国内改性水玻璃砂工艺及性能分析

近年国内开发的改性水玻璃砂工艺简介如下:

(1)RC系改性水玻璃砂 该工艺采用国内某公司生产的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系水玻璃型砂。两种配方(均为质量比)工艺简介如下:

1)砂(新砂10+旧砂90)+水(1)+复合物RC(1)预混2min+水玻璃,混砂2min卸砂。该配比、工艺适用于间隙式混砂机。

2)水玻璃(100)+复合物RC(25)+水(25)搅拌均匀,将此混合液比照常规水玻璃加入砂中使用。

采用RC系改型水玻璃砂工艺,型砂中水玻璃加入量为砂质量的3.5%时,吹CO₂硬化后24h终抗压强度可达到2.5MPa。

由于RC为高熔点材料,对硅砂的侵蚀性弱,残留强度第二峰值被抑低和推迟浇注后具有较好的溃散性(见图4-6)。

图4-6 RC系列水玻璃砂与普通水玻璃砂残留强度对比

1—普通水玻璃砂,配比(质量比)∶砂100,水玻璃6

2—RC系列水玻璃砂,配比(质量比)∶砂100,水玻璃3.5,水1

(2)强力2000型多重变性水玻璃砂 强力2000型多重变性水玻璃是国内相关单位联合开发的产品。该产品以钠钾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,再经多重变性处理,其粘结强度较普通水玻璃提高70%左右,因而水玻璃加入量可以降低。该产品自成系列,有21个品种可供选用。CO₂硬化的强力2000型多重变性水玻璃砂与普通钠水玻璃砂配比、性能对比见表4-15。

表4-15 多重变性水玻璃砂与普通钠水玻璃砂配比、性能对比

① 市售水玻璃中硅酸钠的质量分数为42%,模数为2.3。

② 强力2000型多重变性(春秋季适用)水玻璃中硅酸钠的质量分数为42%,模数为2.3。

③ 1000℃残留强度似乎偏高,但试样呈脆性,冲击即溃,溃散功很低。

(3)CO₂硬化有机改性硅酸复盐水玻璃砂 有机改性硅酸复盐水玻璃是某铸造材料公司的产品,该产品是以钾钠水玻璃为基的有机改性水玻璃粘结剂。它以非钠水玻璃部分取代钠水玻璃,使型砂残留强度第二峰值后移,加入具有较好粘结性的有机物起助粘作用。采用该产品,CO₂硬化型砂的配比和性能见表4-16。

表4-16 CO₂硬化型砂的配比和性能

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(4)K200系列易溃散改性水玻璃砂K200系列易溃散改性水玻璃是以水玻璃为主体的多元复合液体粘结剂,主要特点如下:

1)粘结强度与普通水玻璃相同,残留强度低,平均小于0.5MPa,溃散性好,一般内腔结构简单件可实现振动落砂。

2)该产品为单一液体,克服了传统溃散剂液固分离、不易操作的缺点。

3)Na₂O含量低,有利于旧砂再生回用。

4)该产品可解决VRH法表面强度低的问题,工艺实用性适应性强,溃散性好,对普通硬化造型法也同样有效。若与VRH法配套使用,更能发挥其优越性。

K200系列易溃散改性水玻璃砂主要性能指标见表4-17。

表4-17 K200系列易溃散改性水玻璃砂主要性能指标

(5)专利改性水玻璃 国内某专利改性水玻璃的型砂性能见表4-18。

表4-18 国内某专利改性水玻璃的型砂性能

(6)脉冲CO₂吹气工艺 脉冲CO₂吹气工艺采用间隔吹气的方式,有利于在CO₂水玻璃砂中扩散,防止CO₂过吹,更好地发挥CO₂的硬化潜力和水玻璃的粘结潜力。脉冲吹气和连续吹气的硬化强度对比见表4-19。

表4-19 水玻璃砂脉冲吹气和连续吹气的硬化强度对比 (单位:MPa)

表4-19中,CO₂吹气流量为2.5m³/h,水玻璃模数M=2.8,水玻璃加入量4%,σ_10min、σ_24h、σ_48h分别为吹气后10min、24h、48h测得的抗压强度,σ₈₀₀℃为800℃时的残留强度。从表中数据可以看出,脉冲CO₂吹气工艺可以较大地提高型砂的24h硬化强度,并使其存放强度大幅度提高。

(7)加热CO₂吹气工艺 采用瓶装CO₂气体硬化水玻璃砂时,从瓶中流出的CO₂气体温度均小于5℃。当CO₂气体从15℃升高到60℃时,CO₂的消耗降低,水玻璃砂的硬化强度提高。

(8)真空CO₂吹气硬化工艺[即真空置换硬化(VRH)法]该方法已形成一套完整的工艺体系。

以上这些工艺可以组合应用,效果会更好,如采用改性水玻璃配制型砂,用脉冲法吹加热后的CO₂气硬化等。