水玻璃有机酯自硬砂工艺简介

　　水玻璃的加入量是在选择水玻璃产品时，铸造厂家应思考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，就从另一方面代表着越差的溃散性，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。

　　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2.2~3.0%，型砂抗压强度达2.0~3.6MPa。

　　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、铸件生产规格要求的变化，可完全满足多种工厂造型制芯的工艺技术要求，能建成生产线．耐老化性能

　　在水玻璃中，自发地生成胶体聚合的现象称为“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30~35%。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，为了能够更好的保证型芯的强度，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。

　　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，可在某些特定的程度上破坏水玻璃膜的完整性，以此来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一样的收缩系数，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，我们提议厂家选用改性水玻璃产品。

　　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，要关注如下几个问题：

　　改性水玻璃强度的高低，是选择水玻璃产品时首先应思考的问题。水玻璃砂型一定要有相当高的强度，才能抵抗各种外力的破坏，保证在起模、搬运、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，只可以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。我们大家都认为，砂型抗拉终强度至少应达到0.4MPa，才可能正真的保证工艺的稳定性。

　　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1.3~1.6 g/cm3之间，波美度介于35~54°Be’之间。为了方便储存，模数高的水玻璃，其密度反而更低。

　　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2.0~3.0之间的水玻璃，其各项性能较平衡，为铸造行业所常用。

　　可见，改性水玻璃自硬砂工艺无论其工艺性能、铸件质量，还是生产所带来的成本、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；生产所带来的成本低而工艺性能好，满足铸造厂家的实际的需求；铸件质量好，符合客户的利益，是一种优良的铸造砂型种类。

　　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。

　　粘度也影响水玻璃的工艺性能。当浓度一定时，水玻璃模数越大，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。

　　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。

　　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，其硬化途径则可分为两种，即物理硬化和化学硬化。物理硬化指除去水玻璃中的水分，使其因失水而硬化；化学硬化指通过硅酸钠水解，形成硅酸溶胶，最后形成硅酸凝胶的硬化过程。这两种机理既有区别，又有联系。在实际的水玻璃硬化过程中，很难区分到底是物理硬化还是化学硬化，往往是两者兼有，共同作用。有机酯固化剂硬化水玻璃砂，就是物理硬化与化学硬化相结合的过程。整个硬化过程可大致分为三个阶段：

　　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。利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，利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，这样有助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1/4~1/5，即能保证砂型造型工作顺利完成，脱模时间也能够很好的满足生产需求。

　　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型砂型。它具有以下的工艺特点：

　　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。

　　关于水玻璃残留Na2O………………………………………………………………14

　　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要，发展和完善了这一重要而先进的生产技术。

　　一般的改性水玻璃砂型，水玻璃加入量为2.0~3.0%，当原砂条件不太好、工艺要求强度特别高的时候，可能会要加到3.5~4.0%。许多厂家在试用的时候往往推荐小的加入量，但我们大家都认为：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技术要求，用以保证造型工作无论在何种天气状态下也能顺顺利利地进行。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。

　　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，我们大家都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，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。

　　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。原砂的适合使用的范围大，可用硅砂、铬铁矿砂、镁橄榄石砂等各种原砂。但是，为了能够更好的保证砂型的质量，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0.8%；用来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）

　　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

　　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）可以大幅度提高工厂铸件质量。铸件质量超过原CO2水玻璃砂工艺的水品，表面上的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。