CN109465379B - 一种co2硬化水玻璃砂用添加剂及使用方法 - Google Patents

一种co2硬化水玻璃砂用添加剂及使用方法 Download PDF

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Abstract

一种CO2硬化水玻璃砂用添加剂及使用方法，该添加剂的成分为白云石粉、滑石粉、铝酸钠、氧化锌和氧化镁的混合物，各组分质量的百分比分别为：白云石粉30%～60%；滑石粉5%～20%；铝酸钠5%～40%；氧化锌2%～15%；氧化镁10%～30%。本发明所述添加剂是一种新的铸造用型砂添加材料，其具有原材料来源广泛、制备工艺简单、化学性质稳定、环保无污染等优点，主要解决CO2气硬水玻璃砂的强度低、流动性差和溃散性差等弊端。

Description

一种CO2硬化水玻璃砂用添加剂及使用方法
技术领域
本发明涉及一种铸造造型材料领域中的型砂用添加剂，具体指一种CO2硬化水玻璃砂用添加剂及使用方法。
背景技术：
CO2硬化水玻璃早在20世纪50年代初就应用于铸造生产，此法具有设备简单，成本低廉，型芯无需进窑烘干，硬化速度快，生产周期短，劳动条件好，型芯在硬化后起模，使铸件尺寸精度、轮廓清晰、表面粗糙度低等优点。但在使用过程中存在粘结剂加入量高(达6-8％或者更多)、砂型(芯)强度低、型砂流动性差、溃散性差等制约着CO2硬化水玻璃砂的应用和发展。
发明内容：
发明目的：
本发明提供一种CO2硬化水玻璃砂用添加剂及使用方法，其目的是解决以往所存在的问题。其在生产和使用过程中均无有毒有害气体放出，水玻璃粘结剂加入量可实现≤3.0％，所混制的型砂流动性好，型芯强度高、溃散性好。
技术方案：
一种CO2硬化水玻璃砂制芯用添加剂，其特征在于：该添加剂的成分为白云石粉、滑石粉、铝酸钠、氧化锌和氧化镁的混合物，各组分质量的百分比分别为：
白云石粉30％～60％；滑石粉5％～20％；铝酸钠5％～40％；氧化锌2％～15％；氧化镁10％～ 30％。
所述的白云石粉为白色或浅灰白色粉末，系碳酸钙与碳酸镁的天然复盐；
所述滑石粉的主要成分是含水的硅酸镁，分子式为Mg3(Si4O10)(OH)2，白色固体粉末状；
铝酸钠，又名偏铝酸钠、四羟基合铝酸钠，白色、无臭、无味，易吸湿，极易溶于水，不溶于乙醇，水溶液呈强碱性；
氧化锌，白色粉末或六角晶系结晶体，难溶于水，可溶于酸和强碱；
氧化镁，无臭、无味、无毒，容易吸收水分和二氧化碳而逐渐成为碱式碳酸镁。
所述型砂添加剂中的白云石粉作为添加剂的成分之一，系碳酸钙与碳酸镁的天然复盐，其主要作用是利用其在高温条件下易分解的特性来改善型芯的溃散性；所述添加剂中的滑石粉，结晶构造呈层状，具有润滑性、抗黏、助流、化学性不活泼、吸附力强等优良的特性，在本专利中引入的主要目的在于改善型砂的流动性。铝酸钠作为添加剂的成分之一，混入型砂中在水玻璃、少量和过量二氧化碳会发生相互作用，可以提高水玻璃砂芯的强度。氧化锌和氧化镁作为添加剂的成分之一，其可以在混砂、硬化、存放过程中与水玻璃、CO2相互作用，产生难溶于水的碳酸盐、硅酸盐等化合物，主要作用在于提高砂芯的强度、抗吸湿性。
如上所述的一种CO2硬化水玻璃砂制芯用添加剂的使用方法，其特征在于：该添加剂应用于CO2硬化水玻璃砂制芯工艺中，具体步骤如下：所述水玻璃砂芯是指以水玻璃(普通水玻璃或改性水玻璃)为粘结剂主要成分，砂芯在二氧化碳作用下实现硬化而得到的产物；
具体步骤如下：
配型砂添加剂：称取添加剂各成分，混合均匀备用；
称取原砂重量的0.3％～1％的添加剂与原砂预混5-10秒，然后加入原砂重量的2.0％-3.0％的水玻璃粘结剂，混砂制芯。
混砂制芯的硬化采用CO2吹气硬化，吹起过程中保持环境温度为25-35℃；硬化工艺为吹CO2≥15s，流量≥5L/min，优选在5-15L/min范围内。
用所混的型砂制芯，型芯通过射芯机制芯或手工造型、制芯，将制得的型芯通入二氧化碳气体实现硬化，其中CO2气体流量和吹气时间可根据砂芯的薄厚、复杂程度以及芯盒模具的结构设计进行调节。
该方法降低了水玻璃加入量，改善了型砂的流动性，获得了较高的型芯强度、克服了水玻璃砂型芯溃散性差的缺点。应用本专利所述材料制备的“8”字试样具有较高的抗拉强度，即时强度≥0.15MPa，试样24小时抗拉强度≥1.2MPa，高温残留强度≤0.05MPa。
优点效果：
一种CO2硬化水玻璃砂用添加剂，所述水玻璃砂是指以水玻璃(普通水玻璃或改性水玻璃)为粘结剂主要成分，砂芯在二氧化碳作用下实现硬化。所述添加剂成分为白云石粉、滑石粉、铝酸钠、氧化锌以及氧化镁的混合物。本发明所述添加剂是一种新的铸造用型砂添加材料，其具有原材料来源广泛、制备工艺简单、化学性质稳定、环保无污染等优点，主要解决CO2气硬水玻璃砂的强度低、流动性差和溃散性差等弊端。
具体实施例：
一种CO2硬化水玻璃砂制芯用添加剂，该添加剂的成分为白云石粉、滑石粉、铝酸钠、氧化锌和氧化镁的混合物，各组分质量的百分比分别为：
白云石粉30％～60％；滑石粉5％～20％；铝酸钠5％～40％；氧化锌2％～15％；氧化镁10％～ 30％。
所述的白云石粉为白色或浅灰白色粉末，系碳酸钙与碳酸镁的天然复盐；
所述滑石粉的主要成分是含水的硅酸镁，分子式为Mg3(Si4O10)(OH)2，白色固体粉末状；
铝酸钠，又名偏铝酸钠、四羟基合铝酸钠，白色、无臭、无味，易吸湿，极易溶于水，不溶于乙醇，水溶液呈强碱性；
氧化锌，白色粉末或六角晶系结晶体，难溶于水，可溶于酸和强碱；
氧化镁，无臭、无味、无毒，容易吸收水分和二氧化碳而逐渐成为碱式碳酸镁。
如上所述的一种CO2硬化水玻璃砂制芯用添加剂的使用方法，其特征在于：该添加剂应用于CO2硬化水玻璃砂制芯工艺中，具体步骤如下：所述水玻璃砂芯是指以水玻璃为粘结剂主要成分，砂芯在二氧化碳作用下实现硬化而得到的产物；
具体步骤如下：
配型砂添加剂：称取添加剂各成分，混合均匀备用；
称取原砂重量的0.3％～1％的添加剂与原砂预混5-10秒，然后加入原砂重量的2.0％-3.0％的水玻璃粘结剂，混砂制芯。
混砂制芯的硬化采用CO2吹气硬化，吹起过程中保持环境温度为25℃-30℃，湿度为优选≤40％RH；硬化工艺为吹CO2 15s-30s，流量≥5L/min，特别优选5L/min-15L/min。
用所混的型砂制芯，型芯通过射芯机制芯或手工造型、制芯，将制得的型芯通入二氧化碳气体实现硬化，其中CO2气体流量和吹气时间可根据砂芯的薄厚、复杂程度以及芯盒模具的结构设计进行调节。
所述材料制备的“8”字试样具有较高的抗拉强度，即时强度≥0.15MPa，试样24小时抗拉强度≥1.2MPa，高温残留强度≤0.05MPa。
水玻璃为普通水玻璃或改性水玻璃。
下面结合具体实施例对本发明进行具体说明。
为了避免环境变化(温度和湿度变化)的影响，保持环境温度为30℃，湿度为40％RH。硬化工艺为吹CO230s，流量为15L/min。另外，实际生产中可根据砂芯的薄厚、复杂程度以及芯盒模具的结构设计进行气体流量及吹气时间进行调节。
实施例1：
配型砂添加剂：分别称取添加剂各成分，白云石粉占添加剂总量的55％，滑石粉占添加剂总量的15％，铝酸钠占添加剂总量的16％，氧化锌占添加剂总量的2％，氧化镁占添加剂总量的12％，混合均匀备用。
称取原砂质量的0.5％添加剂与原砂预混5秒，然后加入原砂质量的3.0％的水玻璃粘结剂，混砂制芯。硬化后测量砂芯的即时抗拉强度为0.22MPa，24h抗拉强度为1.29MPa，高温残留强度为0.03MPa。
实施例2：
配型砂添加剂：分别称取添加剂各成分，白云石粉占添加剂总量的50％，滑石粉占添加剂总量的10％，铝酸钠占添加剂总量的15％，氧化锌占添加剂总量的5％，氧化镁占添加剂总量的20％，混合均匀备用。
称取原砂质量的0.6％添加剂与原砂预混5秒，然后加入原砂质量的2.5％的水玻璃粘结剂，混砂制芯。吹气硬化后测量砂芯的即时抗拉强度为0.22MPa，24h抗拉强度为1.36MPa，高温残留强度为0MPa。
实施例3：
配型砂添加剂：分别称取添加剂各成分，白云石粉占添加剂总量的40％，滑石粉占添加剂总量的20％，铝酸钠占添加剂总量的10％，氧化锌占添加剂总量的10％，氧化镁占添加剂总量的20％，混合均匀备用。
称取原砂质量的1.0％添加剂与原砂预混5秒，然后加入原砂质量的3.0％的水玻璃粘结剂，混砂制芯。吹气硬化后测量砂芯的即时抗拉强度为0.16MPa，24h抗拉强度为1.41MPa，高温残留强度为0MPa。
实施例4：
配型砂添加剂：分别称取添加剂各成分，白云石粉占添加剂总量的55％，滑石粉占添加剂总量的5％，铝酸钠占添加剂总量的28％，氧化锌占添加剂总量的2％，氧化镁占添加剂总量的10％，混合均匀备用。
称取原砂质量的0.3％添加剂与原砂预混5秒，然后加入原砂质量的3.0％的水玻璃粘结剂，混砂制芯。吹气硬化后测量砂芯的即时抗拉强度为0.19MPa，24h抗拉强度为1.28MPa，高温残留强度为0.04MPa。
实施例5：
配型砂添加剂：分别称取添加剂各成分，白云石粉占添加剂总量的30％，滑石粉占添加剂总量的20％，铝酸钠占添加剂总量的5％，氧化锌占添加剂总量的15％，氧化镁占添加剂总量的30％，混合均匀备用。
称取原砂质量的0.3％添加剂与原砂预混10秒，然后加入原砂质量的2.0％的水玻璃粘结剂，混砂制芯。
混砂制芯的硬化采用CO2吹气硬化，吹起过程中保持环境温度为25℃，湿度为40％RH；硬化工艺为吹CO2 15s，流量5L/min。
吹气硬化后测量砂芯的即时抗拉强度为0.18MPa，24h抗拉强度为1.25MPa，高温残留强度为0.04MPa。
实施例6：
配型砂添加剂：分别称取添加剂各成分，白云石粉占添加剂总量的60％，滑石粉占添加剂总量的5％，铝酸钠占添加剂总量的5％，氧化锌占添加剂总量的10％，氧化镁占添加剂总量的20％，混合均匀备用。
称取原砂质量的1％添加剂与原砂预混8秒，然后加入原砂质量的2.5％的水玻璃粘结剂，混砂制芯。
混砂制芯的硬化采用CO2吹气硬化，吹起过程中保持环境温度为30℃，湿度为30％RH；硬化工艺为吹CO2 30s，流量15L/min。
吹气硬化后测量砂芯的即时抗拉强度为0.19MPa，24h抗拉强度为1.3MPa，高温残留强度为0.03MPa。
实施例7：
配型砂添加剂：分别称取添加剂各成分，白云石粉占添加剂总量的30％，滑石粉占添加剂总量的5％，铝酸钠占添加剂总量的40％，氧化锌占添加剂总量的10％，氧化镁占添加剂总量的15％，混合均匀备用。
称取原砂质量的0.7％添加剂与原砂预混5秒，然后加入原砂质量的2％的水玻璃粘结剂，混砂制芯。
混砂制芯的硬化采用CO2吹气硬化，吹起过程中保持环境温度为270℃，湿度为20％RH；硬化工艺为吹CO2 20s，流量10L/min。
吹气硬化后测量砂芯的即时抗拉强度为0.17MPa，24h抗拉强度为1.6MPa，高温残留强度为0.05MPa。
对比例1：
无添加剂
称取原砂质量的3.0％的钠水玻璃粘结剂，混砂制芯。吹气硬化后测量砂芯的即时抗拉强度为0.11MPa，24h抗拉强度为0.53MPa，高温残留强度为0.08MPa。

Claims (4)

1.一种CO2硬化水玻璃砂制芯用添加剂，其特征在于：该添加剂的成分为白云石粉、滑石粉、铝酸钠、氧化锌和氧化镁的混合物，各组分质量的百分比分别为：
白云石粉30％～60％；滑石粉5％～20％；铝酸钠5％～40％；氧化锌2％～15％；氧化镁10％～30％；
所述的白云石粉为白色或浅灰白色粉末，系碳酸钙与碳酸镁的天然复盐；
所述滑石粉的主要成分是含水的硅酸镁，分子式为Mg3(Si4O10)(OH)2，白色固体粉末状；
铝酸钠，又名偏铝酸钠、四羟基合铝酸钠，白色、无臭、无味，易吸湿，极易溶于水，不溶于乙醇，水溶液呈强碱性；
氧化锌，白色粉末或六角晶系结晶体，难溶于水，可溶于酸和强碱；
氧化镁，无臭、无味、无毒，容易吸收水分和二氧化碳而逐渐成为碱式碳酸镁。
2.如权利要求1所述的一种CO2硬化水玻璃砂制芯用添加剂的使用方法，其特征在于：该添加剂应用于CO2硬化水玻璃砂制芯工艺中，具体步骤如下：所述水玻璃砂芯是指以水玻璃为粘结剂主要成分，砂芯在二氧化碳作用下实现硬化而得到的产物；
具体步骤如下：
配型砂添加剂：分别按权利要求1的组分称取添加剂各成分，混合均匀备用；
称取原砂重量的0.3％～1％的添加剂与原砂预混5-10秒，然后加入原砂重量的2.0％-3.0％的水玻璃粘结剂，混砂制芯；
混砂制芯的硬化采用CO2吹气硬化，吹气过程中保持环境温度为25℃-30℃，湿度为≤40％RH；硬化工艺为吹CO2 15s-30s，流量≥5L/min；
该方法制备的“8”字试样具有较高的抗拉强度，即时强度≥0.15MPa，试样24小时抗拉强度≥1.2MPa，高温残留强度≤0.05MPa。
3.根据权利要求2所述的一种CO2硬化水玻璃砂制芯用添加剂的使用方法，其特征在于：流量为5L/min-15L/min。
4.根据权利要求2所述的一种CO2硬化水玻璃砂制芯用添加剂的使用方法，其特征在于：水玻璃为普通水玻璃或改性水玻璃。
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