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PROCESSO DE CAIXA-FRIA
ISOCURE
Revisão : ABRIL de 2003
INTRODUÇÃO Estas
informações estão compiladas como uma breve familiarização e um programa de treinamento sobre o uso de materiais aglomerantes do processo caixa-fria ISOCURE na prática geral de fundição.
OBSERVAÇÃO: A Ashland não garante ou não afirma que há adequação do produto, como especificado neste manual, para qualquer aplicação específica. A determinação da adequação da especificação a seguir a qualquer uso particular é somente de responsabilidade do usuário.
INTRODUÇÃO
Todos os rótulos e avisos de precauções devem ser lidos e compreendidos por todo o pessoal de supervisão e funcionários antes de usar. Consultar a Ashland Chemical Company e os regulamentos da OSHA (Occupational Safety and Health Administration) para informações adicionais sobre segurança e saúde. O comprador é responsável por estar de acordo com todas as leis e regulamentos locais, estaduais e federais aplicáveis a respeito do uso do produto. Atenção especial deve ser dada às aplicações do consumidor. A liberdade de usar qualquer patente de propriedade da Ashland ou de outros não deve ser pressuposta a partir de qualquer declaração contida neste manual.
UMA DISCUSSÃO EM TRÊS SEÇÕES:
Seção I
O que é o Processo?
Seção II
Seleção dos Melhores Materiais e Condições para a Confecção de Machos
Seção III Solução de problemas do Processo
SEÇÃO I O PROCESSO Operacional Químico Industrial Ambiental
OPERACIONAL É um processo em que os machos ou moldes de areia são curados: Em contato com a superfície do modelo; com reprodução precisa da superfície e formação instantânea de resistência Sem o uso de calor externo Pela passagem de um catalisador gasoso por uma mistura de areia compactada.
QUÍMICO Utiliza três componentes líquidos: A Parte I do processo ISOCURE é uma resina fenólica dissolvida em solventes
A Parte II do processo ISOCURE é uma resina de isocianato dissolvida em solventes
O
Catalisador é um produto químico denominado amina terciária: o Catalisador ISOCURE 700 (TEA, trietilamina) O catalisador vaporizado cura os dois componentes da resina instantaneamente quando passa através do macho.
INDUSTRIAL Atualmente,
é usado para produzir fundidos de aço, ferro e ligas de cobre, alumínio e magnésio.
O
peso dos machos está na faixa de 140 g a 680 kg .
Os
tipos de areia utilizados são sílica, lago, cromita e zirconita.
AMBIENTAL Os
materiais usados não são novos, apesar do Processo Caixa-Fria ser relativamente novo para a indústria de fundição (1968).
As
resinas fenólicas têm sido usadas durante anos nos processos por cozimento (1950), shell (1955) e caixa-quente (1965).
As
resinas de isocianato têm sido usadas no processo nobake de óleo desde 1965.
AMBIENTAL Os
catalisadores de amina têm estado presentes nos aceleradores usados nos processos no-bake de óleo.
As
folhas de dados de segurança dos materiais estão disponíveis, sob pedido, para pessoas das áreas ambiental/higiene industrial/segurança.
SEÇÃO II Seleção dos Melhores Materiais e Condições para a Confecção de Machos
Areia
Resinas e Catalisadores
Aditivos
Mistura
Compactação
Cura
SEÇÃO II Seleção dos Melhores Materiais e Condições para a Confecção de Machos
Descarte do Excesso de Catalisador
Pinturas de Macho e Molde
Estocagem dos Materiais
Manutenção e Limpeza do Equipamento
Compatibilidade do Material
AREIA Tipo:
AFS (Número de finura do grão) Forma do grão A.D.V. (Valor da demanda ácida) e pH Contaminantes
Temperatura
Teor de Umidade
Tipo de Areia NÚMERO DO TAMANHO DE GRÃO Melhor:
Faixas
50 a 60 G.F.N.
típicas de AFS de 40 a 90 porque:
A demanda de resina aumenta com AFS. alto A capacidade de sopro diminui com AFS. alto Há maior geração de gases com AFS . alto e permeabilidade baixa
Tipo de Areia FORMA DO GRÃO
Melhor
para a resistência: redonda
Melhor
para o controle do veiamento: subangular
Tipo de Areia VALOR DA DEMANDA ÁCIDA (A.D.V.)
Melhor:
0a5
Usável:
5 a 20
O
Valor da Demanda Ácida é importante porque: As resinas de caixa-fria reagem prematuramente em ambiente básico A vida de banca diminui com A.D.V. alto
Tipo de Areia pH
Melhor:
O
o mais próximo possível de neutro
pH é importante porque: As areias altamente básicas tendem a diminuir a vida de banca da mistura de areia preparada
Tipo de Areia CONTAMINANTES (ARGILAS, ÓXIDOS, ETC.)
Melhor:
baixos teores de argila ou óxidos
Limites
usáveis encontram-se na faixa:
0 a 0,3% de argila 0 a 0,3% de óxidos
Tipo de Areia RESISTÊNCIA X TEMPO APÓS MISTURA AREIAS
DIFERENTES
Temperatura da Areia Melhor:
Usável:
21°C a 26°C
10°C a 41°C
A
temperatura da areia deve estar na faixa de 10°C a 41°C porque: O aumento da temperatura aumenta a velocidade da reação no silo de areia e no magazine. Conseqüentemente, a areia quente encurta a vida útil A areia em temperatura inferior a 10°C pode causar uma mistura insatisfatória pelo espessamento da resina ISOCURE Parte I
Teor de Umidade da Areia Melhor:
0 a 0,10%
Faixa
normal usável: até e inclusive 0,25%. Acima do teor de 0,25%, a qualidade do macho deteriora rapidamente, pois a umidade causa os seguintes problemas: A água reage com a Parte II A água diminui a fluidez Portanto, a água diminui a resistência, a dureza e a rigidez do macho
Teor de Umidade X Resistência
Teor de Umidade X Vida de Banca
RESINAS E CATALISADOR Resina Parte I
Resina Parte II
Catalisador
Resina Parte I e Parte II Parte
I:
Resina fenólica ISOCURE Parte I em solvente
Parte
II:
Poliisocianatos ISOCURE Parte II em solventes Disponível para adaptar-se ao A.D.V. da areia e às condições de mistura
A
seleção da Parte II depende do A.D.V. e da temperatura da areia porque: Areias com alto A.D.V. encurtam o tempo de banca Areia com alta temperatura encurta o tempo de banca
Vida de Banca X Isocure parte II Vida
de banca é considerada a vida de trabalho usável de uma mistura de areia preparada. Os aglomerantes da Parte II dos sistemas de resina ISOCURE foram modificados para aumentar a vida usável. Resinas com Parte II diferentes têm capacidades diferentes de alongar a vida de banca e exibem resultados de tração diferentes no laboratório. A performance efetiva destas várias resinas Parte II depende das condições da fundição (por exemplo, sistema de fornecimento de areia preparada, tipo de areia, temperatura ambiente, equipamento, etc.).
Catalisador
TEA:
Planejado para uso em alto volume, onde se deseja odor menos agressivo e ponto fulgor mais alto.
Fornecido
em tambores com 150kg e em baldes de 15kg
Dados Comparativos Calculado na Saturação com a Operação do Gerador a 21°C e 15 psig DMEA
TEA
Pressão de vapor (líquido a 20°C)
435 mm
54 mm
% de amina por peso
51,1
11,7
Ft3 N2/lb (dm3 N2/kg ) de amina
13,3 (805,2)
103,5(6313,5)
Ft3 N2/10 cc (dm3 N2/10 cc) de amina
0,2 (5,7)
1,6 (50,9)
Portanto,
o TEA requer 7,8 vezes o volume do gás inerte ou do ar para fornecer a mesma quantidade de amina à caixa de macho e através da areia para curar.
ADITIVOS ADITIVOS DA MISTURA DE AREIA
Há dois tipos gerais de aditivos usados com sucesso no processo caixa-fria da Ashland. Eles são usados para:
1. Modificação das propriedades das areias: Misturas de argila/açúcar (patenteadas) Óxido de ferro vermelho Óxido de ferro preto Inibidores (para Al e Mg)
Para a Modificação da Areia As
misturas de argila/açúcar, materiais em pó disponíveis a partir de várias fontes patenteadas, são usadas principalmente para a supressão de veiamento nos fundidos ferrosos.
Eles
também aumentam a resistência a quente da mistura e são adicionados em teores de 1 a 1,5% com base no peso da areia. Uma adição de 2% pode ser útil em condições severas de veiamento.
Para a Modificação da Areia Óxido
de Ferro Vermelho
0,25% a 3,00% com base no peso da areia são valores típicos usados para eliminar a formação de pinholes subsuperficias em ligas propensas a gás, ou seja, aços de baixo carbono, mas certos graus patenteados eliminam, de fato, a erosão nos canais de ataque. Um óxido de ferro com pureza de 82% ou superior é recomendado.
Para a Modificação da Areia Óxido
de Ferro Preto
tipicamente 0,25% a 3,00% com base no peso da areia é tão efetivo para eliminar pinholes subsuperficiais quanto o óxido de ferro vermelho, mas não requer tanto aglomerante extra para recuperar a resistência perdida devido à adição de finos.
Para a Modificação da Areia Inibidores
requeridos para a fundição de algumas ligas de alumínio e magnésio, são tolerados pelo sistema ISOCURE. Regularmente, usam-se adições de 0,1% a 1,0% de fluorborato de potássio e de 0,25% a 0,50% de enxofre com base no peso da areia.
MISTURA Tipos
de Equipamento
Calibração
Teste
da Qualidade da Areia Misturada
Tipos de Equipamentos de Mistura de Areia Contínuo Melhor flexibilidade da vida de banca e regulagem do peso fornecido: Misturador contínuo de retenção zero com alimentação direta no silo da máquina sopradora. Também em uso misturador contínuo de parafuso simples a velocidade baixa.
Batch Diminuição da variação do nível de aglomerante, melhor eficiência da mistura e das adições secas. Tipos batch podem ser equipados com sistemas de resinas e aditivos manuais ou automáticos. Tipo baixa formação de calor é o preferido, com tamanho de batch não superior ao volume correspondente a 20 minutos de uso da máquina sopradora.
Calibração do Misturador Freqüência:
Checar uma vez por turno, pesando resina e a areia. Manter
a calibração precisa:
Protegendo as aberturas dos tanques (tambores) de detritos, areia e umidade. Localizando os tanques de resina (tambores) próximos às bombas, com tubulações de saída grandes e acima do nível de sucção da bomba. Localizando as bombas e tanques (tambores) em área com temperatura uniforme, ou instalando um controle de temperatura. Instalando filtros nas linhas entre o tanque e a bomba. Mantendo uma atmosfera livre de umidade sobre o tanque (tambor) de resina Parte II com o uso de agente desumidificador (sílica gel) ou nitrogênio.
Testes de Qualidade da Areia Misturada Deve
incluir
Resistência à tração dos corpos-de-prova soprados, espaçadas através da vida de uso da areia (Pressão de sopro e tempos de gasagem específicos) (Tempo de cura específico entre a gasagem e a tração Perda
ao fogo
Como garantia, deve ser checada diariamente a % de umidade, o valor da demanda ácida e a temperatura da areia .( da areia recuperada)
Testando a Qualidade da Areia Misturada Equipamento
típico: Sopradora de bancada com regulador de pressão de sopro Caixa de macho com três cavidades (AFS tipo “osso de cachorro” soprada pela extremidade) Entrada de sopro/cavidade - 1/2” (12,7 mm) de diâmetro interno Linha de divisão vedada Área de vente/cavidade - 0,060 polegadas quadradas (1,5 mm 2)
Placa de gasagem vedada com diâmetro interno da entrada com 3/8” (9,5 mm2)
Testando a Qualidade da Areia Misturada Procedimento
típico:
Registro: tempo de teste, tamanho do batch, kg da Parte I e Parte II, temperatura da areia preparada, resistências à tração (média de três) Sopro e gás: duas caixas (seis corpos-de-prova) dentro de cinco minutos após o término da mistura (Pressão de sopro = 80 psi 2) durante 0,5 segundos (Gás = 1 segundo a 40 psi) (Ar de purga = 4 segundos a 40 psi)
Testando a Qualidade da Areia Misturada Procedimento
típico:
Quebra: três após 30 segundos (depois de tirado da caixa) e três após 30 minutos (tração de 30 minutos) (O tempo de vida de banca é determinado soprando e curando em intervalos de 5 minutos após o término da preparação da mistura; continuar até que os valores caiam para 70% dos valores da areia recém preparada)
COMPACTAÇÃO Buchas
de Sopro
Ventes
Pressão
de Sopro
Buchas de Sopro Preferenciais: Diâmetro interno grande e reto; ou buchas “estranguladas na parte de baixo” para machos muito pequenos e leves. Atualmente, estão em uso com sucesso: Diâmetros internos de 5/8” (15,9 mm) a 1 1/4” (31,7 mm) Aço, com juntas de viton com sede chanfrada Fundidas em uretano ou nylon, roscadas na placa de sopro ou pinadas no flange.
A área total das buchas de sopro é crítica porque: O processo ISOCURE requer densidade alta do macho com baixas pressões de sopro e baixa velocidade da areia
Buchas de Sopro O tamanho da bucha de sopro e sua localização são importantes porque: Buchas de sopro grandes reduzem a velocidade de colisão, reduzem a “limpeza” de resina na caixa Soprar em seções mais profundas de macho reduz a “limpeza” da resina na caixa.
Regra do polegar (mínimo): Macho maciço requer 0,20 polegadas quadradas/libra de areia (2,85 cm2/kg de areia) Macho longo e fino requer 0,35 polegadas quadradas/libra de areia (4,97 cm2/kg de areia)
Ventes Melhor versatilidade: Tipo tela de arame/tecido (25 a 30 mesh)(25 malhas em 25,4 mm). (Contudo, os tipos ranhurados são usáveis e podem ser requeridos para fundidos lisos em algumas áreas não-usinadas ou áreas de contorno da caixa.)
Ventes Considerações importantes na escolha do tipo são: Área aberta: razão entre a área aberta e a área do diâmetro externo Grande diferença entre os tipos: Tipo arame/tecido grosso = 40% aberto Tipo tela = 25% aberto Tipo ranhurado = 13% aberto (média)
Facilidade de limpeza - O tipo ranhurado requer mais tempo de limpeza.
Pressão de Sopro Preferível: baixa, 35 a 45 psi
Apesar de uma variedade de pressões poderem ser usadas, a escolha é importante porque: Quanto menor a pressão de sopro, menos limpeza da resina e menos aderência. Quanto menor a pressão de sopro, menor o desgaste da caixa. Mas o ferramental deve ser projetado para permitir uma baixa pressão de sopro.
CURA Equipamento Pressões Projeto
de Cura
da Tubulação
Secagem
do Ar de Cura
Temperatura Fluxo Razão
de Geração
do Ar de Cura
de Ar Dentro da Caixa de Macho de Cura e Quantidade de Catalisador
Vedações
Equipamento de Geração Tipos
em uso satisfatório: a) Vaporizador (borbulhador) b) Injetor, bomba c) Injetor, temporizado d) Caldeira/proporcionador
Pressões de Cura Melhor
(considerando ferramental adequado)
Máxima, durante a introdução da amina, que não origine furo no macho durante o sopro (típica: 2 psi a 9 psi na entrada da caixa de macho) Máxima na “purga” a alta pressão que não cause vazamentos nas vedações (típica: 15 psi a 30 psi na entrada da caixa de macho)
Pressões de Cura A
escolha da pressão de cura é importante porque: Quanto menor a pressão inicial, mais rica será a mistura catalisador/gás . Na seqüência, quanto maior a pressão de cura, mais rapidamente a mistura catalisador/ar é forçada através do macho devido ao volume maior de ar usado
Injeção de Catalisador e Descarte
AVISO: As conexões diretas estanques à pressão entre os tambores de amina e o equipamento gerador devem ser evitadas, pois uma falha mecânica pode causar pressurização no tambor e rompê-lo. Os tambores nunca devem ser pressurizados.
Projeto da Tubulação de Entrada para a Cura Melhor: Tubulação de tamanho grande (com base no peso da areia) Menor quantidade de cotovelos possível Linha curta do gerador ou acumulador até o câmara de entrada da caixa de macho (desejável de 61 cm a 304 cm) O projeto da tubulação de entrada é importante porque: Tubulação pequena causa tempo de cura muito longo devido ao volume menor da mistura catalisador/ar. O volume de gás afeta as velocidades de cura mais que a pressão
Projeto da Tubulação de Entrada para a Cura Instruções sobre o tamanho da entrada: 0,46 kg a 6,8 kg de areia/sopro - diâmetro de 1” (25,4 mm) 6,8 kg) a 22,7 kg de areia/sopro - diâmetro de 1,25” (32 mm) 22,7 kg a 45,4 kg de areia/sopro - diâmetro de 1,5” (38 mm) Acima de 45,4 kg de areia/sopro - diâmetro de 2” (50,8 mm)
Projeto da Tubulação de Exaustão (exaustão da caixa de macho até a unidade de descarte)
Melhor: Três vezes o volume da linha de entrada no mínimo Uso mínimo de cotovelos e tes O lado da exaustão da caixa de macho deve estar entre 1 psi e -1 psi durante o sopro e a cura
Secagem do Ar de Sopro e Cura Melhor: ponto de orvalho de -46°C à pressão ambiente quando são produzidos machos finos
Usável: Ponto de orvalho até -23°C à pressão ambiente, razoável para secadores resfriados e para a produção de machos com seções grossas (A secagem do ar usado para transportar areia bruta também é importante)
Secagem do Ar de Sopro e Cura A secagem do ar é importante porque: A umidade pode condensar em um magazine de sopro, reagindo, assim, com a resina Parte II e reduzindo a resistência à adesão A umidade enfraquece o macho, pois reduz a compactação.
PRECAUÇÃO: A umidade pode ser originada de diversas fontes: ar de sopro, mistura de ar de gasagem e/ou areia bruta.
Temperatura do Gás de Arraste/Amina & Ar de Cura (PURGA) Preferida: 37,8°C a 66°C na câmara de entrada.
Prática real: Algumas unidades aquecem o ar. A maioria das unidades aquece a tubulação a partir dos geradores vaporizadores .
Temperatura do Gás de Arraste/Amina & Ar de Cura (PURGA) A temperatura do vapor de amina e do ar de cura é importante porque: Quanto mais quente o gás de arraste, mais rica a mistura do catalisador nos geseificadores. Quanto mais quente os tubos de fornecimento, menor a chance do catalisador ou da umidade condensar como líquido. A manutenção da temperatura constante assegura velocidades de cura uniformes
Fluxo de Ar na Caixa de Macho Princípios importantes para o fluxo catalisador/ar: Máxima área prática de entrada Área de exaustão menor que a entrada Comprimento balanceado do fluxo através do macho Não-reversão do fluxo dentro do macho
O fluxo é importante porque: Quanto maior o volume catalisador/ar através de um ferramental adequado, menor o tempo de cura Todo ferramental inadequado (passagem secundária) consome catalisador em excesso. Bom balanceamento do fluxo resulta em baixo odor do catalisador no macho acabado
Fluxo de Ar Simples
Fluxo de Ar Balanceados
Fluxo de Ar - Divisão Vertical
Cálculo da Área de Entrada A área requerida é determinada pelo peso da areia na cavidade e pela configuração do macho.
A área a ser considerada é a área real aberta de ventes mais a área das portas de sopro.
Cálculo da Área de Entrada Regra do polegar (divisão horizontal): Macho maciço: Mínimo de 0,25 polegadas quadradas/lb de areia (3,5 cm2/kg de areia) Macho longo e fino: Mínimo de 0,40 polegadas quadradas/lb de areia (5,7 cm2/kg de areia)
Regra do polegar (divisão vertical): Atua como o maciço: Mínimo de 0,25 polegadas quadradas/lb de areia (3,5 cm2/kg de areia)
Cálculo da área de exaustão: Sempre menor que a área de entrada, normalmente de 60% a 80% da entrada
Cálculo da Área de Entrada
Velocidade de Cura x Área de Exaustão
Velocidade de Cura e Quantidade de Catalisadores Nota: Estas características são interdependentes - o excesso de catalisador pode aumentar a velocidade de cura.
A velocidade de cura que pode ser atingida depende da configuração do macho, peso do macho e eficiência da preparação da caixa de macho (ventilação).
Calculada conforme: kg seg
(de areia soprada na caixa de macho) (aplicação catalisador/ar)
Velocidade de Cura e Quantidade de Catalisadores A quantidade de catalisador requerida depende do peso de areia e da eficiência da preparação da caixa (ventilação).
Calculada conforme: cc 0,454kg
(de catalisador usado por ciclo) (de areia soprada na caixa)
ou conforme: kg de catalisador por tonelada de areia
Velocidade de Cura Objetivada Machos
maciços: acima de 4,54 kg/segundo.
Machos
longos e finos: acima 1,4 kg/segundo.
Quantidade de Catalisador Objetivada Machos
maciços: 0,45 kg ou menos por tonelada de areia, ou seja, 0,66 cc/kg. Machos
longos e finos: 0,72 kg por tonelada de areia, ou seja, 1,10 cc/kg. Na
prática: média dos dados reais de produção em operações corretas devido a diferenças na preparação (ventilação e vedação). Machos
maciços: Na faixa de 0,45 kg/ton a 0,90 kg/ton
Machos
longos e finos: Na faixa de 0,77 kg/ton a 1 kg/ton
Quantidade de Catalisador Objetivada Os
fatores principais no projeto do sistema e na preparação da caixa que causam baixa velocidade de cura e alto uso de catalisador são: Linha de suprimento de ar para a caixa muito pequena Tubulação da mistura catalisador/ar do gerador para a caixa, muito pequena Distribuição catalisador/ar pobre no coletor de entrada Áreas de ventilação da caixa de macho muito pequenas (exaustão ou entrada) Localização incorreta dos ventes da caixa de macho (passagens secundárias catalisador/ar) Exaustão da caixa de macho e tubulação de descarte muito pequena ou muito longa
Vedações Tipos disponíveis: Formatos variáveis de vedações por compressão
A escolha de vedação de baixa compressão, ou seja, 2-5 psi é importante devido à possível interferência no fechamento da caixa e/ou movimento da caixa após a compactação.
A vedação apropriada é extremamente importante porque minimiza o tempo de cura, o uso de catalisador e o tempo de parada.
DESCARTE DO EXCESSO DO CATALISADOR Tipos
de Unidades
Tamanho
Controle
da Tubulação de Exaustão
de Vapores no Local de Trabalho
Tipos de Unidades Mais aceitas: Operação do Lavador de Gás Amina/Ácido Torres compactas (instalações multimáquinas) Borbulhadores de alta velocidade (máquina simples)
Outros: Pós-queimadores da chama de gás (não recomendados) Chaminé aberta (não recomendada por razões ambientais)
Tipos de Unidades Operação do Lavador de Gás Amina/Ácido
O seguinte procedimento pode ser usado para produzir o volume mínimo de concentrado e do subproduto consistentemente nos lavadores ácidos usados para remover a amina dos gases de exaustão da caixa de macho associados com o Processo Ashland:
Tipos de Unidades 1. O lavador de gases deve ser carregado com uma solução de ácido sulfúrico e água. Se trietilamina for o catalisador, a solução deve conter 23% em peso de ácido sulfúrico 66 Baumé de grau técnico (95%). Quando a dimetiletilamina for usada, a concentração de ácido deve ser de 29%. O volume no lavador de gás deve ser colocado no nível normal de operação. Se a solução ácida for preparada no lavador, carregar a água em primeiro lugar, seguida pela adição lenta de ácido sulfúrico com boa agitação. Calor considerável pode ser gerado quando se mistura ácido sulfúrico com água. 2. À medida que a unidade opera e o volume diminui pela evaporação da água, somente água deve ser adicionada para manter o volume da operação.
Tipos de Unidades 3. O pH é monitorado continuamente e, quando aumenta a acima de 4,5, o ácido é consumido. O lavador deve ser completamente drenado e recarregado como mostrado no item 1 acima. Uma pequena quantidade de ácido pode ser carregada neste ponto para estender temporariamente a operação se a drenagem for inconveniente.
A solução consumida no lavador de gás contém um pouco de ácido sulfúrico livre e deve ser manuseada como um líquido corrosivo. O contato com bases fortes deve ser evitado.
Tamanho da Tubulação de Exaustão Melhor: três vezes a área da linha de entrada de gasagem (mínimo) Discussão: Tamanho e projeto que não formam contrapressão ou vácuo maior que 1 psi durante o sopro ou cura Um mínimo de cotovelos e tes Muita contrapressão do lado da exaustão reduz a velocidade de cura. Muita sucção durante a cura faz com que ventes de exaustão sejam obstruídos com resina e que o ar de cura forme canais através da areia.
Controle de Vapores no Local de Trabalho Mais eficiente: caixa de macho ventilada com a tubulação de exaustão direta para o lavador de gás.
Suplementar: Sopradora ou máquina fechada na cabina de exaustão Coifas de exaustão nas linhas de divisão.
Usável (mas não recomendado): Ventilação geral e ventiladores - somente se o sistema de gasagem e exaustão da caixa for mantido estanque.
PINTURAS DE MACHOS &MOLDE Tipos
de pinturas de macho
Secagem
pós-pintura
Tipos de Pintura de Macho Muitos tipos de pintura de macho (imersão, pincel ou aspersão) podem ser usadas com certas precauções. Com base em água: Deve ser aplicada o mais rapidamente possível após a cura para a obtenção de melhores resultados Os tipos com baixo molhamento têm performance melhor Devem ser secas para remover toda a água o mais rapidamente possível após a aplicação Alta compactação dos machos é muito importante para prevenir a perda de resistência O uso de areia recém preparada é muito importante para prevenir a perda de resistência O uso de ar de sopro e cura com baixo ponto de orvalho é muito importante para prevenir a perda de resistência e a deterioração na estocagem.
Tipos de Pintura de Macho Remoção do solvente por secagem ou chama Deve ser aplicado 30 minutos ou mais após a cura para a obtenção de melhores resultados. Deve-se deixar que os solventes evaporem antes da fundição
Secagem Pós-Pintura Melhor: de 121°C a 177°C circulação de ar na estufa.
com alta velocidade de
Discussão: As pinturas podem ser eliminadas em alguns fundidos porque os machos ISOCURE não são “molhados” pelo ferro tão rapidamente quanto alguns outros sistemas aglomerantes A secagem é usada somente para remover a água da pintura, pois os machos ISOCURE curam completamente por toda a seção durante a gasagem e não requerem pós-cura Aquecimento prolongado acima de 177°C pode causar perda de resistência
Contudo, o aquecimento em estufas com baixa circulação de ar (alta concentração de vapor) pode promover o empenamento em machos finos.
ESTOCAGEM DE MATERIAIS Contaminação
Risco
Pessoal
Contaminação O problema de contaminação mais comum que ocorre é causado pela água. É sério porque a água reage com um componente aglomerante (ISOCURE Parte II), gerando CO2 Para prevenir: § Estocar em recinto coberto § Estocar os tambores lateralmente ou de cabeça para baixo
Contaminação O segundo problema de contaminação mais comum é causado pelas resinas de caixa-quente e catalisadores. É sério porque estes materiais reagem, degradando o sistema de aglomerante, e estão freqüentemente presentes nas mesmas áreas de estocagem Para prevenir: § § § §
Ter cuidado para evitar derramamentos Usar containeres de medição limpos Tanque, linhas e bombas com código de cores Estações de bombeamento seguras; a responsabilidade deve ser delegada a uma pessoa
Deve-se prestar atenção aos regulamentos Federal (OSHA), Estadual e Local sobre o manuseio/estocagem de combustíveis e líquidos inflamáveis.
Risco Pessoal Resinas Parte I e Parte II (no estado líquido)
§
Contêm solventes de petróleo que secam a
pele § Contêm produtos químicos que irritam a pele, olhos e o sistema respiratório.
Risco Pessoal Resinas Parte I e Parte II (no estado líquido) Evitar: Derramamentos, respiração de vapor, contato com a pele e olhos Usar: Luvas resistentes ao desgaste e óculos de segurança contra respingos de produtos químicos ao manusear Limpar: Derramamentos no corpo ou na roupa, lavar os olhos por 15 minutos e consultar o médico se respingar nos olhos. Lavar a roupa antes de reutilizar Consultar: Folhas de Dados de Segurança para outras informações com respeito à saúde/segurança de produtos ISOCURE.
Risco Pessoal Catalisador TEA (no estado líquido): É amina pura líquida (odor de amônia) Queima a pele e os olhos Os vapores irritam os olhos e o sistema respiratório Evitar: Derramamentos, respiração de vapor, contato com a pele, olhos e roupa Usar: Luvas resistentes ao desgaste, óculos de segurança contra respingos de produtos químicos e aventais ao manusear
Risco Pessoal Limpar: Derramamentos no corpo; tirar imediatamente a roupa e os sapatos contaminados e consultar um médico. Lavar a roupa antes de reutilizar. Descartar sapatos contaminados. Lavar os olhos imediatamente por 15 minutos. Consultar um médico.
O TEA é um líquido alcalino corrosivo inflamável, e deve ser estocado em área com rótulo vermelho, longe de calor, centelhas e chamas, além de ser protegido contra a luz direta do sol. É um catalisador amina terciária com odor característico forte similar à amônia. Os vapores de amina são mais pesados que o ar e tendem a fluir e concentrar em áreas baixas. Deve ser providenciada ventilação para manter o nível de contaminação do ar abaixo dos valores limites permitidos. O nível de exposição permitido de trietilamina pela OSHA é de 25 ppm.
Risco Pessoal Catalisador TEA (durante a operação da máquina sopradora de macho: Catalisadores (TEA ): onde o catalisador amina estiver presente no ar como vapor, não no estado líquido como nos tambores. Catalisadores (TEA ): onde o catalisador amina estiver presente no ar como vapor, não no estado líquido como nos tambores.
Valores de TEA (Trietilamina)
Concentração PPM
% em Vol.
Nível detectável (médio)
~1
~ 0,00001
Nível normal de operação
1-4
0,00001 0,00004
Nível desagradável
10
0,00010
Nível de exposição permitido pela OSHA (TWA)
25
0,00025
Desconforto intenso
50
0.00050
12.000 - 80.000
1,2 - 8,0
Limite de inflamabilidade
Comparação do TEA com outros Gases e Vapores Comum Fonte de Informação Substância
OSHA-PEL ACGIH-TLV
Metileno bis fenilisocianato
0,02 ppm - C
Acroleína (estufamento de macho de óleo) Formaldeído (caixa-quente)
0,02 ppm - C
0,1 ppm - TWA 0,1 ppm - TWA 3 ppm - TWA 5 ppm - C
2 ppm - C
10 ppm (desvio acima C - 30 minutos) Dióxido de enxofre
5 ppm - TWA
2 ppm - TWA
Fenol (Processo shell)
5 ppm - TWA
5 ppm - TWA
Amônia (Processo shell)
50 ppm - TWA 25 ppm - TWA
Trietilamina (TEA, caixa-fria)
25 ppm - TWA 25 ppm - TWA
Monóxido de carbono (fusão)
50 ppm - TWA 50 ppm - TWA
MANUTENÇÃO E LIMPEZA Contaminação Bombas,
Tanques e Linhas
Misturadores Equipamento
de Compactação
Equipamento
de Cura
Contaminação Durante a transferência dos líquidos ISOCURE:
Não Usar: Qualquer solvente de limpeza que contenha água ou álcool.
Canecas ou latas contaminadas com água, álcool, lubrificante de borracha, sabão líquido, resinas de caixaquente, óleos de macho ou containeres não aprovados para uso com materiais inflamáveis no caso do catalisador de amina.
Contaminação Durante a transferência dos líquidos ISOCURE:
Usar: O limpador Metal Cleaner para amolecer as incrustações de areia ou resina e, então, raspar e remover o excesso. (Não usar o limpador de Metal Cleaner sobre borracha ou plástico, especialmente em fiação elétrica.)
Bombas, Tanques e Linhas Tomar precauções contra a contaminação durante toda a limpeza.
Antes de qualquer parada de uma semana ou mais, drenar as resinas Parte I e Parte II de todos os tanques de operação expostos ao ar (lavar com Solvente de Linha Ashland). Os solventes evaporarão destes materiais se não forem deixados limpos, deixando um resíduo espesso de obstrução da bomba.
Misturadores
Limpar todas as incrustações de resina/areia diariamente ou quando necessário. Não usar água. Usar Limpador Metal Cleaner , se necessário, e raspar.
Equipamentos de Compactação (Sopradoras) Limpar o magazine de areia e as telas da válvula de exaustão diariamente Limpar o gargalo do magazine de areia e as áreas da válvula de sopro diariamente Limpar os silos de areia diariamente, ou instalar linhas de silos de plástico.
(Não usar o limpador de Metal Cleaner sobre borracha ou plástico, especialmente em fiação elétrica.)
Equipamentos de Cura (Geradores, Tubulações) Inspecionar as bombas de dosagem do catalisador quanto a vazamentos diariamente Inspecionar a linha de injetores de catalisador quanto a vazamentos ou infiltrações, instalar registros positivos nos pontos baixos. Limpar ou trocar os filtros da linha de ar/barreiras de água semanalmente ou quando necessário (Não usar o limpador Metal Cleaner sobre borracha ou plástico, especialmente em fiação elétrica.)
COMPATIBILIDADE DOS MATERIAIS Isocure
I
Isocure
II
Catalisador
TEA
Resinas : Isocure I e II Aceitável
Não recomendado
Polietileno de alta densidade
Borracha* VITON1
Nylon tipo II
Borracha Buna N/Polietileno CI /S
Polipropileno
Neopreno de borracha EPT
TEFLON1, TFE e FEP
Borracha de nitrilo; borracha de silicone
Ferro fundido ligado
TYGON2 PVC
Ligas de alumínio
Latão
Tubo preto schedule 40
Aço inoxidável
Cobre
*Indica certa compatibilidade. Testar antes do uso.
Catalisador : TEA Aceitável
Não recomendado
Nylon tipo II
Polietileno de alta densidade*
TEFLON1, TFE e FEP
Polipropileno*
Tubo preto schedule 40
Ferro fundido ligado*
Aço inoxidável
Borracha buna N
Borracha EPT
Marca registrada de E.I. DuPont de Nemours and Company
Neopreno
2
Polietileno CI/S
Borracha de nitrilo Silicone TYGON2 PVC Ligas de alumínio *Indica certa compatibilidade Latão Testar antes do uso.
Cobre
1
Marca registrada de The Norton Company
SEÇÃO III Solução de Problemas
Tempo de parada excessivo para limpeza das caixas de macho
Tempos de cura longos
Machos não-curados na extração
Uso excessivo de catalisador
Excessivo odor de amina
Alto refugo de macho na máquina e deterioração na estocagem
TEMPOS DE CURA LONGOS O que é tempo de cura excessivo com ISOCURE? Se considerarmos que tempo de cura é o total de:
a) introdução do catalisador, b) completar a cura, c) tempo de purga, então, qualquer intervalo de tempo superior a 5 segundos é geralmente excessivo para pesos de sopro entre 0,45 kg e 9,08 kg.
TEMPOS DE CURA LONGOS
TEMPOS DE CURA LONGOS O tempo total de cura pode ser 25% ou menos do tempo total sopro-a-sopro de uma máquina de confecção de machos. Por exemplo, um macho pequeno produzido em uma sopradora rápida pode ter um tempo sopro-a-sopro de 17 segundos, dos quais 13 segundos devotados ao movimento da máquina e 4 segundos requeridos para a cura. Um macho grande pode ter a mesma proporção relativa de tempo requerido para a cura.
TEMPOS DE CURA LONGOS As diferenças de tempo de cura entre as classes de peso são atribuídas à capacidade inadequada dos geradores disponíveis ou do equipamento de descarte da amina. Se um volume de ar suficiente estiver disponível, machos grandes, de até 14 polegadas de profundidade, curarão praticamente no mesmo tempo que machos pequenos.
Tempo de Cura (casos reais) Tempo em Segundos Peso de sopro
Máquina
Cura
Tempo de Cura
Pequeno (2,4 kg)
( 13 ) ( 4 ) 17 sopro-a-sopro
= 23,5%
Médio (33,6 kg)
( 31 ) ( 10 ) 41 sopro-a-sopro
=
Grande (155,3 kg)
( 68 ) ( 24 ) 92 sopro-a-sopro
= 26,1%
24,3%
Tempo de Cura (casos reais) Em muitos casos, um simples ajuste para cima no nível de catalisador de amina e nas pressões na caixa de macho diminuirá o tempo de cura drasticamente. Para conseguir isto, o primeiro passo é instalar um medidor de pressão de 0 a 30 psi diretamente no câmara de entrada da caixa de macho. Então, seguir as instruções para as pressões de operação durante o ciclo de cura. Normalmente, as pressões baixas são ajustadas em 0-5 psi, e as altas em 15-30 psi.
Pressões de Cura Pressões Típicas na Entrada Baixa: 2 - 5 psi Alta: 15 - 30 psi
Ventilação da Caixa de Macho Área de entrada de ventilação = 3,5 cm2/Kg de areia Área da ventilação = 2,84 cm2/Kg de areia
Em alguns casos, será necessário retrabalhar a ventilação da caixa de macho. Isto envolve a checagem total da área de ventilação, a razão entre as áreas de ventilação da entrada e da exaustão, e o balanceamento do fluxo de gás através do macho. Consultar “Projeto de Ferramental para o Processo Caixa-Fria da Ashland” para recomendações.
MACHOS NÃO-CURADOS NA EXTRAÇÃO
MACHOS NÃO-CURADOS NA EXTRAÇÃO Geralmente, estes pontos não-curados são sintomas que forçam o operador a usar tempos de cura mais longos. Eles significam que o vapor do catalisador não atingiu aquela parte do macho no tempo alocado para o ciclo de cura. A areia destes pontos pode permanecer na caixa de macho. Estender o ciclo de cura ou fazer as alterações discutidas no item “tempos de cura longos” é a ação corretiva.
TEMPO DE PARADA EXCESSIVO PARA LIMPEZA DAS CAIXAS DE MACHO 0 Sem limpeza importante = Bom 16 horas
8 horas Algumas caixas operam durante 3 meses
TEMPO DE PARADA EXCESSIVO PARA LIMPEZA DAS CAIXAS DE MACHO Uma caixa de macho bem projetada e bem operada funcionará, no mínimo, 16 horas sem uma limpeza significativa. Umas poucas caixas operam por períodos longos continuamente durante três meses com somente limpezas menores realizadas na parada da hora do café ou do almoço. A condição básica para isto é um projeto de ferramental apropriado e ajuste no gerador.
“Aderência” á Caixa de Macho
“Aderência” á Caixa de Macho A questão, de fato não é a “aderência” à caixa de macho, e sim a “não-aderência” do macho quando ele é extraído da caixa. Uma laminação no lado da tampa ou a escassez de resina líquida no fundo é a causa real. Esta espécie de aderência não pode ser evitada pela aplicação de mais desmoldante. Esta ação trata o sintoma e não a causa.
Agravamento da “Aderência”
Agravamento da “Aderência” Entretanto, este sintoma é agravado pela baixa densidade do macho; um exemplo é um macho esponjoso no lado da tampa. Também torna-se mais severo com um teor de resina muito alto, que promove, de fato, machos de baixa densidade e proporciona excesso de resina para remoção.
“Aderência” devido ao Movimento da Caixa
“Aderência” devido á Alta pressão prematura A aderência do lado da tampa é freqüentemente causada pela separação entre a caixa da tampa e a do fundo em fer-ramental dividido horizontal-mente, ou pela vibração da caixa inteira após o sopro. Ela começa na tampa ou nos ventes de entrada e pode expandir atra-vés da tampa inteira em modelo tipo casca. Isto raramente ocorre em ferramental dividido verti-calmente com fechamento contínuo entre o sopro e a cura.
“Aderência” devido á Alta pressão prematura
“Aderência” devido á Alta pressão prematura Aderência com uma aparência similar pode ocorrer somente nos ventes de entrada e é causada por uma aplicação prematura de ar de cura de alta pressão. Se a camada curada de areia não for suficientemente espessa quando a alta pressão a atingir, uma laminação ocorrerá em frente aos ventes, separando esta areia do resto do macho. Isto pode acontecer tanto na divisão horizontal quanto na vertical.
USO EXCESSIVO DE CATALISADOR
O
uso de catalisador TEA acima de 0,81 kg por tonelada de areia, ou 1,32 cc/kg de areia, deve ser considerado excessivo. O mesmo aplica-se ao uso do catalisador . Caixas bem ventiladas usadas com equipamento de cura projetados e ajustados podem operar até com pequenas quantidades, como 0,66 cc/kg de areia com TEA .
USO EXCESSIVO DE CATALISADOR
Uso excessivo de catalisador Tipo de catalisador
Uso de amina (c/ base na areia) kg/ton
cc/kg)
TEA
0,82
1,32=exc.
TEA
0,43
0,66=bom
USO EXCESSIVO DE CATALISADOR
USO EXCESSIVO DE CATALISADOR
As
duas causas principais do alto consumo de catalisador são: primeiro, ventilação da caixa, que permite a passagem de ar através de seções finas do macho; e, segundo, pressões de cura que são muito baixas para forçar a amina a expandir na câmara de entrada.
Causado por Ventilação Desbalanceada
Causado por Ventilação Desbalanceada Um efeito similar ao de uma derivação de seção pequena ocorrerá se a área de ventilação de exaustão em uma caixa dividida horizontalmente for maior que a área de ventilação de entrada. Isto permite que o vapor flua através da parte do macho que tem a resistência mínima e, normalmente, resulta em pontos não-curados que variam de posição em cada sopro. Normalmente, o uso de catalisador em excesso corrige esta condição.
Caixa de Macho Gasada pela Borda
Caixa de Macho Gasada pela Borda Em contraste, o balanço da área de ventes não é tão crítico nas caixas de macho sopradas na borda e curadas na borda. Com a localização correta dos ventes, a resistência da areia ao fluxo de gás formará contrapressão suficiente dentro do macho para permitir difusões laterais mesmo quando a área de exaustão for um pouco maior que a área de entrada.
Caixa de Macho Gasada pela Borda
Caixa de Macho Gasada pela Borda A maioria das condições que originam derivações e falta de pressurização da caixa é exagerada pelo uso de um alto vácuo aplicado no lado da exaustão da caixa. Esta aplicação, apesar de planejada puramente para a remoção da amina, tem o efeito de reduzir a resistência da areia ao fluxo de gás. Isto reduz a difusão lateral do catalisador. A melhor operação na câmara da exaustão é com +1 psi a -1 psi durante a cura a alta pressão.
Devido a Vazamento do Ferramental Uma causa decisiva do alto consumo de catalisador pode ser vazamento na linha de divisão ou um vazamento entre a câmara de entrada e o lado da entrada da caixa. Um vazamento na vedação da porta de sopro de uma caixa soprada pela borda com cura cruzada tem o mesmo efeito. Toda a amina que vaza para a atmosfera não pode ser usada para curar a areia.
Devido a Vazamento do Ferramental
ODOR EXCESSIVO DE AMINA
Há
três fontes principais de odor irritante similar ao da amônia nos arredores das máquinas de produção de caixafria: a) vazamentos de líquido no equipamento do gera-dor, b) vazamentos de vapor no ferramental, e c) amina residual deixada no macho após a purga.
Vazamentos de Líquidos A
eliminação dos vazamentos de amina é um problema de aperto da tubulação, manutenção das vedações das válvulas e conservação das peças do gerador em uma cabina vedada. Esta cabina deve estar sob pequena pressão negativa em relação ao coletor de pó ou da fonte de sucção mais próxima.
Vazamentos de Vapor pelo Ferramental Os
vazamentos de vapor no ferramental, além de contribuir para tempos de cura longos e alto uso de amina, são extremamente irritantes para o operador da máquina. A prevenção de contrapressão na tubulação do sistema de cura e as vedações adequadas para o fer-ramental são a resposta, como descrito no “Projeto de ferramental”. Algumas máquinas têm (28,3 a 56,6 L/min.) abaixo da ventilação de tiragem instalados em localzações estratégicas para contrabalançar um vazamento ocasional.
Amina Residual no Macho Um
macho curado e purgado uniformemente deixará odor de amina fracamente detectável quando sai da máquina. Alto odor residual é causado primeiramente pela ventilação inadequada da caixa de macho e, em segundo lugar, pela aplicação de muita amina em conjunto com muito pouco volume de ar de cura/purga. Tempos de cura longos corrigirão isto até que o ferramental possa ser modificado
ALTO REFUGO DO MACHO NA MÁQUINA E DETERIORAÇÃO NA ESTOCAGEM Caixa-fria
= 60% da resistência / Shell = 40% da resistência / Caixa-Quente = 25% da resistência (na extração) O
alto refugo de macho devido a machos fracos ou com baixa dureza ao risco pode ser um problema em machos de caixafria, mas não é predominante. Contra-saídas no ferramental, ajustes incorretos nos mecanismos de extração e manuseio grosseiro após a cura são fontes de quebra nos machos de shell e caixa-quente, além dos machos de caixa-fria. Estes não podem ser descuidados apesar de que, quando manufaturados corretamente, os machos de caixa-fria, ao sair da máquina, geralmente alcançam resistência mais alta que os machos de shell ou caixa-quente
ALTO REFUGO DO MACHO NA MÁQUINA E DETERIORAÇÃO NA ESTOCAGEM
Baixa Densidade e Quebra A
quebra alta é freqüentemente associada à baixa densidade do macho e normalmente é identificada por área esponjosa ou porosa na região de quebra. A correção é feita por ajuste da pressão de sopro ou modificação do ferramental, por balanço entre as buchas de sopro e a ventilação. Apesar da areia de caixa-fria ser extremamente fluida, o ferramental deve ser projetado para utilizar a vantagem deste fator. O aumento do teor de resina pode efetivamente diminuir a resistência do macho se a densidade for baixa.
Baixa Dureza ao Risco A
baixa dureza ao risco em áreas localizadas é mais freqüentemente causada pela baixa densidade nestas áreas. Entretanto, a baixa dureza e resistência gerais são freqüentemente causadas por uma mistura deficiente ou pelo uso da areia muito tempo após ser misturada.
Devido à Mistura - Dificiente de Areia Uma
deficiência na mistura da areia pode ser originada pelo uso de areia úmida, de mistura incompleta ou de falha na proporção de resina na areia. Todas estas deficiências produzem os mesmos resultados visíveis no macho.
Devido à Areia Úmida
Teores
de umidade na areia acima de 0,2% resultam em dureza de risco significativamente baixa. Acima deste nível, a vida útil da mistura de areia é encurtada com uma perda drástica da dureza durante a estocagem do macho.
Devido à Mistura incompleta A
dureza ao risco baixa ou a friabilidade pode ser causada por uma distribuição incorreta da resina na areia ou pela areia bruta que entra no misturador sem resina. Temperaturas de areia abaixo de 10°C podem causar grumos da resina Parte I durante a mistura em misturadores tipo pá ou misturadores de alta intensidade, com retenção zero.
Devido ao Baixo Teor de Resina ou Desbalanceamento O
teor baixo de resina total causará o mesmo problema, e o nível requerido depende da angularidade e finura da areia. Um desbalanceamento na proporção de resina da Parte I para a Parte II, inferior a 50% ou superior a 60% da Parte I, produz resultados inferiores ao ótimo. Abaixo
de 1,8% Subangular
Abaixo
de 1,5% Lago
Abaixo
de 1,3% Sílica Redonda
Acima
da Razão de 60% da Parte I
Devido à Mistura de Areia Sobreenvelhecida Assim
que as resinas da Parte I e Parte II estão misturadas juntas na areia, ocorre uma cura lenta. A areia deve ser compactada antes que esta cura prossiga por muito tempo, para garantir o máximo de dureza do macho. O intervalo de tempo que não possibilita mais a produção de machos resistentes e duros depende, a maior parte das vezes, da contaminação da areia, temperatura da areia e resina Parte II escolhida.
O meio mais fácil de separar este fator dos outros é através do uso de um laboratório de areia de caixa-fria.
Deterioração do Macho na Estocagem
Deterioração do Macho na Estocagem
A perda de dureza e resistência durante a estocagem de machos não é normalmente um problema com os sistemas de resina atualmente disponíveis, desde que o macho esteja densamente compactado, areia recém preparada tenha sido usada e o ar de sopro e cura tenha um ponto de orvalho à pressão ambiente inferior a -46°C.
Entretanto, como mencionado anteriormente, o uso de areia úmida na mistura encurtará significativamente a vida de estocagem. Isto também ocorrerá se for deixado um alto nível de amina residual no macho acabado quando este macho não for densamente compactado. Normalmente, a amina residual pode estar relacionada à ventilação incorreta da caixa de macho.
Ficha de Trabalho Isocure
