水玻璃砂型介绍学习教案.pptx

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1、会计学1水玻璃砂型水玻璃砂型(shxng)介绍介绍第一页，共34页。第二节第二节第二节第二节 水玻璃粘结剂砂型水玻璃粘结剂砂型水玻璃粘结剂砂型水玻璃粘结剂砂型(shxng)(shxng)(shxng)(shxng)（芯）（芯）（芯）（芯）水玻璃及水玻璃砂的硬化(ynghu)机理CO2-水玻璃砂自硬水(yngshu)玻璃砂 烘干硬化水玻璃砂 微波硬化法硬化水玻璃砂 水玻璃砂溃散性问题及其解决途径 水玻璃砂的再生第2页/共34页第二页，共34页。2.1 钠水玻璃及钠水玻璃砂的硬化(ynghu)机理（一）概述(ish)钠水玻璃（Sodiumsilicate,waterglass），价格便宜，来源充足

2、；其次为钾水玻璃，此外(cwi)还有锂水玻璃、钾钠水玻璃、季铵盐水玻璃等。钠水玻璃的化学式:Na2OmSiO2nH2O。通过发生物理-化学反应达到硬化的。水玻璃是各种聚硅酸盐水溶液的通称，别名泡花碱应用最广泛第3页/共34页第三页，共34页。几个(j)重要参数：（1）模数水玻璃中SiO2和Na2O的摩尔(mr)百分比M=nSiO2/mNa2O=1.033SiO2/Na2O式中：SiO2、Na2O分别为硅酸钠中SiO2和Na2O的质量百分数（%）。模数越高，硬化速度越快，但模数过高，将使芯（型）砂的保存性差，不适于造型和制芯。铸造生产中，吹CO2硬化常用模数2的钠水玻璃。水玻璃的模数可以通过加入

3、(jir)NaOH水溶液(浓度10-20%)或NH4Cl水溶液(浓度10%)进行调整。调整计算：xNaOH=13.3SiO2/M-12.9Na2OxNH4Cl=1.73(Na2O-SiO2/M)第4页/共34页第四页，共34页。（2）密度、含固量和粘度密度低，水的质量分数高，含固量少，不宜用作型（芯）砂粘结剂；反之，密度过大，粘稠，也不便定量和不利与砂子(shz)混合。铸造上通常采用密度=1.321.68/cm3或波美度3054的水玻璃。水分和含固量比密度更能直接反映水玻璃的粘结力和价值。钠水玻璃模数与粘度(zhnd)的关系第5页/共34页第五页，共34页。钠水玻璃水分与粘度(zhnd)的关系

4、水分增大，密度(md)、粘度减小第6页/共34页第六页，共34页。硬化(ynghu)方式与水玻璃模数、密度的关系第7页/共34页第七页，共34页。不同(btn)产地水玻璃及性能生产单位生产单位产地产地外观外观比重比重模数模数水不溶物水不溶物二氧化硅二氧化硅氧化钠氧化钠铁含量铁含量北京红星泡花碱厂北京红星泡花碱厂北北 京京浅灰色浅灰色512.350.629.212.80.027北京市红星化工厂北京市红星化工厂北北 京京浅灰浅灰1.523.3-32.510.5-二七机车车辆厂附属工厂二七机车车辆厂附属工厂北北 京京浑白色浑白色-2.65-25.010.0-天津市泡花碱厂天津市泡花碱厂天天 津津青灰

5、青灰403.20.2268.20.02天津碱厂服务公司天津碱厂服务公司天天 津津青灰色青灰色1.542.30.528.212.70.5天津市合成化学厂天津市合成化学厂天天 津津透明粘稠透明粘稠1.542.50.832.514.5-天津市酒精厂天津市酒精厂天天 津津乳白色乳白色1.552.3510以上很稳定，加入适量酸性或具有潜在酸性的物质(wzh)时，PH值降低，稳定性下降，式（2-6）-（2-10）的水解和缩聚过程加速进行。例如吹CO2，钠水玻璃与之反应，消耗Na2O，转变为不稳定的液态凝胶。模数越高的水玻璃同CO2反应愈快！“N”字形曲线可知PH=6.8-7.1时凝胶速度(sd)最快。PH

6、=3.2-3.9；PH10时，稳定性最好、凝胶速度(sd)最慢。第11页/共34页第十一页，共34页。CO2的作用(zuyng)物理脱水作用CO2从砂粒表面流过时，CO2与粘结剂的接触面积大，使钠水玻璃部分脱水；化学反应形成碳酸，使钠水玻璃的PH值不断(bdun)降低，迅速硬化。CO2+H2O2H+CO32-第12页/共34页第十二页，共34页。不同硬化方法(fngf)的硬化结果（1）粘结膜组织的密度和有序性排列不同，因而影响强度的大小，加热硬化酯硬化铬铁渣硬化CO2硬化。（2）凝胶颗粒大小明显不同，强度明显不同。CO2硬化胶粒直径为0.2-0.48um，酯硬化0.07-0.18um，真空硬化

7、0.06-0.16um，加热硬化0.035-0.4um。（3）CO2硬化，硅酸(usun)凝胶中仍有大量未被蒸发的水，因而强度低。第13页/共34页第十三页，共34页。2.2 CO2-钠水玻璃砂（1）目前广泛采用的CO2钠水玻璃砂，大都由石英砂加入4.58.0的钠水玻璃配制而成。（2）对几十吨大型铸钢件，全部面砂或局部采用镁砂、铬铁矿砂、橄榄石砂、锆砂等特种砂代替石英砂较为(jiowi)有利。（3）可使用各种混砂机混制。混好的砂最好放在有盖的容器中，或者覆以湿的麻袋，以免砂中水分蒸发和与空气中CO2接触。芯（型）砂第14页/共34页第十四页，共34页。（1）流动性好，制芯时可用手工或靠微震紧实

8、，也可采用吹射制芯（型）。（2）大的砂芯为增加容让(rnrn)性和便于排气，砂芯内部放块度为3040mm的焦碳块、炉渣或干砂，并在中心挖出气孔，上部通至箱口。（3）型和芯一般要扎通气孔，使CO2气体可以通过，加速硬化。造芯（型）的方法(fngf)第15页/共34页第十五页，共34页。插管法-通过砂型中插入的空心金属杆吹入CO2盖罩法-向扣在修好的砂型上的罩盖中通入CO2真空硬化(VRH-CO2)法-砂型（芯）在真空 室内经真空脱水后，再经CO2硬化大量(dling)节约气，硬化效果好。常用(chnyn)方法CO2硬化(ynghu)方法第16页/共34页第十六页，共34页。插管法硬化(ynghu

9、)方法图2-14插管法硬化(ynghu)示意图a）硬化(ynghu)砂型b）硬化(ynghu)砂芯第17页/共34页第十七页，共34页。盖罩法硬化(ynghu)方法图2-15 盖罩法硬化(ynghu)示意图通过模样吹气法-使CO2在模样与砂型界面发生反应脉冲(michng)吹气法-吹CO2时吹吹停停，总时间不变，节约气。吹气方式第18页/共34页第十八页，共34页。VRH-CO2法硬化(ynghu)方法图2-16VRH-CO2法硬化示意图1-液体CO2瓶2-气化(qhu)器3-CO2气体储气罐4-阀5-真空室6-芯盒7-三通阀8-水、粉尘分离器9-真空泵第19页/共34页第十九页，共34页。（

10、1）水玻璃加入量少。当水玻璃加入量在34，真空吹CO2后2h，砂型强度可达12MPa，终强度可达2MPa以上，完全满足生产工艺要求。（2）显著改善砂型的溃散性。尽管比树脂砂的溃散性差些，但落砂及旧砂再生均能明显改善，可用干法再生，其再生回收率达80左右(zuyu)。（3）提高铸件质量。VRH法实行先硬化后起模的工序，而且由于水玻璃加入量少，砂型（芯）在高温下变形减少，均有利于提高铸件尺寸精度，同时硬化后的砂型（芯）水质量分数小，铸件的气孔、针孔等缺陷相应减少。(4)降低造型材料费用，提高经济效益。由于水玻璃加入量减少，CO2消耗量降低，旧砂回用率提高，节省新砂耗量等因素，VRH法与普通水玻璃C

11、O2硬化工艺相比，每吨铸件型砂费用可节约1520。VRH-CO2法硬化方法工艺(gngy)的主要特点第20页/共34页第二十页，共34页。（1）抽真空将紧实的砂箱或芯盒置于真空室内抽真空，要求真空度至少(zhsho)在4000Pa之下，最好2600Pa之下。(2)往真空室导入CO2VRH法水玻璃砂型（芯）吹CO2是在真空室内进行的，因为CO2在抽真空的砂型（芯）里运动没有障碍，扩散迅速，与水玻璃反应快而均匀，CO2耗量减少。注意CO2压力随室温变化而变化，冬天应比夏天压力高。VRH-CO2法的主要(zhyo)工序及相关要求 第21页/共34页第二十一页，共34页。2.3 自硬钠水玻璃砂附加物改

12、善砂芯（型）的保存(bocn)性、出砂性、减少铸件缺陷、提高铸件表面质量的所组成。概 述组成(zchn)原砂钠水玻璃粉状固化剂或液体(yt)有机酯硬化剂第22页/共34页第二十二页，共34页。（1）目前常用的粉状固化剂为不会形成危险气体的含硅酸二钙（2CaOSiO2，简称C2S）的粉末以及硅酸盐水泥。（2）实际(shj)生产中常用含大量C2S的赤泥、铬铁渣、碱性电炉炉渣、熔炼镁铝的还原渣等废料作固化剂。（3）赤泥、铬铁渣等废料固化剂加入量为砂质量的3-6%，水玻璃为5.5-8%，含水量为4-6%。填沙后40-180min可脱模，24h的抗压强度可达0.6MPa以上。粉状固化剂-钠水玻璃砂第23

13、页/共34页第二十三页，共34页。（1）通常市售的铸造用有机酯大都是多种酯以不同比例混合而成，以满足生产上所需不同的使用时间(shjin)和硬化速度的要求。用酯硬化钠水玻璃，酯水解产物之一的丙三醇在浇注时被烧掉，有助改善型芯的出砂性。（2）铸造用有机酯至今尚无产品质量标准。通常验收条件强调产品主成分酯质量分数大于98和有害杂质的质量分数小于0.5，工艺也相对稳定。（3）应根据本厂铸件的结构特点所需要的操作实践来确定型砂工艺的可操作实践。（4）温度是大多数化学反应的重要影响因素，高温季节多用慢酯；低温季节多用快酯。（5）有机酯钠水玻璃砂可用于单件和成批生产钢铁及其他合金铸件，小的型、芯用单一砂，

14、而大、中型砂型则用它作面砂。液态(yti)有机酯固化剂-钠水玻璃砂第24页/共34页第二十四页，共34页。水玻璃砂用液体(yt)催化剂名 称化 学 组 成甘油单醋酸酯（一醋精，monacetin）C3H5(OH)2OOCCH3甘油双醋酸酯（二醋精，diacetin）C3H5(OH)-(OOCC H3)2甘油三醋酸酯（三醋精，triacetin）C3H5(OOCC H3)3有机酯（organiceter）上述醋酸酯的混合物乙二醇二醋酸酯（ethylene glycol diacetate）(CH3COOCH2)2二甘醇二醋酸酯（diethylene glycol diacetate）(CH3CO

15、O?/FONTCH2CH3)2O乙二醇丙酸酯(C2H5COOCH2)2丙烯碳酸酯（碳酸酯和丙烯乙二醇）CH3CHOCOOCH2氟硅酸（hydrofluosilic acid）H2SiF6第25页/共34页第二十五页，共34页。2.4 烘干(hn n)硬化水玻璃砂烘干硬化水玻璃的强度比CO2硬化砂的强度高10倍左右。为得到CO2硬化砂同样的常温强度，烘干硬化砂水玻璃的加入量可降到23，因而使溃散性有显著改善。烘干硬化水玻璃砂，除传统(chuntng)的进窑烘干外，现已发展了在芯盒内吹热风硬化、热芯盒内硬比、微波硬化等新的制芯工艺，但这些新的制芯工艺只适于制中小型芯。概 述第26页/共34页第二十

16、六页，共34页。（1）根据烘干硬化方法决定。进窑烘干，要求有一定湿强度，配比中 常加适量耐火粘土、膨润土或含膨润土的溃散剂，并加适量水或 NaOH溶液。采用这种工艺时，型砂的配比和CO2硬化砂的配比接近。热芯盒内硬化和微波加热硬化，对湿压强度没有要求，不加附加物，水玻璃加入量可降到2.53.5。（2）热气烘干法是使干燥的热气流均匀地透过砂芯，溢出时带走砂芯 中水玻璃的水分，从而使水玻璃胶凝，砂芯固化的一种方法。应用这种方法，在设计芯盒时应设计好进、排气通道，务必(wb)使砂芯全部硬透。热气烘干法对工装设计要求较高，热气流烘干需要较长时间，效率也受影响。烘干硬化(ynghu)水玻璃砂的配比 第2

17、7页/共34页第二十七页，共34页。2.5 微波(wib)硬化法硬化水玻璃砂微波烘干法是一项正在开发中的新工艺，其特点是利用微波加热快而均匀的特点，充分发挥水玻璃脱水硬化粘结强度最高的优势(yush)，使型砂中水玻璃加入量降到最低限度。概 述（1）在一定范围内，微波烘干水玻璃砂的强度与水玻璃加入量 成正比。（2）微波烘硬时间(shjin)与微波炉功率成正比。基本规律第28页/共34页第二十八页，共34页。2.6 钠水玻璃砂溃散性问题(wnt)及其解决途径钠水玻璃砂在生产(shngchn)中存在的主要问题：溃散性差砂型芯表面易粉化（即白霜），铸铁件易产生粘砂抗吸湿性差旧砂再生和回用困难。概 述第

18、29页/共34页第二十九页，共34页。评定指标:残余强度。将30mm50mm的环形试样加热到一定温度，并保温30-40min，随炉冷后测定抗压强度。残余强度两个峰决定了钠水玻璃溃散性的好坏，铸件(zhjin)出砂的难易。200是硅酸凝胶和未反应的硅酸钠脱水强化效果。800时硅酸钠开始熔融，粘结膜的内应力、裂纹、气孔等消失，高温强度降低。但降温后熔融硅酸钠形成坚硬玻璃体或晶体，出现第二峰。溃散性评定(pngdng)指标相变硬化(ynghu)峰脱水强化峰相变膨胀第30页/共34页第三十页，共34页。钠水玻璃砂溃散(kusn)性差的解决途径：（1）减少钠水玻璃的用量钠水玻璃的用量决定出砂难易，加入量

19、由8%降低到4%，出砂工作量可减少4/5。（2）加入附加物糖类、树脂类、油类、纤维类等高温下挥发、汽化或燃烧碳化，破坏粘结膜的完整性，改善在600以前的出砂性。800以后钠水玻璃熔化，效果不明显。降低800-1100的残余强度。高温下与熔融硅酸钠形成高熔点相，后移800的残留强度峰；本身或新产物相变膨胀(pngzhng)，收缩系数不同产生裂纹，或形成脆化膜降低残留强度。（3）降低易熔融物质的含量钠水玻璃中的钠减少，是提高钠水玻璃粘结剂的熔融温度、降低其残留强度的关键。（4）采用以石灰石作原砂的钠水玻璃CO2硬化砂第31页/共34页第三十一页，共34页。2.7 钠水玻璃砂的再生(zishng)水

20、玻璃加入量砂铁(sh ti)比浇注温度铸件壁厚硬化方法概 述再生(zishng)困难质量指标 Na2O含量大件：0.2%0.3%，小件：0.5%第32页/共34页第三十二页，共34页。钠水玻璃砂再生(zishng)解决途径：（1）湿法再生振动破碎旧砂+水机械搅拌(水力(shul)旋流器清洗)适用:烧结程度轻(中小件)（2）干法再生湿法再生砂的质量比干法好，可去除大部分微粉，Na2O去除率可达8090，砂粒的破碎损失小，再生砂的回用率可达5070。湿法再生的缺点是设备系统庞大，占地面积和基建投资大，用水量大，运转资用高，再生砂要烘干，能耗大，污水、污泥处理困难。砂块的破碎用振动破碎机可将破块破碎成砂粒。（3）干一湿法再生干法去除部分惰性膜湿法再生，主要用于有机酯水玻璃自硬砂有逆流(nli)式再生效果较好，Na2O去除率达40-50气流撞击式机械离心式第33页/共34页第三十三页，共34页。感谢您的观看(gunkn)！第34页/共34页第三十四页，共34页。