目录
第一部分水玻璃基础
水玻璃有机酯自硬砂工艺简介 (1)
关于水玻璃的几个基本概念 (1)
第二部分改性水玻璃
改性水玻璃自硬砂的主要性能参数 (3)
酯硬化水玻璃硬化机理 (4)
影响水玻璃自硬砂硬化特性的主要因素 (5)
改性水玻璃自硬砂的材料 (6)
改性水玻璃和有机酯固化剂的使用方法 (7)
混砂、造型注意事项 (8)
常见问题诊断及解决方案 (9)
第三部分再生砂水玻璃
再生砂的特性 (11)
再生砂工艺要点 (11)
再生砂水玻璃材料及工艺 (12)
常见问题诊断及解决方案 (13)
关于水玻璃残留Na2O (14)
第一部分水玻璃基础
一、水玻璃有机脂自硬砂工艺简介
改性水玻璃有机酯自硬砂工艺是一种先进的造型工艺，它克服了传统水玻璃砂加入量高、溃散性差、旧砂回用率低等缺点，是一种符合二十一世纪可持续发展的绿色环保工艺。我公司顺应时代发展潮流，契合铸造厂家的实际需要，发展和完善了这一重要而先进的生产技术。
水玻璃作为一种铸造粘结剂，引进中国铸造车间已有几十年的历史，其应用工艺也从早期的二氧化碳硬化，发展到固化剂硬化。二氧化碳硬化法硬化速度快，但硬化过程中稳定性欠佳，常使型砂过吹，厚大砂芯内部难以硬透，导致铸件产生较多的缺陷。粉状硬化剂硬化法虽然比二氧化碳法有了较大进步，但由于水玻璃容量高达8%以上，浇铸后型砂残留强度高，溃散性差，这使其应用受到限制。液体硬化剂的使用，由于其水玻璃加入量少、溃散性好、工艺简单等特点，至今已发展成为一种有强大生命力的新型砂型。它具有以下的工艺特点：
1）水玻璃加入量低而砂型强度高。改性水玻璃的加入量为砂重的2.2~3.0%，型砂抗压强度达2.0~3.6MPa。
2）型砂综合工艺性能好。冬季硬透性好，硬化性能可调性好。通过调整水玻璃和固化剂的种类及加入量，容易适应外界环境、铸件生产要求的变化，可完全满足不同工厂造型制芯的工艺要求，能建成生产线大批量生产。
3）可实现水玻璃砂的干法再生回用，回用率≥80%，可以消除水玻璃砂废砂和废水对生态环境的污染。
4）可以大大提高工厂铸件质量。铸件质量超过原CO2水玻璃砂工艺的水品，表面质量和尺寸精度与树脂自硬砂工艺相同，铸件内部质量远优于呋喃树脂自硬砂工艺。
5）砂型发气量低，可有效防止铸件裂纹及气孔缺陷。
6）生产成本低，环境污染小。
可见，改性水玻璃自硬砂工艺无论其工艺性能、铸件质量，还是生产成本、环境保护方面比其它工艺更具竞争力。它绿色环保，符合国家大政策方针；生产成本低而工艺性能好，满足铸造厂家的实际需求；铸件质量好，符合客户利益，是一种优良的铸造砂型种类。
二、关于水玻璃的几个基本概念
钠水玻璃的化学表达式为Na2O.mSiO2.nH2O，主要成分是硅酸钠，为弱酸强碱盐，其干态时为白色或灰白色团块或粉状。溶于水时，纯的钠水玻璃外观为无色粘稠状液体，当含有少量杂质时，外观呈灰色或绿色。钠水玻璃有几个重要参数，直接影响其化学和物理性能，也直接影响水玻璃砂的工艺性能。了解这些参数，对您选择合格的水玻璃产品有所帮助。
1. 模数
水玻璃的模数是SiO2和Na2O的物质量之比，通常用m表示。水玻璃的模数会影响水玻璃的物化性质，如SiO2和Na2O的相对含量，水玻璃的分散状态等，并通过影响这些物化性能，对水玻璃的耐老化性能、硬化速度、砂型再生性能等多项应用性能造成影响。模数高的水玻璃，其粘度往往较大，硬化速度快、可使用时间短、硬化初期强度较高，但24小时后型砂达到的终硬化强度却较低，而且易凝结、不稳定，容易老化而影响性能。而低模数的水玻璃由于Na2O质量分数高，粘结膜中硅酸钠凝胶量多，虽硬化速度相对较慢，终硬化强度却较高，且不易老化，可使用时间长，更适宜用于再生砂的场合。需要指出的是，高模数和低模数的概念是相对的。用于铸造砂型的水玻璃，模数即不能太高，也不能太低。模数介于2.0~3.0之间的水玻璃，其各项性能较平衡，为铸造行业所
常用。
2. 浓度、密度和粘度
浓度指水玻璃中SiO2和Na2O的总体含量。当模数一定时，浓度越大，密度越大，说明固体含量高，即水玻璃中硅酸钠的绝对含量高，水玻璃粘接力大。在使用中，一般用水玻璃的密度和波美度来反映硅酸钠的浓度。铸造上常用的水玻璃，密度介于1.3~1.6 g/cm3之间，波美度介于35~54°Be’之间。为了方便储存，模数高的水玻璃，其密度反而更低。
粘度也影响水玻璃的工艺性能。当浓度一定时，水玻璃模数越大，粘度越大；增加水玻璃浓度时，高模数水玻璃的粘度比低模数水玻璃的粘度增加的更快；水玻璃模数不变时，浓度越大，粘度越大。粘度太大的水玻璃难于混匀，不能应用在铸造工艺上，一般铸造用水玻璃的粘度小于350 MPa.S。
3. 铸造钠水玻璃的技术指标
行标规定的钠水玻璃要达到七项技术指标，包括密度、Na2O含量、SiO2含量、模数、铁含量和水不溶物含量。除前文介绍的两方面内容外，还特别规定了元素铁盒不溶性盐的含量。它们与氯化钠、硫酸钠、碳酸钠等水溶性杂质一起，会对水玻璃的粘度、硬化速度、粘接强度、老化速度等产生不利的影响。下表例举了两种钠水玻璃的技术指标。
型号密度
（g/cm3）Na2O含量
（%）
SiO2含量
（%）
模数
（m）
铁含量
（%）
水不溶物含量
（%）
ZS2.9 1.40~1.50 ≥25.7 ≥10.2 2.51~2.90 ≤0.04 ≤0.6 ZS2.5 1.50~1.56 ≥29.2 ≥12.8 2.20~2.50 ≤0.05 ≤0.8
第二部分改性水玻璃
一、改性水玻璃自硬砂的主要性能参数
改性水玻璃的几项重要的应用性能，如加入量、终强度、溃散性等，会对造型、落砂等多种工艺性能造成重大影响。根据其对工艺、性能的影响，选用改性水玻璃产品时，需要关注如下几个问题：
1．终强度
改性水玻璃强度的高低，是选择水玻璃产品时首先应该考虑的问题。水玻璃砂型必须具有相当高的强度，才能抵抗各种外力的破坏，保证在起模、搬运、下芯、合型等过程中不会破损、塌落；在金属液的冲刷下不会胀砂和跑火。影响这种抵抗能力的最主要指标是终强度。它不仅对整个造型工作能否顺利完成影响巨大，而且还影响着水玻璃使用量的大小。因为当水玻璃强度不高时，只能通过增加加入量来保证终强度，而这会带来溃散性差等一系列综合问题，是铸造厂家所不希望的。因此，终强度是厂家在选择水玻璃产品时，首先应该关注的指标。我们认为，砂型抗拉终强度至少应达到0.4MPa，才能保证工艺的稳定性。
2．水玻璃的加入量
水玻璃的加入量是在选择水玻璃产品时，铸造厂家应该考虑的问题最重要的问题之一。因为它不仅关乎成本，而且对整个工艺的性能会造成重要影响。水玻璃的加入量大，砂型硬化强度越高，但同时其残留强度也越高，这就是说，就同样的产品和工艺而言，越高的加入量，就意味着越差的溃散性，这绝不是铸造厂家所希望的结果。因此，选用加入量较小的水玻璃产品将非常重要。
当然，除了水玻璃自身的特性以外，其加入量还受到其他因素，例如原砂的影响。酯硬化改性水玻璃砂的优点之一，就在于对原砂的要求不像树脂砂那么严格。原砂的适用范围大，可用硅砂、铬铁矿砂、镁橄榄石砂等各种原砂。但是，为了保证砂型的质量，降低水玻璃的加入量，使用厂家还是应对原砂的含水量、含泥量、粒形及微粉含量4个指标加以限定。一般角形系数小于1.35，粒度最好为40/70目，含泥量小于0.5%，含水量小于0.8%；用于生产铸钢件的硅砂其SiO2含量应大于97%，生产铸铁件时应大于90%。天然原砂通常很难满足上述要求，因此建议采用干燥的擦洗砂或水洗砂，比如福建晋江擦洗砂（角形系数<1.35，含泥量<0.3%，水分<0.5%，粒度40/70），海城水洗砂（角形系数<1.30，含泥量<0.1%，水分<0.3%，粒度40/70）
一般的改性水玻璃砂型，水玻璃加入量为2.0~3.0%，当原砂条件不太好、工艺要求强度特别高的时候，可能会需要加到3.5~4.0%。许多厂家在试用的时候往往推荐小的加入量，但我们认为：盲目追求低加入量的做法并不可取，水玻璃的加入量应使终强度略高于工艺要求，用以保证造型工作无论在何种天气状态下也能顺利进行。好的改性水玻璃残留强度低，即时略多加一点，也还是有好的溃散性；而如果盲目追求低加入量，仅仅满足临界的终强度要求，虽然溃散性得到保证，在天气情况不好的时候却有砂型破损的危险，这种尝试从长远来说不值得。
3．残留强度
残留强度是评价水玻璃溃散性常用的指标。水玻璃砂的残留强度高，则意味着出砂性差，出砂后结块的砂子再生困难。理想的说，我们希望水玻璃砂的残留强度越低越好。但实际上，对于一般的水玻璃而言，水玻璃砂的残留强度是与砂型的终强度、水玻璃的加入量成正比的。也就是说，水玻璃的加入量越大，砂型的硬化强度越高，其残留强度也就越高；水玻璃的加入量越低，砂型的硬化强度也就越低，残留强度相同降低。这正好违背了我们所希望的终强度高而残留强度低的规律。
解决的办法是在水玻璃中加入有机附加物和无机附加物。有机附加物如糖类、树脂、纤维素等，在高温下挥发、汽化或燃烧碳化，可在一定程度上破坏水玻璃膜的完整性，从而降低水玻璃砂的残留强度。无机附加物如二价或三价的金属氧化物，能在高温下与熔融硅酸钠形成高熔点相，使残留强度峰值后移，同时由于与硅酸钠具有不同的收缩系数，能在冷却时造成裂纹或形成脆化膜，降低残留强度。经过有机改性和无机改性的水玻璃，在经过高温后残留强度一般较普通水玻璃低。因此，从降低残留强度，改善出砂性能方面出发，我们建议厂家选用改性水玻璃产品。
4．可使用时间和脱模时间
在使用相同的有机酯固化剂的条件下，不同水玻璃产品的可使用时间/脱模时间存在一定的差异。通过使用不同的有机酯固化剂，水玻璃砂的可使用时间和脱模时间是可调的。但是，通过使用较慢的酯固然能使水玻璃砂的可使用时间延长，可这样做砂型脱模时间也会相应的延长。显然，这种以降低生产效率为代价的做法并不可取。因此，可使用时间和脱模时间的比值应尽量的大，这样有利于造型工作从容不迫的完成和提高工作效率。如果改性水玻璃与有机酯固化剂配合使用，可使用时间约为脱模时间的1/4~1/5，即能保证砂型造型工作顺利完成，脱模时间也能够满足生产需求。
5．耐老化性能
在水玻璃中，自发地生成胶体聚合的现象称为“老化”，水玻璃老化会严重降低水玻璃的粘结强度。新制纯净的水玻璃无光散射现象，属于真溶液。在存放过程中，水玻璃中的硅酸会自发聚合反应，不断生成聚硅酸胶粒，多余的Na+被排斥出来，最终成为聚硅酸胶粒和正硅酸钠的平衡体系。因此，就会出现光散射的丁泽尔现象，水玻璃溶液的粘度和粘接强度都会较新制的水玻璃低，严重的时候，粘接强度会下降30~35%。水玻璃的老化有很多危害。首先，它导致水玻璃的粘接强度降低，为了保证型芯的强度，只有多加水玻璃，这就造成了溃散性的问题；其次，它限制了高模数水玻璃的应用，高模数的水玻璃溃散性较低模数水玻璃好。一系列的物理改性、化学改性、复合改性的方法能够解决这一问题。这也是改性水玻璃比普通水玻璃的性能优越之处。
6．储存强度
水玻璃粘结剂基体中含有大量亲水性的Na+和OH-离子，因为水合作用的存在，他们在潮湿的空气中能够吸收环境中的水分而侵蚀基体，严重的时候甚至能使Si-O-Si键断裂而重新溶解，这使水玻璃砂型强度显著下降。对造型制芯以后并不马上合型、浇注，而是要放置七八个小时甚至更长时间才进行下一步工序的厂家来说，采用加入了无机附加物或者憎水性有机材料的改性水玻璃，对改善砂型的回潮是有帮助的。
二、酯硬化水玻璃砂硬化机理
水玻璃的硬化方法有很多种，如CO2硬化、加热硬化、酯硬化等，但按照机理来讲，其硬化途径则可分为两种，即物理硬化和化学硬化。物理硬化指除去水玻璃中的水分，使其因失水而硬化；化学硬化指通过硅酸钠水解，形成硅酸溶胶，最后形成硅酸凝胶的硬化过程。这两种机理既有区别，又有联系。在实际的水玻璃硬化过程中，很难区分到底是物理硬化还是化学硬化，往往是两者兼有，共同作用。有机酯固化剂硬化水玻璃砂，就是物理硬化与化学硬化相结合的过程。整个硬化过程可以分为三个阶段：
第一阶段，有机酯在碱性水玻璃溶液中发生水解，生成有机酸和醇。这个阶段取决于有机酯与水玻璃的互溶性和水解速度。它决定了型砂可使用时间的长短。
第二阶段，有机酯水解生产的酸和水玻璃反应，及广义的酸碱反应，它使水玻璃模数升高，粘度增大，最终超过临界值而失去流动性。
第三阶段，水玻璃进一步失水，固化完全。
有机酯硬化水玻璃反应步骤图
三、影响水玻璃自硬砂硬化特性的主要因素
影响因素
工艺性能
硬化速度 终强度 可使用时间
起模时间 溃散性
有机酯
加入量↑ 加快 快脂加入量↑ 加快 降低 缩短 缩短 改性水玻璃 加入量↑
增加 缩短 变差 原砂质量
角形系数↑
降低 微粉及泥含量↑ 降低 缩短 砂温↑
加快 降低 缩短 缩短 环境条件
气温↑ 加快 缩短 湿度↑
减慢
降低
缩短
缩短
1. 原砂的影响：
尽管酯硬化改性水玻璃砂对原砂的要求不像树脂砂那么严格，但为了保证砂型的质量，降低水玻璃的加入量，使用厂家还是应对原砂的含水量、含泥量和粒形及微粉加以限定。因为如果原砂质量太差，就需多加改性水玻璃以保证砂型强度，这样砂型溃散性就会受影响。一般要求角形系数应小于1.35，粒度最好为40/70目，含泥量小于0.5%，含水量小于0.8%；用于生产铸钢件的硅砂其SiO 2含量应大于97%，生产铸铁件时应大于90%。天然原砂通常很难满足上诉要求，我们建议采用干燥的擦洗砂或水洗砂，比如附件晋江擦洗砂（角形系数<0.35，含泥量<0.3%，水分<0.5%，粒度40/70目），而海城水洗砂（角形系数<1.30，含泥量<0.1%，水分<0.3%，粒度40/70目） 2. 水玻璃的影响：
水玻璃质量的好坏，直接影响到水玻璃砂的性能。一般选用透明或半透明的钠水玻璃（达到国际水品Fe<0.5%，水不溶物<0.8%），然后添加高分子有机物和无机添加剂对其进行改进，可保证水玻璃的质量，能有效减少水玻璃加入量、提高水玻璃的粘接强度和改善型砂的溃散性。
水玻璃的模数对改进水玻璃性能影响也很大。高模数水玻璃的粘接强度比低模数水玻璃低，溃散性却更好。把改性水玻璃的模数控制在m=2.2~2.4，能顾及粘结强度和溃散性两方面的需求。冬天温度低，水玻璃砂硬化速度慢，就选用模数较高的（m=2.4）改性水玻璃；夏天温度高，水玻璃砂硬化快，就选用模数较低的(m=2.2)改性水玻璃。
水玻璃密度越大，硬化强度越高，但密度过大会使粘度过大，难以混砂均匀；而密度过小则含水量大，型砂强度低。故改性水玻璃的密度一般控制在1.3~1.6g/cm 3（即48~51°Be ’）。
I. R-COOR ’ + xH 2O OH- RCOOH + R ’OH II. Na 2O.mSiO 2.nH 2O + xRCOOH (1-x/2)Na 2O.mSiO 2.(n+x/2)H 2O + xRCOONa III. 进一步失水硬化
3. 改性剂的影响：
普通的钠水玻璃在冬天温度较低时，难以硬透。对水玻璃进行复合改性，可促进酯硬化改性水玻璃硬化完全，增加其硬透性，而且抗老化性能、硬化强度也可同步提高。另外，加入有机改性剂有助于改善溃散性。加入一定量的无机增强剂能够提高水玻璃的粘结性能。总之，适当的改性对提高水玻璃砂的各项性能都是有益的。
4. 有机酯固化剂的影响：
酯硬化改性水玻璃砂的有机酯固化剂在型砂中必须具备一定的数量才能使反应达到一定的程度，砂型硬化。这个数量不但与水玻璃的加入量有关，还与水玻璃的模数、浓度、有机酯的种类及纯度有关。有机酯加入量过多，会使反应过度，型砂强度下降；加入量不足，硬化反应不充分，砂型强度也低。一般有机酯的加入量为水玻璃加入量的16~19%，厚大型（芯）适当增加酯的加入量。不同种类的有机酯与水玻璃反应速度不同，所获的硬化强度也不相同。通过有机酯固化剂与水玻璃的相互搭配，共同完成对各种环境条件下型砂硬化速度及可使用时间的调控。通常，由快速固化剂获得的型砂终硬化强度较低，而由慢速固化剂获得的型砂终硬化强度较高。有机酯固化剂的质量指标包含含水率、游离酸率、水不溶率、凝胶化时间等。
5. 环境温度与环境湿度的影响：
酯硬化改性水玻璃砂受环境的影响比较大。环境温度越高，硬化速度越快；环境温度越低，硬化速度越慢，硬透性越差。因此，在冬天天气较冷的时候（一般温度<15℃时），水玻璃一定要进行复合改性。在相同环境温度下，湿度增加，初始硬化速度加快，初始硬化强度有所增加；但24h的硬化强度（终强度）下降。环境湿度还对酯硬化水玻璃砂铸型的表面稳定性有较大的影响，在高环境湿度的天气条件下，酯硬化水玻璃砂铸型的表面稳定性下降。当湿度>80%，应引起注意，砂型应尽快使用。
四、改性水玻璃自硬砂的材料
1. 改性水玻璃
◆产品名称：改性水玻璃
◆产品牌号：KGS-1、KGS-2、KGS-3、KGS-6
◆产品用途：与有机酯固化剂配合，用于重型机械、水泵、阀门、铁路、工程机械、矿山、军工等行业的铸钢件、铸铁件、铸铜件及有色合金件等铸件的生产。
KGS-1硬化速度较慢，与慢酯配合，适合夏季使用；
KGS-3硬化速度较快，与快酯配合，适合冬季使用；
KGS-2介于前两者之间，春秋季适用。
◆产品技术指标：
牌号
粘度
（MPa.s）
密度
（g/cm3）
型砂抗拉强度
(MPa,24h)
KGS-1 150-350 1.3-1.6 0.5-0.9 KGS-2 150-350 1.3-1.6 0.5-0.9 KGS-3 150-350 1.3-1.6 0.4-0.7 KGS-6 150-350 1.3-1.6
◆产品包装、储存及运输：
1) 本品用硬质桶包装，包装桶上应有清晰、牢固的标志，标明产品名称、型号、批号、净含量、
生产厂家地址及生产日期。
2) 本品应避免在阳光下暴晒，避免杂质混入，避免与酸性物质接触，避免在冰点以下储存，开封
后尽快用完，勿长期暴露在空气中；
3) 本产品按非危险品运输。
2. 有机酯固化剂
◆产品名称：改性水玻璃固化剂
◆产品牌号：KYZ-A、KYZ-A-1、KYZ-B、KYZ-B-1、KYZ-B-2共五个牌号，可根据客户的要求进行调配。
◆产品用途：与改性水玻璃配合，在水玻璃有机酯自硬砂型工艺使用。
KYZ-A是一种慢酯，硬化速度较慢，适合在25-35℃之间使用；
KYZ-A-1是一种特慢酯，适合夏天温度大于30℃时使用；当型砂特别大，需要的水玻璃砂可使用时间也别长时，也适用该固化剂；
KYZ-B是一种中酯，硬化速度适中，适合在15-25℃之间使用；既可单独使用，也可与KYZ-A或KYZ-B-1配合使用。
KYZ-B-1是一种快酯，硬化速度较快，适合在5-10℃之间使用；
KYZ-B-2是一种特快酯，在冬季气温低于0℃时适用。
◆产品技术指标：
牌号粘度（MPa.s）密度（g/cm3）残酸量（%）
KYZ-A <100 1.1-1.3 ≤2
KYZ-A-1 <100 1.1-1.3 ≤2
KYZ-B <100 1.1-1.3 ≤2
KYZ-B-1 <100 1.1-1.3 ≤2
KYZ-B-2 <100 1.1-1.3 ≤2
◆产品包装、储存及运输：
1) 本品用硬质桶包装，包装桶上应有清晰、牢固的标志，标明产品名称、型号、批号、净含量、
生产厂家地址及生产日期。
2) 本品应保存在阴凉、通风、干燥的库房内，避免接触火源、热源；避免与碱性物质接触。
五、改性水玻璃和有机脂固化剂的使用方法
改性水玻璃和有机酯固化剂配合使用，其型号选择和配比与季节、用户工艺有关，同时受不同混砂设备的影响。根据生产条件的不同，推荐使用不同的混砂工艺。
1.球形混砂机
球形混砂机混碾速度快、时间短、效率高，混砂时产生热量大，有利于砂型的快速硬化，如果使用金属模具，采用加热振动紧实台（一般温度在100℃左右），硬化速度还会加快。球形腔内无物料停留或堆积的“死角”区，与混合料接触的零部件少，而且由于砂流的冲刷能减少粘附（或称自清洗的作用），因此可减少人工清洁工作量。但球形混砂机采用间歇式混砂方式，混砂量有限，据了解国内最大的球形混砂机每次的混砂量也才200kg/次。因此，小型芯（一般小于50kg）可采用这种混砂
方式，混碾工艺如下。
根据现场工艺要求可调节混砂时间。 2.连续式混砂机
连续式混砂机可连续混砂，效果好，速度快，现混现用，混砂机的自清理性好。大批量生产或者生产大型铸件的型（芯），优选连续式混砂机混砂。连续式混砂机混砂次序如下：
先在水平螺旋混砂装置内将原砂与有机酯固化混合均匀，再在水平螺旋混砂装置的末端（或垂直的锥形快速混砂装置的始端）加入一定量的水玻璃，快速混合，出砂直接卸入砂箱或芯盒中造型与制芯。
3.普通碾轮式混砂机
碾轮式混砂机混碾工艺为：
混制的时间以混碾均匀为宜，一般整个时间为3-5分钟。
六、混砂、造型注意事项
1. 根据原砂的条件决定水玻璃的加入量，根据天气的变化选用和配置固化剂。一般的型（芯）砂的配比为：改性水玻璃的加入量为
2.5-
3.0%，有机酯的加入量16-19%（占水玻璃的）。如果砂的质量较差，可把水玻璃的加入量提高到3.5-
4.0%。
2. 有机酯硬化水玻璃砂混砂工艺为现在原砂中加入有机酯混匀，然后再加水玻璃混匀直至卸砂。如将有机酯和水玻璃的加入量次序颠倒，水玻璃砂的强度会下降20%-30%。有机酯和水玻璃同时加入也会降低水玻璃型砂的粘结强度。
3. 好的型（芯）砂务必在可使用时间之内完成造型。观察型（芯）砂开始发粘，呈粘连状时即为可使用时间，时间超过，流动性恶化，充型能力变差，造型（芯）后强度大大下降，表面稳定性差，容易造成塌箱及冲砂，砂眼等缺陷。
4.根据季节变化选择合适的水玻璃产品。夏季使用KGS-1，与慢酯配合；冬季使用KGS-3，与快酯配合；春秋季节使用KGS-2，快酯、慢酯配合使用。
5. 造型时需砂型具有一定强度（抗压强度达到0.14MPa ）才能起模，不能太早，也不能太迟。太早砂型强度低，不能够支撑自生变形，甚至塌箱；太迟砂型强度高，起模阻力大，会损坏砂型，模具损伤。一般如果采用连续式混砂机的造型生产线，可使用时间控制在4-6 min ，脱模时间在18-24 min 。
组分
称量
加砂 加入有机酯，混碾约15s 加入水玻璃，混碾约30s 卸砂
组分 称量 加砂 加入有机酯，混碾约1 min 加入水玻璃，混碾约2 min 卸砂
这样即保证砂型强度，又满足生产效率。如果是小批量而采用碾轮式混砂机，就要考虑造型操作时间。因为混砂时间延长，可使用时间和脱模时间也需要适当的增加。
改性水玻璃与有机酯固化剂的典型配比
硬化度最快特快快中偏快中中偏慢慢极慢适用温度℃0 5 10 15 20 25 30 35 KYZ-A-1 20% 40% KYZ-A 30% 50% 80% 100% 80% 60% KYZ-B 90% 100% 70% 50% 20%
KYZ-B-2 10%
不同原砂条件下水玻璃的推荐加入量
原砂水玻璃硬化剂占水玻璃量原砂要求
100 2.2-2.3% 16-19% 含泥≤0.5%，含水≤0.5，角形系数≤1.25
100 2.6-3.0% 16-19% 含泥≤0.5%，含水≤0.5，角形系数≤1.35
100 3.2-3.8% 16-19% 含泥≤0.5%，含水≤0.5，角形系数≤1.45
6. 采取连续混砂机混砂时，要注意水玻璃和固化剂的准确定量，以及混砂的时间和强度。我国大多数用于酯硬化水玻璃砂的连续式混砂机都是在自硬树脂砂的连续式混砂机基础上改装的，两种型砂的混砂工艺相同，但水玻璃的粘度要大于树脂砂，因此混制时间需要更长，混制强度要求更大。另外，混砂机里不用了的水玻璃砂要及时排出，以免水玻璃砂硬化堵塞混砂机。
7. 采用碾轮式混砂机混砂时需要注意，如果混砂时间较长，造型时不能超过型砂可使用时间，否则型砂就会报废。大批量生产，混砂量加大时，需要建立酯硬化改性水玻璃砂造型生产线。生产线一般控制在4-6 min成型，18-24 min脱模，能满足生产要求。
8. 为了获得光滑致密强度高的型芯表面，必须将型芯均匀捣实。型芯要多扎气孔，间距150-200mm，深度要足够，这既有利于型芯水分逸出，又利于浇注过程中排气。
9. 改性水玻璃砂的存放性较好，基本没有返碱粉化现象，但当空气湿度>80% 时，应引起注意，为防止砂芯受潮，需尽快合箱浇注。
七、常见问题诊断及解决方案
序号缺陷的表征产生原因防止措施
1 可使用时间短，
常发生在夏天的
高温季节，型砂
强度低，型芯表
面发酥
1. 水玻璃模数高
2. 所用有机酯不合适，
硬化速度快
3. 混砂时间过长
4. 原砂温度太高
1. 采用较低模数水玻璃
2. 采用硬化速度慢的有机酯
3. 缩短混砂时间
4. 降低砂温
2 硬化速度太慢，
常在冬天的低温
季节出现
1．水玻璃模数太低
2．所用的有机酯不合
适，硬化速度太慢
1. 采用较高模数水玻璃
2. 采用硬化速度快的有机酯
3. 预热原砂、水玻璃
4. 增加有机酯的加入量
序号缺陷的表征产生原因防止措施
3 砂型芯产生蠕
变、塌落
1. 型砂配比不合适，硬
化反应不完全
2. 原砂水分过高
3. 原砂粉尘太多，硬透
性差
1. 调整配比，增加有机酯加入量，
或提高水玻璃的模数
2. 控制砂中的粉尘
4 粘模 1. 模具表面粗糙，模具
表面油漆不合适
2. 起模时砂型的强度太
低
1. 修整模具表面，模具表面采用聚
酯漆
2. 待型砂强度更高后起模
5 铸件冲砂、夹砂 1. 浇注系统设置不当
2. 型砂强度太低
3. 浇道及砂型中有浮砂
1. 设置浇注系统时不使金属液直
接冲击砂型在直浇道底部垫耐
火砖
2. 大、中铸件浇注系统采用耐火砖
3. 调整型配比，提高砂型的强度
4. 合型前吹净浇道口的型腔中的
浮砂
6 铸件表面粘砂 1. 涂料质量差，涂层薄
2. 砂型紧实度低
3. 砂型强度低，表面发
酥
4. 造型材料耐火度不高
1. 选用好的涂料涂刷到规定的厚
度
2. 提高砂型紧实度，造型操作在型
砂可使用时间内完成
3. 在铸件热节大、散热条件差的部
位使用特种砂
7 铸件气孔 1. 原砂水分含量高
2. 型砂混合不均匀、局
部水分高
3. 砂型吸湿
1. 控制原砂水分
2. 选用混砂功能好的设备
3. 采取防止砂型回潮吸湿的措施，
在刷涂料前用热风烘干砂型，涂
刷涂料后进一步烘干
8 残留强度高 1. 水玻璃加入量高
2. 砂质量差
1. 尽量降低水玻璃加入量，采用高
品质的原砂
2. 采用改性水玻璃
第三部分再生砂水玻璃
一、再生砂的特性
众说周知，水玻璃旧砂粒上的残留粘结膜在高温浇注后不能燃烧分解，而是形成一种低熔点的硅酸钠胶牢固地粘附在砂粒表面，这会严重影响水玻璃旧砂的使用性能。再生砂是使用过的旧砂块经过破碎、去磁、去除了砂粒表面残留粘结剂膜的旧砂，它的性能比较接近新砂，能够作为面砂或单一砂使用。但是，这种再生处理，尤其是干法再生处理，并不能完全去除旧砂粒上残留的粘结剂膜。因此，再生砂具有一些新砂所不具备的特性。
1、吸湿性
水玻璃再生砂具有很强的吸湿性。将浇注后的酯硬化水玻璃旧砂块经振动破碎成沙粒，然后经再生设备干法再生或湿法再生，得到的再生砂由于砂样中残留Na2O的影响，再生砂的吸湿性很强。尤其是干法再生砂，残留Na2O含量较高，是湿法再生砂的3倍左右，Na2O亲水，很容易导致再生砂吸潮。在使用的时候需要特别注意。
2、可使用时间
水玻璃再生砂可使用时间较短。由于残留酯和残留水玻璃的影响，酯硬化水玻璃再生砂的硬化速度加快，可使用时间缩短。尤其是干法再生砂，其中残留的粘结剂含量较多，且具有很强的吸湿性和强碱性，有利于有机酯的水解，甚至在新的有机酯和水玻璃反应前，残留的有机酯已经完成了水解反应，这导致其与新砂和湿法再生砂相比，可使用时间缩短了3/4以上。
3、粘结强度
再生砂粘结强度低。由于再生砂的残留粘结剂中含有失水高模数水玻璃、有机酯、杂质盐等多种物质，再生砂，尤其是干法再生砂的粘结强度受到了很大的影响。在同样的条件下对比，干法再生砂的粘结强度只有新砂和湿法再生砂的1/3左右。
4、溃散性
再生砂溃散性差。虽然一次再生的砂在适当的条件下，能够满足可使用时间和粘结强度的要求，但随着循环次数的增加，即便每次都加入20%的新砂，残留水玻璃的累积重熔还是会使再生砂的溃散性越来越差。
二、再生砂工艺要点
由于再生砂的特殊性质，我们在使用水玻璃再生砂的时候需要特别注意3点。
1、再生砂的品质
严格控制再生砂的品质，尤其是再生砂中Na2O的去除率，对再生砂的应用非常重要。科学的说，衡量水玻璃再生砂性能的好坏，除了常用的残留Na2O指标外，还有再生砂的强度性能、可使用时间、溃散性、粒度分布、耐火度、透气性等指标都是应该关注的。因为这些性能指标既相对独立，又互相影响，对应用影响很大。但实际上，我们并不经常测定所有的水玻璃砂性能，而只关注最主要的性能指标。再生砂中Na2O含量就是一项主要的性能指标，它对再生砂的可使用时间、溃散性、耐火度等都具有很大的影响。后文给出了水玻璃再生砂中氧化钠含量的测定方法。根据氧化
钠含量测定及其他测定的结果，水玻璃再生砂的残留Na2O大件<0.5%，中小件<0.8%；水分<0.5%；微粉（<140目）<1%；砂温≤35℃时，才能够正常使用。
2、再生砂水玻璃的选择
与普通的改性水玻璃一样，衡量一种再生砂水玻璃的好坏，应该综合考虑其强度、加入量、可使用时间、溃散性等。但由于再生砂独特的性能，似乎模数对水玻璃诸多性能的影响更加显著。一方面，再生砂的粘结强度与所采用的水玻璃的模数有很大的关系。水玻璃的模数越高，其强度越低。这一规律在使用新砂的时候表现的并不明显，而对于再生砂，可能适当的降低水玻璃模数，强度能提高一倍以上。另一方面，降低再生砂水玻璃的模数，结合慢酯使用，能有效延长干法再生砂的可使用时间。
3、旧砂再生工艺
我们已经知道，湿法再生的砂，比干法再生砂具有更低的残留Na2O含量，具有更好的再使用性能。但湿法再生对环境的污染较大，有时候不得不采取干法再生。需要特别提醒的是，干法再生前对水玻璃旧砂进行320℃以上的加热，旧砂中残留的有机酯受热分解，残留水玻璃中的结晶水受热挥发，可以大大降低残留酯和残留水玻璃对再生砂性能的影响，也能大大提高再生处理的效率，对延长再生砂的可使用时间，提高再生砂的粘结强度很有帮助。
三、再生砂水玻璃材料及工艺
◆产品名称：再生砂水玻璃
◆产品牌号：KGS-4、KGS-5共两个牌号
◆产品用途：适用于再生砂的场合
KGS-4为慢速水玻璃；
KGS-5为快速水玻璃。
◆产品技术指标：
密度(g/cm3) 型砂抗拉强度(MPa，24h)
牌号粘度
（MPa.s）
KGS-4 150-350 1.3-1.6 0.4-0.6
KGS-5 150-350 1.3-1.6 0.4-0.6
◆使用方法：
与有机酯固化剂按照一定的比例配合使用。
再生砂可使用时间较短，我们推荐使用连续式混砂机。混砂工艺如下：
先在水平螺旋混砂装置内将原砂与有机酯固化剂混合均匀，再在水平螺旋混砂装饰的末端（或垂直的锥形快速混砂装置的始端）加入一定量的水玻璃，快速混合，出砂直接卸入砂箱或芯盒中造型与制芯。
◆应用举例
有机酯水玻璃砂（芯砂的水玻璃加入量2.8%-3.0%），将其循环回用的旧砂，用机械摩擦除去残留Na2O 20%-35%，经除尘分筛后，加入m=1.6-2.0、C=42-43%的硅酸钠溶液（水玻璃加入量2.4%，有机酯固化剂加入水玻璃的16%），再生砂的标准试样抗压强度2h、4h和6h分别可达到0.66MPa、0.95MPa和1.7MPa。
◆注意事项
1) 与有机酯固化剂KYZ-A-1和KYZ-B-1搭配使用，配比可根据生产工艺条件进行调配。
2) 一般的型（芯）砂的配比为：改性水玻璃加入量1.8-3.0%，有机酯的加入量10-18%（沾水玻
璃）。
3) 与改性水玻璃一样，有机酯硬化改性很碎玻璃砂混砂工艺为现在再生砂中加入有机酯混匀，然
后再加水玻璃混匀直至卸砂。如将有机酯和水玻璃的加入次序颠倒，或同时加入，水玻璃砂的强度会明显下降。
4) 掌握好型（芯）砂的可使用时间。再生砂的可使用时间比芯砂短，要注意观察水玻璃砂的可使
用时间，一旦型（芯）开始发粘呈粘结状，可使用时间就已达到。时间超过，流动性恶化，充型能力变差，造型（芯）后强度大大下降，表面稳定性差，容易造成塌箱及冲砂、砂眼等缺陷。
5) 严格控制再生砂的品质，尤其是再生砂中Na2O的去除率。根据氧化钠含量测定及其他测定的
结果，水玻璃再生砂的残留Na2O大件<0.5%，中小件<0.8%；水分<0.8%；微粉（<140目）<1%；砂温≤35℃时，才能够正常使用。用作铸钢背砂，经物理再生的回用砂的残留Na2O宜控制在0.6-0.8%；用作铸铁单一砂，宜控制在0.32-0.40%。
6) 干法再生前水玻璃旧砂进行320℃以上的加热，旧砂中残留的有机酯受热分解，残留水玻璃中
的结晶水受热挥发，可以大大降低残留酯和残留水玻璃对再生砂性能的影响，也能大大提高再生处理的效率，对延长再生砂的可使用时间，提高再生砂的粘结强度很有帮助。
7) 水玻璃再生砂本身具有较强的吸湿性，要注意砂型的防潮，尤其是当空气湿度>80% 时，更应
引起注意。
◆产品包装、储存及运输：
1. 本品用硬质桶包装，包装桶上应有清晰、牢固的标志，标明产品名称、型号、批号、净含量、
生产厂家地址及生产日期。
2. 本品应避免在阳光下暴晒，避免杂质混入，避免与酸性物质接触，避免在冰点下储存，开封后
尽快用完，勿长期暴露在空气中；
3. 本产品按照非危险品运输。
四、常见问题诊断及解决方案
普通改性水玻璃应用中可能遇到的问题，在再生砂水玻璃的应用中也可能遇到。可以参考前一章的总结，再次不一一复述。但再生砂水玻璃在应用中还可能会遇到一些独特的问题，其产生的原因与解决方案与新砂配合改性水玻璃应用的情况不太一样，在此做简单的列举，希望对用户的分析和问题解决由所帮助。
1. 可使用时间太短
通常情况下，可使用时间短时因为水玻璃模数太高，选用的有机酯不适合造成的，混砂时间过长，设备不配套等原因也有可能。但对于再生砂的应用，残留的Na2O太高或有机酯太多，也会造成再生砂水玻璃可使用时间短。因此，解决这一问题除了考虑采用更低模数的水玻璃，更慢的酯外，还要测定再生砂中残留Na2O的含量，或适当的降低砂温。如果再生砂中残留Na2O未能得到有效去除，即使采用模数的水玻璃和更慢的酯，也还是不恰当的。因为它还会对水玻璃砂的强度、溃散性造成不良影响，此时应考虑采用更有效的再生处理工艺来解决问题。
2. 硬化太慢
可能是有机酯固化剂选择不恰当造成的。即便是水玻璃模数太低的原因，也不建议轻易采用更
高模数的水玻璃。大量试验证明，再生砂对水玻璃模数比芯砂具有更高的敏感性。很可能只略微调高水玻璃的模数，其问题就不是硬化太慢而是可使用时间太短。因此，我们建议首先考虑选用固化速度更快的酯，而不是调高水玻璃的模数。 3. 型砂强度低
可能是砂型配比不适合、硬化反应不完全造成的，也可能是再生砂水分过高、残留Na 2O 含量高造成的，应该试用更适合的水玻璃，或调整水玻璃和有机酯的配比。 4. 残留强度高
除了水玻璃加入量的原因外，可能是再生砂残留Na 2O 含量太高造成的，应把重点放在控制再生砂中残留Na 2O 含量方面。
五、关于再生砂的残留Na 2O
水玻璃旧砂中的残留Na 2O ，可以区分为三部分。第一部分，占5~10%，存在于水玻璃侵蚀石英砂而生成的玻璃态中。它使惰性成分，不影响回用砂的可使用时间。第二部分，占30~35%，以电解质状态存在于Na 2CO 3、CH 3COONa 或受热分解后的游离Na 2O 中。它能降低胶粒的电位，缩短回用砂的可用时间，并能侵蚀石英砂而降低耐火度。第三部分，占60~65%，是模数3.0~4.0的失水水玻璃，它具有水溶性和化学可逆性，因此水玻璃旧砂能够湿法再生，也可以与加入的新水玻璃发生反应。
水玻璃具有固化—液化可逆性，水玻璃可因失水碱而固化，固化的水玻璃也可因复水和复碱而回到液体状态。向旧砂中加入一定量的NaOH 、水和有机酯，能恢复残留水玻璃部分粘结能力，增加型砂粘结时的可使用时间。这种方法称为化学再生。但化学再生法不可单独使用，否则Na 2O 的数量不断积累。它必须与物理再生法结合使用。 水玻璃再生砂中氧化钠含量的测定
主要仪器及试剂
天平（感量0.001g ）、三角烧杯等；甲基红试剂（即质量分数为0.1%的甲基红乙醇溶液）、浓度为0.5mol/L 的盐酸标准溶液、蒸馏水等。 试验步骤：
称取50g(精确至0.1g)水玻璃再生砂样，放入250ml 的三角烧瓶中，加入蒸馏水100mL ，用玻璃棒人工搅拌10min 或在电磁搅拌器内搅拌5min 后，再加入甲基红指示剂8~12滴，用浓度为0.5mol/L 的盐酸标准溶液滴定，试液由绿变为红即为终点，几下盐酸标准溶液消耗的毫升数，试样中Na 2O 的含量为：
%100100262
2???=
m
C W HCl O Na
式中W Na 2O 是Na 2O 的质量分数；C HCL 是盐酸标准溶液的浓度；V 是盐酸标准溶液的消耗量；m 是试验的质量；62是Na 2O 的摩尔质量。
新型水玻璃自硬砂工艺在铸钢生产中的应用 一．前言 目前国内外冷凝自硬砂工艺主要分为二大类-无机类粘结剂以水玻璃砂工艺为主，有机类粘结剂以呋喃和碱性酚醛树脂砂工艺为主。以上二大类自硬砂工艺在二十世纪下半期至今在全世界铸造业应用并不断成熟完善。但此二种工艺在性能上各有特点，也存在问题。特别在铸钢、合金钢件的铸造时有明显工艺上的不足。CO2硬化水玻璃加入量高(一般为7%~8％),砂的残留强度高，溃散性差，旧砂再生回用困难。有机粘结剂树脂砂工艺的出现，在一定程度上解决了CO2水玻璃砂的固有缺陷，但碱性酚醛树脂成本高，呋喃树脂砂易出现铸件裂纹、气孔等缺陷。水玻璃“新三法”(VRH、微波烘硬、有机脂)的问世，使水玻璃的加入量降低了一半，溃散性大有改善，但新“三法”在工艺上存在着一定的缺陷，VRH法因设备投资大及铸件尺寸受真空室限制；微波烘硬法因铸型吸湿性强及电微波转化率低；回用砂率综合性能差等缺点，严重制约了水玻璃砂的发展。 随着水玻璃基础理论研究的不断进展，水玻璃砂溃散性差和旧砂再生困难等缺点并非水玻璃的固有特性。它来源于对水玻璃化学和胶体化学认识不足和使用不当(1)。目前国内以沈阳汇亚通铸造材料有限责任公司等单位在这方面的研究取得了领先。他对普通水玻璃进行一系列化学和物理改性及电离子架接，研制开发了新型水玻璃和专用酯类固化剂自硬砂工艺，为水玻璃砂的第三次中兴产生了质的飞跃。 二．新型水玻璃酯硬砂工艺的应用 我公司年产阀门承压铸钢件2000余吨，产品以单价小批量为主，壳体主要壁厚10~60mm,且薄件居多。材质牌号有普通碳素钢，耐热耐高温铬钼钢、铬钼钡钢及各种耐酸不锈钢。其中有30％是电站阀门铸件，有20％左右是出口阀门配套铸件。因此，对造型工艺及材料要求相当苛刻。我们于2000年下半年开始对原粘土砂工艺进行技术改造，要求采用新工艺、新材料，以低成本高质量满足当前生产及市场竞争的需要，在选择工艺方案阶段，我们对普通水玻璃自硬砂，呋喃树脂自硬砂及新型水玻璃自硬砂三种砂型工艺，分别在不同材质、不同品种的阀门铸钢件上进行了工艺试验，试验用原砂为福建平潭优质擦洗硅砂，粒度为40／70目，SiO2含量≥96％，含泥量和含水量分别≤0.5％，角形系数≤1.25％，试验及技术经济分析结果如表1所示。 表1三种自硬砂工艺技术经济对比 工艺 普通水玻璃自硬砂 呋喃树脂自硬砂 新型水玻璃自硬砂 硬透性好，硬化时间可调 工艺配比 4％ 1.0%~1.2％ 1.8%~ 2.5％ 占粘结剂量12%~15％ 占粘结剂量50%~60％ 占粘结剂量15%~20％ 材料单价(元／吨) 水玻璃-800 固化剂-1700 树脂-12600
自硬砂造型工艺研究 随着机械行业的发展，对外经济贸易的扩大，以及环境污染、能源紧张、材料涨价等问题的日益严重，对铸造生产和铸件质量提出了更高的要求，要能满足这些要求，特别是造型制芯工艺的选择上更应满足这些要求，先进造型制芯工艺应具备以下基本条件： ①生产的铸件质量好、尺寸精度高、铸造缺陷少； ②劳动条件好、环境污染少； ③生产成本低、生产效率高； ④最大限度地利用自然资源、节省能源。 传统的型砂工艺已经不能满足以上的条件，这就要求选用适合自己的先进型砂工艺。近几年来，主要使用的先进型砂工艺有：新型水玻璃自硬砂工艺、碱性酚醛树脂自硬砂工艺和呋喃树脂自硬砂工艺等自硬砂型砂工艺。下面以我们公司为例对型砂工艺进行简单阐述： 一．型砂工艺的选用 1．现用型砂工艺性能分析 1.1现用造型材料及造型方式 （1）面砂、芯砂——CO 硬化水玻璃砂、“70”砂、铬铁矿砂 2 （2）背砂——粘土砂 （3）手工造型 （4）烘干窑烘干小型砂型及坭芯，移动烘干大型砂型 （5）表面刷醇基涂料 1.2现造型材料的生产特点 （1）人工加砂，劳动强度大，生产效率低，砂型、坭芯的紧实度主要靠人工打风锤，硬化主； 要吹CO 2 （2）水玻璃加入量高（≥9%），造成成本高，型（芯）砂溃散性差，铸件清理难度大，效率低； （3）旧砂直接破碎再生，再生后只能作背砂，不能作面砂，回用率低，新砂耗量高，型砂成本高，废砂大量排放，严重污染环境； （4）铸件尺寸精度低，表面粗糙度差，铸件综合质量不高，后道工序工作量增大，工作效率就低； （5）型（芯）砂冬季硬透性差，CO 耗量大。 2 1.3铸件质量情况 铸件尺寸精度低，表面粗糙，多气孔、砂眼，产生裂纹多，导致后道工序修理大，成本高，效率低。 2、新型水玻璃自硬砂工艺性能分析 2.1原辅材料 （1）原砂：新工艺对原砂要求较高，尽可能选取泥份、微粉含量少，颗粒形貌好的原砂（2）改性水玻璃 （3）有机酯固化剂 2.2工艺优势及特点： （1）水玻璃加入量大大降低（2.5--3.5％）； （2）型砂溃散性大大改善，铸件清砂容易； （3）旧砂可干法再生回用，回用率≥80％； （4）系列化水玻璃与固化剂配套使用，型砂综合工艺性能优良，冬季硬透性好，硬化速度可调（10-90 min），可实现大批量机械化生产；
四种自硬砂的选择 随着我国机械工业产品质量的升级及出口铸件市场的不断扩大，在铸造车间技术改造中，有越来越多的企业首选自硬砂工艺替代原有粘土砂干型铸造工艺。在本企业技改中如何根据自身的产品特点选择合适的自硬砂工艺及相应设备是技改中普遍关心的核心问题。笔者结合近几年的实践就这一问题提出一点个人观点与同仁们共同探讨。 1．自硬砂工艺的选择 自硬砂工艺是指在常温下，型砂能自行硬化并获得浇注要求强度的造型工艺的统称。近几年得以较快发展的自硬砂主要有：呋喃树脂自硬砂、碱酚醛脂硬化自硬砂、脲脘树脂自硬砂（Pep—set自硬砂）、脂硬化改性水玻璃自硬砂。这些自硬砂各有优缺点，应根据各企业不同的生产及产品特点择优选用。1．1呋喃树脂自硬砂：这是应用最多、最广、工艺最成熟的自硬砂，而且相对铸件成本较低、旧砂利用率高、旧砂再生简单，是技术改造的首选自硬砂工艺。呋喃树脂砂在灰铁、球铁、铸钢、有色等铸造中都得到极其广泛地应用。但是由于呋喃树脂砂高温退让性差，树脂中含有较高的N，固化剂中含有S，因此一些壁厚不匀的铸钢件容易造成热裂，厚大铸钢件易造成N气孔，一些高牌号球铁件易造成球化衰退，一些低碳铸钢件还易造成增碳，在选用工艺及选用树脂种类时应引起足够重视。这种工艺一般用于单件小批量生产性质的铸铁生产中。 1．2碱酚醛脂硬化树脂自硬砂：其是为克服呋喃树脂自硬砂的一些缺点发展起来的，国外称α—set 工艺。由于其完全不含N，固化剂不含S，用于铸钢、合金钢铸件不会产生N气孔、针孔缺陷。由于碱酚醛树脂砂常温下只有部分树脂发生交联反应，在浇注金属受热时还有一个再硬化的过程，因此这种树脂砂的高温尺寸稳定性好，铸件尺寸精度高，因此在铸钢特别是合金钢件、大型铸钢件的生产上应用愈来愈广。但碱酚醛树脂砂常温强度较低，树脂加入量较大，铸件成本较高。碱酚醛树脂砂的硬化剂是有机脂，调节硬化时间只能用脂的品种而不能用加入量调节。另外酚醛树脂粘度较大，可存放期短，使用中需要注意。 1．3酚脲烷树脂自硬砂（Pep—set工艺）：Pep—set工艺在近两年发展较快，其综合了呋喃树脂与碱酚醛树脂和特点，进一步提高了工艺适应性，其具有优越的硬化特性的同时也具有较好的高温退让性。硬化时间可以在0.5~15分钟内调整，生产效率高，有利用造型线批量生产。通过三种粘结剂组元比例的调整，可以保证足够长的可使用时间，一旦开始固化又能迅速达到浇注强度，具有较好的浇注性能及工作时间/起模时间比特性。由于高温退让性好，可以生产薄壁复杂件而不必担心铸件裂纹，既适应铸件、铸钢，也广泛用于有色合金铸件的生产，克服了呋喃树脂砂的性能缺陷，工艺适应性较强。同时对涂料要求较低，一般铸铁件不刷涂料而通过一些添加剂也能生产出表面光洁的铸件。对再生设备的要求及回收率与前两种工艺基本相同，而混砂设备需要增加一套液料系统且流量控制要求精确度较高。 Pep—set工艺一般用于薄壁复杂铸件（铸铁、铸钢、铸铝）的生产，也适宜于自动化造型线作业。对多材质、小批量生产性质也有一定适应性。 1．4脂硬化改性水玻璃砂工艺：这是为克服CO2水玻璃砂的两大难题（溃散性差、旧砂再生难）而开发的新一代水玻璃自硬砂。其基本原理是通过加入一定量的改性剂以提高水玻璃的粘结强度、降低型砂中水玻璃加入量，采用这种工艺能使水玻璃加入量降低到2.5~3.0%，溃散性接近树脂砂。该自硬砂继承了CO2水玻璃砂高温退让性好的优点，而且环保效果较好，因而在铸钢生产上得到应用。铁路提速而取消水爆清砂后，在铁路系统广泛用于摇枕、侧架铸件（薄壁复杂件）的生产。 该种工艺的粘结剂价格较之碱酚醛及Pep—set相对低一点，但一般机械再生的砂回收率只能达到80%左右，再生成本也相对较高，据一些用户反映其工艺稳定性相对差一点，可使用时间及强度随循环次数变化较大，再生砂做面砂使用时必须加入大量新砂。因此，该种工艺一般用于有特殊要求的铸钢件生产上，规模生产时应慎重选择。 2．关于自硬砂再生设备
水玻璃砂工艺 3.2. 以水玻璃砂为粘结剂的型砂和芯砂 水玻璃砂在1947 年CO 2 吹气硬化法问世后就受到重视，水玻璃CO 2 吹气硬化法有气影法造型、制芯的各种优点。但传统的CO 2 吹气硬化型砂中水玻璃加入量过多，导致溃散性差、旧砂再生困难等问题。因机理研究的滞后，存在问题在相当长的时间内未解决，使其应用受到限制。 随着现代社会对环境的质量要求越来越高，水玻璃砂在环保方面的优势重新引起铸造工作者的重视，20 世纪70 年代随着水玻璃有机脂自硬法，真空置换硬化（VRH ）法、微波烘干法等新工艺相继开发成功并应用于生产，型砂中水玻璃的加入量减少到CO 2 吹气硬化法的1/2 ～1/3 ，特别是近年来在水玻璃硬化机理方面深入研究所取得的发展，加上各种改性水玻璃和溃散剂的开发和应用，在解决水玻璃砂溃散性、旧砂再生和回用方面取得了突破性的进展。水玻璃砂成本低，高温退让性好，有利于环保的优势受到铸造工作者欢迎。因此水玻璃砂完全有可能成为21 世纪铸造生产的持续发展发挥重要作用。 3.2.1 CO 2 吹气硬化水玻璃砂 3.2.1 .1 CO 2 吹气硬化水玻璃砂的原理 水玻璃砂CO 2 硬化是气、液两相反应，其硬化原理见2.2.2 .2 节水玻璃的硬化。传统的CO 2 吹气硬化水玻璃砂强度低的主要原因是反应的不均匀性，大部分反应只发生在水玻璃膜的表层（图3 －17 ）中的A-B 间），越往深层（图3 －17 中从A 向 E ）反应越少。往往是表层过吹，而内层水玻璃反应不完全或完全未反应。CO 2 硬化水玻璃膜模数与相对厚度关系的例子如图 3 －18 所示。 水玻璃与CO 2 的化学反应可用下式表示： Na 2O · mSiO 2 · nH 2O+xCO 2 (1-x)Na 2O· mSiO 2· nH 2O+xNa 2CO 3（反应后水玻璃模数M＝m/1-x） 或Na 2O · mSiO 2 · nH 2O+xCO 2 (1-2x)Na 2O· mSiO 2（n-1）H 2O+2xNaHCO 3（反应后水玻璃模数M＝m/1-2x） 上面第二式为不良反应，x 值约为0.3~0.4 。反应后水玻璃的模数有所提高。同时因CO 2 露点为－30 ℃，是一种干燥剂，因此吹CO 2 有脱水作用。 传统的水玻璃CO 2 硬化法，水玻璃的粘结作用不能完善的发挥，配比中不得不多加水玻璃，导致型砂易烧结，溃散性差，旧砂再生困难。水玻璃加入量对砂型残留强度的影响如图3 －19 所示，残留强度越高，溃散性越差。如果希望改善CO 2 硬化砂工艺性能，就必须采取措施挖掘水玻璃的粘结潜力，降低水玻璃的加入量，如CO 2 的预热，间断，脉冲，稀释，定量和真空置换法或综合应用这些方法 图3 －19 水玻璃加入量对残留强度的影响 1 －水玻璃加入量是原砂重量的2.5 ％ 2 －水玻璃加入量是原砂重量的3.5 ％ 3 －水玻璃加入量是原砂重量的4.5 ％ 因此，采用该性水玻璃，结合科学的吹CO 2 工艺，就可以实现低水玻璃加入量，提高溃散性，达到再生方便降低成本提高效率的目的。 3.2.1 .2 CO 2 硬化砂的配比及混砂工艺 我国水玻璃CO 2 硬化砂工艺正处于变革过程中，传统的水玻璃加入量很高的落后工艺仍在许多工厂应用；另一方面，优质该性水玻璃和新的吹CO 2 工艺法也在一部分工厂成功的应用。 1 、传统工艺配比现将早年开发、现尚在一些企业应用的传统配比列于表3 －16 供参考，
1 绪论 1.1 课题来源、背景和意义 二十一世纪是绿色制造的世纪，节能减排、清洁生产已成为新世纪工业发展的必然趋势[1]。党的十六届四中全会提出“要适应我国社会的深刻变化，把和谐社会建设摆在重要位置”，并要求不断提高构建社会主义和谐社会的能力。人与自然的和谐是构建和谐社会的重要组成部分，“十一五”规划就明确提出：要坚定不移地走科学发展的道路，建设资源节约型、环境友好型社会，把经济社会发展切实转入到全面协调可持续发展道路上面来[2-3]。机械制造业是制造业的龙头，而铸造工业又是机械制造业中不可或缺的重要组成部分，所以，实现绿色铸造已经成为时代发展的潜在要求。在铸造工业生产中，砂型铸造占据了80～90％，要解决铸造工业中的绿色制造问题，主要任务就是实现砂型铸造的绿色制造[4]。 砂型铸造所用型砂有3大类：粘土型砂、树脂型砂、水玻璃型砂。粘土砂由石英砂、粘土、煤粉等构成，在浇注过程中，高温下煤粉燃烧和分解产生的有害气体导致较严重的空气污染。树脂砂通常由石英砂、树脂（呋喃树脂、酚醛树脂等）粘结剂、固化剂（对甲苯磺酸、磷酸等）组成，生产现场的空气中游离着许多有机废气（SO2、甲醛、苯、甲苯等），浇注后会产生大量的有害气体，对人体的健康非常有害。水玻璃砂由石英砂、无机水玻璃粘结剂等组成，采用 CO2气体或有机酯（如乙二醇二乙酸酯等）作固化剂，生产环境好，很少产生有害气体，生产中出现的粉尘也较少。特别是酯硬化的水玻璃砂工艺，既有型砂强度高、溃散性好等优势，又有劳动条件好、有害气体少等优点，还克服了CO2硬化普通水玻璃砂溃散性差、旧砂再生难、CO2排放增加温室效应等缺点。因此，国内外的铸造专家们普遍认为，与粘土砂产生的粉尘污染、黑色污染和树脂砂产生的化学污染相比，属无机粘结剂的水玻璃砂工艺是最有可能实现绿色清洁铸造生产的型砂工艺[5-6]。 水玻璃砂型铸造以其无色、无味、无毒，在混砂、造型、浇注和落砂过程中没有刺激性气体和有毒气体产生，对人体没有危害，以及铸造性能好等特点，在铸造
新型水玻璃自硬砂在铸造上的应用 摘要：本文对目前国内铸钢件用造型制芯工艺及材料进行了具体的论述，对各种工艺的优缺点进行了分析，以为酯硬化水玻璃自硬砂工艺是铸钢件生产中最为合适的工艺，我单位在原酯硬化工艺的基础上，对水玻璃砂粘结剂体系进行活化改性架接，成功地研制出新型水玻璃自硬砂工艺及材料。通过对新工艺的工艺性能试验、经济技术分析，以及多个生产应用厂家的生产应用表明，新型水玻璃自硬砂工艺具有水玻璃加进量低(≤3%)，型砂强度高，(抗拉0.5-1.4Mpa),型砂硬透性好，硬化速度可调，型砂溃散性好，旧砂易于干法再生回用，回用率≥80%，生产本钱低，无毒无污染，浇注出的铸伯无裂纹及气孔缺陷，铸件质量和尺寸精度可与呋喃树脂砂工艺相媲美。因此，该工艺是一种先进可靠的工艺，预计会在国内铸造行业推广应用，将会取得明显的经济及社会效益。 前言 造型制芯工艺在铸件生产过程中占有十分重要的地位，它直接影响铸件的质量，生产本钱，生产效率及环境污染。随着机械产业的发展，对外经济贸易的扩大，以及环境污染、能源紧张、材料涨价等题目的日益严重，对铸造生产和铸件质量提出了更高的要求，尤其是跨进二十一世纪的今天。 为了适应二十一世纪绿色、集约化铸造的需要，符合可持续发展战略，新一代造型制芯工艺必须满足下述几个方面的要求： 1.生产的铸件质量好，铸造缺陷少。 2.劳动条件好，对生态环境污染少。 3.最大限度地利用自然资源，节省能源。 4.生产本钱低，生产效率高。 我单位开发的新型水玻璃自硬砂工艺在这方面具有很大的上风，是符合可持续发展模式的绿色环保型造型制芯工艺。混砂机 目前国内铸钢件生产用造型制芯工艺及材料现状
有机酯自硬水玻璃砂工艺 湖北省机电研究设计院冯胜山 1 前言 造型制芯工艺在铸件生产过程中占有十分重要的地位，它直接影响铸件的质量，生产成本，生产效率及环境污染。随着机械工业的发展，对外经济贸易的扩大，以及环境污染、能源紧张、材料涨价等问题的日益严重，对铸造生产和铸件质量提出了更高的要求，尤其是跨入二十一世纪的今天。 为了适应二十一世纪绿色、集约化铸造的需要，符合可持续发展战略，新一代造型制芯工艺必须满足下述几个方面的要求： 1．生产的铸件质量好，铸造缺陷少。 2．劳动条件好，对生态环境污染少。 3．最大限度地利用自然资源，节省能源。 4．生产成本低，生产效率高。 新型酯硬化水玻璃自硬砂工艺在这方面具有很大的优势，是符合可持续发展模式的绿色环保型造型制芯工艺。 2 目前国内铸钢件生产用造型制芯工艺现状 目前，国内铸钢件用造型制芯工艺主要有两大类，无机类粘结剂系统以水玻璃砂工艺，有机类粘结剂系统以呋喃树脂砂工艺为主，两种工艺上前的使用现状主发展前景如下。2.1 CO2水玻璃砂工艺 水玻璃砂工艺具有设备简单，操作方便、无毒味、成本低廉等特点，从50年代开始广泛地用于国内铸钢件的生产，尤其是CO2水玻璃砂工艺。 CO2水玻璃砂工艺使用过程长期存在的主要问题：型砂强度低，冬季硬透性差，型（芯）溃散性差，铸件清理困难，旧砂废弃造成生态环境污染大等，这些问题严重制约了水玻璃砂工艺的应用及发展，为了最大限度地改善水玻璃砂工艺存在的问题，国内外铸造工作者付出了艰辛的努力，经过了几十年的开发研究，先后开发出许多新的材料和工艺，如水玻璃的物化改性或特殊添加材料制成的改性水玻璃或溃散剂，清理采用水爆（浴）清砂，七零砂（石灰石砂），这些方法在一定程度上满足了当时的生产急需，并且许多工艺沿用至今，但是未能在根本上解决问题，水玻璃加入量居高不下，溃散性的解决受到限制，旧砂再生还未解决，铸件质量较差。 2.2 呋喃树脂砂工艺 八十年代后期，随着对铸件质量要求的提高，树脂砂工艺在国内外得到了大面积推广及应用，尤其是呋喃树脂砂工艺，呋喃树工艺具有铸件质量好，尺寸精度高，型芯溃散好，旧砂回用方便，回用率高等特点，这些优点备受铸造工作者的青睐，但是，该工艺在使用过程中出现了许多新问题，铸件表面渗硫和型（芯）高温退让性差引起铸件出现裂纹，尤其是薄壁类铸钢件，加上生产成本高，环境污染严重，虽经广泛地开发研究，但是至今未能彻底解决这些问题，使得该工艺在铸钢件及球铁件的应用受到限制。 近几年，树脂工艺在铸造上生产过程中出现的铸年质量问题，加上生产成本、环境保护等方面的压力，使无机类的水玻璃砂系统再度成为人们关注的热点，水玻璃砂工艺只有解决了多年存在的老大难问题，解决了水玻璃加入量的问题，粘结强度的问题，型砂综合性能的问题旧砂回用的问题，才能更好地在铸件生产中推广应用。
水玻璃铸造工艺守则 文件编号：RMZZ/QG-JS-01 版本：A 修改状态：O 受控状态： 编制：吴光来日期：2004－3－1 蜡料制备 1.工艺要求： 1.1 蜡液温度：70-90℃，严禁超过90℃。 1.2 稀蜡温度：65-80℃。 1.3 蜡膏保温缸水温：48-50℃。 1.4 蜡膏应搅拌均匀呈糊状，温度控制在45-48℃，其中不允许有颗 粒状蜡料。 1.5 蜡料配方
1.5.1 正常生产采用3、4两种配方，配方5用于压制浇口棒。 1.5.2 在生产过程中必须根据蜡模质量分析结果，适量增加或减少硬 脂酸量，冬季的酸值取下限，夏季的酸值取上限。 2操作程序 2.1 启动设备，检查运转是否正常，是否漏水、漏气、漏蜡，有问题应 及时排除。检查保温缸水温是否符合工艺要求。 2.2 按蜡料配比把石蜡、硬脂酸和回收蜡分别称好，加入化蜡槽内，加 热至全熔状态，其温度不得超过90℃。 2.3 把蜡液送到蜡膏搅拌机盛蜡槽内。 2.4 将搅蜡缸内加入三分之二的蜡片，启动搅拌机进行搅蜡直至呈糊状 蜡料为止。 3注意事项 3.1 稀蜡需用100目筛过滤，去掉杂质后方能使用。 3.2 不允许有影响质量的空气和水分混入蜡膏中。 3.3 化蜡槽和盛蜡槽每月清理两次。
3.4 蜡膏保温缸、搅蜡缸属于压力容器，应定期检查有关紧固件及密封 机构的使用情况，发现问题应及时处理，正常工作压力严禁超过 0.50MPa。 4检查项目 每班必须测量蜡液温度和保温水温度3-4次，控制在工艺要求范围内并做好原始记录。 蜡模制造 1 工艺要求 1.1 室温：16-28℃（最高不超过30℃）。 1.2 蜡膏压注温度：45～48℃，压力：0.3～0.5 MPa,保压时间:3～ 10秒。 1.3 压蜡冷却水温，14~24℃，冷却时间：20~100秒。 1.4蜡模冷却水温，14~24℃，冷却时间：10~60min。 1.5蜡模清洗液温度，20~28℃，清洗液中加入0.01% JFC。 1.6 脱模剂：ZF201.
水玻璃固化砂工艺 树脂固化砂的应用实践表明，呋喃的价格较高，环境污染较大，在未来21世纪人们对于自身生存条件和环境的要求日趋严格的条件下，由于车间劳动保护和生产环境卫生方面的投资很大，从而使树脂砂的应用受到一定限制，许多国家又对水玻璃固化砂极为重视。最近十多年来，人们对于水玻璃的基本组成和“老化”现象实质的认识深化和新型硬化工艺的开发等两方面均取得了突破性进展，在型芯砂保持足够的工艺强度的条件下，水玻璃加入量（质量分数）可降至2.5%.～3.5%.，从而使水玻璃砂长期存在的溃散性差、旧砂不能回用的问题得到了较好的解决。水玻璃砂的硬化方法可分为：CO2气硬法和自硬法两种，热硬法已很少采用。 1.CO2气硬法 此法是水玻璃粘结剂领域里应用最早的一种快速成型工艺，由于操作方便、使用灵活、无毒无味、在国内外大多数的铸钢件生产中，得到了广泛的应用。 （1）硬化原理和特点水玻璃的出现已有三百多年历史，由于它的成分十分复杂、多变，它的基本组成一直没有搞清楚，对水玻璃的研究主要停留在宏观的层次上。近年来，多种先进测试手段的开发，可深入到分子范畴进行分析和研究，并发现，新制备的水玻璃是一种真溶液；但是在存放过程中，水玻璃中硅酸要进行缩聚，将从真溶液逐步缩聚成大分子的硅酸溶液，最后成为硅酸胶粒。因此，水玻璃实际上是一种由不同聚合度的聚硅酸组成的非均相混合物，易受其模数、浓度、温度、电解质含量和存放时间长短的影响。 水玻璃砂吹人CO2气体硬化时，水玻璃的表层因吸收COz而其模数升高和脱水，在酸化和脱水两重作用下，迅速硬化而形成初强度。已固化的表层水玻璃阻碍了CO2往深层渗透，内层水玻璃只能靠脱水而继续增加强度。此法缺点是：型芯砂强度低，含水量大，易吸潮，溃散性差，目前大多用于中、小型铸钢件生产。 （2）水玻璃的改性水玻璃在存放过程中分子产生缩聚，形成胶粒，可使其粘结强度下降20%～30%.，这一现象称为水玻璃老化。为了消除老化，必须对水玻璃进行改性，目前改性的方法有物理改性和化学改性两种。物理改性是用磁场、超声波、高频或加热等办法，往水玻璃中供给能量，使已聚合的胶粒解聚，聚硅酸分子重新均匀化。这种改性对高模数水玻璃有效，但是存在重新老化的问题。
新型水玻璃自硬砂工艺在铸钢生产中的应用 作者：浙江永嘉兰开铸造公司刘建强黄云天 .、八、- 一?刖言 目前国内外冷凝自硬砂工艺主要分为二大类：无机类粘结剂以水玻璃砂工艺为主，有机类粘结剂以呋喃和碱性酚醛树脂砂工艺为主。以上二大类自硬砂工艺在二十世纪下半期至今在全世界铸造业应用并不断成熟完善。但此二种工艺在性能上各有特点，也存在问题。特别在铸钢、合金钢件的铸造时有明显工艺上的不足。C02硬化水玻璃加入量高（一般为7%-8%）,砂的残留强度高，溃散性差，旧砂再生回用困难。有机粘结剂树脂砂工艺的出现，在一定程度上解决了CO2水玻璃砂的固有缺陷，但碱性酚醛树脂成本高，呋喃树脂砂易出现铸件裂纹、气孔等缺陷。水玻璃“新三法” （VRH微波烘硬、有机脂）的问世，使水玻璃的加入量降低了一半，溃散性大有改善，但新“三法”在工艺上存在着一定的缺陷，VRH法因设备投资大及铸件尺寸受真空室限制；微波烘硬法因铸型吸湿性强及电微波转化率低；回用砂率综合性能差等缺点，严重制约了水玻璃砂的发展。 随着水玻璃基础理论研究的不断进展，水玻璃砂溃散性差和旧砂再生困难等缺点并非水玻璃的固有特性。它来源于对水玻璃化学和胶体化学认识不足和使用不当 （1）0目前国内以沈阳汇亚通铸造材料有限责任公司等单位在这方面的研究取得 了领先。他对普通水玻璃进行一系列化学和物理改性及电离子架接，研制开发了 新型水玻璃和专用酯类固化剂自硬砂工艺，为水玻璃砂的第三次中兴产生了质的飞跃。 二.新型水玻璃酯硬砂工艺的应用 我公司年产阀门承压铸钢件2000余吨，产品以单价小批量为主，壳体主要壁厚 10~60mm且薄件居多。材质牌号有普通碳素钢，耐热耐高温铬钼钢、铬钼钡钢及各种耐酸不锈钢。其中有30%是电站阀门铸件，有20%左右是出口阀门配套铸件。因此，对造型工艺及材料要求相当苛刻。我们于2000年下半年开始对原粘土砂工艺进行技术改造，要求采用新工艺、新材料，以低成本高质量满足当前生产及市场竞争的需要，在选择工艺方案阶段，我们对普通水玻璃自硬砂，呋喃树脂自硬砂及新型水玻璃自硬砂三种砂型工艺，分别在不同材质、不同品种的阀 门铸钢件上进行了工艺试验，试验用原砂为福建平潭优质擦洗硅砂，粒度为40 / 70 目, SiO2含量》96%，含泥量和含水量分别w 0.5 %，角形系数w 1.25 %，
水玻璃铸造工艺守则1 蜡料制备 1. 工艺要求： 1.1 蜡液温度：70-90℃，严禁超过90℃。 1.2 稀蜡温度：65-80℃。 1.3 蜡膏保温缸水温：48-50℃。 1.4 蜡膏应搅拌均匀呈糊状，温度控制在45-48℃，其中不允许有颗粒状蜡料。 1.5.1 正常生产采用3、4两种配方，配方5用于压制浇口棒。 1.5.2 在生产过程中必须根据蜡模质量分析结果，适量增加或减少硬脂酸量，冬季的酸值取下限，夏季的酸值取上限。 2 操作程序 2.1 启动设备，检查运转是否正常，是否漏水、漏气、漏蜡，有问题应及时排除。检查保温缸水温是否符合工艺要求。 2.2 按蜡料配比把石蜡、硬脂酸和回收蜡分别称好，加入化蜡槽内，加热至全熔状态，其温度不得超过90℃。 2.3 把蜡液送到蜡膏搅拌机盛蜡槽内。 2.4 将搅蜡缸内加入三分之二的蜡片，启动搅拌机进行搅蜡直至呈糊状蜡料为止。 3 注意事项 3.1 稀蜡需用100目筛过滤，去掉杂质后方能使用。 3.2 不允许有影响质量的空气和水分混入蜡膏中。 3.3 化蜡槽和盛蜡槽每月清理两次。 3.4 蜡膏保温缸、搅蜡缸属于压力容器，应定期检查有关紧固件及密封机构的使用情况，发现问题应及时处理，正常工作压力严禁超过0.50MPa。 4 检查项目 每班必须测量蜡液温度和保温水温度3-4次，控制在工艺要求范围内并做好原始记录。
蜡模制造 1 工艺要求 1.1 室温：16-28℃（最高不超过30℃）。 1.2 蜡膏压注温度：45～48℃，压力：0.3～0.5 MPa,保压时间:3～10秒。 1.3 压蜡冷却水温，14~24℃，冷却时间：20~100秒。 1.4蜡模冷却水温，14~24℃，冷却时间：10~60min。 1.5蜡模清洗液温度，20~28℃，清洗液中加入0.01% JFC。 1.6 脱模剂：ZF201. 1.7蜡模表面光洁度，形状完整，轮廓清洗，尺寸合格，不允许有缩陷，凸包裂纹等缺陷。 2 操作程序 2.1 手工制模 2.1.1检查压型的分型面、型腔、脱模机构、定位销、紧固件应完整清洁。涂擦分型剂，装配并紧固压型。 2.1.2注蜡：把蜡抢嘴对准压型的注蜡孔，旋开阀门使蜡膏注入型腔并保压3~10s，关闭阀门，移走蜡枪。 2.1.3冷却：把注满蜡膏的压型濅入水内或放在工作台上冷却，冷却时间视蜡模形状与质量要求具体掌握，一般冷却20~100s。 2.1.4取模：拆开冷却过的压型，取出蜡模并及时放入水中继续冷却。有特殊要求的蜡模应放在专用夹辅具上冷却。 2.1.5清型：用压缩空气吹除型腔、型芯上的水和蜡渣，视取模状况涂擦脱模剂。 2.1.6合型：装配清理干净的压型，按 3.1.2~3.1.5的程序再次制模。 2.1.7交班：工作完毕应把压型清理干净，打扫工作环境后交班，若不在生产时，压型应及时交还压型库保管。 2.2 机械制模 2.2.1检查压蜡机的润滑，电器、气动系统是否正常，调整限位，顶模机构，调节循环水系统和蜡膏输送系统。根据不同产品的压型注蜡孔，调整固定压蜡抢嘴的位置。 2.2.2用压缩空气吹除压型型腔内的水和蜡渣，吹刷分形剂，启动压蜡机。 2.2.3压蜡机按自控程序完成：取出蜡模，按要求放置冷却。 2.2.4按 3.2.2~3.2.4的程序连续制模。 2.2.5工作完毕应用压缩空气清除压蜡和压型上的水和蜡渣，水槽中的蜡渣和注蜡道必须清理干净，打扫工作环境后交班，并作好交接班记录。 2.3蜡模修整 2.3.1用修模刀除去分型面上的披缝和其他不应有的凸起（包括注蜡残余），用稀蜡填补缺陷并修饰光滑。 2.3.2修整合格的蜡模在清洗槽中用清洗液进行清洗，清除分型剂，用压缩空气吹除蜡模表面上的蜡屑和水分。 2.3.3清洗干净的蜡模按品种整齐摆放在规定的器具中交检查员进行验收。 3 注意事项 3.1压型应定期用煤油清洗，进行必要的保养。 3.2蜡模在运输、贮存中应轻拿轻放，不得整盘倾倒，防止变形和碰伤。 3.3蜡模贮存、时间不得超过15天，超时间的蜡模应重新检查。
硅酸钠基本知识简介 英文名：Sodium silicate, Water glass. 硅酸钠是无色固体，密度2.4g/cm3，熔点1321K(1088℃)。溶于水成粘稠溶液，俗称水玻璃、泡花碱。是一种无机粘合剂。 固体硅酸钠南方多称水玻璃，北方多称泡花碱，硅酸钠的水溶液通称水玻璃。纯固体硅酸钠为无色透明固体，市售硅酸钠多含有某些杂质，略带浅蓝色。 硅酸钠俗称水玻璃，液体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明粘稠状液体。固体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明玻璃块状体。形态分为液体、固体、水淬三种。理论上称这类物质为“胶体”。普通硅酸钠为略带浅蓝色块状或颗粒状固体，高温高压溶解后是略带色的透明或半透明粘稠液体。 市面上出售的AR分析纯水玻璃为Na2SiO3·9H2O，放置在空气中吸潮、结块。在水中的极易溶解。 泡花碱也就是硅酸钠（Na2SiO3），溶于水后形成的粘稠溶液，通称水玻璃，呈碱性。它的用途非常广泛，往往根据其粘结性强的特点，被用做硅胶，而且耐酸、耐热。有毒，但对一般的接触没有影响，误食则会对人体的肝脏造成危害 分类介绍 1、硅酸钠分两种，一种为偏硅酸钠，化学式Na2SiO3，式量122.00。另一种为正硅酸钠，化学式Na4SiO4，式量184.04。 2、正硅酸钠是无色晶体，熔点 1291K(1088℃)，不多见。水玻璃溶液因水解而呈碱性（比纯碱稍强）。因系弱酸盐所以遇盐酸，硫酸、硝酸、二氧化碳都能析出硅酸。保存时应密切防止二氧化碳进入，并应使用橡胶塞以防粘住磨口玻璃塞。工业上常用纯碱与石英共熔制取Na2CO3+SiO2→Na2SiO3+CO2↑，制品常因含亚铁盐而带浅蓝绿色。用为无机粘接制剂（可与滑石粉等混合共用），肥皂填充剂，调制耐酸混凝土，加入颜料后可做外墙的涂料，灌入古建筑基础土壤中使土壤坚固以防倒塌。 3、偏硅酸钠是普通泡化碱与烧碱水热反应而制得的低分子晶体，商品有无水、五水和九水合物，其中九水合物只有我国市场上存在，是在上世纪80年代急需偏硅酸钠而仓促开发的技术含量较低的应急产品，因其熔点只有42℃，贮存时很容易变为液体或膏状，正逐步被淘汰，但由于一些用户习惯和一些领域对结晶水不是很在意，九水偏硅酸钠还是有一定市场。 生产方法 硅酸钠的生产方法分干法（固相法）和湿法（液相法）两种。
水玻璃砂工艺二 3.2.2 水玻璃自硬砂 水玻璃砂在混砂时加入硬化剂，在室温下能够自硬；砂型（芯）在硬化后起模，称之为自硬砂。早期的水玻璃自硬砂的硬化剂多以粉状材料为主，如β硅酸二钙（赤泥、炉渣或合成β 硅酸二钙）、硅铁粉、氟硅酸钠等。使用这些粉状材料，使水玻璃加入量居高不下，导致型 砂溃散性变差。 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，比强度提高一倍以上，1000℃残留强度降低了90％左右。表3－25是有机酯水玻璃 自硬砂与固体硬化剂自硬砂配比及性能对比。图3－26是混合料的配比（质量比）为原砂（福建水洗海砂）100，有机酯0.28，水玻璃 2.8时的有机酯硬化水玻璃砂在不同温度下的 残留强度值 图3－26 有机酯水玻璃砂不同温度下的残留强度 表3－25有机酯水玻璃自硬砂与固体硬化剂水玻璃自硬砂配比及性能对比 序号配比（质量比）性能 原砂水玻璃硬化剂其他终强度/MPa 1000 ℃残留 强度（抗压强 度）/MPa 1 100 7 赤泥4～5 －＞0.9 － 2 100 6 ～7 电炉渣5～7 水1～2 0.4 ～0.7 － 3 100 5 ～6 硅铁粉1～2 ω（NaOH）＝ －－ 10％溶液 0.5～1.0 4 100 2. 5 ～2.8 有机酯0.22～ －≈ 2 ≈ 0.2 0.34 3.2.2.1 有机酯水玻璃自硬砂的硬化机理 有机酯水玻璃自硬砂的硬化可分为如下三个阶段; 第一阶段，有机酯在碱性水溶液中发生水解，生成有机酸或醇。这个阶段时间的长短取决于 有机酯与水玻璃的互溶性和水解速度，它决定了型砂的可使用时间的长短。化学反应通式如下： RCOOR ˊ +xH 2O OH- RCOOH+Rˊ OH 第二阶段，有机酯和水玻璃反应，使水玻璃模数升高，且整个反应过程为失水反应，当反应 时水玻璃的粘度超过临界值，型砂便失去流动性而固化。化学反应通式如下： Na 2O ·mSiO 2·nH 2O+xRCOOH （1－x/2）Na 2O·mSiO 2·(n+x/2)H 2O+xRCOONa 以上两步总的反应式为: xRCOOH ˊ + Na 2O· mSiO 2· nH 2O+xH 2O （1－x/2）Na 2O· mSiO 2· (n+x/2)H 2O+xRˊ OH+xRCOONa 第三阶段，水玻璃进一步失水强化。
水玻璃氯化铵法精密铸造工艺规程 1.目的为了便于操作者熟悉和掌握水玻璃法精密铸造的工艺特点、技术特 性，更好的在生产中加以应用，生产出优质的产品，特制定本规程。 2.适用范围本工艺规程适用于从蜡模配制到模壳浇注的全过程。 3.职责 3.1 技术部是本规程的制定和归口部门。 3.2 各工序工作人员均应按此规程进行操作。 4.工艺规程 4.1 制作蜡模 4.1.1 压制蜡模的模具应符合产品的图纸要求，经检验合格后使用。 4.1.2 蜡料应按石蜡：硬脂酸1:1进行配料，融化后加蜡屑机械搅拌成 糊状，加入压蜡机内往模具中注蜡。 4.1.3 蜡型要在模具中保压冷却才可取模，并及时对变形蜡模进行校 正，放入冷水冷却，待完全冷却后方可进行取出毛刺、修整等工 作。 4.1.4 修整好的蜡模经检验合格后，清洗表面油脂，方可与浇冒口组焊。 4.1.5 组焊好的模组，需将内外面的蜡屑清除干净后送涂挂制壳。 4.2 制壳 4.2.1 选料面层料浆用320目锆英粉，加固层料浆用200目以上的 高铝粉或焦宝石粉和石英粉，粘结剂用模数3.1~3.4，密度为 1.30~1.40的40#水玻璃。 4.2.2 选砂面层用80~100目的棕刚玉，二层用40~70目的石英砂， 三层用20~40目的石英砂，四层以后选用10~20目的石英砂。 4.2.3 料浆的配制面层与二层：将水玻璃加水稀释到密度为 1.28~1.30，然后加锆英粉，其比例为1:1.1~1.2（要注意根据 气温变化调节比例），进行机械搅拌，再加入清洗剂0.05%，消 泡剂0.05%，继续搅拌，时间不少于6小时，静置4小时熟化， 再搅拌均匀方可使用。三层过渡层用密度为1.30~1.32的水玻 璃加高铝粉和石英粉，比例为1:0.5:0.5。加固层同三层，比例略 为调厚一点。 4.2.4 料浆的粘度测定用100Ml的流量杯来测定，面层、二层及三层 为28~35秒，加固层为45~50秒。 4.2.5 挂浆将检验合格后的模组浸入搅拌均匀的料浆中，上下移动两 次，然后提出，用毛刷将字和死角处的气泡刺破并刷浆，把多余
水玻璃在铸造生产中的应用 1、概述 （1）水玻璃别名泡花碱，是硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂和硅酸季铵盐在水中以离子、分子和硅酸胶粒并存的分散体系。 （2）纯净的水玻璃外观为无色透明的粘稠液体，当含有铁、锰、铝、钙的氧化物时，则带有黄、绿、青灰和乳白等各种颜色。 （3）一般的水玻璃指钠水玻璃，铸造中使用的水玻璃的模数通常为2＜M＜4。（4）水玻璃砂加热到800℃以上时具有良好的退让性，能减少铸件的热裂缺陷，但加入量偏高时，浇注后型砂的残留强度高，溃散性差。 2、特点 （1）硬化和强化：水玻璃的粘度超过浓度-模数相结合的临界值时便开始趋向硬化，硬化的水玻璃依赖进一步失水而增强，称为强化阶段。人们采取加热烘 气体硬化法、硅铁粉自硬砂等方法促使水玻璃硬化。 干、微波烘干、CO 2 （2）水玻璃粘结剂的硬化采取强脱水、少反应的原则，来增加粘结强度。（3）模数的调整：降低水玻璃的模数时，加入NaOH水溶液（质量分数为 Cl水溶液（质量分数为10%）或无定10%-20%）；升高水玻璃模数时，加入NH 4 。也可按比例将高、低模数的水玻璃混合获得一种中间模数的水玻璃。型SiO 2 （4）浓度的调整：加热脱水或增水即可。铸造行业中习惯用密度来反映水玻璃的浓度，常用波美度°Be’来表示。 （5）老化与物理改性：老化指水玻璃存放过程中，其粘度和粘结强度显著下降，凝聚胶化速度加快，其实是内部能量缓慢释放的过程。通过磁场处理、超声振荡、回流加热、热压釜加热等物理改性消除水玻璃的老化情况。 （6）水玻璃砂溃散剂：多糖类、树脂类、油类、纤维素类、碳质类、无机物类、矿石类等。 ）、固体（硅铁粉等）、液体（丙烯酸碳酸酯）。（7）水玻璃硬化剂：气体（如CO 2 我国供应嘴普通的MDT系列有机酯为MDT-901（慢酯）、MDT-903（快酯）、MDT-800（极慢）、MDT-Q（极快）。 3、以水玻璃为粘结剂的型砂和芯砂 吹气硬化水玻璃砂：根据不同的配比可适用于铸钢件型（芯）砂、铸（1）CO 2
水玻璃砂铸造应注意的Ｎ个问题特别是铸铁 国内外几十年来对树脂砂铸造工艺的应用实践表明：树脂砂虽然具有铸件尺寸精度高， 表面光洁，造型效率高，可以制造形状复杂和内部质量要求严格的铸件，旧砂回收再生容易等优点；但是，树脂砂的生产成本高，环境污染严重，在人们对于自身生存条件和环境的要求日趋严格的条件下，由于车间劳动保护和生产环境卫生方面的投资很大，树脂砂的应用受到一定限制。而水玻璃无色、无臭、无毒，在混砂造型、硬化和浇铸过程中都没有刺激性或有毒气体溢出。故近年来许多国家对水玻璃砂重新重视起来。 水玻璃砂的硬化方法可分为热硬法、气硬法和自硬法三大类，包括很多种方法。但目前 常用的硬化方法主要有以下两种： 1、普通CO2气硬法 此法是水玻璃粘结剂领域里应用最早的一种快速成型工艺，由于设备简单，操作方便， 使用灵活，成本低廉，在国内外大多数的铸钢件生产中得到了广泛的应用。 CO2气体硬化水玻璃砂的主要优点是：硬化速度快，强度高；硬化后起模，铸件精度高。 普通CO2气体硬化水玻璃砂的缺点是：型（芯）砂强度低，水玻璃加入量（质量分数）往往高达7~8%或者更多；含水量大，易吸潮；冬季硬透性差；溃散性差，旧砂再生困难，大量旧砂被废弃，造成环境的碱性污染。 2、有机酯自硬法 此法是采用液体的有机酯代替CO2气体作水玻璃的硬化剂。 这种硬化工艺的优点是：型（芯）砂具有较高的强度，水玻璃加入量可降至3.5%以下；冬季硬透性好，硬化速度可依生产及环境条件通过改变粘结剂和固化剂种类而调整（5~150min）；型（芯）砂溃散性好，铸件出砂清理容易，旧砂易干法再生，回用率≥80%，减少水玻璃碱性废弃砂对生态环境的污染，节约废弃砂的运输、占地等费用，节约优质硅砂资源；型砂热塑性好，发气量低，可以克服呋喃树脂砂生产铸钢件时易出现的裂纹、气孔等缺陷；可以克服CO2水玻璃砂存在的砂型表面稳定性差、容易过吹等工艺问题，铸件质量和尺寸精度可与树脂砂相媲美；在所有自硬砂工艺中生产成本最低，劳动条件好。
Na-1钠水玻璃固化剂及其应用 1.前言 水玻璃类材料在化工，建筑防腐蚀上应用广泛。用水玻璃配制成的胶泥，砂浆和混凝土可用于接触酸性介质的塔，槽等设备的衬里，铺砌耐酸地坪、排酸沟和浇灌设备基础等。水玻璃类材料有工程造价低 (水玻璃的价格仅为树脂的1/100到1/50) ，耐酸性好(尤其是对强氧化性酸 )，耐热性高(极限使用温度可达800-900℃)等优点，这些是树脂类材料所无法相比的。 要使水玻璃类材料能在常温下较短时固化并具有一定的强度，必须要加入一定量的固化剂。传统的水玻璃固化剂是氟硅酸钠。使用氟硅酸钠在技术上是成熟的，但存在以下缺点和问题: （1）氟硅酸钠具有一定的毒性。食品工业有关设备禁止使用加氟硅酸钠固化的水璃类材料。 （2）氟硅酸钠易吸潮而结块，使用时要敲碎、过筛，不但给使用带来麻烦，而且过筛 时氟硅酸钠粉尘易吸人呼吸道。 （3）目前国内氟硅酸钠货源紧缺，因它可用于其它方面出口创汇。 因此，研制开发一种新固化剂是当务之急。， 2．Na-l水玻璃固化剂的研制及应用试验 研制一种新型水玻璃固化剂应考虑达到如下要求: （1）低毒或无毒; （2）固化物的物理力学性能应达到或超过现行规范的要求; （3）固化物的耐腐蚀性能不低于使用氟硅酸钠时的性能， （4）固化速度合适，能满足施工要求， （5）加入量不高于氟硅酸钠，产品价格与氟硅酸钠相近; （6）生产无污染，原料易得。 2.1 Na-l水玻璃固化剂及固化机理简介 Na-l水玻璃固化剂是一种无毒的非卤素类复合型固化剂，由主剂和助剂I、助剂2复合而成。主剂在固化反应中起主导作用，助剂I、助剂2起调节、促进固化反应的作用。 Na-l水玻璃固化剂的性状为: 外观: 白色或灰白色粉状固体; 细度：全部通过80目筛孔，在空气中不会因吸潮而结块； 水混合物的pH值: 3-4 当水玻璃中加入一定量Na-l固化剂后，Na-l固化剂先与水玻璃中的水起水解反应而产生H+，H+与水玻璃中的OH-作用，中和成水，使溶液的PH值降低，随之产生硅酸凝胶，硅酸凝胶在Na-1固化剂的催化作用下进一步失水聚合而固化，其反应示意如下： Na2SiO3 + 2H+ +H2O → 2Na+ +Si(OH)4 OH OH OH OH ∣∣∣∣ HO-Si-OH + HO-Si-OH → HO-Si -O- Si- OH + H2O ∣∣∣∣ OH OH OH OH 进一步聚合而成： ∣∣∣ - Si – O –Si –O – Si - ∣∣∣ O O O ∣∣∣ - Si –O- Si –O – Si - ∣∣∣
硅酸钠俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃，是一种矿黏合剂。其化学式为R2O·nSiO2，式中R2O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的摩数。建筑上常用的水玻璃是硅酸钠（Na2O·nSiO2）的水溶液。 水玻璃 分子式Na2O·mSiO2 石英砂和碱的配合比例即SiO2和Na2O的摩尔比决定着硅酸钠的模数M，模数即显示硅酸钠的组成，又影响硅酸钠的物理、化学性质，因此不同模数的硅酸钠有着不同的用处。广泛应用于普通铸造、精密铸造、造纸、陶瓷、粘土、选矿、高岭土、洗涤等众多领域。 技术指标 硅酸钠水溶液的技术指标 指标名称技术指标 二氧化硅（%）≥24.6 ；≥26.0 ；≥29.2 ；≥25.7 氧化钠（%）≥7.0 ；≥8.2 ；≥12.8；≥10.2 水不溶物（%）≤0.20 ;≤0.38 ;≤0.36 ;≤0.38 铁（%）≤0.02 ;≤0.09; ≤0.08 ;≤0.09 水余量 波美度35.0-37.；0. 39.-0.41；0 .50-.0.52.；0. 44-0.46 模数3.5-3.7; 3.1-3.4 ;2.2-2.5 ;2.6-2.9 固体硅酸钠的技术指标
指标名称技术指标 模数（M）3.5-3.7 ;3.1~3.4 ;2.6~2.9 ;2.2~2.5 可溶固体（%）≥99; ≥99 ;≥99 ;≥99 铁(%) 0.12 ;0.12 ;0.12; 0.10 用途 水玻璃的用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。在化工系统被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、五水偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状硅酸钠、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料。在经济发达国家，以硅酸钠为原料的深加工系列产品已发展到50余种，有些已应用于高、精、尖科技领域；在轻工业中是洗衣粉、肥皂等洗涤剂中不可缺少的原料，也是水质软化剂、助沉剂；在纺织工业中用于助染、漂白和浆纱；在机械行业中广泛用于铸造、砂轮制造和金属防腐剂等；在建筑行业中用于制造快干水泥、耐酸水泥防水油、土壤固化剂、耐火材料等；在农业方面可制造硅素肥料；另外用作石油催化裂化的硅铝催化剂、肥皂的填料、瓦楞纸的胶粘剂、金属防腐剂、水软化剂、洗涤剂助剂、耐火材料和陶瓷原料、纺织品的漂、染和浆料、矿山选矿、防水、堵漏、木材防火、食品防腐以及制胶粘剂等……。分述如下： 1、涂刷材料表面，提高抗风化能力 水玻璃溶液涂刷或浸渍材料后，能渗入缝隙和孔隙中，固化的硅凝胶能堵塞毛细孔通道，提高材料的密度和强度，从而提高材料的抗风化能力。但水玻璃不得用来涂刷或浸渍石膏制品。因为水玻璃与石