水玻璃砂的配制方法及工艺特性

用水玻璃作粘结剂混制而成的化学硬化砂称为水玻璃砂。其根据硬化方式的不同分为CO₂硬化水玻璃砂、水玻璃自硬砂和烘干硬化水玻璃砂。

1.CO₂硬化水玻璃砂

（1）传统的水玻璃硬化法

1）CO₂硬化水玻璃砂的工艺特性

①强度：水玻璃砂硬化后的强度较高，其大小主要取决于水玻璃模数、密度、硬化工艺、附加物的性质和加入量等。

②粘模性：水玻璃砂易粘附在模样或芯盒上，影响生产率和产品质量。水玻璃模数越高，加入量越多，粘模越严重。

③发气量：水玻璃砂的发气量主要取决于其中的残留水分。残留水分越少，则发气量越低。CO₂硬化型砂的发气量比自行硬化型砂的发气量大。

④溃散性：水玻璃砂的溃散性较粘土砂差，因此清理较困难。

2）CO₂硬化水玻璃砂的配制

①常用的CO₂硬化水玻璃砂的配方见表2-4。

表2-4 CO₂硬化水玻璃砂的配方

②CO₂硬化水玻璃砂的混制工艺：加料顺序为先加干料，混均匀后再加湿料。其混制工艺为：。

这些早期开发的CO₂硬化水玻璃砂大多要求有一定的湿压强度，以适应先起模后硬化的工艺要求，因而加入一定量的粉状材料，会导致水玻璃加入量居高不下，型砂易烧结，溃散性差，旧砂再生困难。

（2）近年来新开发的CO₂硬化水玻璃砂工艺（具体混制工艺略）

1）新型RC系改性水玻璃砂。该工艺采用RC系列双组分硅铝复合水玻璃。RC复合物是以可溶性铝酸钠为基础，再加适量第3组分的固体粉末，在Na-Si系水玻璃中引入RC相，组成Na-（RC）-Si水玻璃系型砂。由于RC为高熔点材料，对硅砂的侵蚀性弱，使残留强度的第二峰值抑制和推迟，因此型砂在浇注后有较好的溃散性。

2）强力2000多重变性水玻璃砂。该产品以钠钾水玻璃或钠钾锂水玻璃为基础，通过物理和化学改性，添加有机-无机粘结剂，经过多重变性处理后，其粘结强度较普通钠水玻璃提高70%左右，因而可降低水玻璃的加入量。

3）此外还有CO₂硬化Solosi-433改性水玻璃砂、CO₂硬化有机改性硅酸复盐水玻璃砂、脉冲CO₂硬化水玻璃砂等。

（3）吹CO₂硬化的方法(www.xing528.com)

1）在砂型（芯）上扎一些ϕ6～ϕ10mm的吹气孔，将吹气管插入吹CO₂，硬化后起模，如图2-2a、b所示。

2）在砂型（芯）上盖罩吹CO₂，如图2-2c、d所示。

3）通过模样上的吹气孔吹CO₂，如图2-2e、f所示。

4）近年来新开发的改进方法

①CO₂预热后再吹入型（芯）中，以增加CO₂的扩散能力，提高硬化效果。

②将CO₂用空气或氦气稀释，以改善硬化效果。

③间断或脉冲吹CO₂。

④定压、定时、定量吹CO₂，用于定型产品。

⑤用测定水玻璃吹CO₂时的电位变化控制吹气时间，能避免欠吹或过吹。

⑥VRH（真空置换法）：将砂型（芯）在真空内经真空脱水后再吹CO₂。

图2-2 吹CO₂硬化水玻璃的方法

2.水玻璃自硬砂

（1）水玻璃自硬砂的种类 在混制水玻璃砂时加入硬化剂，使之能在室温下硬化的型砂称为水玻璃自硬砂。这样可以省去吹CO₂或加热等硬化工序。早期的水玻璃自硬砂有硅铁粉-水玻璃发热自硬砂、硅酸二钙-水玻璃自硬砂等，由于加入粉状材料，导致水玻璃加入量居高不下，使其溃散性差。近年来，新开发的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，比强度提高了一倍以上，1000℃残留强度降低了90%左右。有机酯水玻璃自硬砂与固体硬化剂水玻璃砂的配方及性能对比见表2-5。

表2-5 有机酯水玻璃自硬砂与固体硬化剂水玻璃砂的配方及性能对比

（2）有机酯水玻璃砂的混砂工艺 典型工艺配方（质量比）：原砂（福建水洗海砂40／70目）100，水玻璃2.8，有机酯0.28。混砂工艺为：。