酯硬化水玻璃砂再生有关技术和地研究

　　水玻璃砂工艺发展到今天经历了普通,,,硬化水玻璃砂工艺、粉末硬化剂硬化水玻

　　璃砂工艺和有机酯硬化水玻璃砂工艺三个阶段。酯硬化水玻璃砂工艺既有传统水玻璃砂

　　工艺操作简单便捷、劳动条件好、型砂的强度高等优势,又有型砂溃散性好的特点,使水玻

　　璃砂应用技术向前迈进了一大步。但是,酯硬化水玻璃再生砂的铸造工艺性能还不很令人满意,需在再生砂中加入大量的新砂才能保持铸造工艺的稳定性,生产的全部过程中排出大

　　量的废砂,这不仅造成了对环境的污染,同时也是对自然资源的巨大浪费,提高酯硬化

　　本文主要从二方面入手提高酯硬化水玻璃再生砂的性能,其一是通过降低铸造生产的全部过程中水玻璃的加入量,改善其旧砂的可再生性能,来提升再生砂的质量。其二是通

　　过选取合理的再生方法和再生参数来降低再生砂中,,,,的含量,提高再生砂的性能。

　　为此,本课题开展了新砂及其高温改性砂对酯硬化水玻璃砂性能影响的研究以及酯硬化

　　研究发现,原砂的粒形、耗酸值、粒度影响水玻璃型砂的强度和可使用时间。原砂

　　的粒形好,耗酸值低,则由其混制的水玻璃砂的可使用时间长,型砂的强度高。当原砂的粒度相同,粒形相近时,其耗酸值低,则型砂的强度高,同一种原砂,其粒度粗,型

　　砂的强度高。对原砂进行高温改性处理,能大大的提升砂粒表面的活性,提高粘结剂和砂粒

　　表面的粘附力,起到增加型砂强度的目的。在环境和温度和湿度相同的条件下,随着焙烧温度的升高,型砂的抗拉强度提高。在焙烧温度相同时,不同产地原砂的水玻璃型砂的

　　抗拉强度不同,同种产地的原砂,其抗拉强度受到环境湿度和温度的影响,在相同的环

　　境温度下,湿度越大,水玻璃砂的抗拉强度越低。由此能够看出,完全可以通过合理选择新砂以及通过对新砂进行高温改性,提高水玻璃型砂的性能,换言之,在保证一定的

　　铸造工艺性能的前提下,能够更好的降低水玻璃的加入量,从而改善酯硬化水玻璃旧砂的可再

　　对酯硬化水玻璃砂分别采取了单一机械干法再生工艺和加热脆化,机械再生工艺进行

　　实验。研究之后发现,单一机械干法再生,其,,,,的去除率低,对酯硬化水玻璃砂的再生效果不理想。干法再生前对旧砂加热脆化处理,能大大的提升干法再生的脱膜效果,并

　　且在,,,,,,,℃的脆化温度下,随脆化温度的提高,再生砂的脱膜率提高。在相同的再山东建筑大学硕士毕业论文

　　生条件下,由经过高温改性处理的原砂混制的水玻璃旧砂的脱膜率明显高于由同种新砂

　　混制的水玻璃旧砂的脱膜率,由此表明,对原砂进行高温改性处理不但可以降低水玻璃

　　写过的研究成果,也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机,向的学位证书而使用过的材料,对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。苓人承担本声明的法律责任,

　　本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定,即, 山东建筑大学有权保留并向国家相关部门或机构送交学位论文的复印件和

　　磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,能够使用影印、缩印或其它手段保存、,,,编学位论文。

　　学位论文作者签名,壶,望,芏日期碰,型,如师签名, ,良料日期兰塑互画山东建筑大学硕士毕业论文

　　在砂型铸造中,粘土型砂、树脂型砂、水玻璃型砂三大型砂大约占,,,。 比较三种

　　型砂工艺生产时排放的有害化学气体及对环境的污染程度,显而易见水玻璃是最有利于环保

　　粘土型砂由硅砂、粘土、煤粉等构成, 由此引起了较大的粉尘污染和黑色污染。其

　　产生的粉尘污染是铸造工人矽肺病的根本原因。浇注过程中,高温下煤粉燃烧和分解产

　　树脂砂通常由硅砂、树脂,呋喃树脂、酚醛树脂等,粘结剂、 固化剂,对甲苯磺酸、

　　磷酸等,组成,这些化学粘结剂在生产中会产生大量的游离,,,和有机废气,如, 甲醛、苯、 甲苯等,,浇注后也会产生大量的有害化学气体,严重污染工作场地的空气,直接危害铸

　　水玻璃砂由硅砂、无机水玻璃粘结剂等组成,采用,,,气体或有机酯,如,,,,醇二乙酸酯等,作固化剂,生产环境良好,很少产生有害化学气体,生产中出现的粉尘也较少。

　　特别是酯硬化水玻璃砂工艺,既有型砂强度高、溃散性好等优势,又有劳动条件好、有

　　害气体少等优点。它克服了自硬树脂砂成本高、生产场地气味浓等缺点,又具备了自硬

　　树脂砂的优点,还克服了,,,普通水玻璃砂溃散性差、 ,,,排放增加温室效应等缺点。

　　浇注灰口铸铁件,来测定各类型砂浇注后产生的微粒的总量及有害化学气体的组成。他们在

　　浇注后将抽气罩在铸型上收集铸型排出的废气,并用吸附法测得废气中微粒的总重量,

　　再用环乙烷对吸附层进行萃取,用紫外分光光度计和气相色谱质谱仪来分析萃取物中的含苯环化合物及其结构。不同型砂产生的微粒总量及有害化学气体质量如表,, ,所示。

　　从微粒总重量、含苯环化合物和,一苯并芘的综合比较看,酯硬化的水玻璃砂无疑

　　国内外铸造专家一致认为,与粘土砂产生的粉尘污染与黑色污染、树脂砂产生的化

　　学污染相比,属无机粘结剂的水玻璃砂工艺是最大有可能实现绿色清洁铸造生产的型砂工

　　艺。世界各国对基于水玻璃砂的绿色铸造工艺技术及材料等的研究也正在慢慢地增加,,捌。山东建筑大学硕士毕业论文

　　自水玻璃砂工艺应用于铸造生产以来,经历了,,,吹气硬化水玻璃砂工艺、粉末硬化剂自硬化水玻璃砂工艺和液态有机酯自硬化水玻璃砂工艺三个发展阶段,,,,

　　,,,吹气硬化水玻璃砂工艺也称为普通,,,水玻璃砂工艺, 由捷克人,, ,,,,,,,,于,,,,年研究成功,并于,,,,年获得英国专利,,,,。 ,,,,年经,, , 『苏联和捷克专业的人介绍到我

　　人造或天然硅砂加入,, ,,,,, ,,的钠水玻璃配制而成。其工艺存在着,硬化过程不太稳定,砂型外部易引起过吹, 同时内部硬化不透,水玻璃加入量较多, 旧砂的溃散性较

　　差, 旧砂再生困难, ,,,的利用率低等问题,使得普通,,,硬化水玻璃砂工艺的旧砂基本无法再生回用。

　　为了克服普通,,,硬化水玻璃砂工艺中存在的问题, ,,,,年日本人小林一典研究发

　　明了真空,,,吹气硬化水玻璃砂工艺,简称为,,,法【 ,, ,。它是将造型紧实后的水玻璃

　　砂型,芯,,连同模板一起送入一真空箱内抽气, 当达到一定的真空度后, 向箱内通入

　　,,,气体,几分钟后铸型,芯,即可达到一定的强度。 ,,,,,法的水玻璃加入量可降至,,,

　　,,, ,,,气体的消耗量比普通,,,硬化水玻璃砂工艺减少了,, ,,,, ,, ,,,气体与水玻

　　璃反应充分、迅速、均匀, 明显地改善了水玻璃旧砂的溃散性,切。其缺点是设备投资大,固定的真空室尺寸对于不同大小和不一样的形状型,芯,的适应能力差,真空引起的型砂过

　　除,,,外,用空气稀释的,,,吹气硬化,加热的,,,吹气硬化,脉冲,,,吹气硬化,,,】等,都是,,,水玻璃砂工艺的改进。

　　以粉末状硬化剂为主体的自硬砂主要是针对水玻璃砂工艺生产大型铸件时吹气时间

　　长,砂型难以硬透的问题出现的。常用的粉末硬化剂有硅铁粉、赤泥、硅酸二钙,,,,、氟

　　硅酸钠【” ,等。这些硬化剂的共同特点是颗粒细、 比表面积大、能吸收水分。但是粉末硬

　　化剂的加入,使型砂的总比表面积增大,水玻璃的用量无法降低,溃散性不比,,,水玻璃砂好,硬化过程中要析出氢气,常会带来有害的后果。而且粉状硬化剂的加入加剧了

　　粉尘污染,该工艺没有正真获得大面积的推广,仅在少数工厂得到了应用【 ,, ,,,。

　　液态有机酯硬化水玻璃砂工艺简称酯硬化水玻璃砂工艺,产生于,,世纪的美国,,,,,

　　,,世纪,,年代后在我国逐步获得推广应用。酯硬化水玻璃砂工艺被认为是,,,水玻璃砂工艺发明以来,水玻璃砂技术的第二次大的突破,,,。酯硬化水玻璃砂具有水玻璃砂和

　　自硬树脂砂的综合优势,,,,,,,,其硬化剂,有机酯,无毒、无气味,符合绿色环保的要求,

　　型砂的强度高、硬化速度可调,型砂的稳定性提高,水玻璃加入量少,溃散性较好,铸

　　件的落砂清理较容易。 国内外铸造工作者投入了大量的精力开展了酯硬化水玻璃砂技术的研究工作,取得了可喜的进展,,,,,,,。

　　近年来,虽然水玻璃砂工艺在我国的推广应用速度加快,但是水玻璃砂工艺在应用

　　过程中暴露了, 旧砂的溃散性差、 旧砂再生回用困难、再生砂的铸造工艺性性能差等问

　　题,,,,,,。解决水玻璃砂的溃散性问题是实现水玻璃旧砂再生回用的前提。从本质上来说,

　　减少水玻璃的加入量是提高水玻璃砂溃散性最有效的方法暇,,,。 目前,新型改性酯硬化

　　水玻璃砂中水玻璃的加入量是,, ,,,,,, 当采用多重变性水玻璃时其加入量降低到,, ,,,,,,,水玻璃砂溃散性差的难题基本得到了解决【由,’ ,,,,,,。水玻璃旧砂的再生回用主

　　要是降低旧砂中水玻璃粘结剂的残留量并消除残留粘结剂对水玻璃砂工艺性能的影响。

　　因此,本课题以酯硬化水玻璃砂为研究对象,对酯硬化水玻璃砂再生有关技术进行了研

　　,,,水玻璃旧砂粒上的残留粘结剂膜在高温浇注后不能燃烧分解,而是形成一种低

　　熔点的硅酸钠胶牢固地粘附在砂粒表面,使得干法再生,对旧砂进行机械碰撞、摩擦处理,水玻璃,,砂的脱膜率较低。 由于铸件浇注温度及铸型砂铁比的不同,铸型中各部位

　　型砂的受热温度大不相同,也使得浇注后不同受热温度的旧砂粒上残留粘结剂所表现出的性能有较大差异,进而影响旧砂干法再生的难易程度。

　　,,,旧砂块破碎后, 旧砂粒表面上的残留硅酸钠胶、盐等具有很强的吸湿性,使得水玻璃旧砂很容易回湖,其干法再生的效果较差。干法再生对旧砂加热预处理可提

　　高干法再生的除膜效果,而不同的旧砂预热温度,对干法再生砂性能具有较大的影响。旧砂的受热温度越低,其吸湿率越大,而停放时间越长, 旧砂的吸湿率越大。

　　,,,水玻璃旧砂粒表面上的残留物大部分溶于水,故湿法再生水玻璃旧砂的效果好,残留粘结剂的脱膜率高。

　　水玻璃旧砂粒上的残留物在水中的溶解程度与旧砂的受热温度、水玻璃的加入量等

　　低,湿法再生更困难,而水玻璃的加入量越高, 旧砂上的残留粘结剂越多,要获得良好的湿法再生效果也更困难。

　　,,,再生砂粒表面上残留的高模数水玻璃、酯、盐等对再生砂的性能具有特别大的影响,去除上述残留物,或降低其影响程度,是水玻璃旧砂再生的主要任务。

　　由于水玻璃旧砂的残留粘结剂中,除了含有残留水玻璃外,还有残留酯、盐等多种

　　物质,这些物质与新加入的水玻璃或硬化剂作用,可能涉及到复杂的表面化学与催化化

　　湿法再生是利用水对旧砂粒上残留粘结剂的溶解作用、湿法再生机构对旧砂的机械

　　搅拌作用或超声震荡以及再生过程中砂粒与构件,或砂粒与砂粒,之间的擦洗作用来实