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1、 添加剂对水玻璃砂热性能的研究添加剂对水玻璃砂热性能的研究摘要减少铸造工业对环境的污染，实现绿色清洁的铸造生产，已成为国内外铸造工作者的迫切任务。相比于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，水玻璃砂工艺是最有可能实现绿色清洁铸造生产的型砂工艺。水玻璃砂由于具有强度高、成本低、工艺要求简单、环境友好等优点，使它在铸造业成为了被广泛使用的造型材料之一。水玻璃价格便宜，供应充沛，混砂、造型和浇注过程中不释放出刺激和有害的气体，易于实现清洁生产。但水玻璃砂浇注后溃散性差，旧砂回用困难，大多直接废弃，造成环境的碱性污染。要想解决水玻璃砂的溃散性差问题，应从水玻璃砂溃散性的机理研究着手，分
2、析水玻璃砂溃散性差的原因，才能找出解决溃散性差的合理的方法。本课题研究添加剂对水玻璃砂热性能的影响，利用热分析实验研究了添加剂对溃散性的影响，并对实验结果进行分析，确定了添加剂对水玻璃砂不同温度段吸放热的影响趋势，并且对最佳型砂配方进行了验证。结果表明，采用加入添加剂的水玻璃型砂，溃散性良好。关键词：铸造，水玻璃砂，溃散性，热性能Influence of additive on thermal properties of sodium silicate sandABSTRACTNowadays, it is becoming an urgent task for foundry works b
3、oth at home and abroad to reducing pollution, realizing cleaner production. Compared to clay sand,sodium silicate sand has no dust pollution and black pollution. Whats more, it does not exsits chemical pollution, compared to resin sand. So,sodium silicate sand is a molding process,which is most like
4、ly to achieve green production.Sodium silicate sand has become one of the widely used modeling materials, for its high strength,low cost,simple technological requirements. Sodium silicate is cheap, abundant,and does not release noxious gas when molding and casting. However,sodium silicate sand has a
5、 poor collasibility after casting. It is difficult to recycle,which results in many sands abandoned. The abandoned sands may bring alkaline plollution. In order to solve the problem of collapsibility of sodium silicate bonded sand, we have to research the mechanism,and analyse the reason why the col
6、lapsibility of sodium silicate sand is not what we want. The research additive effect of sodium silicate sand thermal properties, using thermal analysis experiments to study the effects of additives on collapsing and to analyze the results to determine the different temperature ranges of additives f
7、or heat absorbing the impact of sodium silicate sand trend, and to the best sand formula verified. The results showed that the use of additives in the water glass sand, collapsing good.Key words: casting, the sodium silicate, collapsibility,thermal properties目录1 绪论11.1 引言11.2 水玻璃砂溃散性的国内外研究现状与发展11.2.
8、1 添加附加物11.2.2 水玻璃改性11.2.3 改进硬化工艺21.3 水玻璃硬化21.3.1水玻璃砂的硬化机理21.3.2各种硬化方法机理21.3.3水玻璃砂的粘接强度与破裂形式31.3.4水玻璃砂硬化速度与强度的关系41.4 水玻璃及特性51.4.1水玻璃的定义51.4.2水玻璃的重要参数51.4.3 水玻璃的物理性质61.5本课题的研究意义和内容81.6本论文的结构安排82 CO2水玻璃砂的硬化机理研究及其存在的问题92.1 CO2的基本性质92.2.1 CO2硬化是化学硬化102.2.2 CO2硬化是物理硬化102.2.3 脱水硬化法102.3 吹CO2时气流与水玻璃膜的作用112.
9、4 CO2水玻璃砂低温硬化112.5 CO2水玻璃砂的影响因素122.5.1 水玻璃的模数和密度122.5.2 水玻璃加入量132.5.3 吹气时间、方式和流量132.5.4 温度132.6 CO2水玻璃砂存在的主要问题132.6.1 溃散性差132.6.2 砂型（芯）表面粉化142.6.3 粘结强度偏低，水玻璃加入量大142.7总结143 各配方水玻璃砂溃散性研究153.1 试验目的153.2 添加剂的确定153.2.1 添加剂的拟定153.3 水玻璃砂加添加剂试验设计及结果分析163.3.1 主要试验原材料、设备及试验方法163.3.2 混砂流程163.3.3 制样流程163.3.4 各配
10、方水玻璃砂性能对比173.4 本章小结174 添加剂对水玻璃砂热性能的研究194.1 实验目的194.2 各配方水玻璃砂热性能实验及分析194.2.1 主要试验原材料、设备及试验方法194.2.2 混砂流程194.2.3 制样流程204.2.4 DSC热分析实验204.2.5 热膨胀实验224.2.6 热台显微镜234.3 本章小结255 结论及展望265.1 结论265.2 展望26参考文献281 绪论1.1 引言机械制造业是我国国民经济的基础，而铸造业是机械制造业中不可缺少的重要组成部分。而铸钢件的生产主要是水玻璃砂工艺，但是绝大部分铸钢厂还是采用传统的工艺即水玻璃砂强度的提高，长期以来依
11、靠水玻璃加入量来弥补。现在的新工艺、新方法(如有机脂硬化、VHR硬化、微波硬化等等)，应用的还较少。水玻璃砂溃散性差的问题一直困扰着我国铸钢厂的生产，并且溃散性差的水玻璃砂也很难再生回用。这样，就不可能实现绿色清洁铸造生产。所以本课题对添加剂对水玻璃砂热性能的影响进行了研究，分析添加剂如何改善水玻璃溃散性。1.2 水玻璃砂溃散性的国内外研究现状与发展为了改善水玻璃砂的溃散性，实现的主要办法有三条：（1） 添加附加物；（2） 水玻璃改性；（3） 改进硬化工艺。1.2.1 添加附加物SKH-石灰石、SKH-蛭石及TN2、TN5与英国的Solo Silhi改性水玻璃砂的溃散性相当, 而从成本看, S
12、KH-石灰石和SKH-蛭石与加7%纯水玻璃的普通水玻璃砂相当, TN2和TN5则低于国内研制的其它改性水玻璃砂和英国Solo Silhi 改性水玻璃砂, 因此从成本看TN2、TN5则更好一些。VRH-CO2 法是改善中小型铸件用水玻璃砂的溃散性的一种有效的适用的方法 1 。1.2.2 水玻璃改性CO2 水玻璃砂具有冷芯盒工艺的一系列优点，在铸造生产中占有重要地位。但它的残留强度高,溃散性差,给铸件的落砂清理带来一定困难,这些缺点阻碍着它的进一步发展和应用。采用有机改性剂氢化液(SH)和无机溃散剂(AMG及AMGF)的技术措施,根据不同生产情况,研制了I型改性水玻璃砂(Wg-SH-AMG)及II
13、型改良水玻璃(Wg-AMGF) 4 。溃散性差和旧砂再生困难是水玻璃砂工艺的两大难题。采用水玻璃砂新工艺及新材料以降低型砂中水玻璃粘结剂的加入量是解决水玻璃砂溃散性差的有效方法。协调水玻璃砂的常温强度及高温残留强度( 即溃散性)的大小，是改性水玻璃砂工艺的新问题。新型酯硬化改性水玻璃砂工艺具有如下技术优势：（1）铸件的精度高、质量好，还可克服用树脂砂生产铸钢件时易产生热裂的缺点。（2）生产环境友好、对环境污染最轻。（3）生产成本较低、工艺操作性好。与各类树脂砂工艺相比，水玻璃砂工艺的生产成本低。（4）生产装备简单、投资少。1.2.3 改进硬化工艺采用VRH-CO2 法，水玻璃加入量减少到原来的
14、1/21/3，仅为2%3%，CO2量仅是普通CO2法的1/101/50。普通CO2水玻璃加入量一般为6%8%，800和1000时的残留强度分别为7.8MPa和4.2Mpa；而VRH-CO2法水玻璃加入量一般为2.5%3%，800以上残留强度仅为普通CO2法的1/10。1.3 水玻璃硬化1.3.1水玻璃砂的硬化机理水玻璃砂在一定条件下逐渐变硬的过程，称为水玻璃的硬化。水玻璃砂可以通过如下几种方式硬化： （1）加入气体、液体、固体硬化剂，与水玻璃起化学反应，生成具有粘结性能的新产物，常称之为化学硬化。 （2）采用能除去水玻璃中水分的方法，常称之为物理硬化。 （3）加入可溶性硅酸盐使水玻璃饱和。 铸
15、造生产中通常采用一种或几种方法综合使用。1.3.2各种硬化方法机理 根据硬化原理的不同，水玻璃砂硬化可分为：吹CO2气体硬化、加热硬化和硬化剂自硬化三大类，三种硬化方式的最新发展形成了新一代的水玻璃砂硬化工艺。（1）CO2 气体硬化水玻璃砂的机理： 向水玻璃砂中吹入CO2气体后，水玻璃能快速硬化，水玻璃由液态变为固态的硬化机理，归纳起来有如下几种观点。1化学硬化在 CO2气体作用下，水玻璃的硬化过程分为三个阶段(1)硅酸钠的分解在CO2气体作用下，硅酸钠发生快速的分解反应，并发出热量。 (2)硅酸凝胶的形成SiO2的水合作用 (3)硅酸凝胶部分失去结合水 硅酸凝胶含水量越少，型砂就越坚固，型砂的强度也越高。2物理硬化 水玻璃 CO2硬化的本质是物理硬化，水玻璃能够硬化，并非
