真空CO2硬化水玻璃砂的性能及影响因素分析

1.VRH-CO₂法工艺的主要特点

1）水玻璃加入量少。当型砂中水玻璃占原砂质量的2.5％～3.5％时，抽真空后吹CO₂，2min后的砂型强度可达1～2MPa，并可以立即进行浇注。

2）型砂的流动性好，易于造型紧实。

3）能显著改善型砂的溃散性，尽管VRH-CO₂法型砂比树脂砂的溃散性差但溃散性及旧砂再生性能比普通CO₂吹气水玻璃砂有明显改善，可采用干法再生，再生回收率可达90％以上。

4）能提高铸件质量。VRH-CO₂法可实现先硬化后起模的工艺，砂型（芯）尺寸、形状精确，提高了铸件尺寸精度；同时硬化后的砂型（芯）水分含量低铸件的气孔、针孔等缺陷相应减少。

5）降低了水玻璃黏结剂和CO₂气体的消耗，降低了造型材料费用，提高了经济效益。

6）VRH法的不足之处是：设备投资大，固定尺寸的真空室不能适应过大或过小的砂箱或芯盒。

由于水玻璃加入量减少，CO₂消耗量降低，旧砂回用率提高，降低新砂耗量等因素，VRH-CO₂法与普通水玻璃CO₂工艺相比，每吨铸件可节约型砂费用15％～20％。

2.影响性能的主要因素

（1）真空度 在VRH-CO₂法中，真空度对CO₂气体硬化水玻璃砂型强度的影响如图3-14所示。

抽真空时要迅速，应在数分钟内达到所需真空度，此时型砂处于过冷状态。若抽真空的速度不够快，水分缓慢释出，水蒸气压抵消部分真空度，使真空度难以达到规定要求。同时要求管道系统宜短而

图3-14 真空度对CO₂气体硬化水玻璃砂型强度的影响

粗，弯曲部分尽量减少以降低排气阻力。为防止从真空室里吸收粉尘而设置的水分分离器的面积应尽量大，以减少压头损失。真空室内的真空度最好要达到水的饱和蒸汽压（即2.6kPa）以下，但要注意低于1kPa时型砂强度反而下降。(www.xing528.com)

由图3-15和3-16可以看出：真空度越高，型砂脱水率越高；随着脱水率的增加，其存放强度增大到一定值后又下降。脱水率为30％，真空度为2.0kPa时，24h存放强度最好。真空度过高导致脱水率加大，使得水玻璃膜出现裂纹从而使型砂强度下降。

通常，铸型进入真空室后，抽气到2.6～2.7kPa的真空度，进行真空脱水硬化和通入CO₂硬化。涂料以酒精系列为好，硅溶胶更容易干透。

图3-15 真空度与脱水率的关系

图3-16 脱水率与存放强度的关系

（2）CO₂通气压力 CO₂通气压力，视真空室剩余空间的大小而增或减一般在40kPa左右。CO₂的消耗量不仅取决于真空室的体积，还取决于CO₂的压力。为降低CO₂消耗，真空室要尽可能地小，尽量接近砂型（芯）的大小，并降低CO₂压力。CO₂的消耗量和型砂抗压强度的关系如图3-17所示

图3-17 CO₂的消耗量和型砂抗压强度的关系

（3）CO₂气体保持时间 通入CO₂一定时间后（夏季1～2min，冬季2～3min），即可打开真空室导入空气，然后型（芯）砂即可取出合箱浇注。表3-7为CO₂保持时间与砂型强度的关系。

表3-7 CO₂保持时间对砂型强度的影响（单位：MPa

（4）其他因素 VRH-CO₂法的型砂可用新砂配制面砂，背砂可以用再生砂。砂温以20℃左右为佳。温度过高，水分蒸发快难以形成真空；温度太低反应减慢达不到足够强度。但低温时可以采取加热，或添加硅酸钾等措施。采用的硅酸钠水玻璃模数为2.3～2.5，波美度为40～45°Be′，VRH法中采用硅酸钾也不会发生CO₂过吹，所以推荐使用低公害的硅酸钾或混合钾钠水玻璃黏结剂。添加量（质量分数）为2.5％～3.0％（面砂）或2.0％～2.5％（背砂）对于用极细砂配制轻合金铸件型砂时，添加量（质量分数）可达6％～8％。