Scopri come la produzione di anime da fonderia con processo inorganico sta offrendo numerosi vantaggi in termini di qualità e durata dei prodotti finali, oltre a un approccio sostenibile per ridurre l’impatto ambientale. Approfondisci le tue conoscenze su questo innovativo processo.
Introduzione
In un contesto fondiario, i sistemi di legatura utilizzati per la formazione delle anime possono essere divisi in base alle proprietà chimiche in due categorie:
- leganti organici
- leganti inorganici
I sistemi leganti organici si basano su resine polimeriche che, attraverso un processo di polimerizzazione, conferiscono alla formatura la resistenza necessaria per l’utilizzo in colata.
Tra i sistemi più utilizzati per la produzione in serie di anime ci sono:
- Cold-Box poliuretanico
- Shell Moulding
- Hot-Box e Warm-Box
Questi sistemi permettono la formazione di anime geometricamente complesse e la produzione di getti altrettanto complessi.
Tuttavia, hanno dei limiti significativi, tra cui: emissioni di sostanze pericolose, cattivi odori e fumi durante la formatura, problemi di combustione e cracking termico durante la colata, con conseguente perdita delle caratteristiche meccaniche e sviluppo di gas che possono compromettere la qualità del getto causando porosità o soffiature.
Al contrario, i sistemi leganti inorganici sono costituiti da prodotti che non subiscono degradazione termica e non sono suscettibili di “bruciare”.
In passato, l’unico sistema inorganico utilizzato per la produzione di anime era il Silicato di sodio, indurito tramite un processo di gasaggio con CO2.
Questo processo è privo di odori sia in formatura che in colata e non emette fumi, odori o sostanze pericolose, ma sviluppa una certa quantità di gas dovuta all’acqua di cristallizzazione e alla scomposizione termica del carbonato di sodio che si forma durante l’indurimento.
Anime inorganiche
Le fonderie sono continuamente attente ad esigenze progettuali e a standard ambientali e di sicurezza rigorosi (UNI EN 13725:2004 e Direttiva 2010/75/UE del Parlamento europeo).
Nel processo produttivo delle anime da fonderia, le difficoltà maggiori sono rappresentate dalla combustione e dal cracking termico dei leganti durante la colata, con conseguente perdita di proprietà meccaniche e formazione di gas, potenziali fonti di porosità e cavità all’interno del getto.
Le emissioni di sostanze pericolose, fumi e odori non sono limitati alla fase di colata, ma riguardano anche la formatura. Nonostante gli sforzi e i miglioramenti nel processo globale, l’attenzione si sta spostando verso l’uso di leganti alternativi, in particolare i leganti inorganici.
I leganti inorganici utilizzano solo acqua come solvente e la loro matrice legante è costituita da una miscela di silicati, fosfati e borati, in percentuali variabili a seconda delle proprietà desiderate.
Le anime inorganiche sono largamente utilizzate in Germania nelle fonderie per l’industria automobilistica, poiché non si creano prodotti di combustione durante la formatura e la colata (fumi, BTX, BTEX, ammine, odori).
Attualmente, in termini di volumi totali, i leganti inorganici costituiscono una quota relativamente bassa dei leganti utilizzati a livello globale, ma il loro utilizzo nelle fonderie è in aumento negli ultimi anni.
Come legante viene utilizzata una soluzione acquosa di silicati di sodio modificati: la maggiore differenza è probabilmente data dall’additivo utilizzato, il cui composto non è specificato.
Legante: silicato di sodio
Il silicato di sodio è un legante ottenuto tramite la fusione di sabbia silicea ad elevata purezza e carbonato di sodio (o potassio) a temperature superiori ai 1300°C, seguendo la reazione:
SiO2 + n Na2CO3 -> SiO2 * n NaO + CO2.
Il prodotto ottenuto è un vetro solubile o water glass, leggermente colorato di verde e blu a causa di impurezze (principalmente ossidi di ferro) presenti in percentuale minore dell’1%.
Disponibile in commercio in forma liquida, viene ottenuto sciogliendo il silicato di sodio in autoclave con vapore a 2-3 bar.
Più è elevato il contenuto di silice, più difficile è la solubilizzazione, che in alcuni casi avviene direttamente durante la produzione.
Il silicato di sodio viene classificato principalmente in base a due grandezze: il modulo (rapporto tra silice e soda) e la concentrazione, e in fonderia anche la viscosità.
In base a come vengono modificati, i silicati possono essere soggetti a quattro reazioni chimiche diverse:
- Idratazione/disidratazione: l’idratazione riguarda l’aggiunta di acqua, mentre la disidratazione è la rimozione dell’acqua. Solo i silicati con una proporzione di SiO2 inferiore a 1Na2O:4SiO2 possono essere sciolti in acqua. Di solito si usa un modulo tra 2 e 3 e acqua nella percentuale di circa il 50%.
I silicati di sodio solubili di valore commerciale includono gli ortosilicati, i metasilicati, i disilicati e altri silicati - Reazione con ioni metallici: La silice solubile reagisce con tutti gli ioni metallici per formare il corrispondente silicato insolubile, stabile a lungo termine
- Precipitazione/gelazione: Le soluzioni liquide di silicati sono destabilizzate quando il pH della soluzione viene portato al di sotto di 10,7 con l’aggiunta di un acido. Il risultato è un colloide o un gel, a seconda della concentrazione
- Modifica della carica superficiale: Questo fenomeno si verifica solo con la silice sciolta, che ha una carica anionica di 2. La silice può donare la sua carica ad altri materiali e caricarli negativamente, causando effetti di dispersione e defloccamento.
Per l’agglomerazione, alcune delle reazioni chimiche descritte possono essere utilizzate.
La quantità di legante necessaria varia in base all’area superficiale delle particelle, alla percentuale di umidità, alla composizione chimica e al metodo di indurimento ed è solitamente compresa tra l’1% e il 4%. Il silicato riveste e lega le particelle tramite disidratazione o gelazione. I legami formati per disidratazione sono vetrosi e resistenti e possono essere disciolti in acqua, salvo post-trattamento a temperature superiori a 250°C.
I legami formati per disidratazione sono resistenti ma dissolvibili in acqua, mentre quelli formati per gelazione sono più deboli ma meno sensibili all’acqua.
Il silicato di sodio è ecologicamente favorevole e non emette odori durante la fase di formatura e colata, tuttavia la difficoltà di distaffatura e sterratura durante la colata può essere risolta con l’aggiunta di additivi.
La scelta del tipo di silicato da usare dipende dal suo modulo, che influenza solubilità, viscosità, pH e altre proprietà.
Processi di indurimento fisico
I processi di asciugatura fisica delle anime con legante inorganico, come Hot-Box e microonde, migliorano la resistenza meccanica del 60-100% rispetto ai processi chimici menzionati in precedenza.
Nel corso di questi processi, il legante diventa un film di vetro che tiene insieme i granuli.
In base alla tecnologia utilizzata, la velocità di reazione varia e di conseguenza può influire sulla robustezza dei legami formati.
I processi di indurimento fisico sono caratterizzati da una scarsa quantità di legante, da periodi brevi di tempo (ad esempio, il tempo di ciclo dell’Hot-Box è tra i 20-70 s a 210°C), e dalla reversibilità parziale dell’asciugatura, che permette una facile eliminazione, come ad esempio tramite assorbimento in acqua.
Tuttavia, l’assorbimento comporta problemi nella conservazione in ambienti con elevata umidità relativa, per questo si usano additivi come prodotti di riduzione dei monosaccaridi e organosilani che aumentano la stabilità a lungo termine delle anime (96 ore) anche con l’81% di umidità relativa dell’aria, nonché la resistenza alla flessione fino al 25%.
L’importanza della quantità e della distribuzione dell’acqua nel sistema legante è un elemento cruciale.
I silicati di sodio sono sistemi colloidali a carattere micellare e le molecole di acqua all’interno non sono uguali.
Possiamo distinguere tre tipi di acqua in base alla quantità di energia per essere rimossa:
- Libera: viene facilmente rilasciata durante il riscaldamento sopra i 100°C
- Debolmente legata: come per l’acqua libera, sopra i 100°C è 100°C
- Strettamente legata: si trova nello strato adsorbito delle micelle e può essere considerata completamente disassociata solo dopo la cottura a 900°C
Il contenuto di acqua libera in soluzione aumenta con la riduzione della concentrazione di ioni Na+. La distribuzione dell’acqua viene determinata attraverso analisi DTA e TG, ma queste tecniche non sono in grado di distinguere tra acqua debolmente legata e libera.
In relazione alla scelta del legante, c’è una relazione tra la resistenza alla flessione (in MPa) e la quantità di legante e il modulo del silicato.
La resistenza a flessione aumenta con l’aumento del modulo.
Questo può essere spiegato in quanto il modulo ha un impatto sulla dimensione delle particelle colloidali e sulla struttura dei silicati:
- Il gel di silicato acido è composto da una combinazione di particelle molto piccole e altre più grandi, per raggiungere il massimo numero di coordinazione delle micelle
- Con l’aumento del numero di particelle piccole, il grado di policondensazione si riduce
- Bassa tensione residua nel gel
- Assenza di prodotti di reazione e una riduzione del contenuto di acqua libera
- Dopo la disidratazione a temperature superiori a 200°C, il contenuto di acqua legata si attesta intorno al 2%.
Additivi
In merito agli additivi, è importante sapere che la solidificazione del legante inorganico ha una certa reversibilità. Questo significa che, in presenza di reidratazione, si ha una distruzione dei legami.
Tuttavia, questo effetto può essere evitato grazie all’uso di additivi, che possono essere di natura organica o inorganica.
La qualità del legante inorganico prodotto da un’azienda dipende soprattutto dall’additivo utilizzato, e spesso le informazioni precise a riguardo non sono disponibili.
La mancanza di additivi causa una disidratazione reversibile che si riflette in un rapido peggioramento della resistenza a flessione delle anime in magazzino.
La perdita di resistenza durante lo stoccaggio può essere espressa con una semplice formula che considera la resistenza a flessione dopo 2 ore (σ2h) e dopo 96 ore di stoccaggio (σ96h): S(96) = [(σ2h – σ96h) /σ2h] *100 (%).
Stabilità termica e superficie dei getti
Avere una superficie di qualità elevata nei getti è un requisito essenziale nella produzione di anime.
I leganti organici hanno un effetto positivo in tal senso poiché la loro stratificazione superficiale a base di antracite forma una barriera protettiva tra il metallo e l’anima, inoltre la loro azione di cushioning che contrasta la pressione metallostatica impedisce la penetrazione del metallo tra i granelli di sabbia.
Questo non è possibile con anime inorganiche, in quanto non vi sono prodotti di combustione e il volume di gas generato (acqua e aria) è molto più piccolo.
Di conseguenza, per le anime inorganiche si rende necessario adottare un altro tipo di soluzione, utilizzando additivi che riducono la bagnabilità dell’anima da parte del metallo e aumentano il grado di compattazione, rendendo così più difficile la penetrazione superficiale.
Emissioni
Durante la produzione di getti, le fonderie devono affrontare non solo la questione di ridurre le emissioni dannose, che può essere risolta usando l’acqua come solvente, ma anche le emissioni di odori.
Per verificare il comportamento delle anime create con processi diversi dopo la colata, è stato sviluppato un metodo di valutazione pratico per misurare le emissioni odorifere, in un progetto finanziato dall’UE in collaborazione con l’Institute for Foundry Practice (IFG).
Vantaggi e problematiche
In sintesi, l’uso di leganti inorganici presenta molti vantaggi:
- Maggiore attenzione all’ambiente per la mancanza di emissioni di prodotti di combustione e cracking termico
- Diminuzione della porosità a gas all’interno dei getti a causa della quantità ridotta di gas emessi
- Eccellente qualità superficiale dei getti, simile o addirittura superiore a quella ottenuta con processi organici
- Riduzione dei costi per la pulizia dell’aria
- Riduzione dei costi per la manutenzione/sostituzione degli strumenti perché non si formano residui di carbonio
- Mancanza di odori durante la formazione e la colata e conseguente miglioramento delle condizioni di lavoro
Non c’è dubbio che il sistema abbia anche gravi problemi: a causa delle loro proprietà naturali, le anime inorganiche tendono ad accumulare umidità dall’aria. Questo materiale cerca di equilibrare la sua umidità con quella relativa dell’ambiente e/o la temperatura.
In condizioni di alta umidità e temperatura ciò significa che la polimerizzazione è parzialmente reversibile, con le anime che possono perdere la loro forza meccanica e rilasciare grandi quantità di vapore acqueo durante la colata.
L’umidità e la temperatura non devono essere valutate singolarmente: con una umidità relativa ambientale costante, temperature più basse favoriscono tempi di stoccaggio più lunghi.
Un’opzione potrebbe essere quella di stoccare le anime in stanze climatizzate, con un’umidità controllata tra il 30% e il 50%.
In breve, ci sono diverse opzioni disponibili, ma il controllo delle condizioni ambientali non è sempre garantito. Queste possono includere:
- Aria condizionata in tutta la fonderia
- Magazzini separati e climatizzati
- Sorveglianza delle aree critiche
- Adattamento del processo produttivo alle condizioni climatiche
- Minima immagazzinazione tramite produzione in linea
- Ottimizzazione dei sistemi di leganti
- Controllo dello spessore del guscio esterno
Oltre alla selezione di leganti e additivi, ci sono altri fattori che possono influenzare la stabilità di stoccaggio delle anime. Un fattore importante è lo spessore del guscio esterno cotto: più è spesso, più stabile diventa l’anima durante la conservazione. La formazione del guscio, che è fondamentale per la sua resistenza finale, può essere controllata attraverso la temperatura e il tempo di permanenza nella cassa. Anche la scelta della sabbia ha un impatto sulla stabilità di conservazione, poiché una sabbia troppo fine indica una maggiore superficie specifica che favorisce l’assorbimento di acqua.
Sabbia
Per quanto riguarda la formatura in inorganico, vi sono diversi tipi di sabbie refrattarie disponibili per l’utilizzo, tra cui:
- Sabbia di cromite
- Sabbia silicea
- Kerphalite
- Sabbia di olivina
- Sabbia ceramica sintetica CERABEADS
- Sabbia di zirconio.
La sabbia silicea è la più comunemente utilizzata, tuttavia, a causa di problemi legati alla dilatazione termica, viene spesso sostituita con la sabbia ceramica sintetica pura o in miscela con la sabbia silicea.
La composizione granulometrica delle sabbie per formature in inorganico
In quanto il legante del sistema di colata non genera gas durante il processo, le anime non hanno bisogno di un’elevata permeabilità, il che significa che è possibile utilizzare sabbie molto fine con ampie distribuzioni granulometriche.
La scelta della granulometria della sabbia deve basarsi su questi fattori:
- Ruvidità desiderata della superficie del getto
- Facilità di riempimento durante la sparata (sabbie troppo fini o troppo grosse possono essere difficili da sparare)
- Facilità di gasaggio (una buona permeabilità permette un’essiccazione più rapida durante la fase di gasaggio)
- Tipo di sistema di colata utilizzato (conchiglia a gravità, bassa pressione o in motta)
E’ possibile utilizzare sabbie molto fini con ampie distribuzioni granulometriche poiché non viene richiesta una permeabilità specifica.
Attrezzatura
Spara-anime
Il sistema inorganico presenta una scorrevolezza simile all’Hot-Box, anche se leggermente inferiore rispetto a quello del Cold-Box poliuretanico.
La pressione di sparata deve essere di almeno 5 ÷ 6 atmosfere con una piastra che abbia un elevato numero di boccole e una camera d’anima che si estenda orizzontalmente.
Si consiglia di prestare attenzione ad eventuali essiccazioni precoci, che possono essere evitate utilizzando aria compressa satura d’umidità o un nebulizzatore d’acqua all’interno della testa di sparo.
Per anime piccole, si raccomanda di utilizzare una testa di sparo con sabbia per 3 ÷ 4 cicli.
Come accennato in precedenza, questo processo può essere considerato un sistema Hot-Box, per cui è necessario che le casse anima siano in metallo, acciaio o ghisa, e che dispongano di un adeguato sistema di riscaldamento.
Le temperature necessarie variano da circa 160°C per anime con sezioni sottili, fino a 200°C per anime facili con aree di spessore elevato.
È fondamentale la progettazione del sistema di sfiato, che deve facilitare il passaggio dell’aria.
Cassa d’anima
La cassa anima può essere riscaldata in diversi modi attraverso:
- L’utilizzo di bruciatori
- L’energia elettrica
- L’olio termico
- Il vapore acqueo
L’utilizzo di bruciatori per il riscaldamento genera anidride carbonica che interagisce con il legante liquido e agevola l’indurimento del composto all’interno delle boccole di sparo.
È cruciale che la distribuzione della temperatura sia uniforme su tutta la superficie della cassa anima.
Gasaggio
Per rendere completa la formatura, occorre un sistema di gasaggio con aria calda.
Sarà quindi necessario disporre di un generatore di aria calda (gasatore) con capacità sia termica che volumetrica elevate.
La pressione del soffiaggio dovrebbe essere tra 2 e 4 bar, con una quantità significativa di aria calda immessa nella cassa anima.
La temperatura dell’aria di soffiaggio dovrebbe essere compresa tra 160 e 200°C.
Rimozione delle anime
Il sistema inorganico è noto per la sua eccezionale rigidità, diventando simile a un vetro una volta che si è essiccato.
Le sue proprietà meccaniche sono solide, con resistenze alla flessione di circa 250 N/cm2 quando viene estratto e di 400 N/cm2 a freddo.
Tuttavia, essendo duro e fragile, non consente alla formatura di assorbire eventuali deformazioni durante l’estrazione.
Per evitare eventuali rotture, le casse anima e gli estrattori devono essere perfettamente allineati e sincronizzati.
Inoltre, occorre prestare particolare attenzione agli angoli di sformo per gli stessi motivi.
Post-curing
Per ottenere spessori elevati, occorrono periodi di gasaggio molto lunghi.
La procedura consigliata in fase di formatura consiste nella formazione solo della superficie esterna e successivo riscaldamento in un forno a una temperatura compresa tra 100 e 130°C per completare il processo di essiccazione delle parti più consistenti.
Essiccare completamente l’interno del prodotto è fondamentale per prevenire la migrazione dell’umidità e preservare le sue proprietà meccaniche, evitando così il rischio di perdite.
Formatura delle anime
In sintesi, il materiale usato per la produzione di anime inorganiche è un legante liquido combinato con un additivo in polvere. Questo legante viene fornito in una soluzione acquosa che richiede una conservazione a temperature superiori ai 5°C e ha una viscosità bassa e una densità compresa tra 1,1 e 1,4 g/cm3.
Per iniziare il processo di formatura, è necessario preparare una miscela omogenea di polveri e legante liquido. La quantità di polvere e legante viene regolata da una vite dosatrice con una cella di pesatura e pompe dosatrici per il liquido.
Le proporzioni consigliate per il legante e l’additivo sono:
- 1,8-2,5% in peso per il legante liquido
- 0,9-1,2% in peso per l’additivo in polvere.
Per evitare che la soluzione legante venga influenzata dal freddo, bisogna mantenere la temperatura dei recipienti di alimentazione al di sopra dei 5°C.
L’utilizzo di sabbia a temperature troppo basse potrebbe ridurre l’efficacia del sistema legante e aumentare i tempi di ciclo. La temperatura ideale per la sabbia dovrebbe essere compresa tra i 15°C e i 25°C.
La macchina che crea le anime (sparaanime) e il mescolatore sono interconnessi tramite una tramoggia che deve essere mantenuta a una temperatura e umidità controllate. Le condizioni climatiche possono causare variazioni nella temperatura e nell’umidità della tramoggia, come verificato da un termoigrometro posizionato presso il miscelatore.
Per evitare che la miscela si indurisca troppo presto all’interno della tramoggia, potrebbe essere necessario installare un nebulizzatore per mantenere l’aria all’interno della tramoggia satura d’acqua.
Inoltre, un impianto di raffreddamento alla base potrebbe essere necessario per mantenere puliti gli ugelli, che potrebbero altrimenti ostruirsi a causa dell’indurimento precoce della miscela.
La zona vicina alla cassa anima riscaldata presenta il rischio di un nuovo indurimento precoce della miscela.
La miscela viene sparata all’interno dello stampo, la cassa anima tramite la macchina spara anime.
La pressione di sparo richiesta è di 4-5 atm e la piastra di sparo deve essere dotata di molte boccole per garantire una scorrevolezza adeguata.
La temperatura delle casse superiori e inferiori varia tra 140°C e 200°C in base alla glanulometria dell’anima e deve essere uniforme sulla superficie dello stampo. Quando la miscela entra in contatto con le pareti dello stampo, si forma un guscio esterno che mantiene la forma e migliora la resistenza all’umidità.
Il processo di indurimento viene supportato e accelerato dal gasaggio con aria calda (120°C – 200°C) a una pressione di 2-4 bar.
La cassa anima deve avere un sistema di sfiati adeguato per il passaggio e lo scarico dell’aria calda.
Dopo 40 secondi circa, il processo di indurimento è completo e la cassa anima può essere estratta manualmente o tramite robot.
Poiché il legante è inorganico, non si verificano residui condensati sulla cassa anima e la pulizia non è necessaria ad ogni ciclo. Se necessario, può essere utilizzato un distaccante.
I parametri di formatura sono specifici per ogni anima, poiché il rapporto superficie/volume varia notevolmente.
Ad esempio, le anime con maggiore spessore (come i vani) richiedono tempi di gasaggio più lunghi e
temperature più elevate.
Procedura di miscelazione
Per ottenere il risultato desiderato, il sistema inorganico è composto da due parti principali:
- Un legante liquido
- Un additivo in polvere
La preparazione dell’impasto richiede una procedura specifica che include:
- La dosatura della sabbia refrattaria nel mescolatore
- L’aggiunta dell’additivo in polvere
- La miscelazione per 10-15 secondi per distribuire l’additivo nella sabbia
- La dosatura della parte liquida
- La miscelazione fino a raggiungere una completa omogeneizzazione
Si sconsiglia di aggiungere la polvere contemporaneamente o dopo la parte liquida, poiché ciò può causare la formazione di grumi che sono difficili da uniformare.
La quantità di legante liquido da utilizzare deve essere determinata in base a fattori come il tipo di legante, la tipologia di sabbia refrattaria (silice, cromite, CERABEADS, ecc.), la granulometria della sabbia refrattaria, la geometria dell’anima da formare e la difficoltà di sparo della miscela.
Stoccaggio delle anime inorganiche
I sali idrosolubili inorganici possono essere reidratati per anime destinate a essere conservate in ambienti a bassa umidità relativa.
L’aggiunta di additivo in polvere riduce la sensibilità alla reidratazione del 60% a 20°C per un periodo massimo di circa 10 giorni (ricetta tradizionale).
Se l’umidità relativa è inferiore, il tempo di stoccaggio aumenta e, in assenza di umidità, le anime rimangono stabili per anni.
Una asciugatura insufficiente e uno stoccaggio inappropriato possono causare:
diminuzione delle proprietà meccaniche
formazione di gas durante la colata.
È possibile recuperare i sali attraverso un ciclo di essiccazione in forno (con attenzione).
Condizioni ottimali:
- Temperatura: 15-25°C
- Umidità: 30%
Anche la temperatura di stoccaggio ha un forte impatto sulla conservabilità: a parità di umidità relativa dell’ambiente, le temperature basse favoriscono uno stoccaggio più prolungato.
Verniciatura delle anime
La verniciatura delle anime prodotte con il sistema inorganico è possibile in diversi motivi, come ad esempio:
- Aumentare la presentazione visiva dei getti
- Applicare le anime in colate a bassa pressione
- Evitare reazioni tra il metallo e la forma
Attualmente, l’uso è limitato agli intonaci refrattari a base alcolica, poiché il legante non è sensibile al solvente delle vernici.
Si stanno inoltre esplorando nuovi sistemi per consentire l’utilizzo di intonaci refrattari a base d’acqua.
Anime in sabbia in IOB nel HPDC
La ragione per cui il metodo inorganico è utilizzato nel processo HPDC:
- Le anime sono prodotte con una forma e un processo affidabile
- La produzione di anime è compatibile con l’ambiente, evitando materiali pericolosi e senza emissioni di odori o gas
- Le anime hanno un’elevata resistenza
- Le anime possono essere facilmente verniciate con prodotti a base di acqua o alcool
- Sono facili da estrarre dalla fusione con un getto d’acqua ad alta pressione
- Le anime in sabbia possono essere rigenerate e riutilizzate
Gli aspetti critici del sistema HPDC:
- Le anime devono essere costituite da una miscela adeguata di sabbie silicee
- Per ottenere resistenze adeguate è necessario un legante specifico
- Un intonaco refrattario a base di acqua o alcool è essenziale
- La progettazione dell’anima richiede un supporto extra nel modello, complicando il processo
- Il processo di fusione deve essere adattato, compresi i sistemi di colata, i tempi di riempimento, la ridotta velocità del pistone e la pressione appropriata
- E’ ancora un lavoro in corso di sviluppo.
Colata
Il sistema inorganico in colata
Il comportamento in colata del sistema inorganico valuta in particolare i seguenti parametri:
- Stabilità termica
- Sviluppo fumi e gas
- Potere raffreddante
Stabilità termica in colata
La formazione inorganica resistente alle alte temperature fino a 900°C circa non può subire danni come la combustione o la degenerazione poiché è costituita da materiali inorganici. Questo garantisce un’alta stabilità nella produzione di getti, prevenendo problemi come erosione, penetrazione o deformazioni geometriche.
Emissione di gas e fumi in colata
Poiché è un sistema inorganico, non è soggetto a combustione o degradazione termica, quindi durante la colatura non produce fumi e gas. Di conseguenza si ottengono i seguenti vantaggi:
- Non ci sono porosità o sporgenze nei getti
- Non c’è alcun odore o emissione pericolosa per l’ambiente
- Non ci sono depositi di carbonio o pece nelle conchiglie
- La riduzione delle altezze delle materozze necessarie per prevenire la formazione di gas dell’anima
Il potere di raffreddamento nella formatura
Il sistema ha un’alta conducibilità termica.
Nelle miscele organiche, il polimero che riveste i granuli di sabbia refrattaria dell’anima tende ad avere un effetto isolante sulla conducibilità termica e impedisce il trasferimento del calore all’interno della formatura.
Al contrario, il sistema ha la caratteristica di condurre molto bene il calore, raffreddando così più rapidamente le superfici del getto che entrano in contatto con la formatura.
I getti creati con anime inorganiche hanno le seguenti caratteristiche:
- Maggiore densità
- Reticoli cristallini del metallo più fini e compatti
- Riduzione della formazione delle crestine causata dalla dilatazione della sabbia di silice
- Velocità di raffreddamento comparabile a quella della conchiglia con minori tensioni residue dopo il raffreddamento
Una maggiore velocità di raffreddamento permette un ciclo più breve e una riduzione del volume del sistema di alimentazione.
Sterratura meccanica
Uno dei compiti dell’additivo in polvere è di reagire alle alte temperature (T > 450°C) con il legante liquido.
Questa interazione tra i due componenti produce un legante ancora più “vetroso” rispetto a quello che si ottiene durante la formatura.
Durante la pulitura meccanica, la formatura risulta molto fragile e assorbe in modo efficiente le vibrazioni generate dall’impianto di sterratura.
I tempi di pulitura possono essere ridotti da 1/5 a 1/10 rispetto ai sistemi organici.
Con la sola sterratura termica non si ottengono risultati.
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