CN106536083A - 用于铸造铸件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸造铸件的方法，其中提供由一个或多个模制材料制成的铸模部件或铸芯组成的铸模，该模制材料由芯砂、粘合剂和可选的添加剂组成。铸模(2)通过形成在外壳内表面区段和铸模(2)对应的外表面区段之间的填充腔(10)而套入外壳中。该填充腔(10)随后填充能自由流动的填充物(F)并且将金属熔体浇铸到铸模(2)中。铸模伴随着金属熔体的浇铸开始释放热量。金属熔体的热传入使模制材料的粘合剂蒸发并燃烧。粘合剂由此失去其作用并且使铸模(2)分裂。按照本发明，填充物(F)具有较低松密度，以使得由填充物(F)在填充腔(10)形成的填充物包能够由气流(S1，S2)流通经过。在此填充物(F)在填充该填充腔过程中具有最低温度,由该最低温度开始填充物(F)的温度通过由铸模(2)释放的热量和在粘合剂燃烧过程中释放的热量所产生的过程热而升高至临界温度以上，在临界温度蒸发出的粘合剂点燃并燃烧。

Description

用于铸造铸件的方法

技术领域

本发明涉及一种铸造铸件的方法，其中，将金属熔体浇铸到铸模中，该铸模围绕形成待产生的铸件的空腔，其中，该铸模作为缺失模而由一个或多个铸模部件或铸芯组成。这些铸模部件或铸芯在此由模制材料成型，该模制材料由芯砂、粘合剂和可选的一种或多种用于调整模制材料的特定性能的添加剂组成。

背景技术

在这类常规的方法中，通常首先提供形成铸件的铸模，该铸模的铸芯和铸模部件在分开的加工过程中预制。该铸模在此也可以作为所谓的“组合砂芯(Kernpaket)”由多个铸芯组合成。同样可能的是，使用例如仅由两个分别由模制材料制成的模具半部组成的模具，在模具半部中成型有铸件形状的空腔，其中在此也可能存在模具芯，从而在铸件中形成凹口、空心、通道和类似结构。

按照本发明产生的铸件的典型的例子有气缸体曲轴箱和气缸盖。更大和高负载的发动机由铸铁以砂型铸造法制成。

在铁铸造领域中，与膨润土、光泽碳形成剂和水混合的石英砂通常用作形成铸模的外壳的铸模部件的模制材料。相反，形成铸件内侧的空腔和通道的铸芯通常由市售的芯砂形成，该芯砂与有机或无机的粘合剂、例如与合成树脂或水玻璃混合。

与芯砂和粘合剂的类型无关，在由上述类型的模制材料成型的铸模中基本原则在于，在粘合剂的赋形之后通过适当的热处理或化学处理而时效硬化，从而使芯砂的颗粒粘合并且在足够长的持续时间中确保经过各个铸模部件和铸芯的形状稳定性。

在由铸铁浇铸大体积的铸件过程中，在金属熔体的浇铸之后负荷在铸模上的内压可能是非常高的。为了承受该压力并且可靠地避免铸模的破裂，必须使用厚壁、大体积的铸模或者使用在铸模外侧上支承铸模的支承结构。

这类支承结构的一个可能性为罩在铸模上的外罩。该外罩通常按照护罩的形式而形成，该护罩在铸模的外周面上围绕铸模，但是在其上侧具有足够大的开口，从而实现将熔体浇铸到铸模中。外罩在此这样定尺寸，以使得在安装之后至少在对于铸模的支承起决定作用的区段中在外罩的内表面和铸模的外表面之间保留存在一个填充腔。该填充腔通过能够流动的填充物而填充，从而确保了各个表面区段在外罩上的大面积支承。为了在此实现填充腔尽可能均匀的填充、铸模与填充材料同样均匀的接触以及易碎的铸模材料的与之相应的均匀的支承，通常使用精细颗粒、能够流动的填充材料(比如砂或钢粒)作为填充物，这些填充材料具有较高的松密度。在填充之后额外地密封填充物。在此的目的是产生尽可能紧密的填充块，其根据不可压缩整体的类型确保支承力由外罩直接传递到铸模上。

金属熔体以较高的温度浇铸到铸模中，从而也同样剧烈地加热组成铸模的铸模部件和铸芯。因此，该铸模开始释放热量。如果铸模的温度超过特定的最低温度，则模制材料的粘合剂开始蒸发并且在进一步释放热量的条件下燃烧。由此使粘合剂失去其作用。通过粘合剂的分解而失去制成铸模的铸模部件和铸芯的模制材料的颗粒的连接，并且使铸模或其由模制材料组成的部件和芯分裂成单个的碎片。

实践中已知的是，为了从各个铸模中取出铸件可以利用该效果。因此，例如EP 0546 210 B2或EP 0 612 276 B2中已知用于铸件的热处理方法，其中，在一个连续的方法过程中使铸模和铸件由铸造加热进入热处理炉。在通过该炉的过程中，铸模和铸件在一个温度下经过足够长的持续时间，在该温度下调整通过热处理所期望达到的铸件的状态。同时应这样选择热处理的温度，以使得模制材料的粘合剂分解。随后自发从铸件上脱落的、由模制材料组成的铸模的碎片仍在热处理炉中收集在砂床中。这些碎片在此处停留经过一定的持续时间，从而促使铸模部件和铸芯的碎片进一步分裂。通过鼓入热风流经砂床而促使从铸模上脱落的模制材料碎片进一步粉碎。足够细碎的模制材料碎片最终运送至加工部中，在加工部中通过将模制材料碎片用于制造新的铸模部件和铸芯来恢复成芯砂。

在脱模和准备铸造铸件所需的铸模过程中的已知的方法已经证明在大量铸造由铝制成的内燃机的部件中是有效的。然而其前提是相当大的结构长度的熔炉和铸造模具和铸模和铸件的处理，在大体积部件或铸模的情况下通过上述类型的外罩的额外支承被证明是复杂的。这特别适用于要由铸铁以中小批量制造的铸件。

发明内容

在该背景下，本发明的目的在于说明一种方法，该方法以优化的能效并且以特别经济的方式实现了铸件的大批量生产。

本发明通过权力要求1中给出的方法实现了该目的。

本发明的有利的设计方案在从属权利要求中给出并且随后将像一般发明构思一样详细说明。

相应地，本发明提出了一种用于铸造铸件的方法，其中，将金属熔体浇铸到铸模中，该铸模围绕形成待制的铸件的空腔。该铸模作为缺失模而由一个或多个铸模部件或铸芯组成。这些铸模部件由模制材料成型，模制材料由芯砂、粘合剂和可选的一种或多种用于调整模制材料的特定性能的添加剂组成。

按照本发明的方法在此包括以下工作步骤：

-提供所述铸模；

-将铸模套入外壳中以形成在外壳的至少一个内表面区段和铸模相对应的外表面区段之间的填充腔；

-为填充腔填充能自由流动的填充物；

-将金属熔体浇铸到铸模中，

-其中，铸模伴随着金属熔体的浇铸而开始散发热量，该热量是通过热的金属熔体引起的热传入的结果，并且

-其中，由于通过金属熔体引起的热传入使模制材料的粘合剂蒸发并开始燃烧，从而使粘合剂失去其作用并使铸模碎裂成碎片。

按照本发明，填充在填充腔中的填充物具有较低的松密度，以使得在填充腔填满之后在此由填充物形成的填充物包能够由气流流通经过。

此外，在按照本发明的方法中，填充物在填充该填充腔的过程中具有最低温度,填充物的温度由该最低温度开始通过过程热而升高至700℃的临界温度以上，该过程热通过铸模散发的热量和在粘合剂燃烧过程中释放的热量形成。

按照本发明的方法因此基于这样的构思，即，在蓄热器的意义上使用填充物并且该蓄热器这样调温和形成，以使得制成铸模的铸模部件和铸芯的模制材料的粘合剂在外罩中停留时间的过程中通过温度作用而尽可能分解。

以这种方式实现了，由模制材料组成的铸模的部件和铸芯碎裂成碎片，以使得这些碎片从铸件上脱落并且在移除该外罩之后该铸件至少在其外表面的区域内尽可能没有附着的铸模部件或铸芯。

在该时间点上，在铸件内部形成通道和空腔的铸芯也同时分裂，从而使该铸芯的芯砂和模制材料碎片可以在外罩中自动地从铸件中流出或者以已知的方式(例如通过机械的方法，比如晃动或者通过由适宜的液体冲洗)而从铸件中除去。

按照本发明在铸件和外罩之间形成的填充腔中填充的填充物是能够流动的，从而在铸模的外表面的区域中存在背切、空穴和类似结构时该填充物仍可以完全填充该填充腔。

在此重要的是，填充物按照本发明具有较低的松密度，以使得即使在填充腔填满并在必要时对填充在填充腔中的填充物实施压缩之后，仍能够由气流流通经过。与上述现有技术相反地，按照本发明明显不在填充腔中产生高压缩的填充包，该填充包虽然可以确保铸模的理想的支承，但是应为尽可能不透气的。确切地说，这样选择按照本发明使用的填充物，即，其对于气流而言是可通过的，该气流例如由于热对流而调整。当铸模通过浇铸到其中的金属熔体而加热并且使铸模部件和铸芯的模制材料的可蒸发的粘合剂组分蒸发以及在释放热量的条件下开始燃烧时，产生该气流。

当在此谈及可蒸发并可燃烧的粘合剂时，总是意味着这样的粘合剂组分，其通过供热而变为蒸汽状的并且能够燃烧。这并不排除，粘合剂组成以固体或其他形式(例如作为裂纹产物)保留在铸模中并在此以理想的方式同样通过热影响而分解。

填充在填充腔中的填充物的按照本发明规定的、能够由气流通过的可通过性在此不仅仅提供了使可从铸模中蒸发出的粘合剂在填充物的区域中自燃并由此进一步加热填充物的可能性，而且还允许额外地输入促进粘合剂燃烧的氧气。以这种方式，通过由金属熔体引入的以及由粘合物燃烧释放的过程热将填充物加热至一个温度，该温度足够高，以使得与填充物接触的、从铸模中逸出的铸模部件和铸芯的粘合剂组分燃烧或者至少这样热分解，从而使其不再具有有害环境的作用或者能够作为废气从外罩中排出并且输送给废气净化装置。

按照本发明预调温的填充物优选在浇铸金属熔体之前短的时间间隔内装入填充腔中，从而使温度损失最小化。

在填充腔中达到了足够浓度的模制材料的可燃气体之后，通过与已加热的填充物接触而开始燃烧。从铸模中逸出的粘合剂的燃烧进一步进行并且一直对填充物进行进一步调温。该过程一直持续，直到从铸模中仅逸出非常少的粘合剂量，从而不再能在外罩中形成可燃烧的气氛。但是，热的填充物现仍按照蓄热器的类型而将温度保持在可以导致粘合剂燃烧的临界温度以上。铸模相应地也至少停留在该温度上，从而使保留在铸模中的粘合剂残留物热分解。

按照本发明的方法特别适用于其铸模部件和铸芯由有机粘合剂连接的模制材料组成的铸模。为此，例如可以使用市售的含溶剂的粘合剂或者通过化学反应而发挥其作用的这类粘合剂。相应的粘合剂系统目前以所谓的“冷箱法(Cold-Box-Verfahren)”使用。

在实践中，特别是在铸铁熔体的加工过程中，700℃的温度适合作为临界温度。在700℃以上特别是有机粘合剂可靠地燃烧。同时，在该温度下可以使从铸模中逸出的其他有害物质氧化或者以其他方式处理成无害的。这同样适用于在铸模中由于温度引起的粘合剂分解调整的裂纹产物，该裂纹产物同样在这样的高温下可靠地分解。

通过按照本发明地将已预热到特定温度的填充物填充到填充腔中，实现了使填充物由于输入的过程热而加热到位于临界温度以上的温度。实际的试验已显示，在填充腔的填充过程中，500℃的温度作为填充物的最低温度是足够的。

伴随着粘合剂的逸出、燃烧和分解，由模制材料成型的铸模的部件和铸芯碎裂成松散的碎片，这些碎片可以在去掉外罩之后清除并且可以运送至处理装置或者以有利的方式已经在浇铸金属熔体和去掉外罩之间的停留时间过程中从外罩排出。针对该目的可以将铸模放置在筛板上并且收集流过筛板的铸模的碎片。以实际的方式这样设计筛板的开口，即，铸模的碎片和填充物共同通过所述筛板流动、收集、处理并且在处理之后相互分离。这样的优点在于，当取下外罩时，没有松散的填充物还存在于外罩中。

铸模的外罩可以相应地通过由绝热且足够形状稳定的材料构成的护罩、用作筛板的穿孔的支承板和同样隔热的盖子形成，其中，该护罩以足以形成填充腔的距离围绕铸模，铸模放置在支承板上，盖子在填充铸模之后安装。为了实现填充腔中形成的废气的受控地排出，可以额外地设置废气开口。

在按照本发明的方法中也可以压缩填充在填充腔内的填充物，从而在铸模和外罩之间产生预应力，当铸模形成作为由多个铸模部件和铸芯组成的组合砂芯时，通过该预应力确保铸模可靠、位置精确的粘结。但是如上所述地，即使在这样压缩的填充物的情况下由于较小的松密度仍确保了气流的流通性。

按照本发明所实现的铸模的铸模部件和铸芯的破坏的效率也可以由此得以提高，即，不仅将填充物而且将铸模本身都设计成为能够通气的。为此可以将目标的通道引入到铸模中，可以使填充腔中形成的热废气或者相应预热的含氧气体流通经过该通道。以这种方式实现了模制材料粘合剂在铸模内部快速的蒸发、燃烧和其他热分解。由此额外地加速了铸模的碎裂。

有针对性地在铸模中引入的通道另外用于加速冷却在铸件上或铸件内的特定区域或者避免这类加速的冷却，从而实现铸件在各个区域中的特定的性能。

在根据本发明的填充材料中，在压实之后，预应力通过彼此接触的填充材料的颗粒传递。在此为了在按照本发明要求的填充物的通气性的情况下仍避免填充物的颗粒不受控制地移位，外罩可以在其面向铸模的内表面上设置有结构化的表面，撞击该表面的颗粒至少局部地以形状配合的方式支承在该表面上。

填充物应该同时具有较小的储热的能力，由此可以快速地加热该填充物并且在临界温度以上的温度上保持经过尽可能长的时间。

以理想的方式适用于按照本发明的目的的填充物因此将材料的较小的松密度与较小的比热容相结合，形成填充物的单个部分由该材料制成。

在此，实际的试验得出，填充物中的材料的松密度Sd和比热容cp的乘积P最大为1kJ/dm³K(P＝Sd×cp≤1kJ/dm³K)，该填充物由该材料制成，其中，乘积P＝Sd×cp最大为0.5kJ/dm³K的填充物是特别适宜的。

与是否进行压缩无关地，颗粒或者其他颗粒状的散积物证实适合作为填充物。在此，对于按照本发明的目的适宜的是，这类散积物具有最大为4kg/dm³的松密度Sd，特别是小于1kg/dm³或甚至小于0.5kg/dm³。

如果使用颗粒状的、松散的并且能够流动的填充物，那么在实际的试验中被证实为有益的是，颗粒材料具有1.5-100mm的平均直径，其中，理想地使用其颗粒大小为1.5-40mm的填充物。

在此，由具有最大为1kJ/kgK、理想为小于0.5kJ/kgK的比热容的材料构成的填充物表现出对于本发明而言理想的加热和储热性能。

原则上所有能够负荷热的散积物适合作为填充物，这些散积物满足上述说明的条件并且是充分热稳定的。对此适合的特别是非金属的散积物，比如由陶瓷材料制成的颗粒。这些材料可以不规则地成型、设置成球状或者具有空腔，从而实现填充在填充腔中的填充物在较小的储热性能的同时具有良好的通气性。填充物也可以由环形或者多边形的部件组成，这些部件相互仅点状地接触，从而在它们之间分别保留足够的空间以确保良好的流通性。

为了避免通过可选地经气体入口引导进入外罩的含氧气流导致填充物冷却，可以使气流在其进入填充腔之前加热到室温以上的温度。在此理想的是，气流的温度至少处于填充物的最低温度的水平上。为了加热气流例如可以使用从外罩中排出的热废气。为此可以使用已知的热交换器。如果设置有筛板，铸模的碎片在必要时连同填充物可以从外罩通过该筛板流出，含氧的气流也可以通过该筛板引导。这样不仅具有大面积导入的优点而且还促使输送的气流通过与从外罩中流出的热的模制材料碎片以及同样热的填充物接触而加热。

替代性或补充地还可以考虑，废气流的部分气流与含氧的气流混合并且将这样得到的热气流引导回填充腔中。为此适宜的是，引导到填充腔中的含氧的气流中10-90体积％由废气组成。

输送给填充腔中的含氧的气流例如可以是环境空气。

由于通过热交换而在填充腔内部引起的流通，使输送给填充腔中的含氧的气流通过适合的入口吸入到填充腔中。替代性地，当然可以同样考虑，借助鼓风机或类似物以一定的压力将气流带入填充腔中。

可以根据从外罩逸出的废气体积流量而对引导到填充腔中的气流进行可选地调节，从而避免产生在填充腔中存在的气氛的过压。为此可以为各个气体入口配备一个根据气流速度调节供气的机构。适合于该目的的例如是已知的舌瓣阀门，其可以这样安装和负载，以使得经过该舌瓣阀门的气流的流体压根据平衡自动地调节流速并因此调节燃烧气体输入。

同样能够考虑的是，在废气出口上进行废气测量并且根据该测量的结果来调节含氧的气流，从而确保粘合剂的完全燃烧并且确保其他可能从铸模逸出的气体在填充腔中的完全燃烧。

在按照本发明的方法中也可以由此实现有害物质排放的最小化，即，外罩配备有用于分解粘合剂的燃烧产物中所含的有害物质的催化装置。

在按照本发明脱模之后取出的铸件可以在铸模碎裂之后进行热处理，其中该铸件按照特定冷却曲线的标准而以已知的方式受控制地冷却，从而产生铸件的特定状态。

在按照本发明的方式中，当然可以同时将多个铸模设置在一个外罩中并且使这些铸模平行地或者在时间上紧密地以依次相邻的顺序填充有金属熔体。

按照本发明的方法原则上适用于各种类型的金属铸造材料，在这些金属铸造材料的加工过程中产生足够高的过程热。按照本发明的方法特别适用于制造由铸铁组成的铸件，因为由于铸铁熔体的高温能够特别可靠地达到用于粘合剂燃烧的、按照本发明规定的温度。特别是可以以按照本发明的方式加工GJL、GJS和GJV铸铁材料以及钢铸件。

如果在此谈及按照本发明使用的铸模由模制材料成型的铸模部件或铸芯组成，那么当然包括这种可能性，即，在这类铸模中由其他材料制成单个部件，比如冷铸型、支承体和类似物。重要的仅在于，铸模含有这样一定体积的模制材料，即，在浇注熔融金属的过程中导致粘合剂的蒸发，该粘合剂随后在填充腔中燃烧，并且将填充物加热到这样的程度，即，将温度在临界温度以上保持经过足够长的时间以确保模制材料的粘合剂尽可能地完全分解。

从根据本发明设置的外罩中流出的废气流的清洁可以这样实现，即，仍存在于废气中的可燃物质随后在废气燃烧过程中后续燃烧。在此释放的热量又可以用于预热引导到外罩中的含氧气流。

如果通过多个根据本发明的铸模以根据本发明的方式平行地依次形成铸件，那么可能适宜的是，铸模与与其对应的外罩一起布置在通道或类似物中并且形成的废气通过共同的废气管道排出。

根据本发明的方法特别适用于大批量地制造内燃机的汽缸体曲轴箱和气缸盖。特别是在所涉及的部件特定用于商用车辆的情况下，这些部件及其制造所需的铸模具有相对较大的体积，在这种情况下根据本发明的方法的优点特别显著地发挥作用。

通常，根据本发明获得的芯砂碎片在它们从外罩中排出时仍是较热的，以使得它们可以在常规的粉碎机中粉碎而不需要额外的供热。如果芯砂碎片以与填充物的混合物的形式存在，则在粉碎后进行分离。这是非常简单的，因为在粉碎之后获得的芯砂的颗粒大小远小于填充物的颗粒大小。因此，粉碎机在此可以设计成，其促使芯砂的机械预处理。这样的预处理可以例如包括，通过芯砂与填充物颗粒的接触而增加砂粒的表面粗糙度并因此在随后的铸模部件或铸芯的加工期间改善粘合剂在芯砂上的粘合。

在处理之后所得到的再生砂可以以已知的方式与新砂混合。

附图说明

随后借助示出一个实施例的附图进一步说明本发明。这些附图分别示意性示出了：

图1为示出了按照本发明的过程的流程图；

图2-8分别以沿纵轴的截面图示出了在按照本发明的方法的实施过程中的不同阶段的热反应器；

图9以对应于图2-8的视角示出了为了取出铸件而打开的热反应器；

图10示出了用于冷却铸件的装置；

图11示出了制成的铸件；

图12以对应于图2-8的视角示出了热反应器的收集容器；

图13以横向于其纵轴的截面图示出了用于芯砂再生的破碎工具；

图14以对应于图2-8的视角示出了用于铸造铸件的铸模；

图15以对应于图2-8的视角示出了填充有填充物的储备容器。

具体实施方式

图1作为实施按照本发明的方法过程中产生的循环的图表而示出。在此由模制材料组成的铸模部件和铸芯开始，该模制材料由新的、目前未使用的芯砂(例如石英砂)和常规的粘合剂(例如市售的冷箱粘合剂，“Cold-Box-Binder”)混合而成。同样地使用新的填料，例如具有1.5-25mm的平均颗粒大小的陶瓷颗粒，在第一次使用时,在能够使用之前必须将该陶瓷颗粒加热至要求的最低温度，例如500℃。另外，在该循环中的初始材料可以如下所述地再次利用。

在图2-8中示出的在按照本发明的方法的不同阶段的热反应器T具有一个筛板1，用于倒出铸铁熔体而准备的铸模2放置在该筛板上。该铸模2特定用于铸件G的大规模制造，在该例子中该铸件涉及一种用于商用车辆内燃机的气缸体曲轴箱

该铸模2以常规的方式作为组合砂芯(Kernpaket)由多个外部设置的外芯或铸模部件和设置在内部的铸芯组成。额外地，该铸模2可以包含由钢或者其他不可破坏的材料组成的组件。这些组件例如为设置在铸模2中的冷铸型和类似物，从而通过加速凝固分别与冷铸型接触的熔体而实现定向地凝固铸件G。

铸模2相对于周围环境U限定了使铸铁熔体浇铸到其中从而形成铸件G的铸模空腔3。在此，铸铁熔体经过浇铸系统(Anschnittsystem)流入铸模空腔3，该浇铸系统在此为了清除起见没有示出。

铸模2的芯和铸模部件以常规的方式以冷箱法由常规的模制材料制成，其涉及由市售的芯砂、同样市售的有机粘合剂或可选加入的添加剂组成的混合物，添加剂例如用于使芯砂的颗粒通过粘合剂更好的润湿。由模制材料成型铸模2的铸芯和铸模部件。随后得到的铸芯和铸模部件加载有反应气体，从而通过化学反应使粘合剂硬化并由此赋予芯和铸模部件必要的形状刚性。

筛板1以其边缘支承在收集容器5的环形的边缘凸肩4上。在边缘凸肩4的环形的支承面中嵌入密封部件6。

在将铸模2定位在筛板1上之后，将同样属于热反应器T的外罩7放置在收集容器5的环形的边缘凸肩4上。该外罩7根据保护罩的类型而形成并且在铸模的外周面8上罩住该铸模2。在此，由外罩7所围绕的空间的外周相对于铸模2的外周具有多余部分，从而在将外罩7安装在筛板1上之后在铸模2的外周面和外罩7的内周面9之间形成填充腔10。该外罩以其对应于收集容器5的边缘位于密封部件6上，从而在此确保了填充腔10相对于周围环境U的密封封闭。该外罩由隔热的材料制成，该材料由多个层组成，其中，一个层确保外罩7的必要的形状稳定性而另一个层确保了热隔离。外罩7在其上侧具有较大的开口11，通过该开口可以使铸模2填充有铸铁熔体并且使填充腔10填充有填充物F(图3)。

为了使填充腔10填满作为颗粒状的颗粒材料形成的并加热到至少500℃的温度Tmin的填充物F，将储备容器V在该开口11上定位，随后使热的填充物F从该储备容器通过分配系统12缓缓流入填充腔10(图4)。

当填充过程结束时，在必要时密封填充在填充腔10中的填充物包。随后将盖子13放到开口11上，该盖子同样具有开口14，通过该开口可以使铸铁熔体填充到铸模2中(图5)。

随后进行铸铁熔体向铸模2中的浇铸(图6)。

与此同时，含氧的环境气体可以经过外罩7的下边缘区域中成型的气体入口15进入填充腔10。同样地，通过收集容器5中的通入口16进入的环境空气穿过筛板1进入到填充腔10中(图7)。

随着铸铁熔体的浇铸而产生的铸造模具2的所期望的损坏和与之伴随的铸件G的脱模分两个阶段进行。

在第一阶段中蒸发包含在粘合剂中的溶剂。从铸模2中逸出的蒸汽状的溶剂在填充腔中达到一个浓度，在该浓度下溶剂自动点燃并且燃烧。通过此处释放的热量使颗粒状的、已经在约500℃的温度Tmin的填充物F加热到超过700℃的极限温度T_临界,直到其温度达到近900℃的最高温度Tmax。

如果从铸模2蒸发出的粘合剂组分的浓度对于自燃而言是不足够的，这样加热的填充物具有蓄热器的功能，通过该蓄热器使铸模2的温度和填充腔10中的温度保持在位于700℃的极限温度T_临界以上的水平。以这种方式使从铸模2中逸出的粘合剂组分以及其他潜在的有害物质的燃烧持续进行，直到不再从铸模2中蒸发出粘合剂为止。可能仍持续从铸模2中逸出的蒸汽状的物质通过填充腔10中的高温氧化或者以其他方式变成无害的。

同样地，含氧的、由环境空气形成的气流S1，S2促使从铸模2中逸出气体的彻底燃烧，这些气流通过气体入口15和筛板1进入外罩7的填充腔10。

由于填充物F的松密度较低，以至于即使在密封之后仍能确保存在于填充腔10中的填充物包的良好的气体通过性，因此确保了从铸模2中逸出的气体与提供用于燃烧的气流S1，S2的氧气良好的混合。同时，填充腔10中的填充物包在铸模的外周面上支承铸模2并因此防止了铸铁熔体的折断。

从铸模2中逸出的气体通过填充物F的流通促使了与所输送的气流S1，S2的良好的混合、较长的停留时间以及良好的反应能力。铸模2既可以通过粘合剂系统的燃烧和浇铸到铸模2中的金属引入的热量而加热也可以通过预热的填充物F加热。这可能导致的结果是，几乎完全破坏将铸模2的铸模部件和芯连接在一起的粘合剂系统。因此，铸模部件和芯碎裂成碎片B或者单个的砂颗粒。

碎片B和松散的砂通过筛网1而落入收集容器5中并在此收集。在此，筛网1可以与铸模2的碎裂进行无关地打开，从而使填充物F也进入收集容器5中(图8)。

为了理想地燃烧从铸模2中逸出的气体并且为了使已经在外罩中的芯砂再生，填充物F的温度和在填充腔10中流通的气体的温度理想地分别显著地高于700℃。为此这样设计热反应器T中的条件，即，使再生过程和废气处理不依赖于设备可用性而独立地进行。确定的和设定的大小为填充物F的起始温度、通过气体入口15和通入口16流动的含氧的气流S1,S2以及铸模2本身。

铸模2的碎裂的进行与浇铸到铸模2中的铸铁熔体的凝固过程这样相互适应，以使得在铸模2碎裂时铸件G已充分凝固。

在铸模2基本上完全碎裂之后，收集容器5与其中含有的模制材料-填充物混合物通过筛板1分离并且外罩7也从筛板1上取下。现可以任意地触及尽可能产生的铸件G并且可以在为此预设的通道形的空腔17中受控地冷却(图10)。该铸件G由于该过程而在取出过程中具有较高的温度，其中，奥氏体转换尚未结束而且快速的冷却可能导致内应力并由此导致裂纹。出于这个原因，使铸件G在冷却通道17中对应于消除应力退火的退火曲线而缓慢地冷却。这样定量输入的冷却空气，即，实现与产品相关的冷却曲线(Abkühlprofil)。

收集容器5中含有的由填充物F、芯砂和碎片B组成的混合物在破碎工具18中充分混合并且掺入充足的氧化气体，从而尽可能地后续燃烧仍存在的粘合剂残留，该破碎工具例如为转筒。在该过程阶段中，填充物F也可以与芯砂分离并且二者输送至单独的冷却。这样的再生确保了可靠保持粘合剂系统的完全燃烧并且为了再用作芯砂而额外地通过机械摩擦提供用于粘合剂的良好的粘附的芯砂表面。

所获的芯砂几乎冷却到室温并且在再次加工成为铸模部件或铸芯的组分分离之后供应给新的铸模2。

相对地，将填充物F冷却至预设的起始温度Tmin并且在循环中为了填充腔10的再次填充而填充到储备容器V中。

作为气流S1，S2导入填充腔10中的燃烧气体的量通过可机械调整的活门或滑阀而调节，通过活门或滑阀可以调节气体入口15或通入口16的开口截面。相应调整可以首先通过化学计量所需的用于粘合剂系统燃烧所需的空气量而确定并随后通过测定在此通过盖子13的开口14形成的废气出口19上的CO、NOx和02而精调，该废气出口在盖子13中成型并且在填充腔10中产生的废气通过该废气出口从外罩7中排出。

从图16可以看出，通过溶剂从铸模2的粘合剂系统的蒸发和铸模2的其他蒸发而在浇铸之后立即在填充腔10中达到了通过K_有害物质曲线示出的高有害物质浓度，该有害物质浓度本身在室温下自主地燃烧。临界K_临界在图16以虚线给出，由该临界开始在室温下达到能够燃烧的有害物质浓度。但是，由于较高的500℃的最低温度Tmin,由铸模2进入填充腔10的气体的燃烧在明显更低的浓度下已经开始(参见图16)，其中，该最低温度通过在此引入的热的填充物F而产生。

通过在阶段1中在颗粒材料内部的燃烧使颗粒材料加热并且填充物温度T_填充物在短时间后超过700℃的临界温度T_临界,在该临界温度下有机材料以已知方式在充足的氧含量下自发氧化并因此燃烧。温度T_填充物的变化在图16中以虚线示出。

从铸模2中蒸发出的粘合剂的剧烈燃烧的阶段(“阶段1”)持续到从铸模2进入填充腔10的有害物质浓度K_有害物质基本上通过可蒸发的粘合剂形成的可燃气体而显著降低到室温下不再能进行燃烧为止。

通过大于700℃的较高的填充物温度如上所述地使氧化或燃烧在接下来的阶段2中仍持续，其中，在此释放的热量足够将填充物10的温度进一步提高至最高温度Tmax。填充物10保持在温度上，直到铸模2的破裂进展到不再有明显的出气发生为止，该铸模2破裂成小块并且模制材料残留物掉落到容器5中。但是，只要在填充腔10中进行燃烧过程，在此总是依然产生足够的热量使填充物F在足够长的持续时间内保持在一定范围内，该范围的上限为温度Tmax而其下限为温度T_临界。

因此，按照本发明通过选择填充物填入填充腔10时所具有的温度这样确定超过700℃的临界温度T_临界的时间点，即，在由于较低的有害物质浓度K_有害物质而在填充腔10内不再可靠地以必要的强度发生燃烧过程之前就已经达到了该临界温度。随后，较高加热的填充物F确保，仍从铸模2蒸发出的气体进行分解和剩余燃烧，即使在位于温度T_临界以下的温度的条件下在填充腔中存在的可燃气体的浓度也过小。

能够证实的是，通过铸模2中所含的可蒸发的且可燃的物质为燃烧提供足够多的化学能，以使得填充物温度可以达到远高于1000℃。在这种情况下，可能使浇铸的冷却延长，从而可能需要较长的停留时间。这也可能通过将填充物F填入填充腔10所具有的起始温度而确定。同样可以通过提高作用为冷却空气的气流S1，S2防止过强的温度升高。

填充物F的选择过程中(例如为陶瓷填充物)应注意，填充物F的单个颗粒具有较高的压强度，从而在浇铸过程中接受压力并在循环中保持尽可能少的摩擦损失。另一个选择标准为填充物F的较小的热容与松密度的结合，从而由阶段1尽可能快地获得超过700℃的温度升高。在相适应的燃烧气体输入和相对较低的温度下，通过在散积物(Schüttgut)中的氧化避免了氮氧化物形成。

因为排出的废气按照本发明基本上本身在第一阶段中加热散积物，在散积物内部产生了确保较彻底燃烧的温度特性。燃烧气体由于在填充腔10中产生的热对流而沿垂直方向向上并且有害物质从铸模2中的排出由于较强的蒸汽形成而在第一阶段中沿着水平方向进入填充物包中。通过在填充物F内部气流的交叉确保了良好的混合。

在铸模2上方的区域中，气流于是相同取向并且在从浇铸漏斗上方的废气出口19离开之前可以在盖子13和填充物F之间的燃烧空间中在废气的最热区域中充分地后燃。

在示例计算中，基于表1中给出的针对根据本发明的方法的参数和材料值确定通过熔体的冷却和粘合剂的燃烧所释放的热能Qa以及用于填充物加热以及用于铸模的芯砂加热所需的热能Qb。

由此出发，作为熔体，将灰口铸铁熔体浇铸到铸模中，该铸模的注模部件和铸芯以常规的冷箱法由模制材料制成，该模制材料由常规的芯砂(例如石英砂)和针对该目的同样市面可购买到的粘合剂组成。

此外，为了简化已经假设铸造金属在铸造之后将其热量传递到铸模和填充物上并且所使用的粘合剂中潜在的化学能以燃烧能的形式完全可用于加热填充物。

为了熔体的凝固而排散的熔体热Hfus于是根据公式

Hfus＝m_熔体×hfus×1/1000MJ/kJ

计算，因此在该例子中

Hfus＝170kg×96kJ/kg×1/1000MJ/kJ＝16.3MJ。

在其冷却过程中从熔体中释放的热能Qal于是根据公式

Qal＝cp×ΔΤ×m×1/1000MJ/kJ–Hfus

计算，在该例子中

ΔΤ＝(Tl-T2)＝(850K-1500K)＝-650K

Qal＝950J/kgK×-650K×170kg×1/1000MJ/kJ–16.3MJ

Qal＝-121MJ。

在相应的计算中，通过模制材料中所含的粘合剂的燃烧释放的热量Qa2根据公式

Qa2＝hi×m_粘合剂×(-1)

即，

Qa2＝30MJ/kg×4kg×(-1)＝-120MJ。

于是释放的热能的总和Qa＝Qal+Qa2为-241MJ。

将铸模的芯砂由温度T1加热至温度T2所需的热能Qbl根据公式

Qbl＝cp_芯砂×(T2-Tl)×m_芯砂计算，

即，

Qbl＝835J/kgK×(800K-20K)×255kg＝166[MJ]。

同样，将铸模的芯砂由温度T1加热至温度T2所需的热能Qb2根据公式

Qb2＝cp_填充物×(T2-Tl)×m_填充物计算，

即，

Qb2＝754J/kgK×(800K-500K)×125kg＝28[MJ]。

为了将加热初始在20℃的室温下铸模的芯砂和以500℃的温度T1填充的填充物加热至800℃的最终温度T2所需的热能为Qb＝Qbl+Qb2，即，总共Qb＝166MJ+28MJ＝194MJ。

因此，利用表1中所述的参数，由于通过熔体的热输入和从铸模中逸出的粘合剂的燃烧，提供47MJ的多余能量用于加热填充物F，并用于补偿公差和损失。

在表1所示的在灰铸铁熔体的浇铸过程中可达到的能量平衡的确定表明，在使用基于常规粘合剂系统和在使用由石英砂制成的、常规模制材料的条件下，存在明显的热能的产能过剩。在这种考虑中，忽略所输入的含氧的气流S1，S2，因为它们在能量方面的影响非常小。

在表2中，针对不同的散积物给出了松密度Sd、比热容cp和乘积P＝Sd×cp，这些散积物在其温度稳定性方面基本上适合用作填充物。可以看出，例如钢粒，虽然具有比在此谈及类型的陶瓷颗粒明显更低的比热容cp，但具有明显过高的松密度，从而确保在填充腔中围绕铸模预设的填充物包的根据本发明规定的气体渗透性。

附图标记列表

1 筛板

2 铸模

3 铸模空腔

4 环形的边缘凸肩

5 收集容器

6 密封部件

7 外罩(外壳)

8 铸模2的外周面

9 外罩7的内表面

10 填充腔

11 外罩的开口

12 分配系统

13 盖子

14 盖子13的开口

15 气体入口

16 通入口

17 冷却通道

18 粉碎工具

19 废气出口

B 碎片

F 填充物

G 铸件

S1,S2 含氧的气流

T 热反应器

U 周围环境

V 储备容器

表1

表2。

Claims (15)

1.一种用于铸造铸件(G)的方法，其中，将金属熔体浇铸到铸模中，所述铸模围绕形成待制的铸件的空腔(3)，其中，所述铸模(2)作为缺失模而由一个或多个铸模部件或铸芯组成，所述铸模部件或铸芯由模制材料成型，所述模制材料由芯砂、粘合剂和可选的一种或多种用于调整所述模制材料的特定性能的添加剂组成，所述方法包括以下工作步骤：

-提供所述铸模(2)；

-将所述铸模(2)套入外壳(7)中以形成在所述外壳(7)的至少一个内表面区段(9)和所述铸模(2)相对应的外表面区段(8)之间的填充腔(10)；

-为所述填充腔(10)填充能自由流动的填充物(F)；

-将所述金属熔体浇铸到所述铸模(2)中，

-其中，所述铸模(2)伴随着所述金属熔体的浇铸而释放热量，所述热量是通过热的金属熔体引起的热传入的结果，并且

-其中，由于通过金属熔体引起的热传入使模制材料的粘合剂蒸发并开始燃烧，从而使所述粘合剂失去其作用并使所述铸模(2)碎裂成碎片(B)，其特征在于，

填充在所述填充腔(10)中的填充物(F)具有较低的松密度，以使得在所述填充腔(10)填满之后在此由所述填充物(F)形成的填充物包能够由气流(S1，S2)流通经过，而且所述填充物(F)在填充所述填充腔(10)的过程中具有最低温度(Tmin),所述填充物(F)的温度由所述最低温度开始通过过程热而升高至临界温度(T_临界)以上，所述过程热通过铸模(2)释放的热量和在粘合剂燃烧过程中释放的热量形成，在所述临界温度下使从铸模(2)中蒸发的、与填充物(F)相接触的粘合剂点燃并且进行其燃烧。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，松密度Sd和比热容cp的乘积P最大为1kJ/dm³K。

3.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，松密度Sd最大为4kg/dm³。

4.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述填充物(F)具有最大为1kJ/kgK的比热容cp。

5.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述填充物(F)由颗粒材料组成，所述颗粒材料具有1.5-100mm的平均直径。

6.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在填充所述填充腔(10)的过程中，所述填充物(F)的温度为至少500℃。

7.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述临界温度(T_临界)为700℃。

8.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，外罩具有气体入口(15)和废气出口(19)，而且所述填充腔(10)中包含的填充物(F)至少暂时地并且局部地由含氧的气流(S1，S2)流通经过。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将气流(S1，S2)加热至室温以上的温度。

10.根据权利要求7至9中任意一项所述的方法，其特征在于，根据由废气出口(19)逸出的废气体积流量来调节气流(S1，S2)。

11.根据权利要求7至10中任意一项所述的方法，其特征在于，在废气出口(19)上进行废气测量并且根据该测量的结果来调节气流(S1，S2)。

12.根据权利要求7至11中任意一项所述的方法，其特征在于，由废气出口(19)逸出的燃烧气体的部分气流与含氧的气流(S1，S2)混合并且将所得到的混合物引导至所述外壳(7)中。

13.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述外壳(7)配备有用于分解粘合剂的燃烧产物中所含的有害物质的催化装置。

14.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述铸模(2)放置在一个筛板(1)上，而且所述铸模(2)的碎片(B)和所述填充物(F)共同通过所述筛板(1)流动、收集、处理并且在处理之后相互分离。

15.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述铸模(2)分裂之后对所述铸件(G)进行热处理，在热处理过程中所述铸件按照特定冷却曲线的标准而受控制地冷却。