MX2007009263A - Material de moldeo, mezcla de material de moldeo para fundicion y proceso para producir un molde o una pieza de moldeo. - Google Patents

Abstract

La presente invención describe un material de moldeo o pieza de moldeo para propósitos de moldeo, que consiste de 1-10% de agente aglutinante basado en silicato de álcali, un material agregado que contiene de 1-10 por ciento por peso de dióxido de silicio amorfo, lo restante de cuarzo con un intervalo de tamaño de grano de 0.01 a 5mm, caracterizado porque el dióxido de silicio amorfo está presente en una forma esférica, en donde el porcentaje de partículas con un diámetro de 45 o más µm asciende a un máximo de 1.5 por ciento por peso; en donde sobre la superficie del dióxido de silicio amorfo, se forma una fase de aumento de volumen que comprende un espesor de 0.5 a 1% con referencia al diámetro de grano promedio.

Description

MATERIAL DE MOLDEO, MEZCLA DE MATERIAL DE MOLDEO PARA FUNDICIÓN Y PROCESO PARA PRODUCIR UN MOLDE O UNA PIEZA DE MOLDEO La presente invención se relaciona con un material de moldeo o una pieza de moldeo para propósitos de fundición, que consiste de 1-10% de agente aglutinante basado en silicato de álcali, un material agregado que contiene de 1-10 por ciento por peso de dióxido de silicio amorfo, lo restante arena de cuarzo con un intervalo de tamaño de grano de 0.01 a 5 mm, y con un proceso para producir un material de moldeo y piezas de moldeo. Una mezcla de arena de moldeo del tipo mencionado arriba se conoce de DE 102004042535 en donde se describe una mezcla de material de moldeo que proporciona una resistencia de pieza en crudo y resistencia a la humedad mejoradas de las piezas de moldeo producidas a partir de la misma sin afectar substancialmente las resistencias finales relativo a un agente aglutinante de cristal de agua sin dióxido de silicio amorfo. Una alta resistencia al flujo de un material de moldeo o de una mezcla de material de moldeo mientras se está depositando en un molde en una máquina de moldeo de núcleos resulta en condiciones irregulares de flujo en el curso de las cuales el flujo del material de moldeo se sujeta a velocidades de flujo y esfuerzos cortantes cambiantes. El flujo irregular puede afectar de forma adversa la calidad de las piezas de moldeo, más particularmente en el caso de perfiles con partes finas, y la superficie de las piezas moldeadas. Además, el flujo irregular puede provocar una densidad no uniforme de las piezas moldeadas. La densidad no uniforme causa un comportamiento de consolidación desventajosa de las piezas de moldeo y puede resultar en porciones de las piezas de moldeo parcialmente porosas y un comportamiento de conductividad térmica heterogéneo. De DE 10 2004 042 535 se conoce ajustar las características de flujo de una mezcla agregando aditivos semejantes a plaquetas tales como grafito o MoS2. Sin embargo, esto incrementa el riesgo de reticulado irregular debido especialmente a que los aditivos semejantes a plaquetas, a lo largo de sus lados planos y de una manera limitada localmente, pueden formar puentes de agente aglutinante con las partículas de material de moldeo adyacentes durante el proceso de secado. Respecto de su número, tamaño y estabilidad, los puentes de agente aglutinante entre las caras laterales de tales aditivos semejantes a plaquetas y partículas de material de moldeo adyacentes pueden ser sujetos de fluctuaciones impredecibles comparados con los puentes de agente aglutinante formados directamente entre las partículas del material de moldeo. Tal reticulado local adicional de las partículas de material de moldeo vía las plaquetas cambia las propiedades de las piezas de moldeo de una manera que no puede ser controlada localmente. Si los grupos de partículas de material de moldeo con un alto grado de reticulación están distribuidas ¡rregularmente, ya no se garantiza un comportamiento uniforme del molde seco durante el vaciado. Un grupo de partículas de material de moldeo, como resultado de aditivos semejantes a plaquetas, puede formar puentes individuales y fuertes de agente aglutinante que reticulan firmemente varias partículas dentro del grupo de partículas, lo que significa que ahí pueden, subsecuentemente, resultar errores de vaciado hasta el punto de falla de la pieza de moldeo. Por otro lado, los aditivos semejantes a plaquetas en la mezcla de material de moldeo, vía su forma geométrica, proporcionan las caras de deslizamiento necesarias para incrementar la capacidad de flujo. En el caso de aditivos semejantes a plaquetas, la composición y el procesamiento de una mezcla de material de moldeo, de acuerdo con el estado actual de la técnica, tienen que ser ajustados en una serie de pruebas complejas a las propiedades de las piezas de moldeo que se van a producir, tales como un núcleo de arena. Los núcleos de arena requeridos en una fundición se producen en máquinas de moldeo de núcleos. El material de moldeo que contiene arena de núcleo, agente aglutinante y mezclas es introducida por impacto a una alta velocidad a una caja de núcleo a través de la expansión súbita de un volumen limitado de aire comprimido. Para lograr los tiempos de ciclo más cortos posibles y una operación rentable de la planta, la velocidad a la cual la arena de núcleo es introducida por impacto se incrementa continuamente.

Surgen problemas en conexión con el transporte de material y la dosificación del material de moldeo en la caja de núcleo. A tan altas velocidades de introducción por impacto, los moldes de núcleo complejos que tienen formas con dimensiones pequeñas ya no son completamente o uniformemente llenados. Para resolver este problema, los procesos de acuerdo con el estado actual de la técnica describen medidas tales como densificación subsiguiente, métodos de introducción por impacto de etapas múltiples o materiales de moldeo reactivos parcialmente líquidos que se endurecen lentamente en la caja de núcleo. Tales medidas están conectadas con dispositivos más sofisticados y/o tiempos de ciclo más prolongados, lo que afecta de forma adversa una producción acelerada y rentable de núcleos, moldes o piezas moldeadas. Además, el reticulado por materiales de moldeo reactivos es difícil de controlar. Para lograr una reacción de reticulado uniforme, la mezcla de material de moldeo tendría que ser hecha reaccionar de forma homogénea con un espesor de capa uniforme. Las piezas de moldeo, en sus características espaciales, sin embargo, están diseñadas para una distribución de calor que varía localmente durante el proceso de vaciado. El calor de reacción, así como los productos de reacción tales como agua o CO2 liberados durante el proceso de reacción influencian el proceso de reacción. En ciertas reacciones de espesor diferente de la pieza de moldeo, esto da lugar a un reticulado pronunciado de las partículas del material de moldeo que, a su vez, influencian las propiedades de la pieza de moldeo durante el proceso de vaciado. Cuando se usan materiales de moldeo reactivos, los vaciados complejos requieren secuencias de producción complicadas y controladas exactamente para que las piezas de moldeo puedan lograr propiedades de las piezas de moldeo suficientemente uniformes para propósitos de vaciado. El reticulado es no solamente importante para las propiedades de resistencia factibles, sino también para el comportamiento de desintegración posterior. Por un lado, el material de moldeo o la pieza de moldeo van a lograr una alta resistencia de la pieza en crudo dentro del tiempo más corto posible. Por otro lado, el núcleo producido va a poder soportar altas cargas térmicas durante la operación de vaciado sin perder su estabilidad dimensional. Después de la terminación de la operación de vaciado, la estructura del núcleo va a comprender buenas propiedades de desintegración, es decir, debe ser posible que sea regresado a sus componentes originales con medios simples. Es un objeto de la presente invención desarrollar un material de moldeo o una pieza de moldeo y un proceso para producir los mismos que permiten una alta calidad de los núcleos de arena y una densificación uniforme de las partículas del material de moldeo por medio de un proceso rentable. Además, la capacidad de soportar la carga térmica de las piezas de moldeo producidas va a ser mejorada en un grado tal que también es posible llevar a cabo procesos de vaciado modernos con vidas de servicio más prolongadas del molde. Después de esto, debe ser posible destruir fácilmente el molde y el núcleo con medios mecánicos y transferir los mismos a sus componentes de partida. En el sentido de la presente invención es importante usar de 1 a 10 por ciento por peso de SiO2 amorfo, esférico, parcialmente disuelto, en donde está contenido un máximo de 1.5 por ciento por peso de partículas con un diámetro de 45 o más mieras en una mezcla de arena de cuarzo y un agente aglutinante sobre una base de silicato alcalino. Sobre la superficie del dióxido de silicio se va a formar una fase de aumento de volumen que comprende un espesor de 0.5 - 1% con referencia al diámetro promedio del grano. "Parcialmente disuelto" en el sentido de la presente invención significa que sobre el S¡02 amorfo que tiene una pureza mayor a 85% en una suspensión con un valor de pH de 9 a 14, se forma una fase de aumento de volumen. La fase de aumento de volumen ocurre en la forma de una capa sobre el SiO2 amorfo mientras forma una red espacial de grupos de silicato inter-conectados del SiO2 amorfo. Las cavidades entre los grupos de silicato se llenan por el líquido alcalino, y los puentes individuales de oxígeno se rompen por 2 iones OH" del líquido alcalino y, mientras se produce una molécula de H2O, reemplazada por dos grupos -O' separados, cargados negativamente, y las cavidades de la red se ensanchan. Ensanchando las cavidades en la fase de aumento de volumen, existen localmente islas de adhesión delimitadas. Ensanchando el diámetro de grano promedio del SÍÜ2 seco original durante el proceso de disolución parcial, se obtiene un diámetro de partícula que se incrementa en 2%. En la condición parcialmente disuelta, el Si02 amorfo y esférico comprende una fase de aumento de volumen en la forma de una capa de gel con una estructura estable. En el sentido de la presente invención, un S1O2 amorfo con tal fase de aumento de volumen también se describe como alcalino. Si el porcentaje de Si02 amorfo con un tamaño de grano mayot a 45 mieras es mayor a 1.5%, se obtienen mezclas de material de moldeo con una capacidad de flujo fluctuante que, además, requieren un tiempo de secado más prolongado para lograr la resistencia de pieza en crudo necesaria. Con más esferas de S1O2, el número total de esferas de S1O2 por porcentaje en peso disminuye, así como el tamaño de la superficie vuelto disponible por las partículas. Además, con un diámetro creciente, las partículas comprenden un ángulo de curvatura que disminuye por unidad de longitud. Colocando más partículas una arriba de lá otra, el ángulo de curvatura reducido da lugar a una superficie de contacto más grande, lo que permite una cohesión más firme y una aglomeración más fuerte. Una distribución irregular y un reticulado irregular de las partículas individuales pueden ser explicados por materiales aglomerados en combinación con el número total decreciente de esferas de S1O2.

Si en 1 a 10% de S1O2 amorfo con grano esférico con un diámetro promedio de grano de entre 10 y 45 mieras, el porcentaje de granos con un tamaño de grano mayor a 45 mieras asciende a menos de 1.5%, era posible, con una capacidad de flujo incrementada constantemente y un tiempo de secado uniforme, producir moldes y piezas de moldeado. Las partículas de S1O2 esféricas están distribuidas uniformemente entre las partículas de arena de cuarzo en forma de mediadores de deslizamiento; separan las partículas de arena de cuarzo entre sí y previenen el efecto de bloqueo de la acción de entrelazamiento de las partículas de arena de cuarzo. El deslizamiento mutuo tiene lugar vía la fase de aumento de volumen estable sobre la superficie que proporciona una movilidad incrementada de las partículas de arena de cuarzo relativa entre sí durante el proceso de flujo. Si el grado de pureza del Si02 es menor a 85%, el comportamiento químico de las esferas individuales de S1O2 durante la disolución parcial es cambiado localmente por las impurezas, y el ensanchado del diámetro del grano varía considerablemente. Esto puede ser explicado por una capa de aumento de volumen inestable e irregular. Las piezas de moldeo producidas con un Si02 amorfo con un grado de pureza menor a 85% comprenden una inclinación que fluctúa grandemente de las partículas del material de moldeo a adherirse al metal después del vaciado. Si el grado de pureza del S1O2 excede de 85%, las partículas del material de moldeo de las piezas de moldeo producidas regularmente comprenden una inclinación reducida a adherirse al metal después del vaciado. De acuerdo con la invención, el Si02 esférico, parcialmente disuelto se agrega al material de moldeo en una cantidad de 1 a 10% por peso. Los inventores asumen que la fase de aumento de volumen que rodea a las partículas de Si02 esféricas exhibe un grado de adhesión y fricción de deslizamiento claramente reducidos comparada con las partículas de arena de cuarzo adyacentes. Con una adhesión y fricción de deslizamiento reducidas, el Si02 amorfo usado en forma de partículas de Si02 esféricas puede separar las partículas de material de moldeo adyacentes entre sí durante el proceso de flujo y permiten que las mismas, vía la fase de aumento de volumen, se deslicen entre sí sobre las superficie esféricas de las esferas de Si02 con una resistencia reducida al deslizamiento. En el proceso de flujo, el comportamiento de flujo mejorado puede así ser explicado por una capa de gel permanente y estable a la fricción con propiedades de fricción de deslizamiento particularmente ventajosas sobre el S¡02 amorfo. En los puntos de contacto, las partículas de Si02 y las partículas de material de moldeo están separadas entre sí por la fase de aumento de volumen estable, y la fricción de deslizamiento de las superficies de las partículas está determinada por la fase de aumento de volumen. La mezcla de material de moldeo de la invención puede ventajosamente ser usada en dispositivos y procesos que proporcionan el secado de las mezclas de material de moldeo sobre la base de arena de cuarzo y un agente aglutinante de silicato alcalino acuoso sin tener que introducir ninguna medida de diseño adicional. Igualmente, el S¡02 parcialmente disuelto solo libera agua durante el proceso de secado y permite un proceso de reacción simple sin que exista ninguna necesidad de medidas adicionales que involucren procesos químicos o productos de reacción adicionales. Si el porcentaje de Si02 amorfo esférico excede de 10 por ciento por peso, es necesario usar tiempos de secado más prolongados para eliminar completamente el agua. Con un porcentaje incrementado de partículas de Si02 en la pieza de moldeo, las partículas de Si02 adyacentes entre sí, cada vez más, forman puntos de contacto colectivos. En la región de los puntos de contacto colectivos, existen regiones más grandes de redes adyacentes que contienen agua espacial de la fase de aumento de volumen sobre la superficie. Los inventores son de la opinión de que los tiempos de secado más prolongados se deben al número incrementado de regiones más grandes de redes que contienen agua. Con un porcentaje de S¡02 amorfo esférico de a 10 por ciento por peso, se obtienen mezclas de material de moldeo que, de forma reproducible, después de un tiempo de secado constante, comprenden la resistencia necesaria de la pieza en crudo. Sorprendentemente, un S¡02 esférico, amorfo, parcialmente disuelto, aparte de la capacidad de flujo mejorada, continuó exhibiendo un incremento en la resistencia de la pieza de moldeo producida a partir del material de moldeo, y la superficie del S1O2 se determina para ser alcalina. Los inventores asumen que la fase de aumento de volumen formada sobre la superficie del S1O2 amorfo, durante el proceso de secado, proporciona con cada punto de contacto sobre una partícula de arena de cuarzo adyacente un número incrementado de centros de unión semejantes a islas para formar puentes de unión. Efectos ventajosos adicionales se obtienen y describen con referencia a las siguientes modalidades. Las modalidades sirven para explicar la invención, y su combinación de características no se va a interpretar como que tiene un efecto restrictivo sobre la invención. Las características pueden ser usadas tanto individualmente como en forma combinada dentro de la estructura de la invención. El material de moldeo se aplicó en forma de diferentes mezclas, usando los siguientes materiales de partida: Arena de cuarzo lavada de tipo H32, tamaño promedio de grano 0.32 mm; un agente aglutinante inorgánico basado en silicato alcalino, con un contenido de hierro, cadmio y/o aluminio de 0.01 a 0.5%; SÍÜ2 amorfo, esférico con un porcentaje de partículas mayores a 45 mieras de un máximo de 1.5% y un grado de pureza mayor a 85%.

El tamaño promedio de grano se determina en un granulómetro de acuerdo con el principio de luz dispersada por medio de un láser de diodo de luz roja usando detectores múltiples en una celda vertical de 15 mi con agitador magnético. El análisis del tamaño de partícula tiene lugar por un método de difracción de láser de acuerdo con DIN/ISO 13320. Las partículas que se sometieron a determinación, junto con un agente dispersante adecuado, se transfirieron a una suspensión. Para medir el tamaño del grano, 0.1 mi de la suspensión homogeneizada se transfirieron a una celda de medición con agua destilada, y el tamaño del grano se determinó en un minuto. El S1O2 amorfo usado tuvo un tamaño promedio de grano de 30 a 45 mieras. Para determinar la fase de aumento de volumen estable, se introdujeron esferas de Si02 en suspensión en la celda de medición, y el tamaño de grano se determinó en intervalos de 30 segundos hasta que, por varios minutos, no se identificaron cambios adicionales.

Ejemplo 1: Capacidad de soportar carga térmica de las piezas de moldeo Se prepararon dos mezclas en un mezclador de paletas en 3 minutos y subsecuentemente se introdujeron por impacto en una máquina de disparo de núcleos para formar 4 núcleos de cada una. Se decidió usar una suspensión de Si02 amorfo preparada previamente con parte de un agente aglutinante para obtener, de una manera acelerada, una mezcla homogénea de los componentes. La suspensión tuvo un valor de pH de 9.2 y se mezcló junto con los otros componentes en el mezclador, como se describe arriba. La presión de disparo ascendió a 5 bares, el tiempo de disparo fue de 1 segundo y el vacío aplicado ascendió a 0.9 bares. Los núcleos fueron endurecidos previamente en la caja de núcleo por 30 segundos a 180° C en la máquina, se retiraron en forma de compactos en crudo, subsecuentemente se secaron en un horno de microondas por 3 minutos a 1,000 watts y finalmente se pesaron. Eran núcleos para vaciar un perno deformable que se extendía longitudinalmente de 185.4 mm por 22.7 mm por 22.7 mm. Para los propósitos de vaciado, se hizo uso de una mezcla fundida de hierro gris a una temperatura promedio de 1275° C ± 25° C en el caldero de fundición. El perno vaciado se retiró de los núcleos después de un tiempo de enfriamiento de 3 días. Subsecuentemente, se sometieron a prueba 4 pernos cada vez para determinar sus características de flexión. Las características de flexión de un vaciado resultan de la carga térmica sobre el núcleo durante la operación de vaciado, combinada con la fuerza de sustentación generada por el metal que fluye. Es una medida para la resistencia a la temperatura y la exactitud dimensional de un material del núcleo. El factor de flexión se determinó sobre los pernos acabados alineados transversalmente al dispositivo de medición en el centro del perno como la desviación promedio de los bordes exteriores de la línea horizontal. Las mezcla de material de moldeo y los valores medidos están enlistados en la Tabla de abajo.

Tabla 1 Los núcleos producidos de acuerdo con la invención confirman, en promedio, una baja inclinación de flexión de los núcleos durante la operación de vaciado. Una baja proporción de flexión indica que la pieza de moldeo comprende una estructura mejorada que puede acomodar los esfuerzos de deformación que ocurren bajo cargas térmicas. Los esfuerzos de deformación resultan de los procesos de desecación y de sinterizado que se provocan en las piezas de moldeo por la alta temperatura del metal que fluye. Los inventores asumen que las esferas de Si02 distribuidas uniformemente, vía su fase de aumento de volumen superficial, durante el proceso de secado, forman una pluralidad de puentes de agente aglutinante con las partículas de arena adyacentes. Como resultado del gran número de pequeños puentes de agente aglutinante, que conectan las partículas, es posible que los esfuerzos de deformación sean distribuidos como resultado del entrelazamiento homogéneo de las partículas de material de moldeo vía una pluralidad de puentes de agente aglutinante a volúmenes más grandes de las piezas de moldeo y sean compensados elásticamente. El tipo fino homogéneo de entrelazamiento explica la capacidad de soportar carga térmica incrementada de una pieza de moldeo producida de acuerdo con la invención.

Ejemplo 2: Densidad de piezas de moldeo Como se describió en el Ejemplo 1, se vaciaron dos mezclas para formar un núcleo. Se produjeron cuatro núcleos idénticos, con forma de barra de volúmenes idénticos de cada mezcla. Las mezclas y los pesos están enlistados en la Tabla de abajo.

Tabla 2 Mezcla de Invención: referencia: 5 kg de 5 kg de arena de arena de núcleo, núcleo, 90 gr de 120 gr de agente agente aglutinante, aglutinante, 5 gr de 72 gr de Si02, aceite de silicona, Peso en gramos Peso en gramos 1er núcleo 140.9 142.6 2do núcleo 138.8 142.7 3er núcleo 142.4 141.3 4to núcleo 141.1 141.9 Promedio 140.8 142.13 En promedio, los núcleos de la invención comprenden un peso más alto. En miembros de volúmenes idénticos, un peso más alto corresponde a una densidad más alta. La única desviación ligera del peso individual del núcleo del valor promedio puede ser explicada por el flujo y el comportamiento de densificación mejorados relativos a la mezcla de material de moldeo con aceite de silicona. A pesar del agente de flujo agregado, la mezcla de referencia comprende una masa más baja promedio de los núcleos. Además, los pesos de los núcleos individuales claramente muestran desviaciones más grandes del valor promedio. Las densidades logradas comprenden una capacidad de flujo incrementada y más uniforme de la mezcla de material de moldeo mientras es introducida por impacto en el molde. Las esferas de S¡02 con su fase de aumento de volumen sobre su superficie permiten que las partículas de material de moldeo se deslicen entre si más fácilmente. La fase de aumento de volumen permite que las partículas de arena de moldeo se deslicen más fácilmente sobre los puntos de contacto de superficie pequeña sobre las esferas de Si02. Esto puede explicar por que en la mezcla de material de moldeo, durante el proceso de flujo, ocurre un bloqueo inter-partículas de arena de cuarzo en acoplamiento en un menor grado. La partícula de arena individual comprende una movilidad incrementada relativa a las partículas de material de moldeo adyacentes y aun en altos esfuerzos cortantes tales como los que ocurren cuando tiene lugar la operación de disparo a una presión incrementada, la mezcla de material de moldeo comprende una capacidad de flujo más uniforme e incrementada. Como se explicará abajo, la resistencia de la pieza en crudo y la resistencia de la pieza final de los núcleos reflejan los resultados de la determinación de peso. En los núcleos de la invención, la resistencia de la pieza en crudo y la resistencia de la pieza final determinadas bajo carga puntual hasta la deformación fluctúa claramente en un menor grado. La mezcla de acuerdo con la invención hizo posible, con un contenido de agente aglutinante reducido, lograr densidades más constante y más altas en los núcleos producidos.

Ejemplo 3: Resistencia final de piezas de moldeo Para examinar la influencia del Si02 agregado sobre la resistencia final de los núcleos, se preparó una suspensión de S1O2 amorfo esférico en una cantidad más grande de agente aglutinante. Subsecuentemente, se procesaron un total de 4 lotes con los componentes adicionales bajo las mismas condiciones que las descritas en el Ejemplol en 4 núcleos en cada caso. Subsecuentemente, se preparó una mezcla de referencia como se describe en el Ejemplo 2 y también se procesó en 4 núcleos. Los núcleos con el S¡Ü2 agregado exhibieron todos la densidad incrementada conocida del Ejemplo 1. Los núcleos secados al valor final se colocaron en un dispositivo de flexión de 3 puntos y se determinó la fuerza que da lugar a la fractura del núcleo. En la siguiente Tabla, la fuerza es referida como "fuerza de ruptura". Los núcleos con el Si02 agregado mostraron una resistencia a la flexión que se incrementó de lote de núcleo a lote de núcleo. Este fenómeno se correlacionó con el valor de pH de la suspensión de agente aglutinante de S¡02 agregado secuencialmente. Se logró una resistencia máxima a la flexión en un valor de pH constante de la suspensión preparada. La siguiente Tabla muestra el valor de p H que se determinó en el tiempo cuando se agregó la suspensión , el tiempo de mantenimiento aproximado de la suspensión y la resistencia a la flexión promed io para cada 4 núcleos.

Tabla 3 Mezcla de referencia: 5 kg de arena de núcleo, 120 gr de agente aglutinante, 5 gr de aceite de silicona I nvención: 4 lotes de cada uno de 5 kg de arena de núcleo, 90 g de agente aglutinante, 72 g r de Si02.

La Tabla del Ejemplo 3 muestra que agregando S¡02 amorfo esférico, parcialmente disuelto a una mezcla de material de moldeo, la resistencia a la flexión de un núcleo producido a partir de la misma se incrementa . Además, la influencia del valor de pH de la suspensión de Si02 llega a ser clara. Primero el valor de pH de la suspensión alcalina disminuye, lo que puede ser explicado por el uso de iones OH' d urante la formación de la fase de aumento de volumen . Después de 4 min utos el valor de pH se reduce en 0.6 de pH ; después de esto, este valor cambia solo ligeramente. Después de aproximadamente 4 minutos - de acuerdo con el modelo explicativo de los inventores - la superficie del SiO2 amorfo puede ser considerada como totalmente parcialmente disuelta y rodeada por una fase de aumento de volumen. El SiO2 amorfo y alcalino se acompaña por una resistencia a la flexión claramente mejorada del núcleo producido. Se llevaron a cabo pruebas adicionales con relación a la estabilidad del valor del pH en una suspensión alcalina de SiO2 amorfo esférico como se describe abajo. Un S¡O2 amorfo esférico con características de un grado de pureza y tamaño de grano descritas arriba se suspendió en una suspensión de silicato alcalino y/o en una solución de hidróxido de sodio con un valor de pH de 9 a 14. el contenido de S¡O2 en la suspensión estuvo en el intervalo entre 10 y 80 por ciento por peso, preferentemente 20 a 79 por ciento por peso. El valor de pH de la suspensión alcalina se determinó subsecuentemente en intervalos de 30 segundos. En el inicio de la prueba, las suspensiones exhibieron la rápida disminución descrita arriba en el valor de pH. Después de no más de 4 minutos, el valor de pH, con un cambio máximo de aproximadamente 0.1 de pH por minuto, fue estable. Después de un tiempo de mantenimiento máximo de 10 minutos, la suspensión del Si02 amorfo alcalino no mostró cambios adicionales en el valor de pH por varias horas. Aparte del comportamiento de flujo mejorado mencionado en el Ejemplo 2, las suspensiones de S¡02 alcalinas con un valor de pH estable mostraron la resistencia final mejorada de los núcleos producidos a partir de éstas, como se muestra en la Tabla 3 del Ejemplo 3. Con una concentración de álcali que fue claramente más grande que la concentración de un lote para un valor de pH de 14, se identificó un diámetro de núcleo que disminuyó de forma lenta y segura de las partículas de Si02. Esto puede ser explicado por una lenta disolución de las partículas de SiO2 como resultado de la concentración frecuentemente sobre-estequiométrica de álcali. Las mezclas de material de moldeo producidas de esta manera no muestran una capacidad de flujo mejorada ni una mejor resistencia final de los moldes producidos, lo que puede ser explicado por la morfología desviada de la superficie del Si02 en disolución. Con un valor de pH fijo de menos de 9, no fue posible con todas las suspensiones lograr la formación de una fase de aumento de volumen con una expansión de 1 a 2% dentro de los primeros 4 minutos. Si la expansión fue menor al 1%, las suspensiones mostraron mejoras fluctuantes en su capacidad de flujo sin lograr los valores de capacidad de flujo logrados previamente con una fase de aumento de volumen estable. Las fases de aumento de volumen que estuvieron caracterizadas por una expansión del diámetro promedio de grano de 1 a 2% exhibieron la capacidad de flujo mejorada descrita arriba. En las pruebas subsecuentes, las suspensiones se fijaron a un valor de pH de al menos 9 para, de forma confiable, lograr dentro de los primeros 4 minutos un valor de pH estable y una fase de aumento de volumen con una expansión del diámetro promedio de grano del S1O2 original seco de 1 a 2%. Se encontraron piezas de moldeo ventajosamente mejoradas en pruebas posteriores con mezclas en donde el tamaño promedio de grano de las partículas de arena y el tamaño promedio de grano del S1O2 amorfo fueron idénticos. Por ejemplo, se prepararon mezclas de material de moldeo que contenían una fracción de arena de cuarzo clasificada y seleccionada con un tamaño de grano en el intervalo de 0.01 mm, lo que corresponde a 10 mieras, y 1 a 10% de S1O2 amorfo esférico con un diámetro promedio de grano entre 10 y 45 mieras. A la misma velocidad de agitación, tales mezclas de material de moldeo proporcionaron una mezcla homogénea en un tiempo más corto y durante la producción de la pieza de moldeo, aun a una menor presión de disparo, lograron piezas de moldeo con una densidad y uniformidad mejoradas y mayor exactitud de perfil. Los resultados del ejemplo 2 apoyan la teoría de que una fase de aumento de volumen alcalina y estable sobre el Si02 amorfo cuya superficie ha sido activada, contribuye a la formación de puentes de agente aglutinante a través de centros de unión adicionales. Se puede asumir que la superficie de tal Si02 alcalino está caracterizada por grupos de oxígeno cargados negativamente. Más particularmente en plantas en las cuales los componentes individuales de una mezcla de material de moldeo son almacenados por varios días en recipientes grandes, la suspensión de Si02 alcalino puede ser ventajosamente producida mezclando Si02 amorfo esférico seco con un agente aglutinante alcalino. Produciendo la suspensión directamente antes de ser usada, el Si02 amorfo se determina para ser alcalino en una condición reciente y en una calidad uniforme. Con un porcentaje de 1 a 10 por ciento por peso de Si02 determinado recientemente para ser alcalino, con referencia a la cantidad de arena, fue posible, en las pruebas, proporcionar una mezcla de material de moldeo con una capacidad de flujo mejorada y una resistencia final incrementada de las piezas de moldeo producidas a partir de ésta. Se encontró que las mezclas de material de moldeo con aditivos adicionales, que consistieron de ácido fosfórico y/o bórico fueron desventajosas. Tales aditivos, que se sabe que eran usados para mejorar agentes aglutinantes inorgánicos disminuye el valor del pH en las mezclas de material de moldeo y afecta de forma adversa la capacidad de flujo de la mezcla. Se encontró que los agentes aglutinantes basados en silicato alcalino con aditivos ácidos reaccionan formando sales. Con un agente aglutinante basado puramente en silicato alcalino sin ningún aditivo del tipo mencionado arriba con un contenido de agente aglutinante de 1 a 10% de la mezcla total, los efectos de acuerdo con la invención fueron identificados de forma confiable. Además, se encontró que las substancias asociadas ligeramente básicas tales como óxidos de metal, que pueden ser unidas en estructuras de silicato reducen el tiempo de secado. Comparado con un agente aglutinante de silicato alcalino puro, se encontró que un agente aglutinante basado en silicato alcalino con un contenido de hierro, aluminio y/o cadmio de 0.01 a 0.50% reduce el tiempo de secado en 5% cuando se producen piezas de moldeado. La mezcla de la invención logra una resistencia final más alta de los núcleos.

Ejemplo 4: Propiedades en el proceso de vaciado Para someter a prueba la inclinación de un material de moldeo de la invención a formar puentes de adhesión durante el vaciado, se prepararon dos mezclas como se describe en el Ejemplo 1 y se procesaron para formar 4 núcleos de cada uno. Los núcleos se diseñaron para vaciar pernos cuya sección transversal tiene un perfil de H. Durante el proceso de vaciado, se ofrece así una superficie incrementada para la formación de posibles puentes de adhesión. Como arriba, se hizo uso de una mezcla fundida de hierro gris con una temperatura promedio de 1275° C ± 25° C en el caldero de fundición, y el perno vaciado se retiró de los núcleos después de un tiempo de enfriamiento de 3 días. Primero los pernos se vibraron por un martillo y subsecuentemente, si era necesario, se liberaron de las partes adheridas del núcleo por un mandril, se limpiaron y finalmente se sometieron a prueba para determinar adherencias refractarias y penetración del metal. Las mezclas de material de moldeo y la evaluación de adherencias están enlistadas en la Tabla de abajo.

Tabla 4 Martillo = vibrar el perno contenido en el núcleo con un martillo Mandril = si es necesario, liberar el perno usando un mandril A = adhesiones de la arena del núcleo; V = penetración de metal Después de haber sido vaciados, los núcleos de la invención pueden ser retirados fácilmente por varios martillazos. Los pernos expuestos de esta manera todavía contenían adherencias de arena, que fueron eliminadas en un baño de ultrasonido. Los núcleos de referencia fueron solo parcialmente retirados de los pernos por martillazos. Después de que los pernos fueron expuestos por un mandril, los pernos fueron limpiados en un baño de ultrasonido y subsecuentemente se sometieron a prueba. Por un lado, se encontraron adherencias de arena refractarias que se retiraron con un mandril. Por otro lado, se encontró penetración de metal en cuyo caso la arena adherida solo fue parcialmente retirada por la aplicación de grandes fuerzas como resultado de lo cual se dañó la superficie del perno. La comparación mostró que la mezcla de material de moldeo de la invención se retiró mucho más fácilmente y más rápidamente después de la operación de vaciado. Los núcleos producidos a partir del material de moldeo de la invención resultaron en la producción de vaciados con adherencias de arena ligeras, fácilmente retirables. La penetración de metal, tal como ocurrió en los vaciados de referencia, no se encontraron.

Ejemplo 5: Desintegración de las piezas de moldeo Para someter a prueba las propiedades de desintegración de las piezas de moldeo de la mezcla de material de moldeo de la invención, se prepararon dos mezclas como se describe en el Ejemplo 2 y se procesaron para formar 4 núcleos cada una. Después de la operación de vaciado, los núcleos se sometieron a prueba para determinar sus propiedades de desintegración. Como ya se describió, se hizo uso de de una mezcla fundida de hierro gris en el caldero de fundición y las piezas de moldeo con los pernos vaciados se sometieron aprueba después de un tiempo de enfriamiento de 3 días. Las piezas de moldeo se sometieron a prueba después de que los vaciados conectados con un dispositivo de generación de vibración fueron alineados en una posición vertical. El dispositivo de generación de vibración sujetó el vaciado a una vibración de 30 Hertz con un máximo de pulso de hasta 1.4 kW de energía. En el proceso, se midió el tiempo dentro del cual 90% así como también 99% de la pieza de moldeo se había desprendido del vaciado. Las mezclas de material de moldeo y la evaluación de las propiedades de desintegración están enlistadas en la siguiente Tabla.

Tabla 5 Pieza de moldeo con Pieza de moldeo de Núcleo de la pieza de vaciado de referencia: mezcla invención: 5 kg de una mezcla fundida de material de arena de núcleo, 90 de hierro gris (93% moldeo: 5 kg de gr de agente de Fe, 3.3% de C, arena de núcleo, 120 aglutinante, 2% de Si, 0.4% de gr de agente 54 g de Si02. Mn, Impurezas < aglutinante, 5 gr de 0.05%) aceite de silicona 90% 99% 90% 99% 1er perno 8.2 seg 11.3 seg 4.2 seg 9.2 seg 2do perno 7.4 seg 11.8 seg 4.4 seg 9.4 seg 3er perno 7.6 seg 11.3 seg 4.6 seg 9.3 seg 4to perno 7.7 seg 11.4 seg 4.4 seg 9.5 seg Promedio 7.7 seg 11.5 seg 4.4 seg 9.4 seg Después de la operación de vaciado, las piezas de moldeo de la mezcla de la invención claramente exhibieron tiempos más cortos para retirar la pieza de moldeo del vaciado. Las piezas de moldeo de la mezcla de la invención mostraron un patrón de grietas de celda pequeña que se extendieron rápidamente que, muy poco tiempo después, dieron lugar a un desprendimiento uniforme de la pieza de moldeo en segmentos de piezas pequeñas. Cualquier arena adherida restante sobre la superficie del vaciado se retiró en un baño de ultrasonido o aun manualmente con un simple trapo. El comportamiento de desintegración de la mezcla de referencia claramente exhibió tiempos de desprendimiento más prolongados y formaciones de grietas irregulares en la pieza de moldeo así como un desprendimiento irregular en segmentos de tamaño diferente. Además, después de que el 99 por ciento por peso de la pieza de moldeo se había desprendido, la superficie todavía estaba cubierta con granos de arena adheridas fuertemente que, en contraste con la mezcla de la invención, no pudieron ser retiradas completamente, ni manualmente ni en el baño de ultrasonido.

Los inventores atribuyen el comportamiento de desintegración superior a los puentes de agente aglutinante de entrelazamiento formados uniformemente entre las partículas de arena y el S1O2 amorfo. El gran número de puentes de agente aglutinante de entrelazamiento distribuidos uniformemente, por otro lado, incrementa la resistencia y la elasticidad de la pieza de moldeo, pero por otro lado, localmente y con referencia a los puentes de agente aglutinante individuales, bajo la influencia de un pulso abrupto, pueden ser rotos por una fuerza muy reducida. El entrelazamiento de los puentes es así más uniforme, pero también mucho menos pronunciado que en el caso con la mezcla de referencia. El número incrementado de puentes de agente aglutinante combinado con una capacidad reducida de soportar la carga de los puentes individuales resulta así en una combinación ventajosa de resistencia mejorada y un comportamiento de desintegración más ventajoso. Después del retiro del núcleo, después de la operación de vaciado, las piezas de moldeo de la invención muestran un comportamiento de desintegración más rápido y más uniforme. La mezcla de material de moldeo de la invención permite la producción de piezas de moldeo que, durante la operación de vaciado subsiguiente, tiene un efecto de compensación más uniforme bajo cargas térmicas. Los vaciados ahora accesibles están caracterizados por una exactitud de forma mejorada, que puede ser explicada por el entrelazamiento uniforme de las partículas del material de moldeo vía los puentes de agente aglutinante formados por el S1O2 amorfo, parcialmente disuelto. El comportamiento de densificación de la mezcla de material de moldeo preparada de acuerdo con la invención fue particularmente ventajoso. Fue posible lograr una excelente capacidad de flujo y una densidad de empaque muy uniforme. La Tabla 3 muestra una ligera fluctuación en los valores de resistencia, lo que explica el alto grado de uniformidad de las piezas de moldeo producidas de acuerdo con la invención. En lo que respecta al comportamiento de desintegración, las piezas de moldeo, después de la operación de vaciado, están caracterizadas por una formación de grietas uniforme y mejorada y, muy claramente, tiempos más rápidos de retiro del núcleo. La fase de aumento de volumen formada sobre las partículas de Si02, en conexión con la densidad de empaque uniforme, resulta en una alta resistencia a la flexión de las porciones de perno producidas por los núcleos. La capa de aumento de volumen exhibe un grado muy pequeño de entrelazamiento comparada con una mezcla de material de moldeo que contiene Si02 reforzada vía puentes de agente aglutinante puro. El bajo grado de entrelazamiento da lugar a islas de adhesión pequeñas, delimitadas localmente (adhesión de módulo de bloque) que, siguiendo al uso de núcleos, acelera la desintegración (micro-fracturas). El comportamiento de desintegración de los materiales de moldeo y las piezas de moldeo de la invención tuvieron por lo tanto que ser consideradas como sorprendentemente ventajosas. No hubo necesidad de algún auxiliar adicional de cualquier clase.

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES 1. Material de moldeo o pieza de moldeo para propósitos de moldeo, que consiste de 1-10% de agente aglutinante basado en silicato de álcali, un material agregado que contiene de 1-10 por ciento por peso de dióxido de silicio amorfo, lo restante arena de cuarzo con un intervalo de tamaño de grano de 0.01 a 5 mm, caracterizado porque el dióxido de silicio amorfo está presente en una forma esférica, en donde el porcentaje de partículas con un diámetro de 45 o más µ?t? asciende a un máximo de 1.5 por ciento por peso; en donde sobre la superficie del dióxido de silicio amorfo, se forma una fase de aumento de volumen que comprende un espesor de 0.5 a 1% con referencia al diámetro de grano promedio.
2. 2. Material de moldeo o pieza de moldeo según la reivindicación 1, en donde el diámetro promedio de grano del dióxido de sílice amorfo está en el intervalo entre 10 y 45 µ??.
3. 3. Material de moldeo o pieza de moldeo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el dióxido de silicio amorfo comprende un grado de pureza mayor a 85%.
4. 4. Material de moldeo o pieza de moldeo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde, sobre su superficie, el dióxido de silicio determinado para ser álcali comprende grupos de oxígeno cargados negativamente.
5. 5. Material de moldeo o pieza de moldeo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde entre el dióxido de silicio determinado para ser álcali y la arena de cuarzo, se forman puentes de agente aglutinante vía centros de unión adicionales.
6. 6. Material de moldeo o pieza de moldeo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el agente aglutinante comprende un contenido de hierro, aluminio y/o cadmio de 0.01 a 0.50%.
7. 7. Proceso para producir un material de moldeo o una pieza de moldeo para procesos de fundición según cualquiera de las reivind icaciones precedentes, en donde, como el material agregado, un Si02 amorfo, parcialmente disuelto, esférico, con un porcentaje de partículas con un tamaño de grano mayor a 45 µ?? se transfiere a una suspensión con un contenido de material sólido de 20 a 70% de d ióxido de silicio, y se fija un valor de pH de 9-14, en donde el dióxido de silicio amorfo se mantiene durante el tratamiento alcalino por al menos 4 minutos hasta que se ha formado la fase de aumento de volumen sobre la superficie del dióxido de silicio, en donde el dióxido de silicio se mezcla de forma homogénea con arena de moldeo y agente aglutinante, en donde la relación de mezclado de agente aglutinante/Si02 a arena de moldeado se mantiene en una relación de 1 a 1 0 a 90, en donde el dióxido de silicio, junto con la arena de moldeo y el agente aglutinante se introduce por impacto bajo presión a u na caja de moldeo y se seca para formar un núcleo acabado.
8. 8. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la superficie del d ióxido de silicio amorfo está parcialmente disuelta, en donde el diámetro promed io de grano del d ióxido de silicio es ensanchado en 2% y se forma una fase de aumento de volumen .
9. 9. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el tratamiento para formar una fase de aumento de volumen, iniciando con un valor de pH fijado en el intervalo entre 9 y 14 , se termina después de un máximo de 10 minutos.
10. 10. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el valor de pH fijado en el intervalo entre 9 y 14 es d isminu ido con una modificación máxima de 0.1 pH por minuto.