CO2硬化水玻璃砂型工艺优化方案

CO₂硬化水玻璃砂型工艺又分为普通CO₂硬化水玻璃砂型工艺和真空CO₂硬化水玻璃砂型工艺（VRH-CO₂法）两种。

1.普通CO₂硬化水玻璃砂型工艺

普通CO₂硬化水玻璃砂型，大都由纯净的人造（或天然）硅砂加入6.0％～8.0％（质量分数）的钠水玻璃配制而成。对于几十吨的大型铸件或质量要求高的铸钢件砂型（芯），全部面砂或局部采用镁砂、铬铁矿砂、橄榄石砂、锆砂等特种砂代替硅砂较为有利。为了使水玻璃砂具有一定的湿强度和可塑性，以便脱模后再吹CO₂硬化，可加入1％～3％（质量分数）的膨润土或3％～6％（质量分数）的普通黏土；为了改善水玻璃砂的溃散性或出砂性，可加入一定量（质量分数一般为1％～5％）的溃散剂或溃散性物质（如木屑、石棉粉等）。

水玻璃砂可采用各类混砂机混制，如碾轮式混砂机、叶片式混砂机等。混好的砂通常放在有盖的容器内或覆盖有湿麻袋的场地待用，以免砂中的水分挥发和与空气中的CO₂接触而硬化。

水玻璃砂具有良好的流动性，造型、制芯时可采用手工紧实，也可采用振动紧实。通常是吹CO₂气体硬化后起模；再硬化一定时间后，组芯、合箱等浇注。

CO₂吹气硬化的方式也多种多样，有插管吹气法（见图3-2）、盖罩吹气法（见图3-3）等。要求CO₂能迅速均匀地进入型（芯）的各个部位，以最少的CO₂消耗达到均匀硬化型（芯）各部位的目的，避免出现不能硬化（或硬化不良）的死角。

图3-2 插管吹气法

a）硬化砂型 b）硬化砂芯

普通CO₂硬化水玻璃砂型工艺的缺点是：水玻璃加入量较多（质量分数为7.0％～9.0％），溃散性较差，旧砂再生困难；硬化过程不太稳定，会使铸型（芯）产生“过吹”现象，导致铸型（芯）强度的下降；对于大型铸件的型（芯）表面易粉化，而内部又难以硬透，使铸件形成夹砂、鼠尾、砂眼等缺陷型（芯）砂的吸湿性较强，在湿度较大的气候下，储放的稳定性较差。

2.真空CO₂硬化水玻璃砂型工艺(www.xing528.com)

图3-3 盖罩吹气法

a）砂型硬化 b）砂芯硬化

真空CO₂硬化水玻璃砂型工艺（Vacuum Replace Hardening），简称为VRH-CO₂法。它是将造型紧实后的水玻璃砂型（芯），连同模板一起送入一真空室内抽气，当达到一定的真空度后，向箱内通入CO₂气体，几分钟后铸型（芯）即可硬化达到一定的强度。VRH-CO₂法示意图如图3-4所示。铸型（芯）从真空室内取出，进行起模，2～4h后即可浇注。

图3-4 VRH-CO₂法示意图

1—液体CO₂瓶 2—汽化器 3—CO₂储气罐4、7—控制阀 5—真空室 6—芯盒 8—水粉尘分离器 9—真空泵

CO₂吹气硬化之前对型（芯）抽真空，有两个优点：一是抽真空时，水玻璃中的水分蒸发，促使水玻璃脱水硬化；二是砂粒间隙中的空气几乎被抽净，当通入CO₂时，气体迅速进入间隙中与砂粒表面的水玻璃均匀反应，进一步使之硬化由于VRH-CO₂法是一定真空度的条件下，CO₂气体以极高的浓度与水玻璃接触反应充分、迅速、均匀，用较少的水玻璃和CO₂气体即可达到足够的铸型（芯）强度。VRH-CO₂法的水玻璃加入量可降至3％～4％（质量分数），CO₂气体的消耗比普通CO₂硬化水玻璃砂工艺减少1／2～2／3。因此，VRH-CO₂法既是来源于普通CO₂硬化水玻璃砂的工艺，又是优于普通CO₂硬化水玻璃砂的工艺。

VRH-CO₂法的缺点是设备投资大，操作和维修要求严格，固定的真空室尺寸对于不同大小和不同形状铸型（芯）的适应能力差，因而制约了该工艺的广泛应用