用于改善铸件品质的组合物和方法以及型砂添加剂与流程

该PCT国际申请要求2015年8月14日提交的美国临时申请号62/205,253的优先权的权益，其主题通过引用以其全部并入本文。
技术领域：
本公开大体涉及砂铸成型领域，并涉及金属铸造方面的改善。本公开还涉及通过回收造型废料以便再循环成砂造型添加剂(sandmoldingadditive)和造型组合物来改善用于形成铸型的砂造型介质，在铸件生产中将熔融金属浇注到所述铸型中。背景湿型铸造是用于形成铸造金属制品的众所周知的方法。在该方法中，用于制造铸件的铸型由主要是砂和膨润土的造型介质形成，以便生产一个或多个铸件。一旦铸件在铸型中凝固，将该铸型打碎，且铸造循环结束。可将一部分造型介质再循环用于另一铸造过程；但是，大部分造型介质作为铸造废料离开铸造厂。仅在美国，铸造废料以每年约6百万至1千万立方码的速率累积。大量铸造废料伴随着填埋面积和运输的越来越高的成本而成为问题。铸造是古老的技术，其中在砂型中限定空腔，并随后在其中浇注熔融金属。在金属冷却之后，移除铸造制品，砂型通常在移除过程中被打碎。用于形成此类砂型的通常和基本的工序是在模型周围压实砂造型介质，并随后移除模型，留下具有该模型构造的空腔。为了使砂保持其成型的、限定空腔的构造，在混合物中包含使得砂粒粘结的粘合剂。长期以来粘土是公认且合适的粘合剂。粘土是通用术语，并包括一大组水合铝硅酸盐矿物。单独的矿物颗粒尺寸不等，低至微观尺度。当受潮时，粘土是韧性和塑性的。当受潮并随后干燥时，粘土变硬，特别是在高温下干燥时。潮湿的膨润土产品在铸造条件下表现地更好。本文中公开的方法可在所谓的湿型铸造为标准实践的铸造中特别有用。湿型铸造包括如下过程：其中将熔融金属浇注到砂型中，同时该砂型仍保持已添加以驱动粘土的粘结性质的水分。用于铁铸造的砂造型介质包含三种基本的组分，即砂、粘土和磨细的烟煤(行业中通常称为“海运煤”)。在使用中，将砂造型介质用水润湿以提供能够在模型周围压实以形成型腔的介质。湿砂型通常按重量计包含约86%至90%的砂和多种非砂组分，包括8%至10%的膨润土、2%至4%的有机添加剂和2%至4%的水分。在移除模型之后，将熔融铁浇注到型腔中，同时砂造型介质仍处在其受潮或“湿”条件下。当将熔融铁浇注到铸型中时，在型腔表面上和紧邻型腔表面的海运煤在该熔融铁的热量下分解。该分解的产物是在型腔与浇注的铁之间的界面处的石墨形式的单质碳。该单质石墨所起的主要作用是使得凝固的铸件能够从铸型中脱除，不含砂粒。该单质石墨的第二益处在于其倾向于使型腔表面平坦，由此在铸造制品上产生更光滑的表面。铸造厂可购买“预混料(pre-mix)”，其包含粘土组分和碳组分。铸造厂随后将该预混料与来自当地来源的砂混合以提供操作中使用的砂造型介质。在其“湿”条件下，也就是说当其被润湿时，砂造型介质的足够的粘结强度是最关键的。在被压实以限定空腔后，该湿造型介质优选具有足够的强度以经受住移除模型时伴随的任何力，使得空腔构造保持完好。接着，当处于湿阶段时，砂造型介质优选具有足够的强度以经受住在制备铸型以便将金属浇注到空腔中的过程中移动铸型和以各种方式重新定位时伴随的力。此外，该砂造型介质优选具有足够的粘结强度以经受住将熔融铁浇注到空腔中伴随的液压力。湿铸型的干燥极其快速地发生，并可在金属仍为熔融的并持续对铸型结构施加液压力的时候发生。因此，造型介质的干态强度在确保铸型将保持完整性直到最后获得合适构造的铸造制品方面是关键的。砂造型介质的另一显著的客观特性是透气性。优选相对高的透气性，以便防止将熔融铁浇注到型腔中时对铸型造成破坏。要指出的是，当将熔融金属浇注到型腔中时，空气通过造型介质置换。更重要的是，因为砂造型介质是潮湿的，所以水蒸气可以相当剧烈或爆炸性的方式产生。该水蒸气优选通过具有最小的气流阻力的造型介质排出。由此，多孔铸型结构优选具有相对高的透气性。强度特性和透气性能够客观确定，并且现在确立了用于砂造型介质的可接受的湿态强度(greenstrength)和干态强度，以及透气性。在已经铸造物品之后，将砂型打碎并随后积累以便再次使用。过量的造型介质，即不能再用于后继铸造循环的铸造废料，在铸造厂中的几个位置处产生。铸造废料的组成和粒度分布可取决于将其收集的铸造厂的地区而变化，但是铸造废料通常可分类为两个大类，即“造型废料”和“袋滤室灰尘(baghousedust)/来自机械再生的灰尘”。短语“造型废料”是指来自打碎的湿砂型和型芯的过量造型介质，其可作为落砂期间产生的料流输出。在许多湿型铸造厂中，造型废料通常按重量计含有约80%至约90%的砂、约6%至约10%的膨润土和约1%至约4%的有机添加剂。造型废料包括涂覆有粘结剂的砂以及单独的砂粒、膨润土和有机添加剂。已经尝试通过机械再生从砂中除去粘结剂使得砂足够干净，以在型芯生产中再次使用来减少造型废料的积累。在此类方法中，回收了砂，还可回收按重量计成本是砂数倍的膨润土，以及有机添加剂。机械再生的缺点在于原砂的成本在许多地理区域足够低，使得砂回收的资本投入在经济上不可行。除了造型废料以外，在金属铸造过程中生成的过量的铸造湿型砂(潮湿的)可作为另一废料流被弃置。这种所谓的“溢流湿砂”废料流通常包含过量的湿砂，其以铸造厂中所用的相对比例包含二氧化硅型砂和相关的型砂添加剂二者。铸造废料的另一来源包括在铸造厂的排气系统中收集的细砂颗粒、膨润土、有机添加剂和碎屑。该铸造废料通常在铸造厂中被称为“袋滤室灰尘”。袋滤室灰尘含有比造型废料显著更多的膨润土，因为膨润土比铸造过程中所用的砂更细小，并因此更容易在空气中运送。袋滤室灰尘通常包含约40%至约70%的砂、约20%至约50%的膨润土和约10%至约30%的有机添加剂。来自砂型材料的材料通常在使用后被丢弃，因为各铸件对于造型材料可能具有不同的客户要求。砂型材料还由于不满足后继客户要求的来自在先批次的污染而无法进一步使用。此外，当砂型材料从一个客户的要求转换到另一客户的要求时，中间组合物不适于任一应用，并被丢弃。因此，每天一个铸造厂可能丢弃多达2000磅或更多的砂型材料。该丢弃的材料导致显著的浪费和铸造厂的成本提高，归因于弃置和填埋费用。上文讨论的包含粘土组分和碳组分的预混料由于几个优点已在本领域中得到认可。这些优点主要在于能够通过使用较少的预混料和/或通过降低预混料中碳质材料的总量而使成本最小化。此外，证明了在再循环砂造型介质中使用的附加的、“补充”预混料的量得到降低。要注意的另一因素在于，当湿砂造型介质在模型周围压实(在通常情况下)以形成型腔时，砂造型介质的特性可对该介质的“加工性能”和压实(即致密化)该介质的能力以及还有可实现致密化的容易程度(将其理解为流动性)具有很大的影响。该因素与以下事实相关：在已经将砂造型介质压实以限定型腔之后，该砂造型介质的湿态强度和干态强度二者与该砂造型介质的密度成正比。因此，在本领域中优选具有促进获得压实的造型介质所需的、相对较高的、且一致的密度的加工特性的砂造型介质。虽然加工特性是主观的，但尽管如此，对于砂造型介质而言，它是公认的标准。因此，可能合意的是减少离开湿型铸造厂的铸造废料的量。可能合意的是提供回收砂的方法，该砂具有足以在铸造厂中使用以制造可用于后继铸造过程的型芯和湿砂型的品质。还可能合意的是提供回收湿砂型的非砂组分以减少作为原料进入铸造厂的新原材料(预混料)的量的方法。进一步可能合意的是提供具有改善的加工性质的湿砂型组合物。概述根据本公开的一个方面，形成干型砂添加剂的方法可包括从铸造废材料中回收非砂部分，并将该非砂部分添加到干型砂添加剂配制料(formulation)中以形成干型砂添加剂。将非砂部分添加到干型砂添加剂配制料中可减少生产该干型砂添加剂所需的新鲜粘土和碳的量。根据一些方面，该非砂部分可包括回收的粘土组分和回收的碳组分。根据另一方面，该铸造废材料可包括袋滤室灰尘。根据又一方面，该铸造废材料可包括溢流湿砂。根据再一方面，该铸造废材料可包括袋滤室灰尘与溢流湿砂的混合物。根据还一方面，该铸造废材料可包括造型废料。根据另一方面，该干型砂添加剂的水分含量可在约0重量%至约30重量%范围内。例如，该水分含量可在约0重量%至约20重量%、约0重量%至约15重量%、约0重量%至约10重量%、约8重量%至约15重量%、约5重量%至约15重量%、约10重量%至约25重量%、约0重量%至约5重量%、约5重量%至约10重量%、约10重量%至约15重量%、或约15重量%至约20重量%范围内。根据另一方面，该方法可包括调节该干型砂添加剂的组成，使得该干型砂添加剂的亚甲基蓝吸附值在约70%至约95%范围内。例如，可调节该干型砂添加剂的组成，使得该干型砂添加剂的亚甲基蓝吸附值在约70%至约80%、约75%至约85%、约80%至约90%、或约85%至约95%范围内。亚甲基蓝吸附可以通过以下方法测量：称量5克砂到烧杯中，并向该烧杯中添加50ml的3%焦磷酸四钠溶液。随后将该烧杯混合5分钟。随后移除烧杯并将其放置在滴定管下方用于亚甲基蓝滴定。随后向烧杯中添加1ml亚甲基蓝，并使用搅拌器将该溶液搅拌2分钟。使用玻璃棒取出一滴溶液并将其置于滤纸上。观察滤纸液滴以识别中心斑点外部周围指示过量亚甲基的淡蓝色晕圈。如果晕圈未出现，则向烧杯中添加额外的亚甲基蓝，重复搅拌步骤，并将另一液滴添加到滤纸上，直到观察到晕圈。当在滤纸上观察到晕圈时，停止添加亚甲基蓝。用添加到烧杯中的亚甲基蓝的最终体积除以校准因子以确定亚甲基蓝吸附值。校准因子基于来自属地怀俄明州的历史膨润土样品，并对亚甲基蓝染料晶体的变化进行校正。根据再一方面，该干型砂添加剂的粘土含量在约60重量%至约90重量%范围内，如，例如在约60重量%至约80重量%、约70重量%至约90重量%、约60重量%至约70重量%、约70重量%至约80重量%、或约80重量%至约90重量%范围内。根据再一方面，该干型砂添加剂的碳含量在约10重量%至约25重量%范围内，如，例如在约10重量%至约20重量%、约15重量%至约25重量%、约10重量%至约15重量%、约15重量%至约20重量%、或约20重量%至约25重量%范围内。根据再一方面，该干型砂添加剂配制料可包含非回收材料。根据还一方面，该干型砂添加剂可包含大于或等于约25重量%的非回收材料。例如，该干型砂添加剂可包含大于或等于约30重量%、大于或等于约40重量%、大于或等于约50重量%、大于或等于约55重量%、大于或等于约60重量%、大于或等于约65重量%、大于或等于约70重量%、或大于或等于约75重量%的非回收材料。根据又一方面，该干型砂添加剂可包含约1重量%至约75重量%的回收的非砂部分，如，例如约1重量%至约10重量%、约10重量%至约20重量%、约20重量%至约30重量%、约30重量%至约40重量%、约40重量%至约50重量%、约50重量%至约60重量%、约60重量%至约70重量%、约1重量%至约25重量%、约25重量%至约50重量%、或约50重量%至约70重量%的回收的非砂部分。根据再一方面，该非砂部分可以浆料形式添加到该干型砂添加剂配制料中。根据一些实施方案，该浆料可具有至多约50%，如，例如至多约25%的固体含量。根据再一方面，该非砂部分可以固体添加形式添加到该干型砂添加剂配制料中。根据再一方面，该方法可包括将非砂部分至少部分脱水。将非砂部分至少部分脱水可包括将非砂部分脱水。根据一些方面，可在将该非砂部分添加到该干型砂添加剂配制料中之前将该非砂部分至少部分脱水。根据还一方面，该脱水可包括喷雾干燥该非砂部分、絮凝、水力分离或其组合的至少一种。根据另一方面，絮凝可包括添加聚合物絮凝剂。根据一些方面，所述脱水(如，例如喷雾干燥)可将该非砂部分的水分含量降低至低于约30重量%。例如，该脱水(例如喷雾干燥、絮凝和/或水力分离)可将该非砂部分的水分含量降低至低于约25重量%、低于约20重量%、低于约15重量%、低于约10重量%、或低于约5重量%。根据再一方面，所述脱水(如，例如喷雾干燥、絮凝和/或水力分离)可将该非砂部分的水分含量降低至在约0重量%至约30重量%范围内，如，例如降低至在约0重量%至约15重量%、约0重量%至约10重量%、约0重量%至约5重量%、约10重量%至约25重量%、约10重量%至约20重量%、约20重量%至约30重量%、约5重量%至约15重量%、约5重量%至约10重量%、约10重量%至约15重量%、约15重量%至约20重量%、或约25重量%至约30重量%范围内。根据另一方面，在将该非砂部分添加到该干型砂添加剂配制料中之前，可不将该非砂部分干燥至水分含量在25重量%以下。根据另一方面，该方法可包括通过将该非砂部分加热到在约100℃至约350℃范围内，如，例如在约100℃至约200℃、约150℃至约250℃、约250℃至约350℃、约100℃至约150℃、约150℃至约200℃、约200℃至约250℃、约250℃至约300℃、或约300℃至约350℃范围内的温度来破坏该非砂部分的氢键合。根据另一方面，该方法可包括制备包含该干型砂添加剂的型砂。根据再一方面，包含该型砂添加剂的型砂可具有大于约40%，如，例如大于或等于约41%、大于或等于约42%、大于或等于约43%、大于或等于约44%、大于或等于约45%、大于或等于约46%、或大于或等于约47%的紧实率(compactability)。根据一些方面，包含该型砂添加剂的型砂可具有在约40%至约50%范围内，如，例如在约43%至约47%、或约44%至约46%范围内的紧实率。根据再一方面，包含该型砂添加剂的型砂可具有大于约15.5N/cm2的湿抗压强度(greencompressionstrength)。例如，该干型砂添加剂可具有大于或等于约16.0N/cm2、大于或等于约16.5N/cm2、大于或等于约17.0N/cm2、或大于或等于约17.5N/cm2的湿抗压强度。根据再一方面，包含该型砂添加剂的型砂可具有在约15.5N/cm2至约18.0N/cm2范围内，如，例如在约16.0N/cm2至约17.5N/cm2、约16.5N/cm2至约17.5N/cm2、约17.0N/cm2至约17.5N/cm2、或约17.5N/cm2至约18.0N/cm2范围内的湿抗压强度。根据另一方面，包含该型砂添加剂的型砂可具有大于约3.5N/cm2，如，例如大于或等于约3.6N/cm2、大于或等于约3.7N/cm2、大于或等于约3.8N/cm2、大于或等于约3.9N/cm2、大于或等于约4.0N/cm2、大于或等于约4.1N/cm2、大于或等于约4.2N/cm2、大于或等于约4.3N/cm2、大于或等于约4.4N/cm2、或大于或等于约4.5N/cm2的湿剪切强度。根据另一方面，包含该型砂添加剂的型砂可具有在约3.3N/cm2至约4.7N/cm2范围内，如，例如在约3.5N/cm2至约4.5N/cm2、或约3.7N/cm2至约4.2N/cm2范围内的湿剪切强度。根据再一方面，包含该型砂添加剂的型砂可具有大于约65，如，例如大于约70、大于或等于约72、大于或等于约73、大于或等于约74、大于或等于约75、大于或等于约76、大于或等于约77、或大于或等于约78的透气性。根据又一方面，包含该型砂添加剂的型砂可具有在约65至约80范围内，如，例如在约70至约80、约70至约75、约73至约78、或约75至约80范围内的透气性。根据再一方面，包含该型砂添加剂的型砂可具有大于约36N/cm2的干抗压强度。例如，该干型砂添加剂可具有大于或等于约40N/cm2、大于或等于约45N/cm2、大于或等于约50N/cm2、大于或等于约55N/cm2、大于或等于约60N/cm2、大于或等于约65N/cm2、大于或等于约70N/cm2、大于或等于约75N/cm2、或大于或等于约80N/cm2的干抗压强度。根据一些实施方案，包含该型砂添加剂的型砂可具有在约35N/cm2至约90N/cm2范围内，如，例如在约40N/cm2至约85N/cm2、约40N/cm2至约60N/cm2、约50N/cm2至约70N/cm2、约60N/cm2至约80N/cm2、约40N/cm2至约50N/cm2、约45N/cm2至约55N/cm2、约50N/cm2至约60N/cm2、约55N/cm2至约65N/cm2、约60N/cm2至约65N/cm2、约65N/cm2至约75N/cm2、或约70N/cm2至约80N/cm2范围内的干抗压强度。根据一些实施方案，包含该型砂添加剂的型砂可具有在约0.10N/cm2至约0.50N/cm2范围内，如，例如在约0.15N/cm2至约0.30N/cm2、约0.20N/cm2至约0.40N/cm2、约0.25N/cm2至约0.45N/cm2、约0.35N/cm2至约0.45N/cm2、约0.30N/cm2至约0.40N/cm2、或约0.20N/cm2至约0.30N/cm2范围内的湿抗张强度。根据另一方面，包含该型砂添加剂的型砂可具有大于约23次震动(jolts)，如，例如大于或等于约25次震动、大于或等于约30次震动、大于或等于约33次震动、大于或等于约35次震动、大于或等于约38次震动、大于或等于约40次震动、大于或等于约42次震动、或大于或等于约45次震动的锥震动韧性(conejolttoughness)。根据另一方面，包含该型砂添加剂的型砂可具有在约23次震动至约50次震动范围内，如，例如在约28次震动至约48次震动、约30次震动至约45次震动、约30次震动至约40次震动、约35次震动至约45次震动、约40次震动至约50次震动、约30次震动至约35次震动、约35次震动至约40次震动、约40次震动至约45次震动、或约45次震动至约50次震动范围内的锥震动韧性。根据另一方面，包含该型砂添加剂的型砂可具有小于约7.4%的脆性。例如，该干型砂添加剂可具有小于或等于约7.0%、小于或等于约6.5%、小于或等于约6.0%、小于或等于约5.5%、小于或等于约5.0%、小于或等于约4.5%、小于或等于约4.0%、小于或等于约3.5%、或小于或等于约3.0%的脆性。根据另一方面，包含该型砂添加剂的型砂可具有在约2.0%至约7.0%范围内，如，例如在约2.5%至约6.0%、约3.0%至约5.5%、约3.0%至约5.0%、约3.0%至约4.0%、约3.5%至约4.5%、约4.0%至约5.0%、或约4.5%至约5.5%范围内的脆性。根据再一方面，形成型砂添加剂的方法可包括从溢流湿砂铸造废料中回收非砂部分，从湿砂袋滤室灰尘回收装置中回收砂部分，和调节所述非砂部分中粘土和碳的相对水平。该非砂部分可包括回收的粘土组分和回收的碳组分。根据还一方面，该方法可包括将非砂部分脱水。根据再一方面，该方法可包括由经调节的非砂部分和回收的砂部分形成型砂添加剂。根据再一方面，该方法可包括在调节非砂部分的组成之后水力分离该非砂部分。根据再一方面，形成具有所需粘土和碳含量的型砂添加剂的方法可包括回收具有不同于所需粘土和碳含量的粘土或碳含量的废型砂添加剂组合物，将该废型砂添加剂再循环作为生产新鲜型砂添加剂的原料，和基于再循环的造型废砂添加剂的粘土或碳含量来调节新鲜型砂添加剂的生产期间添加的新鲜粘土或碳的至少一种的量，以实现所需粘土和碳含量。根据另一方面，该型砂添加剂可为干型砂添加剂。根据又一方面，该方法可包括将回收的废型砂添加剂组合物脱水。根据又一方面，该废型砂添加剂组合物可包括袋滤室灰尘、湿溢流砂或造型废料中的至少一种。根据一些方面，该废型砂添加剂可从型砂添加剂生产设施中回收。根据一些方面，该废型砂添加剂可从砂造型过程中回收。根据一些方面，回收的废型砂添加剂可包括先前再循环的材料。根据再一方面，金属部件成型的方法可包括提供造型介质，所述造型介质可包含干的回收的非砂部分和砂部分。该非砂部分可包括回收的粘土组分和回收的碳组分。该方法可进一步包括形成湿砂型，并将熔融金属添加到该湿砂型中。根据再一方面，该方法可包括在提供干型砂之前将水添加到干的回收的非砂部分中。添加的水可包括来自砂造型过程的回收的水。附图简述图1显示了示例性干型砂添加剂的形变的图。图2显示了示例性干型砂添加剂的热抗压强度的图。图3A-3C显示了示例性干型砂添加剂的图像。详述应理解，已经简化了本公开的附图和描述以阐述与清楚理解本公开相关的要素，同时为了清楚的目的省略了本领域技术人员可能众所周知或理解的其它要素。本公开描述了减少铸造设施的总的废料的系统和方法，而同时提供了在铸造成型中使用的有价值的预混料，如型砂添加剂。在铸造之后打碎所用砂型的过程导致大量废产物。该废料(造型废料)中的一些不能重新用于生成新的砂型，并经人工处理以便丢弃。但是，大量铸造废料可通过铸造厂的排气系统捕获，例如，当来自铸造设施的空气通过称为袋滤室的大型过滤系统被捕获并传送时。在那里收集的固体颗粒通常被称作“袋滤室灰尘”，并且除了砂之外，由大量的粘土和有机材料构成。在一些情况下，袋滤室灰尘通常可包含按重量计约15重量%至约70重量%的砂、按重量计约20重量%至约85重量%的膨润土和按重量计约10重量%至约40重量%的有机添加剂。存在于袋滤室灰尘中的高水平的膨润土和有机添加剂使其成为用于湿铸成型中使用的添加剂的原料的潜在有价值的来源。铸造废料还可以湿溢流砂或造型废料的形式被捕获。当在铸造之后打碎湿砂型和型芯时，可捕获“造型废料”。在一些湿型铸造厂中，该造型废料可含有约80重量%至约90重量%的砂、约6重量%至约10重量%的膨润土和约1重量%至约4重量%的有机添加剂。造型废料包括涂覆有粘结剂的砂以及单独的砂粒、膨润土和有机添加剂。“湿溢流砂”是指在金属铸造过程中生成的过量的铸造湿型砂(潮湿的)。本公开的方法和系统可利用捕获的袋滤室灰尘、造型废料或湿溢流砂的一种或更多种来生成干型砂添加剂。“干”指的是该型砂添加剂的感觉(触感)，并不是它必定不含水分。市售型砂添加剂通常具有最高15重量%的水分含量。在本公开中，“干”型砂添加剂将是类似的，但是具有最高30重量%的水分含量，例如最高20重量%的水分含量。在一些实施方案中，本公开的方法和系统可利用捕获的袋滤室灰尘、造型废料或湿溢流砂的一种或更多种来生成用于铸造成型的型砂添加剂。例如，使用本领域中已知的方法将袋滤室灰尘、造型废料或湿溢流砂的砂部分和非砂部分彼此分离。该分离可允许调节型砂添加剂中非砂部分中的组分水平。在原始的或经分离的非砂部分中发现的高水平的粘土和有机添加剂允许回收的造型废产物提供用于铸造组合物的重要组分，其可与非再循环的或“新鲜的”材料(如非再循环的非砂部分或非再循环的砂部分)一起重新使用或再循环。在一些实施方案中，所得型砂添加剂或型砂组合物可包括先前再循环的非砂部分或砂部分的组分。在一些实施方案中，该造型废料的非砂部分在与市售可得的预混料相比时可具有低水平的其它杂质(例如硫)，并由此表现出超出现有技术的改善。在一些实施方案中，硫可少于混合物的0.03重量%。在一些实施方案中，可使用单独或与其它分离方法组合的水力分离方法来分离收集的造型废料。在一些实施方案中，可通过脱水方法(如，例如喷雾干燥、絮凝、水力分离和/或交叉流过滤)来降低回收的造型废料的水含量。减水可将该干型砂添加剂的水分含量降低到0重量%和20重量%之间。根据一些实施方案，非砂部分的水分含量可保持在20重量%以上、或约25重量%以上，以保持非砂部分中水合膨润土的有益性质。用于型砂添加剂或型砂组合物的回收材料的浆料可含有砂组分、非砂组分或两种组分的组合。如果需要的话，可根据铸造过程的具体要求将浆料部分或完全脱水。可通过添加粘土或有机化合物以实现适当的浓度来调节在造型废料的回收部分的非砂部分中发现的各种组分的相对水平，以形成具有所需性质的型砂添加剂。添加粘土或有机组分可包括并非从砂造型过程中回收的非再循环或“新鲜的”粘土或有机化合物。根据一些实施方案，添加粘土或有机组分可包括来自砂造型过程的先前再循环的粘土或有机组分。添加剂的具体量将取决于造型废料的回收部分的具体组成，并将取决于由客户指定的新的型砂组合物的要求或下一次铸造的需要。该型砂添加剂的pH通常为碱性，并可在约7至约11的pH范围内。一旦确立，可将该型砂添加剂与先前已用于铸造过程的型砂混合，以生成能够有效用于铸造过程的新的型砂。根据一些实施方案，使用来自造型废料的再循环的非砂部分可改善干型砂添加剂的性质，如，例如提高湿抗压强度、湿剪切强度、透气性、干抗压强度和/或锥震动韧性的一种或更多种。使用来自造型废料的再循环的非砂部分可改善干型砂添加剂的性质，如，例如降低该干型砂添加剂的脆性。提供了数个具体实施例。各实施例包括一批砂造型介质，其用于形成在铁制品(尽管可铸造其它金属)的铸造中使用的铸型。该数个实施例中的砂造型介质的批次具有共同点，这促进对于本公开改善的理解。实施例获得了型砂添加剂的基底组合物(basecomposition)，其含有65重量%的膨润土(钠基膨润土)和35重量%的碳组分(海运煤)。使用水力分离回收袋滤室灰尘的粘土组分和碳组分的非砂部分。将回收的非砂部分分成两批并进行喷雾干燥以将回收部分脱水。将第一喷雾干燥批次脱水至4.4%的水分含量(“低水分”或“LM”)，并将第二喷雾干燥批次脱水至约18.4%(“高水分”或“HM”)。随后如下表1中所示将回收的HM和LM非砂部分与基底材料混合。样品基底(重量%)回收的喷雾干燥的LM(重量%)回收的喷雾干燥的HM(%)基底10000LM01000HM00100LM2575250LM5050500LM7525750HM2575025HM5050050HM7525075表1随后将各样品与7重量%的粘土(钠基膨润土)混合并使用辛普森实验室研磨机(SimpsonLaboratoryMuller)研磨7分钟。随后向各样品中添加水，直到实现约46%的紧实率。根据规定的测试方法将各实施例成形为标准型砂，并使用由美国铸造协会(AmericanFoundrySociety)在其出版的砂型和砂芯试验手册(MoldandCoreTestHandbook)(其通过引用由此并入)中概述的铸造测试方法进行测试，以确定其物理特性，包括湿态强度、干态强度和透气性。所用程序可在由美国铸造协会(www.afsinc.org)出版的版本，第3版，2001年中找到。测试基准包括AFS2110-00-s(粘土，AFS法(Clay,AFSMethod))、AFS2201-00-s(砂混合物制备，粘土法(SandMixturePreparation,ClayMethod))、AFS2206-00-s(拉伸，湿，型砂(Tensile,Wet,MoldSand))、AFS2204-00-s(剪切强度，湿或干(ShearStrength,GreenorDried))、AFS2211-00-s(亚甲基蓝粘土测试(MethyleneBlueClaytest))、AFS2218-00-s(水分测定，强制热空气法(MoistureDetermination,ForcedHotAirMethod))、AFS2220-00-s(型砂混合物的紧实率，夯实法(CompactabilityofMoldingSandMixtures,RammerMethod))、AFS2248-00-s(脆性(Friability))、AFS2249-00-s(锥震动韧性(ConeJoltToughness))、AFS5234-00-s(抗压强度，热(CompressionStrength,Hot))，其全部通过引用并入。测试结果显示在下表2中。表2如上表2中所示，各样品LM25、LM50、LM75、HM25、HM50和HM75的湿抗压强度、湿剪切强度和透气性要么提高，要么保持与基底材料相当。HM25和LM25二者的湿抗张强度提高，但HM50和LM50的湿抗张强度略微降低。LM25、HM25、LM50、HM50、LM75和HM75各自的干抗压强度和锥震动韧性均显著提高。LM25、HM25、LM50、HM50、LM75和HM75各自的脆性显著降低。这些结果显示，可将造型废料的回收的喷雾干燥部分再循环到砂型添加剂中，而不会不利地影响添加剂的性质。对于几种性质而言，如表2中所示，添加剂的性质，如锥震动韧性、脆性、透气性和各种强度测量结果可通过添加该回收材料来提高。使用具有形变测量仪的DietertDialotometer在0psi至200psi的各种压力下测量基底样品和样品LM、HM、LM25和HM25的形变并在计算机程序中绘图。图1显示了形变测试的结果。如图1中所示，各样品LM、HM、LM25和HM25表现出比基底材料略小的形变，其中LM25和HM25表现出最低的形变量。在以下四个温度下使用具有形变测量仪的DietertDialotometer测量基底样品和样品LM、HM、LM50和HM50的热抗压强度并在计算机程序中绘图：538℃(1000℉)、816℃(1500℉)、982℃(1800℉)和1093℃(2000℉)。基于所制备型砂的密度，以53至55克试样在多个圆筒中使用气力挤压机方法(AFS砂型和砂芯试验手册方法AFS2221-00-s)制备试样，其结果显示在图2中。如图2中所示，LM、HM、LM50和HM50的热抗压强度在700℃至约1000℃与基底材料相比显著提高，而样品HM50和LM50在约1000℃和约1100℃之间相对于基底材料显示出略高的热抗压强度。图3A-3C显示了含有具有5%(图3B)和10%(图3C)的回收的非砂部分的添加剂的基底样品(图3A)的放大图像，所述非砂部分经喷雾干燥以形成干型砂添加剂。如图3A-3C中所示，该干型砂添加剂的视觉组成随着回收的非砂组分的添加并无变化。如这些实施例中所示，回收的非砂部分可从造型废料中回收、经喷雾干燥、并再循环或再引入到型砂添加剂中，以有利地影响型砂添加剂的性质。由造型废料产生的原料的组分和物理性质可通过添加组分或纯化(例如通过减水)来调节，以获得适用于铸造即用的型砂添加剂的最终水平。本公开表现了在减少铸造废料和制造用于铸造过程的高品质型砂添加剂两方面超越现有技术的改善。上述描述中的任何内容均不意在将权利要求的范围限制为任何具体的组成或组分的结构。本发明的范围内涵盖许多替代、添加或修改，并且其对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本文中描述的实施方案仅通过举例方式呈现，且不应当用于限制权利要求的范围。当前第1页1 2 3