水玻璃砂型介绍
水玻璃砂造型工艺在中国的应用
水玻璃砂造型工艺在中国的应用1. 引言1.1 水玻璃砂造型工艺的定义水玻璃砂造型工艺，是一种传统的手工艺技艺，利用水玻璃和砂粒进行模具制作和制品成型的工艺。
水玻璃，即硅酸钠，是一种无色透明的液体，具有粘合力强、易于硬化的特点。
砂粒则是一种常见的颗粒状材料，可以用于制作各种形状的模具。
在水玻璃砂造型工艺中，首先在模具内涂抹水玻璃，然后将砂粒均匀撒在水玻璃上，待水玻璃硬化后，取出模具，即可得到精美的砂型制品。
水玻璃砂造型工艺具有悠久的历史和丰富的文化内涵，是中国传统工艺中的重要组成部分。
通过水玻璃砂造型工艺，可以制作出各种精美的工艺品、雕塑艺术品和建筑装饰品，展现出中国传统文化的独特魅力。
水玻璃砂造型工艺也在现代创意设计中得到广泛应用，为传统工艺注入了新的活力和时尚元素。
随着社会的发展和人们对文化传统的重视，水玻璃砂造型工艺在中国的传承和发展愈发重要和值得关注。
1.2 水玻璃砂造型工艺的意义水玻璃砂造型工艺是一种传统的手工艺技术，通过将水和玻璃砂混合制成糊状，然后涂抹在模具上，经过一定的时间后，可以得到精美的玻璃制品。
这种工艺具有深厚的文化底蕴和艺术价值，不仅可以传承古代工艺的精髓，还可以为现代设计领域提供灵感和可能性。
水玻璃砂造型工艺通过其独特的材料和制作方法，赋予了作品独特的质感和光泽，使其在艺术表现力和观赏性方面都得到了提升。
水玻璃砂造型工艺的意义在于，它不仅是一种工艺技术，更是一种文化传承和创新的载体。
在当代社会，人们对传统工艺的重视程度逐渐增加，水玻璃砂造型工艺正是其中之一。
它不仅可以让人们了解古代工艺的魅力和精湛技艺，还可以为当代设计带来新的灵感和可能性。
通过学习和传承水玻璃砂造型工艺，可以促进文化交流，拓展创作思路，提高艺术品的品质和附加值。
水玻璃砂造型工艺的意义不仅在于保护传统文化，更在于为当代艺术和设计注入新的活力和变革。
2. 正文2.1 水玻璃砂造型工艺在文化遗产保护中的应用许多古代建筑中的壁画、浮雕等装饰都是用水玻璃砂造型技艺制作而成的。
改性水玻璃砂型(芯)温度场的计算机模拟和出砂性研究
布 ， 拟 结 果 表 明 改 性 水 玻 璃 砂 有 好 的 出砂 性 ， 注 实验 证 实 了计 算机 模 拟 分 析 结 果 。 模 浇
关 键 词 ： 性 水 玻 璃 ； 度 场 ； 算机 模 拟 ； 改 温 计 出砂 性
中圈 分 类 号 ： Ｇ２ １ Ｔ ３ Ｉ Ｔ ２ ； Ｐ ９ 文 献 标识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ０８ ６ （ ０ ８ ０—８ ００ １０ —３ ５ ２ ０ ）６０ １—４
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摘 要 ： 据 Ｌ ｐａｅ 热 方 程 ， 立 了各 节 点 的 数 值 方 程 以及 求 解 条 件 ， 用计 算 机 编 程 对 圆 筒 彤 铸 件 及 其 砂 芯 、 型 进 行 从 根 ａｌｃ 导 建 使 铸
水玻璃砂的配比及混制工艺和性能指标表格
水玻璃砂的配比及混制工艺和性能指标铸钢常用水玻璃技术参数注：夏季用下限，冬季用上限冶炼碳钢的合理供电制度铸钢件生产通用操作检验规程（试行稿）配砂操作检验规程造型操作检验规程上箱造型检验规程制芯操作检验规程冶炼作业指导书装配、合箱、浇注操作检验规程浇冒口切割操作检验规程清铲操作检验规程铸钢件缺陷焊补操作检验规程铸钢件热处理操作检验规程说明1.本操作检验规程是铸钢件生产各工序在进行工作时必须遵守的主要工艺文件之一。
也是生产组长、班长、副主任技术人员和检查人员在指导生产时的主要依据。
2.在操作检验规程所规定之项目如与工艺文件夹抵触时按专用工艺文件执行。
3.对设备的使用按设备安全技术操作规程进行。
4.本规程的解释和修订为公司技术部。
5.本规程自下发之日执行。
配砂操作检验规程一.旧砂的准备1.旧砂必须经过处理，不能有碎的耐火砖块、杂草、木块、铁块等。
2. 旧砂块度不能大于50×50毫米。
二. 砂型的配制与运送1. 混砂前首先检查混砂机运转和润滑情况是否良好，称重装置是否准确，出砂装置是否灵活。
2. 各种型砂的配比，见表1：水玻璃砂的配比及混制工艺和性能指标铸钢常用水玻璃技术参数注：夏季用下限，冬季用上限。
3. 加料不能超过混砂机的负荷，机器启动后方可按顺序加入原材料。
4. 加料量力求准确，并尽量做到一次加入。
5. 面砂和背砂要用专用的混砂机混制，不能共用一台机器。
6. 送砂前砂斗要清理干净，各种型砂要装入指定砂斗，不能混杂。
三. 型砂的检验1. 质检员对加料成分、加料顺序、混压时间情况进行检查，对违反工艺的现象要及时纠正。
2. 型砂试验员每天对面砂要进行干拉强度、水分和透气性进行测定，对背砂要测定水分、通气性，每天抽检两次。
3. 型砂试验员对测定结果进行记录，发现不合格及时通知操作者，每天整理记录报告组长，每月统计一次。
造型操作检验规程一.造型前的准备1. 熟悉铸件工作图纸和有关文件，有异议及时和相关部门沟通。
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。
铸造用水玻璃标准
铸造用水玻璃标准
铸造用水玻璃的标准可能因不同的应用和地区而有所不同。
一般来说，铸造用水玻璃需要满足以下要求：
外观：无色透明或半透明玻璃状液体。
模数：3.2±0.5。
密度（20℃）：1.37—1.42g/cm3。
婆美度：40°。
Na2O含量：≥8.2%。
SiO2含量：≥28.0%。
粘度（25℃）：100—250 mPa·S。
此外，铸造用水玻璃的检测项目可能包括砂性能、模数、砂残钠、氧化钠、浓度、密度、二氧化硅、双液浆、黏度等。
具体标准可能因不同的行业和地区而有所不同。
因此，建议在选择铸造用水玻璃时，应参考当地或行业的具体标准，并咨询相关专家或专业机构的意见。
水玻璃工艺二
水玻璃砂工艺二3.2.2 水玻璃自硬砂水玻璃砂在混砂时加入硬化剂，在室温下能够自硬；砂型（芯）在硬化后起模，称之为自硬砂。
早期的水玻璃自硬砂的硬化剂多以粉状材料为主，如β硅酸二钙（赤泥、炉渣或合成β硅酸二钙）、硅铁粉、氟硅酸钠等。
使用这些粉状材料，使水玻璃加入量居高不下，导致型砂溃散性变差。
有机酯水玻璃自硬砂以液体材料为硬化剂，相对于粉状硬化剂，水玻璃加入量降低了1/2～1/3，比强度提高一倍以上，1000℃残留强度降低了90％左右。
表3－25是有机酯水玻璃自硬砂与固体硬化剂自硬砂配比及性能对比。
图3－26是混合料的配比（质量比）为原砂（福建水洗海砂）100，有机酯0.28，水玻璃 2.8时的有机酯硬化水玻璃砂在不同温度下的残留强度值图3－26 有机酯水玻璃砂不同温度下的残留强度表3－25有机酯水玻璃自硬砂与固体硬化剂水玻璃自硬砂配比及性能对比序号配比（质量比）性能原砂水玻璃硬化剂其他终强度/MPa 1000 ℃残留强度（抗压强度）/MPa1 100 7 赤泥4～5 －＞0.9 －2 100 6 ～7 电炉渣5～7 水1～2 0.4 ～0.7 －3 100 5 ～6 硅铁粉1～2 ω（NaOH）＝－－10％溶液0.5～1.04 100 2.5 ～2.8 有机酯0.22～－≈ 2 ≈ 0.20.343.2.2.1 有机酯水玻璃自硬砂的硬化机理有机酯水玻璃自硬砂的硬化可分为如下三个阶段;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。
这个阶段时间的长短取决于有机酯与水玻璃的互溶性和水解速度，它决定了型砂的可使用时间的长短。
化学反应通式如下：RCOOR ˊ +xH 2O OH- RCOOH+Rˊ 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，型砂便失去流动性而固化。
化学反应通式如下：Na 2O ·mSiO 2·nH 2O+xRCOOH （1－x/2）Na 2O·mSiO 2·(n+x/2)H2O+xRCOONa以上两步总的反应式为:xRCOOH ˊ + Na 2O· mSiO 2· nH 2O+xH 2O （1－x/2）Na 2O· mSiO 2· (n+x/2)H2O+xRˊ OH+xRCOONa第三阶段，水玻璃进一步失水强化。
水玻璃砂的配比及混制工艺和性能指标表格
H:\精品资料\建筑精品网原稿ok（删除公文）\建筑精品网5未上传百度水玻璃砂的配比及混制工艺和性能指标铸钢常见水玻璃技术参数注: 夏季用下限, 冬季用上限冶炼碳钢的合理供电制度H:\精品资料\建筑精品网原稿ok（删除公文）\建筑精品网5未上传百度铸钢件生产通用操作检验规程( 试行稿)配砂操作检验规程造型操作检验规程上箱造型检验规程制芯操作检验规程冶炼作业指导书装配、合箱、浇注操作检验规程浇冒口切割操作检验规程清铲操作检验规程铸钢件缺陷焊补操作检验规程铸钢件热处理操作检验规程说明1.本操作检验规程是铸钢件生产各工序在进行工作时必须遵守的主要工艺文件之一。
也是生产组长、班长、副主任技术人员和检查人员在指导生产时的主要依据。
2.在操作检验规程所规定之项目如与工艺文件夹抵触时按专用工艺文件执行。
3.对设备的使用按设备安全技术操作规程进行。
4.本规程的解释和修订为公司技术部。
5.本规程自下发之日执行。
配砂操作检验规程一.旧砂的准备1. 旧砂必须经过处理, 不能有碎的耐火砖块、杂草、木块、铁块等。
2. 旧砂块度不能大于50×50毫米。
二. 砂型的配制与运送1. 混砂前首先检查混砂机运转和润滑情况是否良好, 称重装置是否准确, 出砂装置是否灵活。
2. 各种型砂的配比, 见表1:水玻璃砂的配比及混制工艺和性能指标铸钢常见水玻璃技术参数注: 夏季用下限, 冬季用上限。
3. 加料不能超过混砂机的负荷, 机器启动后方可按顺序加入原材料。
4. 加料量力求准确, 并尽量做到一次加入。
5. 面砂和背砂要用专用的混砂机混制, 不能共用一台机器。
6. 送砂前砂斗要清理干净, 各种型砂要装入指定砂斗, 不能混杂。
三. 型砂的检验1. 质检员对加料成分、加料顺序、混压时间情况进行检查, 对违反工艺的现象要及时纠正。
2. 型砂试验员每天对面砂要进行干拉强度、水分和透气性进行测定, 对背砂要测定水分、通气性, 每天抽检两次。
《造型材料》05章_水玻璃砂
2020/12/31
直接吹CO2法
(3) 残留水分:
CO2法硬化砂的强度与 型砂硬化后水分残留量有 很大关系，见图5.7。
图5.7 残留水分对强度的影响
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直接吹CO2法
(3) 残留水分:
在直接吹CO2后再将型 （芯）烘干，这时应
注意直接吹CO2法的时 间不应过长。根据试
验，直接吹CO2时间不 同，待烘干后型砂强
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强度
(2)水玻璃的模数
水玻璃的模数对强度的影 响见图5.10。高模数水玻 璃砂的湿强度较高，而硬 化后干强度较低。
图5.10 水玻璃模数对强度的影响
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强度
(3)水玻璃的加入量 水玻璃加入量多，强度上升，但
也增加型（芯）浇注后的残留强 度，使清理困难。目前，国内水 玻璃砂中水玻璃加入量一般在 6%~9%，而国外先进水平一般为 3%~5%，甚至更低，水玻璃加入 量对强度的影响见图5.11。
水玻璃砂的保存性较差，而且与水玻璃的模数、 含水量及气温、大气湿度等相关，水玻璃砂最好 贮存在料斗中，表面覆以湿麻袋以防失水硬化。
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3. 粘膜性
水玻璃砂易粘模，故使用的模型、芯盒表 面要光滑，木质模具要涂以硝基清漆，造 型和制芯时，在模具表面喷煤油或在型砂 中加0.5%~1.0%的重油可减轻粘模。
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5.3.2水玻璃砂吹CO2硬化的方法
目前，水玻璃砂的CO2硬化主要采用： 1. 直接吹CO2法 2. VRH法
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1. 直接吹CO2法
直接吹CO2的方法主要有以下几种：
① 在砂型或砂芯上扎一些直径6~10mm的吹气孔，将吹 气管插入并吹CO2，硬化后起模，见图5.3；
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生产单位 北京红星泡花碱厂 北京市红星化工厂 二七机车车辆厂附属工厂 天津市泡花碱厂 天津碱厂服务公司 天津市合成化学厂
天津市酒精厂 秦皇岛耐火材料厂
产地
外观
比重 模数 水不溶物 二氧化硅 氧化钠 铁含量
北 京 浅灰色
51 2.35
0.6
29.2
12.8
0.027
北京
浅灰
1.52 3.3
-
32.5
10.5
或 Na2O·mSiO2·nH2O + H2O → ← 2NaOH+mSiO2·nH2O （2-7） （2）钠-氧键离解：
≡Si-O-Na （≡Si-O-）- + Na+
（2-8）
（3）水解产生的硅酸不稳定，可以缩聚为多硅酸（→），而多硅酸
又会进行水解（←）：
≡Si-O-H + H-O-Si → ← ≡Si-O-Si≡ + H2O
硬 化0.06-0.16um，加热硬化0.035-0.4um。
-
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
（二）钠水玻璃砂硬化机理
钠水玻璃砂强度形成过程中的物理-化学反应，即钠水玻璃 由液态变为固态的硬化机理，至今尚无定论。
硬化反应：
（1）硅酸钠（≡Si-O-Na）的钠-氧键水解（→）和酸碱反应（←）：
≡Si-O-Na + H2O → ← Si-O-H + 度更能直接反映水玻璃的粘结力和价值。
钠水玻璃模数与粘度的关系
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
钠水玻璃水分与粘度的关系
水分增大，密度、粘度减小
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
硬化方式与水玻璃模数、密度的关系
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
不同产地水玻璃及性能
（2-9）
≡Si-O-H-O-Si → ← ≡Si-O-Si≡ + OH-
（2-10）
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
1、脱水硬化
加热烘干 吹热空气 干燥的压缩空气 真空脱水 微波照射 加入产生放热反应的化合物
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
2、酸性物质的催化作用
钠水玻璃在PH>10以上很 稳定，加入适量酸性或具有潜在酸性 的物质时，PH值降低，稳定性下降， 式（2-6）-（2-10）的水解和缩聚过 程加速进行。例如吹CO2，钠水玻璃 与之反应，消耗Na2O，转变为不稳定 的液态凝胶。模数越高的水玻璃同 CO2反应愈快！
无机硬化砂的优点
（1）型（芯）砂流动性好，易于紧实，造型（芯）劳动强度低。 （2）硬化快，硬化强度高，简化造型工艺，缩短生产周期，提高劳
动生产率。 （3）可在型（芯）硬化后起模，型、芯尺寸精度高。 （4）可取消或缩短烘烤时间，降低能耗，改善工作环境和工作条件。 （5）提高铸件质量，减少铸件缺陷。
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
xNaOH=13.3ωSiO2/M-12.9ωNa2O xNH4Cl=1.73(ωNa2O-ωSiO2/M)
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
（2）密度、含固量和粘度 密度低，水的质量分数高，含固量少，不宜用作型（芯）砂
粘结剂；反之，密度过大，粘稠，也不便定量和不利与砂子混合。铸
造上通常采用密度ρ=1.32～1.68 /cm3或波美度30～54的水玻璃。
-
北 京 浑白色
-
2.65
-
25.0
10.0
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天津
青灰
40
3.2
0.2
26
8.2
0.02
天 津 青灰色 1.54 2.3
0.5
28.2
12.7
0.5
天 津 透明粘稠 1.54 2.5
0.8
32.5
14.5
-
天 津 乳白色 1.55 2.35
<0.8
32.5
13.0
-
河北
-
1.38 3.25
-
28
8.7
几个重要参数：
（1）模数 水玻璃中SiO2和Na2O的摩尔百分比 M = nSiO2/mNa2O = 1.033ωSiO2/ωNa2O
式中：ωSiO2、ωNa2O——分别为硅酸钠中SiO2和Na2O的 质
量百分数（%）。 模数越高，硬化速度越快，但模数过高，将使芯（型） 砂的保存性差，不适于造型和制芯。铸造生产中，吹CO2硬化常 用模数2的钠水玻璃。水玻璃的模数可以通过加入NaOH水溶液 (浓度10-20%)或NH4Cl水溶液(浓度10%)进行调整。调整计算：
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
无机化学粘结剂的种类
水玻璃系
CO2硬化法
CO2法 VRH- CO2法
硅铁粉
粉状固化剂 自硬法
硅酸二钙
无 机
液态固化剂 加热硬化法
有机酯 无机酯
化
硅酸盐水泥
学 水泥系(自硬型） 矾土水泥
粘
双快水泥
结 剂
磷酸盐系
自硬法 加热硬化法
其它粘结剂
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
第二节 水玻璃粘结剂砂型（芯）
水玻璃及水玻璃砂的硬化机理 CO2-水玻璃砂 自硬水玻璃砂 烘干硬化水玻璃砂 微波硬化法硬化水玻璃砂 水玻璃砂溃散性问题及其解决途径 水玻璃砂的再生
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
2.1 钠水玻璃及钠水玻璃砂的硬化机理
（一）概述
水玻璃是各种聚硅酸盐水溶液的通称，别名泡花碱 应用最广泛
钠水玻璃（Sodium silicate, water glass），价格便宜，来源充足； 其次为钾水玻璃，此外还有锂水玻璃、钾钠水玻璃、季铵盐水玻璃等。
钠水玻璃的化学式: Na2O·mSiO2·nH2O。 通过发生物理-化学反应达到硬化的。
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
CO2 + H2O→2H+ + CO32-
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
不同硬化方法的硬化结果
（1）粘结膜组织的密度和有序性排列不同，因而影响强度 的大小，加热硬化>酯硬化>铬铁渣硬化>CO2硬化。
（2）凝胶颗粒大小明显不同，强度明显不同。CO2硬化胶 粒直径为0.2-0.48um，酯硬化0.07-0.18um，真空
“N”字形曲线可知
PH=6.8-7.1时凝胶速度最快。 PH=3.2-3.9； PH>10时，稳定性最好、凝胶速度最慢。
材料成型质量控制 第二章 铸型（芯）制备技术
CO2的作用
物理脱水作用——CO2从砂粒表 面流过时， CO2与粘结剂的接 触面积大，使钠水玻璃部分脱 水； 化学反应——形成碳酸，使钠 水玻璃的PH值不断降低，迅速 硬化。