水玻璃砂型介绍PPT课件.ppt

CO2硬化法 水玻璃系 水泥系 自硬型 无机化学粘结剂的种类 磷酸盐系 其它粘结剂 自硬法 加热硬化法 CO2法VRH CO2法 粉状固化剂 硅铁粉硅酸二钙 液态固化剂 有机酯无机酯 硅酸盐水泥矾土水泥双快水泥 自硬法加热硬化法 无机化学粘结剂 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 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 2 1钠水玻璃及钠水玻璃砂的硬化机理 一 概述 钠水玻璃 Sodiumsilicate waterglass 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 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 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 1 033 SiO2 Na2O式中 SiO2 Na2O 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 xNaOH 13 3 SiO2 M 12 9 Na2OxNH4Cl 1 73 Na2O SiO2 M 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 1 32 1 68 cm3或波美度30 54的水玻璃 水分和含固量比密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 钠水玻璃水分与粘度的关系 水分增大 密度 粘度减小 硬化方式与水玻璃模数 密度的关系 不同产地水玻璃及性能 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 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 Na OH 2 6 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 2 9 Si O H O Si Si O Si OH 2 10 硬化反应 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 1 脱水硬化 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 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 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 CO2 H2O 2H CO32 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 真空硬化0 06 0 16um 加热硬化0 035 0 4um 3 CO2硬化 硅酸凝胶中仍有大量未被蒸发的水 因而强度低 2 2CO2 钠水玻璃砂 1 目前广泛采用的CO2钠水玻璃砂 大都由石英砂加入4 5 8 0 的钠水玻璃配制而成 2 对几十吨大型铸钢件 全部面砂或局部采用镁砂 铬铁矿砂 橄榄石砂 锆砂等特种砂代替石英砂较为有利 3 可使用各种混砂机混制 混好的砂最好放在有盖的容器中 或者覆以湿的麻袋 以免砂中水分蒸发和与空气中CO2接触 芯 型 砂 1 流动性好 制芯时可用手工或靠微震紧实 也可采用吹射制芯 型 2 大的砂芯为增加容让性和便于排气 砂芯内部放块度为30 40mm的焦碳块 炉渣或干砂 并在中心挖出气孔 上部通至箱口 3 型和芯一般要扎通气孔 使CO2气体可以通过 加速硬化 造芯 型 的方法 插管法 通过砂型中插入的空心金属杆吹入CO2盖罩法 向扣在修好的砂型上的罩盖中通入CO2真空硬化 VRH CO2 法 砂型 芯 在真空室内经真空脱水后 再经CO2硬化大量节约气 硬化效果好 常用方法 CO2硬化方法 插管法硬化方法 图2 14插管法硬化示意图a 硬化砂型b 硬化砂芯 2020 2 6 19 盖罩法硬化方法 图2 15盖罩法硬化示意图 通过模样吹气法 使CO2在模样与砂型界面发生反应脉冲吹气法 吹CO2时吹吹停停 总时间不变 节约气 吹气方式 VRH CO2法硬化方法 图2 16VRH CO2法硬化示意图1 液体CO2瓶2 气化器3 CO2气体储气罐4 阀5 真空室6 芯盒7 三通阀8 水 粉尘分离器9 真空泵 1 水玻璃加入量少 当水玻璃加入量在3 4 真空吹CO2后2h 砂型强度可达1 2MPa 终强度可达2MPa以上 完全满足生产工艺要求 2 显著改善砂型的溃散性 尽管比树脂砂的溃散性差些 但落砂及旧砂再生均能明显改善 可用干法再生 其再生回收率达80 左右 3 提高铸件质量 VRH法实行先硬化后起模的工序 而且由于水玻璃加入量少 砂型 芯 在高温下变形减少 均有利于提高铸件尺寸精度 同时硬化后的砂型 芯 水质量分数小 铸件的气孔 针孔等缺陷相应减少 4 降低造型材料费用 提高经济效益 由于水玻璃加入量减少 CO2消耗量降低 旧砂回用率提高 节省新砂耗量等因素 VRH法与普通水玻璃CO2硬化工艺相比 每吨铸件型砂费用可节约15 20 VRH CO2法硬化方法工艺的主要特点 1 抽真空将紧实的砂箱或芯盒置于真空室内抽真空 要求真空度至少在4000Pa之下 最好2600Pa之下 2 往真空室导入CO2VRH法水玻璃砂型 芯 吹CO2是在真空室内进行的 因为CO2在抽真空的砂型 芯 里运动没有障碍 扩散迅速 与水玻璃反应快而均匀 CO2耗量减少 注意CO2压力随室温变化而变化 冬天应比夏天压力高 VRH CO2法的主要工序及相关要求 2 3自硬钠水玻璃砂 附加物 改善砂芯 型 的保存性 出砂性 减少铸件缺陷 提高铸件表面质量的所组成 概述 组成 原砂 钠水玻璃 粉状固化剂或液体有机酯硬化剂 1 目前常用的粉状固化剂为不会形成危险气体的含硅酸二钙 2CaO SiO2 简称C2S 的粉末以及硅酸盐水泥 2 实际生产中常用含大量C2S的赤泥 铬铁渣 碱性电炉炉渣 熔炼镁铝的还原渣等废料作固化剂 3 赤泥 铬铁渣等废料固化剂加入量为砂质量的3 6 水玻璃为5 5 8 含水量为4 6 填沙后40 180min可脱模 24h的抗压强度可达0 6MPa以上 粉状固化剂 钠水玻璃砂 1 通常市售的铸造用有机酯大都是多种酯以不同比例混合而成 以满足生产上所需不同的使用时间和硬化速度的要求 用酯硬化钠水玻璃 酯水解产物之一的丙三醇在浇注时被烧掉 有助改善型芯的出砂性 2 铸造用有机酯至今尚无产品质量标准 通常验收条件强调产品主成分酯质量分数大于98 和有害杂质的质量分数小于0 5 工艺也相对稳定 3 应根据本厂铸件的结构特点所需要的操作实践来确定型砂工艺的可操作实践 4 温度是大多数化学反应的重要影响因素 高温季节多用慢酯 低温季节多用快酯 5 有机酯钠水玻璃砂可用于单件和成批生产钢铁及其他合金铸件 小的型 芯用单一砂 而大 中型砂型则用它作面砂 液态有机酯固化剂 钠水玻璃砂 水玻璃砂用液体催化剂 2 4烘干硬化水玻璃砂 烘干硬化水玻璃的强度比CO2硬化砂的强度高10倍左右 为得到CO2硬化砂同样的常温强度 烘干硬化砂水玻璃的加入量可降到2 3 因而使溃散性有显著改善 烘干硬化水玻璃砂 除传统的进窑烘干外 现已发展了在芯盒内吹热风硬化 热芯盒内硬比 微波硬化等新的制芯工艺 但这些新的制芯工艺只适于制中小型芯 概述 1 根据烘干硬化方法决定 进窑烘干 要求有一定湿强度 配比中常加适量耐火粘土 膨润土或含膨润土的溃散剂 并加适量水或NaOH溶液 采用这种工艺时 型砂的配比和CO2硬化砂的配比接近 热芯盒内硬化和微波加热硬化 对湿压强度没有要求 不加附加物 水玻璃加入量可降到2 5 3 5 2 热气烘干法是使干燥的热气流均匀地透过砂芯 溢出时带走砂芯中水玻璃的水分 从而使水玻璃胶凝 砂芯固化的一种方法 应用这种方法 在设计芯盒时应设计好进 排气通道 务必使砂芯全部硬透 热气烘干法对工装设计要求较高 热气流烘干需要较长时间 效率也受影响 烘干硬化水玻璃砂的配比 2 5微波硬化法硬化水玻璃砂 微波烘干法是一项正在开发中的新工艺 其特点是利用微波加热快而均匀的特点 充分发挥水玻璃脱水硬化粘结强度最高的优势 使型砂中水玻璃加入量降到最低限度 概述 1 在一定范围内 微波烘干水玻璃砂的强度与水玻璃加入量成正比 2 微波烘硬时间与微波炉功率成正比 基本规律 2 6钠水玻璃砂溃散性问题及其解决途径 钠水玻璃砂在生产中存在的主要问题 溃散性差砂型芯表面易粉化 即白霜 铸铁件易产生粘砂抗吸湿性差旧砂再生和回用困难 概述 评定指标 残余强度 将 30mm 50mm的环形试样加热到一定温度 并保温30 40min 随炉冷后测定抗压强度 残余强度两个峰决定了钠水玻璃溃散性的好坏 铸件出砂的难易 200 是硅酸凝胶和未反应的硅酸钠脱水强化效果 800 时硅酸钠开始熔融 粘结膜的内应力 裂纹 气孔等消失 高温强度降低 但降温后熔融硅酸钠形成坚硬玻璃体或晶体 出现第二峰 溃散性评定指标 相变硬化峰 脱水强化峰 相变膨胀 钠水玻璃砂溃散性差的解决途径 1 减少钠水玻璃的用量钠水玻璃的用量决定出砂难易 加入量由8 降低到4 出砂工作量可减少4 5 2 加入附加物糖类 树脂类 油类 纤维类等高温下挥发 汽化或燃烧碳化 破坏粘结膜的完整性 改善在600 以前的出砂性 800 以后钠水玻璃熔化 效果不明显 降低800 1100 的残余强度 高温下与熔融硅酸钠形成高熔点相 后移800 的残留强度峰 本身或新产物相变膨胀 收缩系数不同产生裂纹 或形成脆化膜降低残留强度 3 降低易熔融物质的含量钠水玻璃中的钠减少 是提高钠水玻璃粘结剂的熔融温度 降低其残留强度的关键 4 采用以石灰石作原砂的钠水玻璃CO2硬化砂 2 7钠水玻璃砂的再生 水玻璃加入量砂铁比浇注温度铸件壁厚硬化方法 概述 再生困难 质量指标Na2O含量大件 0 2 0 3 小件 0 5 钠水玻璃砂再生解决途径 1 湿法再生振动破碎 旧砂 水 机械搅拌 水力