MATERIAL DE MOLDEO, MEZCLA DE MATERIALES DE MOLDEO PARA FUNDERIA Y PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACION DE UN MOLDE O DE UNA PIEZA MOLDEADA EN BRUTO.

Material de moldeo o pieza moldeada en bruto para fines de fundición,

consistente en 1-10% de aglutinante a base de silicato de metal alcalino, un árido de 1-10% en peso de dióxido de silicio amorfo, esférico y disuelto, resto arena silícea con una granulometría de 0,01-5 mm, en donde el dióxido de silicio amorfo está presente en forma esférica, en donde la proporción de partículas con 45 o más micrómetros de diámetro es de a lo sumo 1,5% en peso, y sobre la superficie del dióxido de silicio amorfo está configurada una fase de expansión que presente un espesor de 0,5-1%, referido al diámetro medio de los granos

Material de moldeo, mezcla de materiales de moldeo para fundería y procedimiento para la fabricación de un molde o de una pieza moldeada en bruto.

La invención se refiere a un material de moldeo o pieza moldeada en bruto para fines de fundición, consistente en 1-10% de aglutinante a base de silicato de metal alcalino, un árido de 1-10% en peso de dióxido de silicio amorfo, disuelto, resto arena silícea con una granulometría de 0,01-5 mm, así como a un procedimiento para la fabricación de material de moldeo o piezas moldeadas en bruto.

Por el documento DE 10 2004 042 535 se conoce una mezcla de materiales de moldeo de la clase antes mencionada. En dicho documento se describe una mezcla de materiales de moldeo que proporciona una resistencia mecánica en verde mejorada y una estabilidad frente a la humedad de las piezas moldeadas en bruto fabricadas a partir de ella, sin afectar esencialmente a las resistencias mecánicas finales frente a un aglutinante de vidrio soluble sin dióxido de silicio amorfo.

A partir del documento WO 2005/012203 se conoce un procedimiento con el que se puede producir un molde o una pieza moldeada en bruto utilizando compuestos de óxido de silicio amorfos. Para ello, el compuesto amorfo se dispone con al menos una base, otros aditivos tales como organosilicatos de metales alcalinos y una arcilla en forma de plaquitas como material base en un sistema bicomponente y se mezcla. Con ello se forma una fase de expansión sobre la superficie de las partículas de SiO₂ amorfas que conduce a un aumento de la resistencia mecánica de la pieza verde en bruto.

A partir del documento EP 1 122 002 se conoce un procedimiento para la fabricación de cuerpos moldeados, en el que se hace reaccionar un álcali con un óxido de metal en partículas en un molde, bajo formación de metalatos, y seguidamente se seca en la zona de borde del molde bajo solicitación con CO₂, conservándose en el molde una zona de macho que no ha reaccionado. En calidad de óxido de metal en partículas, que constituye en esencia el molde consolidado, puede utilizarse, en particular, silicato fumante.

Una elevada resistencia al flujo de un material de moldeo o de una mezcla de materiales de moldeo determina, durante su carga en un molde en una máquina de hacer machos, un flujo irregular, en el que la corriente de material de moldeo se somete a velocidades de flujo y fuerzas de cizalladura que varían bruscamente. Un flujo irregular puede afectar negativamente a la calidad del amoldamiento, en particular en el caso de perfiles finamente divididos y la superficie de la pieza moldeada en bruto. Además, la afluencia irregular puede provocar una densidad irregular de la pieza moldeada en bruto fabricada. La densidad irregular determina un comportamiento en la solidificación desfavorable de la pieza moldeada en bruto y puede tener como consecuencia tramos de la pieza moldeada en bruto parcialmente porosos y capacidades de conducción térmica no homogéneas.

A partir del documento DE 10 2004 042 535 se conoce adaptar la capacidad de flujo de una mezcla mediante aditivos en forma de plaquitas tales como, p. ej., grafito o MoS₂. Sin embargo, con ello se incrementa el riesgo de reticulaciones irregulares, dado que, en particular los aditivos en forma de plaquitas, pueden formar durante el secado puentes de aglutinante a lo largo de sus caras que se extienden de forma plana, delimitadas localmente con partículas adyacentes del material de moldeo. Los puentes de aglutinante entre las superficies laterales de aditivos en forma de plaquitas de este tipo y las partículas adyacentes del material de moldeo se ven sometidos a oscilaciones impredecibles en cuanto a su número, tamaño y estabilidad en comparación con puentes de aglutinante que se configuran directamente entre partículas del material de moldeo. Una reticulación local, adicional, de este tipo, de grupos de partículas del material de moldeo a través de plaquitas modifica las propiedades de la pieza moldeada en bruto de una forma localmente no controlable. En el caso de una distribución irregular con grupos de partículas del material de moldeo de elevado grado de reticulación ya no se garantiza un comportamiento uniforme del molde secado en la fundición. Así, un grupo de partículas del material de moldeo puede formar, mediante aditivos en forma de plaquitas, fuertes puentes de aglutinante individuales, que reticulan firmemente entre sí varias partículas dentro del grupo de partículas. Con ello, se pueden producir seguidamente desde defectos en la fundición hasta el fracaso de la pieza moldeada en bruto.

Por otra parte, los aditivos en forma de plaquitas ponen a disposición en la mezcla de materiales de moldeo, a través de su forma geométrica, las superficies de deslizamiento necesarias para la mejora de la fluencia. La composición y elaboración de una mezcla de materiales de moldeo se han de coordinar con exactitud según el estado conocido de la técnica en el caso de aditivos en forma de plaquitas en series de ensayos complejas con las propiedades de la pieza moldeada en bruto a fabricar tal como, p. ej., un macho de arena.

Los machos de arena requeridos en la fundería se fabrican en máquinas de hacer machos. En este caso, un material de moldeo, que contiene arena del macho, aglutinante y áridos, se dispara a alta velocidad en una caja de machos mediante expansión repentina de un volumen de aire comprimido delimitado.

Con el fin de alcanzar tiempos de cadencia lo más breves posibles y una carga económica de las instalaciones se incrementó de forma continua la velocidad con la que se dispara la arena del macho.

En este caso resulta problemático el transporte de material y la compactación del material de moldeo en la caja de machos. Moldes para machos de configuración compleja con porciones excavadas de pequeñas dimensiones ya no son rellenados por completo o lo son de forma irregular por las altas velocidades de disparo.

Procedimientos según el estado conocido de la técnica describen, para la solución de este problema, medidas tales como compactación subsiguiente, procedimientos de disparo de varias etapas o materiales de moldeo reactivos, parcialmente líquidos, que se endurecen lentamente en la caja de machos. Estas medidas están ligadas a una complejidad del equipo incrementada y/o a tiempos de cadencia mayores, lo cual perjudica una producción acelerada y económica de machos, moldes o piezas moldeadas en bruto. Además, se puede controlar difícilmente la reticulación por parte de los materiales de moldeo reactivos. Para que tenga lugar una reacción de reticulación que discurra de modo uniforme debería hacerse reaccionar la mezcla de materiales de moldeo homogéneamente con un espesor uniforme de capa. Por el contrario, las piezas moldeadas en bruto están expuestas, en su configuración espacial, a un reparto deliberado y localmente distinto del calor durante el proceso de fundición. Por lo tanto, la reacción de reticulación en un material de moldeo reactivo es, a menudo, irregular. El calor de la reacción liberado durante la reacción, así como productos de reacción tales como, p. ej., agua o CO₂, afectan en este caso al transcurso de la reacción. Con ello se producen, en zonas de diferente grosor de las piezas moldeadas en bruto, reticulaciones distintamente marcadas de las partículas de los materiales de moldeo que, de nuevo, afectan a las propiedades de la pieza moldeada en bruto durante el proceso de fundición. Piezas de fundición complejas requieren, al utilizar materiales de moldeo reactivos, transcursos de la fabricación complejos y controlados de forma precisa de las piezas moldeadas en bruto, con el fin de poder proporcionar propiedades suficientemente uniformes de las piezas moldeadas en bruto para la fundición.

La reticulación no sólo juega un papel importante para la resistencia mecánica alcanzable, sino también para el posterior comportamiento en la desintegración. Por una parte, el material de moldeo o la pieza moldeada en bruto debe alcanzar una elevada resistencia en verde en un tiempo muy breve. Por otra parte, el macho fabricado debe resistir elevadas solicitaciones térmicas durante el proceso de fundición, sin que pierda su exactitud dimensional. Una vez efectuado el vaciado en el molde, la estructura del macho debe, sin embargo, presentar buenas propiedades de desintegración, es decir, debe poder ser reducido a sus componentes originales con medios lo más sencillos posibles.

Es misión de la presente invención desarrollar un material de moldeo o una pieza moldeada en bruto o bien un procedimiento para su fabricación, con los...

1. Material de moldeo o pieza moldeada en bruto para fines de fundición, consistente en 1-10% de aglutinante a base de silicato de metal alcalino, un árido de 1-10% en peso de dióxido de silicio amorfo, esférico y disuelto, resto arena silícea con una granulometría de 0,01-5 mm, en donde el dióxido de silicio amorfo está presente en forma esférica, en donde la proporción de partículas con 45 o más micrómetros de diámetro es de a lo sumo 1,5% en peso, y sobre la superficie del dióxido de silicio amorfo está configurada una fase de expansión que presente un espesor de 0,5-1%, referido al diámetro medio de los granos.

2. Material de moldeo o pieza moldeada en bruto según la reivindicación 1, caracterizado porque el diámetro medio de los granos del dióxido de silicio amorfo se encuentra en un intervalo de 10 a 45 micrómetros.

3. Material de moldeo o pieza moldeada en bruto según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dióxido de silicio amorfo presenta un grado de pureza de más del 85%.

4. Material de moldeo o pieza moldeada en bruto según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dióxido de silicio ajustado a un pH alcalino presenta sobre la superficie grupos oxígeno cargados negativamente.

5. Material de moldeo o pieza moldeada en bruto según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque entre el dióxido de silicio ajustado a un pH alcalino y la arena silícea están configurados puentes de aglutinante a través de centros de unión adicionales.

6. Material de moldeo o pieza moldeada en bruto según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agente alglutinante presenta un contenido en hierro, aluminio o cadmio de 0,01-0,50%.

7. Procedimiento para la fabricación de un material de moldeo o pieza moldeada en bruto para fines de fundición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, en calidad de árido, SiO₂ amorfo, esférico y disuelto, con una proporción de partículas con un tamaño de grano de más de 45 micrómetros de como máximo 1,5% en peso, se transfiere a una suspensión con un contenido en sólidos de 20 a 70% de dióxido de silicio y, con ello, se ajusta un valor del pH de 9-14, porque el dióxido de silicio amorfo se mantiene durante el tratamiento alcalino durante al menos 4 minutos hasta que se haya formado una fase de expansión sobre la superficie del dióxido de silicio, porque el dióxido de silicio se mezcla homogéneamente con arena del molde y aglutinante, obteniéndose una mezcla que presenta 1-10% de aglutinante sobre una base de silicato de metal alcalino, 1-10% en peso de dióxido de silicio amorfo, resto arena silícea, porque el dióxido de silicio, con la arena del molde y el aglutinante, se inyecta a presión en una caja de moldes y se seca para formar un macho final.

8. Procedimiento según la reivindicación precedente, caracterizado porque la superficie del dióxido de silicio amorfo se disuelve, ampliándose en un 2% el diámetro medio de los granos del dióxido de silicio y configurándose una fase de expansión que presenta, de manera correspondiente, un espesor de 0,5-1%, referido al diámetro medio de los granos.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el tratamiento para la configuración de la fase de expansión, comenzando en un valor del pH establecido entre 9 y 14 ha finalizado como máximo a los 10 minutos.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el valor del pH establecido entre 9 y 14 se reduce con una variación máxima de 0,1 pH por minuto.