CN109692938B - 一种复合吹气硬化水玻璃砂制芯用添加剂及使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合吹气硬化水玻璃砂制芯用添加剂及使用方法，所述型砂添加剂的各组分的质量百分比为：白云石粉10%～80%、滑石粉5%～50%、氧化锌5%～30%、氧化镁0%～40%。如上所述的一种复合吹气硬化水玻璃砂制芯用添加剂的使用方法，其特征在于：该方法用于制备水玻璃砂芯，水玻璃砂芯是指以水玻璃为粘结剂主要成分，在二氧化碳和压缩空气先后作用下实现复合吹气硬化而得的产物；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≤3.0%，所混制的型砂流动性好，型芯强度高、溃散性好。

Description

一种复合吹气硬化水玻璃砂制芯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，具体指一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂及使用方法。
背景技术：
水玻璃砂很早就应用于铸造生产中，是一种典型的无机粘结剂，可以实现加热硬化、微波硬化、吹CO2硬化以及有机酯自硬，与许多有机粘结剂相比，不但价格低廉，而且在使用过程中没有刺激性有害气体产生，是一种绿色环保型铸造粘结剂。但是在使用过程中还存在很多缺点，如加入量偏高、强度偏低、型砂流动性差、溃散性差等。
发明内容：
发明目的：
本发明提供一种复合吹气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。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、化学性质稳定、环保无污染等优点，主要解决气硬水玻璃砂强度低、流动性差和溃散性差等。
技术方案：
所述型砂添加剂的各组分的质量百分比为：
白云石粉10％～80％滑石粉5％～50％氧化锌5％～30％氧化镁0％～40％。
如上所述的一种复合吹气硬化水玻璃砂制芯用添加剂的使用方法，其特征在于：该方法用于制备水玻璃砂芯，水玻璃砂芯是指以水玻璃为粘结剂主要成分，在二氧化碳和压缩空气先后作用下实现复合吹气硬化而得的产物；
该方法步骤如下：
配型砂添加剂：按比例分别称取添加剂各成分，混合均匀备用；称取原砂质量的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。
混砂制芯过程，保持环境温度为25℃-30℃，湿度≤40％RH；设定混砂时间为60-120s，硬化工艺为先吹CO215s-20s，流量为5-25L/min，再换吹压缩空气≥45s，流量为≥30L/min，制备的砂芯为“8”字试样。
实际生产中根据砂芯的薄厚、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，吹气顺序能够交换顺序、也能够交叉变换吹气。
所述添加剂中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滑石含水的硅酸镁，分子式为Mg3[Si4O10](OH)2，白色固体粉末状。氧化锌别称锌氧粉、锌白、锌白粉、活性氧化锌，白色粉末或六角晶系结晶体。氧化镁俗称苦土，也称镁氧，是碱性氧化物，白色粉末，无臭、无味、无毒，化学式MgO，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，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。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，主要作用在于提高砂芯的强度、抗吸湿性以及溃散性。
所述制芯工艺为：用所混的型砂与“8”字形模具制备型芯(或使用射芯机制芯)，将制得的型芯先通入二氧化碳气体，然后通入压缩空气，取出砂芯测量。
所述型砂添加剂的应用，其特征在于：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≥0.45MPa，环境湿度较低(40％RH以下)时，试样24小时抗拉强度≥1.5MPa，环境湿度较高(60％RH)时，试样24小时抗拉强度可达≥1.0MPa。高温残留强度≤0.05MPa，型砂流动性≥2.0g。
优点效果：
本发明为了解决上述问题，提供了一种复合吹气硬化水玻璃砂用添加剂及使用方法。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≤3.0％，所混制的型砂流动性好，型芯强度高、溃散性好。
具体实施例：
一种复合吹气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、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10％～80％；滑石粉5％～50％；氧化锌5％～30％；氧化镁1％～40％。
如上所述的一种复合吹气硬化水玻璃砂制芯用添加剂的使用方法，其特征在于：该方法用于制备水玻璃砂芯，水玻璃砂芯是指以水玻璃为粘结剂主要成分，在二氧化碳和压缩空气先后作用下实现复合吹气硬化而得的产物；
该方法步骤如下：
配型砂添加剂：按比例分别称取添加剂各成分，混合均匀备用；称取原砂质量的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。
混砂制芯过程，保持环境温度为25℃-30℃，湿度优选≤40％RH；设定混砂时间为60-120s，硬化工艺为先吹CO215s-20s，流量为5-25L/min，再换吹压缩空气≥45s，流量为≥30L/min，制备的砂芯为“8”字试样。
实际生产中根据砂芯的薄厚、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，吹气顺序能够交换顺序、也能够交叉变换吹气。
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。设定混砂时间为120s，硬化工艺为先吹CO220s，流量为25L/min，再换吹压缩空气45s，流量为30L/min，制备的砂芯为“8”字试样。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，吹气顺序可以交换顺序、也可交叉变换吹气。
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80％，滑石粉占添加剂总量的10％，氧化锌占添加剂总量的5％，氧化镁占添加剂总量的5％，混合均匀备用。
称取原砂质量的0.4％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。硬化后测量砂芯的即时抗拉强度为0.48MPa，24h抗拉强度为1.75MPa，高温残留强度为0MPa，型砂流动性为2.1g。
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30％，滑石粉占添加剂总量的20％，氧化锌占添加剂总量20％，氧化镁占添加剂总量的30％，混合均匀备用。
称取原砂质量的0.8％添加剂与原砂预混5秒，然后加入原砂质量的2.0％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0.51MPa，24h抗拉强度为1.54MPa，高温残留强度为0MPa，型砂流动性为2.3g。
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％，氧化锌占添加剂总量的15％，氧化镁占添加剂总量的25％，混合均匀备用。
称取原砂质量的0.8％添加剂与原砂预混5秒，然后加入原砂质量的2.0％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0.42MPa，24h抗拉强度为1.51MPa，高温残留强度为0MPa，型砂流动性为2.36g。
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50％，滑石粉占添加剂总量的19％，氧化锌占添加剂总量的30％，氧化镁占添加剂总量的1％，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2.0％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0.33MPa，24h抗拉强度为1.41MPa，高温残留强度为0MPa，型砂流动性为2.05g。
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50％，滑石粉占添加剂总量的20％，氧化锌占添加剂总量的25％，氧化镁占添加剂总量的5％，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2.0％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0.45MPa，24h抗拉强度为1.52MPa，高温残留强度为0MPa，型砂流动性为2.0g。
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30％，滑石粉占添加剂总量的30％，氧化锌占添加剂总量的5％，氧化镁占添加剂总量的35％，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0.49MPa，24h抗拉强度为2.51MPa，高温残留强度为0.01MPa，型砂流动性为2.35g。
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70％，滑石粉占添加剂总量的15％，氧化锌占添加剂总量的5％，氧化镁占添加剂总量的10％，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2.0％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0.35MPa，24h抗拉强度为1.61MPa，高温残留强度为0MPa，型砂流动性为2.01g。
实施例8：
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10％，滑石粉占添加剂总量的30％，氧化锌占添加剂总量的30％，氧化镁占添加剂总量的30％，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2.0％的经氢氧化钾、有机醇、硅烷等改性水玻璃粘结剂，混砂制芯。吹气硬化后测量砂芯的即时抗拉强度为 0.48MPa，24h抗拉强度为1.55MPa，高温残留强度为0.02MPa，型砂流动性为2.08g。
实施例9：
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10％，滑石粉占添加剂总量的50％，氧化锌占添加剂总量的30％，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10秒，然后加入原砂质量的3.0％的水玻璃粘结剂，混砂制芯。混砂制芯过程，保持环境温度为25℃，湿度40％RH；设定混砂时间为120s，硬化工艺为先吹CO215s，流量为25L/min，再换吹压缩空气45s，流量为30L/min，制备的砂芯为“8”字试样。
吹气硬化后测量砂芯的即时抗拉强度为0.47MPa，24h抗拉强度为1.53MPa，高温残留强度为0.03MPa，型砂流动性为2.03g。
实施例10：
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％，氧化锌占添加剂总量的25％，氧化镁占添加剂总量的40％，混合均匀备用。
称取原砂质量的0.5％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。混砂制芯过程，保持环境温度为30℃，湿度30％RH；设定混砂时间为60s，硬化工艺为先吹CO220s，流量为5L/min，再换吹压缩空气70s，流量为50L/min，制备的砂芯为“8”字试样。
吹气硬化后测量砂芯的即时抗拉强度为0.49MPa，24h抗拉强度为1.56MPa，高温残留强度为0.02MPa，型砂流动性为2.06g。
对比例1：
无添加剂
称取原砂质量的2.0％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0.43MPa，24h抗拉强度为0.72MPa，高温残留强度为0.05MPa，型砂流动性为1.61g。
对比例2：
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0.34MPa，24h抗拉强度为0.98MPa，高温残留强度为0.18MPa，型砂流动性为1.73g。

Claims (2)

1.一种复合吹气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、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10％～80％；滑石粉5％～50％；氧化锌5％～30％；氧化镁1％～40％。
2.如权利要求1所述的一种复合吹气硬化水玻璃砂制芯用添加剂的使用方法，其特征在于：该方法用于制备水玻璃砂芯，水玻璃砂芯是指以水玻璃为粘结剂主要成分，在二氧化碳和压缩空气先后作用下实现复合吹气硬化而得的产物；
该方法步骤如下：
配型砂添加剂：按权利要求1的比例分别称取添加剂各成分，混合均匀备用；称取原砂质量的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；
混砂制芯过程，保持环境温度为25℃-30℃，湿度≤40％RH；设定混砂时间为60-120s，硬化工艺为先吹CO215s-20s，流量为5-25L/min，再换吹压缩空气≥45s，流量为≥30L/min，制备的砂芯为“8”字试样。
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