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1、科F目录第一部分水玻璃基础水玻璃有机酯自硬砂工艺简介 1关于水玻璃的几个基本概念 1第二部分改性水玻璃改性水玻璃自硬砂的主要性能参数 3酯硬化水玻璃硬化机理 4影响水玻璃自硬砂硬化特性的主要因素 5改性水玻璃自硬砂的材料 6改性水玻璃和有机酯固化剂的使用方法 7混砂、造型注意事项 8常见问题诊断及解决方案 9第三部分再生砂水玻璃再生砂的特性11再生砂工艺要点11再生砂水玻璃材料及工艺 12常见问题诊断及解决方案13关于水玻璃残留 Na2O 14第一部分水玻璃基础一、水玻璃有机脂自硬砂工艺简介改性水玻璃有机酯自硬砂工艺是一种先进的造型工艺，它克服了传统水玻璃砂加入量高、溃散 性差、旧砂回用率低等
2、缺点，是一种符合二十一世纪可持续发展的绿色环保工艺。我公司顺应时代 发展潮流，契合铸造厂家的实际需要，发展和完善了这一重要而先进的生产技术。水玻璃作为一种铸造粘结剂，引进中国铸造车间已有几十年的历史，其应用工艺也从早期的二 氧化碳硬化，发展到固化剂硬化。二氧化碳硬化法硬化速度快，但硬化过程中稳定性欠佳，常使型 砂过吹，厚大砂芯内部难以硬透，导致铸件产生较多的缺陷。粉状硬化剂硬化法虽然比二氧化碳法 有了较大进步，但由于水玻璃容量高达8%以上，浇铸后型砂残留强度高，溃散性差，这使其应用 受到限制。液体硬化剂的使用，由于其水玻璃加入量少、溃散性好、工艺简单等特点，至今已发展 成为一种有强大生命力的新
3、型砂型。它具有以下的工艺特点：1）水玻璃加入量低而砂型强度高。改性水玻璃的加入量为砂重的2.23.0%，型砂抗压强度达 2.03.6MPa。2）型砂综合工艺性能好。冬季硬透性好，硬化性能可调性好。通过调整水玻璃和固化剂的种 类及加入量，容易适应外界环境、铸件生产要求的变化，可完全满足不同工厂造型制芯的工艺要求， 能建成生产线大批量生产。3）可实现水玻璃砂的干法再生回用，回用率80%，可以消除水玻璃砂废砂和废水对生态环境 的污染。4）可以大大提高工厂铸件质量。铸件质量超过原CO2水玻璃砂工艺的水品，表面质量和尺寸 精度与树脂自硬砂工艺相同，铸件内部质量远优于呋喃树脂自硬砂工艺。5）砂型发气量低，
4、可有效防止铸件裂纹及气孔缺陷。6）生产成本低，环境污染小。可见，改性水玻璃自硬砂工艺无论其工艺性能、铸件质量，还是生产成本、环境保护方面比其 它工艺更具竞争力。它绿色环保，符合国家大政策方针；生产成本低而工艺性能好，满足铸造厂家 的实际需求；铸件质量好，符合客户利益，是一种优良的铸造砂型种类。二、关于水玻璃的几个基本概念钠水玻璃的化学表达式为Na2O.mSiO2.nH2O，主要成分是硅酸钠，为弱酸强碱盐，其干态时 为白色或灰白色团块或粉状。溶于水时，纯的钠水玻璃外观为无色粘稠状液体，当含有少量杂质时， 外观呈灰色或绿色。钠水玻璃有几个重要参数，直接影响其化学和物理性能，也直接影响水玻璃砂 的工
5、艺性能。了解这些参数，对您选择合格的水玻璃产品有所帮助。1.模数水玻璃的模数是SiO2和Na2O的物质量之比，通常用m表示。水玻璃的模数会影响水玻璃的物 化性质，如SiO2和Na2O的相对含量，水玻璃的分散状态等，并通过影响这些物化性能，对水玻璃 的耐老化性能、硬化速度、砂型再生性能等多项应用性能造成影响。模数高的水玻璃，其粘度往往 较大，硬化速度快、可使用时间短、硬化初期强度较高，但24小时后型砂达到的终硬化强度却较低， 而且易凝结、不稳定，容易老化而影响性能。而低模数的水玻璃由于Na2O质量分数高，粘结膜中 硅酸钠凝胶量多，虽硬化速度相对较慢，终硬化强度却较高，且不易老化，可使用时间长，更
6、适宜 用于再生砂的场合。需要指出的是，高模数和低模数的概念是相对的。用于铸造砂型的水玻璃，模 数即不能太高，也不能太低。模数介于2.03.0之间的水玻璃，其各项性能较平衡，为铸造行业所常用。2. 浓度、密度和粘度浓度指水玻璃中SiO2和Na2O的总体含量。当模数一定时，浓度越大，密度越大，说明固体含 量高，即水玻璃中硅酸钠的绝对含量高，水玻璃粘接力大。在使用中，一般用水玻璃的密度和波美 度来反映硅酸钠的浓度。铸造上常用的水玻璃，密度介于1.31.6 g/cm3之间，波美度介于3554%e， 之间。为了方便储存，模数高的水玻璃，其密度反而更低。粘度也影响水玻璃的工艺性能。当浓度一定时，水玻璃模数
7、越大，粘度越大；增加水玻璃浓度 时，高模数水玻璃的粘度比低模数水玻璃的粘度增加的更快；水玻璃模数不变时，浓度越大，粘度 越大。粘度太大的水玻璃难于混匀，不能应用在铸造工艺上，一般铸造用水玻璃的粘度小于 350 MPa.S。3. 铸造钠水玻璃的技术指标行标规定的钠水玻璃要达到七项技术指标，包括密度、Na2O含量、SiO2含量、模数、铁含量和 水不溶物含量。除前文介绍的两方面内容外，还特别规定了元素铁盒不溶性盐的含量。它们与氯化 钠、硫酸钠、碳酸钠等水溶性杂质一起，会对水玻璃的粘度、硬化速度、粘接强度、老化速度等产 生不利的影响。下表例举了两种钠水玻璃的技术指标。型号密度 (g/cm3)Na2O含
8、量 (%)SiO2含量 (%)模数 (m)铁含量(%)水不溶物含量(%)ZS2.91.401.50N25.7N10.22.512.900.040.6ZS2.51.501.56N29.2N12.82.202.500.050.8科F第二部分改性水玻璃一、改性水玻璃自硬砂的主要性能参数改性水玻璃的几项重要的应用性能，如加入量、终强度、溃散性等，会对造型、落砂等多种工 艺性能造成重大影响。根据其对工艺、性能的影响，选用改性水玻璃产品时，需要关注如下几个问 题：1. 终强度改性水玻璃强度的高低，是选择水玻璃产品时首先应该考虑的问题。水玻璃砂型必须具有相当 高的强度，才能抵抗各种外力的破坏，保证在起模、搬
9、运、下芯、合型等过程中不会破损、塌落； 在金属液的冲刷下不会胀砂和跑火。影响这种抵抗能力的最主要指标是终强度。它不仅对整个造型 工作能否顺利完成影响巨大，而且还影响着水玻璃使用量的大小。因为当水玻璃强度不高时，只能 通过增加加入量来保证终强度，而这会带来溃散性差等一系列综合问题，是铸造厂家所不希望的。 因此，终强度是厂家在选择水玻璃产品时，首先应该关注的指标。我们认为，砂型抗拉终强度至少 应达到0.4MPa，才能保证工艺的稳定性。2. 水玻璃的加入量水玻璃的加入量是在选择水玻璃产品时，铸造厂家应该考虑的问题最重要的问题之一。因为它 不仅关乎成本，而且对整个工艺的性能会造成重要影响。水玻璃的加入
10、量大，砂型硬化强度越高， 但同时其残留强度也越高，这就是说，就同样的产品和工艺而言，越高的加入量，就意味着越差的 溃散性，这绝不是铸造厂家所希望的结果。因此，选用加入量较小的水玻璃产品将非常重要。当然，除了水玻璃自身的特性以外，其加入量还受到其他因素，例如原砂的影响。酯硬化改性 水玻璃砂的优点之一，就在于对原砂的要求不像树脂砂那么严格。原砂的适用范围大，可用硅砂、 铬铁矿砂、镁橄榄石砂等各种原砂。但是，为了保证砂型的质量，降低水玻璃的加入量，使用厂家 还是应对原砂的含水量、含泥量、粒形及微粉含量4个指标加以限定。一般角形系数小于1.35,粒 度最好为40/70目，含泥量小于0.5%，含水量小于
11、0.8%；用于生产铸钢件的硅砂其SiO2含量应大 于97%，生产铸铁件时应大于90%。天然原砂通常很难满足上述要求，因此建议采用干燥的擦洗砂 或水洗砂，比如福建晋江擦洗砂（角形系数1.35，含泥量0.3%，水分0.5%，粒度40/70），海城 水洗砂（角形系数1.30，含泥量0.1%，水分0.3%，粒度40/70）一般的改性水玻璃砂型，水玻璃加入量为2.03.0%，当原砂条件不太好、工艺要求强度特别高 的时候，可能会需要加到3.54.0%。许多厂家在试用的时候往往推荐小的加入量，但我们认为：盲 目追求低加入量的做法并不可取，水玻璃的加入量应使终强度略高于工艺要求，用以保证造型工作 无论在何种天
12、气状态下也能顺利进行。好的改性水玻璃残留强度低，即时略多加一点，也还是有好 的溃散性；而如果盲目追求低加入量，仅仅满足临界的终强度要求，虽然溃散性得到保证，在天气 情况不好的时候却有砂型破损的危险，这种尝试从长远来说不值得。3. 残留强度残留强度是评价水玻璃溃散性常用的指标。水玻璃砂的残留强度高，则意味着出砂性差，出砂 后结块的砂子再生困难。理想的说，我们希望水玻璃砂的残留强度越低越好。但实际上，对于一般 的水玻璃而言，水玻璃砂的残留强度是与砂型的终强度、水玻璃的加入量成正比的。也就是说，水 玻璃的加入量越大，砂型的硬化强度越高，其残留强度也就越高；水玻璃的加入量越低，砂型的硬 化强度也就越低
13、，残留强度相同降低。这正好违背了我们所希望的终强度高而残留强度低的规律。科F解决的办法是在水玻璃中加入有机附加物和无机附加物。有机附加物如糖类、树脂、纤维素等， 在高温下挥发、汽化或燃烧碳化，可在一定程度上破坏水玻璃膜的完整性，从而降低水玻璃砂的残 留强度。无机附加物如二价或三价的金属氧化物，能在高温下与熔融硅酸钠形成高熔点相，使残留 强度峰值后移，同时由于与硅酸钠具有不同的收缩系数，能在冷却时造成裂纹或形成脆化膜，降低 残留强度。经过有机改性和无机改性的水玻璃，在经过高温后残留强度一般较普通水玻璃低。因此， 从降低残留强度，改善出砂性能方面出发，我们建议厂家选用改性水玻璃产品。4. 可使用时
14、间和脱模时间在使用相同的有机酯固化剂的条件下，不同水玻璃产品的可使用时间/脱模时间存在一定的差异。 通过使用不同的有机酯固化剂，水玻璃砂的可使用时间和脱模时间是可调的。但是，通过使用较慢 的酯固然能使水玻璃砂的可使用时间延长，可这样做砂型脱模时间也会相应的延长。显然，这种以 降低生产效率为代价的做法并不可取。因此，可使用时间和脱模时间的比值应尽量的大，这样有利 于造型工作从容不迫的完成和提高工作效率。如果改性水玻璃与有机酯固化剂配合使用，可使用时 间约为脱模时间的1 /41/5，即能保证砂型造型工作顺利完成，脱模时间也能够满足生产需求。5. 耐老化性能在水玻璃中，自发地生成胶体聚合的现象称为“
15、老化”，水玻璃老化会严重降低水玻璃的粘结强度。 新制纯净的水玻璃无光散射现象，属于真溶液。在存放过程中，水玻璃中的硅酸会自发聚合反应， 不断生成聚硅酸胶粒，多余的Na+被排斥出来，最终成为聚硅酸胶粒和正硅酸钠的平衡体系。因此， 就会出现光散射的丁泽尔现象，水玻璃溶液的粘度和粘接强度都会较新制的水玻璃低，严重的时候， 粘接强度会下降3035%。水玻璃的老化有很多危害。首先，它导致水玻璃的粘接强度降低，为了 保证型芯的强度，只有多加水玻璃，这就造成了溃散性的问题；其次，它限制了高模数水玻璃的应 用，高模数的水玻璃溃散性较低模数水玻璃好。一系列的物理改性、化学改性、复合改性的方法能 够解决这一问题。这也是改性水玻璃比普通水玻璃的性能优越之处。6. 储存强度水玻璃粘结剂基体中含有大量亲水性的Na+和OH-离子，因为水合作用的存在，他们在潮湿的空 气中能够吸收环境中的水分而侵蚀基体，严重的时候甚至能使Si-O-Si键断裂而重新溶解，这使水 玻璃砂型强度显著下降。对造型制芯以后并不马上合型、浇注，而是要放置七八个小时甚至更长时 间才进行下一步工序的厂家来说，采用加入了无机附加物或者憎水性有机材料的改性水玻璃，对改 善砂型的回潮是有帮助的。二、酯硬化水玻璃砂硬化机理水玻璃的硬化方法有很多种，如CO2硬化、加热硬化、酯硬化等，但按照机理来讲，其硬化途 径则
