脂硬化水玻璃砂應用工藝試驗

朱建軍，梅志明，程乾坤，喬增國

(常州寶菱重工機械有限公司，江蘇 常州 213019)

0 前言

常州寶菱重工機械有限公司對鑄鋼車間造型材料進行了改進，采用脂硬化水玻璃砂替代了傳統的水玻璃砂造型。由于脂硬化水玻璃砂硬化速度及強度等指標對環境溫度敏感，在生產過程中，需要根據環境條件及時調整固化劑配比。型砂硬化太慢，會造成造型節奏慢影響生產進度;型砂硬化太快，在造型操作還未完成時就已硬化，砂型強度低，影響產品質量，甚至不成型。因此，迫切需要找到不同溫度下的合適的固化劑配比，指導生產操作。

1 試驗目的

根據本地氣候特點，冬季氣溫多為0～10℃，春秋季氣溫多為10～30℃，夏季氣溫多為30～38℃，擬通過工藝試驗，了解脂硬化水玻璃砂在0～10℃、11～20℃、21～30℃和30～40℃等幾種典型溫度環境下，不同固化劑配比時型砂的可使用時間、硬化時間、抗拉強度等參數，從而確定在不同環境(溫度)條件下的合理配比。

2 試驗方案及結果

2.1 試驗條件

采用連續式混砂機，混砂速度10 t/h，砂型在振實臺上振實，待砂型有了足夠強度后人工起模，24 h后澆注。振動落砂后舊砂經連續式砂處理設備(破碎+篩分+焙燒+磨擦+篩分 +除塵)處理后回用。

生產節奏:公司主導產品砂型造型時間約5～10 min/型，最佳起模時間控制在40～50 min之間為宜。所以要求型砂的可使用時間10 min、硬化時間40～50 min。砂型強度要求≥500 Pa。

型砂試驗:采用SQS－Ⅱ型砂強度試驗機。

型砂為日常生產用砂:采用70%再生砂+30%新砂，通過送砂系統預混均勻。

原砂:為福建平潭產的鑄造硅砂，40～70目，SiO2≥96%，含水量 0.11%，含泥量0.21%，角形系數1.23%。

再生砂:粒度為30/50目再生砂，Na2O殘留量0.35%。

有機脂水玻璃:有CS－10、CS－20、CS－30三種，硬化速度分別為快、中、慢，根據本公司環境條件及產品特點選用CS－20(中速)。

固化劑:有CG－0、CG－1、CG－2、CG－3四種，硬化速度分別為特快、快、慢、特慢，根據本公司環境條件及產品特點選用CG－1、CG －2。

2.2 試驗方案

基本配料方案:型砂(70%再生砂+30%新砂)+有機脂水玻璃(占型砂重量的3%)+按指定比例(見表1)混合均勻的固化劑(占水玻璃重量的13%)。

表1 固化劑配比方案Table 1 Scheme of curing agent proportioning %

由于環境溫度區間跨度較大，所以在試驗時分別取0～10℃、11～20℃、21～30℃和31～40℃四個溫度區間的中間值作為代表。

試驗過程中使用的型砂溫度為室溫，脂硬化水玻璃、固化劑經電加熱到20～25℃(環境溫度高于20℃時為室溫)。

混砂機開始放砂(同時開始記錄硬化時間)。造型，做試樣，同時注意觀察，并記錄可使用時間、硬化時間。

強度試樣室溫保存24 h后，測試抗拉強度等參數。

(1)可用時間是指混砂后讓型砂保持靜止狀態，混砂結束到型砂開始發粘，呈粘連狀為止的時間。試驗過程中每10 s檢查1次，以便得到相對準確的數據。

(2)硬化時間是指從混砂結束到以手指按壓砂型表面不松散、不變形為止的時間。試驗過程中每5 min檢查1次，以便得到相對準確的數據。

(3)在可使用時間內做成抗拉強度試塊，用于檢測24 h抗拉強度，每組試驗做3只試樣，取測試結果的平均值。

3 試驗結果

(1)在環境溫度為0～10℃時按各配料方案混砂的試驗結果見表2。

表2 溫度為6℃時試驗記錄Table 2 Testing record at 6℃ h

(2)在環境溫度為11～20℃時按各配料方案混砂的試驗結果見表3。

表3 溫度為15℃時試驗記錄Table 3 Testing record at 15℃

(3)在環境溫度為21～30℃時按各配料方案混砂的試驗結果見表4。

表4 溫度為26℃時試驗記錄Table 4 Testing record at 26℃

(4)在環境溫度高于30℃時按各配料方案混砂的試驗結果見表5。

表5 溫度35℃時試驗記錄Table 5 Testing record at 35℃

4 數據分析

(1)從表2～表5可看出，型砂可用時間和硬化時間隨著CG－1比例的增大而縮短，隨著溫度升高而縮短，見圖1、圖2。

圖1 不同方案與不同溫度下型砂的可用時間Fig.1 Up time of casting sand for diferent scheme versus diferent temperature

(2)在溫度較高時隨著硬化速度加快，砂型強度有降低的趨勢，見圖3。主要原因是在混砂或造型操作過程中部分水玻璃與固化劑發生提前硬化反應。尤其是35℃時按方案4、方案5混制的型砂基本不能成型。反之，在溫度很低時，時隨著硬化速度減慢，砂型強度有提高的趨勢。主要是因為硬化反應速度慢，到試驗測試時，砂型還未完全硬化。如6℃時按方案1、方案2混制的型砂24 h強度明顯偏低，此時可以通過給砂型加熱的方式提高型砂強度。

5 結論

通過上述試驗和分析，可以得出如下應用脂硬化水玻璃砂工藝結論:

(1)在冬季，環境溫度0～10℃時，選用方案5即固化劑全用CG-1基本能滿足生產要求。

(2)在春秋季，環境溫度10～20℃時，選用方案4即固化劑采用25%的CG－2+75%的CG－1配比能較好滿足生產要求;環境溫度20～30℃時，選用方案3即固化劑采用50%的CG－2+50%的CG－1配比，方案2即固化劑采用25%的CG－1+75%的CG－2配比能較好滿足生產要求。

(3)在夏季，環境溫度高于30～40℃時，采用方案1即固化劑全部采用CG－2勉強能滿足生產要求。必要時可以配合使用更慢一號的水玻璃(GS-30)。