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1、华中科技大学 硕士学位论文 非常温作用下水玻璃旧砂机械再生性研究 姓名：刘军 申请学位级别：硕士 专业：材料加工工程 指导教师：樊自田 20070530 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 绿色制造是 21 世纪工业生产的发展趋势，水玻璃旧砂是最有可能实现绿色铸造 的型砂。要实现水玻璃砂的绿色铸造，最大的难点在于水玻璃旧砂的再生。现有的 再生方法虽能部分实现水玻璃旧砂的再生回用，但都各有难以克服的缺陷。所以铸 造业迫切需要新的再生方法来彻底解决水玻璃旧砂再生难的问题。 本文在水玻璃旧砂普通干法再生的基础上，探讨了两种新的水玻璃旧砂再生方 法“热法- 机械”再生和“冰冻-
2、 机械”再生的再生性。主要内容如下： 研制了水玻璃旧砂“热法- 机械”再生和“冰冻- 机械”再生的试验装置，对两种 再生方法的工艺参数和再生效果进行了试验研究，测试了各工艺参数对水玻璃旧砂 再生效果的影响。 采用正交试验方法，研究了水玻璃旧砂“热法- 机械”再生和“冰冻- 机械”再生 的最佳工艺参数。水玻璃旧砂“热法- 机械”再生试验最佳工艺参数为：再生时间 8 分钟、再生转速 1000r/min、水玻璃旧砂受热温度 400；其再生脱膜率可达到约 25 。水玻璃旧砂“冰冻- 机械”再生试验最佳工艺参数为：再生时间 4 分钟、再生转 速 1000r/min、水加入量 10、水玻璃旧砂冰冻温度为-
3、 40；其再生脱膜率可以达 到约 40。经多次循环再生使用后，水玻璃“热法- 机械”再生砂和“冰冻- 机械” 再生砂使用性能均优于普通干法再生砂。 对水玻璃旧砂“热法- 机械”再生和“冰冻- 机械”再生的机理进行了分析研究。 水玻璃旧砂“热法- 机械”再生机理是：通过对水玻璃旧砂进行加热可降低旧砂中可 溶性氧化钠的含量，降低旧砂粒表面残留粘结剂膜的力学性能，有利于再生。水玻 璃旧砂“冰冻- 机械”再生机理：通过向水玻璃旧砂中加入一定量的水可以使旧砂粒 表面残留粘结剂膜溶胀；然后再对水玻璃旧砂实施冰冻，从而使水结冰膨胀、产生 应力，使旧残留膜产生裂纹或开裂，对再生有利。 关键词： 水玻璃旧砂 “
4、热法- 机械”再生 “冰冻- 机械”再生 脱膜率 再生机理 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract Green manufacture is a developing trend in the industry production of the 21st century, and sodium silicate sand is the most possible mold sand to realize green casting. To realize green casting, the most difficult question is how to
5、reclaim completely the sodium silicate used sand. Over the years, many different methods of sodium silicate sand reclamation have been tried. They could partly reclaim the sodium silicate used sands, but always have some defects hard eliminated. So it s very urgent to find some new ways to solve the
6、 question of sodium silicate used sand reclamation. In this paper, two new methods for sodium silicate used sand reclamation have been discussed and tested. One is the “ thermal- mechanical” reclamation; another is the “ freezing - mechanical” reclamation. In order to complete the tests, a suit of r
7、eclamation equipment has been developed at first, then the reclamation process parameters and the reclamation effect of the two new methods have been carried through, and lastly, the mechanisms of the two new reclaiming methods have been discussed. Through orthogonal experiments, the best reclamatio
8、n processing parameters of the two new reclaiming methods have been obtained. The best reclamation processing parameters of the “ thermal- mechanical” reclamation should be that reclamation time 8 min, reclamation rotate speed 1000r/min and heated temperature 400, and its removing ratio of the remna
9、nt film on sodium silicate used sand could be reached about 25%. The best reclamation processing parameters of the “ freezing - mechanical” reclamation should be that reclamation time 4 min, reclamation rotate speed 1000r/min, the containing water amount 10% and the freezing temperature - 40, and it
10、s removing ratio of the remnant film on sodium silicate used sand could be reached about 40%. The mechanisms of the two methods have been researched and analyzed. The mechanism of the “ thermal- mechanical” reclamation method would be that the amount of dissoluble Na2O is decreased and the mechanica
11、l properties of remnant film are debased because of the sodium silicate sand being heated, so it will improve the mechanical reclamation effect by heating sodium silicate used sand. The mechanism of the “ freezing 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III - mechanical” reclamation method would be that the remnant
12、 film on sodium silicate used sand will expand by dissolving an amount of water, and the water becomes ice and the remnant film becomes more brittle after the sodium silicate used sand is frozen, so it will improve the mechanical reclamation effect by freezing the used sand. Key words: sodium silica
13、te used sand; “ thermal- mechanical” reclamation; “ freezing- mechanical” reclamation; removing ratio of the remnant film; reclaiming mechanisms 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名
14、： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪 论 1.1 课题来源、背景和意义 二十一世纪是绿色
15、制造的世纪， 清洁生产已成为新世纪工业发展的必然趋势1- 4。 建设环保型社会已日益成为大众的共识，各国都采取了一些有力的措施来改善周边 的环境。在我国，对绿色制造的问题也普遍引起了关注， “十一五”规划就明确提出： 要坚定不移地走科学发展的道路，建设资源节约型、环境友好型社会，把经济社会 发展切实转入到全面协调可持续发展道路上面来。我国正处在工业建设时期，制造 业是国民经济的基础行业，制造业的可持续发展道路就是要求清洁生产、绿色制造， 尽量做到不损害一线生产工人的健康，不破坏美好的自然环境5。机械制造业是制造 业的龙头，而铸造工业又是机械制造业中不可或缺的重要组成部分，所以，实现绿 色铸造已
16、经成为时代发展的潜在要求。在铸造工业生产中，砂型铸造占据了 80 9 0 ，要解决铸造工业中的绿色制造问题，主要任务就是实现砂型铸造的绿色制造。 水玻璃砂被公认为是最有可能实现绿色铸造的型砂6- 8。它以其无色、无味、无 毒，在混砂、造型、浇注和落砂过程中没有刺激性气体和有毒气体产生，对人体没 有危害，以及铸造性能好等特点，在铸造业中受到普遍的欢迎1。但唯一美中不足的 是其再生困难，造成了较大的固体污染9- 12。如果能解决水玻璃旧砂的再生问题，水 玻璃砂型铸造将率先进入绿色铸造的行列。 本课题从事的是水玻璃旧砂再生技术的研究，这与保护环境这一历史性的大趋 势是相符的，所以它得到了国家自然科学基金的资助（“ 非常温作用下水玻璃旧砂的 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 表面行为及再生机制” ，批号:50575085） ，作为该项目的子项目，采用在非常温作用 下实现水玻璃旧砂的机械再生正是本课题的创新之处。 目前，水玻璃砂已经得到了非常广泛的应用，它已成
