de agua.
La mezcla seca numero 3 es BI-2010 (disponible de Buntrock Industries, Inc.). La papilla CC se prepara utilizando 15 partes de BI-2010 y 10 partes de ligante de sflice coloidal TMM-30. La viscosidad de la papilla CC se ajusta a 16 segundos en una copa Zahn #5 por adicion de agua.
La mezcla seca numero 4 se prepara por mezcladura de 1% en peso de fibra de nailon Wex que mide 1,6 mm de longitud y 99% en peso de Mulgrain M60 200ICC (disponible de CE Minerals, Inc.), estando basadas todas las cantidades en el peso total de la mezcla. La papilla DD se fabrica con 40 partes de Megasol® (disponible de Buntrock Industries) y 60 partes de mezcla seca numero 4. La papilla DD se ajusta a una viscosidad de 14 segundos en una copa Zahn #5 por adicion de agua.
Ejemplo 35 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de una papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de nailon con sol de sflice coloidal, asf como una papilla de revestimiento de respaldo formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de nailon con sol de sflice coloidal.
Una preforma triangular de cera como en el ejemplo 31 se sumerge en una Solucion de Humectacion Patron (Buntrock Industries) que contiene alumina coloidal y agente humectante. La preforma tratada resultante se sumerge una sola vez en la papilla AA, se estuca con arena de circon y se seca al aire para formar una preforma revestida y estucada premium. La preforma revestida premium se sumerge de nuevo en la papilla AA, se estuca con sflice fundida sS-30 para producir una preforma revestida estucada de respaldo, y se seca luego al aire. Este paso se repite tres veces para producir un total de cuatro revestimientos de respaldo estucados. La preforma estucada se calienta a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda.
Ejemplo 36 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con sol de sflice coloidal, una segunda papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de nailon con sol de sflice coloidal, y una papilla de revestimiento de respaldo formada por mezcladura de una mezcla de una sola carga ceramica y fibra de nailon con sol de sflice coloidal.
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Se prepara una preforma de cera como en el ejemplo 35, se reviste con la Solucion de Humectacion Patron y se seca al aire. La preforma de cera se sumerge en la papilla BB, y se estuca con arena de circon y se seca al aire para formar una primera preforma estucada de revestimiento premium. La preforma estucada de revestimiento premium se sumerge luego en la papilla CC, se estuca con sflice fundida -50+100 y se seca al aire para producir una preforma bicapa estucada de revestimiento premium. La preforma bicapa estucada se sumerge en la papilla DD, y se estuca con Mulgrain M47 22S (disponible de CE Minerals, Inc.) y se seca al aire para producir una preforma revestida y estucada de respaldo. Este paso se repite dos veces para producir una preforma que tiene un total de tres revestimientos estucados de respaldo. La preforma se calienta a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda.
Ejemplo 36A (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con sol de sflice coloidal, una segunda papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de carga ceramica y fibra ceramica con sol de sflice coloidal, y una papilla de revestimiento de respaldo formada por mezcladura de una mezcla de carga ceramica y fibra ceramica con sol de sflice coloidal.
Se sigue el proceso del ejemplo 36, excepto que se emplea fibra ceramica Wollastonita en lugar de nailon en cada una de las mezclas 3 y 4 para uso en la papilla CC aplicada como un segundo revestimiento premium y se aplica la papilla DD como un revestimiento de respaldo.
Ejemplo 37 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de un revestimiento premium formado por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con sol de sflice coloidal y una papilla de revestimiento de respaldo formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de nailon con sol de sflice coloidal.
Una preforma triangular de cera como en el ejemplo 35 se trata con Solucion de Humectacion Patron y se seca al aire como en el ejemplo 35. La preforma se sumerge en la papilla BB, se estuca con Mulgrain M47 105AFS (disponible de CE Minerals, Inc.) y se seca al aire para producir una preforma revestida premium estucada. La preforma revestida premium estucada se sumerge en papilla CC, se estuca con Mulgrain M47 22S y se seca al aire para producir una preforma revestida estucada de respaldo. Este paso se repite tres veces para producir una preforma que tiene cuatro revestimientos de respaldo estucados. La preforma se calienta a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda.
Ejemplo 38 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de un primer revestimiento premium formado por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con sol de sflice coloidal, un segundo revestimiento premium formado por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con sol de sflice coloidal que tiene un modificador de latex, y una papilla de respaldo formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con sol de sflice coloidal que tiene un modificador de latex. Este ejemplo muestra la diferencia en la construccion de la cascara y la carga de rotura cuando se emplean papillas que no incluyen fibra.
Una barra de cera que mide 8 pulgadas (203,2 mm) de longitud por 1,25 pulgadas (31,8 mm) de anchura por 0,25 pulgadas (6,4 mm) de espesor se sumerge en la Solucion de Humectacion Patron de Buntrock Industries. La barra de cera tratada resultante se seca al aire para producir una barra revestida que lleva un film hidrofilo de alumina coloidal secada. La barra se sumerge luego en una primera papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de 2000 g de una mezcla que incluye 75% en peso de circon 200 y 25% en peso de Sflice 120f fundida con 625 g de Nyacol 830. La viscosidad de esta primera papilla de revestimiento premium es 20 segundos en una copa Zahn #4. La barra que lleva el primer revestimiento premium se seca luego al aire.
La barra secada al aire se humecta con sol de sflice TMM-30 diluido con agua hasta 15% de concentracion antes de la aplicacion de una segunda papilla de revestimiento premium. La barra pre-humectada resultante, sin secado, se sumerge en una segunda papilla que esta formada por mezcladura de una mezcla 50:50 de Sflice 120f fundida y Sflice 200f fundida con sol de sflice acuoso TMM-30 que se ha modificado para incluir 10% en peso de polfmero de latex, basado en el sol TMM-30. La segunda papilla de revestimiento premium tiene una viscosidad de 15 segundos en una copa BI#5. La copa BI#5 esta disponible de Buntrock Industries.
El segundo revestimiento premium se estuca con arena de circon para formar una barra revestida premium estucada y se seca al aire. La barra de revestimiento premium estucada y secada se sumerge de nuevo en la segunda papilla y se estuca luego con sflice fundida -30+50 (CE Minerals) y se seca al aire para producir una barra revestida estucada de respaldo. Este paso se repite tres veces para producir una barra que lleva cuatro revestimientos estucados de respaldo. Se aplica un revestimiento de sellado por inmersion de la barra resultante en la segunda papilla y se seca luego al aire sin aplicacion de estuco.
Utilizando este procedimiento, se producen dos barras estucadas. Cada barra se seca al aire, y se calienta luego a 200°F (93,3°C) para fundir la cera a fin de producir cascaras ceramicas crudas. El espesor de cascara en la primera barra es 0,229 pulgadas (5,8 mm), y el espesor de cascara en la segunda barra es 0,244 pulgadas (6,2 mm). Cada
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cascara mide 6,5 pulgadas (165,1 mm) de longitud y 1,25 pulgadas (31,8 mm) de anchura. La primera cascara se evalua respecto a carga de rotura en crudo y en seco y el MOR como se ha descrito arriba. La primera cascara tiene una carga de rotura en crudo y en seco de 16,23 lb (7,37 kg), y un MOR en crudo y en seco de 733 PSI (5.050 kPa).
La segunda cascara se impregna durante 2 min en agua hirviente y se elimina luego. Esta segunda cascara, mientras esta caliente y humeda, se ensaya utilizando los procedimientos arriba descritos para obtener la carga de rotura y el MOR. La carga de rotura para la segunda cascara en caliente y en humedo es 4,74 lb (2,15 kg), y su MOR es 189 PSI (1.302 kPa).
Ejemplo 39 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de una carga ceramica con sol de sflice coloidal, una segunda papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de polipropileno con un sol de sflice coloidal que tiene un modificador de latex, y una papilla de revestimiento de respaldo formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de polipropileno con un sol de sflice coloidal que tiene un modificador de latex.
Se sigue el procedimiento del ejemplo 38 excepto que se emplea una mezcla seca Gray Matter de Ondeo Nalco en sustitucion de la mezcla 50:50 de Sflice 120f fundida y Sflice 200f fundida utilizada para formar la segunda papilla. La segunda papilla tiene una viscosidad de 15 segundos en una copa BI#5. La mezcla seca Gray Matter incluye sflice fundida, sflice de combustion, y fibra de polipropileno. Se producen una primera cascara de 0,263 pulgadas (6,7 mm) de espesor y una segunda cascara de 0,260 pulgadas (6,6 mm) de espesor. La primera cascara tiene una carga de rotura en crudo y en seco de 13,60 lb (6,17 kg) y un MOR en crudo y en seco de 478 PSI (3293 kPa). La segunda cascara, despues de haber sido impregnada en agua hirviente durante 2 min, se ensaya como anteriormente para determinar la carga de rotura y el MOR. La cascara tiene una carga de rotura en humedo y en caliente de 6,64 lb (3,01 kg) y un MOR en humedo y en caliente de 239 PSI (1647 kPa).
Ejemplo 40 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con sol de sflice coloidal, una segunda papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de nailon con un sol de sflice coloidal, y una papilla de revestimiento de respaldo formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de nailon con un sol de sflice coloidal.
Se sigue el procedimiento del ejemplo 38, excepto que en la segunda papilla se emplea la mezcla seca BI-2010 disponible de Buntrock Industries en sustitucion de la mezcla 50:50 de Sflice 120f fundida y Sflice 200f fundida y se utiliza sol de sflice TMM-30 en sustitucion del sol de sflice TMM-30 modificado por latex. La segunda papilla tiene una viscosidad de 15 segundos en una copa BI#5. Se producen una primera cascara de 0,332 pulgadas (8,4 mm) de espesor y una segunda cascara de 0,370 pulgadas (9,4 mm) de espesor. La primera cascara tiene una carga de rotura en crudo y en seco de 20,61 lb (9,36 kg) y un MOR en crudo y en seco de 443 PSI (3052 kPa). La segunda cascara, despues de haber sido impregnada en agua hirviente durante 2 min, tiene una carga de rotura en humedo y en caliente de 13,24 lb (6,01 kg) y un MOR en humedo y en caliente de 230 PSI (1185 kPa).
Ejemplo 41 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de una primera papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con sol de sflice coloidal, una segunda papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de nailon con un sol de sflice coloidal, y una papilla de revestimiento de respaldo formada por mezcladura de una mezcla de carga ceramica y fibra de polipropileno con un sol de sflice coloidal.
Siguiendo el procedimiento del ejemplo 38, se aplica un primer revestimiento premium a la barra de cera, se seca al aire, y se humecta luego con el sol de sflice TMM-30 diluido. Antes del secado, se aplica a la barra un segundo revestimiento premium por inmersion de la misma en la segunda papilla utilizada en el ejemplo 40 y se seca al aire. La barra revestida premium resultante se sumerge luego en una papilla de revestimiento de respaldo formada a partir de mezcla seca Gray Matter y sol de sflice coloidal TMM-30. La papilla de revestimiento de respaldo tiene una viscosidad de 15 segundos en una copa BI#5. La barra revestida de respaldo se estuca luego con sflice fundida - 30+50 (CE Minerals) y se seca al aire para producir una barra revestida de respaldo estucada. Este paso se repite tres veces para producir una barra que lleva cuatro revestimientos de respaldo estucados. Se aplica un revestimiento de sellado final por inmersion de la barra en la papilla de revestimiento de respaldo y se seca al aire sin aplicacion de estuco.
Utilizando este procedimiento, se producen dos barras estucadas. Cada barra se seca al aire, y se libera luego de cera como en el ejemplo 38. El espesor de la cascara en la primera barra es 0,287 pulgadas (7,29 mm), y el espesor de la cascara en la segunda barra es 0,288 pulgadas (7,32 mm). La primera cascara tiene una carga de rotura en crudo y en seco de 18,68 lb (8,48 kg), y un MOR en crudo y en seco de 547 PSI (3769 kPa). La segunda cascara, despues de haber sido impregnada en agua hirviente durante 2 min, tiene una carga de rotura en humedo y en caliente de 8,91 lb (4,08 kg), y un MOR en humedo y en caliente de 261 PSI (1798 kPa).
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Ejemplo 42 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de una papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de carga ceramica y fibra ceramica con sol de sflice coloidal y una papilla de revestimiento de respaldo formada por mezcladura de una mezcla de carga ceramica y fibra ceramica con un sol de sflice coloidal.
Una preforma triangular de cera como en el ejemplo 35 se sumerge una sola vez en una papilla que esta formada por mezcladura de 20 partes de una mezcla de 98% de carga ceramica de sflice fundida y 2% de fibra ceramica de Wollastonita con 12 partes de sol TMM-30. La preforma revestida resultante se estuca con arena de circon y se seca al aire para formar una preforma estucada y revestida premium. La preforma revestida premium se sumerge de nuevo en la papilla, se estuca con sflice fundida SS-30 para producir una preforma revestida de respaldo estucada, y se seca luego al aire. Este paso se repite tres veces para producir un total de cuatro revestimientos de respaldo estucados. La preforma estucada se calienta luego a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda.
Ejemplo 43 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de un revestimiento premium formado por mezcladura de una mezcla de carga ceramica y fibras ceramicas con sol de sflice coloidal y un revestimiento de respaldo formado por mezcladura de una mezcla de una carga ceramica y una pluralidad de fibras ceramicas con sol de sflice coloidal.
Una preforma triangular de cera como en el ejemplo 35 se sumerge una sola vez en una papilla que esta formada por mezcladura de 24 partes de una mezcla formada por 97 partes de carga ceramica de sflice fundida y 3 partes de una mixtura formada por 50 partes de fibra ceramica Kaowool y 50 partes de fibra ceramica Saffil, con 10 partes de sol de sflice Nyacol 830. La preforma revestida resultante se estuca con arena de circon y se seca al aire para formar una preforma estucada y revestida premium. La preforma revestida premium se sumerge de nuevo en la papilla, se estuca con sflice fundida ese sS-30 para producir una preforma revestida de respaldo estucada, y se seca al aire. Este paso se repite tres veces para producir un total de cuatro revestimientos de respaldo estucados. La preforma estucada se calienta luego a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda.
Ejemplo 44 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de un revestimiento premium formado por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de polipropileno con sol de sflice coloidal y un revestimiento de respaldo formado por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de polipropileno con sol de sflice coloidal.
Una preforma triangular de cera como en el ejemplo 35 se sumerge una sola vez en una papilla que esta formada por mezcladura de 28 partes de una mezcla formada por 50 partes de carga ceramica de circon y 50 partes de una mixtura formada por 96 partes de sflice fundida y 4 partes de fibra de polipropileno, con 10 partes de sol de sflice Nalcoag 1130. La preforma revestida resultante se estuca con arena de circon y se seca al aire para formar una preforma estucada y revestida premium. La preforma revestida premium se sumerge de nuevo en la papilla, se estuca con sflice fundida ese SS-30 la para producir una preforma revestida de respaldo estucada, y se seca luego al aire. Este paso se repite tres veces para producir un total de cuatro revestimientos de respaldo estucados. La preforma estucada se calienta luego a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda.
Ejemplo 45 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de un revestimiento premium formado por mezcladura de una mezcla de una carga ceramica, fibra ceramica y fibra de nailon con sol de sflice y un revestimiento de respaldo formado por mezcladura de una mezcla de una carga ceramica, fibra ceramica y fibra de nailon con sol de sflice.
Una preforma triangular de cera como en el ejemplo 35 se sumerge una sola vez en una papilla que esta formada por mezcladura de 25 partes de una mezcla formada por 98 partes de carga ceramica de sflice fundida y 2 partes de una mixtura formada por 4 partes de fibra ceramica de Wollastonita y 1 parte de fibra de nailon, con 10 partes de sol TMM-30. La preforma revestida resultante se estuca con arena de circon y se seca al aire para formar una preforma estucada y revestida premium. La preforma revestida premium se sumerge nuevamente en la papilla, se estuca con sflice fundida ese SS-30 para producir una preforma revestida de respaldo estucada, y se seca luego al aire. Este paso se repite tres veces para producir un total de cuatro revestimientos de respaldo estucados. La preforma estucada se calienta luego a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda.
Ejemplo 46 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de un revestimiento premium formado por una mezcla de cargas ceramicas y fibras ceramica y un revestimiento de respaldo formado por una mezcla de cargas ceramicas y fibra ceramica.
Una preforma triangular de cera como en el ejemplo 35 se sumerge una sola vez en una papilla que esta formada por mezcladura de 30 partes de una mezcla formada por una mixtura de 50 partes de carga ceramica de circon, 45 partes de carga ceramica de sflice fundida y 5 partes de fibra ceramica de Wollastonita, con 10 partes de Megasol®. La preforma revestida resultante se estuca con arena de circon y se seca al aire para formar una preforma estucada
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y revestida premium. La preforma revestida premium se sumerge nuevamente en la papilla, se estuca con sflice fundida SS-30 para producir una preforma revestida de respaldo estucada, y se seca luego al aire. Este paso se repite tres veces para producir un total de cuatro revestimientos de respaldo estucados. La preforma estucada se calienta luego a 20o°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda.
Ejemplo 47 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de una papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibras ceramicas con sol de sflice coloidal y un revestimiento de respaldo formado por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y de fibras ceramicas con sol de sflice coloidal.
Una preforma triangular de cera como en el ejemplo 35 se sumerge una sola vez en una papilla que esta formada por mezcladura de 29 partes de una mezcla formada por una mixtura de 48 partes de carga ceramica de sflice fundida y 48 partes de carga ceramica Mulgrain con 4 partes de una mixtura de 30 partes de fibra ceramica Kaowool y 70 partes de fibra ceramica de lana mineral, con l0 partes de sol TMM-30. La preforma revestida resultante se estuca con arena de circon y se seca al aire para formar una preforma estucada y revestida premium. La preforma revestida premium se sumerge nuevamente en la papilla, se estuca con sflice fundida SS-30 para producir una preforma revestida de respaldo estucada, y se seca luego al aire. Este paso se repite tres veces para producir un total de cuatro revestimientos de respaldo estucados. La preforma estucada se calienta a luego a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda.
Ejemplo 48 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de una papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con fibra de polipropileno con sol de sflice coloidal y un revestimiento de respaldo por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con fibra de polipropileno con sol de sflice coloidal.
Una preforma triangular de cera como en el ejemplo 35 se sumerge una sola vez en una papilla que esta formada por mezcladura de 32 partes de una mezcla de una mixtura de 33 partes de carga ceramica de sflice fundida y 33 partes de carga ceramica Mulgrain, y 34 partes de una mixtura de 90 partes de carga ceramica de cianita y 10 partes de fibra de polipropileno, con 10 partes de Megasol®. La preforma revestida resultante se estuca con arena de circon y se seca al aire para formar una preforma estucada y revestida premium. La preforma revestida premium se sumerge de nuevo en la papilla, se estuca con sflice fundida SS-30 para producir una preforma revestida de respaldo estucada, y se seca luego al aire. Este paso se repite tres veces para producir un total de cuatro revestimientos de respaldo estucados. La preforma estucada se calienta luego a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda.
Ejemplo 49 (comparativo): Este ejemplo muestra el uso de una papilla de revestimiento premium formada por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas con fibra de nailon con sol de sflice coloidal y un revestimiento de respaldo por mezcladura de una mezcla de cargas ceramicas y fibra de nailon con sol de sflice coloidal.
Una preforma triangular de cera como en el ejemplo 35 se sumerge una sola vez en una papilla que esta formada por mezcladura de 35 partes de una mezcla formada por una mixtura de 75 partes de carga ceramica de circon y 20 partes de carga ceramica de alumina tabular, y 5 partes de una mixtura de 2 partes de fibra ceramica Saffil y 2 partes de fibra de nailon, con 10 partes de sol TMM-30. La preforma revestida resultante se estuca con arena de circon y se seca al aire para formar una preforma estucada y revestida premium. La preforma revestida premium se sumerge nuevamente en la papilla, se estuca con sflice fundida SS-30 para producir una preforma revestida de respaldo estucada, y se seca luego al aire. Este paso se repite tres veces para producir un total de cuatro revestimientos de respaldo estucados. La preforma estucada se calienta luego a 200°F (93,3°C) para eliminar la preforma de cera a fin de formar una cascara cruda.

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo de fabricacion de un molde de cascara de colada con revestimiento que comprende: proporcionar una primera papilla de revestimiento refractaria formada por mezcladura de un sol ligante con
    una primera mezcla seca que incluye carga refractaria, donde dicha primera mezcla seca carece de fibras;
    proporcionar una segunda papilla de revestimiento refractaria formada por mezcladura de un sol ligante con una segunda mezcla seca que incluye carga refractaria y fibras;
    aplicar una de dichas papillas primera y segunda de revestimiento refractarias sobre un patron fungible para producir una preforma revestida;
    opcionalmente, aplicar un estuco de material refractario sobre la preforma revestida;
    secar la preforma revestida opcionalmente estucada, lo bastante para aplicar otra de dichas papillas de revestimiento refractarias primera o segunda sobre la preforma;
    repetir la aplicacion de papilla refractaria y opcionalmente el estucado tantas veces como sea necesario para construir una preforma del espesor deseado;
    secar la preforma multicapa para producir un molde de cascara de colada con revestimiento crudo; y calentar el molde de cascara crudo a una temperatura suficiente para producir un primer molde de cascara de colada con revestimiento quemado,
    caracterizado por que la preforma incluye al menos una capa de primera papilla de revestimiento refractaria y al menos una capa de segunda papilla de revestimiento refractaria.
  2. 2. El metodo de la reivindicacion 1, en el cual dicho molde de cascara de colada con revestimiento incluye multiples capas de papilla formadas a partir de dicha mezcla seca que incluye fibras.
  3. 3. El metodo de la reivindicacion 1, en el cual dichas fibras incluyen al menos una fibra seleccionada del grupo constituido por fibras refractarias, fibras de vidrio, fibras ceramicas, fibras organicas, fibras de carbono y combinaciones de las mismas.
  4. 4. El metodo de la reivindicacion 3, en el cual dichas fibras incluyen fibras organicas y la carga incluye granos ceramicos que tienen un tamano de partfcula comprendido entre las mallas 20 y 600.
  5. 5. El metodo de la reivindicacion 4, en el cual dichas fibras tienen una longitud media comprendida entre 0,2 mm y 12 mm, y esta presente en el intervalo comprendido entre 0,1% y 12% en peso de la mezcla seca.
  6. 6. El metodo de la reivindicacion 5, en el cual dichas fibras tienen una longitud media comprendida entre 1 mm y 4 mm y esta presente en el intervalo comprendido entre 0,2% y 2,5% en peso de la mezcla seca.
  7. 7. El metodo de la reivindicacion 4, en el cual dichas fibras comprenden adicionalmente fibras inorganicas.
  8. 8. El metodo de la reivindicacion 7, en la cual dichas fibras inorganicas se seleccionan del grupo constituido por fibras de vidrio E, fibras de vidrio S, fibra ceramica de alumina-sflice, o lana mineral y combinaciones de las mismas, y las fibras organicas se seleccionan del grupo constituido por olefinas, fibras de tipo nailon, y fibras de aramida y combinaciones de las mismas.
  9. 9. El metodo de la reivindicacion 1, en el cual dicha segunda papilla de revestimiento refractario comprende adicionalmente ceniza de cascarilla de arroz.
  10. 10. El metodo de la reivindicacion 1, en el cual dicho sol ligante se selecciona del grupo constituido por sflice coloidal, silicato de etilo, silicatos ionicos y mixturas de los mismos.
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