有机酯+CO2复合硬化水玻璃砂的生产工艺特性

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开发高质量水玻璃砂硬化用有机酯的原理和方向

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硬化剂配方秘诀与生产工艺

硬化剂配方秘诀与生产工艺硬化剂配方秘诀与生产工艺1. 引言硬化剂是在诸多工业领域中广泛使用的一种化学物质。

它具有改善材料硬度、耐磨性、耐化学性和抗腐蚀性能的作用。

本文将深入探讨硬化剂的配方秘诀和生产工艺，并分享我对这个主题的观点和理解。

2. 硬化剂的定义与分类硬化剂是一种能够促使材料硬化的物质。

根据其化学组成和作用机制的不同，硬化剂可分为无机硬化剂和有机硬化剂。

2.1 无机硬化剂无机硬化剂主要由金属化合物组成，例如氧化锌、碳酸钙等。

通过与材料中的活性成分反应，形成较硬的材料表面。

2.2 有机硬化剂有机硬化剂通常是基于聚合物化学的高分子化合物。

它们通过与材料中的单体或聚合物发生反应，形成三维网络结构，从而提高材料的硬度。

3. 硬化剂配方秘诀硬化剂的配方对于产品质量和性能起着至关重要的作用。

以下是一些常见的硬化剂配方秘诀：3.1 基础配方选择选择适合特定应用领域的硬化剂基础配方是关键。

需要考虑硬化剂的成本、可用性、反应速率和目标材料的特性等因素。

3.2 活性成分的选择活性成分是硬化剂中最重要的组成部分。

需要选择具有较高反应性、适当功能和化学稳定性的活性成分。

3.3 反应条件的控制硬化剂反应的温度、压力和pH值等反应条件对反应速率和产物性能有着重要影响。

合理控制反应条件可获得理想的硬化剂性能。

4. 硬化剂生产工艺硬化剂的生产工艺对最终产品的质量至关重要。

以下是硬化剂生产的一般工艺步骤：4.1 原料配制将所需的原料按照一定比例混合，以获取所需的化学成分。

4.2 反应过程采用适当的反应器，在控制的温度、压力和pH范围内进行硬化剂反应。

4.3 分离与提纯对反应混合物进行过滤或离心分离，以去除杂质并提纯硬化剂。

4.4 成品制备将提纯的硬化剂通过干燥、颗粒化等工艺步骤处理，获得最终的硬化剂产品。

5. 我对硬化剂配方秘诀与生产工艺的观点和理解硬化剂配方秘诀和生产工艺是确保产品质量和性能的关键因素。

通过合理选择硬化剂配方和优化生产工艺，可以提高产品的硬度、耐磨性和耐化学性，满足不同工业领域的需求。

水玻璃固化砂工艺

水玻璃固化砂工艺树脂固化砂的应用实践表明，呋喃的价格较高，环境污染较大，在未来21世纪人们对于自身生存条件和环境的要求日趋严格的条件下，由于车间劳动保护和生产环境卫生方面的投资很大，从而使树脂砂的应用受到一定限制，许多国家又对水玻璃固化砂极为重视。

最近十多年来，人们对于水玻璃的基本组成和“老化”现象实质的认识深化和新型硬化工艺的开发等两方面均取得了突破性进展，在型芯砂保持足够的工艺强度的条件下，水玻璃加入量（质量分数）可降至2.5%.～3.5%.，从而使水玻璃砂长期存在的溃散性差、旧砂不能回用的问题得到了较好的解决。

水玻璃砂的硬化方法可分为：CO2气硬法和自硬法两种，热硬法已很少采用。

1.CO2气硬法此法是水玻璃粘结剂领域里应用最早的一种快速成型工艺，由于操作方便、使用灵活、无毒无味、在国内外大多数的铸钢件生产中，得到了广泛的应用。

（1）硬化原理和特点水玻璃的出现已有三百多年历史，由于它的成分十分复杂、多变，它的基本组成一直没有搞清楚，对水玻璃的研究主要停留在宏观的层次上。

近年来，多种先进测试手段的开发，可深入到分子范畴进行分析和研究，并发现，新制备的水玻璃是一种真溶液；但是在存放过程中，水玻璃中硅酸要进行缩聚，将从真溶液逐步缩聚成大分子的硅酸溶液，最后成为硅酸胶粒。

因此，水玻璃实际上是一种由不同聚合度的聚硅酸组成的非均相混合物，易受其模数、浓度、温度、电解质含量和存放时间长短的影响。

水玻璃砂吹人CO2气体硬化时，水玻璃的表层因吸收COz而其模数升高和脱水，在酸化和脱水两重作用下，迅速硬化而形成初强度。

已固化的表层水玻璃阻碍了CO2往深层渗透，内层水玻璃只能靠脱水而继续增加强度。

此法缺点是：型芯砂强度低，含水量大，易吸潮，溃散性差，目前大多用于中、小型铸钢件生产。

（2）水玻璃的改性水玻璃在存放过程中分子产生缩聚，形成胶粒，可使其粘结强度下降20%～30%.，这一现象称为水玻璃老化。

为了消除老化，必须对水玻璃进行改性，目前改性的方法有物理改性和化学改性两种。

有机酯加入量对水玻璃砂硬化特性影响的研究

２试验结果与分析．
酯加入量（）ｗ
２１．水玻璃砂硬化１ｈ的抗拉强度图１所示为水玻璃加入量为５％时，．０乙酸乙酯加人量对水玻璃砂硬化１后的抗拉强度的影响。由图ｌ可知，ｈ随乙酸乙酯加人量的增加，乙酸乙酯加入量小于９％时，水玻璃砂硬化１ｈ后的抗拉强度增长迅速增大。但当乙酸乙酯加人量超过９％时，拉强度增长速率明显减弱，抗增
科技信息
高校理科研究
有相ｊ１兀量对水玻璃础硬化稿胜ｌｉ的研究Ｊｇ］ｉｇｌｌ￣ｇ
内蒙古机电职业技术学院冶金与材料工程系丰洪微
［摘要］本文选择乙酸乙酯作为水玻璃砂的硬化荆。通过工艺试验，乙酸乙酯硬化水玻璃砂的硬化特性进行了研究。对测试了不同乙酸乙酯加入量条件下，硬化不同时间后水玻璃砂工艺试样的常温抗拉强度，确定乙酸乙酯硬化水玻璃砂常温抗拉强度的变化规律。研究结果表明，乙酸乙酯加入量应不超过９％为宜。［关键词］乙酸乙酯水玻璃砂抗拉强度水玻璃砂在１４９７年ｃ吹气硬化法问世后就受到重视，它具有气硬法造型制芯的各种优点，但传统的ＣＯ吹气硬化型砂中水玻璃加入量过多，导致溃散性差、旧砂再生困难等ｆ。随着现代社会对环境的质１＿引量要求越来越高，水玻璃砂在环保方面的优势重新引起铸造工作者的注意，特别是近年来在水玻璃硬化机理方面深入研究所取得的进展，加加，乙酸乙酯加入量小于９％时，水玻璃砂硬化４ｈ后的抗拉强度增长迅速增大。但当乙酸乙酯加入量超过９％时，抗拉强度反而下降。

水玻璃CO2硬化砂配制工艺规范(6%水玻璃)

水玻璃CO2硬化砂配制工艺规范(试行)
1、原料的选用与准备：
⑴原材料的选用：
①原砂：水玻璃对原砂的要求见下表：
质量浓度一般为1.3-1.6g/㎝3；
⑵原材料的准备：
①各种原材料进车间后，需分类存放，不得混杂；
②原砂水含量超标要进行干燥，水含量（质量分数）要求﹤0.5%；
③送往砂碾及连续混砂机的原砂，不得有碎铁、杂草等杂物，更换原砂
时将存砂斗清理干净；
2、水玻璃CO2硬化砂的配制（见下表）：
⑴水玻璃CO2硬化砂的配比和性能：
①混制前的准备包括设备检查，原材料代用时必须履行代用手续；
②水玻璃CO2硬化砂可用任何混砂机混制，加料顺序为：再生砂+水+
新砂+水玻璃湿混情况下出砂；
③水玻璃混砂时间应尽量缩短，均匀即可出碾。

混好的型砂放置在砂斗
中，砂斗用塑料薄膜盖好，防止水分蒸发；
④如需要增加砂的湿强度可加入膨润土或高岭土，其加入量一般为
3-5%；
⑤混好的型砂应按规定的频次与检测方法检查型砂的性能；
⑥当前后混制两种性质、型号不同的型（芯）砂时，在加料前必须将混
砂机里余砂清除干净；
⑦送砂前砂斗要清除干净，各种型、芯砂要送入规定的砂斗内，不得混
杂；
⑧用砂斗送砂一定要覆盖塑料薄膜，按要求送至使用岗位；
⑨CO2硬化砂要求当班使用完，以防硬化影响使用。

精二车间
2016-4-13 编制：批准：。

CO2吹气硬化水玻璃砂工艺的特点

CO2吹气硬化水玻璃砂工艺的特点普通CO2吹气硬化水玻璃砂工艺是水玻璃粘结剂领域里应用最早的一种快速成型工艺。

其优点主要有：
（1）设备简单，操作方便，使用灵活。

（2）粘结剂无毒无味，成本低廉。

（3）砂型高温退让性好，铸件的收缩应力小。

（4）粘结剂系统不含S、P、N，铸件表面无增硫现象。

CO2吹气硬化水玻璃砂工艺在国内外大多数的铸钢件生产中得到了广泛的应用，主要用于中、小型铸钢件生产。

但是，CO2吹气硬化水玻璃砂工艺的缺点也非常明显：
（1）砂型（芯）强度低，水玻璃加入量高。

（2）含水量大，易吸潮，冬季硬透性差。

（3）砂型（芯）溃散性差，旧砂再生困难，大量旧砂被废弃。

过去由于溃散性和旧砂回用问题未很好解决，在一定程度上影响了水玻璃砂的扩大应用。

近年来，人们对于水玻璃的基本组成和“老化”现象实质的认识深化和新型硬化工艺（如真空置换CO2气体硬化水玻璃砂工艺）等两方面均取得了突破性进展，在型芯砂保持足够的工艺强度的条件下，采用低含泥量的优质天然硅砂，水玻璃加入量可降至4.0%，从而使水玻璃砂长期存在的
溃散性差、旧砂不能回用的问题，得到了较好的解决。

水玻璃旧砂再生成套设备也趋于成熟，水玻璃砂出现了良好的发展势头。

水玻璃有机脂自硬砂的研究

水玻璃有机脂自硬砂的研究一、前言：在单件小批量的铸件生产中，我国应用自硬型砂工艺来改善手工造型工人的劳动条件，提高劳动效率，改善铸件质量，取得了积极的成果，我国从七十年代初期开始，便对水玻璃自硬砂着手研究开发。

根据我国长期来在铸钢生产中应用这种自硬砂的体会，认为水玻璃有机脂没有呋喃树脂砂所存在的那么严重的环保，价格，气孔缺陷，铸钢增碳等问题，而且适应性强。

二、影响硬化反应的因素：水玻璃有机脂自硬砂是以石英砂（或其它特种砂）为原砂，水玻璃为粘结剂，易水解的液状有机脂为硬化剂的自硬性型砂。

影响水玻璃有机脂硬化反应的因素很多，其中主要有三个因素，有机脂的种类、水玻璃模数、环境温度。

1、脂的种类的影响有机脂的种类很多，它们的化学性又大不相同，与水玻璃之间硬化反应的速度相差悬殊，据有关资料介绍可以快到几分钟，慢到几小时，这样就可以根据生产需要，选用不同速度的硬化剂搭配。

为了解决冬季MDT-901硬化反应过慢的问题，在MDT-901中加入适量的1#调节脂，硬化反应速度显著加快，表1是采用2.6模数水玻璃的对比试验数据。

2、水玻璃模数的影响试验证明水玻璃模数越高，硬化反映速度越快。

表2是不同模数的水玻璃硬化反应的数据。

混合脂和MDT-901硬化反映速度对比（其它条件相同）表13、环境温度的影响系统温度是大多数化学反应的条件之一，造型是在敞开的条件下操作，所以环境温度——气温对硬化反应速度的影响很大，为适应生产需要，低温季节必须使用硬化调节脂（见表1）表3数据说明温度对硬化反应的影响。

表2：不同模数的水玻璃硬化反应速度对比表3：不同季节相同配方的型砂硬化反应速度对比三、原材料及配方工艺原材料及配方工艺（一）原材料1、原砂水玻璃有机脂自硬砂对原砂的要求不象树脂砂那样苛刻，当然粒形比较好、灰、粉少，粒度分布好的原砂，水玻璃加入量可经减少，我们原则上规定，作为面砂的石英砂，其成分级别在2S以上粒度为5#（40/70或45/75目），水分含量＜1，过去在生产中应用江、浙一带的人工石英砂、粒形和灰、粉含量均不够理想，因而水玻璃加入量较多，一般为原砂量的1.5%左右，采用粒形好，粉尘少的海砂，水玻璃加入量为原砂的.3%。

CO2法水玻璃再生砂硬化特性的研究

CO2法水玻璃再生砂硬化特性的研究
蒋宗宇;汪京心
【期刊名称】《中国铸造装备与技术》
【年(卷),期】1996(000)006
【摘要】用ＣＯ２法硬化水玻璃砂时，影响再生砂制备的型砂性能的主要因素是残留在砂粒表面的碳酸钠盐。

【总页数】3页(P28-30)
【作者】蒋宗宇;汪京心
【作者单位】江苏理工大学;江苏理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG221
【相关文献】
1.水玻璃砂VRH—CO2硬化法的研究 [J], 宫泽信夫;程骥
2.水玻璃砂VRH—CO2法硬化工艺的研究 [J], 胡彭生;徐张翼
3.CO2水玻璃砂机械法再生及再生砂性能研究 [J], 肖波;Doepp.,R
4.酯硬化水玻璃砂机械法再生及再生砂性能研究 [J], 肖波;Doepp.,R
5.酯硬化水玻璃再生砂硬化特性的研究 [J], 汪京心
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有机酯+CO2复合硬化水玻璃砂的生产工艺特性
瞿建银刘风雷
［摘要］本文着重介绍了温州市开诚机械有限公司有机酯+CO2复合硬化水玻璃砂生产工艺特性。

关键词：有机酯硬化、CO2硬化、复合硬化、旧砂再生。

一、前言
有机酯硬化水玻璃砂造型工艺是近几年发展起来的一种新型绿色环保的铸造工艺方法，相较于有机粘结剂的树脂砂，具有以下特点：
1. 造型成本低。

水玻璃粘结剂价格低廉，市场价格波动小，从2003年至今，价格波动没有超出15%，而呋喃树脂砂中树脂的价格波动很大，导致型砂成本波动大，给企业营销增加困难。

2. 具有绿色环保的特点。

由于水玻璃是一种无机粘结剂，因此在造型、浇注过程中，不会产生SO2、苯、甲醛和二恶英等有害气体污染环境，是所有砂型铸造工艺中最理想的环保型的造型工艺。

3. 适宜采用干法再生，解决了传统水玻璃砂旧砂再生处理难的问题，进一步降低了造型生产成本。

二、水玻璃的硬化机理
1. 水玻璃有机酯硬化剂的硬化原理。

水玻璃硬化机理分为化学硬化和物理硬化，有机酯硬化剂的硬化原理既含有化学硬化，也含有物理硬化，主要分为三个阶段：
第一阶段，有机酯在碱性水溶液中发生水解，生成有机酸或醇。

化学反应式如下：R-COOR’+XH2O O H－RC00H+R’OH
第二阶段，有机酯和水玻璃反应，使水玻璃模数升高，且整个反应过程为失水反应，当反应时水玻璃的粘度超过临界值，水玻璃便固化，化学反应式如下：
Na2O•mSiO2•n H2O+XRCOOH⇌（1-X/2）Na2O•mSiO2•（n+X/2）H2O+XRCOONa
以上两步总的反应式为：
XRCOOR’+Na2O•mSiO2•n H2O+XH2O⇌（1-X/2）Na2O•mSiO2•（n+X/2）H2O+XR’OH+XRCOONa
第三阶段，水玻璃进一步失水硬化。

由于反应产物的有机盐一般为结晶水化物，而生成的醇也要吸收溶剂水，再加上挥发失水，因此有机酯能使水玻璃模数、浓度升高到临界值以上，即可促进水玻璃的固化。

有机酯水玻璃型砂可使用时间的长短、取决于第一阶段反应过程中有机酯与水玻璃的互溶性和水解速度。

因此，调整水玻璃模数、浓度、有机酯的种类、纯度、加入量均可显著影响型砂的可使用时间和铸型的脱模时间。

2. CO2气体硬化水玻璃砂的机理：
目前大多数学者赞成CO2硬化水玻璃过程中，既有化学硬化反应，又有物理硬化作用。

水玻璃与CO2反应会生成硅酸凝胶，属于化学硬化；同时，CO2又是一种干燥性很强的气体，其露点约为-30℃，它可以加速水玻璃的干燥过程，当气体从砂粒周围流过，CO2与水玻璃粘结剂的接触面积大，使水玻璃失水造成这部分水玻璃模数升高而硬化。

三、有机酯硬化水玻璃砂在我公司的生产应用
我公司选用造型原砂为福建产30～50目海砂，水玻璃为玻美度51°，
模数1.85～1.90超低模数水玻璃，固化剂为江苏宜兴产的800、900有机酯。

水玻璃硬化方式的选择，既要有利于提高和稳定铸钢件的生产，又要考虑型砂的再生回用，因此水玻璃砂残留强度和水玻璃砂抗拉或抗压强度显得同样重要。

我公司水玻璃有机酯硬化再生线早期一年的生产，是按照以下工艺方式生产的：
酯+砂混碾 +水玻璃混碾出砂
早期由于新砂在型砂中所占的比例较大，生产中水玻璃的加入量较少，随着型砂再生次数的增加，再生砂中残留Na 2O 的逐步增高至稳定（从0.29增至0.38止），型砂中水玻璃加入量从2.6%增至3.0%并保持不变，这一过程中型砂强度的变化如下：
1. 水玻璃全新砂工艺
新砂+酯（占水玻璃重13%）混砂 +水玻璃（占砂重2.6％）混砂出碾 24小时抗拉强度值0.31Mpa,24小时抗压强度值5.5Mpa,残留强度0.56 Mpa ，可使用时间15分钟，放置盛水密封玻璃器皿24小时抗压强度5.0Mpa 。

2. 再生回用砂型砂工艺
再生砂+酯（占水玻璃重13%）混砂 +水玻璃（占砂重3%）混砂出碾 24小时抗拉强度值0.28Mpa ，24小时抗压强度值4.5Mpa ，残留强度0.48 Mpa ，可使用时间8分钟，放置盛水密封玻璃器皿24小时抗压强度3.7Mpa 。

以上型砂工艺方案运行一年左右，发现随着再生砂循环次数增加，再生砂的可使用时间下降较快，不利于造型操作，同时型砂残留强度依然较高，给清砂和砂的再生破碎增加了难度，为了解决这两个问题，我公司经实验和
生产实践，摸索出了水玻璃酯硬化+ CO2补充硬化的复合硬化工艺，从二OO 四年运行至今，效果很好，其型砂工艺和型砂检测数据如下：
1. 水玻璃全新砂（酯+CO2）复合硬化工艺
新砂+酯（占水玻璃重7%）混砂
+水玻璃（占砂重2.6）
混砂
出碾
型砂紧实放置半小时后吹CO2,每个气孔间距300～400mm，吹气时间约3秒～10秒左右（根据砂箱大小、型砂厚度决定吹气时间）
24小时抗拉强度值0.30Mpa，24小时抗压强度值5.1Mpa，残留强度0.44 Mpa，可使用时间22分钟，放置盛水密封玻璃器皿24小时抗压强度3.5Mpa。

2. 再生回用砂型砂工艺
再生砂+酯（占水玻璃重7%）混砂
+水玻璃（占砂重3.0%）
混砂
出碾
24小时抗拉强度值0.26Mpa，24小时抗压强度值4.2Mpa，残留强度0.37 Mpa，可使用时间12分钟，放置盛水密封玻璃器皿24小时抗压强度温度2.8Mpa。

从以上数据可以看出，有机酯+CO2复合水玻璃砂硬化工艺，较有机酯水玻璃砂工艺，有以下特点：
1. 型砂可使用时间显著延长，便于南方炎热夏季中大型铸钢件的造型生产；
2. 型砂的残留强度下降较多，而型砂强度略有下降，从而减清了工人清砂劳动强度，提高了型砂的再生效率；
3. 避免了因机器故障偶发的水玻璃砂中固化剂不匀产生的型砂蠕变的现象发生；
4. 造型脱模时间缩短，提高生产效率；
5. 从吸湿性数据对比可以看出，复合硬化的型砂吸温性更强，因此要求造好的砂型尽可能当天浇注，如果延迟浇注，取模时间也应适当后延。

四、总结
我公司从2004年至今，应用酯+CO2复合硬化水玻璃砂生产工艺已生产36000余吨铸钢件产品，型砂经再生回收利用率达92%，取得了较好的经济效益和社会效益。

有机酯+CO2复合硬化工艺具有自己的工艺特性，因此，在生产组织过程中，需要注意以下几个方面：
1. 选用有机酯硬化水玻璃砂或有机酯+CO2硬化水玻璃砂造型生产工艺，在潮湿的南方地区，最好配置相应的热风烘干系统，这是水玻璃砂吸潮的特性决定的；
2. 组织生产时，尽可能缩短砂型到浇注的时间，如果造好的砂型到浇注间隔时间超过一天，那么型腔上涂料的时间应安排在浇注当日最好，可以避免型砂吸潮导致产品气孔的产生；
3. CO2补充吹气硬化时，对一处不能吹气太长，否则也会产生过吹的现象，导致过吹处型砂发白粉化，型砂强度下降，一般吹气时间控制在3～10秒内较佳；
4. 型砂再生过程中，对于旧砂可以每天按5～8%新砂补充，以稳定再生砂的残余Na2O,避免再生砂性能恶化。

参考文献—《水玻璃砂工艺原理及应用技术》
—樊自田董选普陆浔。