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水玻璃砂锻造应留意的几个疑问

国内外几十年来对树脂砂锻造技术的运用实习标明:树脂砂尽管具有铸件尺度精度高,外表光洁,外型效率高

,可以制作形状杂乱和内部质量请求严厉的铸件,旧砂收回再生简略等长处;可是,树脂砂的出产本钱高,环

境污染严峻,在大家关于自身生存条件和环境的请求日趋严厉的条件下,由于车间劳动保护和出产环境卫生方

面的出资很大,树脂砂的运用受到必定约束。而水玻璃无色、无臭、无毒,在混砂外型、硬化和浇铸进程中都

没有刺激性或有毒气体溢出。故这些年很多国家对水玻璃砂从头注重起来。

水玻璃砂的硬化办法可分为热硬法、气硬法和自硬法三大类,包括很多种办法。但现在

常用的硬化办法首要有以下两种:

1、通常CO2气硬法

此法是水玻璃粘结剂范畴里运用最早的一种迅速成型技术,由于设备简略,操作便利,运用灵活,本钱低价,

在国内外大多数的铸钢件出产中得到了广泛的运用。

CO2气体硬化水玻璃砂的首要长处是:硬化速度快,强度高;硬化后起模,铸件精度高。

通常CO2气体硬化水玻璃砂的缺点是:型(芯)砂强度低,水玻璃参加量(质量分数)通常高达7~8%或许更多;

含水量大,易吸潮;冬天硬透性差;溃散性差,旧砂再生艰难,很多旧砂被抛弃,构成环境的碱性污染。

2、有机酯自硬法

此法是选用液体的有机酯替代CO2气体作水玻璃的硬化剂。

这种硬化技术的长处是:型(芯)砂具有较高的强度,水玻璃参加量可降至3。5%以下;冬天硬透性好,硬化速

度可依出产及环境条件经过改动粘结剂和固化剂品种而调整(5~150min);型(芯)砂溃散性好,铸件出砂整

理简略,旧砂易干法再生,回用率≥80%,削减水玻璃碱性抛弃砂对生态环境的污染,节省抛弃砂的运送、占地 

等费用,节省优异硅砂资本;型砂热塑性好,发气量低,可以战胜呋喃树脂砂出产铸钢件时易呈现的裂纹、气

孔等缺点;可以战胜CO2水玻璃砂存在的砂型外表稳定性差、简略过吹等技术疑问,铸件质量和尺度精度可与树

脂砂相媲美;在一切自硬砂技术中出产本钱最低,劳动条件好。

该硬化技术的首要缺点是:型芯砂硬化速度较慢,活动性较差。

现在锻造出产中,有时选用复合硬化技术,例如短时吹CO2到达起模强度后先起模,再吹热空气,或烘干,或运

用有机酯自硬,或天然脱水枯燥,以获得较大的终强度,进步出产效率。

水玻璃砂锻造时,应重点留意以下几个首要疑问:

1 影响水玻璃“老化”的要素有哪些?怎么消除水玻璃“老化”?

新制备的水玻璃是一种真溶液。可是在寄存进程中,水玻璃中硅酸要进行缩聚,将从

真溶液逐步缩聚成大分子的硅酸溶液,终究变成硅酸凝胶。因而,水玻璃实践上是一种由不一样聚合度的聚硅 

酸构成的非均相混合物,易受其模数、浓度、温度、电解质含量和寄存时刻的影响。 

水玻璃在寄存进程中分子发作缩聚,构成凝胶,其粘结强度跟着储存时刻的延伸而逐步下降,这一景象称为水

玻璃“老化”。

“老化”景象可由下述两组实验数据来阐明:高模数水玻璃(M=2.89,ρ=1.44g/cm3)贮放20、60、120、180

、240天后,吹CO2硬化的水玻璃砂干拉强度相应下降9.9%、14%、23.5%、36.8%和40%;低模数水玻璃(M=2.44 

,ρ=1.41g/cm3)贮放7、30、60和90天后,干拉强度别离下降4.5%、5%、7.3%和11%。

水玻璃寄存时刻对酯硬化水玻璃自硬砂前期强度影响不大,但对后期强度影响显着,据测定,关于高模数水玻

璃下降60%摆布,关于低模数水玻璃下降15~20%。残留强度也随寄存时刻的延伸而下降。

水玻璃在寄存进程中聚硅酸的缩聚反响和解聚反响一起进行着,分子量发作了歧化,终究生成单正硅酸和胶粒 

并存的多重涣散体系,也即是在水玻璃的老化进程中,聚硅酸的聚合度发作了歧化,单正硅酸和高聚硅酸的含

量均随寄存时刻的延伸而增多。水玻璃在寄存中缩聚、解聚反响的结果,使粘结强度下降了,即发作“老化” 

景象。

 影响水玻璃“老化”的要素首要有:寄存时刻、水玻璃的模数和浓度。寄存时刻越长,模数越高,浓度越大,

则“老化”越严峻。

对久存的水玻璃可以选用多种办法的改性处理,以消除“老化”,使水玻璃康复到新鲜水玻璃的功能:

1、物理改性 

水玻璃老化是缓慢开释能量的自发进程,用物理改性处理“老化”的水玻璃即是用磁场、超声波、高频或加热 

等办法,向水玻璃体系提供能量,促进高聚合的聚硅酸胶粒从头解聚,促进聚硅酸的分子量从头均匀化,然后

消除了老化景象,这即是物理改性的机理。例如,用磁场处理后,水玻璃砂的强度进步了20~30%,削减水玻璃 

参加量30~40%,节省CO2,改进溃散性,有较好的经济效益。

物理改性的缺点是不耐久,处理后再贮放,粘结强度又会下降,故适用于锻造厂处理后赶快运用。尤其是M>2.6

的水玻璃,硅酸分子浓度大,经过物理改性解聚后又会较快地缩聚,最佳是处理后当即运用。

2、化学改性 

化学改性是往水玻璃中参加少数化合物,这些化合物均富含羧基、酰胺基、羰基、羟基、醚基、氨基等极性基 

团,经过氢键或静电将其吸附在硅酸分子或胶粒外表,改动其外表位能和溶剂化才干,进步聚硅酸稳定性,然 

后阻挠“老化”进行。

例如往水玻璃中参加聚丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸盐等,可获得较好的作用。 

往通常水玻璃乃至改性水玻璃中掺入有机物可以起到多种作用,如:改动水玻璃的粘流性质;改进水玻璃混和 

料的外型功能;进步粘结强度,使水玻璃的肯定参加量削减;进步硅酸凝胶的可塑性;下降残留强度,使水玻 

璃砂更适用于铸铁和有色合金。

3、物理—化学改性

物理改性适宜于已“老化”的水玻璃,改性后当即运用。化学改性适宜于处理新鲜水玻璃,改性后的水玻璃可 

较长时刻的寄存。物理改性与化学改性联系起来,能使水玻璃具有耐久的改性作用,例如在高压釜中加聚丙烯 

酰胺来改性“老化”的水玻璃作用极好,其间运用高压釜的压力和拌和是归于物理改性,加聚丙烯酰胺是化学 

改性。 

2 怎么防止CO2吹气硬化水玻璃砂型(芯)外表粉化? 

钠水玻璃砂吹CO2硬化并放置一段时刻后,有时在下型(芯)外表会出景象白霜一样的物质,严峻下降该处外表 

强度,浇注时易发作冲砂缺点。依据剖析,这种白色物质的首要成分是NaHCO3,也许是由于钠水玻璃砂中含水 

分或CO2过多而导致的,其生成的反响如下 

  Na2CO3+H2O→NaHCO3+NaOH

  Na2O+2CO2+H2O→2NaHCO3

  NaHCO3易随水分向外迁移,使型、芯外表呈现类似霜的粉状物。

处理的办法如下:

  1、操控钠水玻璃砂的水分不要偏高(特别是旱季和冬天)。

  2、吹CO2时刻不宜过长。

  3、硬化的型、芯不要久放,应及时合型浇注。

  4、在钠水玻璃砂中参加占砂1%(质量分数)摆布、密度为1.3g/cm3的糖浆,可以有用地防止外表粉化。

  3 怎么进步水玻璃砂型(芯)抗吸湿性?

用CO2或加热等办法硬化的钠水玻璃砂芯,装配在粘土湿型中,假如不及时浇注,砂芯强度将急剧下降,不仅也

许呈现蠕变,乃至断塌;在湿润的环境中储放的砂芯,强度也显着下降。表1为CO2硬化钠水玻璃砂芯在相对湿

度为97%环境中放置24h时的强度值。在湿润环境中寄存失掉强度的因素,是由于钠水玻璃从头发作水合作用。

钠水玻璃粘结剂基体中的Na+与OH—吸收水分并浸蚀基体,终究使硅氧键Si—O—Si开裂,致使钠水玻璃砂粘结

强度明显下降。

处理此疑问的办法有:

  1、在钠水玻璃中参加锂水玻璃,或在钠水玻璃中参加Li2CO3、CaCO3、ZnCO3等无机附加物,由于能构成相 

对不溶的碳酸盐和硅酸盐,以及可削减游离的钠离子,因而可改进钠水玻璃粘结剂的抗吸湿性。

  2、在钠水玻璃中参加少数有机资料或参加具有外表活性剂作用的有机物,粘结剂硬化时,钠水玻璃凝胶内

亲水的Na+和OH—离子或为有机憎水基取代,或相互联系,显露的为有机憎水基,然后改进吸湿性。

  3、进步水玻璃模数,由于高模数水玻璃的抗吸湿性比低模数水玻璃强。

  4、在钠水玻璃砂中参加淀粉水解液。更好的办法是选用淀粉水解液对钠水玻璃改性。

4 CO2吹气硬化水玻璃—碱性酚醛树脂砂复合技术有何特色?

 近几年来,有些中小企业为进步铸钢件质量;急需选用树脂砂技术,可是由于经济才干有限,无力置办树脂砂

 再生设备,旧砂不能再生回用,出产本钱高。为了寻找一条既进步铸件质量又不过多添加本钱的有用途径,可 

联系CO2吹气硬化水玻璃砂和CO2吹气硬化碱性酚醛树脂砂的技术特色,选用CO2吹气硬化水玻璃—碱性酚醛树脂 

砂复合技术,用碱性酚醛树脂砂作面砂,用水玻璃砂作背砂,一起吹CO2硬化。 

CO2—碱性酚醛树脂砂所用的酚醛树脂是由苯酚和甲醛在强碱性催化剂作用下缩聚,并添加耦合剂而制成。其PH

值≥13,粘度≤500mPa•s。酚醛树脂在砂中的参加量为3%~4%(质量分数)。当CO2流量为0.8~1.0m3/h时,最佳

吹气时刻为30~60s;吹气时刻过短则砂芯硬化强度低;吹气时刻过长,砂芯强度并不随之添加,并且糟蹋气体。       

CO2—碱性酚醛树脂砂不含N、P、S等有害元素,因而杜绝了这些元素导致的锻造缺点如气孔、外表微裂纹等;

浇注时不开释H2S、SO2等有害气体,有利于环境保护;溃散性好,极易整理;尺度精度高;出产效率高。

CO2吹气硬化水玻璃—碱性酚醛树脂砂复合技术可广泛用于铸钢件、铸铁件、铜合金和轻合金铸件。

该复合技术是一种简洁的技术办法,其进程为:先将树脂砂和水玻璃砂别离混制好后,装入两个砂斗;再将混

制好的树脂砂作为面砂参加砂箱并舂实,面砂层厚度通常为30~50mm;然后参加水玻璃砂作背砂填充紧实;终究

向铸型内吹CO2气体进行硬化。

吹气管的直径通常为25mm,可硬化的规模为吹管直径的6倍摆布。

吹气时刻取决于砂型(芯)的尺度巨细、形状、气体流量、排气塞面积的巨细。通常吹气时刻操控在15~40s。

吹硬砂型(芯)后即可取模。砂型(芯)的强度上升速度快。取模后半小时内刷上涂料,4小时后即可合箱浇注。

该复合技术特别适合于没有树脂砂再生设备而又要出产高品质铸件的铸钢厂,技术操作简洁,易于进行技术操

控,出产的铸件与其它树脂砂出产的铸件质量适当。 

CO2吹气硬化水玻璃砂也可与CO2吹气硬化聚丙烯酸钠树脂砂复合,用于出产高品质的各种铸件。 

5 CO2-有机酯复合硬化水玻璃砂技术有何利害? 

这些年,CO2-有机酯复合硬化水玻璃砂技术有扩大运用的趋势。其技术进程是:在混砂时参加必定数量的有机 

酯(通常为正常需求量之半或水玻璃分量的4~6%);外型完成后,吹CO2硬化到脱模强度(通常请求抗压强度 

0.5MPa摆布);脱模后,有机酯持续硬化,型砂强度以较迅速度升高;吹完CO2再放置3~6h后,砂型即可进行合 

箱和浇注。

其硬化机理是:

水玻璃砂吹CO2时,在气体压力差及浓度差的作用下,CO2气体将力求向型砂各方向活动,CO2气体与水玻璃触摸

后,当即与之反响生成凝胶。由于扩散作用,反响老是从外向里,外层先构成一层凝胶薄膜,阻止CO2气体和水

玻璃持续进行反响。因而在短时刻内,无论选用何种办法操控CO2气体,使其和全部水玻璃反响是不也许的。据

剖析,当型砂到达最佳吹气强度时,和CO2气体反响的水玻璃约为65%,这即是说水玻璃没有充分发挥粘结作用

,至少有35%以上的水玻璃没有反响。而有机酯硬化剂能与粘结剂构成均匀的混合物,能充分发挥粘结剂的粘结

作用,型芯砂的一切部分都以一样的速度树立强度。

进步水玻璃加人量,砂型终强度将添加,可是其残留强度也会添加,导致清砂艰难。而水玻璃参加量过少时,

其终强度过小,达不到运用请求。在实践出产中,通常把水玻璃参加量操控在4%摆布。

单独用有机酯硬化时,通常有机酯的加人量为水玻璃量的8~15%。而选用复合硬化时,吹CO2时估量已有一半摆 

布的水玻璃硬化,还有一半摆布的水玻璃还没有硬化。所以有机酯的加人量占水玻璃加人量的4~6%是对比适宜

的。

选用复合硬化法,可以充分发挥CO2硬化和有机酯硬化的两层长处,并能使水玻璃的粘结作用充分发挥出来,到

达硬化速度快,起模早,强度高,溃散性好,本钱低的综合作用。

可是CO2-有机酯复合硬化技术需求比单纯的有机酯硬化法多加0.5~1%水玻璃,这将给水玻璃旧砂的再生增大难

度。 

6 为什么选用水玻璃砂技术出产铸铁件时简略发作粘砂?怎么防止?

用钠水玻璃砂制作的砂型(芯)浇注铸铁件时,常发作严峻粘砂,这约束了它在铸铁出产中的运用。

钠水玻璃砂中的Na2O、SiO2等与液态金属在浇注时发作的铁的氧化物,构成低熔点的硅酸盐。前已述及,假如 

这种化合物中富含较多易熔性非晶态的玻璃体,那么这层玻璃体与铸件外表联系力很小,并且缩短系数与金属 

也不一样,它们之间就会有较大应力,易于从铸件外表铲除,不发作粘砂。假如在铸件外表构成的化合物中 

SiO2含量高,FeO、MnO等含量少,它的凝结安排根本上具有晶体构造,会与铸件牢固地联系在一起,就发作粘

砂。

钠水玻璃砂出产铸铁件时,由于铸铁件浇注温度低,碳含量高,铁、锰等不易氧化,构成的粘砂层呈晶体构造

,并且铸铁件与粘砂层之间难以树立起适宜的氧化铁层厚度,铸件与粘砂层间不像树脂砂出产铸铁件时可以经

过树脂热解发作亮光碳膜,所以粘砂层不易铲除。

为了防止钠水玻璃砂出产铸铁件时发作粘砂,可选用适宜的涂料。如用水基涂料,涂刷后需进行外表烘干,故

最佳选用醇基快干涂料。

通常铸铁件也可在钠水玻璃砂中参加适量的煤粉(如3%~6%)(质量分数),使铸件与粘砂层间可以经过煤粉的

热解发作亮光碳膜,由于它不被金属及其氧化物所潮湿,使得粘砂层简略从铸件上剥离下来。

7 水玻璃砂有望变成无废砂排放的环保型型砂吗?

水玻璃无色、无臭、无毒,沾于肌肤和衣服后用水冲刷即无大碍,但有必要防止溅入眼里。水玻璃在混砂、外

型、硬化和浇注进程中都没有刺激性或有害气体释出,没有黑色和酸性污染。但若技术失当,水玻璃参加过多

,水玻璃砂的溃散性便欠好,清砂时粉尘飞扬,也会构成污染。一起,旧砂再生艰难,废砂的排放构成对环境

的碱性污染。

假如能战胜这两个难题,水玻璃砂便可变成根本没有废砂排放的环保型型砂。

处理这两个疑问的根本办法是:将水玻璃的参加量下降到2%以下,根本上可以轰动落砂。当水玻璃参加量削减

,旧砂中残留Na2O也削减,运用对比简便的干法再生,有也许将循环砂中残留Na2O量维持在0.25%以下。此再生

砂可满意中小型铸钢件单一型砂的运用请求。此刻,水玻璃旧砂即便不选用费用昂扬、进程繁复的湿法再生,

而用对比简便廉价的干法再生,也可以做到全额再生运用,根本不再有废砂排放,砂铁比可降到1∶1以下。

 8 水玻璃砂怎么有用再生?

若水玻璃旧砂中残留Na2O过高,参加水玻璃混砂后,型砂没有满足的可运用时刻,并且过多的Na2O堆集,会恶

化石英砂的耐火度。因而水玻璃旧砂再生时要尽也许地去掉残留Na2O。

水玻璃砂再生办法有湿法再生、干法再生、干热联合再生三种。

1、湿法再生 

由于旧砂中的残留水玻璃可以溶于水,所以水玻璃旧砂可以用湿法再生。其技术进程是:水玻璃旧砂先经磁选

、粉碎、过筛、二次磁选,再浸泡在10倍摆布的稀碱水中,并辅以强力拌和,然后经过滤、淋洗、甩干烘干、

冷却。

水玻璃砂湿法再生的特色是:

  (1)旧砂中的Na2O去掉率通常可达80%以上,有的乃至可超越90 %。

  (2)再生砂回用率高,可达95%以上。

  (3)再生砂可作为外型的面砂和单一砂运用。

  (4)关于酯硬化水玻璃旧砂,能有用去掉残留酯,延伸再生砂混砂后的可运用时刻。

可是,水玻璃砂湿法再生的工序繁复,设备庞大,占地大,能耗高,并需求排放很多的废水,湿砂要烘干,废

水要处理后才干排放,再生费用简直与新砂相等。

不一样硬化技术的水玻璃旧砂,湿法再生的难易程度不一样。旧砂外表的失水高模数水玻璃可溶于水,但速度

缓慢,特别是CO2法水玻璃表层的不溶性硅凝胶主动溶解的进程更长,为了加速其溶解,通常有必要采纳拌和或

超声振荡。烘干硬化为主的水玻璃旧砂吸湿性强,失水的水玻璃膜较易溶解于水。 

2、干法再生

干法再生的原理是运用砂粒与砂粒之间及砂粒与机械之间的机械冲突、碰击或高频振荡,使砂粒外表的废水玻

璃膜掉落,以到达去掉残留Na2O的意图。

水玻璃砂干法再生的工作原理是:

(1)预再生

预再生开始于振荡落砂机。振荡落砂机是一振荡冲突设备,从铸件上落下的砂块在落砂机的振荡下逐步破碎,

由于振荡时砂块与砂粒之间冲突,去掉了一部分废水玻璃膜。

(2)再生

再生办法有逆流冲突式、气流碰击式、机械离心式等,其间以逆流冲突再活力的再生作用较好,Na2O去掉率达

40~50%。逆流冲突式再活力的原理是:旋转的筒体和反向旋转的转子(叶轮)驱动砂流互相冲突,到达去掉砂

粒外表水玻璃膜的意图。

(3)除尘

 除尘至关重要,由于在整个再生进程中发作很多富含废水玻璃膜的粉尘,有必要将这些粉尘去掉掉,否则即便

再生设备作用再好,脱膜率很高,仍然不能到达去掉残留Na2O的意图。并且旧砂粉尘含量高,会构成水玻璃参

 加量添加,进一步添加再生难度,这么就会构成一种恶性循环。 

3、干热联合再生

砂粒外表的水玻璃膜在通常湿度条件下具有强的耐性,靠碰击和冲突很难去掉。为了进步脱膜效率,可选用热

法再生,行将旧砂加热到180~200℃(酯硬化水玻璃旧砂加热到300~350℃,以利去掉残留有机酯),使水玻璃

 膜失水脆化,再进行碰击或冲突,可使Na2O去掉率明显进步。 

干热联合再生办法的残留Na2O去掉率可进步到50%,通常可稳定在40%以上。

水玻璃旧砂干法再生的长处是设备构造和体系安置较为简略,出资较少,二次污染较易处理。 

水玻璃旧砂干法再生的缺点是残留Na2O去掉率低,干法再生后的砂通常可用于混制外型的背砂,不宜作为面砂

或芯砂。尽管延伸再生加工时刻可进步Na2O去掉率,可是砂粒简略破碎和粉化。选用干热联合再生,存在能源

消耗增大和热砂冷却艰难等疑问。

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