BRPI0616294A2 - misturas de semiprodutos moldados contendo vidro de borossilicato - Google Patents

Abstract

MISTURAS DE SEMIPRODUTOS MOLDADOS CONTENDO VIDRO DE BOROSSILICATO. A presente invenção refere-se a uma massa de moldar para a fabricação de moldes de fundição para a indústria de fundição, abrangendo pelo menos: - um semiproduto moldado resistente ao fogo; - um adesivo para endurecer a massa de moldar; - uma fração de um vidro de borossilicato. Além disso, a invenção refere-se ao processo de preparação de um artigo conformado a partir da massa de moldar de acordo com a presente invenção, o artigo fundido ou conformado correspondente, bem como o uso dos mesmos na fundição de metais.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MISTURASDE SEMIPRODUTOS MOLDADOS CONTENDO VIDRO DE BOROSSILI-CATO".

A invenção refere-se a uma massa de moldar para a fabricaçãode artigos conformados para a indústria de fundição, um processo para fa-bricar tais artigos conformados para a indústria de fundição, artigos confor-mados para a indústria de fundição e o uso desses artigos conformados paraa indústria de fundição em um processo para fundir uma peça de fundição.

Na fabricação de peças de fundição de metal, fabrica-se inicial-mente um modelo, que em sua forma corresponde essencialmente à peçade fundição de metal a ser fabricada. Nesse modelo são instalados elemen-tos de transporte e distribuidores. Para a fabricação de um molde de fundi-ção, o modelo em uma caixa de fundição é cercado com uma mistura desemiprodutos moldados. A mistura de semiprodutos moldados consiste es-sencialmente em um semiproduto moidado resistente ao fogo, por exemplo,areia de quartzo e de um adesivo, com o qual os grãos do semiproduto mol-dado são ligados ao endurecer para formar um artigo moldado sólido. A mis-tura de semiproduto moldado é compactada e depois endurecida. Para en-durecer, o artigo conformado, por exemplo, pode ser aquecido, para evapo-rar solvente, que está contido no adesivo ou para iniciar uma reação de reti-culação no adesivo. Mas também pode ser acrescentado um catalisador, oujá durante a fabricação da mistura de semiproduto moldado ou em que umcatalisador gasoso é conduzido através do artigo moldado compactado. A-pós o endurecimento o artigo moldado é retirado da caixa de fundição ou domodelo.

Moldes de fundição compõem-se de moldes e núcleos. O con-torno externo da peça de fundição é definido pelas formas. O contorno inter-no da peça de fundição ou a limitação de uma cavidade disposta na peça defundição é formado pelos núcleos. No molde de fundição pronto, é formadauma cavidade do molde entre o molde e o núcleo, que na fundição é preen-chida com metal líquido.

Além dos núcleos e moldes, há ainda corpos ocos, os chamadosdistribuidores, que agem como reservatórios de compensação. Durante afundição, esses absorvem inicialmente metal líquido, sendo que através demedidas correspondentes, deve-se providenciar para que o metal permane-ça por mais tempo na fase líquida do que o metal, que se encontra na cavi-dade do molde. Caso o metal solidifique na cavidade do molde, o metal lí-quido pode refludizar (ηβοΐιίΐΐβββη) do reservatório de compensação, paracompensar a contração de volume que ocorre na solidificação do metal.

Como o molde de fundição foi eventualmente composta de vá-rios artigos conformados, o metal líquido é enchido na cavidade do molde domolde de fundição. Com isso, o metal líquido que escoa para dentro da cavi-dade desloca o ar que se encontra na cavidade do molde. O ar escapa pelasaberturas previstas no molde de fundição ou por partes porosas do molde defundição, por exemplo, pela parede de um distribuidor. Após a solidificaçãoda peça fundida em metal esta é retirada do molde de fundição. Para isso,por exemplo, o molde de fundição pode ser agitado, de maneira que essa sedecompõe novamente em grãos. A peça fundida é liberada por uma agitaçãoadicional dos grãos que se encontram internamente.

A superfície da peça fundida em metal apresenta muitas vezesainda defeitos, de maneira que é necessária uma revisão, para obter a qua-lidade desejada da superfície. O motivo desses defeitos é o calor que atuasobre o molde de fundição no vazamento do metal fundido, o qual produztensões no material do molde de fundição. Isso leva à formação de fendasna superfície do molde ou dos núcleos. O metal fundido penetra essas fen-das e dessa maneira, deixa estruturas Iaminares na peça fundida, que ge-ralmente também são designadas como nervuras laminares. Essa falha defundição ocorre especialmente no emprego de areia quartzífera como semi-produto moldado, pois a areia quartzífera, sob o efeito de calor do metal lí-quido, sofre uma transformação de sua estrutura cristalina e, com isso, porexemplo, também de sua densidade. Além disso, ainda ocorrem outras fa-lhas de fundição, tais como ressecamentos da superfície do molde, penetra-ção e penetrações de metal.

Para repelir amplamente as falhas de fundição, acrescentam-se àmistura de semiproduto moldado, além de areia quartzífera, diversos aditivos,os quais devem compensar a alteração de volume do semiproduto moldado.

Por exemplo, acrescenta-se óxido de ferro à areia quarzífera emquantidades de cerca de 1 até 3% em peso. Do quartzo e do óxido de ferropode formar-se faialita, pelo que as tensões surgidas no molde de fundiçãodiminuem e reduzindo, dessa maneira, a tendência para a formação de ner-vuras laminares. No entanto, a menor estabilidade mecânica do molde defundição a ser observada na adição de óxido de ferro é desvantajosa. Alémdisso, a formação de faialita leva a um maior perigo de uma penetração dometal no molde de fundição, o que produz rugosidades nas peças fundidas,que precisam ser novamente revisadas. Além disso, para diminuir a forma-ção de nervuras laminares pode ser acrescentado material orgânico à mistu-ra de semiproduto moldado, tal como farinha de madeira ou carvão pulveri-zado, em quantidades de cerca de 1 até 3% em peso. O material orgânicoqueima durante o processo de fundição. Nesse caso, formam-se cavidadesem todo o volume do molde de fundição, através das quais o crescimento devolume da areia quartzífera é coletado, de modo que não resulte uma modi-ficação de tamanho do molde de fundição para fora. A desvantagem dessesaditivos é a quantidade de gás formada na combustão. Caso o gás não con-siga escapar do molde de fundição, formam-se bolhas no metal líquido atra-vés do gás penetrante, que formam cavidades na peça fundida solidificada.Além disso, através da adição dos aditivos orgânicos descritos acima, a es-tabilidade do molde de fundição diminui, de modo que esta resiste pior àscargas mecânicas que ocorrem no processo de fundição.

Ademais, a formação de nervuras laminares também ser repeli-da pela adição de 0,5 até 5% em peso, de óxido de titânio à areia de moldar,tal como isso é descrito, por exemplo, na US 4.735.973. Através do óxido detitânio a dilatação térmica do semiproduto moldado diminui e dessa maneira,a formação de nervuras laminares é amplamente impedida. O dióxido detitânio também não prejudica a estabilidade mecânica do molde de fundiçãoe também não há formação de gases adicionais através do aditivo. Todavia,no caso de misturas de semiprodutos moldados, que contêm óxido de titâniocomo aditivo, observa-se uma maior tendência à penetração do metal líquidona região da parede do molde de fundição, de maneira que antes do vaza-mento, a superfície do molde de fundição precisa ser tratada com uma gomaou outros materiais.

Como outra possibilidade, para melhorar a qualidade da peçafundida, também podem ser usados semiprodutos moldados com uma pe-quena dilatação térmica, tais como, por exemplo, cromita, zircônio ou areiade olivina. Moldes de fundição desses semiprodutos moldados causam ape-nas em pequena extensão, a formação de nervuras laminares. Esses semi-produtos moldados, no entanto, são relativamente onerosos.

Finalmente, a areia também pode ser tratada de maneira tal, queela é inicialmente fundida no forno para um tipo de pasta e moída após a solidi-ficação. A areia obtida é misturada com aproximadamente 50% de areia quart-zífera. O semiproduto moldado obtido desse modo não se dilata mais na fundi-ção, de maneira que não se observa mais quase nenhuma formação de nervu-ras laminares. A desvantagem nesse método são as despesas para a fabrica-ção do semiproduto moldado e os altos custos causados com isso.

Na EP 0.891.954 A1 são descritas misturas de semiprodutosmoldados, as quais contêm uma fração de microesferas ocas de silicato dealumínio. Através da adição de microesferas ocas de silicato de alumínio aformação de fendas na superfície do molde de fundição pode ser nitidamen-te repelida. A dilatação térmica do semiproduto moldado é compensada pe-las cavidades da esfera. O aditivo não diminui nem a capacidade de cargamecânica do molde de fundição, nem leva a uma forte formação de gás. Pa-ra poder obter um ótimo resultado na fundição, porém, a fração das esferasocas em relação a toda a mistura do semiproduto moldado, tem que ser se-lecionada na faixa de cerca de 10 - 20%. Com isso, aumentam novamenteos custos para a fabricação do molde de fundição.

Na DE 196 09 539 propõe-se, acrescentar criolita como aditivo àsmisturas de semiprodutos prontos para a indústria de fundição. Uma superfícielivre de nervuras laminares pode ser obtida através da adição de 0,1 - 10% empeso, de criolita, em relação à areia. Nesse caso, a criolita pode ser usada tantocomo aditivo único, como também em ligação com outros componentes, taiscomo farinhas de madeira, mica, oxido de ferro e outros. Todavia, no uso decriolita ocorrem outras falhas de fundição, que se manifestam, entre outros, porum extremo graneamento da superfície de fundição.

Uma outra técnica, que é usada na fundição para melhorar asuperfície de fundição, é representada pelo revestimento de moldes de fun-dição com suspensões de materiais inorgânicos (altamente) resistentes aofogo. Esse revestimento de molde, geralmente designado como goma, deveproteger o molde de fundição contra a carga térmica do metal fundido, dessemodo, levar a uma melhora da superfície de fundição, possibilitar uma sepa-ração mais limpa de metal líquido e molde de fundição e reduzir as falhas dasuperfície de fundição.

Gomas consistem, no caso mais simples, em um líquido porta-dor, no qual está suspenso um material finamente dividido resistente ao fo-go. A goma pode ser aplicada, por exemplo, por espalhamento, pulveriza-ção, fundição ou imersão pelo menos sobre as áreas do molde de fundição,que entram em contato com o metal líquido. Adesivos, que estão contidos nolíquido portador providenciam, após a secagem, uma fixação dos materiaisbásicos inorgânicos à superfície do molde de fundição.

Materiais básicos inorgânicos típicos, que são utilizados nasgomas, são óxidos minerais, tais como córundo, magnesita, mulita, quartzoou cromita, silicatos, tais como silicato de zircônio, olivina ou argila refratária,bem como coque ou grafita. Como líquido portador podem ser utilizados á-gua ou solventes orgânicos, tais como, por exemplo, etanol ou isopropanol.Adesivos típicos são derivados de amido, derivados de lignina, resinas natu-rais, resinas sintéticas ou materiais plásticos. Gomas contêm freqüentemen-te ainda agentes de suspensão, que impedem um afundamento dos compo-nentes sólidos no líquido portador. Como agentes de suspensão aplicam-sesilicatos de camada intumescíveis ou derivados de celulose, que são capa-zes para o armazenamento de água.

Uma desvantagem das gomas que ocorre freqüentemente é a es-trutura muito densa dos revestimentos dos moldes, de maneira que não se po-de assegurar uma permeabilidade suficiente ao gás. No entanto, essa é neces-sária, para poder evacuar os gases formados no processo de fundição atravésda decomposição térmica dos adesivos, de maneira controlada. Caso contrário,a pressão de gás no interior do núcleo pode ultrapassar a contrapressão meta-lostática e levar o metal à fervura e dessa maneira, à inclusão do assopro degás na peça fundida. Pode ser observado também um estalo parcial do reves-timento e subseqüente inclusão do fragmento na peça fundida.

Na DE-C 42 03 904, para aumentar a permeabilidade ao gás,propõe-se introduzir fibras orgânicas na goma. No entanto, as fibras tendema formar novelos, de maneira que não se pode assegurar nem uma distribui-ção uniforme, nem uma aplicação lisa da goma.

No WO 94/26440 é descrita uma goma de fundição para a pro-dução de revestimentos de moldes, a qual contém uma taxa de esferas ocasinorgânicas em uma quantidade de 1 - 40% em peso, em relação à gomapronta para o uso. A goma pode conter adicionalmente ainda uma taxa defibras inorgânicas ou orgânicas em uma quantidade de 0,1 - 10% em peso,em relação à goma pronta para o uso. Preferencialmente, as esferas ocasestão enchidas com um gás inerte. Elas podem consistir em óxidos, tais co-mo oxido de alumínio, quartzo, magnesita, mulita, cromita, óxido de zircônioe/ou óxido de titânio, de boretos, carbetos e nitretos, tais como carbeto desilício, carbeto de titânio, boreto de titânio, nitreto de boro e/ou de carbeto deboro, de carbono, vidro ou metias ou misturas desses materiais. Nos exem-plos são usadas esferas ocas de silicato de alumínio, cujo tamanho de partí-culas encontra-se em 80% entre 250 - 90 μηη. Sua fração importa em 5 ou10% em peso, nas gomas de água, bem como em 4 ou 10% em peso, emgomas de álcool. Esferas ocas de outros materiais não são usados nos e-xemplos. Não há informações mais detalhadas sobre características e com-posição de esferas ocas de vidro.

Além disso, as misturas de semiprodutos moldados e gomas sãoreunidas pelo termo "massa de moldar". Por uma "mistura de semiproduto mol-dado" entendem-se misturas, que são usadas para a fabricação de moldes defundição ou artigos conformados através de moldagem e endurecimento.A invenção teve como objetivo, disponibilizar uma massa de mol-dar para a fabricação de moldes de fundição para a indústria de fundição, aqual possibilita a fabricação de moldes de fundição, que na peça de fundiçãoproduzem uma superfície lisa, amplamente livre de falhas de fundição.

Esse objeto é resolvido com uma massa de moldar para a fabri-

cação de moldes de fundição para a indústria de fundição com as caracterís-ticas da reivindicação 1. Aperfeiçoamentos vantajosos da massa de moldarsão objeto das reivindicações dependentes.

A massa de moldar de acordo com a invenção, contém comocomponente essencial um vidro de borossilicato. Surpreendentemente, foidemonstrado, que através da adição de vidro de borossilicato pode ser obti-do um nítido aperfeiçoamento da superfície de peças fundidas, isto é, o nú-mero ou intensidade de falhas de fundição pode ser nitidamente reprimido.Através da fração de vidro de borossilicato na massa de moldar, a formaçãode nervuras laminares, bem como a tendência à penetração podem ser qua-se eliminadas. Uma outra vantagem da adição de vidro de borossilicato àmassa de moldar é a superfície particularmente lisa da peça de fundição,que é obtida na fundição. Os artigos conformados ou molde de fundição fa-bricados a partir da massa de moldar de acordo com a invenção, apresen-tam uma alta estabilidade mecânica, de modo que o perigo de quebrar ocorpo moldado ou o molde de fundição ao ser retirado da ferramenta demoldar ou a erosão do molde de fundição durante o envasamento do metallíquido pode ser nitidamente reduzido em comparação com as moldes defundição conhecidos até agora.

A massa de moldar de acordo com a invenção, pode ser forma-da tanto como mistura de semiproduto moldado para a fabricação de moldesde fundição, como também como goma. Além do vidro de borossilicato, amassa de moldar de acordo com a invenção, contém um semiproduto mol-dado bem como um adesivo, com o qual a massa de moldar pode ser endu-recida. Preferentemente utiliza-se como semiproduto moldado, um semipro-duto moldado resistente ao fogo.

Como semiproduto moldado resistente ao fogo podem ser utiliza-dos, por exemplo, silicatos de alumínio, por exemplo, refratários em forma defibra ou também areia de quartzo, de oxido de zircônio ou de minério de cromo.Além disso, também podem ser usados semiprodutos moldados resistentes aofogo fabricados sinteticamente, tais como, por exemplo, mulita (χ AI2O3. y S1O2,com χ = 2 até 3 e y = 1 até 2; fórmula ideal: AI2SiO5). Também é possível, apli-car areia de fundição preparada como semiproduto moldado.

Em uma concretização da massa de moldar como goma de a-cordo com a invenção, os semiprodutos moldados inorgânicos usuais podemser usados como semiproduto moldado para as gomas. Como semiprodutomoldado são apropriados, por exemplo, óxidos minerais, tais como córundo,magnesita, mulita, quartzo ou cromita, silicatos, tais como silicato de zircô-nio, olivina ou argila refratária, bem com coque ou grafita.

Na escolha dos semiprodutos moldados, em si, não há limita-ções. Todos os semiprodutos moldados usuais podem ser usados para mis-turas de semiprodutos moldados ou gomas.

Como outro componente, a massa de moldar de acordo com a in-venção, contém um adesivo para endurecer a massa de moldar. Também aquino campo da técnica de fundição, utilizam-se adesivos usuais. Caso a massade moldar de acordo com a invenção, seja desenvolvida como mistura de se-miproduto moldado para a fabricação de artigos conformados ou moldes defundição, podem ser utilizados adesivos, tais como são utilizados, por exemplo,no processo cold-box, hot-box ou warm-box. Por exemplo, o vidro solúvel tam-bém pode ser utilizado como adesivo. Preferencialmente, utilizam-se adesivosorgânicos. Caso o vidro solúvel seja utilizado como adesivo, a massa de moldarde acordo com a invenção, não contém em uma forma de concretização, espe-cialmente em uma forma de concretização como mistura de semiproduto mol-dado para a fabricação de corpos moldados ou de moldes de fundição, nenhumoxido de metal em forma de partícula, especialmente nenhum óxido de metalem forma de partícula, que é selecionado do grupo de dióxido de silício, óxidode alumínio, óxido de titânio e óxido de zinco. Caso a massa de moldar de a-cordo com a invenção, é desenvolvida como goma, utilizam-se como adesivos,por exemplo, derivados de amido, derivados de lignina, resinas naturais, resi-nas sintéticas ou materiais plásticos.

A fração do semiproduto moldado ou do adesivo é selecionadadentro de faixas usuais. Em uma forma de concretização como mistura de se-miproduto moldado para a fabricação de corpos moldados ou de moldes defundição, usualmente o semiproduto moldado está contido em uma fração de50 - 99,7% em peso, preferentemente de 80 até 99,5% em peso e o adesivo,em uma fração de 0,3 até 20% em peso, preferentemente de 0,5 até 10% empeso, em cada caso em relação ao peso da massa de moldar. Em um desen-volvimento da massa de moldar de acordo com a invenção, como goma, o se-miproduto moldado está contido em uma fração de 50 até 98% em peso, prefe-rentemente de 60 até 90% em peso e o adesivo, em uma fração de 2 até 10%em peso, preferentemente de 3 até 5% em peso, em cada caso em relação àfração do semiproduto moldado da goma, isto é, sem solvente.

Além dos componentes mencionados, a massa de moldar deacordo com a invenção, ainda pode conter outros componentes usuais, porexemplo, um mineral de argila, grafita, dextrinas, óleos minerais e outros.

As características vantajosas da massa de moldar de acordo coma invenção, já podem ser observadas com proporções muito baixas de vidro deborossilicato. Preferentemente, o vidro de borossilicato está contido na massade moldar em uma fração de pelo menos 0,001% em peso, preferentemente depelo menos 0,005% em peso, especialmente de pelo menos 0,01% em peso,em relação ao semiproduto moldado ou na goma em relação à fração de maté-ria sólida. A fração do vidro de borossilicato é preferentemente selecionadamenor do que 5% em peso, de modo especialmente preferido, menor do que2% em peso e de modo muito particularmente preferido, dentro de uma faixa de0,01 até 1% em peso, em cada caso em relação ao semiproduto moldado ouna goma, em relação à fração de matéria sólida.

O vidro de borossilicato pode estar contido na massa de moldarde acordo com a invenção, em forma de um granulado ou de um pó. O diâ-metro da partícula do granulado ou do pó é selecionado preferentemente demaneira tal, que o diâmetro médio D50 se encontra na faixa de 5 - 500 μm,de modo especialmente preferido, de 10 - 250 μm. O diâmetro médio D50pode ser determinado com processos usuais, por exemplo, através de análi-se de peneira ou granulometria a laser. A finura do granulado ou do pó éselecionada de modo especialmente preferido de maneira tal, que o resíduoem uma peneira com largura de malha de 350 pm importa no máximo em10% em peso e o resíduo em uma peneira com largura de malha de 200 μηιimporta no máximo em 20% em peso.

De acordo com uma forma de concretização particularmente pre-ferida, o vidro de borossilicato está contido na massa de moldar em forma demicroesferas ocas. Por microesferas ocas entendem-se, nesse caso, esféru-Ias ocas com um diâmetro na ordem de grandeza de preferentemente 5 -500 μιτι, de modo especialmente preferido, 10 - 250 pm, cuja casca é for-mada de vidro de borossilicato. De modo preferido, as microesferas ocassão enchidas com hidrogênio, ar ou um gás inerte, por exemplo, nitrogênioou misturas de nitrogênio e dióxido de carbono.Preferentemente, as microesferas ocas apresentam um diâmetro

de menos do que 200 pm. O tamanho das microesferas ocas pode ser de-terminado, por exemplo, através de análise de peneira.

Preferentemente, as microesferas ocas apresentam uma espessu-ra de parede de 5 - 30%, especialmente de 6 - 20% de seu diâmetro externo.

Preferentemente, as microesferas ocas apresentam uma densi-dade específica de menos do que 1,2 g/ml, de modo especialmente preferi-do, menos do que 0,5 g/ml.

As microesferas ocas contidas na massa de moldar de acordocom a invenção, podem ser formadas de vidro de borossilicato usual. Prefe-rentemente, o vidro de borossilicato contém 2 até 10% em peso, de oxido desódio e óxido de potássio, 1 até 10% em peso, de óxido de alumínio, 0 até10% em peso, de óxidos de metais alcalino-terrosos, bem como 60 até 90%em peso, de dióxido de silício. Preferentemente, o vidro de borossilicato a-presenta uma fração de boro, calculada como B2O3, de mais do que 3% empeso, de modo especialmente preferido, de 5 até 15% em peso. Outros com-ponentes podem ser silanos ou siloxanos orgânicos, tais como, por exemplo,metiltrimetoxissilano ou dimetilpolissiloxano.Os inventores presumem, que o vidro de borossilicato, especi-almente quando este está contido na massa de moldar na forma de microes-feras ocas, funde sob a ação da temperatura do metal líquido e com isso,são liberados espaços ocos, os quais podem compensar o aumento de vo-5 lume condicionado pelo aumento de temperatura do semiproduto moldado.

Preferentemente, o ponto de amolecimento do vidro de borossili-cato é ajustado na faixa de menos do que 1500°C, de modo especialmentepreferido, na faixa de 500 até 10OO°C.

Tal como foi elucidado mais acima, a massa de moldar de acor-do com a invenção, pode ser desenvolvida como mistura de semiprodutomoldado para a fabricação de corpos moldados ou moldes de fundição, es-pecialmente de formas e núcleos. Para fixar a massa de moldar, esta con-tém um adesivo usual para a fixação da massa de moldar. Preferentemente,o adesivo é selecionado de adesivos cold-box, adesivos hot-box, adesivosauto-endurecedores e vidro solúvel (adesivos de silicato).

A tendência para a formação de nervuras Iaminares é acentuadode modo particularmente forte nos adesivos cold-box. Por isso, o uso de mi-croesferas ocas de vidro de borossilicato é particularmente preferido naque-las massas de moldar, que contêm um adesivo cold-box.

O adesivo cold-box é selecionado preferencialmente do grupo deresinas de fenol-uretano, as quais podem ser endurecidas por aminas, resi-nas de epóxi-acrila, as quais podem ser endurecidas por SO2, resinas defenol alcalinas, as quais podem ser endurecidas por CO2 ou por formiato demetila. Além disso, o vidro solúvel também pode ser usado como adesivoque, entre outros, pode ser endurecido por CO2, bem como resinas auto-endurecíveis.

De modo particularmente preferido, as resinas de fenol-uretano,que podem ser endurecidas por aminas, são usadas como adesivos. Essesadesivos, em si, são conhecidos pelo técnico. Tais sistemas adesivos sãodescritos, por exemplo, na US 3.409.579 ou na US 4.526.219.

De acordo com uma outra forma de concretização preferida, ovidro solúvel é usado como adesivo. Como adesivo, nesse caso, podem serusados vidros solúveis, tais como já são usados como adesivos em misturasde semiprodutos moldados para a indústria de fundição. Esses vidros solú-veis contêm silicatos de sódio ou potássio dissolvidos e podem ser fabrica-dos através da dissolução de silicatos de potássio e sódio vítreos em água.

O vidro solúvel apresenta preferentemente um módulo de SiO2/M2O na faixade 2,0 até 3,5, sendo que M representa sódio e/ou potássio. Os vidros solú-veis apresentam preferentemente uma fração de matéria sólida na faixa de20 até 50% em peso. O vidro solúvel sólido também pode estar contido namassa de moldar de acordo com a invenção. Para as frações de massa demoldar consideram-se em cada caso apenas as frações de matérias sólidasdo vidro solúvel. Caso o vidro solúvel seja aplicado como adesivo, este podeser endurecido, por exemplo, também por desidratação.

Uma vantagem particular do aditivo de vidro de borossilicato deacordo com a invenção, especialmente na forma de microesferas ocas de vidrode borossilicato para formar uma massa de moldar, consiste em que através daadição de vidro de borossilicato de acordo com a invenção, as característicasde outros aditivos são influenciadas negativamente. Conseqüentemente, alémdo vidro de borossilicato, a massa de moldar de acordo com a invenção, podeabranger conforme uma forma de concretização preferida, pelo menos mais umaditivo para reduzir a formação de nervuras laminares.

Nesse caso, ao menos outro aditivo é preferentemente selecio-nado de compostos orgânicos inflamáveis, mica e óxido de ferro.

De acordo com uma outra forma de concretização preferida, amassa de moldar de acordo com a invenção, abrange um aditivo de pelomenos um ácido orgânico e/ou inorgânico e/ou de uma fonte de ácido.

O tempo de processamento de uma massa de moldar dependede seu pH. Dessa maneira, por exemplo, as bases podem acelerar o pro-cesso de endurecimento da massa de moldar, especialmente no processocold-box. Visto que a adição de microesferas ocas às massas de moldar po-dem causar uma alteração do pH, é possível reagir contra essa alteração dopH e da redução do tempo de processamento da massa de moldar eventu-almente ligada com a mesma adicionando substâncias apropriadas. Issopode ocorrer, por exemplo, através da adição de ácidos orgânicos ou inor-gânicos, mas também é possível a adição de tampões geralmente usuais.Exemplos de tais ácidos são, entre outros, ácido fórmico, ácido acético, áci-do maléico, ácido malônico, ácido fumárico, ácido adípico, ácido benzóico,diversos ácidos graxos, tais como ácido oléico, ácido láurico ou ácido esteá-rico, ácido lático, ácido cítrico, ácido oxálico, ácido bórico, ácido fenolsulfôni-co, ácido para-toluenossulfônico, ácido salicílico, ácido glicólico, ácido glioxí-lico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido fluorídrico ou tam-bém substâncias, que estão à disposição como fontes para os ácidos men-cionados acima, tais como, por exemplo, oxicloreto de fósforo. Nesse caso,na fabricação da massa de moldar, esses ácidos podem ser acrescentadosà massa de moldar em substância ou também como mistura com o semipro-duto moldado e/ou ao adesivo ou também como mistura com outros aditivos.

Segundo uma forma de concretização preferida, a massa demoldar de acordo com a invenção, é desenvolvida como goma. Nesse caso,a goma pode ser desenvolvida tanto como goma de água, como também,por exemplo, como goma de álcool. As gomas de acordo com a invenção,parecem-se essencialmente com as gomas já conhecidas, sendo que, noentanto, adicionalmente microesferas ocas de vidro de borossilicato estãocontidas na goma. A fração da água ou do álcool importa preferentementeem cerca de 20 até 80% em peso, de modo especialmente preferido, 40 até70% em peso. As gomas de acordo com a invenção, contêm componentesusuais, tais como, por exemplo, bentonitas, para ajustar as características defluidez, fibras, grafita, umectantes ou conservantes. Com o uso das gomasde acordo com a invenção, um estalo do revestimento protetor sob a influên-cia do metal líquido, é observado, se de todo, apenas em casos extrema-mente raros.

A massa de moldar de acordo com a invenção, pode conter, a-lém das microesferas ocas de borossilicato, também microesferas ocas deoutros materiais, por exemplo, de silicatos de alumínio. No entanto, preferen-temente, a massa de moldar de acordo com a invenção, contém apenas mi-croesferas ocas de vidro de borossilicato e não microesferas ocas de outrosmateriais.

Um outro objeto da invenção refere-se a um processo para fabri-car um corpo moldado para a indústria de fundição, em que

- é preparado um modelo, o qual corresponde pelo menos a umasecção de uma peça de fundição;

- uma mistura de semiproduto moldado é introduzida no modelo;

- a mistura de semiproduto moldado é endurecida para formarum corpo moldado; e

- o corpo moldado é retirado do modelo.

O processo de acordo com a invenção destaca-se pelo fato, deque pelo menos áreas do corpo moldado, que na fundição do metal entramem contato com o metal líquido, são formadas por uma massa de moldar, talcomo ela foi descrita acima.

Por um corpo moldado para a indústria de fundição entende-segeralmente um corpo moldado, tal como é usado para a modelagem de umapeça de fundição na fundição de metal. Tais corpos moldados são, por exem-plo, moldes e núcleos, bem como também corpos ocos, tais como alimentado-res ou elementos de alimentação. Por moldes de fundição entendem-se mol-des, tais como são aplicados diretamente para a fundição de metal. Tais mol-des de fundição podem ser compostos de vários corpos moldados.

A característica essencial do processo de acordo com a inven-ção, é que a fabricação do corpo moldado é efetuada de maneira tal, quepelo menos as áreas, que durante a fundição entram em contato com o me-tal líquido, apresentam uma fração de vidro de borossilicato, especialmentemicroesferas ocas de vidro de borossilicato.

Isso pode ser obtido de diferente maneira. De acordo com umaprimeira forma de concretização do processo, a mistura de semiproduto mol-dado para a fabricação do corpo moldado consiste integralmente de umamassa de moldar, tal como foi descrita acima e que apresenta uma fração devidro de borossilicato. Tal como já foi esclarecido acima, o vidro de borossili-cato é preferentemente introduzido na massa de moldar em forma de micro-esferas ocas. Nesse caso, na fabricação da massa de moldar, as microesfe-ras ocas de vidro de borossilicato podem ser acrescentadas à massa demoldar em substância ou também como mistura com o semiproduto moldadoe/ou com o adesivo ou também como mistura com outros aditivos. Na fabri-cação da massa de moldar, devido à capacidade de carga mecânica relati-vãmente baixa das microesferas ocas, altas forças de cisalhamento não de-veriam atuar sobre a massa de moldar, para evitar uma destruição prematu-ra das microesferas ocas.

Dessa maneira, a massa de moldar pode ser introduzida no mo-delo de modo tal, que apenas partes do modelo são preenchidas com amassa de moldar, a qual contém vidro de borossilicato, enquanto o volumeremanescente é preenchido por uma mistura de semiproduto moldado, que élivre de vidro de borossilicato. Preferentemente, no entanto, todo o corpomoldado é fabricado a partir de uma massa de moldar, a qual contém vidrode borossilicato, especialmente na forma de microesferas ocas. Nessa formade concretização, obtém-se, então, um corpo moldado, no qual o vidro deborossilicato é distribuído homogeneamente em todo o volume, por exemplo,em forma de microesferas ocas.

Nesse caso, o modelo para a fabricação do corpo moldado cor-responde a um modelo, tal como já foi descrito na parte preliminar, em que omodelo também inclui junto a caixa de fundição.

De acordo com uma outra forma de concretização do processode acordo com a invenção, a massa de moldar descrita acima é aplicada naforma de uma goma como revestimento do molde. Nesse caso, o corpo mol-dado para a indústria de fundição pode ser fabricado a partir de uma misturade semiproduto moldado, que contém também microesferas ocas de vidrode borossilicato ou que é livre de microesferas ocas de vidro de borossilica-to. Nesse caso, a goma é aplicada sobre o corpo moldado endurecido ou onão endurecido com processos usuais, por exemplo, por atomização, reves-timento ou através de imersão do molde de fundição na goma.

Um outro objeto da invenção refere-se a um corpo moldado paraa indústria de fundição, formado de um semiproduto moldado resistente aofogo, caracterizado pelo fato de que pelo menos em segmentos do corpomoldado, que em um processo de fundição entram em contato com o metallíquido, está contido vidro de borossilicato. No processo de acordo com ainvenção, já foi esclarecido, que o vidro de borossilicato pode estar contidoapenas em segmentos externos do molde de fundição ou do corpo moldado,por exemplo, em forma de um revestimento de semiproduto moldado fabri-cado a partir de uma goma ou pode estar presente distribuído homogenea-mente em todo o corpo moldado ou em todo o molde de fundição.

Tal como já foi esclarecido acima, o vidro de borossilicato estápreferentemente contido em forma de microesferas ocas de vidro de borossi-licato no corpo moldado ou no revestimento do molde fabricado a partir deuma goma.

Particularidades em relação às características das microesferasocas já foram mencionadas acima.

Um outro objeto da invenção refere-se ao uso de um molde defundição para a indústria de fundição, tal como foi descrito acima e que podeser eventualmente formado a partir de vários corpos moldados, para fundiruma peça de fundição. Nesse caso, o processo é efetuado de maneira usu-al. Inicialmente, é fabricado um molde de fundição, no qual pelo menos asáreas, que entram em contato com o metal líquido, são formadas de umamassa de moldar, a qual contém vidro de borossilicato, especialmente emforma de microesferas ocas. Nesse molde de fundição, verte-se, então, ometal líquido. Como metais podem ser usados, em si, todos os metais, quesão usuais para a fundição de metal. Como metais podem ser usados metaisleves, tais como alumínio ou magnésio, que apresentam um ponto de fusãorelativamente baixo ou também metais com um ponto de ebulição mais ele-vado, tal como ferro fundido ou aço. O uso das microesferas ocas em mol-des de fundição ou gomas não é limitado a um determinado tipo de fundição,mas sim, abrange todos os tipos de fundição da fundição leve até o aço. Omolde de fundição de acordo com a invenção ou o corpo moldado de acordocom a invenção para a indústria de fundição é usado de modo particular-mente preferido para a fundição de ferro, pois aqui obtêm-se temperaturasmais elevadas do que na fundição de metal leve.Além disso, a invenção é detalhadamente esclarecida com baseem exemplos, bem como com referência às figuras anexas. Nesse caso,mostram:

figura 1: uma representação fotográfica da superfície de corposde teste (os chamados núcleos de cúpula), que são obtidos na fundição deferro, na qual foi usado um corpo moldado não gomado, que continha aditi-vos, que foram parcialmente substituídos por microesferas ocas de vidro deborossilicato;

figura 2: uma representação fotográfica da superfície de corposde teste (os chamados núcleos de cúpula), que são obtidos na fundição deferro, na qual foi usado um corpo moldado gomado. O revestimento do mol-de foi desenvolvido uma vez sem e uma vez com microesferas ocas de vidrode borossilicato.

Métodos de análise:

Determinação da densidade específica:

Um cilindro de gás graduado, cortado na marcação de 1000 ml épesado vazio. Em seguida, a substância a ser medida é envasada de umasó vez com auxílio de um funil para pó, de maneira que acima da margemsuperior do cilindro medidor forma-se um cone de alimentação. O cone dealimentação é alisado com auxílio de uma régua e o material aderente nolado externo do cilindro é removido. O cilindro é novamente pesado. A dife-rença de peso corresponde à densidade específica.Diâmetro médio de partículas (dgo):

O diâmetro médio de partículas é determinado através de difra-ção de laser em um Mastersizer S, Firma Malvern Instruments GmbH, Her-renberg, Alemanha, de acordo com dados do fabricante.

Para os seguintes ensaios foram usadas microesferas ocas devidro de borossilicato do tipo Q—Cel 5020FPS da Firma OMEGA MineraisGermany GmbH. As microesferas apresentam uma cor branca, um tamanhode partículas na faixa de 100 - 200 μηι, uma densidade efetiva de 0,14 -0,70 g/cm3, um coeficiente de termodilatação de 9 χ 10"6/°C e uma dureza(Mohs) de 3,5 até 4,0. O tamanho médio do grão das microesferas ocas im-porta em 40 μιτι. A resistência à pressão importa em 4 Mpa.

Para a avaliação das massas de moldar, prepara-se em cadacaso uma fundição do núcleo da cúpula. Para isso, prepara-se a partir deuma massa de moldar, que consiste em 20 kg de areia de quartzo 100 TH25, bem como adesivo 160 g de Novathen® 155 e 160 g de Novathen®(ASK GmbH, Hilden, Alemanha), um núcleo principal redondo com núcleo detampa e núcleo de vazamento, que incluem um espaço oco cilíndrico comum diâmetro de 310 mm e com uma altura de 157 mm. No fundo do espaçooco cilíndrico, 5 núcleos de cúpula em forma de cúpula, que apresentamuma altura de 50 mm e um diâmetro de 500 mm, são fixados por meio de umadesivo. Os núcleos de cúpula são fabricados em cada caso a partir da mas-sa de moldar a ser examinada. O molde é montado, em que inicialmente osnúcleos de cúpula são colados no fundo do espaço oco do núcleo principal eo espaço oco é fechado com o núcleo de tampa. No núcleo de tampa estáprevista uma abertura circular com um diâmetro de 20 mm. O núcleo de va-zamento em forma de funil é fixado, então, sobre o núcleo de tampa de ma-neira tal, que o funil leva para a abertura de vazamento do núcleo de tampa.O processo de fundição é efetuado por meio de fundição de força de gravi-dade. A temperatura de fundição importa em cerca de 1410 - 1430°C. Otempo de fundição importa em cerca de 10 segundos, o peso da peça fundi-da em cerca de 15 kg.

Exemplos 1 a 3 e exemplo comparativo 1: Uso de microesferas ocas de vi-dro de borossilicato em areias de moldar

Para a série de ensaios, a areia de quartzo (Quartzwerke GmbH,Frechen), tipo H 32, foi inicialmente adicionada com os aditivos a serem e-xaminados e depois com um adesivo cold-box (Isocure® 366 (parte I) e Iso-cure® 666 (parte II) da Fa. Ashland-Südchemie-Kernfest GmbH (ASK). Otempo de mistura por componente importou em um minuto. A combinaçãodos aditivos atingiu 0 - 2,0% em relação ao peso total da areia. O sistemaadesivo foi acrescentado em frações de 0,8 - 0,9% por parte. O processo deendurecimento foi efetuado por meio de gaseificação de amina. Para isso, ocatalisador 700 da Firma ASK foi conduzido através da caixa do núcleo comuma pressão de enxágue de 2 bar (0,2 MPa).

Para o exemplo comparativo 1 preparou-se uma mistura semaditivo. Para os exemplos 1 a 3 foram utilizados, em cada caso, aditivos ob-teníveis da ASK Hilden, Alemanha à base de amido (exemplo 1), mica (e-xemplo 2) bem como granulado de madeira de lei (exemplo 3). Os aditivosforam testados em cada caso puros (exemplo (a)), bem como modificadoscom 2,5% de Q-Cel® (exemplo (b)).

Como metal de fundição foi usado ferro (GG 25). A temperaturade fundição encontrava-se entre 1420 e 1430°C. O tempo de fundição impor-tou em 10 segundos.

Os dados do ensaio estão reunidos na tabela 1.Tabela 1: Ensaios de fundição com corpos moldados não gomados.

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Os corpos de teste obtidos estão representados fotograficamen-te na figura 1. Nesse caso, a figura 1 mostra em cada caso duas imagens docorpo de prova, sendo usadas diferentes direções de exposição.

No exemplo comparativo, isto é, sem adição de um aditivo, foiobservada apenas uma pequena penetração, reconhecível pela superfícielisa do corpo de prova. No entanto, ocorreu uma formação muito forte denervuras laminares, que é reconhecível nas imagens fotográficas como ner-vuras nítidas na superfície do corpo de prova.

No exemplo 1 A, no qual foi acrescentado amido puro como aditi-vo, não se observou nenhuma formação de nervuras laminares. Na imagemfotográfica não se reconhecem nervuras na superfície do corpo de prova. Asuperfície é uniformemente empenada. No entanto, ocorre uma penetraçãode média intensidade do ferro no molde de fundição. Esta pode ser reconhe-cida na imagem fotográfica da superfície áspera do corpo de prova, atravésda qual a luz incidente é intensamente dispersa.

No exemplo 1B, no qual o Q-Cel® foi acrescentado com uma fra-ção de 2,5% em peso, de amido como aditivo, não é observada nenhumaformação de nervuras laminares. A superfície é uniformemente empenada enão apresenta protuberâncias pontiagudas. O corpo de prova mostra umasuperfície de fundição limpa, reconhecível na reflexão uniforme, levementeespelhada da luz.

Caso seja usada mica como aditivo, tal como no exemplo 2A,não se observa, na verdade, nenhuma formação de nervuras laminares. Noentanto, o corpo de prova mostra fortes erosões, reconhecíveis na formairregular do corpo de prova.

Se além da mica, tal como no exemplo 2B, são acrescentas mi-croesferas ocas Q-Cel® como outro aditivo, não se observa nenhuma forma-ção de nervuras laminares. Observa-se uma superfície de fundição limpa docorpo de prova. Esta é reconhecível na imagem fotográfica na superfície le-vemente refletiva do corpo de prova.

No exemplo 3A é usado um granulado de madeira de lei comoaditivo. Não se observa nenhuma formação de nervuras laminares. Tal comomostra a imagem fotográfica, no entanto, ocorre uma forte penetração doferro líquido no molde de fundição. A superfície do corpo de prova é muitoáspera e dispersa fortemente a luz incidente.

Caso sejam acrescentadas microesferas ocas Q-Cel ao granula-do de madeira de lei como outro aditivo, tal como no exemplo 3B, não seobserva nenhuma formação de nervuras laminares. A superfície do corpo deprova é lisa, reconhecível na reflexão da luz incidente.

Em todos os tipos de aditivos, obteve-se uma nítida melhora dasuperfície de fundição com adição muito pequena de microesferas ocas Ο-Cel. Aqui, sob circunstâncias, é mesmo possível desistir da goma no caso depeças fundidas de paredes finas ou núcleos gomados de maneira fina.

Exemplo 4 e 5: Uso das microesferas ocas em gomas

A uma goma que já age muito bem contra a formação de nervu-ras laminares, foram acrescentadas microesferas ocas Q-Cel®. Para isso,foram preparados núcleos de cúpula de areia, aditivo e resina cold-box demodo correspondente à descrição abaixo. Como goma foi utilizada a Kern-top® WV 02101OB comercial da Fa. Ashland-Südchemie Kernfest GmbH. Noexemplo 4 foi usada a goma pura, enquanto que no exemplo 5 a goma foiacrescentada com 0,3% em peso, de microesferas ocas Q-Cel®. Dessa ma-neira, as gomas foram ajustadas na viscosidade, para que sejam obtidas asmesmas espessuras de camada na imersão. As condições do ensaio, bemcomo os resultados, estão reunidos na tabela 2.Tabela 2: Ensaios de fundição com corpos moldados gomados

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Os corpos de prova obtidos estão representados fotograficamen-te na figura 2. No exemplo 4 observa-se uma leve tendência; à formação denervuras laminares. A superfície do corpo de prova é levemente fosca. Ocor-re uma leve penetração do ferro líquido para o corpo moldado. Ao adicionarpequenas quantidades de microesferas ocas de vidro de borossilicato, nãose observa mais nenhuma formação de nervuras laminares. A superfície dovidro é lisa, reconhecível na reflexão da luz na superfície do corpo de prova.

Claims (20)

1. Massa de moldar para a fabricação de moldes de fundiçãopara a indústria de fundição, abrangendo pelo menos:- um semiproduto moldado resistente ao fogo;- um adesivo para endurecer a massa de moldar;- uma fração de um vidro de borossilicato.

2. Massa de moldar de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada pelo fato de que o vidro de borossilicato está contido na massa de mol-dar em uma fração de pelo menos 0,001% em peso, em relação ao semi-produto moldado resistente ao fogo.

3. Massa de moldar de acordo com a reivindicação 1 ou 2, ca-racterizada pelo fato de que o vidro de borossilicato está contido na massade moldar na forma de miçroesferas ocas.

4. Massa de moldar de acordo com a reivindicação 3, caracteri-zada pelo fato de que as miçroesferas ocas apresentam um diâmetro médiode menos de 200 μm.

5. Massa de moldar de acordo com uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizada pelo fato de que as miçroesferas ocas apresentam uma es-pessura de parede de 5 - 30% de seu diâmetro externo.

6. Massa de moldar de acordo com uma das reivindicações 3 até 5, caracterizada pelo fato de que as miçroesferas ocas apresentam umadensidade específica de menos de 1,2 g/ml.

7. Massa de moldar de acordo com uma das reivindicações pre-cedentes, caracterizada pelo fato de que o vidro de borossilicato apresentauma fração de boro, calculada como B2O3, de mais do que 3% em peso.

8. Massa de moldar de acordo com uma das reivindicações pre-cedentes, caracterizada pelo fato de que o vidro de borossilicato apresentaum ponto de amolecimento de menos de 1500°C.

9. Massa de moldar de acordo com uma das reivindicações pre-cedentes, caracterizada pelo fato de que o adesivo é selecionado de adesi-vos Cold-Box, adesivos Hot-Box, adesivos de silicato, especialmente vidrosolúvel e adesivos auto-endurecíveis.

10. Massa de moldar de acordo com a reivindicação 9, caracteri-zada pelo fato de que o adesivo Cold-Box é selecionado do grupo da resinasde fenol-uretano, resinas epóxi-acrila, resinas de fenol alcalinas, vidro solú-vel e resinas auto-endurecíveis.

11. Massa de moldar de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizada pelo fato de que a massa de moldar, além dovidro de borossilicato, abrange pelo menos um outro aditivo para diminuir aformação de nervuras laminares.

12. Massa de moldar de acordo com a reivindicação 11, caracte-rizada pelo fato de que o ao menos outro aditivo é selecionado de compos-tos orgânicos combustíveis, mica e óxido de ferro.

13. Massa de moldar de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizada pelo fato de que a massa de moldar abrange umaditivo de pelo menos um ácido orgânico ou inorgânico e/o uma fonte deácidos.

14. Massa de moldar de acordo com as reivindicações 1 até 8,em que a massa de moldar é formada como goma.

15. Processo para a fabricação de um artigo conformado para aindústria de fundição, em que- é preparado um modelo, o qual corresponde pelo menos a umsegmento de uma peça de fundição,- uma mistura de semiprodutos moldados, a qual contém pelomenos um semiproduto moldado resistente ao fogo e um adesivo, é introdu-zida no modelo,- a mistura de semiprodutos moldados é endurecida para formarum artigo conformado; e- o artigo conformado é retirado do modelo;caracterizado pelo fato de que o processo é efetuado de maneiratal, que pelo menos segmentos do artigo conformado, os quais, na fundiçãode metal, entram em contato com o metal líquido, são formados por umamassa de moldar de acordo com uma das reivindicações 1 até 14.

16. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que a mistura de semiprodutos moldados introduzida no modeloé formada por uma massa de moldar de acordo com uma das reivindicações-1 até 13.

17. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que após a retirada do artigo conformado do modelo, pelo me-nos áreas do artigo conformado, que no processo de fundição entram emcontato com o metal líquido, são cobertas còm uma massa de moldar deacordo com uma das reivindicações 1 até 14.

18. Artigo conformado para ã indústria de fundição, formado deum semiproduto moldado resistente ao fogo, caracterizado pelo fato de quepelo menos nos segmentos do artigo conformado, que no processo de fundi-ção entram em contato com metal líquido, está contido vidro de borossilicato.

19. Artigo conformado de acordo com a reivindicação 18, carac-terizados pelo fato de que o vidro de borossilicato está contido na forma demicroesferas ocas.

20. Uso de um artigo conformado para a indústria de fundição deacordo com uma das reivindicações 18 ou 19, em um processo para a fundi-ção de uma peça de fundição de um metal.