CN110064727A - 一种酯固化铸造用水玻璃砂组合物 - Google Patents

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尹德英
金广明
魏甲
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    • B22C1/167—Mixtures of inorganic and organic binding agents

Abstract

本发明提供了一种酯固化铸造用水玻璃砂组合物，其特征在于：水玻璃砂组合物各组分的质量百分比为：

Description

一种酯固化铸造用水玻璃砂组合物
技术领域
本发明属于铸造技术领域，特别涉及一种酯固化铸造用水玻璃砂组合物。
背景内容
装备制造业是我国的支柱产业，铸件是装备制造业的基础件，2017年我国铸件产量4940万吨，随着装备制造业的发展，我国铸件产量逐年增加，对铸造用黏结剂需求同步增加。铸造用黏结剂包括：树脂类有机黏结剂、水玻璃等无机黏结剂。人工合成树脂随材料、能源涨价，售价大幅度提高，使铸造生产利润降低。铸造生产中使用树脂黏结剂，浇注时树脂受热分解释放出有毒有害气体，污染环境，恶化了劳动条件。为避免树脂黏结剂的上述缺点，酯硬化水玻璃自硬砂问世，并获得推广应用。水玻璃价格便宜，无毒、无味，是目前对环境污染最小的铸造黏结剂，被铸造界公认为绿色环保型材料。用酯硬化水玻璃自硬砂生产铸件，型、芯发气量低，在铸件凝固初期有优异的热塑性，生产铸件气孔、裂纹缺陷减少，铸件质量提高，旧砂80％-90％可再生回用，固废排放量减少，现已在铁道部、冶金部、重型矿山、通用机械等企业广泛推广使用，经济效益、社会效益显著。但是该工艺存在水玻璃加入量高(3.0-3.5％左右)，有机酯加入量高，强度低的问题。进一步降低水玻璃及有机酯的加入量，逐步提高水玻璃砂的强度一直是酯硬化水玻璃自硬砂的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种酯固化铸造用水玻璃砂组合物。在水玻璃自硬砂的组合物中加入非结晶二氧化硅，水玻璃中的Na+离子和0H-离子和非结晶二氧化硅中的活性O-Si-O反应：2Na++2(OH)-+(O-Si-O)＝Na2SiO3+H2O，增加水玻璃膜和原砂砂粒表面间的连接桥，增加型芯的力学性能，从而解决水玻璃自硬砂水玻璃加入量高，强度低的问题。
本发明的技术方案是：
一种酯固化铸造用水玻璃砂组合物，其各组分的质量百分比为：
所述非结晶二氧化硅为：硅灰、锆质气相氧化硅、沉淀法白炭黑、气相法白炭黑中至少二种物料的混合物。其中硅灰为电炉生产硅合金的副产品，锆质气相氧化硅为电炉生产氧化锆的副产品，沉淀法白炭黑是用硅酸钠为原料，硅酸钠在加压下溶解于水中做成水玻璃，水玻璃加酸通过中合反应，生成二氧化硅沉淀，再经水洗，干燥得沉淀法白炭黑；气相法白炭黑是用四氯化硅为原料，在高温下，通入氢气、氧气或空气，进行气相水解，生成二氧化硅纳米颗粒，经脱酸处理，得气相法白炭黑。白炭黑生产工艺复杂，价格昂贵，本工艺优选硅灰和锆质气相氧化硅。
所述原砂为：水洗硅砂、精选硅砂、整形硅砂、锆砂、镁橄榄石砂、铬铁矿砂、宝珠砂。也可用这些原砂的再生旧砂。优先选用水洗硅砂、精选硅砂、宝珠砂。
所述改性剂为：糊精、糖、糖蜜、聚丙稀酸钠、三聚磷酸钠、纤维素、腐植酸、腐植酸钠、木糖醇、山梨醇、麦芽糖醇、甘露醇、季戊四醇、锌酸钠、氢氧化锂中一种或多种改性剂混合物。
所述有机酯为：三醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、甘油醋酸酯、乙二醇醋酸酯、二乙二醇醋酸酯、丙烯碳酸酯中至少二种有机酯的混合物。
所述水玻璃为硅酸钠的水溶液，选用水玻璃的模数为1.8-2.6，固体含量45-53％。可选用普通水玻璃、铸造专用改性水玻璃，优先选用铸造专用改性水玻璃。
本发明的优点是：酯硬化水玻璃砂无毒无味，劳动条件好；水玻璃加入量低，型芯强度高；有机酯加入量低，减少型芯发气量，有利于提高铸件质量，同时，降低了铸件生产成本；旧砂可再生回用，固废排放量低，有利于环境保护。
具体实施方式
本发明造型优选连续式混砂机，可根据砂型大小，造一只砂型需用砂量选择适宜规格的混砂机，优选100-120s填满一只砂型。制芯可选用连续式混砂机或间歇式混砂机。
造型时，开动混砂机，原砂、水玻璃、有机酯、非结晶二氧化硅、改性剂分别通过各自定量装置连续加入混砂机，砂混合料混好后流入砂箱，填满砂箱后，关闭混砂机，启动振实台，威震紧实，用刮砂板刮平砂箱表面，按工艺要求，扎适量数量和深度的排气孔，砂型移出振实台，等待起模，待砂型达到起模强度，砂型连带模板进入翻转起模机起模。起模后，模板返回造型工位，砂型喷刷涂料后，进入表面烘干窑烘干，完成造型。
实施例1：将1000g检测黏结剂用标准砂加入SHY型叶片式混砂机中，加入三醋酸甘油酯3.75g，混60s，加入HYT S106水玻璃25g，混30s，加锆质气相氧化硅2.5g，混30s，出砂，用标准“8”型试样(试样颈截面尺寸为22.36mm×22.361/2mm)，打制标准10只。在温度23-25℃，相对湿度50-60％环境下，放置不同时间，用SWY型液压万能强度试验机，测试试样1h抗拉强度、24h抗拉强度，强度值见表1。
实施例2、实施例3、实施例4、实施例5采用实施例1相同的试验设备、混砂工艺，制芯工艺，性能检测方法，只改变锆质气相氧化硅的加入量，测试试样1h抗拉强度、24h抗拉强度，强度值见表1。
表1 气温25℃ RH60％
实施例6、实施例7、实施例8、实施例9、实施例10采用实施例1相同的试验设备、混砂工艺，制芯工艺，性能检测方法，只改变水玻璃的型号及锆质气相氧化硅的加入量，测试试样1h抗拉强度、24h抗拉强度，强度值见表2。
表2 气温25℃ RH60％
实施例11、实施例12、实施例13、实施例14、实施例15采用实施例1相同的试验设备、混砂工艺，制芯工艺，性能检测方法，只改变原砂的型号，测试试样1h抗拉强度、24h抗拉强度，强度值见表3。
表3 气温25℃ RH60％
实施例16、实施例17、实施例18、实施例19、实施例20采用实施例1相同的试验设备、混砂工艺，制芯工艺，性能检测方法，只改变水玻璃的加入量及酯加入量，测试试样1h抗拉强度、24h抗拉强度，强度值见表4。
表4 气温25℃ RH60％
实施例21、实施例22、实施例23、实施例24采用实施例1相同的试验设备、混砂工艺，制芯工艺，性能检测方法，非结晶氧化硅采用硅灰，测试试样1h抗拉强度、24h抗拉强度，强度值见表5。
表5 气温25℃ RH60％
实施例25、实施例26、实施例27、采用实施例1相同的试验设备、混砂工艺，制芯工艺，性能检测方法，原砂用再生砂，测试试样1h抗拉强度、24h抗拉强度，强度值见表6。
表6 气温25℃ RH60％
综合表1-表5的实例数据，利用本发明的组合物制造砂芯强度明显提高，实现了本发明的目的。以上对本发明创造的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明创造范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种酯固化铸造用水玻璃砂组合物，其特征在于：水玻璃砂组合物各组分的质量百分比为：
2.根据权利要求1所述的酯固化铸造用水玻璃砂组合物，其特征在于：所述非结晶二氧化硅为：硅灰、锆质气相氧化硅、沉淀法白炭黑、气相法白炭黑中至少二种物料的混合物。
3.根据权利要求1所述的酯固化铸造用水玻璃砂组合物，其特征在于：所述原砂为：水洗硅砂、精选硅砂、整形硅砂、锆砂、镁橄榄石砂、铬铁矿砂、宝珠砂，或所述原砂的再生旧砂。
4.根据权利要求1所述的酯固化铸造用水玻璃砂组合物，其特征在于：所述改性剂为：糊精、糖、糖蜜、聚丙稀酸钠、三聚磷酸钠、纤维素、腐植酸、腐植酸钠、木糖醇、山梨醇、麦芽糖醇、甘露醇、季戊四醇、锌酸钠、氢氧化锂中一种或多种改性剂混合物。
5.根据权利要求1所述的酯固化铸造用水玻璃砂组合物，其特征在于：所述有机酯为：三醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯、甘油醋酸酯、乙二醇醋酸酯、二乙二醇醋酸酯、丙烯碳酸酯中一种或多种有机酯的混合物。
6.根据权利要求1所述的酯固化铸造用水玻璃砂组合物，其特征在于：所述水玻璃为硅酸钠的水溶液，选用水玻璃的模数为1.8-2.6，固体含量45-53％。
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