[发明专利]铸造用砂的热再生

说明书

本发明涉及被水玻璃污染的铸造用砂的再生方法以及例如可通过该方 法得到的模材料。

用于生产金属体的铸模基本上采取两种设计来制造。第一种形成所谓 的型芯或模。铸模由这些型芯或模组装而成，基本形成待生产铸件的阴模。 第二种形成中空体，即用作补偿贮器的所谓浇道(feeder)。浇道接收液体 金属，通过适当测量来确保浇道中的金属比在形成阴模的铸模中的金属更 长时间地保持为液相。如果金属在阴模中凝固，则液体金属可从补偿贮器 流入以补偿随金属凝固而出现的体积收缩。

铸模由难熔材料例如石英砂构成，石英砂粒在铸模成型后通过合适的 粘合剂粘结以确保铸模具有足够的机械强度。因此，使用经合适的粘合剂 处理的铸造用砂来生产铸模。难熔模基材优选以可浇注形式存在，以使其 可浇入合适的中空模并在其中压缩。粘合剂在模基材颗粒之间产生强内聚 力，使得铸模获得必要的机械稳定性。

铸模必须满足各种要求。在其浇铸过程中，铸模必须首先表现出充分 的稳定性和耐温性以在由一个或更多个(部分)铸模形成的中空模腔中接 收液体金属。在凝固过程开始后，沿真空模腔壁形成的凝固金属层确保铸 模的机械稳定性。铸模的材料必须在金属所释放的热的作用下以失去其机 械强度的方式立刻崩解，即难熔材料的个体颗粒之间的内聚力被消除。这 是通过粘合剂例如在热作用下分解而实现的。冷却后，振动已凝固的铸件， 在此情况下，理想的是铸模材料崩解成可以从金属模的空隙中倾倒出的细 砂。

有机和无机粘合剂均可用于生产铸模，每种情况下均可通过冷或热的 方法固化。在本文中，冷方法是指基本在室温下实施而不加热铸模的方法。 在该情况下，通常通过由例如作为催化剂穿过待固化铸模的气体所引发的 化学反应来进行固化。在热方法中，将模材料混合物在成型后加热至足够 高的温度，以例如驱除粘合剂中所含的溶剂或引发使粘合剂固化的化学反 应(例如交联)。

目前，有机粘合剂经常用于生产通过气态催化剂来加速固化反应或通 过与气态固化剂反应来固化的铸模。这些方法称为“冷盒”法。

使用有机粘合剂生产铸模的一个例子是所谓的聚氨酯冷盒法。第一组 分由多元醇溶液构成，主要是酚醛树脂。第二组分是聚异氰酸酯溶液。因 此，根据US3,409,579A，通过使气态叔胺穿过成型后的模基材和粘合剂的 混合物来使聚氨酯粘合剂的两组分反应。聚氨酯粘合剂的固化反应包括加 成聚合，即不消除诸如水的副产物的反应。这种冷盒法的另一优点包括良 好的生产率、铸模尺寸精确性、以及良好的机械性能例如铸模强度、模基 材和粘合剂的混合物的加工时间等。

热固化有机法包括基于酚醛树脂或呋喃树脂的热盒法、基于呋喃树脂 的温盒法和基于酚醛清漆树脂的康宁法。在热盒法和温盒法中，使用仅在 升温下有效的潜在固化剂处理液体树脂得到模材料混合物。在康宁法中， 将诸如石英砂、铬矿砂和锆砂的模基材在约100至160℃温度下与在此温 度下为液体的酚醛清漆树脂一起包封。加入六亚甲基四胺作为后续固化的 反应助剂。在前述的热固化技术中，在加热到至多300℃的可加热工具中 进行成型和固化。

无论固化机理如何，所有的有机体系在将液体金属浇入铸模的过程中 都一样，它们热分解并且同时可能释放出污染物，例如苯、甲苯、二甲苯、 苯酚、甲醛以及部分未经确认的更高级裂解产物。确实可以通过各种方法 使这些物质的释放最小化，但是在使用有机粘合剂的情况下不可能完全避 免。即使在含有一部分有机化合物的无机-有机杂化体系例如用于甲阶酚醛 树脂-CO₂法的粘合剂中，在浇铸金属期间也发生这种不希望的释放。

为了在浇铸过程中避免分解产物的释放，必须使用基于无机材料的或 至多含有极少部分有机化合物的粘合剂。这种粘合剂体系已经为人所知了 一段时间。已经发展出可通过引入气体来固化的粘合剂体系。这样的体系 描述在例如GB782205中，其中使用可通过引入CO₂来固化的碱金属水玻 璃作为粘合剂。DE19925167描述了一种包含碱金属硅酸盐作为粘合剂的 放热浇道复合物。此外，还发展出了在室温下自固化的粘合剂体系。这种 基于磷酸和金属氧化物的体系描述在例如US5,582,232中。最后，在例如 热工具中高温固化的无机粘合剂已为人所知。这种热固化粘合剂体系由例 如描述了一种由碱金属水玻璃和硅酸铝组成的粘合剂体系的US5474606 而为人所知。