ES2929403T3 - Mezclas de material de moldeo que contienen óxidos de aluminio y/u óxidos mixtos de aluminio/silicio en forma de particulado - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a mezclas de materiales para moldes que contienen al menos un óxido de aluminio en la fase alfa y/o al menos un óxido mixto de aluminio/silicio, excepto los óxidos mixtos de aluminio/silicio que tienen una estructura de silicato en capas, como un óxido metálico en partículas, en combinación con materiales base refractarios para moldes y un sistema aglutinante a base de vidrio de agua. Las mezclas de materiales para moldes se utilizan para la producción de moldes y machos para la industria de la fundición. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Mezclas de material de moldeo que contienen óxidos de aluminio y/u óxidos mixtos de aluminio/silicio en forma de particulado
La invención se refiere a mezclas de material de moldeo que contienen por lo menos un óxido de aluminio en la fase alfa y/o por lo menos un óxido mixto de aluminio/silicio, a excepción de óxidos mixtos de aluminio/silicio que tienen una estructura de silicato en capas, tal como un óxido metálico particulado, en combinación con materiales de moldeo refractarios de base y un sistema aglutinante de vidrio soluble. Los óxidos metálicos particulados muestran poca o ninguna tendencia a reaccionar con vidrio soluble alcalino a temperatura ambiente. Las mezclas de material de moldeo se utilizan para la producción de moldes y núcleos para la industria de la fundición.
Técnica anterior
Los moldes de fundición consisten esencialmente en conjuntos de moldes y núcleos, que representan las formas negativas de la fundición a fabricar. Estos núcleos y moldes consisten en un material refractario, por ejemplo arena de cuarzo y un aglutinante adecuado, que imparte una resistencia mecánica adecuada al molde de fundición después de la eliminación de la herramienta de moldeo. Por lo tanto un material de moldeo refractario de base envuelto con un aglutinante adecuado se utiliza para la producción de moldes de fundición. El material de moldeo refractario de base es utilizado preferentemente en forma libre por lo que puede ser vertido en un molde hueco adecuado y ahí ser compactado. El aglutinante produce cohesión firme entre las partículas del material de moldeo de base, por lo que el molde de fundición logrará la estabilidad mecánica necesaria.
Los moldes de fundición deben cumplir con varios requisitos. Durante el proceso de fundición real deben primero mostrar una resistencia y estabilidad térmica adecuadas para albergar el metal líquido en el molde hueco que consta de los uno o más moldes (parciales) de fundición. Tras el inicio del proceso de solidificación, la estabilidad mecánica de la fundición está garantizada por una capa de metal solidificado que se forma a lo largo de las paredes del molde de fundición. El material del molde de fundición debe descomponerse ahora bajo la influencia del calor liberado por el metal para que pierda su resistencia mecánica, por lo tanto se suprime la cohesión entre las partículas individuales del material refractario. En el caso ideal, el molde de fundición se descompone otra vez en arena fina, que se puede eliminar fácilmente de la fundición.
Recientemente, además, se exige cada vez más que en la medida de lo posible, no haya contaminación del aire en forma de CO2 o hidrocarburos que se llegaran a liberar durante la producción de la fundición y el enfriamiento, a fin de proteger el medio ambiente y limitar las molestias del olor en el entorno debido a los hidrocarburos (principalmente aromáticos). Para satisfacer estas demandas, en los últimos años se han desarrollado o están desarrollándose sistemas de aglutinantes inorgánicos, cuyo uso hace posible evitar la emisión de hidrocarburos y CO2 durante la producción de moldes metálicos, o al menos la minimiza. Sin embargo, el uso de sistemas de aglutinantes inorgánicos a menudo conlleva otros inconvenientes, que serán descritos en detalle en las observaciones que siguen.
Los aglutinantes inorgánicos tienen el inconveniente en comparación con los aglutinantes orgánicos de que los moldes de fundición producidos a partir de los mismos tienen relativamente poca resistencia. Esto es particularmente notorio inmediatamente después de retirar los moldes de fundición de la herramienta. Sin embargo, en este punto una buena resistencia es particularmente importante para la producción de moldeos complicados y/o de paredes delgadas y para su manejo seguro. La resistencia a la humedad atmosférica es también claramente inferior comparada con los aglutinantes orgánicos.
El documento DE 102004042535 A1 (US 7770629 B2) divulga que las resistencias iniciales más altas y la resistencia a la humedad atmosférica más alta se pueden lograr mediante el uso de materiales de moldeo refractarios de base, un aglutinante a base de vidrio soluble y una parte de óxido metálico particulado seleccionado del grupo de dióxido de silicio, óxido de aluminio, óxido de titanio y óxido de zinc. Un detalle adicional es el uso de dióxido de silicio particulado amorfo.
Los sistemas de aglutinantes inorgánicos tienen el inconveniente adicional en comparación con los sistemas de aglutinantes orgánicos de que los moldes de fundición producidos a partir de los mismos a menudo conducen a adherencias marcadas y penetraciones de arena en la fundición, lo que se asocia con esfuerzos de limpieza considerable y por lo tanto con mayores costos para las fundiciones.
Además el comportamiento de desnucleado, es decir, la capacidad del molde de fundición para desintegrarse rápidamente (previa aplicación de tensión mecánica) en forma de flujo libre después de la fundición del metal es con frecuencia menos satisfactorio en el caso de los moldes de fundición producidos a partir de materiales puramente inorgánicos (por ejemplo, aquellos que usan vidrio soluble como aglutinante) que en el caso de los moldes de fundición producidos con un aglutinante orgánico. Esta última propiedad, bajo comportamiento de desnucleado, es especialmente desfavorable cuando se utilizan moldes de fundición de paredes delgadas o delicados o complejos, que son teóricamente difíciles de quitar después de que el vertido se ha completado. Por ejemplo, pueden mencionarse los llamados núcleos de cubierta de agua, que son necesarios para la producción de ciertas áreas en los motores de
combustión interna.
También es sabido que los componentes orgánicos que se someten a pirólisis o reaccionan bajo la influencia del metal caliente y por lo tanto, por una parte, facilitan la desintegración del molde de fundición después de la fundición por la formación de poros y por otro lado, pueden llevar a mejores superficies de fundición, pueden agregarse a la mezcla del material de moldeo. Sin embargo, el uso de componentes orgánicos en mezclas de materiales de moldeo conduce a la emisión de CO2 y otros productos de pirólisis durante el vertido.
El documento US 3203057 divulga mezclas de materiales de moldeo que consisten de un material refractario fino, un aglutinante líquido, en donde éste es especialmente una solución de silicato alcalino y una sustancia activa que contiene AhO3, que mejora el comportamiento de desnucleación del molde de fundición después de la fundición de metales. Las sustancias activas que contienen AhO3 son definidas como óxido de aluminio puro, óxidos mixtos conocidos tales como aluminosilicatos, minerales de arcilla tales como bentonita o montmorilonita, sustancias activas que contiene AhO3 de origen natural tales como bauxita y otros minerales tales como cemento y caolín. Las sustancias activas que contienen Al2O3 sólo se describen de manera muy general en este documento, y no existe información precisa alguna sobre el hecho de que estas sustancias sean particularmente adecuadas para la capacidad de desnucleación del molde de fundición, el tiempo de procesamiento de la mezcla del material de moldeo, o la calidad de la superficie de fundición de las fundiciones en cuestión.
El documento US 4233076 divulga mezclas de material de moldeo que consisten de arena, un aglutinante de silicato alcalino, por lo menos un agente de curado seleccionado del grupo de alquileno carbonato, un ácido monocarboxílico o dicarboxílico orgánico o un éster metílico del mismo, ácido no dicarboxílico o el éster metílico del mismo, dióxido de carbono o escoria de altos hornos, y una sustancia que contiene AhO3 de la misma, cuya distribución de tamaño medio de partículas varía entre 0,2 y 5 pm.
Se describe que el sólido que contiene óxido de aluminio preferentemente tiene un área de superficie BET entre 3 y 40 m2/g. El AhO33 H2O se divulga como el preferido.
El documento JP 4920794 B1 divulga mezclas de material de moldeo consistentes en una arena de fundición, un aglutinante de silicato alcalino y esferoides hechos de óxido de aluminio esférico, ácidos. Estos esferoides amorfos se espera que actúen como los llamados "superplastificantes" y curado de soporte, finalmente dando por resultado una mayor resistencia.
Problemas con la técnica previa y declaración del problema
Los sistemas de aglutinantes inorgánicos conocidos hasta ahora para fines de fundición aún tienen margen de mejora. En particular, es conveniente desarrollar un sistema de aglutinante inorgánico que:
(a) no permita nada o al menos una cantidad claramente reducida de emisiones de CO2 y productos de pirólisis orgánica, gaseosos y/o en aerosol, por ejemplo, hidrocarburos aromáticos para formarlos durante el fundido del metal.
(b) alcance un nivel de resistencia adecuado, lo cual es necesario en procesos de fabricación automatizados, especialmente resistencia al calor y resistencia después del almacenamiento,
(c) posibilite una muy buena calidad de superficie (incluso sin el uso de recubrimientos refractarios, para que no se necesite nada de post-procesamiento o al menos muy poco post-procesamiento,
(d) conduzca a buenas características de desintegración del molde fundido después del fundido del metal, para que el fundido en cuestión se pueda retirar del molde de fundición fácilmente y sin residuos,
(e) en el caso de termocurado y/o curado con CO2, permita el mayor tiempo posible de procesamiento de la mezcla de material de moldeo producida con éste, y
(f) con un material de moldeo de base, produzca una mezcla de material de moldeo fluido, para que el fundido de moldes con geometría compleja sea posible.
Por lo tanto, la invención se basaba en la tarea de suministrar una mezcla material de moldeo para la producción de moldes de fundición para el procesamiento del metal que cumpla con los requisitos arriba descritos (a)-(f).
En particular, la mezcla del material de moldeo de acuerdo con la invención se caracteriza por el hecho de que mejora la superficie de fundido de la fundición en cuestión sin recurrir a la adición de aditivos orgánicos. Esta observación puede hacerse especialmente en la fundición de hierro y acero, pero también en la fundición de metales ligeros y metales no ferrosos.
Breve descripción de la invención
Los requisitos descritos anteriormente se cumplen con una mezcla de material para moldeo con las características de las reivindicaciones independientes. Otras modalidades ventajosas de la mezcla de material para moldeo de conformidad con la invención forman la materia de las reivindicaciones dependientes o se describen en lo sucesivo.
La mezcla del material de moldeo según la invención para la producción de moldes de fundición para el procesamiento de metales comprende por lo menos:
a) un material de moldeo refractario de base;
b) un aglutinante inorgánico, y
c) por lo menos un óxido metálico particulado, en donde el óxido metálico particulado
- comprende o consiste de por lo menos un óxido de aluminio en la fase alfa y/o
- por lo menos un óxido mixto de aluminio/silicio, con la excepción de los óxidos mixtos de aluminio/silicio con estructura de silicato en capas.
Sorprendentemente, se encontró que la adición de óxidos particulados de aluminio y circonio, particularmente junto con el dióxido de silicio particulado amorfo, a la mezcla del material de moldeo, hizo posible fabricar moldes de fundición basados en aglutinantes inorgánicos que presentan alta resistencia tanto inmediatamente después de la producción como con un almacenamiento prolongado. Una ventaja particular radica en el hecho de que después de la fundición del metal, se obtiene una fundición, especialmente de hierro o acero, con muy alta calidad de superficie, por lo que después del retiro del molde de fundición, sólo es necesario un poco o incluso nada de post-procesamiento de la superficie de fundición.
La calidad de la superficie la fundición en cuestión hecha de hierro o acero, a veces, incluso con las superficies que pueden ser producidas con la ayuda de moldes de fundición unidos orgánicamente, es recubierta con una capa refractaria.
Un recubrimiento refractario puede lograrse con las llamadas medidas, que deben ser aplicadas a los moldes de fundición después de que se producen. La ventaja de la mezcla del material de moldeo producido según la invención, por lo tanto radica en el hecho de que se puede prescindir de un proceso de recubrimiento, lo que implica ahorros considerables para las respectivas fundiciones.
La mezcla del material de moldeo preferentemente no contiene ningún componente orgánico, por lo que no se dan emisiones de CO2y otros productos de la pirolisis. Por esta razón, se puede reducir la contaminación, particularmente en el lugar de trabajo, por las emisiones que son peligrosas para la salud.
El uso de la mezcla del material de moldeo según la invención también contribuye a reducir las emisiones que dañan el clima (de CO2 y otros productos de la pirolisis orgánica).
El óxido metálico particulado no tiene o al menos tiene muy poca reactividad con el aglutinante inorgánico, particularmente el vidrio soluble alcalino.
Descripción detallada de la invención
Los materiales generalmente pueden utilizarse como material de moldeo refractario de base para fabricar moldes de fundición. Los siguientes, por ejemplo, son adecuados: arena de cuarzo o de mineral de cromo, olivino, vermiculita, bauxita y arcilla refractaria, particularmente más del 50 % en peso de arena de cuarzo basado en el material de moldeo refractario de base. No es necesario utilizar exclusivamente arena nueva. De hecho, para ahorrar recursos y evitar los costos de vertido es incluso ventajoso utilizar la mayor fracción posible de arena usada regenerada. El material de moldeo refractario de base constituye preferentemente constituye más del 80 % en peso, particularmente más del 90 % en peso de la mezcla del material de moldeo.
Una arena regenerada adecuada se describe, por ejemplo, en WO 2008/101668 (=US 2010/173767 A1). Los regenerados obtenidos por lavado y después secado también son convenientes. Utilizables, pero menos preferidos, son los regenerados obtenidos por tratamiento puramente mecánico. Como regla general, el regenerado puede reemplazar al menos aproximadamente 70 % en peso de la arena nueva (en el material de moldeo refractario de base), preferentemente al menos 80 % en peso y de manera particularmente preferente al menos 90 % en peso. Se prefieren los regenerados de los materiales de moldeo refractarios de base que se calentaron a una temperatura de por lo menos 200 °C para su regeneración y que se movieron particularmente durante este tratamiento térmico. Además, los materiales de molde sintético pueden utilizarse también como materiales de moldeo refractarios de base, por ejemplo perlas de vidrio, granulado de vidrio, o los materiales base de molde de cerámica esféricos o micro-esferas huecas de silicato aluminio (llamadas microesferas) conocidas como "Cerabeads" o "Carboaccucast." Dichas microesferas huecas de silicato de aluminio se venden, por ejemplo, por Omega Minerals Germany GmbH, Norderstedt, en varios grados con diferentes contenidos de óxido de aluminio bajo el nombre "Omega-Spheres." Los productos correspondientes están disponibles, por ejemplo, de PQ Corporation (EUA) bajo el nombre de " Extendospheres".
El diámetro medio de los materiales de moldeo refractarios de base como regla es de entre 100 pm y 600 pm,
preferentemente entre 120 pm y 550 y de manera particularmente preferente entre 150 pm y 500 pm. Puede determinarse el tamaño medio de partícula, por ejemplo, mediante el análisis de tamiz según DIN 66165 (Parte 2) con pantallas analíticas conforme a DIN ISO 3310-1. Las formas de partículas con relaciones de la dimensión longitudinal mayor que la dimensión longitudinal menor (en dirección espacial arbitraria) de 1:1 a 1:5 o 1:1 a 1:3 son preferidas, es decir, aquellas que no son, por ejemplo, fibrosas.
En experimentos de fundición, particularmente con aluminio, se encontró que los materiales de moldeo sintéticos de base, especialmente perlas de vidrio, granulado de vidrio o microesferas, pueden contribuir a la creación de superficies de fundición más suaves. En este caso no es necesario hacer todo el material de moldeo de base a partir de material de moldeo sintético de base. La fracción preferida del material de moldeo sintético de base es de por lo menos 3 % en peso, ventajosamente por lo menos 5 % en peso, especialmente ventajosamente por lo menos 10 % en peso, preferentemente al menos aproximadamente 15% en peso y de manera particularmente preferente por lo menos aproximadamente 20 % en peso, basado en la cantidad total de los materiales de moldeo refractarios de base.
El material de moldeo refractario de base preferentemente tiene un estado de flujo libre, especialmente para habilitar el procesamiento de la mezcla de material de moldeo según la invención en máquinas sopladoras convencionales.
El vidrio soluble como aglutinante inorgánico contiene silicatos alcalinos disueltos y puede ser producido por disolución de silicatos tipo cristal de litio, sodio y/o potasio en agua. El vidrio soluble preferentemente tiene una fracción molar SO2/M2O en el rango de 1,6 a 4,0, particularmente 2,0 a menos de 3,5, en donde M representa litio, sodio o potasio. Los aglutinantes pueden basarse también en vidrios solubles que contienen más de uno de los iones alcalinos mencionados, tales como los vidrios solubles modificados con litio conocidos de 2652421 A1 (= GB1532847 A). Además, los vidrios solubles también pueden contener iones multivalentes, por ejemplo los silicatos de sodio modificados por Al descritos en EP 2305603 A1 (= WO 2011/042132 A1). Los vidrios solubles modificados con B también son posibles. Los vidrios solubles tienen una fracción de sólidos en el rango de 25 a 65 % en peso, preferentemente de 30 a 60 % en peso. La fracción de sólidos se basa en la cantidad de SiO2 y M2O contenida en el vidrio soluble. Dependiendo de la aplicación y el nivel de resistencia deseado, se usa entre el 0,5 % en peso y el 5 % en peso de los aglutinantes a base de vidrio soluble, preferentemente entre el 0,75 % en peso y el 4 % en peso, de manera particularmente preferente entre el 1 % en peso y el 3,5 % en peso, en cada caso basado en el material de moldeo de base. Las declaraciones se basan en la cantidad total del aglutinante de vidrio soluble, incluyendo el disolvente (particularmente acuoso) o diluyente y la fracción sólida, en su caso (= 100 %).
Sorprendentemente se encontró que debido a la adición de los óxidos metálicos particulados anteriormente mencionados a la mezcla del material de moldeo, se pueden fabricar los moldes de fundición basados en aglutinantes inorgánicos, que no sólo tienen alta resistencia inmediatamente después de su producción y después de un almacenamiento prolongado, sino que también resultan en buena calidad de superficie de las fundiciones, especialmente aquellos hechos de hierro y acero.
Los óxidos metálicos particulados que contienen por lo menos un óxido de aluminio en la fase alfa y/o por lo menos un óxido mixto de aluminio/silicio, con la excepción de óxidos mixtos de aluminio/silicio con estructura de silicato en capas, se definen no sólo como óxidos metálicos particulados que consisten de óxido de aluminio puro o alumosilicatos o aluminosilicatos puros, sino también mezclas de los óxidos metálicos anteriores con otros óxidos, por ejemplo, aquellos de circonio, circonio incorporado en los óxidos mixtos de aluminio/silicio, o mezclas de materiales heterogéneos, es decir, aquellos que consisten de diversas fases, que entre otras cosas consisten de por lo menos dos de los siguientes sólidos o fases: sólidos o fases que contienen óxido de aluminio y/o óxido de aluminio/silicio.
El óxido metálico particulado según la invención se selecciona preferentemente del grupo de corindón de circonio más dióxido de circonio, porcelanita de circonio, corindón de circonio y silicatos de aluminio (diferentes a aquellos con estructura de silicato en capas) más dióxido de circonio y también contienen opcionalmente óxidos metálicos adicionales.
El óxido mixto de aluminio/silicio también es preferentemente un nesosilicato. Los representantes típicos de estos nesosilicatos son (según Systematik der Minerale nach Strunz [Tablas Mineralógicas de Strunz], 9a ed.), por ejemplo, porcelanita (incluyendo porcelanita fundida y porcelanita sinterizada así como porcelanita que contiene ZrO2), sillimanita y otros miembros del grupo de la sillimanita (por ejemplo, cianita o andalucita), en donde se usa de manera particularmente preferente la cianita del grupo de sillimanita. Un silicato de aluminio amorfo (diferente a uno con estructura de silicato en capas) con más del 50 % de átomos de aluminio basado en el total de todos los átomos de silicio y aluminio y un polvo que contiene óxido de aluminio es preferido, el cual se produce como un sub-producto de la producción de corindón de circonio y se describirá a mayor detalle a continuación.
El silicato de aluminio en el sentido de esta invención se define como alumosilicatos y aluminosilicatos.
En los nesosilicatos, las fracciones de SO4 (tetraédricas) contenidas en la estructura no están acopladas directamente entre sí (sin vínculos de Si-O-Si); en cambio, están presentes los vínculos de las fracciones tetraédricas de SO4 tetraédricos a uno o más átomos de Al (Si-O-Al). En la estructura de los nesosilicatos aquí reivindicados, los átomos de Al están presentes en 4, 5 y/o 6 veces en coordinación con los átomos de oxígeno.
Los óxidos mixtos de aluminio/silicio que tienen una estructura en capas, por ejemplo metacaolinas, caolinas y caolinitas no son adecuados como aditivos para el aglutinante. El óxido de aluminio amorfo, pirogénico, tampoco es adecuado.
La finura de los óxidos metálicos particulados según la invención puede determinarse por filtrado. Normalmente, el residuo pasa a través de un filtro de cantidades de tamaño de malla de 75 pm (malla 200) a no más de aproximadamente 50 % en peso, preferentemente no más de aproximadamente 30 % en peso, más preferentemente no más de aproximadamente 20 % en peso, y de manera particularmente preferente no más de aproximadamente 15 % en peso.
El residuo del filtro se determina por análisis de tamiz de acuerdo con DIN 66165 (Parte 2) usando un método de filtro mecanizado, en donde de acuerdo con una modalidad, no se utilizan ayudas para tamizado, y de acuerdo con otra modalidad un anillo de cadena también se utiliza como ayudas para tamizado.
La forma de la partícula del óxido metálico particulado puede ser básicamente cualquier forma, por ejemplo fibrosa, astillada, con borde filoso, con borde redondo o redonda. Preferentemente, sin embargo, las formas de partículas con bordes redondos y redondas son preferidas. Particularmente preferentemente, se utilizan formas de partículas redondeadas, en donde estas pueden ser elipsoidales o esféricas, en esta invención se prefieren las esféricas.
La relación de la dimensión longitudinal mayor que la dimensión longitudinal menor de las formas de partículas respectivas (para todas las direcciones en el espacio) es preferentemente menor de 10:1, de manera particularmente preferente menor de 5:1 y de manera particularmente preferente menor de 3:1. Debido a que las formas de partículas esféricas son especialmente ventajosas, una relación de una dimensión longitudinal mayor que una dimensión longitudinal menor de 1,1:1 a 1:1 es ideal.
El tamaño medio de partícula primaria de los óxidos metálicos particulados según la invención, que puede determinarse con la generación de imágenes SEM y evaluación gráfica es normalmente mayor de 0,01 pm y preferentemente mayor de 0,02 pm. Este tamaño de partícula es también normalmente menor de 50 pm, preferentemente menor de 20 pm, de manera particularmente preferente menor de 10 pm y especialmente preferentemente menor de 5 pm.
Además, la superficie media específica de los óxidos metálicos particulados se determinó mediante mediciones de adsorción de gases (método BET) según DIN 66131. La superficie específica de esta sustancia es normalmente menor de 50 m2/g, preferentemente menor de 30 m2/g, de manera particularmente preferente menor de 17 m2/g. La superficie específica de esta sustancia es mayor de 0,1 m2/g, preferentemente mayor de 0,5 m2/g y de manera particularmente preferente mayor de 1 m2/g.
El dióxido de circonio puede estar presente en la modificación tetragonal o monoclínica.
Particularmente preferentemente, especialmente para la producción de superficies de fundición lisas, se utiliza un óxido metálico particulado que se forma como un subproducto en la producción de corindón de circonio y se describirá con mayor detalle en adelante. Los constituyentes principales de este polvo son AhO3, ZrO2 y SiO2, en donde estos óxidos pueden estar presentes en diversas modificaciones del óxido puro o en forma de óxidos mixtos.
La fracción de aluminio, calculada como AhO3, el óxido metálico particulado o el polvo, es ventajosamente mayor del 25 % en peso, preferentemente mayor del 30 % en peso, de manera particularmente preferente mayor del 35 % en peso y especialmente preferentemente mayor del 40 % en peso. La fracción de aluminio, calculada como AhO3, en el óxido metálico particulado o el polvo es generalmente menor del 80 % en peso, preferentemente menor del 70 % en peso, de manera particularmente preferente menor del 65 % en peso y especialmente preferentemente menor del 60 % en peso.
La fracción de circonio calculada como ZrO2 en el óxido metálico particulado o el polvo, siempre que esté presente, es ventajosamente mayor del 2 % en peso, preferentemente mayor del 4 % en peso, de manera particularmente preferente mayor del 8 % en peso. La fracción de circonio calculada como ZrO2 en este polvo es generalmente menor del 50 % en peso, preferentemente menor del 40 % en peso y de manera particularmente preferente menor del 30 % en peso.
La fracción de silicio (excepto el óxido de silicio amorfo particulado), calculado como SO2, en el óxido metálico particulado o el polvo, cuando está presente, es ventajosamente mayor del 5 % en peso, preferentemente mayor del 15 % en peso, y de manera particularmente preferente mayor del 20 % en peso. La fracción de silicio calculada como SO2 en este polvo es generalmente menor del 60 % en peso, preferentemente menor del 50 % en peso y de manera particularmente preferente menor del 45 % en peso.
Otros óxidos también pueden estar presentes como contaminantes en el óxido metálico particulado o el polvo, por ejemplo Fe2O3, Na2O, TO2, MgO y CaO. La fracción de estos contaminantes de acuerdo con una modalidad es
usualmente menor del 12% en peso, preferentemente menor del 8% en peso, y de manera particularmente preferente menor del 4 % en peso.
El aluminio está presente en varias fases en el polvo heterogéneo de la producción de corindón de circonio. El corindón (a-AhOa) se puede determinar claramente como la fase cristalina por difracción en polvo de rayos-X. Tales medidas pueden ser realizadas, por ejemplo, en un difractómetro de protección inherente de PANalytical (X'pert PW3040), equipado con un monocromador primario y un detector sensible a la posición. Además se pueden encontrar pequeñas cantidades de porcelanita sintética cristalina (aproximadamente Al2.4Si0.6O48) usando este método.
Además de estas fases por la difracción en polvo de rayos-X, las mediciones de RMN de AL en estado sólido indican que las fases adicionales que contienen aluminio están presentes, las cuales, según las conjeturas de los inventores, son amorfas. Dichas mediciones se pueden realizar, por ejemplo, utilizando un espectrómetro de BRUKER AVANCE DSX 500 (densidad de flujo magnético Tesla 11.74) con la técnica de Magic-Angle-Spinning (MAS, aproximadamente 25 kHz).
Con imágenes de microscopio electrónico de barrido (imágenes de SEM producidas con, por ejemplo, Nova NanoSEM 230 de FEI), los detalles de la forma de partícula primaria pueden visualizarse hasta el orden de magnitud de 0,01 pm. Además de las partículas de borde filoso y con astillas, se identificaron un gran número de partículas esféricas, que muestran un bajo grado de aglomeración y/o intercrecimiento entre sí.
Puede determinarse el tamaño medio de partícula primaria de las partículas esféricas de los óxidos metálicos particulados a partir de las imágenes de SEM (por análisis gráfico) y puede ascender a entre 0,01 pm y 10 pm, especialmente entre 0,02 pm y 5 pm, de manera particularmente preferente entre 0,02 pm y 2 pm. A través de la unidad de EDX integrada en el microscopio electrónico de barrido, se puede determinar la composición elemental de las partículas esféricas por análisis de rayos X de dispersión de energía. La detección de los electrones secundarios se realizó por un detector en lente SE (TLD-SE). El análisis de rayos X de dispersión de energía se realizó mediante un sistema EDAX. Durante este estudio se encontró que la mayoría de las partículas esféricas consisten de silicato de aluminio.
Sin estar limitados por teoría, los inventores sugieren que estas partículas esféricas de silicato de aluminio son amorfas y que la presencia de dichas partículas en la mezcla de material de moldeo tiene un efecto beneficioso sobre la compactación del mismo y en la calidad de la superficie de la fundición correspondiente. Esto se observa en la fundición de hierro y de acero y en la fundición de aluminio, y por lo tanto el uso de este polvo que contiene óxido de aluminio y óxido de circonio de la producción de corindón de circonio es particularmente preferido.
El óxido de aluminio en la fase alfa y/o el óxido mixto de aluminio/silicio con la excepción de óxidos mixtos de aluminio/silicio con estructura de silicato en capas (opcionalmente en total) de acuerdo con la invención siempre está presente entre 0,05 % en peso y 2,0 % en peso, preferentemente entre 0,1 % en peso y 2,0 % en peso, de manera particularmente preferente entre 0,1 % en peso y 1,5 % en peso, y especialmente preferentemente entre 0,2 % en peso y 1,2 % en peso o incluso entre 0,2 % en peso y 0,8 % en peso, en la composición del material de moldeo, en cada caso basado en el material de base de moldo, se añade a la composición de material de moldeo en las fracciones anteriores. Si se mezcla el óxido de aluminio en la fase alfa y/o el óxido mixto de aluminio/silicio se usan juntos, los valores límite anteriores aplican a la suma del óxido de aluminio en la fase alfa según la invención y el óxido mixto de aluminio/silicio según la invención.
En una modalidad adicional preferida, una fracción de un SiO2 particulado amorfo se puede añadir a la mezcla de material de moldeo de acuerdo con la invención para aumentar la resistencia de los moldes de fundición producidos con dichas mezclas de material de moldeo. Un aumento en la resistencia de los moldes de fundición, particularmente un aumento en la resistencia térmica, puede ser ventajoso en el proceso de fabricación automatizado. Ventajosamente, el dióxido de silicio particulado amorfo tiene un tamaño de partícula menor de 300 pm, preferentemente menor de 200 pm, de manera particularmente preferente menor de 100 pm y por ejemplo, tiene un tamaño medio de partícula primaria de entre 0,05 pm y 10 pm.
El tamaño de partícula puede determinarse por análisis de tamiz. Particularmente preferentemente, el residuo del filtro en un filtro con un tamaño de malla de 63 pm es menor del 10 % en peso, preferentemente menor del 8 % en peso.
La determinación del tamaño de partícula del residuo del filtro se realiza mediante análisis de tamiz según DIN 66165 (Parte 2) usando un método de filtro mecánico, en donde según una modalidad, no se utilizan ayudas de tamizado, y de acuerdo con otra modalidad, también se utiliza un anillo de cadena como ayuda de tamizado. El tamaño de partícula primaria está determinado por la dispersión dinámica ligera y puede ser comprobado por SEM.
El dióxido de silicio particulado amorfo puede agregarse junto con el óxido metálico particulado o por separado. Sin importar lo anterior, las declaraciones aquí hechas con respecto a la concentración del óxido metálico particulado y el dióxido de silicio particulado amorfo deben entenderse como que están con el(los) otro(s) componente(s), respectivamente. En caso de duda, se deben calcular los componentes.
El SÍO2 amorfo usado preferentemente según la presente invención tiene un contenido de agua menor del 15 % en peso, especialmente menor del 5 % en peso y de manera particularmente preferente menor del 1 % en peso. En particular, el SO2 amorfo se añade en forma de polvo.
El SiO2 amorfo utilizado pueden ser sílices producidos sintéticamente o de ocurrencia natural. Sin embargo, este último, conocido, por ejemplo, de 102007045649, no es preferido, ya que como regla contienen fracciones cristalinas sustanciales y por lo tanto se clasifican como carcinógenas.
El SiO2 sintético amorfo se define como un material de ocurrencia no natural, es decir, la producción del mismo comprende una reacción química, por ejemplo, la producción de soles de sílice por procesos de intercambio iónico a partir de soluciones de silicato alcalino, la precipitación de las soluciones de silicato alcalino, la hidrólisis de la flama de tetracloruro de silicio, la reducción de arena de cuarzo con coque en un horno de arco eléctrico durante la producción de ferrosilicio y silicio. El SO2 amorfo producido según los dos métodos de los dos últimos métodos mencionados es también conocido como SO2 pirogénico. A veces, el SO2 amorfo sintético se define sólo como sílice precipitado (No. de CAS 112926-00-8) y SO2 producido por hidrólisis de flama (Sílice Pirogénico, Sílice Ahumado, No. de CAS 112945-52-5), mientras que el producto producido durante la fabricación de ferrosilicio o silicio se designa meramente como SO2 amorfo (Sílice Ahumado, Microsílice, No. de CAS 69012-64-12). Para los fines de la presente invención, el producto obtenido durante la producción de ferrosilicio o silicio también se denominará SO2 amorfo.
Preferentemente se usan el SO2 precipitado y pirogénico, es decir, este último producido por hidrólisis de flama o en un arco eléctrico. El SiO2 amorfo producido por la degradación térmica de ZrSiO4 (cf. DE 102012020509: la fracción de circonio se añade como ZO2 al óxido metálico particulado, y la otra fracción a dióxido de silicio amorfo) y el SO2 producido por oxidación de Si metálico usando gases que contienen oxígeno (cf. DE 102012020510) son especialmente preferentemente usados. También se prefiere el gas de cuarzo en polvo (principalmente SO2 amorfo), producido a partir de cuarzo cristalino por fusión y enfriamiento rápido, por lo que las partículas están presentes en forma esférica y no astillada (cf. DE 102012020511). El tamaño medio de partícula primaria del dióxido de silicio sintético amorfo puede ser de entre 0,05 pm y 10 pm, particularmente de entre 0,1 pm y 5 pm, de manera particularmente preferente de entre 0,1 pm y 2 pm. El tamaño de partícula primaria puede determinarse, por ejemplo, usando dispersión dinámica ligera (por ejemplo, Horiba LA 950) y comprobarse por imágenes de microscopio electrónico de barrido (imágenes de SEM con, por ejemplo, Nova NanoSEM 230 de FEI). Además, se pueden visualizar los detalles de la forma de partícula primaria hasta el orden de magnitud de 0,01 pm usando formación de imágenes de SEM. Para las mediciones de SEM, las muestras de SO2 se dispersaron en agua destilada y luego se aplicaron a un soporte de aluminio unido a una tira de cobre antes de evaporar el agua.
Además, la superficie específica del dióxido de silicio sintético amorfo se determinó mediante mediciones de adsorción de gas (método de BET) según DIN 66131. La superficie específica del SO2 sintético amorfo es de entre 1 y 200 m2/g, particularmente entre 1 y 50 m2/g, de manera particularmente preferente entre 1 y 30 m2/g. Opcionalmente, los productos se pueden mezclar también, por ejemplo, para obtener mezclas selectivamente con ciertas distribuciones de tamaño de partículas.
La pureza del SO2 amorfo puede variar en gran medida, dependiendo del método de producción y el productor. Los tipos adecuados resultaron ser los que contienen por lo menos 85 % en peso de SO2, preferentemente al menos 90 % en peso y de manera particularmente preferente al menos 95 % en peso.
Dependiendo del uso y la fuerza deseada, se utiliza entre 0,1 % en peso y 2 % en peso del SO2 particulado amorfo, preferentemente entre 0,1 % en peso y 1,8 % en peso, de manera particularmente preferente entre 0,1 % en peso y 1,5 % en peso, en cada caso basado en el material de base de moldeo.
La relación de aglutinante de vidrio soluble a óxido metálico particulado y SiO2 amorfo si está presente puede variar dentro de amplios límites. Esto ofrece la ventaja de mejorar considerablemente la resistencia inicial de los núcleos, es decir, la resistencia inmediatamente después del retiro de la herramienta, sin afectar sustancialmente la resistencia final.
Esto es de gran interés especialmente en fundición de metales ligeros. Por una parte, se desean altas resistencias iniciales con el fin de poder transportar los núcleos o combinarlos en los paquetes de núcleos completos sin problemas inmediatamente después de su producción, y por otra parte, las resistencias finales no deberán ser muy grandes, con el fin de evitar problemas durante la desintegración del núcleo después de verter, es decir, el material de moldeo de base deberá poderse retirar de las cavidades del molde de fundición sin problema alguno después de la fundición.
Basado en el peso del aglutinante (incluyendo diluyente y disolvente), el SO2 preferentemente está presente a una fracción de 2 a 60 % en peso, de manera particularmente preferente de 3 a 55 % en peso, y especialmente preferentemente entre 4 y 50 % en peso, o de manera particularmente preferente basado en la relación de la fracción de sólidos del vidrio soluble a SO2 amorfo de 10: 1 a 1: 1,2 (partes en peso).
La adición de SO2 amorfo según EP 1802409 B1 puede tener lugar tanto antes como después de la adición del aglutinante, directamente en el material refractario, pero también, como se describe en EP 1884300 A1 (= US
2008/029240 A1), se puede producir primero una pre-mezcla de SÍO2 con por lo menos una parte del aglutinante o el hidróxido de sodio y después mezclarse con el material refractario. El aglutinante o fracción de aglutinante que todavía puede estar presente y no fue utilizado para la pre-mezcla puede añadirse al material refractario antes o después de la adición de la pre-mezcla o junto con la misma. Preferentemente, el SO2 amorfo se agrega al material refractario antes de la adición de aglutinante.
En una modalidad adicional, puede añadirse sulfato de bario a la mezcla del material de moldeo (DE 102012104934) para mejorar aún más la superficie de fundición. El sulfato de bario puede ser producido sintéticamente así como sulfato de bario natural, es decir, puede añadirse en forma de minerales que contienen sulfato de bario, como barita o espato pesado. El sulfato de bario producido sintéticamente (también llamado Blanc Fixe) se produce, por ejemplo, con la ayuda de una reacción de precipitación.
Para este propósito, generalmente se disuelven en agua los compuestos de bario solubles (sales de bario). Después el sulfato de bario poco soluble se precipita mediante la adición de sales de sulfato solubles (p. ej., sulfato de sodio) o ácido sulfúrico. El sulfato de bario precipitado es filtrado, secado y posiblemente molido.
El sulfato de bario natural es obtenido como el mineral crudo y luego es procesado por diferentes métodos (p. ej., densidad de clasificación, molido, etc.). Preferentemente, el sulfato de bario tiene una pureza de más de 85 % en peso, de manera particularmente preferente de más de 90 % en peso. El sulfato de bario obtenido naturalmente puede, por ejemplo, contener fluoruro de calcio como contaminante. La fracción de fluoruro de calcio puede ser normalmente de aproximadamente 5 % basado en el peso total del sulfato de bario natural.
El tamaño medio de partícula del sulfato de bario a ser utilizado según la invención es preferentemente entre 0,1 pm y 90 pm. La distribución de tamaño de partícula puede ser determinada, por ejemplo, mediante dispersión dinámica ligera (por ejemplo, Horiba LA 950).
Preferentemente, el residuo del filtro en un filtro con un tamaño de malla de 45 pm es menor del 20 % en peso, de manera particularmente preferente menor del 10 % en peso, especialmente preferentemente menor del 5 % en peso. El residuo del filtro se determina por análisis de tamiz de acuerdo con DIN 66165 (Parte 2) un método de filtrado mecanizado, en donde según una modalidad no se utilizan ayudas de filtración y de acuerdo con otra modalidad, se utiliza adicionalmente un anillo de cadena como ayuda de filtración.
El sulfato de bario se agrega preferentemente en una cantidad de 0,02 a 5,0 % en peso, de manera particularmente preferente de 0,05 a 3,0 % en peso, de manera particularmente preferente de 0,1 a 2,0 % en peso o 0,3 a 0,99 % en peso, en cada caso basado en la mezcla del material de moldeo total.
Según otra modalidad más, otras sustancias caracterizadas por baja humectación con aluminio fundido pueden añadirse a la mezcla del material de moldeo según la invención, por ejemplo, nitruro de boro.
Tal mezcla de sustancias con baja humectabilidad, que contienen sulfato de bario, entre otras sustancias, como agente de baja humectabilidad, puede resultar también en una superficie de fundición lisa libre de adhesión de arena. Basado en la cantidad total de sustancias de poca o nada humectabilidad, la fracción de sulfato de bario debe ser mayor del 5 % en peso, preferentemente mayor del 10 % en peso, de manera particularmente preferente mayor del 20 % en peso o mayor del 60 % en peso. El límite superior es sulfato de bario puro; en este caso la fracción de los sulfatos de bario en las sustancias no-humectables es de 100% en peso. La mezcla de sustancias con poca o nada humectabilidad preferentemente se agrega en una cantidad de 0,02 a 5,0 % en peso, de manera particularmente preferente de 0,05 a 3,0 % en peso, de manera particularmente preferente de 0,1 a 2,0 % en peso o de 0,3 a 0,99 % en peso, en cada caso basado en la mezcla del material de moldeo.
En una modalidad adicional, la mezcla del material de moldeo según la invención puede comprender un compuesto que contiene fósforo. Esta adición es preferida en el caso de secciones de paredes muy delgadas de un molde de fundición. Preferentemente comprende compuestos de fósforo inorgánico, en donde el fósforo está presente preferentemente en el paso de oxidación 5. A través de la adición de compuestos que contienen fósforo, se puede aumentar aún más la estabilidad de los moldes de fundición. Esto es de particular importancia cuando el metal líquido golpea una superficie inclinada durante la fundición de metales y ejerce un efecto de alta erosión debido a la alta presión metalostática o puede conducir a deformaciones de las secciones de paredes particularmente delgadas del molde de fundición.
El compuesto que contiene fósforo está presente preferentemente en la forma de un óxido de fosfato o fósforo. El fosfato puede estar presente como un fosfato de metal alcalinos o alcalinotérreo, en donde se prefieren los fosfatos de metales alcalinos y especialmente las sales de sodio de los mismos.
Teóricamente, también pueden usarse fosfatos de amonio o fosfatos de otros iones metálicos. Los mencionados fosfatos de metales alcalinos o alcalinotérreos preferidos, sin embargo, están fácilmente disponibles en cualquier cantidad deseada a costos razonables.
Los fosfatos de iones metálicos de mayor valencia, particularmente los iones metálicos trivalentes, no se prefieren. Se observó que cuando se utilizan dichos fosfatos de iones metálicos de mayor valencia, particularmente los iones metálicos trivalentes, se acorta el tiempo de procesamiento de la mezcla del material de moldeo. Si el compuesto que contiene fósforo de la mezcla del material de moldeo se agrega en forma de un óxido de fósforo, el óxido de fósforo está preferentemente en forma de pentóxido de fósforo. Sin embargo, también se pueden utilizar trióxido de fósforo y tetróxido de fósforo.
Los ortofosfatos así como los polifosfatos, pirofosfatos o metafosfatos pueden utilizarse también como fosfatos. Los fosfatos se pueden, por ejemplo, producir por la neutralización de los ácidos correspondientes con una base correspondiente, por ejemplo una base de metal alcalino tal como NaOH, u opcionalmente también una base de metal alcalinotérreo, en donde no todas las cargas negativas del fosfato necesitan estar saturadas con iones metálicos.
Los metales de fosfatos así como fosfatos de hidrógeno metálicos y fosfatos de dihidrógeno metálicos pueden utilizarse, por ejemplo Na3PO4, Na2HPO4 y NaH2PO4. Pueden utilizarse fosfatos anhidros como hidratos de fosfatos. Los fosfatos pueden introducirse en la mezcla del material de moldeo en forma cristalina o amorfa.
Los polifosfatos se definen particularmente como fosfatos lineales que contienen más de un átomo de fósforo, en donde los átomos de fósforo están unidos por puentes de oxígeno. Los polifosfatos se obtienen por condensación de los iones de ortofosfato con división de agua, por lo que se obtiene una cadena lineal de tetraedros de PO4 conectados entre sí a través de sus extremos. Los polifosfatos tienen la fórmula general (O(PO3)n)(n+2), en donde n corresponde a la longitud de la cadena. Un polifosfato puede comprender hasta varios cientos tetraedros de PO4. Sin embargo, se utilizan preferentemente polifosfatos con longitudes de cadena más cortas. Preferentemente n tiene valores de 2 a 100, de manera particularmente preferente de 5 a 50. Los polifosfatos más altamente condensados pueden también usarse, es decir, los polifosfatos en los que los tetraedros de PO4 se unen en más de dos extremos y por lo tanto presentan polimerización en dos o tres dimensiones.
Los metafosfatos se definen como estructuras cíclicas formadas por tetraedros de PO4 conectados entre sí por sus extremos. Los metafosfatos tienen el general fórmula ((PO3) n) n-, en donde n es por lo menos 3. Preferentemente n tiene valores de 3 a 10.
Pueden utilizarse tanto fosfatos individuales como mezclas de varios fosfatos y/u óxidos de fósforo.
La fracción preferida del compuesto que contiene fósforo, basado en el material de moldeo refractario de base, está entre 0,05 y 1,0 % en peso. En una fracción de menos de 0,05 % en peso no se observa ningún efecto definitivo en la estabilidad dimensional de los moldes de fundición. Si la fracción de fosfato supera 1,0% en peso, la resistencia térmica del molde de fundición disminuye considerablemente. Preferentemente, la fracción del compuesto que contiene fósforo se selecciona de entre 0,1 y 0,5 % en peso.
El compuesto inorgánico que contiene fósforo contiene preferentemente entre 40 y 90 % en peso, de manera particularmente preferente entre 50 y 80 % en peso de fósforo, calculado como P2O5. El compuesto que contiene fósforo en sí se puede agregar a la mezcla del material de moldeo en forma de sólido o disuelta. Preferentemente, el compuesto que contiene fósforo se agrega a la mezcla del material de moldeo como un sólido. Si el compuesto que contiene fósforo se agrega en forma disuelta, se prefiere el agua como el disolvente. Se encontró como una ventaja adicional de la adición de un compuesto que contiene fósforo a las mezclas de materiales de moldeo para la producción de moldes de fundición, que los moldes muestran muy buena desintegración después de la fundición de metales. Esto es cierto para los metales que requieren de bajas temperaturas de fundición, tales como los metales ligeros, particularmente aluminio. En el caso de fundición de hierro, las temperaturas de más de 1200 °C afectan el molde de fundición, por lo que existe un mayor riesgo de vitrificación de los moldes de fundición y por lo tanto existe el empeoramiento de las características.
En una modalidad adicional, los compuestos orgánicos (según EP 1802409 B1 y WO 2008/046651) pueden añadirse a la mezcla del material de moldeo según la invención. La adición de pequeñas cantidades de compuestos orgánicos puede ser ventajosa para aplicaciones específicas - por ejemplo, para regular la expansión térmica de la mezcla del material de moldeo curada. Sin embargo, tal adición no es preferible, ya que esto se asocia una vez más a las emisiones de CO2 y otros productos de pirolisis.
Los aglutinantes que contienen agua generalmente muestran una fluidez inferior comparada con los aglutinantes a base de disolventes orgánicos. Esto significa que las herramientas de moldeo con pasajes estrechos y múltiples cambios de direcciones tampoco pueden ser llenadas. Como resultado, los núcleos pueden tener secciones con compactación inadecuada, que a su vez puede resultar en errores de fundición durante el vaciado. Según una modalidad ventajosa, la mezcla del material de moldeo según la invención contiene una fracción de lubricantes tipo escama, especialmente grafito o MoS2. Sorprendentemente se ha encontrado que al añadir estos lubricantes, especialmente el grafito, se pueden fabricar moldes incluso más complejos con secciones de pared delgada, en donde los moldes de fundición continuamente tienen una alta densidad y resistencia uniformes, por lo que esencialmente no se observaron defectos de fundición durante el fundido. La cantidad de lubricante tipo escama añadido, particularmente grafito, preferentemente equivale a 0,05 a 1 % en peso, de manera particularmente preferente 0,05 a
0,5 % en peso, basado en el material de moldeo de base.
Además, pueden utilizarse sustancias tensoactivas, particularmente surfactantes, para mejorar la fluidez de la mezcla del material de moldeo. Los representantes apropiados de estos compuestos se describen, por ejemplo, en WO 2009/056320 (= US 2010/0326620 A1). Particularmente, los surfactantes con grupos sulfato o sulfonato pueden mencionarse aquí.
Una sustancia tensoactiva se define como una sustancia que puede formar una capa monomolecular sobre una superficie acuosa y así por ejemplo es capaz de formar una membrana. Además, una sustancia tensoactiva reduce la tensión superficial del agua. Las sustancias tensoactivas convenientes son, por ejemplo, aceites de silicona.
Particularmente preferentemente, la sustancia tensoactiva es un surfactante. Los surfactantes comprenden una parte hidrofílica (frontal) y una parte hidrofóbica larga (posterior) que están lo suficientemente equilibradas en sus características tal que los surfactantes pueden formar, por ejemplo, micelas en una fase acuosa o pueden ser enriquecidos en la interfaz.
Inherentemente, todas las clases de surfactantes pueden ser utilizadas en la mezcla del material de moldeo según la invención. Además de los surfactantes aniónicos, los surfactantes no iónicos, los surfactantes catiónicos y los surfactantes anfotéricos pueden usarse también.
Ejemplos de surfactantes no iónicos son, por ejemplo, alcoholes de cadena larga etoxilada o propoxilada, aminas o ácidos, tales como etoxilados de alcoholes grasos, etoxilados de alquilfenol, etoxilatos de amina grasa, etoxilados de ácidos grasos, los propoxilatos o surfactantes de azúcar correspondientes, por ejemplo, poliglicósidos a base de alcohol graso. Los alcoholes grasos preferentemente comprenden de 8 a 20 átomos de carbono. Los surfactantes catiónicos adecuados son compuestos de alquilamonio y compuestos de imidazolinio.
Preferentemente, los surfactantes aniónicos se usan para la mezcla de material de moldeo de acuerdo con la invención. Como un grupo polar, hidrofílico, el surfactante aniónico comprende preferentemente un grupo sulfato, sulfonato, fosfato o carboxilato, en donde los grupos sulfato y fosfato son preferidos particularmente. Si se utilizan surfactantes aniónicos que contienen grupo sulfato, se utilizan preferentemente monoésteres de sulfatos. Si se utilizan grupos fosfato como el grupo polar del surfactante aniónico, son particularmente preferidos los mono- y diésteres de ácido ortofosfórico.
Los surfactantes utilizados en la mezcla del material de moldeo según la invención tienen en común el hecho de que la parte no polar, hidrofóbica (posterior) está formada preferentemente por grupos alquilo, arilo y/o aralquilo que comprenden preferentemente más de 6 átomos de carbono, de manera particularmente preferente de 8 a 20 átomos de carbono. La parte hidrofóbica puede tener tanto cadenas lineales como estructuras ramificadas. Asimismo, pueden utilizarse mezclas de varios surfactantes. Los surfactantes aniónicos particularmente preferidos se seleccionan del grupo de oleil sulfatos, estearil sulfato, palmitil sulfato, miristil sulfato, lauril sulfato, decil sulfato, octil sulfato, 2-etilhexil sulfato, 2-etiloctil sulfato, 2-etildecil sulfato, palmitoleil sulfato, linolil sulfato, lauril sulfonato, 2-etildecil sulfonato, palmitil sulfonato, estearil sulfonato, 2-etilestearil sulfonato, linolil sulfonato, hexil fosfato, 2-etilhexil fosfato, capril fosfato, lauril fosfato, miristil fosfato, palmitil fosfato, palmitoleil fosfato, oleil fosfato, estearil fosfato, poli-(1,2-etanodil)-fenol hidroxifosfato, poli-(1,2-etanodil)-estearil fosfato, y poli-(1,2-etanodil)-oleil fosfato.
En la mezcla de material de moldeo de acuerdo con la invención, la sustancia tensioactiva pura, basado en el peso del material de moldeo refractario de base, está preferentemente presente en una fracción de 0,001 a 1 % en peso, de manera particularmente preferente 0,01 a 0,2% en peso. Con frecuencia, estas sustancias tensoactivas son comercializadas comercialmente como soluciones de 20 % a 80 %. En este caso, las soluciones acuosas de las sustancias tensioactivas son particularmente preferidas.
Básicamente, la sustancia tensoactiva puede agregarse a la mezcla de material de moldeo en forma disuelta, por ejemplo en el aglutinante, como un componente separado o a través de un componente sólido que funciona como un material transportador, por ejemplo en un aditivo. Particularmente preferentemente, las sustancias tensoactivas se disuelven en el aglutinante.
Además de los constituyentes mencionados, la mezcla del material de moldeo según la invención puede comprender aditivos adicionales. Por ejemplo, pueden agregarse agentes de liberación interna para facilitar el desprendimiento de los moldes de fundición de la herramienta de moldeo. Los agentes de liberación interna adecuados son, por ejemplo, estearato de calcio, ésteres de ácidos grasos, ceras, resinas naturales o resinas alquídicas especiales.
Además, los silanos también pueden añadirse a la mezcla del material de moldeo según la invención para aumentar la estabilidad de los moldes y núcleos contra la alta humedad atmosférica y/o contra los recubrimientos de molde a base de agua. Según otra modalidad preferida, la mezcla del material de moldeo según la invención contiene una fracción de por lo menos un silano. Los silanos adecuados son, por ejemplo, aminosilanos, epoxisilanos, mercaptosilanos, hidroxisilanos y ureidosilanos. Ejemplos de silanos adecuados con aminopropil trimetoxisilano, hidroxipropil trimetoxisilano, 3-ureidopropil trietoxisilano, mercaptopropil trimetoxisilano, glicidoxipropil trimetoxisilano,
(3,4-epoxicidohexil)trimetoxi silano y N-(aminoetil)-aminopropil trimetoxisilano. Basado en el aglutinante, normalmente se usa de 0,1 a 2 % en peso de silano, preferentemente de 0,1 a 1 % en peso. Los aditivos adicionales adecuados son siliconados de metal alcalino, por ejemplo, metilsiliconado de potasio, de los cuales puede usarse de 0,5 a 15 % en peso, preferentemente de 1 a 10 % en peso y de manera particularmente preferente de 1 a 5 % en peso basado en el aglutinante. Si la mezcla del material de moldeo contiene silanos y/o siliconados de metal alcalino, generalmente se añaden al incorporarlos en el aglutinante por anticipado. Sin embargo, también se pueden añadir al material de moldeo como componentes separados.
La mezcla del material de moldeo según la invención representa una mezcla intensiva de por lo menos los constituyentes mencionados. Las partículas del material de moldeo refractario de base están preferentemente recubiertas con una capa del aglutinante. La firme cohesión entre las partículas del material de moldeo refractario de base puede lograrse mediante la evaporación del agua presente en el aglutinante (aproximadamente de 40-70 % en peso, basado en el peso del aglutinante).
A pesar de las altas resistencias que se pueden lograr con el sistema de aglutinante según la invención, después del vaciado, los moldes de fundición producidos con la mezcla de material de moldeo según la invención muestran una desintegración sorprendentemente buena, por lo que la mezcla de material de moldeo puede ser vaciada fácilmente aún sin secciones restringidas y angulares del molde de fundición nuevamente después del fundido. Los moldes producidos a partir de la mezcla del material de moldeo según la invención son generalmente adecuados para la fundición de metales, por ejemplo metales ligeros y metales no ferrosos o metales ferrosos. Sin embargo, la mezcla del material de moldeo según la invención es especialmente adecuada para la fundición de metales ferrosos.
La invención se refiere además a un método para fabricar moldes de fundición para el procesamiento de metales mediante la mezcla del material de moldeo según la invención. El método según la invención comprende los pasos de:
• Preparar la mezcla del material de moldeo descrita anteriormente;
• Moldear la mezcla del material de moldeo;
• Curar la mezcla del material de moldeo, de la cual se obtiene el molde de fundición curado.
En la producción de la mezcla del material de moldeo según la invención, en general, el procedimiento seguido es que (por ejemplo, a partir de un sistema multicomponente) primero se toma el material de moldeo refractario de base y después se añade el aglutinante con agitación. En este proceso el vidrio soluble y el óxido metálico particulado según la invención pueden agregarse en cualquier orden deseado.
Los aditivos descritos anteriormente pueden agregarse a la mezcla del material de moldeo en cualquier forma deseada. Pueden ser introducidos de forma individual o como una mezcla. De acuerdo con una modalidad preferida, el aglutinante se prepara como un sistema de dos componentes, en donde un primer componente líquido contiene el vidrio soluble y opcionalmente (ver lo anterior) y un segundo componente sólido comprende el óxido metálico según la invención con opcionalmente uno o más de los componentes descritos anteriormente: dióxido de silicio sintético amorfo, carbohidrato, fosfato, un lubricante preferentemente tipo escamas y/o sulfato de bario, especialmente dióxido de silicio sintético amorfo.
La mezcla del material de moldeo se prepara preferentemente en forma de un sistema multicomponente que comprende por lo menos los siguientes componentes (A), (B) y opcionalmente (F), existentes espacialmente separados entre sí:
(A) un componente de aditivo en polvo que comprende por lo menos un óxido metálico particulado, en donde el óxido metálico particulado comprende o consiste de:
- por lo menos un óxido de aluminio en la fase alfa y/o
- por lo menos un óxido mixto de aluminio/silicio, con la excepción de los óxidos mixtos de aluminio/silicio con estructura de silicato en capas.
y
- sin vidrio soluble;
(B) un componente aglutinante líquido (B) que comprende por lo menos:
- vidrio soluble que contiene agua; y opcionalmente
(F) un componente refractario de flujo libre (F) que comprende:
- un material de moldeo refractario de base y
- sin vidrio soluble.
Cada uno de los constituyentes adicionales de los componentes se define en más detalle a continuación.
Específicamente, los componentes adicionales anteriormente mencionados pueden asignarse preferentemente a los componentes (A), (B) y (F) como sigue:
Componente (A) (componente añadido): SO2 amorfo particulado, sulfato de bario, compuesto que contiene fósforo (como sólido), compuestos orgánicos;
Componente (B) (componente aglutinante): surfactantes; compuesto que contiene fósforo (si es soluble en agua); Componente (F) (componente refractario): materiales sintéticos de moldeo.
Utilizando el sistema multicomponente, las mezclas del material de moldeo pueden ser producidas por la combinación de los componentes en las cantidades requeridas o por la producción de los componentes con las cantidades requeridas de los constituyentes definidos más específicamente anteriormente.
En la producción de la mezcla del material de moldeo, el material de moldeo refractario de base se coloca en un mezclador y después preferentemente primero los componentes sólidos en forma de óxidos metálicos particulados, y opcionalmente dióxido de silicio amorfo, sulfato de bario o sólidos en polvo adicionales se añaden y mezclan con el material de moldeo refractario de base.
La duración del mezclado se selecciona tal que se realice una mezcla íntima del material de moldeo refractario de base y el sólido añadido. La duración del mezclado depende de la cantidad de la mezcla del material de moldeo a ser preparada y el aparato de mezclado utilizado. La duración del mezclado se elige preferentemente entre 1 y 5 minutos.
Después, preferentemente con agitación continua de la mezcla, se añade el componente líquido del aglutinante y después se realiza el mezclado de la mezcla hasta formar una capa uniforme del aglutinante en los gránulos del material de moldeo refractario de base. Aquí también, la duración del mezclado depende de la cantidad de la mezcla de material de moldeo a ser producida y el aparato de mezclado utilizado. La duración del proceso de mezcla se selecciona preferentemente entre 1 y 5 minutos. Un componente líquido se define como cualquiera de una mezcla de varios componentes líquidos o la totalidad de todos los componentes líquidos individuales, en donde estos últimos también se pueden añadir individualmente. Del mismo modo, un componente sólido se define como cualquiera de la mezcla de componentes sólidos individuales o la totalidad de todos los componentes sólidos antes descritos, en donde estos últimos se puede añadir a la mezcla del material de moldeo individualmente o uno por uno. Según otra modalidad, primero el componente líquido del aglutinante puede añadirse al material de moldeo refractario de base y sólo después de eso, el componente sólido se puede agregar a la mezcla. Según otra modalidad más, primero el 0,05 a 0,3 % de agua, basado en el peso del material de moldeo de base, se añade al material de moldeo refractario de base, y solamente después de eso se agregan los componentes sólidos y líquidos del aglutinante.
En esta modalidad, se puede lograr un efecto sorprendentemente positivo en el tiempo de procesamiento de la mezcla del material de moldeo. Los inventores suponen el efecto de retirar agua del componente sólido del aglutinante se reduce de esta manera, y todo el proceso de curado se atrasa correspondientemente. Después se le da la forma deseada a la mezcla del material de moldeo. En este proceso, se utiliza el moldeado acostumbrado. Por ejemplo, la mezcla del material de moldeo puede ser cortada en la herramienta de moldeo con una máquina sopladora de núcleo que utiliza aire comprimido.
La mezcla del material de moldeo es entonces curada en su totalidad, en donde pueden utilizarse todos los métodos conocidos para aglutinantes a base de vidrio soluble, por ejemplo, termocurado, gasificación con CO2 o aire o una combinación de ambos y curado con catalizadores líquidos o sólidos.
En el termocurado, el agua se extrae del agua de la mezcla del material de moldeo. Como resultado, se cree que las reacciones de condensación también se inician entre los grupos silanol, por lo que ocurre el reticulado de los vidrios solubles.
Por ejemplo, el calentamiento puede ocurrir en una herramienta de moldeado, preferentemente con una temperatura de 100 a 300 °C, de manera particularmente preferente a una temperatura de 120 a 250°C. Es posible curar el molde de fundición totalmente incluso en la herramienta de moldeo. Sin embargo, también es posible enfriar sólo las zonas exteriores del molde de fundición, para que tenga una resistencia adecuada como para retirarse de la herramienta de moldeo. El molde de fundición puede ser curado entonces completamente retirando el agua adicional. Esto puede hacerse, por ejemplo, en un horno. El retiro del agua puede también ocurrir, por ejemplo, retirando el agua bajo presión reducida.
El curado del molde de fundición se puede acelerar soplando aire caliente en la herramienta de moldeo. En esta modalidad del método, se logra la eliminación del agua contenida en el aglutinante, para que el molde de fundición se consolide dentro de los periodos de tiempo convenientes para uso industrial. La temperatura del aire soplado está preferentemente entre 100 °C a 180 °C, de manera particularmente preferente de 120 °C a 150 °C. La velocidad del flujo del aire caliente se ajusta preferentemente tal que se logre el curado del molde de fundición dentro de los periodos de tiempo convenientes para uso industrial. Los periodos de tiempo dependen del tamaño de los moldes de fundición producidos. Es deseable el curado en menos de 5 minutos, preferentemente menos de 2 minutos. Sin embargo, en el caso de moldes de fundición muy grandes, pueden ser necesarios períodos de tiempo más largos.
El retiro del agua de la mezcla del material de moldeo también puede lograrse por calentamiento de la mezcla del material de moldeo por irradiación de microondas.
La irradiación de microondas se realiza preferentemente después de que el molde de fundición ha sido retirado de la herramienta de moldeo. Para este fin, sin embargo, el molde de fundición ya debe tener una resistencia adecuada. Como se explicó anteriormente, esto puede lograrse, por ejemplo, si al menos una cubierta exterior del molde de fundición ya está curada en la herramienta de moldeo.
Los métodos según la invención son intrínsecamente adecuados para la producción de todos los moldes de fundición habitualmente empleados para fundición de metales, tal como por ejemplo de núcleos y moldes.
Los moldes de fundición producidos a partir de la mezcla del material de moldeo según la invención, o con el método según la invención, presentan alta resistencia inmediatamente después de su producción, sin que la resistencia de los moldes de fundición después de curados sea tan alta que se susciten dificultades durante el retiro del molde de fundición después de la producción del fundido. Además, estos moldes de fundición presentan alta estabilidad en presencia de humedad atmosférica elevada, es decir, sorprendentemente los moldes de fundición también se pueden almacenar sin problemas durante largos periodos de tiempo. Como ventaja, el molde de fundición muestra una estabilidad muy alta bajo carga mecánica, de modo que incluso las secciones de paredes delgadas del molde de fundición pueden ser implementadas sin ser deformadas por la presión metalostática en el proceso de fundición. Por lo tanto, un objetivo adicional de la invención es un molde de fundición obtenido por el método descrito anteriormente según la invención.
A continuación, la invención se explicará basado en ejemplos, sin estar limitada a los mismos.
Ejemplos
Efectos de diversos polvos que contienen óxido de aluminio en la resistencia a la flexión y en el tiempo de proceso
Para probar una mezcla de material de moldeo, se produjeron las llamadas barras de prueba de Georg Fischer. Las barras de prueba de Georg Fischer son de barras de prueba de sección transversal rectangular con dimensiones de 150 x 22,36 mm x 22,36. En la Tabla 1 se muestran las composiciones de las mezclas del material de moldeo. El siguiente procedimiento se utilizó para fabricar las barras de prueba de Georg Fischer:
• Los componentes enumerados en la Tabla 1 fueron mezclados en un mezclador de paleta de laboratorio (Vogel & AG Schemmann, Hagen, DE). Primero se colocó la arena de cuarzo en el mezclador y el vidrio soluble se agregó con agitación. • El vidrio soluble utilizado fue un silicato de sodio que contenía fracciones de potasio. En las tablas que siguen, por lo tanto, la fracción molar se da como SiO2:M2O, donde M es la suma de sodio y potasio. Después de que la mezcla fue agitada por un minuto, se agregó opcionalmente SiO2 amorfo y/o sulfato de bario con agitación continua. La mezcla de reacción se agitó después durante un minuto adicional.
• Las mezclas del material de moldeo se transfirieron al búnker de almacenamiento de una máquina sopladora de núcleo H 2.5 Hot-Box de Roperwerk - GielJereimaschinen GmbH, Viersen, DE, cuya herramienta de moldeo se calentó a 180 °C.
• Las mezclas del material de moldeo se introdujeron en la herramienta de moldeo con aire comprimido (5 bar) y permanecieron en la herramienta de moldeo durante 35 segundos adicionales.
• Para acelerar el curado de las mezclas, durante los últimos 20 segundos se pasó aire caliente (2 bar, 100 °C a la entrada en la herramienta) a través de la herramienta de moldeo.
• La herramienta de moldeo se abrió y se retiraron las barras de prueba.
Para determinar la resistencia a la flexión, las barras de prueba se colocaron en un aparato de prueba de resistencia de Georg Fischer equipado con un dispositivo flexionador de 3 puntos (DISA Industrie AG, Schaffhausen, CH), y se midió la fuerza que provocó la ruptura de las barras de prueba. Se midieron las fuerzas de flexión después del siguiente plan:
• 10 segundos después de retirarlas (resistencia térmica)
• 1 hora después de retirarlas (resistencia al frío)
• 10 segundos después del retiro (resistencia térmica) de la mezcla del material de moldeo almacenada durante 1 hora (sin cambio de aire).
• 10 segundos después del retiro (resistencia térmica) de la mezcla del material de moldeo almacenada durante 2 horas (sin cambio de aire).
La comparación de la resistencia a la flexión de las mezclas 1.01 y 1.02 demuestra que tanto la resistencia térmica como la resistencia al frío aumentan con la adición de polvos de SiO2 amorfo. Esto está conforme al estado de la técnica como se describe en DE 102004042535 A1.
La comparación de la mezcla 1.02 con las mezclas 1.03 a 1.09 indica claramente que el polvo que contiene óxido de
aluminio no de acuerdo a la invención resulta en resistencias más débiles o reduce el tiempo de procesamiento de la mezcla del material de moldeo (valores de resistencia de la mezcla 1.08). Por otra parte, las mezclas 1.10 a 1.13 muestran que el polvo que contiene aluminio según la invención tiene muy poco o nada de efecto en las resistencias. También es adecuado el tiempo de procesamiento (mayor de 2 h).
Tabla 1
Los superíndices en la Tabla 1 tienen los siguientes significados respectivos:
a) Vidrio soluble álcali con una fracción en peso de SiO2:M2O de aproximadamente 2,1, basado en el vidrio soluble total. Contenido de sólidos de aproximadamente 35 %.
b) Microsílice blanca GHL DL971W (SiO2 amorfo, RW silicium GmbH; formado durante la fabricación metalúrgica de silicio en un horno de arco eléctrico).
c) AEROXIDE Alu 130 (óxido de aluminio pirogénico con un área de superficie BET de 130 m2/g; Evonik Industries AG)
d) AEROXIDE Alu 65 (óxido de aluminio pirogénico con un área de superficie BET de 65 m2/g; Evonik Industries AG)
e) ARGICAL-M 1000 (metacaolín, caolín de Calc., material amorfo que consiste de partículas laminares, área de superficie BET de 17 m2/g; AGS Mineraux (IMERYS)).
f) ARGICAL-M 1200S (metacaolín, caolín de Calc., material amorfo que consiste de partículas laminares, área de superficie BET de 19 m2/g; AGS Mineraux (IMERYS)).
g) Caolín FP 80 molido (área de superficie BET de 19 m2/g; Dorfner).
h) ARGICAL C88 R (caolinita, área de superficie BET de 13 m2/g; AGS Mineraux (IMERYS)).
l) Cianita Malla 100 (Kyanite Mining Corporation)
m) ALODUR WDCF especo (polvo de filtro de sílice fusionado especial, Treibacher Schleifmittel)
n) ALODUR FZM S (porcelanita de circonia fusionada, Treibacher Schleifmittel).
o) ALODUR ZKSF (subproducto tipo polvo de la producción de corindón de circonio, Treibacher Schleifmittel).
Tabla 2
Mejora de la superficie de fundición
Se investigaron los efectos de los óxidos metálicos particulados de acuerdo con la invención en la superficie de fundición. Se utilizó el siguiente procedimiento de prueba.
• Se produjeron los llamados núcleos de paso. Sus formas y dimensiones se muestran en las Figs. 1 y 2. La Figura 1 muestra una vista lateral, especificando las alturas de paso en mm en el lado de la figura y el diámetro exterior de los pasos a la derecha de la misma (primer valor de diámetro de paso abajo, segundo diámetro valor de paso arriba).
En la Figura 2 se muestra el núcleo de paso desde la parte superior. La producción de los núcleos de paso se realizó usando una máquina sopladora de núcleos Hot-Box, cuya herramienta de moldeo se calentó a 180 °C. La mezcla del material de moldeo se introdujo en la herramienta de moldeo a presión, y para acelerar el termocurado, el aire caliente se pasó a través de la mezcla del material de moldeo usando las mezclas de material de moldeo 1.02 y 1.09 a 1.12 en la Tabla 1 se incorporaron en un molde de fundición de arena de tal manera que sólo la parte inferior del paso más amplio (la superficie vertical del núcleo piramidal) no entre en contacto con el metal de fundición durante el proceso de fundición. Los núcleos de paso colgaron en el molde de fundición, que luego se llenaron con el metal líquido de tal manera que el paso más pequeño (anchura más estrecha) es el primero en hacer contacto con el metal líquido.
• La fundición fue realizada con una fusión de hierro fundido gris GG20 (nuevo nombre: GJL20) a una temperatura de fundición de aproximadamente 1430 °C y una altura de fundición de 55 cm.
• Después del enfriamiento del molde de fundición, la fundición fue liberada de la arena golpeando con un martillo.
• Las fundiciones se evaluaron después en términos de las adherencias de arena restantes, la posible sinterización/quema y la rugosidad. Se otorgaron calificaciones de 1 (muy buena) a 6 (inadecuada); las mismas se muestran en la Tabla 3. Las fundiciones obtenidas no están libres de adherencias de arena; pueden observarse adherencias de arena especialmente en áreas con partes de núcleo delicadas (pasos con anchuras reducidas), y por lo tanto, se utilizó el siguiente procedimiento.
• Después se limpiaron las fundiciones con un dispositivo de chorro de arena con una presión de chorro de arena ligera de 1 bar. La arena utilizada fueron perlas de cristal con diámetros de partículas de entre 100 y 200 pm.
El tiempo con chorro de arena se limitó a un minuto. Las condiciones para la limpieza por chorro de arena se seleccionaron tal que las diferencias entre las fundiciones producidas con diferentes mezclas de material de moldeo se pudieran visualizar sin afectar sustancialmente la calidad de la superficie.
• Después se evaluaron las fundiciones con respecto a la posible sinterización/quema y la rugosidad de la superficie. Para ello se otorgaron los grados 1 (adecuado) a 6 (inadecuado); los mismos se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3
La sección de fundición de la mezcla 1.02 muestra claramente más adherencia de arena/quema o rugosidad que las secciones de fundición de las mezclas 1.09 a 1.12. El efecto positivo de los óxidos metálicos particulados según la invención en las superficies de fundición es muy claro aquí. Se obtienen resultados especialmente ventajosos con el subproducto tipo polvo de la producción de corindón de circonio. Por lo tanto el uso de esta sustancia es particularmente preferido.
La calidad de la superficie es claramente mejorada por el uso de chorro de arena, debido a que los residuos de arena adheridos se pueden retirar completamente - la superficie también se suaviza un poco haciendo uso de éste. Sin embargo, se prestó gran atención al chorro de todas las fundiciones bajo las mismas condiciones. Por lo tanto, las diferencias son únicamente atribuibles a las composiciones de las mezclas del material de moldeo. También cabe señalar que las llamadas "venas" sólo pueden observarse a muy poco alcance, o no se observan en absoluto, aunque se utilizó arena de cuarzo como el material de moldeo de base.
Claims (22)
1. Mezcla de material de moldeo para fabricar moldes y núcleos para el procesamiento de metales, que comprende por lo menos:
a) un material de moldeo refractario de base;
b) vidrio soluble como aglutinante inorgánico; y
c) por lo menos un óxido metálico particulado, en donde el óxido metálico particulado comprende o se compone de
- por lo menos un óxido de aluminio en la fase alfa y/o
- por lo menos un óxido mixto de aluminio/silicio, con la excepción de los óxidos mixtos de aluminio/silicio con estructura de silicato en capas.
2. Mezcla de material de moldeo de conformidad con la reivindicación 1, en donde el óxido metálico particulado comprende, además, un óxido de silicio con la excepción de un dióxido de silicio particulado amorfo.
3. Mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde el óxido de aluminio en la fase alfa y el óxido mixto de aluminio/silicio, con la excepción de los óxidos mixtos de aluminio/silicio con estructura de silicato en capas, está(n) presente(s) en entre el 0,05 % en peso y el 2,0 % en peso, preferentemente entre el 0,1 % en peso y el 2,0 % en peso, de manera particular preferentemente entre el 0,2 % en peso y el 0,8 % en peso en la mezcla del material de moldeo, en cada caso basado en el material de base de moldeo.
4. Mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde el óxido mixto de aluminio/silicio, con la excepción de los óxidos mixtos de aluminio/silicio con estructura de silicato en capas, basado en la suma de átomos de aluminio y de silicio, contiene más del 50 % al 99 % de átomos de aluminio, preferentemente más del 60 % al 85 % de átomos.
5. Mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde el óxido mixto de aluminio/silicio, con la excepción de los óxidos mixtos de aluminio/silicio con estructura de silicato en capas, comprende o se compone de un silicato aislado, en particular una mullita sintética o natural o un miembro del grupo de silimanita, preferentemente cianita e independientemente de lo mismo, preferentemente además comprende óxido de circonio, incorporado o como una fase separada.
6. Mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde el óxido metálico particulado contiene
- al menos un óxido de aluminio en la fase alfa y/o
- al menos un óxido mixto de aluminio/silicio, con la excepción de los óxidos mixtos de aluminio/silicio con estructura de silicato en capas; y es o contiene un corindón de circonio y/o una mullita de circonio.
7. Mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde en el óxido metálico particulado:
a) la fracción de óxido de aluminio, calculada como AhO3, es:
- mayor del 25 % en peso,
- preferentemente mayor del 25 % en peso y menor del 80 % en peso,
- de manera particularmente preferente mayor del 30 % en peso y menor del 70 % en peso,
- más de manera particularmente preferente mayor del 40 % en peso y menor del 60 % en peso; y
b) la fracción de óxido de circonio, calculada como ZrO2, si está presente es:
- mayor del 2 % en peso,
- preferentemente mayor del 2 % en peso y menor del 50 % en peso,
- de manera particularmente preferente mayor del 4 % en peso y menor del 40 % en peso,
- más de manera particularmente preferente mayor del 8 % en peso y menor del 30 % en peso; y
c) la fracción de óxido de silicio, calculada como SiO2, si está presente es:
- mayor del 5 % en peso;
- preferentemente mayor del 5 % en peso y menor del 60 % en peso,
- de manera particularmente preferente mayor del 15 % en peso y menor del 50 % en peso,
- más de manera particularmente preferente mayor del 20 % en peso y menor del 45 % en peso; y
d) preferentemente la fracción de otros metales calculada como sus óxidos en el paso de oxidación principal,
especialmente Fe2O3, Na2O, TÍO2, MgO y CaO, es menor del 12 % en peso, preferentemente menor del 8 % en peso, y de manera particularmente preferente menor del 4 % en peso.
8. Mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde el óxido metálico particulado es un polvo que contiene óxido de aluminio y que contiene óxido de circonio obtenible como subproducto en la producción de corindón de circonio.
9. Mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde la superficie específica del óxido mixto es menor de 50 m2/g, preferentemente menor de 30 m2/g, de manera particularmente preferente menor de 17 m2/g, e independientemente de esto, es mayor de 0,1 m2/g, preferentemente mayor de 0,5 m2/g, de manera particularmente preferente mayor de 1 m2/g.
10. Mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde el tamaño medio de partícula primaria determinado como el diámetro de los óxidos metálicos particulados es de entre 0,01 |jm y 50 jm , particularmente entre 0,02 jm y 20 jm , de manera particularmente preferente entre 0,02 jm y 10 jm .
11. Mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde el residuo del tamizado del óxido metálico particulado a través de un filtro con un tamaño de malla de 75 pm (malla 200) es de no más de aproximadamente el 50 % en peso, preferentemente no más de aproximadamente el 30 % en peso, más preferentemente no más de aproximadamente el 20 % en peso, y de manera particularmente preferente no más de aproximadamente el 15 % en peso.
12. Mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde la relación media de la mayor dimensión longitudinal a la menor dimensión longitudinal para todas las direcciones espaciales de la partícula respectiva del óxido metálico particulado es preferentemente menor de 10:1, de manera particularmente preferente menor de 5:1 y especialmente preferentemente menor de 3:1 y más especialmente preferentemente menor de 1,1:1.
13. Mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde el óxido metálico particulado se usa como un polvo en bruto, de libre flujo, en la mezcla de material de moldeo.
14. Mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde la mezcla de material de moldeo además se caracteriza por una o más de las siguientes características:
a) la mezcla de material de moldeo contiene como máximo un 1 % en peso, preferentemente como máximo un 0,2 % en peso, de compuestos orgánicos;
b) la mezcla de material de moldeo también contiene sulfato de bario, preferentemente en una cantidad del 0,02 % al 5,0 % en peso, de manera especialmente preferida del 0,1 % al 2,0 % en peso, en cada caso referido a la mezcla total de material de moldeo;
c) el vidrio soluble tiene un módulo molar de SO2/M2O de 1,6 a 4,0, preferentemente de 2,0 a menos de 3,5, siendo M la suma de litio, sodio y potasio;
d) la mezcla de material de moldeo contiene del 0,5 % al 5 % en peso de vidrio soluble, preferentemente del 1 % al 3,5 % en peso de vidrio soluble, basado en el material de moldeo de base, siendo el contenido de sólidos del vidrio soluble del 25 % al 65 % en peso, preferentemente del 30 % a 60 % en peso;
e) la mezcla de material de moldeo también contiene tensioactivos, preferentemente seleccionados del grupo de tensioactivos aniónicos, en particular aquellos con un grupo ácido sulfónico o sulfonato, en particular en una proporción del 0,001 % al 1 % en peso, de forma especialmente preferente del 0,01 % al 0,2 % en peso, referido al peso del material de moldeo refractario de base;
f) la mezcla de material de moldeo también contiene grafito, preferentemente del 0,05 % al 1 % en peso, en particular del 0,05 % al 0,5 % en peso, referido al peso del material de moldeo refractario de base;
g) la mezcla de material de moldeo contiene también al menos un compuesto que contiene fósforo, preferentemente el 0,05 % y el 1,0 % en peso, de forma especialmente preferente el 0,1 % y el 0,5 % en peso, referido al peso del material de moldeo refractario de base.
15. Método para fabricar moldes o núcleos de fundición que comprende:
• proporcionar la mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 14, • introducir la mezcla de material de moldeo en un molde, y
• curar la mezcla de material de moldeo.
16. Método de conformidad con la reivindicación 15, en donde la mezcla de material de moldeo se introduce en el molde con una máquina sopladora de núcleos usando aire comprimido y el molde es una herramienta de moldeo y la herramienta de moldeo es recorrida en su interior por uno o más gases, particularmente CO2 o gases que contienen CO2.
17. Método de conformidad con las reivindicaciones 15 o 16, en donde para el curado, la mezcla de material de moldeo se expone a una temperatura de por lo menos 100 °C, preferentemente durante menos de 5 minutos.
18. Molde o núcleo fabricable de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 15 a 17.
19. Uso de la mezcla de material de moldeo de conformidad con al menos una de las reivindicaciones 1 a 14, para fundir metales ferrosos o aluminio, que además comprende preferentemente microesferas huecas, particularmente microesferas huecas de silicato de aluminio y/o microesferas huecas de borosilicato.
20. Un sistema multicomponente para fabricar moldes o núcleos que comprende al menos los siguientes componentes (A) y (B) espacialmente separados entre sí:
(A) un componente aditivo en polvo que comprende por lo menos
- un óxido metálico particulado, en donde el óxido metálico particulado comprende o se compone de - por lo menos un óxido de aluminio en la fase alfa y/o
- por lo menos un óxido mixto de aluminio/silicio, con la excepción de los óxidos mixtos de aluminio/silicio con estructura de silicato en capas,
- y no comprende vidrio soluble; y
(B) un componente aglutinante líquido (B) que comprende por lo menos:
- agua que contiene vidrio soluble.
21. El sistema multicomponente de conformidad con la reivindicación 20, que además comprende (F) un componente refractario de flujo libre (F) que comprende
- un material de moldeo refractario de base y
- no comprende vidrio soluble.
22. El sistema multicomponente de conformidad con las reivindicaciones 20 o 21, para producir la mezcla de material de moldeo de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 15.
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