新型水玻璃自硬砂在铸造上的应用

新型水玻璃自硬砂在铸造上的应用

(2011-06-05 21:01:23)

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杂谈

作者：沈阳汇亚通铸造材料张俊法关红宇

摘要：本文对目前国内铸钢件用

造型制芯工艺及材料进行了详细

的论述，对各种工艺的优缺点进行了分析，认为酯硬化水玻璃自硬砂工艺是铸钢件生产中最为合适的工艺，我单位在原酯硬化工艺的基础上，对水玻璃砂粘结剂体系进行活化改性架接，成功地研制出新型水玻璃自硬砂工艺及材料。通过对新工艺的工艺性能试验、经济技术分析，以及多个生产应用厂家的生产应用表明，新型水玻璃自硬砂工艺具有水玻璃加入量低（≤3%），型砂强度高，（抗拉0.5-1.4Mpa）,型砂硬透性好，硬化速度可调，型砂溃散性好，旧砂易于干法再生回用，回用率≥80%，生产成本低，无毒无污染，浇注出的铸伯无裂纹及气孔缺陷，铸件质量和尺寸精度可与呋喃树脂砂工艺相媲美。因此，该工艺是一种先进可靠的工艺，预计会在国内铸造行业推广应用，将会取得明显的经济及社会效益。

前言

造型制芯工艺在铸件生产过程中占有十分重要的地位，它直接影响铸件的质量，生产成本，生产效率及环境污染。随着机械工业的发展，对外经济贸易的扩大，以及环境污染、能源紧张、材料涨价等问题的日益严重，对铸造生产和铸件质量提出了更高的要求，尤其是跨入二十一世纪的今天。

为了适应二十一世纪绿色、集约化铸造的需要，符合可持续发展战略，新一代造型制芯工艺必须满足下述几个方面的要求：

1．生产的铸件质量好，铸造缺陷少。

2．劳动条件好，对生态环境污染少。

3．最大限度地利用自然资源，节省能源。

4．生产成本低，生产效率高。

我单位开发的新型水玻璃自硬砂工艺在这方面具有很大的优势，是符合可持续发展模式的绿色环保型造型制芯工艺。

目前国内铸钢件生产用造型制芯工艺及材料现状

目前，国内铸钢件用造型制芯工艺主要有两大类，无机类粘结剂系统以水玻璃砂工艺，有机类粘结剂系统以呋喃树脂砂工艺为主，两种工艺上前的使用现状主发展前景如下。

一．水玻璃砂工艺

水玻璃砂工艺具有设备简单，操作方便、无毒味、成本底廉等特点，从50年代开始广泛地

用于国内铸钢件的生产，尤其是CO2水玻璃砂工艺。

CO2水玻璃砂工艺使用过程长期存在的主要问题：型砂强度低，冬季硬透性差，型（芯）溃散性差，铸件清理困难，旧砂废弃造成生态环境污染大等，这些问题严重制约了水玻璃砂工艺的应用及发展，为了最大限度地改善水玻璃砂工艺存在的问题，国内外铸造工作者付出了艰辛的努力，经过了几十年的开发研究，先后开发出许多新的材料和工艺，如水玻璃的物化改性或特殊添加材料制成的改性水玻璃或溃散剂，清理采用水爆（浴）清砂，七零砂（石灰石砂），这些方法在一定程度上满足了当时的生产急需，并且许多工艺沿用至今，但是未能在根本上解决问题，水玻璃加入量居高不下，溃散性的解决受到限制，旧砂再生还未解决，铸件质量较差。

八十年代以来，水玻璃砂工艺相继出现了许多新工艺，如酯硬化法，VRH-CO2法，微波硬化法等，这些工艺在提高水玻璃的粘结力，降低加入量，改善溃散性方面对玻璃砂工艺的发展起了显著的作用，但是这些工艺在大量生产使用过程中也存在许多问题。

1．普通酯硬化水玻璃砂工艺粘结剂和固化剂配套性差，型砂硬性能较差，冬季硬化时间长、硬透性差、旧砂回用率低，再生砂综合性能差，难以实现生产线的批量生产。

2．VRH法工艺：设备投资大，维修费用高，对铸件批量生产有一定限制。

这些问题限制了水玻璃砂新工艺的大面积推广应用。

二．呋喃树脂砂工艺

八十年代后期，随着对铸件质量要求的提高，树脂砂工艺在国内外得到了大面积推广及应用，尤其是呋喃树脂砂工艺，呋喃树工艺具有铸件质量好，尺寸精度高，型芯溃散好，旧砂回用方便，回用率高等特点，这些优点备受铸造工作者的青睐，但是，该工艺在使用过程中出现了许多新问题，铸件表面渗硫和型（芯）高温退让性差引起铸件出现裂纹，尤其是薄壁类铸钢件，加上生产成本高，环境污染严重，虽经广泛地开发研究，但是至今未能彻底解决这些问题，使得该工艺在铸钢件及球铁件的应用受到限制。

近几年，树脂工艺在铸造上生产过程中出现的铸年质量问题，加上生产成本、环境保护等方面的压力，使无机类的水玻璃砂系统再度成为人们关注的热点，水玻璃砂工艺只有解决了多年存在的老大难问题，解决了水玻璃加入量的问题，粘结强度的问题，型砂综合性能的问题旧砂回用的问题，才能更好地在铸件生产中推广应用。

因此，只要开发一种新的工艺，兼顾树脂砂和水玻璃砂的优势，才能适应目前高质量，低成本铸钢件生产的需求，尤其是市场经济条件下，企业追求效益、成本、质量、环保的今天。

新工艺的特点

我们针对目前铸钢件生产用造型制芯工艺的现状，结合国内生产工艺的需求，经过多年的开发研究，成功地研制出了铸造用新型水玻璃自硬砂工艺及材料，新工艺是我们在原水玻璃砂工艺的基础上开发研制出的新一代自硬砂工艺，它采用了我们研制的高强度、低粘度的新型水玻璃和专用酯类固化剂，通过对水玻璃粘结体系进行离子活化处理，使水玻璃砂树脂化，

提高了型砂的工艺性能，改善了型（芯）砂的溃散性，实现了旧砂的干法再生回用，改善回用砂的工艺性能，旧砂回用率接近树脂砂的水平。

新工艺的工艺特点：粘结剂加入量低（≤3%），型砂工艺性能良好，冬季硬透性好，硬化速度通过粘结剂和固化剂种类依生产及环境条件可调（5-80分钟），型芯砂溃散性好，铸件出砂清理容易，旧砂易干法再生回用，回用率≥80%，铸件质量和尺寸精度可与树脂砂相媲美，型砂热塑性好，发气量低，可防止铸件产生裂纹及气孔缺陷，在所有自硬砂工艺中生产成本最低，环境污染少。

新工艺的工艺性能

1、新工艺用原辅材料

1.原砂：新工艺对原砂的要求与树脂砂类似，但比树脂对原砂的敏感性小，并且原砂适用范围广，可以用硅砂，铬铁矿砂，镁橄榄石砂等多种砂，其要求指标：粒度：40-140；角形系数，<1.30；微粉及含泥量<1.0%；含水量<0.8%；化学成分依铸件材质砂种而定。

2.新型水玻璃：我单位研制的粘结剂指标，见表一。

表一粘结剂指标

3.专用酯类固化剂：我单位研制的固化剂指标，见表二。

表二自硬酯类固化剂性能指标

二．新工艺的型砂配制

1．型（芯）砂的配比，见表三。

表三推荐配比