水玻璃砂

對(duì)于鈉水玻璃砂的硬化機(jī)理至今還沒準(zhǔn)確的定論，但是我們可以提供其不同硬化方式與鈉水玻璃模數(shù)，密度的關(guān)系以指導(dǎo)生產(chǎn)。

鈉玻璃砂CO₂是某些車間常用的制芯造型工藝。此法既可以用于大量生產(chǎn)和單件小批生產(chǎn)，也適用于大小型、芯。廣泛采用的CO₂-鈉水玻璃砂，大都有純凈的人造（或天然）石英砂加入4.5%~8.0%的鈉水玻璃配制而成。對(duì)于幾十噸的質(zhì)量要求高的大型鑄鋼件砂型（芯），全部采用面砂或局部采用鎂砂、鉻鐵礦砂，橄欖石砂、鋯砂等特種砂代替石英砂較為有利。有的要求鈉水玻璃砂具有一定濕態(tài)強(qiáng)度和可塑性，以便脫模后再吹CO₂硬化，可以加入1%~3%的膨潤土（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）或3%~6%的普通粘土砂（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）或加入部分粘土砂。為改善出砂性，有的型砂還加入1.5%的木屑（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）或加入5%的石棉砂（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）或加入其它附加物。

新制備的水玻璃是一種真溶液。但是在存放過程中，水玻璃中硅酸要進(jìn)行縮聚，將從真溶液逐步縮聚成大分子的硅酸溶液，最后成為硅酸凝膠。因此，水玻璃實(shí)際上是一種由不同聚合度的聚硅酸組成的非均相混合物，易受其模數(shù)、濃度、溫度、電解質(zhì)含量和存放時(shí)間的影響。

水玻璃在存放過程中分子產(chǎn)生縮聚，形成凝膠，其粘結(jié)強(qiáng)度隨著貯存時(shí)間的延長而逐漸降低，這一現(xiàn)象稱為水玻璃“老化”。“老化”現(xiàn)象可由下述兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)來說明：高模數(shù)水玻璃（M=2.89，ρ =1.44 g/cm3） 貯放20、60、120、180、240 d 后，吹CO₂硬化的水玻璃砂干拉強(qiáng)度相應(yīng)下降9.9 %、14 %、23.5 %、36.8 %和40 %；低模數(shù)水玻璃（M=2.44，ρ =1.41 g/cm3）貯放7、30、60和90 d 后，干拉強(qiáng)度分別下降4.5 %、5 %、7.3 %和11 %。

水玻璃存放時(shí)間對(duì)酯硬化水玻璃自硬砂初期強(qiáng)度影響不大，但對(duì)后期強(qiáng)度影響明顯，據(jù)測(cè)定，對(duì)于高模數(shù)水玻璃下降60 %左右，對(duì)于低模數(shù)水玻璃下降15 %～20 %。殘留強(qiáng)度也隨存放時(shí)間的延長而降低。

水玻璃在存放過程中聚硅酸的縮聚反應(yīng)和解聚反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行著，分子量發(fā)生了歧化，最終生成單正硅酸和膠粒并存的多重分散體系，也就是在水玻璃的老化過程中，聚硅酸的聚合度發(fā)生了歧化，單正硅酸和高聚硅酸的含量均隨存放時(shí)間的延長而增多。水玻璃在存放中縮聚、解聚反應(yīng)的結(jié)果，使粘結(jié)強(qiáng)度下降了，即產(chǎn)生“老化”現(xiàn)象。

影響水玻璃“老化”的因素主要有：存放時(shí)間、水玻璃的模數(shù)和濃度。存放時(shí)間越長，模數(shù)越高，濃度越大，則“老化”越嚴(yán)重。對(duì)久存的水玻璃可以采用多種方法的改性處理，以消除“老化”，使水玻璃恢復(fù)到新鮮水玻璃的性能：

1. 物理改性

水玻璃老化是緩慢釋放能量的自發(fā)過程，用物理改性處理“老化”的水玻璃就是用磁場(chǎng)、超聲波、高頻或加熱等辦法，向水玻璃體系提供能量，促使高聚合的聚硅酸膠粒重新解聚，促使聚硅酸的分子量重新均勻化，從而消除了老化現(xiàn)象，這就是物理改性的機(jī)理。例如，用磁場(chǎng)處理后，水玻璃砂的強(qiáng)度提高了20 %～30 %，減少水玻璃加入量30 %～40 %，節(jié)約CO₂，改善潰散性，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。物理改性的缺點(diǎn)是不持久，處理后再貯放，粘結(jié)強(qiáng)度又會(huì)下降，故適用于鑄造廠處理后盡快使用。尤其是M>2.6 的水玻璃，硅酸分子濃度大，經(jīng)過物理改性解聚后又會(huì)較快地縮聚，最好是處理后立即使用。

2. 化學(xué)改性

化學(xué)改性是往水玻璃中加入少量化合物，這些化合物均含有羧基、酰胺基、羰基、羥基、醚基、氨基等極性基團(tuán)，通過氫鍵或靜電將其吸附在硅酸分子或膠粒表面，改變其表面位能和溶劑化能力，提高聚硅酸穩(wěn)定性，從而阻止“老化”進(jìn)行。例如往水玻璃中加入聚丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸鹽等，可取得較好的效果。往普通水玻璃甚至改性水玻璃中摻入有機(jī)物可以起到多種作用，如：改變水玻璃的粘流性質(zhì)；改善水玻璃混和料的造型性能；提高粘結(jié)強(qiáng)度，使水玻璃的絕對(duì)加入量減少；提高硅酸凝膠的可塑性；降低殘留強(qiáng)度，使水玻璃砂更適用于鑄鐵和有色合金 。2100433B

水玻璃是各種聚硅酸鹽水溶液的統(tǒng)稱。鑄造上常用的是鈉（Na₂O·mSiO₂）水玻璃，其次是鉀（K₂O·mSiO₂）水玻璃，此外還有鋰（Li₂O·mSiO₂）水玻璃，鉀鈉（mK₂O·Na₂O·mSiO₂）水玻璃季氨鹽（季氨鹽）水玻璃等。其中，由于鈉水玻璃的應(yīng)用最廣泛，所以我們主要介紹一下它，鈉水玻璃有幾個(gè)重要的參數(shù)，直接影響它的化學(xué)和物理性質(zhì)，也直接影響到一鈉水玻璃為粘結(jié)劑的鈉水玻璃砂的工藝性能，這就是鈉水玻璃的模數(shù)，密度，含固量和粘度。

模數(shù)：鈉水玻璃中SiO₂和Na₂O化學(xué)成分的化學(xué)含量之比稱為模數(shù)。

密度：鈉水玻璃的密度ρ取決于鈉水玻璃中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。密度低，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，含固量少，不宜作為型（芯）砂的粘結(jié)劑；反之，密度大，粘稠，也不便定量和不利與砂子混合。鑄造上通常采用密度為1.32~1.68克/立方厘米或者波美度35~54三維鈉水玻璃。

含固量：鈉水玻璃的水分W水=（W G-W'-G'）/W×100%

式中： W—混合物中的鈉水玻璃質(zhì)量；G—混合物中顆粒材料的質(zhì)量：

G'—單獨(dú)將同樣的顆粒材料烘干后損失的質(zhì)量 W'—混合物烘干至恒重的質(zhì)量而含固量 S=100-W_水

粘度：鈉水玻璃的粘度隨其水分，密度和模數(shù)而定，對(duì)比相關(guān)數(shù)據(jù)我們可以總結(jié)得到。

1）當(dāng)水分和密度大體相同時(shí)，模數(shù)越小則粘度越大；事實(shí)上模數(shù)與密度的關(guān)系多呈現(xiàn)反向變化，但沒有固定關(guān)系。

2）當(dāng)模數(shù)一定時(shí)，其粘度隨水分的增大而劇烈下降。

鈉水玻璃砂存在的問題及解決方法：

1）出砂性差：a）在鈉水玻璃中加入附加物；b）減少鈉水玻璃的用量；c）減低易熔融物質(zhì)的含量；d）采用以石灰石作原砂的鈉水玻璃CO2自硬砂。

2）鑄鐵件粘砂：a）刷涂料，最好使用醇基涂料；b）一般鑄鐵件也可以在鈉水玻璃中加入適量的煤粉或者適量具有填料性能的高嶺土式粘土

3）型、芯表面粉化（白霜）：a）需要控制吹CO₂的時(shí)間，如果過長時(shí)間吹CO_2，則會(huì)造成沙礫間存留CO_2，生成過多地碳酸氫鈉_。；b）據(jù)有關(guān)工廠的經(jīng)驗(yàn)，在鈉水玻璃中加入占砂質(zhì)量1%左右，密度為1.3克∕立方厘米的糖漿，可以有效防止粉化。

4）砂芯抗吸濕性差：a）在鈉水玻璃砂中加入鋰水玻璃或在鈉水玻璃中加入Li₂CO₃、CaCO₃、ZnCO₃等無機(jī)附加物；b）在鈉水玻璃中加入少量有機(jī)材料或加入具有表面活性劑作用的有機(jī)物，粘結(jié)劑。

5）此外，還存在發(fā)氣量大（注意排氣；先烘干砂芯再澆注）、舊砂再生和回用困難、熱膨脹（加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的高嶺土粘土形式的鋁土）等問題 。

第2版前言

第1版前言

第1章概述

1.1水玻璃砂工藝發(fā)展的歷程

1.1.1CO2吹氣硬化水玻璃砂

1.1.2粉末硬化劑自硬水玻璃砂

1.1.3液態(tài)有機(jī)酯自硬水玻璃砂

1.1.4對(duì)水玻璃砂潰散性和舊砂回用的再認(rèn)識(shí)

1.1.5其他水玻璃砂工藝方法

1.1.6水玻璃砂工藝的最新發(fā)展

1.2水玻璃砂的特征及其與黏土砂和樹脂砂的比較

1.2.1水玻璃砂的性能特征及其應(yīng)用范圍

1.2.2水玻璃砂、樹脂砂和黏土砂用于鑄鋼件生產(chǎn)的比較

1.2.3選擇鑄鋼件鑄造工藝技術(shù)改造方案的思考

1.3基于水玻璃砂綠色鑄造的關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1綠色鑄造的重大意義

1.3.2水玻璃——綠色鑄造黏結(jié)劑

1.3.3實(shí)現(xiàn)水玻璃砂綠色鑄造的關(guān)鍵技術(shù)

1.3.4綠色鑄造水玻璃砂工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及目標(biāo)

參考文獻(xiàn)

第2章水玻璃砂的工藝原理及特征

2.1水玻璃的種類及基本特征

2.1.1鈉水玻璃

2.1.2鉀水玻璃

2.1.3鋰水玻璃

2.2鈉水玻璃砂的硬化機(jī)理概述

2.2.1化學(xué)硬化形成新的產(chǎn)物

2.2.2失水由液態(tài)到固態(tài)的物理硬化

2.2.3物理硬化與化學(xué)硬化的區(qū)別

2.3CO2氣體硬化鈉水玻璃砂的硬化機(jī)理

2.3.1CO2氣體硬化鈉水玻璃砂的機(jī)理

2.3.2CO2氣體硬化鈉水玻璃砂的性能及影響因素

2.3.3CO2氣體硬化鈉水玻璃砂的改進(jìn)工藝方法

2.4加熱硬化水玻璃砂的硬化機(jī)理

2.4.1加熱硬化水玻璃砂的硬化原理及特點(diǎn)

2.4.2加熱硬化水玻璃砂的基本特征及影響因素

2.4.3加熱硬化水玻璃砂的改進(jìn)工藝方法

2.5粉末硬化劑硬化水玻璃砂的硬化原理

2.5.1硅鐵粉硬化劑

2.5.2硅酸二鈣硬化劑

2.6有機(jī)酯液態(tài)硬化劑硬化水玻璃砂的硬化原理

2.6.1有機(jī)酯硬化劑的化學(xué)組成

2.6.2有機(jī)酯硬化劑的硬化原理

2.6.3有機(jī)酯水玻璃砂的性能及其影響因素

2.7不同硬化水玻璃砂性能的對(duì)比分析

2.8鑄件材質(zhì)對(duì)水玻璃砂性能的要求及特點(diǎn)

參考文獻(xiàn)

第3章水玻璃黏結(jié)劑的老化及改性

3.1水玻璃黏結(jié)劑的老化現(xiàn)象

3.1.1水玻璃的老化

3.1.2老化現(xiàn)象對(duì)水玻璃砂性能的危害

3.2水玻璃黏結(jié)劑改性的方法與技術(shù)

3.2.1水玻璃的物理改性

3.2.2水玻璃的化學(xué)改性

3.2.3水玻璃的復(fù)合改性

3.3水玻璃黏結(jié)劑改性技術(shù)新進(jìn)展

參考文獻(xiàn)

第4章CO2硬化水玻璃砂

4.1原材料的性能與要求

4.1.1原砂

4.1.2水玻璃

4.1.3其他材料

4.2型砂配方及混砂工藝

4.2.1傳統(tǒng)工藝配方

4.2.2近年開發(fā)的CO2硬化水玻璃砂工藝

4.2.3造型制芯要求

4.3吹氣硬化工藝及裝備

4.3.1傳統(tǒng)吹氣方式

4.3.2復(fù)合吹氣方法

4.4真空CO2硬化水玻璃砂

4.4.1VRH法的主要工作原理

4.4.2VRH法工藝的主要特點(diǎn)

4.4.3VRH法的主要工序

4.4.4典型工藝配比

4.4.5VRH法的新發(fā)展

4.5CO2硬化水玻璃砂的性能及其影響因素

4.5.1常溫強(qiáng)度

4.5.2高溫性能

4.5.3出砂性的指標(biāo)——?dú)埩魪?qiáng)度

4.6CO2硬化水玻璃砂的常見缺陷及防止方法

4.6.1黏砂

4.6.2表面粉化（白霜）

4.6.3吸濕性

4.6.4出砂性差

4.6.5舊砂再生回用困難

4.7CO2硬化水玻璃砂生產(chǎn)線

4.7.1普通CO2水玻璃砂生產(chǎn)線

4.7.2VRHCO2水玻璃砂生產(chǎn)線

參考文獻(xiàn)

第5章有機(jī)酯硬化水玻璃砂

5.1原材料的性能與要求

5.2型砂配方及混砂工藝

5.2.1常用的型砂配方

5.2.2混砂工藝

5.3酯硬化水玻璃砂主要設(shè)備

5.3.1混砂機(jī)

5.3.2振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)

5.4酯硬化水玻璃砂的性能特征及其影響因素

5.4.1酯硬化水玻璃砂的性能特征

5.4.2影響酯硬化水玻璃砂強(qiáng)度的因素

5.4.3水玻璃砂硬化速度的調(diào)節(jié)方法

5.4.4影響水玻璃砂潰散性的因素

5.5酯硬化水玻璃砂的缺陷及防止方法

5.5.1酯硬化水玻璃砂工藝的典型缺陷分析

5.5.2酯硬化水玻璃砂工藝的常見缺陷及其防治措施

5.6酯硬化水玻璃砂造型生產(chǎn)線

5.7新一代的有機(jī)酯硬化改性水玻璃砂工藝及其特點(diǎn)

參考文獻(xiàn)

第6章水玻璃砂涂料

6.1水玻璃砂涂料的組成、混制及其要求

6.1.1涂料的組成

6.1.2涂料的混制及其涂敷方法

6.1.3水玻璃砂對(duì)涂料性能的要求

6.1.4水玻璃砂涂料的作用及其分類

6.2醇基水玻璃砂涂料

6.3水基水玻璃砂涂料

6.4水玻璃砂特種涂料

6.4.1加固性涂料

6.4.2水玻璃砂轉(zhuǎn)移涂料

6.5涂料常見的缺陷及其防止措施

參考文獻(xiàn)

第7章水玻璃舊砂再生技術(shù)

7.1鑄造舊砂再生的基本過程及其方法

7.1.1鑄造舊砂的回用與再生

7.1.2鑄造舊砂再生的常用方法及特點(diǎn)

7.1.3典型舊砂再生設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理及使用特點(diǎn)

7.2水玻璃舊砂的性能特征及其再生方法的選擇

7.2.1水玻璃舊砂的性能特點(diǎn)

7.2.2水玻璃舊砂常用的兩種再生方法比較

7.3典型的水玻璃舊砂干法再生設(shè)備系統(tǒng)

7.3.1立式逆流攪拌干法再生系統(tǒng)

7.3.2“振動(dòng)破碎球磨—加熱干燥—?dú)饬鳑_擊”干法再生系統(tǒng)

7.3.3“水平滾筒式逆流攪拌”干法再生系統(tǒng)

7.3.4振動(dòng)式干法再生系統(tǒng)

7.3.5離心沖擊式干法再生系統(tǒng)

7.4水玻璃舊砂的濕法再生技術(shù)及設(shè)備

7.4.1國內(nèi)常見的濕法再生系統(tǒng)

7.4.2國外較完整的濕法再生系統(tǒng)

7.4.3強(qiáng)擦洗濕法再生及污水處理系統(tǒng)

7.4.4水玻璃舊砂濕法再生的污水處理技術(shù)

7.5水玻璃舊砂的其他再生回用方法

7.5.1“化學(xué)改性”水玻璃舊砂方案

7.5.2水玻璃舊砂的“干法回用—濕法再生”方案

7.6水玻璃舊砂的再生機(jī)理及影響因素

7.6.1干法再生的再生機(jī)理及其影響因素

7.6.2濕法再生的機(jī)理及其影響因素

7.7水玻璃再生砂的性能特征

7.7.1吸濕性

7.7.2可使用時(shí)間

7.7.3再生砂的黏結(jié)強(qiáng)度

7.7.4再生砂循環(huán)使用后的潰散性

7.8水玻璃舊砂的再生效率與再生砂性能的綜合評(píng)價(jià)

7.8.1再生效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)

7.8.2Na2O含量的測(cè)定方法及其影響因素

7.8.3Na2O含量累積的理論計(jì)算

7.8.4再生砂性能的指標(biāo)及其綜合評(píng)價(jià)

7.9水玻璃再生砂的成本及經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

7.9.1水玻璃再生砂的成本

7.9.2新砂成本及運(yùn)輸費(fèi)

7.9.3經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算舉例

7.10水玻璃再生砂技術(shù)研究新進(jìn)展

參考文獻(xiàn)

第8章水玻璃砂工藝技術(shù)研究的最新成果及發(fā)展方向

8.1水玻璃砂工藝技術(shù)研究的最新成果

8.1.1改性水玻璃研究與開發(fā)

8.1.2水玻璃舊砂再生理論、新技術(shù)與裝備的研究

8.1.3水玻璃復(fù)合硬化工藝研究

8.1.4其他水玻璃砂工藝及理論研究成果

8.2水玻璃砂工藝技術(shù)研究及應(yīng)用的發(fā)展方向

8.2.1水玻璃砂工藝技術(shù)仍存在的問題

8.2.2水玻璃砂工藝技術(shù)研究及應(yīng)用的發(fā)展方向

8.3微波硬化水玻璃砂工藝新進(jìn)展

8.3.1微波硬化水玻璃砂工藝的影響因素

8.3.2二次微波硬化水玻璃砂新方法

8.3.3微波硬化水玻璃砂的抗吸濕技術(shù)

8.421世紀(jì)基于水玻璃砂工藝的綠色清潔鑄造生產(chǎn)技術(shù)展望

8.4.1建立友好的水玻璃砂清潔鑄造生產(chǎn)的環(huán)境

8.4.2實(shí)現(xiàn)無污染的水玻璃舊砂完全再生回用

8.4.3智能化水玻璃自硬砂鑄造技術(shù)及裝備

參考文獻(xiàn)

第9章水玻璃黏結(jié)劑及其型砂的性能測(cè)試方法

9.1水玻璃黏結(jié)劑

9.1.1密度

9.1.2黏度

9.1.3Na2O含量

9.1.4SiO2含量

9.1.4模數(shù)

9.1.5水不溶物

9.2水玻璃砂

9.2.1取樣和試樣制備

9.2.2含水量

9.2.3透氣性

9.2.4強(qiáng)度

9.2.5可使用時(shí)間

9.2.6表面穩(wěn)定性

9.2.7吸濕性

9.2.8潰散性

9.3水玻璃舊砂及其再生砂

9.3.1水玻璃舊砂及再生砂中Na2O含量的測(cè)定

9.3.2水玻璃舊砂及再生砂中的可溶和不可溶部分的測(cè)定

9.3.3灼燒減量

9.4硬化劑性能測(cè)試

9.4.1CO2硬化劑

9.4.2有機(jī)酯硬化劑

參考文獻(xiàn)

第10章水玻璃自硬砂工業(yè)應(yīng)用實(shí)例

10.1水玻璃自硬砂造型關(guān)鍵設(shè)備及其生產(chǎn)線

10.1.1大型連續(xù)（移動(dòng)式）混砂機(jī)

10.1.2大噸位大臺(tái)面振實(shí)臺(tái)

10.1.3大型翻轉(zhuǎn)起模機(jī)在鐵路道岔上的應(yīng)用

10.1.4大型液壓全自動(dòng)合箱機(jī)

10.1.5大型電動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手

10.1.6大型流涂機(jī)

10.1.7取件下芯機(jī)械手

10.1.8酯硬化水玻璃砂造型制芯自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)例

10.2水玻璃舊砂再生實(shí)用系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備

10.2.1中溫加熱干法再生系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備

10.2.2多級(jí)強(qiáng)擦洗濕法再生系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備

10.3水玻璃舊砂再生短流程技術(shù)、設(shè)備及其應(yīng)用

10.3.1水玻璃舊砂短流程再生系統(tǒng)原理與特點(diǎn)

10.3.2短流程舊砂再生系統(tǒng)組成

10.3.3短流程舊砂再生系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備

10.3.4水玻璃自硬砂綠色鑄造“升級(jí)版”新技術(shù)

參考文獻(xiàn)2100433B

本書系統(tǒng)全面地介紹了水玻璃砂的工藝原理及實(shí)用生產(chǎn)技術(shù)，還介紹了水玻璃砂技術(shù)研究與應(yīng)用的新成就及其發(fā)展趨勢(shì)。主要內(nèi)容包括：概述、水玻璃砂的工藝原理及特征、水玻璃黏結(jié)劑的老化及改性、CO2硬化水玻璃砂、有機(jī)酯硬化水玻璃砂、水玻璃砂涂料、水玻璃舊砂再生技術(shù)、水玻璃砂工藝技術(shù)研究的新成果及發(fā)展方向、水玻璃黏結(jié)劑及其型砂的性能測(cè)試方法、水玻璃自硬砂工業(yè)應(yīng)用實(shí)例。本書內(nèi)容豐富新穎，密切結(jié)合工廠的生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)水玻璃砂材料、工藝、裝備的理解及應(yīng)用具有較大的指導(dǎo)意義。

酯硬化堿性酚醛樹脂有下列優(yōu)點(diǎn):型砂質(zhì)量易控制;硬化后起模,保證鑄件的尺寸精度;型砂高溫韌性好,砂眼缺陷少;鋼液在型腔中降溫緩慢,有利于薄壁鑄件提高質(zhì)量;澆注時(shí),型腔中氣體為還原性氣體,高溫鋼液不易氧化,克服了由氧化膜而引起的表面皺紋缺陷。2100433B