水玻璃砂工艺Word下载.docx

1、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

2、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 CO 2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 CO 2硬化水玻璃砂工艺 新型 RC系该性

3、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 CO

4、2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。 CO 2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）

5、CO 2硬化 Solosil-433该性水玻璃砂：表 3 17 CO 2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 CO 2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 6 75 0.5 0.85 1.28 1.67 1.7 强力 2000 3 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

6、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） CO 2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， CO 2硬化的配比和性能见表 3 18。表 3 18 CO 2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 （泥） 0.4 ，（水） 0.5 ，角形因数 1.25 3.3 3.8 （泥） 0.8 ，（水） 0.5 ，角形因数 1.35 （ 5）脉冲 CO 2硬化水

7、玻璃砂 :华中科技大学研制成功一种 CO 2吹气控制器，可以对 CO 2预热、稀释，并控制吹 CO 2的压力、流量、时间，实现定时、定量、间断或脉冲吹 CO 2。能够有效的防止 CO 2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） CO 2 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）：

8、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 CO 2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 10min 24h 48h w 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

9、1.891 2.383 1.730 2.155 连续吹 40s 2.455 0.951 0.632 2.014 CO 2 吹气流量 2.5m 3 /h。 w为砂芯 800 时的残留强度。新开发的 CO 2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 CO 2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 CO 2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

10、孔缺陷。对于再 CO 2硬化前需要调动的砂芯，必须用结构适当的芯骨；对 CO 2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 CO 2的方法有以下几种：在砂型或砂芯上

11、扎一些 6 10mm的吹气孔，将吹气管插入并吹 CO 2，硬化后起模，如图 3 20所示。在砂型上盖罩吹 CO 2，如图 3 21所示。图 3 20插管法吹 CO 2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 CO 2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 CO 2，如图 3 22所示 图 3 22 通过模样吹 CO 2硬化示意图 1 砂箱 2模样 3芯盒 近年来在传统的吹 CO 2的基础上又有如下改进：oCO 2 预热后再吹入砂型（芯），

12、增加 CO 2扩散能力，提高硬化效果。o将 CO 2用空气或氮气稀释，改善硬化效果，节省 CO 2 o间断或脉冲吹 CO 2。o定压、定时、定量吹 CO 2（用于定型产品 ）。o用测定水玻璃吹 CO 2时的电位变化控制吹气时间，能避免欠吹或过吹而降低 CO 2的消耗。oVRH 法（见 3.2.1 .5） CO 2 的压力、流量和 CO 2的时间对硬化强度的影响如图 3 23所示（型砂配比及吹 CO 2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 CO 2，起模后在贮放中强度明显升高。若吹 CO 210 15s，起模强度达到 0.8Mpa时，贮放后

13、强度仅 0.8Mpa左右。若吹 CO 220s以上，已明显过吹，起模后贮放中强度反而下降。图 3 23吹 CO 2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 CO 2工艺 图 3 23中曲线编号 型砂配比（质量比） 吹 CO 2工艺 新砂（ 40/70筛号） 水玻璃 （ 1.42g /cm 3 水 压力 /MPa 流量 /m 3 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

14、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 CO 2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 CO 2， 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 CO 2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

15、，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， CO 2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 CO 2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 V p=2.3Vi/lg（p1/p2）

16、式中 V p-真空泵排气量（ m 3/min）；V i- 真空室容积（ m 3）；P 1- 大气压（ Pa）；P 2- 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 CO 2： VRH法水玻璃砂型（芯）吹 CO 2是在真空室内进行的，因为 CO 2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 CO 2耗量减少。 CO 2通气压力，视真空室剩余空间的大小而增或减，一般在 40

17、kPa左右。o打开真空室：导入 CO 2一定时间后（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；公司 VRH法造型的标准真空度为 2.7kPa以下， CO 2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：

18、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，（水） 0.5%,堆密度 1.5gcm 3. 水玻璃模数 M为 2.1 2.3，波美度为 48 50o Be（ 1.5 1.53g /cm 3。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 CO 2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

19、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 CO 2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 CO 2压力 0.060 0.080 普通 VRH法 0.200 0.230 0.180 脉冲 VRH法 0.15

20、0 0.270 0.330 0.450 注：真空室的真空度为 0.098Mpa。3.2.1 .6 水玻璃 CO 2硬化对原材料的要求 水玻璃 CO 2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 CO 2硬化对原砂的要求 CO 2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 CO 2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

21、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 23 5种不同性状的原砂 砂源 粒形 角形因数 比表面积 /cm 2g -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 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 25 5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 、 CO 2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 、 CO 2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