酯硬化水玻璃砂的质量控制

酯硬化水玻璃砂的质量控制

水玻璃加入量高（6%—8%）、型砂的残留强度高、溃散性差、铸件出砂清理及旧砂再生回用困难、型芯存放性差、硬不透、铸件外观质量差和型芯表面易粉化等。CO2硬化水玻璃砂工艺存在着上述不足，限制了铸件质量的进一步提高，急需解决。

1．脂硬化水玻璃砂工艺优点

1)水玻璃加入量低，一般在2.5%~3.5%，型砂强度高。

2)型砂工艺性能优良，冬季硬透性好，硬化速度可通过粘结剂

和固化剂种类进行调整。

3)型芯砂溃散性好，铸件出砂清理容易；旧砂易于干法再生，

回用率≥80%。

4)铸件质量和尺寸精度可与树脂砂工艺生产的铸件相媲美。

5)型芯砂热塑性好，发气量较低，可防止铸件产生裂纹和气孔

等缺陷。

6)原砂的适用范围广，可以用硅砂、铬铁矿砂及镁橄榄石砂等。

7)在各种自硬砂工艺风吹草动生产成本低，劳动环境最好。2．脂硬化水玻璃砂的硬化机理

有机酯水解后析出酸和醇，酸促使聚硅酸钠转变成硅溶胶，有利于水玻璃砂迅速固化；醇对水有很强的亲和力，能起到容积化的作用使水玻璃脱水，脱水后的水玻璃具有强而韧的特征，是型砂获得强度的主要原因。由此可以看出有机脂水玻璃砂是典型的物理硬化，而非

化学硬化。它是以未反应的水玻璃脱水的物理硬化为主，使型砂获得所需要的强度，而以生成硅溶胶的化学硬化为辅，物理硬化与化学硬化是相辅相成的过程。

3．脂硬化水玻璃砂用原材料及要求

1）原砂高质量的原砂有利于以较小的水玻璃和脂的加入量获得较高强度和溃散性好的型芯砂。硅砂的含水量、含泥量、SiO2含量及角形系数等如表1。原砂中含水量过高，会延缓硬化速度，降低强度；原砂中的含泥量、微粉过高，会增加水玻璃有机脂的加入量；对于经烘干或回用的原砂必须冷却后方能使用，原砂温度不超过42℃，否则会减少型芯砂的可使用时间。

表1 原砂技术要求

2）有机酯用于铸造生产的有机脂有醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、二醋酸乙二醇脂、二醋酸二甘醇脂及三醋酸甘油酯等。沈阳汇亚通生产的醋酸甘油酯固化剂，其主要性能指标见表2。这些专用有机酯与新型水玻璃发生作用，具有强失水、低碱性、反应均一的特性，硬透性比有机脂要好，特别在低温、高温及高湿情况下的硬化性能优于普通有机脂。

表2 有机酯固化剂性能指标

3）新型水玻璃新型水玻璃是在普通水玻璃的基础上通过一系列化学和物理改性与电离子嫁接而成，具有强度高、粘度低的特性，比普通水玻璃砂的强度提高30%左右。水玻璃的粘度决定着粘结剂在砂粒表面流动的难易程度，在模数、密度及温度相同的条件下，水玻璃的粘度越低，它的润湿角越大，表面张力越小，使得水玻璃的加入量越少。另外，水玻璃的粘度低，配比时定量准确，容易组织流水线生产。

新型水玻璃可根据铸件大小、气温、湿度及砂子种类与固化剂匹配，任意地调节型芯砂的硬化速度和可使用时间，因此型砂的硬化性能优于普通水玻璃自硬沙，尤其是气温较低的冬季，型砂硬透性及硬化速度优于普通水玻璃。新型水玻璃的加入量增加，硬化速度快，终强度提高。但型砂中的Na离子含量增加，溃散性变差，严重恶化了旧砂的再生回用性能。因此在使用中不能片面的追求型芯砂强度，而应在强度满足生产工艺的前提下，尽可能减少新型水玻璃的加入量。4）涂料使用涂料是提高铸件表面质量的有效措施之一，但是对于脂硬化水玻璃砂型（砂芯），如采用水基涂料会产生一些困难，因为它对水分十分敏感，涂料中的水分渗入型芯中，会降低它的表面强度。新型水玻璃砂的型芯一般不需要烧烤，因此最好选用醇基快干涂料。4．脂硬化水玻璃砂的工艺性能及其因素

新型水玻璃自硬砂的工艺性能受原砂质量、固化剂、水玻璃种类和加入量、环境湿（温）度、混砂供以及设备等多种因素的影响。因此，应根据现有原砂的种类、状态、型芯砂的生产工艺要求及外界条

件（温度、湿度）选择相应的粘结剂种类及加入量，来调整型芯砂的工艺性能，以满足铸件生产的要求。

1）强度脂硬化水玻璃砂的湿强度几乎为零，因此不适于立面较高的刮板造型，用实样造型时在砂型具有一定强度时才能起模，通常情况下，脂硬化水玻璃砂的终强度可达0.5~1.1MPa。影响型砂终强度的因素主要有原砂粒形、粒度、含泥量、微粉含量以及含水量、水玻璃加入量、有机脂种类与加入量、空气温度与湿度等。

2）硬化速度型砂硬化速度过快，可使用时间缩短，终强度也会降低；硬化速度过慢会降低生产率，也会导致终强度降低。影响硬化速度的主要因素有空气温度、水玻璃模数、有机脂种类及加入量、空气湿度和原砂水分等。

3）可使用时间决定可使用时间的主要因素是硬化速度，硬化速度越快，可使用时间越短，超过可使用时间的型芯砂流动性及充型能力差，造型、制芯后的强度降低，表面稳定性差，容易造成冲砂、砂眼等缺陷。混好的型芯砂应尽快使用，一般发现型芯砂开始发粘并呈粘连状时即认为超过了可使用时间。

4）可脱模时间一般将型芯砂抗拉强度0.1~0.2MPa（抗压强度0.2~0.5MPa）作为可起模强度，将达到可脱模强度所需要的硬化时间称为可起模时间。在生产中起模时间一般是型芯砂可使用时间的2~4倍，也可用手指按压型芯，硬到按不动时即可起模。

5）发气性脂硬化水玻璃砂的发气性较酸固化呋喃树脂砂、脂硬性碱性酚醛树脂砂等都低，因此可有效减轻气孔缺陷的产生。

6）溃散性在其他条件向同时，型芯砂的溃散性随水玻璃加入量的减少而改善。新型水玻璃自硬砂的残留强度在400℃以上只有CO2硬化水玻璃砂的一半左右，尤其是在800℃以上时，残留强度约是CO2硬化水玻璃砂的1/10，溃散性大大提高，但比呋喃树脂砂稍差。

7）型芯存放性脂硬化水玻璃砂的型芯存放性较CO2硬化水玻璃砂好，基本没有返碱粉化现象。但当空气湿度＞80%时应引起注意，必要时增加烘干措施。

5．型砂配制及混砂工艺

脂硬化水玻璃砂适合用连续式混砂机，也可利用间歇式混砂机按一定程序进行混制。混制程序由单砂双混法和双砂三混法两种，采用单砂双混法，型砂配比（%）：原砂100，新型水玻璃3～3.5，有机脂10～15（占水玻璃）。加料顺序及混制时间如下：

混砂1～1.5min 混制1.5～2.0min

原砂+有机脂新型水玻璃出砂6．型芯质量的控制

1)依据型芯的大小、复杂程度及造型工实际可以完成操作的时

间，随时调整型芯砂的可使用时间，以保证型芯的强度需要。

2)提前做好操作前的准备工作，宁可人等砂不能砂等人，保证

在可使用时间内用完，以减少浪费。

3)将型芯均匀捣实，特别是难以捣到的部位及拐角处，这是获

得高质量铸件的前提条件。

4)型芯要多扎通气孔，且深度要够，以加强型内水分的逸出，

也有利于浇注过程中的排气。

5)充分考虑型芯的硬透性，尤其是在冬季，防止型芯产生变形。

6)横、内浇道最好制造模样，以便造型直接成形。模样起模斜

度应适当加大，芯盒尽量采用脱框结构，以便于起模，减少

修型。

7．结语

1）采用脂硬化水玻璃砂工艺，可是水玻璃加入量大幅度降低，型芯溃散性大为改善，铸件落砂清理容易，实现了旧砂的干法再生回用，减少了废水、废砂对环境的污染。

2）脂硬化水玻璃砂工艺性能及冬季硬透性好，硬化速度可高调，型芯强度高，起模时间岂知短，可使用时间长，脂硬化水玻璃砂工艺生产的铸件表面行和尺寸精度优于CO2硬化水玻璃砂，可达到树脂砂水平，却没有呋喃树脂砂生产时易产生裂纹、表面渗碳及渗硫等问题。

3）脂硬化水玻璃砂与呋喃树脂砂、CO2硬化水玻璃砂、酚醛树脂砂相比，在型砂性能、铸件质量、生长成本及环境保护等方面更具有竞争力。

水玻璃旧砂再生工艺

酯硬化水玻璃旧砂再生工艺 1工作前准备 按酯硬线水玻璃砂热法再生设备操作规程，检查维护设备。 2 旧砂再生工艺 2.1 工艺流程图 浇注后铸型落砂机振动输送机斗提机旧砂斗机械振动再生机旧砂斗旧砂焙烧炉斗提机 双级磨盘再生机振动提升沸腾冷却去灰机永磁分离滚筒 斗提机再生砂斗气力输送装置旧砂斗砂温调控 2.2 旧砂再生工艺 2.2.1 落砂后的旧砂经过悬挂式磁选机，去除铁磁物质，对铁磁物质定时清除。 2.2.2 在振动破碎机内，将砂块破碎成单颗粒，同时进行筛分，去除粉尘，并 进行初级再生，排渣时人工将卸渣门（左侧）打开，用耙子将渣子扒 出清理。 2.2.3 进入立式焙烧炉，旧砂加热到300o C以上，去除游离水，结晶水和部分 有机酯，使水玻璃膜脆化，焙烧炉出砂口温度300o C~320o C，焙烧炉 燃烧器工作不得有熄火现象，注意报警提示。 2.2.4 焙烧后的旧砂进入双级磨盘离心再生机，利用强力的搓擦，去除已经脆 化的水玻璃膜。 2.2.5 旧砂再生后进入风选机，将脱下的膜、粉尘等去除，合格的砂子下流至 一面砂斗内再流出，砂粒过细的下限砂从另一面砂斗流出。流出的细 砂、粉尘要及时清理。调节风选机的灌录插板阀，控制风量的大小， 以此控制微粉的颗粒度。 2.2.6 进入立式振动沸腾冷却器冷却，而且具有再生去粉尘和提升功能，冷却 器进砂口砂温180o C~250o C，出砂口砂温为室温±5o C，一般控制在 40o C以下。 2.2.7 冷却后过入第二级磁选。 2.2.8 除尘CHDF-Ⅲ型脉动定位回转反吹扁袋除尘器，对含尘气流，除尘排 放，除尘器反吹时间可调，到设定反吹时间后，停止，一般反吹一周 时间为150秒。 2.2.9 及时清理粉尘。 3.再生线测试与分析 3.1 残留Na2O含量，每抽检一次，含量<0.5％（一般0.25±0.05％）3.2 粉尘含量每周一次，含量<0.5%(一般0.1％±0.05％)

新型水玻璃自硬砂在铸钢生产中的应用

新型水玻璃自硬砂工艺在铸钢生产中的应用 一．前言 目前国内外冷凝自硬砂工艺主要分为二大类-无机类粘结剂以水玻璃砂工艺为主，有机类粘结剂以呋喃和碱性酚醛树脂砂工艺为主。以上二大类自硬砂工艺在二十世纪下半期至今在全世界铸造业应用并不断成熟完善。但此二种工艺在性能上各有特点，也存在问题。特别在铸钢、合金钢件的铸造时有明显工艺上的不足。CO2硬化水玻璃加入量高(一般为7%~8％),砂的残留强度高，溃散性差，旧砂再生回用困难。有机粘结剂树脂砂工艺的出现，在一定程度上解决了CO2水玻璃砂的固有缺陷，但碱性酚醛树脂成本高，呋喃树脂砂易出现铸件裂纹、气孔等缺陷。水玻璃“新三法”(VRH、微波烘硬、有机脂)的问世，使水玻璃的加入量降低了一半，溃散性大有改善，但新“三法”在工艺上存在着一定的缺陷，VRH法因设备投资大及铸件尺寸受真空室限制；微波烘硬法因铸型吸湿性强及电微波转化率低；回用砂率综合性能差等缺点，严重制约了水玻璃砂的发展。 随着水玻璃基础理论研究的不断进展，水玻璃砂溃散性差和旧砂再生困难等缺点并非水玻璃的固有特性。它来源于对水玻璃化学和胶体化学认识不足和使用不当(1)。目前国内以沈阳汇亚通铸造材料有限责任公司等单位在这方面的研究取得了领先。他对普通水玻璃进行一系列化学和物理改性及电离子架接，研制开发了新型水玻璃和专用酯类固化剂自硬砂工艺，为水玻璃砂的第三次中兴产生了质的飞跃。 二．新型水玻璃酯硬砂工艺的应用 我公司年产阀门承压铸钢件2000余吨，产品以单价小批量为主，壳体主要壁厚10~60mm,且薄件居多。材质牌号有普通碳素钢，耐热耐高温铬钼钢、铬钼钡钢及各种耐酸不锈钢。其中有30％是电站阀门铸件，有20％左右是出口阀门配套铸件。因此，对造型工艺及材料要求相当苛刻。我们于2000年下半年开始对原粘土砂工艺进行技术改造，要求采用新工艺、新材料，以低成本高质量满足当前生产及市场竞争的需要，在选择工艺方案阶段，我们对普通水玻璃自硬砂，呋喃树脂自硬砂及新型水玻璃自硬砂三种砂型工艺，分别在不同材质、不同品种的阀门铸钢件上进行了工艺试验，试验用原砂为福建平潭优质擦洗硅砂，粒度为40／70目，SiO2含量≥96％，含泥量和含水量分别≤0.5％，角形系数≤1.25％，试验及技术经济分析结果如表1所示。 表1三种自硬砂工艺技术经济对比 工艺 普通水玻璃自硬砂 呋喃树脂自硬砂 新型水玻璃自硬砂 硬透性好，硬化时间可调 工艺配比 4％ 1.0%~1.2％ 1.8%~ 2.5％ 占粘结剂量12%~15％ 占粘结剂量50%~60％ 占粘结剂量15%~20％ 材料单价(元／吨) 水玻璃-800 固化剂-1700 树脂-12600

水玻璃砂工艺

水玻璃砂工艺 3.2. 以水玻璃砂为粘结剂的型砂和芯砂 水玻璃砂在1947 年CO 2 吹气硬化法问世后就受到重视，水玻璃CO 2 吹气硬化法有气影法造型、制芯的各种优点。但传统的CO 2 吹气硬化型砂中水玻璃加入量过多，导致溃散性差、旧砂再生困难等问题。因机理研究的滞后，存在问题在相当长的时间内未解决，使其应用受到限制。 随着现代社会对环境的质量要求越来越高，水玻璃砂在环保方面的优势重新引起铸造工作者的重视，20 世纪70 年代随着水玻璃有机脂自硬法，真空置换硬化（VRH ）法、微波烘干法等新工艺相继开发成功并应用于生产，型砂中水玻璃的加入量减少到CO 2 吹气硬化法的1/2 ～1/3 ，特别是近年来在水玻璃硬化机理方面深入研究所取得的发展，加上各种改性水玻璃和溃散剂的开发和应用，在解决水玻璃砂溃散性、旧砂再生和回用方面取得了突破性的进展。水玻璃砂成本低，高温退让性好，有利于环保的优势受到铸造工作者欢迎。因此水玻璃砂完全有可能成为21 世纪铸造生产的持续发展发挥重要作用。 3.2.1 CO 2 吹气硬化水玻璃砂 3.2.1 .1 CO 2 吹气硬化水玻璃砂的原理 水玻璃砂CO 2 硬化是气、液两相反应，其硬化原理见2.2.2 .2 节水玻璃的硬化。传统的CO 2 吹气硬化水玻璃砂强度低的主要原因是反应的不均匀性，大部分反应只发生在水玻璃膜的表层（图3 －17 ）中的A-B 间），越往深层（图3 －17 中从A 向 E ）反应越少。往往是表层过吹，而内层水玻璃反应不完全或完全未反应。CO 2 硬化水玻璃膜模数与相对厚度关系的例子如图 3 －18 所示。 水玻璃与CO 2 的化学反应可用下式表示： Na 2O · mSiO 2 · nH 2O+xCO 2 (1-x)Na 2O· mSiO 2· nH 2O+xNa 2CO 3（反应后水玻璃模数M＝m/1-x） 或Na 2O · mSiO 2 · nH 2O+xCO 2 (1-2x)Na 2O· mSiO 2（n-1）H 2O+2xNaHCO 3（反应后水玻璃模数M＝m/1-2x） 上面第二式为不良反应，x 值约为0.3~0.4 。反应后水玻璃的模数有所提高。同时因CO 2 露点为－30 ℃，是一种干燥剂，因此吹CO 2 有脱水作用。 传统的水玻璃CO 2 硬化法，水玻璃的粘结作用不能完善的发挥，配比中不得不多加水玻璃，导致型砂易烧结，溃散性差，旧砂再生困难。水玻璃加入量对砂型残留强度的影响如图3 －19 所示，残留强度越高，溃散性越差。如果希望改善CO 2 硬化砂工艺性能，就必须采取措施挖掘水玻璃的粘结潜力，降低水玻璃的加入量，如CO 2 的预热，间断，脉冲，稀释，定量和真空置换法或综合应用这些方法 图3 －19 水玻璃加入量对残留强度的影响 1 －水玻璃加入量是原砂重量的2.5 ％ 2 －水玻璃加入量是原砂重量的3.5 ％ 3 －水玻璃加入量是原砂重量的4.5 ％ 因此，采用该性水玻璃，结合科学的吹CO 2 工艺，就可以实现低水玻璃加入量，提高溃散性，达到再生方便降低成本提高效率的目的。 3.2.1 .2 CO 2 硬化砂的配比及混砂工艺 我国水玻璃CO 2 硬化砂工艺正处于变革过程中，传统的水玻璃加入量很高的落后工艺仍在许多工厂应用；另一方面，优质该性水玻璃和新的吹CO 2 工艺法也在一部分工厂成功的应用。 1 、传统工艺配比现将早年开发、现尚在一些企业应用的传统配比列于表3 －16 供参考，

四种自硬砂地选择

四种自硬砂的选择 随着我国机械工业产品质量的升级及出口铸件市场的不断扩大，在铸造车间技术改造中，有越来越多的企业首选自硬砂工艺替代原有粘土砂干型铸造工艺。在本企业技改中如何根据自身的产品特点选择合适的自硬砂工艺及相应设备是技改中普遍关心的核心问题。笔者结合近几年的实践就这一问题提出一点个人观点与同仁们共同探讨。 1．自硬砂工艺的选择 自硬砂工艺是指在常温下，型砂能自行硬化并获得浇注要求强度的造型工艺的统称。近几年得以较快发展的自硬砂主要有：呋喃树脂自硬砂、碱酚醛脂硬化自硬砂、脲脘树脂自硬砂（Pep—set自硬砂）、脂硬化改性水玻璃自硬砂。这些自硬砂各有优缺点，应根据各企业不同的生产及产品特点择优选用。1．1呋喃树脂自硬砂：这是应用最多、最广、工艺最成熟的自硬砂，而且相对铸件成本较低、旧砂利用率高、旧砂再生简单，是技术改造的首选自硬砂工艺。呋喃树脂砂在灰铁、球铁、铸钢、有色等铸造中都得到极其广泛地应用。但是由于呋喃树脂砂高温退让性差，树脂中含有较高的N，固化剂中含有S，因此一些壁厚不匀的铸钢件容易造成热裂，厚大铸钢件易造成N气孔，一些高牌号球铁件易造成球化衰退，一些低碳铸钢件还易造成增碳，在选用工艺及选用树脂种类时应引起足够重视。这种工艺一般用于单件小批量生产性质的铸铁生产中。 1．2碱酚醛脂硬化树脂自硬砂：其是为克服呋喃树脂自硬砂的一些缺点发展起来的，国外称α—set 工艺。由于其完全不含N，固化剂不含S，用于铸钢、合金钢铸件不会产生N气孔、针孔缺陷。由于碱酚醛树脂砂常温下只有部分树脂发生交联反应，在浇注金属受热时还有一个再硬化的过程，因此这种树脂砂的高温尺寸稳定性好，铸件尺寸精度高，因此在铸钢特别是合金钢件、大型铸钢件的生产上应用愈来愈广。但碱酚醛树脂砂常温强度较低，树脂加入量较大，铸件成本较高。碱酚醛树脂砂的硬化剂是有机脂，调节硬化时间只能用脂的品种而不能用加入量调节。另外酚醛树脂粘度较大，可存放期短，使用中需要注意。 1．3酚脲烷树脂自硬砂（Pep—set工艺）：Pep—set工艺在近两年发展较快，其综合了呋喃树脂与碱酚醛树脂和特点，进一步提高了工艺适应性，其具有优越的硬化特性的同时也具有较好的高温退让性。硬化时间可以在0.5~15分钟内调整，生产效率高，有利用造型线批量生产。通过三种粘结剂组元比例的调整，可以保证足够长的可使用时间，一旦开始固化又能迅速达到浇注强度，具有较好的浇注性能及工作时间/起模时间比特性。由于高温退让性好，可以生产薄壁复杂件而不必担心铸件裂纹，既适应铸件、铸钢，也广泛用于有色合金铸件的生产，克服了呋喃树脂砂的性能缺陷，工艺适应性较强。同时对涂料要求较低，一般铸铁件不刷涂料而通过一些添加剂也能生产出表面光洁的铸件。对再生设备的要求及回收率与前两种工艺基本相同，而混砂设备需要增加一套液料系统且流量控制要求精确度较高。 Pep—set工艺一般用于薄壁复杂铸件（铸铁、铸钢、铸铝）的生产，也适宜于自动化造型线作业。对多材质、小批量生产性质也有一定适应性。 1．4脂硬化改性水玻璃砂工艺：这是为克服CO2水玻璃砂的两大难题（溃散性差、旧砂再生难）而开发的新一代水玻璃自硬砂。其基本原理是通过加入一定量的改性剂以提高水玻璃的粘结强度、降低型砂中水玻璃加入量，采用这种工艺能使水玻璃加入量降低到2.5~3.0%，溃散性接近树脂砂。该自硬砂继承了CO2水玻璃砂高温退让性好的优点，而且环保效果较好，因而在铸钢生产上得到应用。铁路提速而取消水爆清砂后，在铁路系统广泛用于摇枕、侧架铸件（薄壁复杂件）的生产。 该种工艺的粘结剂价格较之碱酚醛及Pep—set相对低一点，但一般机械再生的砂回收率只能达到80%左右，再生成本也相对较高，据一些用户反映其工艺稳定性相对差一点，可使用时间及强度随循环次数变化较大，再生砂做面砂使用时必须加入大量新砂。因此，该种工艺一般用于有特殊要求的铸钢件生产上，规模生产时应慎重选择。 2．关于自硬砂再生设备

大吨位酯硬化水玻璃砂热法再生线

大吨位酯硬化水玻璃砂热法再生线 摘要：本文主要介绍了无锡市锡南铸造机械厂在国内率先制造并已投放市场的酯硬化水玻璃砂热法再生线。该线已通过由江苏省组织的科技鉴定。来自清华、东大、上海交大、华中理工大、沈阳铸造所、上海沪东造船厂、戚机厂等单位的著名专家、学者对该线进行了现场考察和测试，并作出了高度的评价，对我国铸造旧砂再生技术的这一突破性的进展给予了充分肯定。 主题词：水玻璃砂旧砂热法再生线酯硬化 一．水玻璃砂正面临着一次新的发展机遇 自1947年水玻璃砂CO2吹气硬化方法问世以来，一度由于水玻璃加入量过多（6"8%），导致水玻璃砂溃散性差、旧砂再生困难等问题，使其应用受到很大限制。 近年来，随着现代社会对环境的质量要求越来越高，水玻璃砂在环保方面的优势重新引起铸造工作者的重视。20世纪70年代，随着水玻璃有机酯自硬法、真空置换硬化（VRH）法、微波烘干法等新工艺相继开发成功并应用于生产，型砂中水玻璃的加入量减少到CO2吹气硬化法的1/2"1/3，特别是近年来在水玻璃硬化机理方面深入研究所取得的进展，加上各种改性水玻璃和溃散剂的开发和应用，在解决水玻璃砂溃散性、旧砂再生和回用方面取得了突破性进展，这主要表现在：1．水玻璃砂工艺的改进，使型砂中水玻璃加入量大幅度下降，改善了型砂的溃散性，降低了旧砂再生的难度。例如：有机酯硬化工艺已经可以使水玻璃加入量降到1.8%"2.8%以下。 2．旧砂再生新工艺、新设备的研究开发成功，为水玻璃旧砂再生提供了前所未有的有利条件。 3．对水玻璃基础理论研究的深入，为水玻璃旧砂的再生和再生砂的应用提供了理论指导，使各种物理再生和化学再生方法有机地结合起来，旧砂再生的过程得到简化。干法再生砂已用于大型铸钢件的背砂和中小型铸钢和铸铁件的单一砂。旧砂回用率的提高，不但使生产成本降低，而且有利铸件质量提高。使水玻璃砂膨胀小，高温退让性好和环境污染少的特点得以充分发挥。 目前国内水玻璃砂再生方法一般是干法采用较多，其次是湿法。热法则由于设备的问题，几乎处于空白。“锡南”铸机在热法再生设备方面经过十多年的研究，终于研制出一套可行的高效热法再生系统，为水玻璃砂的再生开辟了一条可靠、经济而实用的崭新途径。 至此，水玻璃砂应用的两大难题：溃散性和再生回用的突破性进展，加上其自身的环保优势，使水玻璃砂真正面临着一次新的发展机遇。 二．热法再生的理论基础 热法再生的理论依据是：对酯硬化的水玻璃旧砂，将其焙烧到300"350℃[1]、[2]，除去水玻璃膜中的自由水、结晶水和残留的有机酯（残留酯的分解温度在300℃以上），使水玻璃膜脆化；为防止脆化膜的回韧，必须在焙烧后立即用机械的撞击和搓擦或气力的冲刷去除残留在旧砂表面已经脆化的水玻璃膜。

有机酯+CO2复合硬化水玻璃砂的生产工艺特性

有机酯+CO2复合硬化水玻璃砂的生产工艺特性 瞿建银刘风雷 ［摘要］本文着重介绍了温州市开诚机械有限公司有机酯+CO2复合硬化水玻璃砂生产工艺特性。 关键词：有机酯硬化、CO2硬化、复合硬化、旧砂再生。 一、前言 有机酯硬化水玻璃砂造型工艺是近几年发展起来的一种新型绿色环保的铸造工艺方法，相较于有机粘结剂的树脂砂，具有以下特点： 1. 造型成本低。水玻璃粘结剂价格低廉，市场价格波动小，从2003年至今，价格波动没有超出15%，而呋喃树脂砂中树脂的价格波动很大，导致型砂成本波动大，给企业营销增加困难。 2. 具有绿色环保的特点。由于水玻璃是一种无机粘结剂，因此在造型、浇注过程中，不会产生SO2、苯、甲醛和二恶英等有害气体污染环境，是所有砂型铸造工艺中最理想的环保型的造型工艺。 3. 适宜采用干法再生，解决了传统水玻璃砂旧砂再生处理难的问题，进一步降低了造型生产成本。 二、水玻璃的硬化机理 1. 水玻璃有机酯硬化剂的硬化原理。 水玻璃硬化机理分为化学硬化和物理硬化，有机酯硬化剂的硬化原理既含有化学硬化，也含有物理硬化，主要分为三个阶段： 第一阶段，有机酯在碱性水溶液中发生水解，生成有机酸或醇。 化学反应式如下：R-COOR’+XH2O O H－RC00H+R’OH

第二阶段，有机酯和水玻璃反应，使水玻璃模数升高，且整个反应过程为失水反应，当反应时水玻璃的粘度超过临界值，水玻璃便固化，化学反应式如下： Na2O?mSiO2?n H2O+XRCOOH?（1-X/2）Na2O?mSiO2?（n+X/2）H2O+XRCOONa 以上两步总的反应式为： XRCOOR’+Na2O?mSiO2?n H2O+XH2O?（1-X/2）Na2O?mSiO2?（n+X/2）H2O+XR’OH+XRCOONa 第三阶段，水玻璃进一步失水硬化。由于反应产物的有机盐一般为结晶水化物，而生成的醇也要吸收溶剂水，再加上挥发失水，因此有机酯能使水玻璃模数、浓度升高到临界值以上，即可促进水玻璃的固化。 有机酯水玻璃型砂可使用时间的长短、取决于第一阶段反应过程中有机酯与水玻璃的互溶性和水解速度。因此，调整水玻璃模数、浓度、有机酯的种类、纯度、加入量均可显著影响型砂的可使用时间和铸型的脱模时间。 2. CO2气体硬化水玻璃砂的机理： 目前大多数学者赞成CO2硬化水玻璃过程中，既有化学硬化反应，又有物理硬化作用。水玻璃与CO2反应会生成硅酸凝胶，属于化学硬化；同时，CO2又是一种干燥性很强的气体，其露点约为-30℃，它可以加速水玻璃的干燥过程，当气体从砂粒周围流过，CO2与水玻璃粘结剂的接触面积大，使水玻璃失水造成这部分水玻璃模数升高而硬化。 三、有机酯硬化水玻璃砂在我公司的生产应用 我公司选用造型原砂为福建产30～50目海砂，水玻璃为玻美度51°，

新型水玻璃自硬砂在铸造上的应用

新型水玻璃自硬砂在铸造上的应用 摘要：本文对目前国内铸钢件用造型制芯工艺及材料进行了具体的论述，对各种工艺的优缺点进行了分析，以为酯硬化水玻璃自硬砂工艺是铸钢件生产中最为合适的工艺，我单位在原酯硬化工艺的基础上，对水玻璃砂粘结剂体系进行活化改性架接，成功地研制出新型水玻璃自硬砂工艺及材料。通过对新工艺的工艺性能试验、经济技术分析，以及多个生产应用厂家的生产应用表明，新型水玻璃自硬砂工艺具有水玻璃加进量低(≤3%)，型砂强度高，(抗拉0.5-1.4Mpa),型砂硬透性好，硬化速度可调，型砂溃散性好，旧砂易于干法再生回用，回用率≥80%，生产本钱低，无毒无污染，浇注出的铸伯无裂纹及气孔缺陷，铸件质量和尺寸精度可与呋喃树脂砂工艺相媲美。因此，该工艺是一种先进可靠的工艺，预计会在国内铸造行业推广应用，将会取得明显的经济及社会效益。 前言 造型制芯工艺在铸件生产过程中占有十分重要的地位，它直接影响铸件的质量，生产本钱，生产效率及环境污染。随着机械产业的发展，对外经济贸易的扩大，以及环境污染、能源紧张、材料涨价等题目的日益严重，对铸造生产和铸件质量提出了更高的要求，尤其是跨进二十一世纪的今天。 为了适应二十一世纪绿色、集约化铸造的需要，符合可持续发展战略，新一代造型制芯工艺必须满足下述几个方面的要求： 1.生产的铸件质量好，铸造缺陷少。 2.劳动条件好，对生态环境污染少。 3.最大限度地利用自然资源，节省能源。 4.生产本钱低，生产效率高。 我单位开发的新型水玻璃自硬砂工艺在这方面具有很大的上风，是符合可持续发展模式的绿色环保型造型制芯工艺。混砂机 目前国内铸钢件生产用造型制芯工艺及材料现状

水玻璃固化砂工艺

水玻璃固化砂工艺 树脂固化砂的应用实践表明，呋喃的价格较高，环境污染较大，在未来21世纪人们对于自身生存条件和环境的要求日趋严格的条件下，由于车间劳动保护和生产环境卫生方面的投资很大，从而使树脂砂的应用受到一定限制，许多国家又对水玻璃固化砂极为重视。最近十多年来，人们对于水玻璃的基本组成和“老化”现象实质的认识深化和新型硬化工艺的开发等两方面均取得了突破性进展，在型芯砂保持足够的工艺强度的条件下，水玻璃加入量（质量分数）可降至2.5%.～3.5%.，从而使水玻璃砂长期存在的溃散性差、旧砂不能回用的问题得到了较好的解决。水玻璃砂的硬化方法可分为：CO2气硬法和自硬法两种，热硬法已很少采用。 1.CO2气硬法 此法是水玻璃粘结剂领域里应用最早的一种快速成型工艺，由于操作方便、使用灵活、无毒无味、在国内外大多数的铸钢件生产中，得到了广泛的应用。 （1）硬化原理和特点水玻璃的出现已有三百多年历史，由于它的成分十分复杂、多变，它的基本组成一直没有搞清楚，对水玻璃的研究主要停留在宏观的层次上。近年来，多种先进测试手段的开发，可深入到分子范畴进行分析和研究，并发现，新制备的水玻璃是一种真溶液；但是在存放过程中，水玻璃中硅酸要进行缩聚，将从真溶液逐步缩聚成大分子的硅酸溶液，最后成为硅酸胶粒。因此，水玻璃实际上是一种由不同聚合度的聚硅酸组成的非均相混合物，易受其模数、浓度、温度、电解质含量和存放时间长短的影响。 水玻璃砂吹人CO2气体硬化时，水玻璃的表层因吸收COz而其模数升高和脱水，在酸化和脱水两重作用下，迅速硬化而形成初强度。已固化的表层水玻璃阻碍了CO2往深层渗透，内层水玻璃只能靠脱水而继续增加强度。此法缺点是：型芯砂强度低，含水量大，易吸潮，溃散性差，目前大多用于中、小型铸钢件生产。 （2）水玻璃的改性水玻璃在存放过程中分子产生缩聚，形成胶粒，可使其粘结强度下降20%～30%.，这一现象称为水玻璃老化。为了消除老化，必须对水玻璃进行改性，目前改性的方法有物理改性和化学改性两种。物理改性是用磁场、超声波、高频或加热等办法，往水玻璃中供给能量，使已聚合的胶粒解聚，聚硅酸分子重新均匀化。这种改性对高模数水玻璃有效，但是存在重新老化的问题。

水玻璃砂环境污染问题的解决

水玻璃砂环境污染问题的解决2001年5月22-23日签署的《关于持久性有机污染的斯德哥尔摩公约》，决定在世界范围内禁用或严格限用12种有机污染物。这12种持久性污染物是：艾氏剂、氯丹、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、灭蚁灵、毒杀芬、滴滴涕（DTT）、六氯合苯（六六六）、多氯联苯、二恶英和呋喃。所谓“持久性”，是指一些有机化合物一但生成，便永久地在地球上，不会被自然或生物降解。DTT、六六六被大量使用后，便进入全球动植物食物链中，影响动物生殖系统；艾氏剂、狄氏剂、二恶英和其它一些化合物，被发现会损害动物的免疫系统和具有致癌作用；尤其是二恶英和呋喃被称作“环境激素”，更确切地称其为“外因性分泌干扰物质”。 树脂砂的环境污染已被所有铸造工作者认识，因为它在浇铸过程中有刺激气体释出，如SO3、SO2、P2O5、甲醛和苯酚等，还有没有气味甚至微带芳香的二恶英和呋喃树。 我公司铸造使用水玻璃砂。水玻璃无色、无臭、无毒。在混砂造型、硬化和浇铸过程中都没有刺激性或有毒气体溢出。但过去水玻璃的加入量高达7％—8％，或者更多。溃散性太差，在清砂现场，风镐齐动，硅尘飞扬，造成硅尘污染。旧砂再生困难，大量被废弃，造成环境的碱性污染。 提高水玻璃溃散性的首要措施，在于减少水玻璃的加入量。一方面要提高砂的质量，另一方面要提高水玻璃的比粘结强度。其措施是对水玻璃进行多重改性。我们对水玻璃进行了以下改性方法： 一、物理改造。水玻璃在贮放中会不断老化，使他的粘接强度下降多达30％，是凝胶比值下降（1立方毫升水玻璃形成凝胶所需1MBL毫升数）。 1、使用新鲜的水玻璃。要求定点选购厂家每周送一车。

2、用超声、磁场、电场、加热等消除老化。 二、化学改性。 1、阳离子改性：往钠水玻璃中渗入K+、Li、NR+4等。 2、阴离子改性：往硅氧链中插入ACO+3 3、PO+35等阳离子。 3、高分子改性：往水玻璃内渗入聚丙烯环，聚STMA等粘接剂。 4、多元醇改性：渗入山梨醇、木糖醇、赤藓糖醇或四醇等。 使水玻璃的比粘接强度提高50％—70％. 目前，有机脂硬化水玻璃加入量已能降低到（2.0±0.2）％的水平，在这样低的加入量下，溃散性差的问题便自然而然解决了，基本上可以震动落砂。 关于水玻璃旧砂再生问题，若采用湿法再生，残留NA2O的去除率虽然可达90％，但设备繁多，步骤繁多，湿砂要烘干，废水要处理后才能排放。再生费用几乎与新砂持平，难于被铸造所接受。若采用干法再生，水玻璃旧砂经用机械摩擦、撞击或高频振动，残留NA2O的去除率最多也不可能超出30％.此时动力消耗，机体磨损和砂粒粉碎都超出了能被接受的范围。后来有人提出将旧砂瞬时加热到300—350℃，将旧砂吸收的水分烘掉，还水玻璃粘接膜的脆性，然后进行干法再生，残留NA2O去除率可达50％，一般可稳定在40％. 若水玻璃加入量（2.0±0.2）％和残留NA2O去除率40％相结合，使再生砂的残留NA2O保持 0.26％以下，对于中小型铸钢件，再生砂已可使用作为单一型砂。旧砂除自然损耗外，已能全额再生回收，不在有废砂排放。吨钢铸件耗砂比降到1:1.这样的生产线已成功地试运行一年多，目前正在总结经验，继续提高的过程中，率先解决环境保护的问题。 我们应该认识到，铸造行业通过ISO14000和ISO18000《环境保护和生产现场

水玻璃

水玻璃，俗称“泡花碱”，是由碱金属氧化物和二氧化硅组合而成的能容易水的一种金属硅酸盐物质。建筑工程中常用的水玻璃是硅酸钠的水溶液。其化学式为：Na2O?nSiO2。又称可溶性玻璃。为易溶于水的硅酸钠，最简单的化学式为Na2SiO3,实际组成较复杂，是各种硅酸钠的混合物,其化学式应为mNa2O?nSiO2。纯的Na2SiO3为无色正交晶体, 熔点1088℃。它的五水合物Na2SiO3?5H2O为白色三斜晶体,熔点72.2℃,密度1.749克/厘米3；100℃时失水。水玻璃的水溶液又称泡花碱，呈强碱性。纯的Na2SiO3可由纯石英砂与烧碱或纯碱共熔制得。将石英砂或石英岩粉加入Na2CO3或Na2SO4，在玻璃熔炉内融化，在1300-1400度温度下得固态水玻璃。固态水玻璃在0.3-0.4 MPa压力的蒸汽锅内，融于水，呈粘稠状的水玻璃溶液。生产水玻璃的反应式如下： nSiO2+ Na2CO3=Na2O?nSiO2+CO2 式中，n为水玻璃模数，即二氧化硅与氧化钠的摩尔数比。其溶解的难易程度与水玻璃模数n的大小有关。N值越大，水玻璃的粘度越大，粘结能力越强，越难溶解，但较易分解、硬化。建筑工程中常用水玻璃的n值一般为2.5-2.8 之间。水玻璃的工业制法是将石英砂、纯碱和煤粉混合后放在温度为1100～1350℃的反射炉内进行熔烧。反应完毕后，将产物冷却，即得玻璃状灰色或绿色块状物，用水蒸气处理得到粘稠液体，就是商品水玻璃。水玻璃能加固土壤。浸过水玻璃的三合土耐摩擦，浸过水玻璃的木材或织物不易着火。水玻璃和白垩或水泥调成的耐火泥可粘合瓷器、玻璃或砌壁炉。在水玻璃稀溶液中浸过的鸡蛋可在常温下长久保存不坏。泡花碱可做碱性发泡剂。液体水玻璃常含杂质而呈青灰色，绿色或微黄色，以无色透明的液体水玻璃为最好。液体水玻璃可以与水按任意比例配合。使用时仍然可以加水稀释。性质：1、粘结强度较高：水玻璃有良好的粘结能力，硬化时析出的硅酸凝胶，有堵塞毛细孔隙而防止水渗透的作用。2、耐热性好：水玻璃不燃烧，在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，强度并不降低，甚至有所增加。用于配置水玻璃耐热混凝土，耐热砂浆，耐热胶泥等。3、耐酸性强：水玻璃能经受除氢氟酸、过热（300 摄氏度以上）磷酸、高级脂肪酸或油酸以外的几乎所有的无机酸和有机酸的作用，用于配置水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂浆、耐酸胶泥等。4、耐碱性、耐水性较差：水玻璃加入氟硅酸钠后，仍不能完全硬化，仍有一定量的水玻璃。由于水玻璃可溶于碱，且溶于水，所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。为了提高耐水性，可以采用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸性处理。 水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料,又称泡花碱.水玻璃可根据碱金属的种类分为钠水玻璃和钾水玻璃,其分子式分别为Na2O.nSiO2和K2O.nSiOz.式中的系数n称为水玻璃模数,是水玻璃中的氧化硅和碱金属氧化物的分子比（或摩尔比）.水玻璃模数是水玻璃的重要参数,一般在1.5-3.5之间.水玻璃模数越大,固体水玻璃越难溶于水,n为1时常温水即能溶解,n加大时需热水才能溶解,n大于3时需4个大气压以上的蒸汽才能溶解.水玻璃模数越大,氧化硅含量越多,水玻璃粘度增大,易于分解硬化,粘结力增大. 水玻璃的生产有干法和湿法两种方法.干法用石英岩和纯碱为原料,磨细拌匀后,在熔炉内于1300-1400℃温度下熔化,按下式反应生成固体水玻璃,溶解于水而制得液体水玻璃 湿法生产以石英岩粉和烧碱为原料,在高压蒸锅内,2—3大气压下进行压蒸反应,直接生成液体水玻璃.

有机酯水玻璃砂硬化剂的开发与研究

有机酯水玻璃砂硬化剂的开发与研究 摘要：利用化工厂生产副产品（甘油醋酸酯、乙二醇醋酸酯）改良成有机酯硬化剂，应用于铸造企业。 关键词：有机酯；副产品；甘油醋酸酯 多元醇醋酸酯（甘油醋酸酯、乙二醇醋酸酯）现已广泛用于自硬化碱性酚醛树脂和改性水玻璃砂的固化剂，其中甘油二醋酸酯、甘油三醋酸酯、乙二醇一醋酸酯和乙二醇二醋酸酯是较为常用固化剂，它们的固化脱模时间一般在5～30 min，其中甘油二醋酸酯固化速度比甘油三醋酸酯快，而乙二醇一醋酸酯固化速度比乙二醇二醋酸酯快，它们基本能满足大部分自硬化碱性酚醛树脂与改性水玻璃砂固化时间要求。如果固化速度需要更快或更慢，也可将它们与固化速度更快或更慢的酯进行复配，以期到达所需固化时间要求。一般固化速度更快的酯主要有碳酸丙烯酯或γ-丁内酯，而更慢的酯主要是多元酸酯。如甘油与醋酸酯化，可生成三种不同醋酸酯，其中固化速度快慢顺序是：甘油二醋酸酯（脱模时间12～15 min）>甘油三醋酸酯（脱模时间20～25 min）>甘油一醋酸酯（脱模时间60～65 min）。对于碱性酚醛树脂，固化速度主要是通过固化剂种类来调节，也可通过调节树脂分子量来调节，但后者调整幅度较小，另外，碱性酚醛树脂分子量太小，则影响树脂砂终强度；而对于改性水玻璃来说，在某一季节里，除了可通过固化剂种类外，更主要的是通过水玻璃模数来调节，一般将水玻璃模数与固化剂种类二者结合起来控制固化速度。目前生产碱性酚醛树脂与改性水玻璃的铸造材料生产厂家生产与之相配套固化剂的还较少。 市场上有机酯产品无色、低气味、外观较好，但价格高，而作为铸造材料用有机酯固化剂的外观与少量醋酸气味不会影响树脂砂或水玻璃砂性能，因此利用化工副产品三醋酸甘油酯自己生产，可降低生产成本，增加利润空间。本研究提出简易生产甘油醋酸酯硬化剂方法，分析醋酸甘油酯酯硬化剂生产过程，及实际铸造验证，为中小型铸造材料厂生产有机酯固化剂及化工厂副产品处理及资源再利用提供参考。 1.基本情况 某机械厂铸钢车间生产中，铸件重0.5t～2t，普通碳素钢。由于铸件结构复杂，品种多，要求根据实际情况调配快速硬化剂、中速硬化剂、慢速硬化剂，且大多数铸型要在12h以内浇注。 2.工艺试验 2.1控制型砂的强度 根据造型操作、翻箱起模和浇注的实际要求，型砂的抗拉强度控制在以下范围：0.5h时≥0.1MPa；2h时≥0.30MPa；6h时≥0.50MPa。0.5h强度控制可使用时

新型水玻璃自硬砂工艺在铸钢生产中的应用

新型水玻璃自硬砂工艺在铸钢生产中的应用 作者：浙江永嘉兰开铸造公司刘建强黄云天 .、八、- 一?刖言 目前国内外冷凝自硬砂工艺主要分为二大类：无机类粘结剂以水玻璃砂工艺为主，有机类粘结剂以呋喃和碱性酚醛树脂砂工艺为主。以上二大类自硬砂工艺在二十世纪下半期至今在全世界铸造业应用并不断成熟完善。但此二种工艺在性能上各有特点，也存在问题。特别在铸钢、合金钢件的铸造时有明显工艺上的不足。C02硬化水玻璃加入量高（一般为7%-8%）,砂的残留强度高，溃散性差，旧砂再生回用困难。有机粘结剂树脂砂工艺的出现，在一定程度上解决了CO2水玻璃砂的固有缺陷，但碱性酚醛树脂成本高，呋喃树脂砂易出现铸件裂纹、气孔等缺陷。水玻璃“新三法” （VRH微波烘硬、有机脂）的问世，使水玻璃的加入量降低了一半，溃散性大有改善，但新“三法”在工艺上存在着一定的缺陷，VRH法因设备投资大及铸件尺寸受真空室限制；微波烘硬法因铸型吸湿性强及电微波转化率低；回用砂率综合性能差等缺点，严重制约了水玻璃砂的发展。 随着水玻璃基础理论研究的不断进展，水玻璃砂溃散性差和旧砂再生困难等缺点并非水玻璃的固有特性。它来源于对水玻璃化学和胶体化学认识不足和使用不当 （1）0目前国内以沈阳汇亚通铸造材料有限责任公司等单位在这方面的研究取得 了领先。他对普通水玻璃进行一系列化学和物理改性及电离子架接，研制开发了 新型水玻璃和专用酯类固化剂自硬砂工艺，为水玻璃砂的第三次中兴产生了质的飞跃。 二.新型水玻璃酯硬砂工艺的应用 我公司年产阀门承压铸钢件2000余吨，产品以单价小批量为主，壳体主要壁厚 10~60mm且薄件居多。材质牌号有普通碳素钢，耐热耐高温铬钼钢、铬钼钡钢及各种耐酸不锈钢。其中有30%是电站阀门铸件，有20%左右是出口阀门配套铸件。因此，对造型工艺及材料要求相当苛刻。我们于2000年下半年开始对原粘土砂工艺进行技术改造，要求采用新工艺、新材料，以低成本高质量满足当前生产及市场竞争的需要，在选择工艺方案阶段，我们对普通水玻璃自硬砂，呋喃树脂自硬砂及新型水玻璃自硬砂三种砂型工艺，分别在不同材质、不同品种的阀 门铸钢件上进行了工艺试验，试验用原砂为福建平潭优质擦洗硅砂，粒度为40 / 70 目, SiO2含量》96%，含泥量和含水量分别w 0.5 %，角形系数w 1.25 %，

水玻璃砂的研究应用与进展

水玻璃砂的研究应用与进展

摘要：本文主要概述了国内外水玻璃砂型铸造技术研究及应用的最新进展，以及在分析水玻璃旧砂特性及其再生性能差异的基础上，概述了现有的干法和湿法再生及其进展，分析了不同再生方法的机理和适用性。随着水玻璃砂的抗湿性、旧砂再生砂循环等难题的逐步解决，新型水玻璃粘结剂材料、水玻璃砂微波加热硬化工艺方法及装备等的研发成功，实现基于水玻璃砂的绿色清洁生产将成为可能。 关键词：水玻璃砂旧砂进展应用 水玻璃是目前应用最成功的无机化学粘结剂，长期使用对人体无害，用水玻璃砂造型，不仅价格便宜，流动性好，硬化快，而且型芯的尺寸精度高，在混砂、造型、浇注和落砂过程中均无刺激性气味以及有毒气体产生，无黑色污染。在环保标准日益严格的今天，水玻璃砂被认为是最可能实现绿色铸造的型砂种类。 1.水玻璃砂的铸造技术 水玻璃砂铸造技术的研究应用内容，包括了：硬化方式改进、粘结剂改性、工艺质量控制、原料成分测试、旧砂再生与回用等方面。 ⑴微波加热硬化技术 水玻璃硬化经历了普通加热硬化、二氧化碳硬化、粉末硬化、液态有机脂硬化及微波硬化等阶段。微波硬化水玻璃砂具有加热速度快，节能高效，加热均匀，以及易于控制等优点，能充分发挥水玻璃的粘结潜力，较大幅度地降低水玻璃的加入量，旧砂的溃散性，并且回用能力也很好，具有较好的发展前景。但微波硬化水玻璃砂实际应用具有难度，因为其模具材料要求高，硬化后水玻璃砂型芯的吸湿性大，所以今后研究与应用的重点将集中于如何改善该砂型的抗吸湿的性能。 ⑵粘结剂抗吸湿改性技术 研究应用表明，改性水玻璃可以提高水玻璃砂的性能。改性水玻璃实质是提高纯净度、减少老化现象、提高水玻璃砂某些特殊性能(例如强度、溃散性、抗湿性等)，通常有化学改性和物理改性两种方法。 化学改性是往水玻璃中添加一种或数种改性剂，以阻缓水玻璃老化，减少粘结强度的损失。改性剂的加入，能使硬化后的水玻璃胶粒细化，起增强作用，有利于改善溃散性。改性剂在水玻璃粘结剂中的作用包括：阻缓老化，限制硅酸凝胶胶粒的长大；增加分子结构中极性官能团的密度和极性官能团的活性，以获得更高的粘结强度；改善水玻璃旧砂的溃散性；提高水玻璃砂的抗湿性等。 物理改性是往老化的水玻璃中输入能量（例如磁场作用、加热搅拌等），以促使硅酸的聚合度重新均匀化，经物理改性后的水玻璃，可将损失掉的粘结强度恢复过来，降低型芯砂中水玻璃的加入量。 ⑶质量控制技术 水玻璃砂型的性能质量与水玻璃粘结剂的种类、质量和性能有关，而铸件质量又与砂型质量密切相关。实践表明，砂型的性能可以通过一系列的参数和回归模型来预测。适用于砂型性能预测分析的回归模型包括DOE（Design of Experiment，试验设计）和RSM（Response Surface Methodology，响应面方法）等。 ⑷成分自动测定技术 水玻璃的性能参数主要包括组成、粘度、密度等。水玻璃的粘度、密度都有现成的仪器可以测定，但其组成和模数的测定没有现成的仪器，目前普遍采用的手工测定误差较大。 ⑸旧砂再生回用技术 水玻璃旧砂通常采用“加热＋干法”和湿法再生。“加热＋干法”再生系统相对简单，投资少，容易实现，但是干法再生水玻璃旧砂的再生砂质量较差，一般只能做背砂使用，作为单一砂循环使用时，旧砂溃散性恶化。由于水玻璃旧砂残留粘结剂溶于水的特征，使得

水玻璃基本知识简介

硅酸钠基本知识简介 英文名：Sodium silicate, Water glass. 硅酸钠是无色固体，密度2.4g/cm3，熔点1321K(1088℃)。溶于水成粘稠溶液，俗称水玻璃、泡花碱。是一种无机粘合剂。 固体硅酸钠南方多称水玻璃，北方多称泡花碱，硅酸钠的水溶液通称水玻璃。纯固体硅酸钠为无色透明固体，市售硅酸钠多含有某些杂质，略带浅蓝色。 硅酸钠俗称水玻璃，液体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明粘稠状液体。固体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明玻璃块状体。形态分为液体、固体、水淬三种。理论上称这类物质为“胶体”。普通硅酸钠为略带浅蓝色块状或颗粒状固体，高温高压溶解后是略带色的透明或半透明粘稠液体。 市面上出售的AR分析纯水玻璃为Na2SiO3·9H2O，放置在空气中吸潮、结块。在水中的极易溶解。 泡花碱也就是硅酸钠（Na2SiO3），溶于水后形成的粘稠溶液，通称水玻璃，呈碱性。它的用途非常广泛，往往根据其粘结性强的特点，被用做硅胶，而且耐酸、耐热。有毒，但对一般的接触没有影响，误食则会对人体的肝脏造成危害 分类介绍 1、硅酸钠分两种，一种为偏硅酸钠，化学式Na2SiO3，式量122.00。另一种为正硅酸钠，化学式Na4SiO4，式量184.04。 2、正硅酸钠是无色晶体，熔点 1291K(1088℃)，不多见。水玻璃溶液因水解而呈碱性（比纯碱稍强）。因系弱酸盐所以遇盐酸，硫酸、硝酸、二氧化碳都能析出硅酸。保存时应密切防止二氧化碳进入，并应使用橡胶塞以防粘住磨口玻璃塞。工业上常用纯碱与石英共熔制取Na2CO3+SiO2→Na2SiO3+CO2↑，制品常因含亚铁盐而带浅蓝绿色。用为无机粘接制剂（可与滑石粉等混合共用），肥皂填充剂，调制耐酸混凝土，加入颜料后可做外墙的涂料，灌入古建筑基础土壤中使土壤坚固以防倒塌。 3、偏硅酸钠是普通泡化碱与烧碱水热反应而制得的低分子晶体，商品有无水、五水和九水合物，其中九水合物只有我国市场上存在，是在上世纪80年代急需偏硅酸钠而仓促开发的技术含量较低的应急产品，因其熔点只有42℃，贮存时很容易变为液体或膏状，正逐步被淘汰，但由于一些用户习惯和一些领域对结晶水不是很在意，九水偏硅酸钠还是有一定市场。 生产方法 硅酸钠的生产方法分干法（固相法）和湿法（液相法）两种。

水玻璃工艺二

水玻璃砂工艺二 3.2.2 水玻璃自硬砂 水玻璃砂在混砂时加入硬化剂，在室温下能够自硬；砂型（芯）在硬化后起模，称之为自硬砂。早期的水玻璃自硬砂的硬化剂多以粉状材料为主，如β硅酸二钙（赤泥、炉渣或合成β 硅酸二钙）、硅铁粉、氟硅酸钠等。使用这些粉状材料，使水玻璃加入量居高不下，导致型 砂溃散性变差。 有机酯水玻璃自硬砂以液体材料为硬化剂，相对于粉状硬化剂，水玻璃加入量降低了1/2～ 1/3，比强度提高一倍以上，1000℃残留强度降低了90％左右。表3－25是有机酯水玻璃 自硬砂与固体硬化剂自硬砂配比及性能对比。图3－26是混合料的配比（质量比）为原砂（福建水洗海砂）100，有机酯0.28，水玻璃 2.8时的有机酯硬化水玻璃砂在不同温度下的 残留强度值 图3－26 有机酯水玻璃砂不同温度下的残留强度 表3－25有机酯水玻璃自硬砂与固体硬化剂水玻璃自硬砂配比及性能对比 序号配比（质量比）性能 原砂水玻璃硬化剂其他终强度/MPa 1000 ℃残留 强度（抗压强 度）/MPa 1 100 7 赤泥4～5 －＞0.9 － 2 100 6 ～7 电炉渣5～7 水1～2 0.4 ～0.7 － 3 100 5 ～6 硅铁粉1～2 ω（NaOH）＝ －－ 10％溶液 0.5～1.0 4 100 2. 5 ～2.8 有机酯0.22～ －≈ 2 ≈ 0.2 0.34 3.2.2.1 有机酯水玻璃自硬砂的硬化机理 有机酯水玻璃自硬砂的硬化可分为如下三个阶段; 第一阶段，有机酯在碱性水溶液中发生水解，生成有机酸或醇。这个阶段时间的长短取决于 有机酯与水玻璃的互溶性和水解速度，它决定了型砂的可使用时间的长短。化学反应通式如下： RCOOR ˊ +xH 2O OH- RCOOH+Rˊ OH 第二阶段，有机酯和水玻璃反应，使水玻璃模数升高，且整个反应过程为失水反应，当反应 时水玻璃的粘度超过临界值，型砂便失去流动性而固化。化学反应通式如下： Na 2O ·mSiO 2·nH 2O+xRCOOH （1－x/2）Na 2O·mSiO 2·(n+x/2)H 2O+xRCOONa 以上两步总的反应式为: xRCOOH ˊ + Na 2O· mSiO 2· nH 2O+xH 2O （1－x/2）Na 2O· mSiO 2· (n+x/2)H 2O+xRˊ OH+xRCOONa 第三阶段，水玻璃进一步失水强化。

水玻璃砂铸造应注意的几个问题

水玻璃砂铸造应注意的几个问题 国外几十年来对树脂砂铸造工艺的应用实践表明：树脂砂虽然具有铸件尺寸精度高，表面光洁，造型效率高，可以制造形状复杂和部质量要求严格的铸件，旧砂回收再生容易等优点；但是，树脂砂的生产成本高，环境污染严重，在人们对于自身生存条件和环境的要求日趋严格的条件下，由于车间劳动保护和生产环境卫生方面的投资很大，树脂砂的应用受到一定限制。而水玻璃无色、无臭、无毒，在混砂造型、硬化和浇铸过程中都没有刺激性或有毒气体溢出。故近年来许多国家对水玻璃砂重新重视起来。 水玻璃砂的硬化方法可分为热硬法、气硬法和自硬法三大类，包括很多种方法。但目前常用的硬化方法主要有以下两种： 1、普通CO2气硬法 此法是水玻璃粘结剂领域里应用最早的一种快速成型工艺，由于设备简单，操作方便，使用灵活，成本低廉，在国外大多数的铸钢件生产中得到了广泛的应用。 CO2气体硬化水玻璃砂的主要优点是：硬化速度快，强度高；硬化后起模，铸件精度高。 普通CO2气体硬化水玻璃砂的缺点是：型（芯）砂强度低，水玻璃加入量（质量分数）往往高达7~8%或者更多；含水量大，易吸潮；冬季硬透性差；溃散性差，旧砂再生困难，大量旧砂被废弃，造成环境的碱性污染。 2、有机酯自硬法 此法是采用液体的有机酯代替CO2气体作水玻璃的硬化剂。 这种硬化工艺的优点是：型（芯）砂具有较高的强度，水玻璃加入量可降至3.5%以下；冬季硬透性好，硬化速度可依生产及环境条件通过改变粘结剂和固化剂种类而调整（5～150min）；型（芯）砂溃散性好，铸件出砂清理容易，旧砂易干法再生，回用率≥80%，减少水玻璃碱性废弃砂对生态环境的污染，节约废弃砂的运输、占地等费用，节约优质硅砂资源；型砂热塑性好，发气量低，可以克服呋喃树脂砂生产铸钢件时易出现的裂纹、气孔等缺陷；可以克服CO2水玻璃砂存在的砂型表面稳定性差、容易过吹等工艺问题，铸件质量和尺寸精度可与树脂砂相媲美；在所有自硬砂工艺中生产成本最低，劳动条件好。 该硬化工艺的主要缺点是：型芯砂硬化速度较慢，流动性较差。 目前铸造生产中，有时采用复合硬化工艺，例如短时吹CO2达到起模强度后先起模，再吹热空气，或烘干，或利用有机酯自硬，或自然脱水干燥，以获得较大的终强度，提高生产效率。 水玻璃砂铸造时，应重点注意以下几个主要问题： 1 影响水玻璃“老化”的因素有哪些？如何消除水玻璃“老化”？ 新制备的水玻璃是一种真溶液。但是在存放过程中，水玻璃中硅酸要进行缩聚，将从真溶液逐步缩聚成大分子的硅酸溶液，最后成为硅酸凝胶。因此，水玻璃实际上是一种由不同聚合度的聚硅酸组成的非均相混合物，易受其模数、浓度、温度、电解质含量和存放时间的影响。 水玻璃在存放过程中分子产生缩聚，形成凝胶，其粘结强度随着贮存时间的延长而逐渐降低，这一现象称为水玻璃“老化”。 “老化”现象可由下述两组试验数据来说明：高模数水玻璃（M＝2.89，ρ＝1.44g/cm3）贮放20、60、120、180、240天后，吹CO2硬化的水玻璃砂干拉强度相应下降9.9%、14%、23.5%、36.8%和40%；低模数水玻璃（M＝2.44，ρ＝1.41g/cm3）贮放7、30、60和90天后，干拉强度分别下降4.5%、5%、7.3%和11%。