水玻璃砂工艺Word下载.docx

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配比（质量比）

性能

用途

新砂

水玻璃

W（NaOH）=15%～20%溶液

重油

膨润土或高岭土

W（水）（％）

湿透气性

湿压强度/kPa

硬化后抗压强度/MPa

粒度（筛号）

加入量

1

－

100

8～9

0.7

4～5

>

25～30

1.5

大型铸钢件型（芯）面砂

2

40/70

6.5～7.5

4.5～5.5

300

5～15

铸钢件型（芯）

3

7

0.75～1.0

0.5～1.0

200

17～23

4

50/100

4～4.5

LK－2溃散剂3

水0.4～0.5

3.5

150

5

易溃水玻璃5

水1～1.5

溃散剂1.0

5.5

6

ZNM－2该性水玻璃7

3.5～4.2

2450

再生砂

30

70

8

1～2

3.8～4.4

8～12

铸钢件型砂

新砂50/100

50

4～6

80

25～40

<

1t铸铁件型砂

旧砂

9

5.5～6.5

煤粉2～4

10

新砂40/70

60

5～6

2～4

30～50

1～5t铸铁件型砂

40

11

木屑1.0～1.5

2～3

1～5t铸铁件芯砂

这些早期开发的CO2硬化水玻璃砂大多数都要求有一定的湿压强度，以适应先起模后硬化的工艺要求，因而不得不加一定量的粉状材料，导致水玻璃加入量居高不下，型砂易烧结，溃散性差，旧砂再生困难。

2、近年新开发的CO2硬化水玻璃砂工艺

∙新型RC系该性水玻璃砂：

该工艺采用济南赛特科技贸易公司生产的RC系列双组分硅铝复合水玻璃，RC复合物是以可溶性铝酸钠为基础，再加适量第3组分的固体粉末，在Na－Si系水玻璃中引入RC相，组成了Na－（RC）－Si水玻璃系型砂。

两种配砂（均为质量比）工艺简介如下：

1）砂（新砂10＋旧砂90）＋水

（1）＋复合物RC

（1）预混2min＋水玻璃（3～4）混砂2min卸砂

该配比工艺适用于间隙式混砂机。

2）水玻璃（100）＋复合物RC（25）＋水（25）搅拌均匀将此混合液按常规水玻璃加入砂中使用。

采用RC系该性水玻璃砂工艺，型砂中水玻璃的加入量为砂重量的3.5％时，吹CO2硬化后24h终抗压强度可达到2.5Mpa。

由于RC为高熔点，对硅砂的侵蚀性弱，残留强度第二峰值被抑低和推迟，浇注后具有较好的溃散性（参见图2－26）。

（2）强力2000多重变性水玻璃砂：

强力2000多重变性水玻璃砂是沈阳铸造材料厂和上海华源精细化工有限公司下属的星火化工厂的产品。

该产品以钠钾或钠钾锂水玻璃为基础，通过物理和化学该性，添加有机－无机助粘结剂，再经多重变性处理，其粘结强度较普通钠水玻璃提高70％左右，因而水玻璃加入量可以降低。

目前该产品已成系列，有21个品种可供选用。

CO2硬化的强力2000多重变性水玻璃与普通钠水玻璃配比、性能对比见表3－17。

（3）CO2硬化Solosil-433该性水玻璃砂：

表3－17CO2硬化强力2000多重变性水玻璃砂与普通水玻璃砂的配比和性能对比

序号

质量比

吹CO2时间/S

抗压强度/MPa

即时

1h

2h

3h

1000℃,20min

福建水洗海砂100

市售水玻璃①6

75

0.5

0.85

1.28

1.67

1.7

强力2000②3

45

0.4

1.34

1.81

2.4

0.86～0.92

∙市售水玻璃中硅酸钠的质量分数为42％，模数为2.3。

∙强力2000多重变性（春秋季适用）水玻璃中硅酸钠的质量分数为42％，模数为2.3。

∙1000℃残留强度似乎偏高，但试样呈脆性，冲击即溃，溃散功很低。

Solosil-433是Foseco公司生产的该性水玻璃的商品名，它与普通水玻璃对比试验的数据见第二张表2－54。

（4）CO2硬化有机该性硅酸复盐水玻璃：

有机该性硅酸复盐水玻璃是沈阳市汇亚通铸造材料有限责任公司的产品。

采用该水玻璃，CO2硬化的配比和性能见表3－18。

表3－18CO2硬化有机该性硅酸复盐水玻璃砂配比和性能

24h抗拉强度/MPa

对原砂的要求

原砂

3～3.5

0.3～0.5

ω（泥）≤0.4％，ω（水）≤0.5％，角形因数≤1.25

3.3～3.8

ω（泥）≤0.8％，ω（水）≤0.5％，角形因数≤1.35

（5）脉冲CO2硬化水玻璃砂:

华中科技大学研制成功一种CO2吹气控制器，可以对CO2预热、稀释，并控制吹CO2的压力、流量、时间，实现定时、定量、间断或脉冲吹CO2。

能够有效的防止CO2过吹，充分地发挥水玻璃砂地粘结强度，降低型砂重水玻璃加入量约30％，也适用于VRH法和各种该性水玻璃，是一种投入少，见效快的措施。

表3－19是脉冲VRH法与普通VRH法抗压强度对比。

表3－19脉冲VRH法与普通VRH法的抗压强度对比（单位:

Mpa）

CO2气压力

硬化方法

0.02

0.04

0.06

0.08

备注

VRH

0.133

0.20

0.23

0.18

型砂配比（质量比）：

大林标准砂100，水玻璃（M＝2.3～2.5）2，真空度98kPa

脉冲VRH

0.15

0.27

0.33

0.45

脉冲吹气是指CO2气体按一定的时间间隔吹入型砂（芯），例如吹5s，停5s，再吹5s……，如此反复进行，能够提高硬化效能和节约原材料。

表3－20为此型砂采用脉冲吹气与连续吹气水玻璃砂的抗压强度比较。

表3－20脉冲吹气与连续吹气的抗压强度比较（单位:

吹气方式①

σ10min

σ24h

σ48h

σw②

间隔5s，总时间20s

1.346

6.208

5.977

2.103

间隔5s，总时间40s

1.621

3.824

4.397

2.705

连续吹20s

1.891

2.383

1.730

2.155

连续吹40s

2.455

0.951

0.632

2.014

∙CO2吹气流量2.5m3/h。

∙σw为砂芯800℃时的残留强度。

新开发的CO2硬化水玻璃除了应用复合该性水玻璃外，还有一个共同的特点，就是型砂中不加粉状材料，没有湿强度，采用先硬化后模的操作工艺。

3.2.1.3造型制芯要求

∙砂型（芯）要舂实，尤其对于先吹CO2硬化后起模的砂型（芯），如果砂型的紧实度低，则浇注后易产生冲砂和机械粘砂等缺陷。

∙对于先起模后硬化的砂型（芯），硬化前要用细钢钎多扎气眼，利于CO2渗透，以提高硬化强度，也有利于浇注时排除气体，减少铸件气孔缺陷。

对于再CO2硬化前需要调动的砂芯，必须用结构适当的芯骨；

对CO2硬化后吊运的砂芯，芯骨可

∙以简化或不用。

∙对于尺寸较大、铸件收缩阻力较大的砂芯，舂砂时要外紧内松，或在砂芯内部放受热收缩的材料，增加退让性。

∙对于排气困难的、大部分被铁液包围的复杂砂芯，应设排气道。

排气道应与砂型排气道相通，使砂芯内产生的气体顺利排出型外。

∙在铸件热量集中、砂型（芯）散热条件差部位采用耐高温的型砂，如烙铁矿砂和锆砂。

∙为提高铸件表面质量，砂型（芯）硬化后，可在砂型（芯）表面涂适当厚度的快干涂料。

∙制造好的型芯要及时合型浇注，避免受潮变质。

3.2.1.4

传统的吹CO2的方法有以下几种：

∙在砂型或砂芯上扎一些ф6～ф10mm的吹气孔，将吹气管插入并吹CO2，硬化后起模，如图3－20所示。

∙在砂型上盖罩吹CO2，如图3－21所示。

图3－20插管法吹CO2示意图

o硬化砂型b）硬化砂芯

1－胶皮管2－砂箱3、6－砂芯4－芯盒5－吹气管7－芯盒

图3－21盖罩法吹CO2示意图

∙砂型硬化b）砂芯硬化c）空心砂芯硬化

1－吹气罩2－砂箱3－掏空块4、6－芯盒5－砂芯

∙通过模样上的吹气孔CO2，如图3－22所示

图3－22通过模样吹CO2硬化示意图

1－砂箱2－模样3－芯盒

近年来在传统的吹CO2的基础上又有如下改进：

oCO2预热后再吹入砂型（芯），增加CO2扩散能力，提高硬化效果。

o将CO2用空气或氮气稀释，改善硬化效果，节省CO2

o间断或脉冲吹CO2。

o定压、定时、定量吹CO2（用于定型产品）。

o用测定水玻璃吹CO2时的电位变化控制吹气时间，能避免欠吹或过吹而降低CO2的消耗。

oVRH法（见3.2.1.5）

CO2的压力、流量和CO2的时间对硬化强度的影响如图3－23所示（型砂配比及吹CO2工艺见表3－21）。

从图3－23可以看到，当初强度达0.4～0.5Mpa时，即应停止吹CO2，起模后在贮放中强度明显升高。

若吹CO210～15s，起模强度达到0.8Mpa时，贮放后强度仅0.8Mpa左右。

若吹CO220s以上，已明显过吹，起模后贮放中强度反而下降。

图3－23吹CO2工艺参数对水玻璃砂强度的影响

∙图中曲线编号所对应的型砂配比见表3－21

2.实线为初强度，虚线为终强度

表3－21试验用型砂配比及吹CO2工艺

图3－23中曲线编号

型砂配比（质量比）

吹CO2工艺

新砂（40/70筛号）

水玻璃（ρ＝1.42g/cm3

水

压力/MPa

流量/m3·

h-1

（普通M=2.25）5

0.2

1.0

（普通M=2.74）5

3.2.1.5真空置换硬化（VRH）法

真空置换硬化（VRH）法是近年来开发成功并已应用于生产的先进水玻璃砂工艺之一。

砂型（芯）在真空室内经真空脱水后，再吹CO2硬化。

∙VRH法工艺的主要特点

o水玻璃加入量少：

当型砂中水玻璃占原砂重量的2.5％～3.5%时，抽真空后吹CO2，2min后的砂型强度可达1～2Mpa，可以立即进行浇注。

o能显著改善砂型的溃散性：

尽管VRH法型砂比树脂砂死亡溃散性差些，但溃散性及旧砂再生性能比普通CO2吹气水玻璃砂均能明显改善，可采用干法再生，再生回收率可达90％以上。

o能提高铸件质量：

VRH法实行先硬化后起模的工序，而且由于水玻璃加入量少，砂型（芯）在高温下变形减少，有利于提高铸件尺寸精度，同时硬化后的砂型（芯）水分含量低，铸件的气孔、针孔等缺陷相应减少。

o能降低造型材料费用，提高经济效益。

o缺点是设备投资大，固定尺寸的真空室不能适应过大或过小的砂箱或芯盒。

由于水玻璃加入量减少，CO2消耗量降低，旧砂回用率提高，降低新砂耗量等因素，VRH法与普通水玻璃CO2工艺相比，每吨铸件可节约型砂费用15％～20％。

∙VRH法的主要工序及相关要求

o抽真空：

将紧实的砂箱或芯盒置于真空室内抽真空，要求真空度至少在4kPa以下，最好在2.6kPa以下。

但低于1kPa时型砂强度反而下降。

因此，每个真空室必须配置一台真空泵，真空泵的排气量必须与真空室的容量相匹配，计算公式如下

Vp=2.3Vi/lg（p1/p2）

式中Vp-----真空泵排气量（m3/min）；

Vi-----真空室容积（m3）；

P1-----大气压（Pa）；

P2-----真空箱预期达到的真空度（Pa）；

t-----达到预期真空度的时间（min）；

抽真空应强力迅速在数分钟内达到所需真空度，此时型砂处于过冷状态。

若抽真空的速度不够快，水分缓慢释出，水的蒸气压抵消部分真空度，使真空度难以达到规定要求。

o往真空室导入CO2：

VRH法水玻璃砂型（芯）吹CO2是在真空室内进行的，因为CO2在抽真空的砂型（芯）里运动没有障碍，扩散迅速，与水玻璃反应快而均匀，因此CO2耗量减少。

CO2通气压力，视真空室剩余空间的大小而增或减，一般在40kPa左右。

o打开真空室：

导入CO2一定时间后（夏季1～2min，冬季2～3min）即可打开真空室导入空气，然后型（芯）砂即可浇注。

∙典型工艺配比

o日本テサ公司的生产工艺及配比（质量比）：

面砂：

原砂97，水玻璃3；

背砂：

再生砂98，水玻璃3；

テサ公司VRH法造型的标准真空度为2.7kPa以下，CO2气体导入压力为40kPa，吹气时间为30～60s，放入空气到常压后打开真空室。

起模时砂型抗压强度为0.5～1.0Mpa，24h后达2.0Mpa,造型4h后砂型表面安定性在90％以上。

由于砂型中水玻璃加入量少，改善了型砂的溃散性，旧砂回用率达到92％。

o宝鸡桥梁厂工艺配比：

宝鸡桥梁厂采用VRH法铸造高锰钢辙叉，以镁橄榄石砂为原砂，型砂配比（质量比）为：

原砂：

水玻璃＝100：

（3.5～3.7）

原砂为镁橄榄石砂，粒度为50/100号筛，ω（水）≤0.5%,堆密度≥1.5gcm3.

水玻璃模数M为2.1～2.3，波美度为48～50oBe′（1.5～1.53g/cm3。

砂型抗压强度达到1.5Mpa。

砂型振动落砂时间为4～5min，砂型出砂率达85％以上。

采用干法再生，旧砂回用率达97％。

但再生砂存在一定量残碱而影响型砂溃散性。

应该说明的是，将VRH法与复合该性水玻璃或CO2的预热、稀释、脉冲吹气工艺结合起来，粘结强度将得到进一步提高。

试验配比（质量比）为：

原砂:

2

原砂为大林标准砂，粒度为50/100筛号

水玻璃为铸造用水玻璃，模数为2.3～2.5。

混砂工艺：

原砂＋水玻璃混輾1～2min卸砂

图3－24是VRH脉冲装置示意图。

图3－24VRH脉冲装置示意图

1－CO2气瓶2－流量计3－脉冲装置4、7－阀门5－真空计6－真空瓶8－真空泵

表3－22是脉冲VRH法与普通VRH法的型砂抗压强度比较。

表3－22脉冲VRH法与普通VRH法的型砂抗压强度比较（单位：

Mpa）

方法

通CO2压力

0.060

0.080

普通VRH法

0.200

0.230

0.180

脉冲VRH法

0.150

0.270

0.330

0.450

注：

真空室的真空度为0.098Mpa。

3.2.1.6水玻璃CO2硬化对原材料的要求

水玻璃CO2硬化对原材料的要求，像其它型砂一样，要有利于减少混合料中水玻璃的加入量，又能保证型砂有足够的使用强度。

1、水玻璃CO2硬化对原砂的要求CO2硬化水玻璃砂对原砂的适应性很强，不论是中性砂、酸性砂或碱性砂均能适用，如硅砂、锆砂、烙铁矿砂、镁砂、橄榄石砂、石灰石砂、刚玉砂等均可适用。

水玻璃CO2硬化砂除了对原砂中水的质量分数可以放宽到0.5%外，对原砂的其它性状如粒形、比表面积、含泥量等与树脂自硬砂应有同样严格要求，因为这些参数直接影响型砂中水玻璃加入量，乃至型砂的使用强度盒残留强度。

表3－23盒图3－25显示了5种不同性状的原砂采用VRH法工艺硬化后的抗压强度对比。

数据充分说明，提高原砂质量是降低水玻璃加入量的重要途径之一。

表3－235种不同性状的原砂

砂源

粒形

角形因数

比表面积/cm2g-1

含泥量（质量分数，％）

a

大林标准砂

○

1．2

0.3

b

水洗郑庵砂

□

1.36

1．35

c

郑庵砂

〇－□

1．36

1.1

d

水洗新会砂

△

1.64

1．42

0.6

e

新会砂

△－□

-

2.05

序号a～e见图3－25

图3－255种不同性状的原砂采用VRH法硬化后的抗压强度

a～e原砂的砂源和性状见表3－23

2、CO2硬化水玻璃砂对水玻璃的要求铸造用水玻璃除了应符合JB/T8835-1999标准外，还应注意以下几点要求:

∙尽可能使用新鲜水玻璃，避免采用老化水玻璃。

∙尽可能使用抗老化能力强的水玻璃，例如钠钾复合水玻璃，方便产生管理。

∙尽可能使用已经开发应用成功的该性水玻璃。

∙在使用强度许可的条件下用较高模数的水玻璃。

∙在混砂工序之前增加水玻璃物理该性的措施，如在输送管道上增添磁化处理装置等。

3、CO2硬化水玻璃砂对其他辅助材料的要求应有助于降低水玻璃加入量为原则，且