酯硬化水玻璃砂工艺应用简介

　　直到20世纪90年代以后，人们对水玻璃大体组成和硬化机理的熟悉深化，在用活化金属离子改性水玻璃和用有机酯硬化水玻璃等两个方面取得了冲破性进展，可使型、芯砂中水玻璃加入量减少至～%，从而明显降低了水玻璃砂的残留强度，这不仅提高了铸件的表面上的质量，缩短了铸件的清砂时刻，而且也使水玻璃旧砂再生回用成为可能。目前改性水玻璃砂工艺，专门是酯硬化改性水玻璃砂工艺正在我们国家取得普遍推行应用，专门是铸钢件，如机车车辆、重型、泵、阀门等行业在生产薄壁、箱形等易产生热裂的铸钢件上，更是受到了人们普遍的关心和应用。下面将较系统地介绍我所最近几年来在用活性金属离子改性水玻璃和用有机酯硬化水玻璃砂工艺等方面的科研功效及在铸造生产中的实际应用情形。

　　铸造生产实践反复证明，水玻璃砂工艺是随着固化剂的改变而不断向前进展的，有机酯固化剂的应用，关于扩大水玻璃砂的应用场景范围开辟了良好的进展前景。

　　大量的实验和生产实践说明，硅砂的性能对水玻璃砂的强度起着及其重要的作用，例如，粒型较好的大林和福建硅砂比含泥量相同的海城砂的硬化强度几乎高一倍以上；而且粒型较好的大林和福建硅砂的含泥量从%（即水洗砂）降低到%以下（擦洗砂），其硬化强度也将提高一倍左右。尽管水玻璃砂对硅砂的要求不像树脂砂那样严格，可是为降低水玻璃加入量，改善水玻璃砂的工艺性能和再生回用性能，对水玻璃用硅砂提出如下性能指标：

　　(2)硬度计法：用B型砂型硬度计(球面较大，测量误差较小)在型(芯)的表面测其硬度，

　　当硬度值达到80～90时(较小或简单型芯取下限，较大或复杂型芯取上限)即达到起模时刻。

　　一样来讲，依照改性水玻璃的种类，有机酯固化剂的型号及加入量，和环境和温度和相对湿度，起模时刻一样是型、芯砂可利历时刻的3～4倍。型、芯砂的可利历时刻越长，起模时刻也越长。在持续式混砂机工作的条件下，型、芯的起模时刻可操纵在20～30min，生产大型铸件时，型、芯砂的起模时刻可操纵在40～60min，而在手工刮板造型时，型、芯砂的起模时刻，可操纵在60～90min。

　　起模时刻——指制好的水玻璃自硬砂的型、芯，当它硬化到必然强度能够起模（或从芯盒中掏出来）而不致于损坏型、芯任何部份所需的时刻。常常使用的方式有强度法和硬度计法。

　　(1)强度法：将刚混制好的型(芯)砂，当即制作一批标准试样(抗住压力的强度试样以3个为

　　一组，抗拉强度试样以5个为一组)，每隔一按时刻(5min～10min，依照硬化速度而定)，测定其强度，当抗压强度达到～、抗拉强度达到～时(较小或简单型芯取下限，较大或复杂型芯取上限)即达到起模时刻。

　　起模强度——指水玻璃砂在起模时刻时起模，所测定的强度值，一样采纳圆柱形标准试样或8字试块测定抗压强度或抗拉强度。

　　小时强度和终强度——用混制好的水玻璃自硬砂，迅速制作一批标准试样，然后以三个试样为一组，别离放置1h、2h、3h、4h、…和24h，测定其强度，称24h的强度为终强度。其余称为小时强度,它是决定起模时刻的要紧依据。依照型芯的大小，一样终强度操纵在抗拉：～；抗压：～为宜。

　　固化剂——密封贮存，利历时幸免明火，贮存期12个月，200Kg铁桶包装。

　　涂料是增强型、芯砂抗粘砂能力，提高铸件表面上的质量的有效途径之一，也是与水玻璃砂配套利用的常常使用材料。涂料一样分为水基涂料和醇基涂料两大类。

　　水基涂料是一种本钱低、污染小的涂料。可是，水玻璃砂遇水会降低表面强度，而且水分自然蒸发较慢，因此，型芯涂敷水基涂料后，应尽快进行烘干。可采纳电加热、煤气加热、红外加热及微波烘干等方式。除微波烘干外，烘干温度一样操纵在160～180℃，烘干时刻一样操纵在45～60分钟，而微波烘干那么只需几分钟。

　　一样小型铸造厂家，也能够采纳碾轮式混砂机来混制型、芯砂。其型、芯砂的配比可参见表4。

　　改性水玻璃——密封保留，贮存期为六个月，250Kg铁桶包装，利历时应幸免长期与人体皮肤接触。

　　有机酯是一种无毒、粘度小、能与水玻璃混成均匀一致的液体。目前用于铸造水玻璃砂固化剂的有机酯种类较多，必需依照型芯的大小、水玻璃的性能、环境条件（温度与相对湿度）和有机酯本身的硬化特性等因素来合理选用有机酯固化剂，表2是我所最新开发的ZYS型系列水玻璃砂用有机酯固化剂：

　　改性水玻璃砂的混制最好采纳持续式混砂机，专门是关于中、大型铸件，既能提高型、芯的混砂效率，又能改善它的混砂质量，目前，在我国很多的铸造企业中已经取得应用。可是，依照酯硬化水玻璃砂的工艺技术要求，在选用持续式混砂机时，应不同于一般树脂砂用持续式混砂机，在其结构上应作一些改变，除混料槽应适当加长之外，水玻璃和固化剂的容器罐，均应有加热装置，以保证它们的粘度均一、定量泵的供料精度。同时应配套两个固化剂的容器罐，二者在混砂时能同时供料，并可任意调剂供料比例来知足实际生产的需要。

　　从图可知，型芯砂经历6小时以后，强度可达到终强度的50%以上，一样可以有效的进行合箱、浇注。同时，环境条件，专门是环境和温度，对水玻璃自硬砂的硬化速度阻碍较大。环境和温度高，型芯砂硬化速度快，可利历时刻变短，有时可能来不及操作，终强度也会明显降低；环境和温度低，硬化速度会显著减慢，降低造型、制芯的生产效率，同时，终强度也将降低。依照普遍的生产实践， 酯硬化水玻璃砂工艺的最正确利用的环境和温度应在10～30℃范围内。若是环境和温度超出上述范围，一样应调整有机酯固化剂的组成和比例，达到操纵型芯砂硬化速度，知足造型、制芯生产的需要。例如，温度太高，应选用慢速固化剂（ZYS-3型），温度太低，应适当配入快速固化剂（ZYS-1型）。同时，在水玻璃改性时，其成份也应作相应的改变。空气的相对湿度大，也能减慢型、芯砂的硬化速度，但只有在雨季湿度专门大时，才会产生非常明显的阻碍。

　　可利历时刻——指水玻璃砂从混砂机中出砂后至仍能用于造型、制芯的许诺寄存时刻。操作方式是：将刚混制好的自硬水玻璃砂，当即制作标准试样(抗压强度试样以3个为一组，抗拉强度试样以5个为一组)，其余的型砂放入密闭的容器中，每隔一按时刻(5～10min，依照硬化速度而定)制作一组试样，直到型砂已硬化，不能继续再制作试样为止。然后，在必然的环境和温度和相对湿度的条件下，将制好的试样放置24h后测定其强度，再与刚出碾时所制作的，并放置24h后的试样的强度值作比较。以其强度值下降20%时试样所经历的时刻，作为该型砂的可利历时刻。

　　酯硬化水玻璃砂适用于生产各类铸件，由于铸件种类非常之多、结构不同、大小不一，不同季骨气温条件转变，需要对型、芯砂的可利历时刻进行调剂，最好的方法是合理匹配固化剂水玻璃的种类。表3是依照生产要及天气特征情况推荐的固化剂比例。

　　这种工艺是利用有机酯使水玻璃砂在一按时刻内进行硬化。有机酯是多元醇和有机酸酯化反映的产物，它在水玻璃强碱溶液的作用下，会失去稳固性，产生水解反映。生成的有机酸与水玻璃中钠离子反映，生成钠盐，并析出聚硅酸；同时，醇吸收水玻璃中水分。在二者同时作用下，使水玻璃粘度与模数不断增大，致使型、芯砂硬化。由此可知，酯硬化水玻璃砂的硬化速度要紧取决于有机酯的活性，即酯的水解能力。

　　ZYS型系列有机酯固化剂的要紧特点是：硬化强度高、硬透性好、制得的水玻璃砂型芯的尺寸精度高。这几种固化剂的合理搭配利用，可使起模时刻操纵在8分钟～180分钟。

　　醇基涂料中醇可促使水玻璃凝胶化，提高型、芯砂表面强度及耐冲击性，而且点火干燥速度快，利用方便，应用较广。

　　水基涂料可采纳流涂、喷涂、浸涂和刷涂等涂敷方式；醇基涂料可采纳喷涂和刷涂的涂敷方式。

　　我所生产的水基和醇基锆英粉涂料已在国内许多铸造企业应用，其特点是悬浮稳固性、触变性、流平性、涂刷性均较好，涂层无刷痕。发气量小，涂层强度高，激冷成效较强，是水玻璃砂首选的铸钢件用抗粘砂涂料。一样来讲，型芯起模后，1～2h内即可涂敷涂料。水基涂料的悬浮性（6h）：=100%；醇基涂料的悬浮性（2h）：≥98%。

　　采纳酯硬化改性水玻璃砂，可使其粘结剂加入量减少60%以上，从而可显著改善水玻璃砂的溃散性，旧砂干法再生回用已成为现实。目前，国内一些工厂已采纳干法再生工艺，使水玻璃再生砂全数或部份替代新砂，已取得了较好的成效。

　　溃散性——指浇注后水玻璃砂自行溃散的能力，一样采纳残留强度评定法。具体测定方式是：将已硬化的水玻璃砂标准抗压试样，预先加热至规定温度，保温一按时刻（视加热温度而定）后，掏出试样，冷却至室温，测定抗住压力的强度，此强度值即为该水玻璃砂试样在必然温度下的残留强度。其值越低，表示该型砂的溃散性越好。

　　可是，随着该工艺应用场景范围的慢慢扩大，水玻璃砂的一些固有缺点，也暴露出来了，其中最要紧的有：采纳传统CO2硬化工艺，水玻璃本身的粘结强度未能取得充分的发挥，水玻璃加入量高（一样达7～8%），致使浇注后型、芯砂的溃散性差，铸件清砂十分困难。第二是水玻璃旧砂脱模率低，旧砂难以再生回用，强碱性水玻璃废砂的大量排放，严峻污染了环境，阻碍了这一工艺进一步的的扩大推行应用。

　　型芯砂的硬化特性——指型芯砂的硬化速度，一样以混制好的型砂所经历时刻与其对应的强度值的关系曲线来表示。它是阻碍型芯砂的可利历时刻和起模时刻的要紧工艺参数，它的要紧阻碍因素有：原砂质量（种类、砂温、含泥量、含水量及粒形等），水玻璃和硬化剂的种类和加入量及环境条件（温度和相对湿度等）。图1表示酯硬化水玻璃砂硬化特性曲线#为附

　　表3只列出一样情形下水玻璃和固化剂的匹配比例。生产中需要利用厂家，依照本厂实际生产条件，如原砂质量、型芯大小和脱模时刻的不一样的要求，合理采纳不同比例的固化剂配合，才能知足实际需要。

　　水玻璃又叫硅酸钠，系一种硅酸钠真溶液和二氧化硅胶粒组成的多相分散的水溶液。由于它本钱低廉资源广，操作便捷无污染，应用灵活能源省，铸件优质废品少等许多优势，从20世纪50年代初引入我国的铸造行业，专门是在铸钢件生产中取得了普遍的应用，并且还有逐步扩大应用的趋势，其应用前景十分广漠。

　　目前我国水玻璃生产厂商较多，由于水玻璃成份很复杂，大多数生产厂商又缺乏必要的检测手腕，因此，水玻璃的质量较差，无法知足铸造生产日趋增加的要求。最近几年来，对水玻璃组成深切研究指出，采纳活性金属离子对水玻璃进行改性，关于降低它的粘度，增加对硅砂的包覆能力，提高水玻璃砂的硬化速度，改善厚大型芯的硬透性，专门是大幅度提升水玻璃本身的内聚强度，都会起着很重要的作用。我所最新开发的，用活性金属离子改性的908型系列水玻璃的型号、技术指标及其适合使用的范围见表1。908型水玻璃的最大特点是粘结强度比一般水玻璃提高一倍以上，从而可使其加入量降低到%以下。同时，硬化速度较快，不仅克服了厚大型芯脱模后寄存进程的蠕变问题，而且，还解决一般水玻璃砂冬季型芯砂硬化困难的技术关键。