Bentonita aditivada para fundição

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<p>1</p><p>Bentonita aditivada para fundição</p><p>Arnaldo Romanus ( * )</p><p>Introdução</p><p>Tendo-se bentonitas sódicas naturais e/ou sódicas ativadas de excelente</p><p>qualidade, em princípio as mesmas promovem propriedades mecânicas adequadas na</p><p>areia a verde, com destaque para uma elevada plasticidade e uma baixa friabilidade, o</p><p>que, por sua vez, permite ao fundidor trabalhar com teores de argila ativa relativamente</p><p>baixos sem que haja a ocorrência de quebras de moldes na extração dos modelos e/ou a</p><p>sua erosão durante o vazamento do metal.</p><p>Pelo menos desde o ano 2000, no entanto, as bentonitas sódicas ativadas</p><p>brasileiras e as sódicas naturais argentinas já não mais possuem pureza muito boa, neste</p><p>caso retratada principalmente pela queda de sua adsorção de azul de metileno e de seu</p><p>inchamento; consequentemente, para evitar a ocorrência excessiva de quebras de</p><p>bolos/cantos dos moldes e a incidência demasiada de rebarbas e/ou de inclusões de areia</p><p>nas peças, acaba-se trabalhando com teores cada vez maiores de argila ativa, que</p><p>resultam num incremento da umidade em níveis considerados extremamente críticos</p><p>quanto à possibilidade de ocorrência de defeitos gasosos, de entranhamento e de</p><p>sinterização de areia nas peças, entre outros aspectos negativos.</p><p>Com o intuito de não ter que trabalhar com um teor muito alto de argila ativa, já</p><p>há vários anos o autor do presente trabalho vinha sugerindo com sucesso o uso de</p><p>dextrina de milho na areia a verde de diversas fundições, visto que este componente</p><p>aumenta a sua plasticidade e diminui a sua friabilidade.</p><p>Outro aspecto cada vez mais crítico também existente é no tocante à necessidade</p><p>que as fundições têm de reduzir o descarte de sua areia de retorno, que é conseguido</p><p>basicamente à custa de uma menor renovação da areia de moldagem, ou seja, é preciso</p><p>diminuir cada vez mais a adição de areia base às misturas, ao ponto de que o ideal seria</p><p>efetuar toda a renovação praticamente só por intermédio da incorporação de resíduos de</p><p>machos ao sistema.</p><p>Ora, tendo-se uma menor renovação da areia a verde, automaticamente se tem</p><p>um incremento da quantidade de materiais porosos na mesma, isto é, de partículas de</p><p>coque, de argila oolitizada e de condensados de resina (neste último caso válido apenas</p><p>se a fundição utilizar machos na produção de suas peças), o que, por sua vez, conduz a</p><p>um aumento da presença de água livre na areia de moldagem e, portanto, também de sua</p><p>umidade.</p><p>Diante disso, este trabalho tratará do modo de obtenção de bentonitas aditivadas</p><p>com dextrina de milho e de sua aplicação na areia de moldagem a verde.</p><p>1. Necessidades da areia a verde</p><p>Uma areia a verde, para ser devidamente utilizada principalmente em máquinas</p><p>de moldar de alta produtividade, necessita ter compactabilidade suficientemente elevada</p><p>para resultar em boa plasticidade nos moldes, evitando a quebra de seus bolos/cantos</p><p>durante a extração dos modelos.</p><p>----------------</p><p>( * ) Engenheiro metalurgista. Diretor e sócio da Foundry Cursos e Orientação Ltda.</p><p>e da Romanus Tecnologia e Representações Ltda.</p><p>2</p><p>Ao mesmo tempo, a areia a verde não poderá ter umidade demasiadamente alta,</p><p>caso contrário não se terá, durante o preenchimento de determinadas regiões dos</p><p>modelos, fluidez suficiente na mistura para permitir que se venha a ter o devido</p><p>adensamento dos moldes, o que também poderá ocasionar quebras de seus bolos e/ou de</p><p>seus cantos durante a extração dos modelos e sua erosão por ocasião do vazamento do</p><p>metal, bem como inclusões de areia, entranhamento e rebarbas nas peças, entre outros</p><p>defeitos.</p><p>O maior problema existente para se conseguir obter, na areia a verde,</p><p>simultaneamente elevada compactabilidade e baixa umidade é o fato de que estas duas</p><p>características são diretamente proporcionais, ou seja, na maioria das vezes não se</p><p>poderá ajustá-las adequadamente mediante uma simples modificação da adição de água</p><p>às misturas.</p><p>Diante disso, são várias as alternativas que o fundidor normalmente lança mão</p><p>para tentar trabalhar com teores relativamente bons de compactabilidade e de umidade,</p><p>destacando-se as seguintes:</p><p>• aumento da eficiência de mistura;</p><p>• aumento da eficiência de exaustão dos finos inertes;</p><p>• aumento do grau de renovação do sistema, obtido mediante um incremento da</p><p>adição de areia base na composição da areia a verde;</p><p>• utilização parcial até total de bentonita sódica natural;</p><p>• redução do teor de argila ativa.</p><p>Dependendo da alternativa adotada, no entanto, pode-se vir a ter uma piora</p><p>significativa de outras características da areia a verde, com ênfase para a resistência à</p><p>tração a úmido (RTU), a resistência à compressão a verde (RCV) e a permeabilidade, as</p><p>quais, por sua vez, poderão gerar diversos defeitos/problemas perfeitamente conhecidos</p><p>pelos fundidores, motivo pelo qual estes não serão abordados neste trabalho.</p><p>2. Necessidades das bentonitas</p><p>Uma bentonita, para ter serventia na preparação da areia a verde, normalmente</p><p>deverá ter as seguintes características principais:</p><p>• elevada estabilidade térmica;</p><p>• elevado inchamento;</p><p>• resistência à tração a úmido (RTU) e resistência à compressão a verde (RCV) o</p><p>mais altas possíveis na areia de moldagem, mesmo que no teste de recebimento</p><p>das bentonitas estas características apresentem valores relativamente baixos,</p><p>sendo que as propriedades relatadas, na maioria das vezes, só são alcançadas se a</p><p>bentonita for sódica (independente de ser natural ou ativada) e se possuir elevada</p><p>adsorção de azul de metileno.</p><p>O maior problema existente pelo menos desde o início do século XXI é que</p><p>praticamente já se esgotaram, tanto no Brasil quanto na Argentina, as jazidas que</p><p>tinham minérios com elevada adsorção de azul de metileno, sendo que estes, em grande</p><p>parte dos casos, também resultavam em inchamento maior que o alcançado em</p><p>bentonitas com menor pureza.</p><p>Em função do fato de se ter passado a utilizar minérios com menor adsorção de</p><p>azul de metileno na elaboração de bentonitas para fundição, a sua estabilidade térmica</p><p>também apresentou redução, gerando, com isso, uma maior quantidade de finos inertes</p><p>nos moldes durante o vazamento do metal.</p><p>Como conseqüência direta da maior geração de finos inertes, a areia a verde</p><p>acaba tendo queda de sua plasticidade, tornando-se necessário trabalhar com maior teor</p><p>de argila ativa para evitar a ocorrência de quebras de bolos/cantos dos moldes, o que,</p><p>3</p><p>por sua vez, exige um aumento da umidade da areia preparada num dado nível de</p><p>compactabilidade, sendo que isso conduz a um circulo vicioso, já que, mesmo que a</p><p>fundição pudesse trabalhar com areia mais úmida sem ter os problemas anteriormente</p><p>citados, certamente acaba-se tendo a ocorrência de sinterização nos fundidos se não</p><p>houver um incremento simultâneo da adição de pó de carvão à areia de moldagem; se,</p><p>todavia, for aumentada a incorporação do aditivo carbonáceo às misturas, piora em</p><p>demasia a possibilidade de ocorrência de defeitos gasosos nas peças.</p><p>3. Necessidades do pó de carvão mineral</p><p>O pó de carvão mineral, também conhecido por “Cardiff”, geralmente possui</p><p>duas funções básicas na areia a verde:</p><p>• evitar (ou atenuar) a sinterização nos fundidos;</p><p>• melhorar o acabamento das peças.</p><p>O maior receio do fundidor, no tocante ao uso do pó de carvão, reside no fato de</p><p>normalmente desconhecer a adição ideal deste componente às misturas de areia a verde,</p><p>bem como por julgar que não vale a pena empregar um produto relativamente caro em</p><p>comparação com outros mais baratos, neste caso pelo fato de, em termos de avaliação</p><p>de “custo x benefícios”, nem sempre conseguir provar que o mais oneroso efetivamente</p><p>terá condições de reduzir o custo final do fundido.</p><p>A fim de se poder entender melhor o que exigir num pó de carvão, inicialmente</p><p>se faz necessário esclarecer que o mesmo é um gerador de carbono vítreo e que este tipo</p><p>específico de</p><p>carbono necessita de uma quantidade adequada de voláteis para ser</p><p>liberado durante o vazamento do metal.</p><p>Além disso, um excesso de enxofre contido no pó de carvão não apenas poderá</p><p>afetar de maneira negativa a obtenção de peças em ferro nodular, mas também resultará</p><p>numa redução da resistência à tração a úmido (RTU) da areia a verde, o que, por sua</p><p>vez, conduzirá à ocorrência de defeitos de expansão nos fundidos.</p><p>Outro aspecto problemático que o autor deste trabalho já observou em diversas</p><p>fundições é quanto à formação demasiada de partículas de coque na areia a verde</p><p>(retratadas pela forte elevação de sua relação perda ao fogo / voláteis), ocorrida durante</p><p>o vazamento do metal, quando se utiliza pó de carvão do tipo higroscópico.</p><p>Em resumo, é importantíssimo que a fundição empregue, em sua areia a verde,</p><p>pó de carvão “Cardiff” de primeira linha ou, de preferência, PCA (pó de carvão</p><p>aditivado).</p><p>4. Outras variáveis importantes</p><p>De nada adianta utilizar bentonitas e/ou pó de carvão de boa qualidade se houver</p><p>deficiência de preparação da areia a verde, exaustão insuficiente dos finos inertes e</p><p>excesso de temperatura na areia de retorno; conseqüentemente, para evitar que isso</p><p>venha a resultar em umidade elevada demais, haverá a necessidade de se aumentar o</p><p>grau de renovação do sistema, porém sabe-se perfeitamente que um incremento da</p><p>adição de areia base às cargas não apenas aumentará o custo da composição da areia de</p><p>moldagem e do descarte de seu excedente em aterro industrial, mas muitas vezes</p><p>também resultará em defeitos/problemas nas peças.</p><p>Assim sendo, o ideal seria que se tivesse, na areia a verde:</p><p>• temperatura menor que 45</p><p>o</p><p>C ao término de sua preparação;</p><p>• teor de água livre inferior a 0,30 % ao se utilizar pó de carvão “Cardiff” ou</p><p>menor que 0,15 % mediante o emprego de PCA (com base na fórmula</p><p>desenvolvida pelo autor deste trabalho, a qual consta em seu livro “Moldagem</p><p>em Areia a Verde: Manual de Defeitos & Soluções”);</p><p>4</p><p>• relação argilas AFS / ativa normalmente compreendida na faixa de 1,30 – 1,50</p><p>em se tratando de moldagem automatizada ou de 1,40 – 1,60 se a fundição</p><p>possuir moldagem convencional, ao se utilizar pó de carvão “Cardiff”, sendo</p><p>que os valores dessas faixas, todavia, poderão ser um pouco mais elevados ao se</p><p>empregar PCA.</p><p>Especificamente no tocante à renovação do sistema, o ideal seria que não fosse</p><p>necessário adicionar areia base às misturas de areia a verde se a fundição produzir peças</p><p>com um elevado grau de incorporação de machos ao sistema, desde que isso não resulte</p><p>em aumento do refugo e de problemas tais como longos tempos de rebarbação e de</p><p>jateamento das peças, porém isso, em princípio, somente tem condições de ser</p><p>plenamente alcançado ao se substituir o pó de carvão “Cardiff” pelo PCA.</p><p>5. Bentonitas aditivadas</p><p>A fim de se poder solucionar de modo mais prático a maioria dos defeitos e dos</p><p>problemas anteriormente citados, já há vários anos o autor vem estudando, por meio do</p><p>laboratório de sua empresa Foundry, a incorporação de aditivos às bentonitas,</p><p>principalmente as brasileiras e, neste caso, com ênfase para a utilização de dextrina de</p><p>milho (que não deve ser confundida com o amido de milho, que já foi muito empregado</p><p>pelas fundições).</p><p>Este novo tipo de bentonita tem a vantagem de que a adição de dextrina de</p><p>milho é efetuada durante a fase de ativação com barrilha (carbonato de sódio), ao invés</p><p>de ser misturada posteriormente à bentonita sódica ativada pronta; conseqüentemente,</p><p>cada porção de minério que receber barrilha também acaba sendo envolvida com</p><p>dextrina, o que reduz a necessidade de incorporação desse último componente ao novo</p><p>produto e isso, por sua vez, diminui acentuadamente a probabilidade de ocorrência de</p><p>defeitos gasosos nas peças fundidas.</p><p>No caso de bentonitas brasileiras, ativadas com barrilha e simultaneamente</p><p>aditivadas com dextrina de milho, costumam ser alcançadas as seguintes características</p><p>durante o seu teste de recebimento pelas fundições:</p><p>• umidade: 8 – 13 %</p><p>• adsorção de azul de metileno: mín. 50 ml / 0,5 g</p><p>• inchamento: mín. 40 ml / 2 g</p><p>• RCV: mín. 12 N/cm</p><p>2</p><p>• RTU: mín. 0,30 N/cm</p><p>2</p><p>.</p><p>Além disso, no teste de dispersabilidade, efetuado em cargas preparadas durante</p><p>5’, 15’, 30’, 1h, 2h, 4h e 6h, essa bentonita aditivada com dextrina de milho</p><p>desenvolve muito rapidamente a sua resistência à tração a úmido e continua mantendo-a</p><p>mesmo com longos tempos de mistura, ao contrário do que ocorre com a maioria das</p><p>bentonitas sódicas ativadas convencionais brasileiras e também com as sódicas naturais</p><p>argentinas, ou seja, isso traz como vantagem direta, para as fundições, a possibilidade</p><p>de se evitar a ocorrência de defeitos de expansão (escamas e rabos de rato), mesmo que</p><p>se tenha uma acentuada deficiência de preparação ou então quando se possui uma</p><p>baixíssima renovação do sistema de areia a verde, visto que, neste último caso, a areia</p><p>de retorno acaba tendo um aumento natural de seu tempo de mistura acumulado.</p><p>Embora, logicamente, cada fundição necessite ter uma composição específica</p><p>para a sua areia a verde, em princípio pode-se estimar em cerca de 20 % a redução da</p><p>adição, à mesma, de bentonita aditivada com dextrina de milho em comparação com a</p><p>quantidade de bentonita sódica ativada ao se trabalhar exclusivamente com o produto</p><p>brasileiro, ou então é viável diminuir consideravelmente a participação da bentonita</p><p>sódica natural no sistema.</p><p>5</p><p>Outra grande vantagem da bentonita aditivada com dextrina de milho é quanto</p><p>ao fato de que a mesma permite que a fundição possa trabalhar com temperatura</p><p>substancialmente maior em sua areia de moldagem, sem que isso venha a piorar a</p><p>ocorrência de inclusões de areia nas peças, ou então de rebarbas nas mesmas, neste</p><p>último caso oriundas de quebras de cantos dos moldes, visto que estes passam a ter</p><p>friabilidade consideravelmente menor, ou seja, existe uma drástica redução de seu</p><p>ressecamento antes do vazamento do metal.</p><p>Considerações finais</p><p>Mesmo utilizando-se os melhores tipos puros de bentonitas e de pó de carvão</p><p>mineral atualmente existentes e igualmente implantando-se um controle correto das</p><p>variáveis mais importantes da areia a verde (tais como ótima eficiência de mistura,</p><p>regulagem adequada da exaustão dos finos inertes e uso de areia de retorno com baixa</p><p>temperatura), ainda assim está-se tendo um aumento crítico de problemas que não</p><p>existiam há alguns anos, provenientes principalmente do fato de que já se esgotaram, no</p><p>Brasil e na Argentina, as jazidas conhecidas de bentonitas com elevadíssima adsorção</p><p>de azul de metileno.</p><p>Assim sendo e desde que os fornecedores possuam um laboratório em condições</p><p>de avaliar adequadamente a areia a verde das fundições, os mesmos terão plenas</p><p>condições de elaborar bentonitas que compensem a queda de sua atual pureza, com</p><p>destaque para o aumento da plasticidade e a redução da friabilidade dessa areia de</p><p>moldagem e uma menor oxidação do metal durante o seu vazamento nos moldes,</p><p>bastando, para tanto, que utilizem a metodologia de obtenção de bentonitas aditivadas</p><p>desenvolvida pelo autor do presente trabalho, a qual já se encontra patenteada em</p><p>diversos países.</p>