含有硫酸钡的模制材料混合物的制作方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及含有硫酸钡以及耐火基础模制材料和基于水玻璃的粘结系统的模制材料混合物，其在铸造工业中用于制造铸造模具和模芯以获得具有改善的铸造表面的铸造件，尤其是铝制铸造件。所述改善本身特别表现在砂粘附现象、砂渗入现象的减少以及穿透度/粗糙度的降低。【
背景技术：
】[0002]铸造模具基本上由模芯和模具组成，其代表所要制造的铸造件的负形状。此处的这些模芯和模具由耐火材料，例如石英砂，以及合适的粘结剂组成，该粘结剂使铸造件从模制工具中取出后具有足够的机械强度。因此人们使用涂布有适当粘结剂的耐火基础模制材料来制造铸造模具。耐火基础模制材料优选可浇注的形式，使得其可填充入合适的空心模具中并且在其中被压紧。借助于粘结剂，在基础模制材料的颗粒之间产生牢固结合，使得铸造模具获得必要的机械稳定性。[0003]铸造模具必须满足各种不同的要求。对于铸造过程本身，其首先必须具有足够的强度和耐温度性，以便能将液态金属接收到由一个或多个（局部）铸造模具所形成的空心腔中。在固化过程开始后，铸造件的机械稳定性通过固化的金属层得以保证，该金属层沿着铸造模具的壁形成。铸造模具的材料这时必须在由金属所释放的热量的影响下以如下方式分解，即其失去它的机械强度，也即在耐火材料的单个颗粒之间的结合力被消除。在理想的情况下，铸造模具再次分解成细砂，其可以从铸造件中毫不费力地移除。[0004]此外，最近已越来越需要在铸造模具的生产过程中，以及在铸造和冷却的实施过程中，在可能的程度内，无CO2形式的排放或不产生碳氢化合物，以保护环境和限制由（主要是芳香烃的）碳氢化合物造成的环境中令人讨厌的气味。为了满足这些新的要求，近年来已开发或改善无机粘结系统，在金属模具制造中使用这些无机粘结系统可以防止或至少明显减少〇)2和碳氢化合物的排放量。然而，无机粘结系统的使用经常与其它缺点相关联，在下文的解释中详细描述。[0005]无机粘结剂与有机粘结剂相比较具有的缺点是，由其制备的铸造模具具有相对较低的强度。这在从工具中取出铸造模具后立即特别明显地表现出来。然而此时的良好强度对于制备复杂的和/或薄壁的模制件和它的安全的操作是特别重要的。与有机粘结剂相比较，无机粘结剂对于空气湿度的抗性也降低得相当多。EP1802409Bl公开了可以通过使用耐火基础模制材料、基于水玻璃的粘结剂以及由合成的无定形二氧化娃组成的添加剂来获得较高的制备后即时强度及对空气湿度的较高抗性。通过这种添加剂，可确保对更复杂的铸造模具进行可靠的处理。[0006]与有机粘结剂相比，EP1802409Bl中所述的无机粘结系统会造成砂对铸造件的强附着力，其伴有相当大的清洁投入从而增加铸造厂的成本。在此背景下，WO2008/046651公开了如果向由耐火基础模制材料、基于水玻璃的粘结剂以及选自二氧化硅、氧化铝、氧化钛以及氧化锌的微粒状金属氧化物组成的模制材料混合物中添加碳氢化合物，则这种砂对铸造件的附着力可明显最小化。[0007]因此，铸造件的表面品质可通过添加碳水化合物得以改善。然而，在金属铸造过程中向模制材料混合物中添加碳水化合物还是导致CO2和碳氢化合物的排放，虽然与纯有机粘结剂系统相比有明显减少。[0008]通常在铸造工业中已知使用某些耐火材料作为铸造件涂层可以显著提高所讨论的铸造件的表面品质。可用不同的方法将这些耐火材料，例如，以水溶液或醇基悬浮液的形式，所谓的黑浆，涂布于铸造模具。随后进行干燥过程以去除液体介质。或者也可以干燥形式涂布这些耐火材料。所用耐火材料的特征在于低相互作用力以及具有令人满意的与金属熔体的非润湿性。另外，这些材料呈非常细的颗粒形式，以减少基础模制材料（例如石英砂）表面的脊谷结构，并因此避免金属熔体通过基础模制材料（例如SiO2)的良好润湿性能的改善而穿透到这些谷状部分中，这反过来会导致所讨论的铸造件的不良表面品质。[0009]通常，所用材料具有层结构，例如滑石、六方氮化硼（参见"EinsatzvonBornitrid-SchlichtenimpraktischenBetriebderDruck-undKokillengiePerei，〃Giesserei80,No.8,1993年，第256-259页）或石墨。假定各层与铸造模具表面平行排列，从而可以产生光滑的表面。也可以使用其它细粒，无机材料用作涂层材料，只要它们不相互作用或与熔体反应和/或优选具有与金属熔体（尤其是铝熔体）令人满意的非润湿行为。[0010]这些材料为例如金刚砂（Al2O3)或硅酸锆（ZrSiO4)。然而，涂层的使用也有相当大的缺点。铸造厂的工作和材料的量明显更大，这自然会导致更高的成本。[0011]还应该指出，使用水性黑浆可以影响与无机粘结系统密切相关的铸造模具的稳定性。由于这些原因，一般尽量少用所谓的黑浆。[0012]相对于非铁金属熔体（NF金属熔体），特别是铝和/或铝合金的熔体，8&504具有低润湿效果原则上是文献中已知的（参见US6008152，〃Theeffectsoffumedsilicaandbariteonthealuminumresistanceofaluminacastables"（JournaloftheMinerals，MetalsandMaterialsSociety(JOM),第55卷，2003年11月，第66-69页）及^FeuerfesteZustellungfilrAluminium"（Giesserei_Erfahrungsaustausch9+10,2011年，第33-35页））。另一种低润湿添加剂为CaF2。然而，在这些情况下所使用的低润湿添加剂是用作生产槽和管以及熔铝炉内衬的添加剂，以增加相应耐火材料对腐蚀的抗性。通过将硫酸钡作为低润湿添加剂加入可含有二氧化硅和/或二氧化硅粉末的耐火材料中，耐火材料对铝熔体的化学抗性得以改善，从而使由其制造的模具获得最长使用可能性。上述资料中都有一个共同点：没有使用水玻璃。[0013]槽和管以及熔铝炉内衬的特点是一个长久可用性，而模芯或铸造模具在用了一次后，应在可能的范围内分解不留下任何残留。此外，通常所用的铸造模具有比烧结耐火材料高得多的孔隙，这是用作熔铝炉中铝熔体运输的槽及管。对铸造模具而言，这导致与铝熔炉衬里所需非常不同的需求轮廓。[0014]现有技术的问题及对问题的描述[0015]迄今已知的铸造用无机粘结剂系统仍有很大的改进空间。首先，希望开发一个完全无机粘结剂系统，该系统（a)不允许金属铸造过程中形成的0)2和有机热解产物排放，(b)达到自动加工过程中所需的相应强度水平（特别是储存后的耐热性和强度），和（C)获得表现出明显较低的砂粘附现象、砂的渗透、穿透及变色的铸造件的铸造表面，从而在无涂层或黑浆的情况下对铸造件的清洗工作投入最小化。铸造件的进一步处理需要消耗大量时间、人力和物力，因此在生产中代表相当大的成本因素。铸造件刚从铸造模具取出后，就应该已经具有高的表面品质。[0016]因此本发明是基于可获得用于制造金属加工用铸造模具的模制材料混合物的问题，所述模制材料混合物包含至少一种耐火基础模制材料以及基于水玻璃的粘结剂系统，其可以制造几何形状复杂的铸造模具，且其还可包含例如薄壁部分，其中在金属铸造后，所获得的铸造件应该已经具有高的表面品质，如前所述，例如具有较低的砂粘附现象、砂的渗透、穿透及变色。[0017]这个问题用具有独立权利要求的特征的模制材料混合物来解决。根据本发明的模制材料混合物的有利的改进方案是从属权利要求的主题或描述于下文。【
发明内容】[0018]已令人惊奇地发现通过向模制材料混合物中添加硫酸钡，可制造基于无机粘结剂的铸造t旲具，该铸造t旲具不仅在制造后立即具有尚强度，而且在$父长时间储存后也具有尚强度。此外，在金属铸造后，获得具有极高表面品质的铸造件，因此，在取出铸造模具后，仅需要对铸造件表面微小加工或甚至不需要进一步加工。这个优点明显降低铸造件的制造成本。[0019]根据本发明的一个实施方式，模制材料混合物大体上不含有机添加剂，也就是说最多有0.2重量％的有机添加剂或甚至无有机添加剂，因此如果有的话，只能观察到产生极少量烟，从而对于在工作地点工作的员工以及生活在周边区域的人们而言防止由于不健康排放导致的污染。使用根据本发明的模制材料混合物亦代表对减少对气候有害的排放(由于二氧化碳和其它有机物热解产物）作出贡献。[0020]用于制造金属加工用铸造模具的本发明模制材料混合物包含至少：[0021]耐火基础模制材料；以及[0022]基于水玻璃的粘结剂，及[0023]硫酸钡。【具体实施方式】[0024]可以使用用于制造铸造模具的常用材料作为耐火基础模制材料。合适的材料例如是石英砂、锆砂或铬砂、橄榄石、蛭石、铝矾土以及耐火粘土，特别是相对于耐火基础模制材料而言大于50重量％的石英砂。在这儿没有必要使用专门的新砂。在资源回收和避免废物处置成本的意义上，使用尽可能高比例的再生旧砂更有利。[0025]耐火基础模制材料优选占模制材料混合物的大于80重量％，特别是大于90重量％。[0026]例如在WO2008/101668(=US2010/173767Al)中描述了一种适用的砂子。通过洗涤和后续干燥获得的再生砂也可适用。可用但并非优选的是通过纯粹机械处理获得的再生砂。通常，再生砂可以取代至少约70重量％的新砂，优选至少约80重量％，特别优选至少约90重量％的新砂。[0027]另外，也可以使用合成的模制材料作为耐火基础模制材料，例如玻璃珠、玻璃颗粒、已知名称为"Cerabeads"或"Carboaccucast"的球形陶瓷基础模制材料或错娃酸盐空心微球（所谓的微球体）。这样的错娃酸盐空心微球例如由OmegaMineralsGermanG当前第1页1 2 3 4 5