二氧化碳改性水玻璃砂的试验研究

二氧化碳改性水玻璃砂的试验研究

1型芯砂20世纪50年代初，水玻璃砂广泛应用于建筑行业。这种型砂的强度高、成本低、操作简便、生产周期短、生产环境洁净,因此推广使用很快,但由于它的溃散性差,回用困难,60年代末期以来,有被树脂等有机粘结剂型砂取代的趋势。近年来,由于有机粘结剂来源短缺、能耗大、成本高、污染环境等问题较为突出,水玻璃砂又重新为各工业国所重视。我们所用的改性剂是用造纸黑液分离出来的木质素干粉,经专门加工而得的一种无毒、无臭、棕褐色的粘稠液体。我们以这种木质素干粉为基本材料配制改性水玻璃砂,在某厂用于铸钢生产的试验,取得较好效益,由于型(芯)砂溃散性大幅度提高,实现了铸钢件不用水爆可以便利清砂,旧砂回用率达70%以上。废砂处理及环保费用大幅度下降,综合效益显著。2干法与溶剂的配合比例水玻璃是一种碱性溶液,木质素干粉能溶解于碱性溶液因此有利于水玻璃的混溶,故选择了碱性溶剂。在确定干粉与溶剂的配合比例即粉液比时,我们遵循的原则是:以在常温下能于24h内充分溶解为前提,在此前提下,溶剂尽量选低浓度者,粉液比尽量选大者,从而优选出了有实用价值的溶剂浓度和粉液比。在常温下将干粉与溶剂相混合,为加速溶解,对混合物进行了加温溶解试验,最后选择了低于沸点的某一加热温度范围。2.1粘结剂及有机疲散剂原砂:长沙水洗砂,50/100目,二氧化硅>94%,含泥量<1%;粘结剂:水玻璃模数=2.2～2.3,比重=1.5～1.55;有机溃散剂:铝钒土粉<140目;氧化铁粉<140目。据实验,木质素干粉碱性溶液与水玻璃的比例选为1∶(8～10)时配制的改性水玻璃为最好。2.2混合砂处理配砂:长沙水洗砂100%;改性水玻璃5%;铝钒土粉0.3%;氧化铁粉0.3%。此种混合砂的性能见表1。3芯砂配方的确定根据对一些生产厂家的调查,水玻璃砂芯的二氧化碳硬化基本上在芯盒内完成,中、小型砂芯硬化后,直接下芯、合箱、浇注,大砂芯硬化后仍需低温烘干。有时芯砂中加入少量提高湿强度的附加物,其目的在于使芯砂有一定韧性,以利于砂芯的良好操作,据此,我们拟定以下芯砂配方。原砂100%,改性水玻璃5%～5.5%,铝钒土粉0.2%,氧化铁粉0.2%,K0.5%,H0.5%,附加水1.3%。所配制的芯砂性能见表2,符合生产实际要求,使用时间在72h以内。4用改变的水玻璃砂为面砂的生产试验试验在一工厂进行。(1)调整混合料总含水量k原砂100%,改性水玻璃5.5%,K0.5%,氧化铁粉0.2%,H0.5%,附加水适量(用以调整混合料总含水量在3.5%左右)。(2)试验结果表明的配件闸瓦托(铸钢),单件净重6kg,材质为ZG15,浇注温度为1500℃。试验结果见表3。(3)改性水玻璃砂组芯造型,串铸,一型9件,不刷涂料,砂型、砂芯用同样混合料,砂型、砂芯均在射芯机上射制,在芯盒内用二氧化碳硬化,硬化时间2min,硬化后出盒按串铸的工艺拼装,不另加温烘烤,当天浇注。浇注后的次日,不予水爆,而用人工清理,砂型、砂芯溃散性甚佳,用钢钎轻戳或榔头轻敲,砂型(芯)即大部分松散脱落,铸件尺寸准确,表面光洁,内孔有一层厚约1mm的烧结层,经消除内应力的退火处理,铸件表面脱下一层氧化皮,该烧结层便完全脱落,如砂芯刷以涂料,则可根除这一烧结薄层。生产试验证明,改性水玻璃砂制作小型铸钢件的砂型(芯),采用二氧化碳硬化工艺,其结果是较理想的。从表3看出,改性水玻璃的加入量5.5%所得二氧化碳硬化强度远超出0.2MPa的厂定指标,将改性水玻璃加入量降到5%甚至4.5%,其二氧化碳硬化强度仍然可满足技术要求,这时的溃散性将更为优异,对实现无水爆清砂工艺和提高型砂回用率都很有利。5水爆工艺的作用(1)从基础研究和生产试验的结果可以肯定,改性水玻璃砂的工艺性能优良,用于生产中、小型铸钢件可以实施无水爆清砂工艺且回用量可明显提高,经济效益显著。实施无水爆工艺不仅有利于保证铸件质量,也避免了水爆池内大量碱性污水的排放,避免了环境污染。(2)木质素干粉是造纸工业副产品,价格低廉(400～600元/吨),本质素干粉碱性溶液的成本是700～800元/吨,木质素干粉是环境治理工程的副产物,将其成功应用于铸造工业,是变污染物为