用经过破碎和分级的矿石，最好是磁铁矿石 来制造铸模和型芯的用途 本发明涉及利用经过破碎及分级的矿石，最好为磁铁矿石，来制造在铸造有色金属或合金，特别是轻金属和轻金属合金中使用的铸模和型芯的用途。
磁铁矿是一种具有化学计量成分Fe3O4的铁磁性矿物。在本文中，“分级”一词指的是例如用筛分，风选或浮选，使已经经过破碎的矿石经受一定颗粒粒度的分级，如众所周知的用于颗粒材料，如型砂的方式。
到目前为止，用来制造铸模和型芯的细颗粒矿物基物料实际上全部是石英砂。
不可否认，已经知道在铸造工业中也可采用其它的细粒矿物基材料，如橄榄砂，镁铁硅酸盐，及锆英砂，锆硅酸盐。由于它们具有高的耐热性并且价格很高，已经特别发现把这些基体材料具体地用作所谓的“模型砂”或作为型芯镶嵌物，将它们用在铸造铸钢件时铸模地特别是暴露在热的条件下的这些区域上，从而防止或减少在与铸件相对应的部分砂子的“熔补”，以及随之而来的对铸件的繁重的和费用高的清理工作。
已经发现一种对破碎的铬铁矿的相应用途，作为这种材料，也存在这样的情况，即它对于液态钢的润湿关系使得它仅简单地“抵抗”后者。
在将这种细颗粒矿物基体材料大量的用在循环的成型材料方面没有先例，更不用说用于铸造有色金属或合金了。
在一篇由A.Wittmoser，K.Steinack及R.Hifman写的题目为“磁制模法用于批量铸件工业生产的可能性”的文章中(1971年在杜塞尔多夫第38届国际铸造会议上第九篇交流文章)，描述了铸件的大量生产，它基于一种可膨胀的聚苯乙烯泡沫的可热汽化模型的大量生产，这些模型用喷涂层或浸蘸层覆盖，其后它们被一种可能处于流体状态的铁颗粒和破碎的磁铁矿石的可流动混合物包围。在进行铸造作业之前，对成型材料施加一个磁场，这样使各个颗粒在磁场的作用下结合在一起，在整个铸造期间以及至少在模子内的金属凝固期间的部分时间内，始终保持所说的磁场。当去除磁场时，现在又是可流动的成型材料从铸件流走，可能在经过了冷却之后，它可以被用在新的铸模中。仅仅涉及黑色金属铸造的这篇文章提到与石英砂相比，该成型材料有较高的冷却效果，并且也讨论了如何通过改变铁晶粒与磁铁矿颗粒之间的份量比例来使这种冷却效果发生变化，由此增加磁铁颗粒的比例会减弱其冷却效果。
显然，该方法不能应用在传统的模铸和铸造系统中。
但是，对于铸造轻金属铸件，特别是用在汽车工业和类似工业中的轻金属铸件，极需实现已被铸入模中的金属更快速的冷却，因为这样可能在铸件中得到一种更细晶粒的结构，同时也可避免铸件中出现所谓的微小缩孔。
目前，做了通过在所谓的金属模(模具)中模铸来达到这样较快速冷却的尝试。然而，这样的铸模制造成本高，与传统的基于使用砂子的模铸和铸造系统相比，它们的生产能力非常有限。
本发明的目的是显示出在基于利用砂子的传统模铸和铸造工厂中，如何能使冷却速度接近可在金属模中达到的速度。
根据本发明，该目的的实现是通过采用一种经过破碎和分级的矿石，最好为磁铁矿石，分别作为用在可循环和不可循环的模子中的一种细颗粒矿物基体材料或型芯材料，来制造干的或湿的，最好为粘土的，特别是膨润土黏结的有箱模或无箱模，以及最好当铸造有色金属或合金，特别是轻金属和轻金属合金时，用来放置于这种模或金属模(模具)中的型芯。
与以石英砂作为基体材料的情况相比，这种方法的主要特点是已经浇注在模子中的金属凝固得较快，而且这种铸件，特别是轻金属铸件，在这种工艺中能得到一种较细晶粒和“较致密”的结构，与用金属型铸造可达到的结构大致相当，即，在基于使用型砂的传统模制和铸造系统中，并且在这种工厂中有相对较低的模型价格和高的生产能力，它可能达到至少与有相当高的模子成本和较低的生产率并采用金属型铸造系统所能达到的水平接近的铸件质量水平。
第二个优点是，采用按照本发明的用途，可以使模铸系统的冷却部分显著的缩短，由此节约了空间。
第三个优点是，与以石英砂为基体材料相比，可能减少再循环的模铸材料的数量，由此可部分地补充使用价格高的基体材料。
涉及同一方面的第四个优点可从下述内容中看出：为了环境原因，储存和处理用过的和废弃的基于石英砂的造型材料的费用相对较高，但是在废弃基于磁铁矿石的造型材料的情况下，不仅可能免费进行处理，而且甚至还可能具有经济方面的优点，因为这些材料无需进一步处理就可不仅在高炉，也可在任何一种在实践中熔化铁或钢的炉子中利用来生产铁。
以磁铁矿石作为基体材料的再一优点是，与石英砂相反，该材料不会增加肺部疾病矽肺病的发生。
用此材料制造置于金属模具中的型芯的一个优点是，与金属芯相比，这种型芯可以以任何所要求的方式来成形，与相应的用石英砂做的型芯相比，仍具有明显大得多的冷却能力。
采用按照本发明的用途，已经有利的证明基体材料有如权利要求2中所指出的粒度分布。
用于铸模的造型材料可以比较有利地按权利要求3中所述的方式来进行生产，优选使用的膨润土是一种自然存在的钠膨润土(西方膨润土)或一种所谓的“活性膨润土”，即一种钙膨润土(南方型)由离子交换转化为钠膨润土。膨润土在铸造工业中是一种常用的粘结剂。
另一方面，可以按权利要求4所述的方式生产造型材料。如权利要求5所述，在两种情况下，铸模在铸造前都要经过干燥。
作为第二或进一步的替代方案，可以按权利要求6中所述的方式生产造型材料，如果这样做的话，可在进行按权利要求7中所述的铸造之前使模子固化或硬化处理。
在所有三种情况下，最好从权利要求8中所述的一组内选择添加剂，但是这不排除其它添加剂的使用。
由于采用了根据本发明的用途，型芯最好包括按权利要求9所述方式生产的一种型芯材料，该型芯材料可按权利要求1 0或者11中所述的那样进行固化或被硬化处理。
然而，也可以按权利要求2中所述的方法组成型芯，并用冷冻的方法使其固化或硬化，对芯盒的冷处理可例如用像氮气这样的气体来达到。按此方法，型芯将产生相当强的冷却效果，因而可以希望将它应用于某方面，例如上述的用于在金属模中的型芯。
更可取的是，对由落砂操作产生的铸模和型芯材料的一部分按权利要求13所述的方法进行再处理，而在此情况下，水和粘结黏土的添加最好按这样一种方式调和，即再循环的造型材料将具有所要求的造型特性。
由落砂操作产生的铸模和型芯材料的其余部分可如权利要求14所述的那样经受再生和再利用，它可能是这样一种再生过程，以使用熟知的用于以石英砂为基础的铸模和型芯材料的相似处理的方法和设备，但是由于基体材料的磁特性，要按权利要求1 5所述的那样另外补充以磁力分离。
另一种方案是，可以按权利要求16所述的方法利用不再使用的那部分基体材料。这意味着不必像以石英砂作为基体材料时那样，以巨大的花费来储存或处理使用过的剩余造型材料，但是可以有利地用于金属矿的开采过程-在磁铁矿的情况下，这可以在传统的铁或钢铸造用炉，或在熔铁炉中完成，有时也可对磁铁矿材料进行预制粒处理。
在本说明书的下列部分中，分别在基于破碎的和分级的磁铁矿石以及基于石英砂的造型材料的比较性实例的基础上对本发明进行更详细的说明。
在下面所讨论的“技术”试验中，常用的型砂试验设备来自瑞士沙夫豪森州的Georg Fischer股份有限公司，并附有该公司的试验指导说明。
表征所用磁铁矿砂和石英砂之间明显差异的参数是每单位体积干基砂的重量，即例如以公斤计的一升固结砂的重量，对于磁铁矿砂而言大约为2.8公斤，而石英砂大约为1.5公斤，另外，磁铁矿砂的冷却效果大约为1500J/m2s1/2°k，而石英砂大约为1000J/m2s1/2°k绝对温度。
为了在比较试验中使用，在实验室混合机中形成下述混合物。
I.磁铁矿砂：使4.5kg的磁铁矿砂与300g活性膨润土(“Geko”)和63g水混合7分钟，筛分后按表1所示进行试验。
II.石英砂：使2.5kg英砂与300g活性膨润土(“Geko”)和63g水混合7分钟，筛分后按表1所示进行试验。
表 1
磁铁矿砂 石英砂
50×50毫米直径标准
试样的重量 250 146
抗压强度p/cm2 1250 1600
剪切强度p/cm2 230 300
气体渗透率 60 120
使用相同的模型及上述I及II中所述的型砂混合物生产尺寸为直径36毫米×185毫米的试验模，用AISi7Mg在680℃时铸造上述试验模。同时，在一金属模中铸造有相应尺寸的试件，并确定下列参数：DAS，即枝晶臂间距，微米计ts，即固结时间，秒计
表2
金属模 磁铁矿砂 石英砂
DAS 36 38 44
ts 47 55 85
这些数据相当清楚地表明，与石英砂相比，磁铁矿砂具有更好的冷却效果，同时在磁铁矿砂模中铸造的试样的微观结构比在石英砂模中铸造的试样“致密”大约13.6％(晶粒更细)，与在石英砂模中铸造的试样相比，它们的固结时间减少了近35％。还能够看出，对于上述的两种参数，所达到的值与在金属模中模铸时达到的值近似。
除了上述的和权利要求书中提到的用途外，对本领域中的技术人员而言，显然可以将根据权利要求9-12中的任何一项的型芯用在以石英砂为基体材料的铸模中，从而达到相关联的改进的冷却效果及在模铸后降低型芯的浮动力。在此情况下，磁铁矿砂可以在落砂后容易地与石英砂进行磁力分离，由此部分地回收磁铁矿砂，部分地避免带有芯砂和型芯粘结剂的循环石英砂的污染。
在上述说明中，根据本发明的用途是关于轻金属合金的铸造而进行描述的，但是可以理解，所述用途也可以在铸造例如有色铜合金，甚至黑色金属，例如铸铁时实施。