添加劑對水玻璃砂熱性能的研究

添加劑對水玻璃砂熱性能的研究添加劑對水玻璃砂熱性能的研究摘要減少鑄造工業(yè)對環(huán)境的污染，實現(xiàn)綠色清潔的鑄造生產(chǎn)，已成為國內(nèi)外鑄造工作者的迫切任務。相比于粘土砂產(chǎn)生的粉塵污染與黑色污染，樹脂砂產(chǎn)生的化學污染，水玻璃砂工藝是最有可能實現(xiàn)綠色清潔鑄造生產(chǎn)的型砂工藝。水玻璃砂由于具有強度高、成本低、工藝要求簡單、環(huán)境友好等優(yōu)點，使它在鑄造業(yè)成為了被廣泛使用的造型材料之一。水玻璃價格便宜，供應充沛，混砂、造型和澆注過程中不釋放出刺激和有害的氣體，易于實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。但水玻璃砂澆注后潰散性差，舊砂回用困難，大多直接廢棄，造成環(huán)境的堿性污染。要想解決水玻璃砂的潰散性差問題，應從水玻璃砂潰散性的機理研究著手，分析水玻璃砂潰散性差的原因，才能找出解決潰散性差的合理的方法。本課題研究添加劑對水玻璃砂熱性能的影響，利用熱分析實驗研究了添加劑對潰散性的影響，并對實驗結(jié)果進行分析，確定了添加劑對水玻璃砂不同溫度段吸放熱的影響趨勢，并且對最佳型砂配方進行了驗證。結(jié)果表明，采用加入添加劑的水玻璃型砂，潰散性良好。關(guān)鍵詞：鑄造，水玻璃砂，潰散性，熱性能InfluenceofadditiveonthermalpropertiesofsodiumsilicatesandABSTRACTNowadays,itisbecominganurgenttaskforfoundryworksbothathomeandabroadtoreducingpollution,realizingcleanerproduction.Comparedtoclaysand,sodiumsilicatesandhasnodustpollutionandblackpollution.What’smore,itdoesnotexsitschemicalpollution,comparedtoresinsand.So,sodiumsilicatesandisamoldingprocess,whichismostlikelytoachievegreenproduction.Sodiumsilicatesandhasbecomeoneofthewidelyusedmodelingmaterials,foritshighstrength,lowcost,simpletechnologicalrequirements.Sodiumsilicateischeap,abundant,anddoesnotreleasenoxiousgaswhenmoldingandcasting.However,sodiumsilicatesandhasapoorcollasibilityaftercasting.Itisdifficulttorecycle,whichresultsinmanysandsabandoned.Theabandonedsandsmaybringalkalineplollution.Inordertosolvetheproblemofcollapsibilityofsodiumsilicatebondedsand,wehavetoresearchthemechanism,andanalysethereasonwhythecollapsibilityofsodiumsilicatesandisnotwhatwewant.

Theresearchadditiveeffectofsodiumsilicatesandthermalproperties,usingthermalanalysisexperimentstostudytheeffectsofadditivesoncollapsingandtoanalyzetheresultstodeterminethedifferenttemperaturerangesofadditivesforheatabsorbingtheimpactofsodiumsilicatesandtrend,andtothebestsandformulaverified.Theresultsshowedthattheuseofadditivesinthewaterglasssand,collapsinggood.Keywords:casting,thesodiumsilicate,collapsibility,thermalproperties目錄TOC\o"1-3"\h\u104351緒論 緒論引言機械制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟的基礎，而鑄造業(yè)是機械制造業(yè)中不可缺少的重要組成部分。而鑄鋼件的生產(chǎn)主要是水玻璃砂工藝，但是絕大部分鑄鋼廠還是采用傳統(tǒng)的工藝即水玻璃砂強度的提高，長期以來依靠水玻璃加入量來彌補?，F(xiàn)在的新工藝、新方法(如有機脂硬化、VHR硬化、微波硬化等等)，應用的還較少。水玻璃砂潰散性差的問題一直困擾著我國鑄鋼廠的生產(chǎn)，并且潰散性差的水玻璃砂也很難再生回用。這樣，就不可能實現(xiàn)綠色清潔鑄造生產(chǎn)。所以本課題對添加劑對水玻璃砂熱性能的影響進行了研究，分析添加劑如何改善水玻璃潰散性。水玻璃砂潰散性的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展為了改善水玻璃砂的潰散性，實現(xiàn)的主要辦法有三條：（1）添加附加物；（2）水玻璃改性；（3）改進硬化工藝。1.2.1添加附加物SKH-石灰石、SKH-蛭石及TN2、TN5與英國的SoloSilhi改性水玻璃砂的潰散性相當,而從成本看,SKH-石灰石和SKH-蛭石與加7%純水玻璃的普通水玻璃砂相當,TN2和TN5則低于國內(nèi)研制的其它改性水玻璃砂和英國SoloSilhi改性水玻璃砂,因此從成本看TN2、TN5則更好一些。VRH-CO2法是改善中小型鑄件用水玻璃砂的潰散性的一種有效的適用的方法[1]。1.2.2水玻璃改性CO2水玻璃砂具有冷芯盒工藝的一系列優(yōu)點，在鑄造生產(chǎn)中占有重要地位。但它的殘留強度高,潰散性差,給鑄件的落砂清理帶來一定困難,這些缺點阻礙著它的進一步發(fā)展和應用。采用有機改性劑氫化液(SH)和無機潰散劑(AMG及AMGF)的技術(shù)措施,根據(jù)不同生產(chǎn)情況,研制了=1\*ROMANI型改性水玻璃砂(Wg-SH-AMG)及=2\*ROMANII型改良水玻璃(Wg-AMGF)[4]。潰散性差和舊砂再生困難是水玻璃砂工藝的兩大難題。采用水玻璃砂新工藝及新材料以降低型砂中水玻璃粘結(jié)劑的加入量是解決水玻璃砂潰散性差的有效方法。協(xié)調(diào)水玻璃砂的常溫強度及高溫殘留強度(即潰散性)的大小，是改性水玻璃砂工藝的新問題。新型酯硬化改性水玻璃砂工藝具有如下技術(shù)優(yōu)勢：（1）鑄件的精度高、質(zhì)量好，還可克服用樹脂砂生產(chǎn)鑄鋼件時易產(chǎn)生熱裂的缺點。（2）生產(chǎn)環(huán)境友好、對環(huán)境污染最輕。（3）生產(chǎn)成本較低、工藝操作性好。與各類樹脂砂工藝相比，水玻璃砂工藝的生產(chǎn)成本低。（4）生產(chǎn)裝備簡單、投資少。1.2.3改進硬化工藝采用VRH-CO2法，水玻璃加入量減少到原來的1/2～1/3，僅為2%～3%，CO2量僅是普通CO2法的1/10～1/50。普通CO2水玻璃加入量一般為6%～8%，800℃和1000℃時的殘留強度分別為7.8MPa和4.2Mpa；而VRH-CO2法水玻璃加入量一般為2.5%～3%，800℃以上殘留強度僅為普通CO2法的1/10。水玻璃硬化1.3.1水玻璃砂的硬化機理水玻璃砂在一定條件下逐漸變硬的過程，稱為水玻璃的硬化。水玻璃砂可以通過如下幾種方式硬化：（1）加入氣體、液體、固體硬化劑，與水玻璃起化學反應，生成具有粘結(jié)性能的新產(chǎn)物，常稱之為化學硬化。（2）采用能除去水玻璃中水分的方法，常稱之為物理硬化。（3）加入可溶性硅酸鹽使水玻璃飽和。鑄造生產(chǎn)中通常采用一種或幾種方法綜合使用。1.3.2各種硬化方法機理根據(jù)硬化原理的不同，水玻璃砂硬化可分為：吹CO2氣體硬化、加熱硬化和硬化劑自硬化三大類，三種硬化方式的最新發(fā)展形成了新一代的水玻璃砂硬化工藝。（1）CO2氣體硬化水玻璃砂的機理：向水玻璃砂中吹入CO2氣體后，水玻璃能快速硬化，水玻璃由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的硬化機理，歸納起來有如下幾種觀點。1．化學硬化在CO2氣體作用下，水玻璃的硬化過程分為三個階段(1)硅酸鈉的分解——在CO2氣體作用下，硅酸鈉發(fā)生快速的分解反應，并發(fā)出熱量。(2)硅酸凝膠的形成——SiO2的水合作用(3)硅酸凝膠部分失去結(jié)合水硅酸凝膠含水量越少，型砂就越堅固，型砂的強度也越高。2．物理硬化水玻璃CO2硬化的本質(zhì)是物理硬化，水玻璃能夠硬化，并非在于化學反應，而是依賴于CO2的脫水作用；而且，水玻璃硬化后的機械強度，主要來源于水玻璃的脫水。3．復合硬化CO2硬化過程中，既有化學硬化反應，同時也有物理硬化作用，是二者的復合。水玻璃與CO2反應生成硅酸凝膠，這屬于化學硬化；而CO2是一種干燥性很強的氣體，其露點為-30℃，它可以加速水玻璃的干燥過程，產(chǎn)生物理的或玻璃質(zhì)的粘結(jié)，屬于物理硬化。1.3.3水玻璃砂的粘接強度與破裂形式水玻璃砂的粘結(jié)強度是指水玻璃砂硬化后具有的強度，對水玻璃砂的粘結(jié)強度與破裂形式的認識，有利于研究水玻璃砂的硬化機理和提高水玻璃砂的硬化速度。水玻璃和原砂經(jīng)混砂機混拌以后，砂粒表面上就包覆一層薄薄的水玻璃膜，即粘結(jié)膜。相鄰的砂粒通過粘結(jié)膜連接起來，形成粘結(jié)橋[17]。光有粘結(jié)膜和粘結(jié)橋，并不能把分散的砂粒聯(lián)結(jié)在一起，還需要有膠凝的過程才能建立起粘結(jié)強度，見圖1.1。圖1.1砂粒上的粘接膜及砂粒間的粘接橋建立起強度的水玻璃砂的破裂主要有兩種：一種是內(nèi)聚破裂,另一種是附著破裂。一般說來型砂試樣的斷口上既有內(nèi)聚破裂又有附著破裂。如果以內(nèi)聚破裂為主，想要提高強度就得增加粘結(jié)劑的用量或是改進粘結(jié)劑的聚合；如果以附著破裂為主，則說明粘結(jié)劑的作用未充分發(fā)揮，想要提高型砂強度，就得設法改善粘結(jié)劑與砂粒之間的附著狀況。圖1.2型砂的破裂方式因此，水玻璃砂粘結(jié)強度主要取決于三個因素：砂粒本身的形貌和強度，水玻璃的粘結(jié)強度和砂粒與水玻璃之間的粘結(jié)強度，其中任何一種粘結(jié)強度的降低都會降低水玻璃砂的粘結(jié)強度。不過，觀察水玻璃砂的斷裂面基本上是以內(nèi)聚破裂為主，很少見到附著破裂[17]，因此就不過多的考慮砂粒種類的選擇。1.3.4水玻璃砂硬化速度與強度的關(guān)系水玻璃砂硬化強度包括常溫強度、烘干強度和殘留強度等。常溫強度指在室溫下測定的強度以及表面穩(wěn)定性等，即時強度、1小時強度，24小時強度均屬于常溫強度，也可稱為存放強度，而24小時強度還常稱為終強度。烘干強度主要是指對烘干后的型砂試樣測定的強度，烘干溫度根據(jù)實際而定，在本論文中烘干溫度定為200℃。殘留強度是指高溫燒結(jié)后測定的強度，在本論文中燒結(jié)溫度為800℃。硬化速度是用來評價在硬化過程中水玻璃砂硬化快慢的一個指標，其有兩種評價方法：一種是在硬化相同時間內(nèi)水玻璃砂硬化強度高則表明其硬化速度快，另一種是在達到相同硬化強度時所需的時間越短則表明其硬化速度越快?；瘜W硬化法主要是加入酸性物質(zhì)或電解質(zhì)來促使水玻璃膠粒凝膠并聚集，從而提高水玻璃砂硬化速度，使其盡可能在短而合適的時間內(nèi)達到生產(chǎn)所需的硬化強度。物理硬化法關(guān)鍵是脫水，破壞水化膜促進水玻璃的凝聚，因此對于物理硬化法則有脫水速度越快水玻璃砂硬化速度越快。大量實踐表明：物理硬化法較化學硬化法硬化速度要快，且得到的硬化強度也要高。水玻璃及特性1.4.1水玻璃的定義中文教科書和專著中都稱水玻璃是硅酸鈉的水溶液，水玻璃是硅酸鹽溶液，但硅酸鹽溶液并不一定是水玻璃。因此，必須給硅酸鹽的水溶液框定一個范圍。水玻璃是硅酸鹽在水中真溶液(離子和分子分散)和膠體溶液(膠粒分散)并存的體系。水玻璃的通式為M2O·mSiO2·nH2O，M為Na+、K+、Li+、Rb+和R4N+，m和n必須處在特定的數(shù)值范圍內(nèi)。1.4.2水玻璃的重要參數(shù)水玻璃的主要參數(shù)是模數(shù)、密度和客鹽濃度。(1)模數(shù)水玻璃中SiO2和Na2O的摩爾比值，稱之為水玻璃的模數(shù)，用m來表示。在歐美，也習慣直接用SiO2和Na2O的百分質(zhì)量比值來表示模數(shù)，稱作硅堿比。(2)濃度和密度水玻璃的濃度(concentration)是指它的水溶液中含有的Na2O·mSi02百分含量，代號為C。同時，濃度和水玻璃硅酸鈉含量有一定關(guān)系(見圖1.3)。圖1.320℃時水玻璃硅酸鈉含量和濃度的關(guān)系作為溶劑的氧化硅對密度的影響，通常比氧化鈉對密度的影響小些。此外其密度與硅酸鈉溶液的模數(shù)也有一定關(guān)系(見圖1.4)圖1.4硅酸鈉溶液的模數(shù)與其密度的關(guān)系密度的代號為ρ，國際標準為103kg/m3。但鑄造業(yè)仍然沿用兩種習慣方法，即g/cm3和波美度(用Be來表示)。硅酸鈉溶液的測定，在精確度要求高時，應該用比重法進行。在工業(yè)生產(chǎn)上是用比重計或波美比重計進行測定，一般多用后者。隨著溫度的提高，硅酸鈉溶液的體積發(fā)生膨脹，使密度降低，反之則密度升高。所以生產(chǎn)中測定的波美度，要校正成溫度293K(20℃)以下的Be。(3)水玻璃中客鹽含量水玻璃中的客鹽(NaCl、Na2SO4、Na2CO3等)含量，對水玻璃密度、粘度、表面張力、老化速度、硬化速度以及粘結(jié)強度都有顯著的不良影響，所以是水玻璃的重要參數(shù)。但是，這個問題還沒有引起水玻璃生產(chǎn)者和鑄造工作者的注意。目前測得的許多水玻璃和水玻璃砂性狀，都是在客鹽的存在下測定的，但對于客鹽的不良影響完全被忽視掉了。因此，我們對于水玻璃和水玻璃砂的實際情況，并未很好掌握。1.4.3水玻璃的物理性質(zhì)(1)水玻璃的光散射現(xiàn)象m>2的水玻璃，剛制好時沒有光散射現(xiàn)象，應該屬于真溶液。大約15min后便出現(xiàn)微弱的光散射，隨著時間的推移，光散射越來越強。在高模數(shù)和高濃度的情況下，這種傾向更強。丁澤爾現(xiàn)象是膠態(tài)離子的特征現(xiàn)象，光散射的出現(xiàn)，說明系統(tǒng)內(nèi)不斷有膠粒生成。這時因為水玻璃在儲藏過程中，含在其中的硅酸能自發(fā)進行聚合，生成膠粒，并且緩慢的釋放能量，這稱作水玻璃的“老化”。(2)水玻璃的堿性硅酸鈉是由強堿和弱酸生成的鹽，在水溶液中容易電離水的電離SiO32-與H+生成電離很小的硅酸Na+與OH-生成電離度很大的NaOH所以，整個溶液體系內(nèi)OH-濃度很高，而H+濃度低，呈堿性。低模數(shù)的水玻璃m=(2.1～2.6)，pH值為(11～13)。老化的水玻璃中，硅酸的聚合度發(fā)生了變化，電離度也發(fā)生了微小的變化。目前還未看到，關(guān)于水玻璃在老化過程中pH值變化的數(shù)據(jù)。已知老化的水玻璃電離率減小。聚硅酸鈉的溶液在稀釋時，pH值逐漸減小，即酸性有所增強。這是因為，在稀釋過程中聚合度不斷降低，粘結(jié)力不斷減小，低聚硅酸不斷增多，解離出更多H+，使pH值下降。(3)水玻璃的粘度水玻璃的粘度很大，且隨模數(shù)、濃度與客鹽含量的不同而變化，但溫度對粘度的影響也很顯著。在貯放過程中，粘度因老化而緩慢下降。(4)凝固點及冷凍時特征不同模數(shù)及不同濃度的硅酸鈉溶液，其凝固點大約在-2～-11℃。模數(shù)低，濃度高時溶液的冰點低。零度以下時，硅酸鈉溶液的粘度劇增，然后析出冰晶體及絮狀顆粒，此時，模數(shù)大于3.0的硅酸鈉溶液，變成白色蛋白質(zhì)狀物質(zhì)，冰晶體浮于上層，使溶液濃度上下不均。模數(shù)小于3.0的硅酸鈉溶液，即使在冰凍狀態(tài)下，仍是稠厚的冰狀物，硬度不高，具有膠體的性質(zhì)。加熱并均勻地攪拌凍結(jié)的硅酸鈉溶液，能恢復凍結(jié)前的性質(zhì)，但會減弱其作為膠凝(防腐用的膠凝)的耐水性。當硅酸鈉溶液的含水量，減少到一定程度時，它的外形就像固體物質(zhì)。當溫度降到0℃以下，透明的固體狀的高濃度硅酸鈉溶液，外表無明顯變化，但變得和玻璃一樣，較脆而容易破碎。但溫度上升到O℃以上時，脆性消失，恢復原狀。1.5本課題的研究意義和內(nèi)容水玻璃砂的潰散性差是困擾鑄造界的一個老、大、難問題，長期未得到很好解決，因而阻礙了它的推廣和應用。本課題主要通過向水玻璃型砂中添加潰散劑的方法來研究其對型砂潰散性的改善作用，并找出具有良好性能的型砂配方。具體工作包括以下幾個方面：（1）了解水玻璃砂工藝的優(yōu)越性和問題；（2）評價水玻璃砂潰散性的方法和指標；（3）研究添加劑改善水玻璃砂潰散性的因素；（4）研究添加劑對水玻璃砂熱性能的影響；1.6本論文的結(jié)構(gòu)安排（1）緒論。（2）CO2水玻璃砂的硬化研究及其存在的問題：介紹了CO2水玻璃砂的硬化機理，以及CO2水玻璃砂各存在的諸多問題和解決措施。（3）水玻璃砂潰散性研究試驗：主要通過向水玻璃型砂中添加潰散劑的方法來研究其對型砂潰散性的改善作用，并找出具有良好性能的型砂配方。最后通過應力試驗，檢驗水玻璃型砂的潰散效果。確定潰散劑的選用，設計試驗驗證水玻璃砂受熱溫度與潰散性之間的關(guān)系；進行熱分析試驗，對比找出具有良好性能的型砂配方。（4）添加劑水玻璃砂熱性能的研究實驗：通過對三種配方的水玻璃砂進行DSC熱分析實驗和熱膨脹實驗分析各配方優(yōu)劣之處，找出添加劑對水玻璃砂熱性能的影響因素及效果。（5）結(jié)論及展望。2CO2水玻璃砂的硬化機理研究及其存在的問題近年來人們對精確控制CO2吹氣工藝參數(shù)，提高CO2硬化效率、節(jié)約氣體等方面做了不少工作[6]。但是到目前為止,對于精確控制CO2吹氣工藝參數(shù)(流量、壓力等)并沒有得到廣泛的應用。因此，本課題重點研究CO2氣體的通氣時間、流量等因素對水玻璃砂硬化的影響，以盡可能研究出更為合理的吹氣工藝，為之后潰散性的。研究水玻璃砂硬化需要測定的性能指標有很多，如強度(即時強度、終強度和殘留強度等)，含水量，透氣性，表面穩(wěn)定性，可使用時間以及吸濕性等。目前使用的吹CO2硬化法，水玻璃的凝膠并不以化學方式為主，吹CO2只是為了使型砂具有脫模和搬運所需的強度，凝膠主要還是靠吹CO2之后進行的脫水處理。這樣就可以充分發(fā)揮水玻璃的粘接作用，從而降低水玻璃的降入量。因此選取即時強度、終強度以及殘留強度為主要測試性能指標。本章節(jié)主要研究CO2水玻璃砂的硬化機理，了解CO2的基本性質(zhì)對研究CO2水玻璃砂硬化有著很大的意義。2.1CO2的基本性質(zhì)CO2在不同條件下可以氣、液、固三種狀態(tài)存在，密度、比熱容、擴散力和粘度都隨溫度而變。當其以氣態(tài)形式存在時，其還和壓力有關(guān)。何時是單相，何時又是共存狀態(tài)，何時發(fā)生相變，這取決于所處環(huán)境的溫度和壓力。在臨界狀況時氣相和液相性質(zhì)非常接近，氣液兩相處于一個相對穩(wěn)定的共存狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)或臨界狀態(tài)。臨界狀態(tài)的參數(shù)叫臨界常數(shù)，飽和狀態(tài)的壓力為飽和蒸汽壓。在使用CO2硬化水玻璃砂時除了解CO2的基本性質(zhì)之外，有必要了解CO2氣瓶的幾個基本常識，以便能更好地利用C02氣體。氣瓶公稱工作壓力為15Mpa，而氣體出口壓力為5MPa。在由液相變?yōu)闅庀鄷r，臨界蒸汽壓和氣化溫度與氣體壓力有關(guān)，在氣體壓力為7.16MPa時，氣體液化臨界溫度為31.16℃[6]；氣體壓力為5MPa時，氣體液化臨界溫度約為15℃。由于CO2能以氣、液、固三種形態(tài)存在，且由液相到氣相是一吸熱過程，使得CO2吹入型砂時溫度比較低甚至其吹入型砂后還要繼續(xù)吸收一定的熱量，尤其是在冬季時其必然導致型砂反應系統(tǒng)的溫度降低。2.2CO2硬化的概念CO2硬化水玻璃砂的全部硬化過程，包含著化學反應、物理作用兩種過程。2.2.1CO2硬化是化學硬化水玻璃砂的硬化過程分為三步：（1）硅酸鹽的分解在CO2作用下，硅酸鈉發(fā)生快速的分解反應，并釋放出熱量：（2-1）（2）硅凝膠的生成析出的SiO2與水結(jié)合，生成硅酸,硅酸又凝聚成硅凝膠：（2-2）（3）硅凝膠部分失去結(jié)合水這是一個吸熱過程：（2-3）2.2.2CO2硬化是物理硬化硅酸的析出和硅凝膠的生成是CO2硬化水玻璃砂強度的唯一來源，所以稱作“化學硬化”；水玻璃砂吹CO2硬化,必須處于一種非常特殊的條件下，即水玻璃涂敷在砂粒表面上,形成厚僅若干m的薄膜。只有造成良好的脫水條件，才能促使水玻璃迅速固化；所以說“水玻璃的硬化本質(zhì)上是物理硬化”。為了得到強度高而終強度低的水玻璃砂，所以決定對水玻璃硬化采用物理硬化為主的方法，即減少水玻璃與CO2的化學反應，轉(zhuǎn)而以物理脫水為主對水玻璃砂進行吹氣硬化。2.2.3脫水硬化法水玻璃砂采用烘干爐、熱芯盒、微波輻射或高頻烘干等加熱去水硬化方法，其粘結(jié)強度比吹CO2和酯硬化的高。烘干強度由聚硅酸鈉建立起來的其中微波和高頻加熱的強度最高。美國用此法水玻璃加入量可減少到1.5%，每公斤砂所需微波功率約0.044～0.15kwhr，效率非常高。但鑄造車間擁有這種設備的不多。一般鑄造車間愿意利用現(xiàn)有的熱芯盒設備硬化水玻璃。福特汽車公司已將熱芯盒脫水硬化水玻璃砂用于鋁鑄件生產(chǎn)。無有機揮發(fā)物和氣體。砂芯用沖擊錘敲打0.1～0.2分鐘即可去除。2.3吹CO2時氣流與水玻璃膜的作用CO2氣體的露點很低，大約是零下30℃。所以，CO2氣體是非常干燥的，其中含有的水分很少。因此，吹CO2時，除了化學作用以外，必然還有使粘接膜脫水干燥的作用。吹CO2的初期，CO2通過砂粒之間的空隙，與砂粒表面的粘接膜的外表面接觸。CO2與整個粘接膜的表面作用，粘接膜容易吸收CO2，而其中的水分則較不易逸出(見圖2.1a)。很快，粘接膜的外表面因CO2的作用而形成一層硅酸凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，CO2分子進入粘接膜和粘接膜中的水分子逸出的通道都大為減少(見圖2.1b)。此時，何者占主導地位就得看氣流流經(jīng)砂粒表面的流速了。圖2.1吹CO2作用示意圖[7]開始作用b)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成后當CO2氣流流速較低時(即單位時間吹過的CO2量少時)，根據(jù)伯努利定律，CO2作用在硅凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上的壓力較高。當CO2氣流的流速較高時，CO2作用在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上的壓力較低。在這種情況下，盡管吹了大量的CO2，粘接膜的凝膠反而是以物理方式(脫水)為主，化學作用成了第二位的。2.4CO2水玻璃砂低溫硬化由CO2特有的相變吸熱性質(zhì)以及CO2水玻璃砂硬化機理可知，CO2硬化水玻璃砂和環(huán)境溫度有很大的關(guān)系。采用瓶裝CO2作硬化氣體時，從鋼瓶中流出的CO2溫度一般均低于5℃，而CO2溫度低于10℃時，會嚴重影響CO2水玻璃砂的強度[9]。圖2.4和圖2.5分別表示出了CO2溫度對CO2氣體消耗量和水玻璃砂終強度的影響。資料表明：通常吹氣CO2條件下，當溫度低于10℃時，化學硬化反應和物理的脫水速度都很慢，嚴重影響型砂的強度。而當C02溫度由15℃升到60℃時，CO2的消耗由約90%下降到30%，CO2氣體的消耗可以節(jié)約50%以上；終強度升高40%[6]。圖2.2CO2氣體溫度與氣體消耗量的關(guān)系圖2.3CO2氣體溫度對水玻璃砂（水玻璃加入量4%）抗拉強度的影響1-60℃（吹氣2.5s）2-50℃（吹氣3.0s）3-40℃（吹氣2.5s）5-15℃（吹氣5.0s）將CO2氣體預熱后再吹入砂型(芯)，增加CO2擴散能力，可提高硬化效果。原因有二：一是因為CO2氣化時會大量吸熱，降低型砂硬化反應時的溫度，從而降低硬化效率，經(jīng)過預熱就可以有效減少這種不良效應；二是預熱后的CO2氣體會加快型砂中水分的揮發(fā)，使得粘結(jié)劑膜固化速度加快；但是預熱溫度不宜過高，否則會引起強度下降，這是因為氣體的溫度過高會使得脫水速度和反應速度加快，粘結(jié)膜產(chǎn)生裂紋，因而使型砂的強度降低；試驗結(jié)果表明，CO2氣體的預熱溫度控制在30～60℃之間比較合適[6]。2.5CO2水玻璃砂的影響因素2.5.1水玻璃的模數(shù)和密度水玻璃模數(shù)越高硬化速度越快，但存放強度越差。高模數(shù)水玻璃市場上不常見，通過調(diào)高模數(shù)的水玻璃質(zhì)量也存在一定的問題。水玻璃密度大，硬化后強度高。但密度過大時，粘性過大，難以混砂均勻；密度過小、含水量高，型砂的強度低。我國鑄造用CO2硬化水玻璃的模數(shù)通常為2.0～2.6，密度為1.48～1.52g/cm3[7]。在課題研究中不考慮選用水玻璃的模數(shù)和密度。2.5.2水玻璃加入量水玻璃含量越高，硬化強度也越高；但需要較長的吹氣時間和消耗較多的CO2氣體，水玻璃加入量過多還會造成鑄件的落砂清理困難。2.5.3吹氣時間、方式和流量CO2吹氣時間越長，即時強度越高，但也越容易產(chǎn)生“過吹”現(xiàn)象，且終強度隨即時強度增加而降低。CO2脈沖吹氣方式，稀釋CO2吹氣方式和預熱CO2均可在不同程度上提高水玻璃砂即時強度或改善水玻璃砂存放強度。因此，吹氣方式對CO2水玻璃砂硬化的影響有很大的關(guān)系。流量越大，水玻璃硬化越快，反之亦然。2.5.4溫度從CO2硬化的概念及CO2水玻璃砂低溫硬化的內(nèi)容中知道溫度對水玻璃砂硬化速度起著關(guān)鍵作用。冬季CO2水玻璃砂硬化速度比夏季的明顯要慢，這表明溫度升高有利于提高CO2水玻璃砂硬化速度。溫度對CO2水玻璃砂硬化的影響從兩個方面考慮：一是環(huán)境溫度；二是CO2氣體溫度。環(huán)境溫度既影響CO2氣體的充分利用，也影響CO2氣體和水玻璃砂反應溫度，而CO2氣體的溫度主要是影響水玻璃砂硬化速度。2.6CO2水玻璃砂存在的主要問題水玻璃砂是一種有發(fā)展前途的粘結(jié)劑，但還存在一系列問題，因而其應用受到一定的限制，甚至一度出于將被自硬樹脂砂取代的境地。水玻璃砂存在的主要問題有潰散性差、抗吸濕性差、舊砂再生和回用困難、表面粉化、強度偏低等，現(xiàn)就其部分問題闡述如下。2.6.1潰散性差水玻璃砂潰散性差主要體現(xiàn)在水玻璃砂的殘留強度高，使得鑄件的落砂、清理困難。殘留強度（retaintedstrength）是指將水玻璃砂加熱到一定溫度后，再空冷到室溫所測出的強度。砂中水玻璃加入量越多，殘留強度也會越高。殘留強度高，意味著潰散性差，出砂后結(jié)塊的砂子也給舊砂再生帶來困難，從而使水玻璃砂的應用受到嚴重制約。2.6.2砂型（芯）表面粉化水玻璃砂型（芯）吹CO2氣體硬化后放置一段時間，有時在表面會出現(xiàn)像白霜一樣的物質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為沙型（芯）表面粉化，也稱“白霜”。表面粉化的砂型（芯）表面強度極低，用手輕輕一抹就會有砂粒落下，澆注時經(jīng)受不了金屬液的沖刷，鑄件易產(chǎn)生沖砂缺陷。2.6.3粘結(jié)強度偏低，水玻璃加入量大水玻璃砂強度偏低，尤其采用CO2氣體硬化時，為保證硬化后的砂型（芯）具有必要的強度，不得不靠增加水玻璃的量來解決。其加入量常高達7.0%～9.0%。采用赤泥、鉻鐵渣等作硬化劑的水玻璃自硬砂，更易導致其潰散性差，舊砂再生、回用困難。2.7總結(jié)通過對CO2水玻璃砂硬化機理的研究，可以總結(jié)出以下幾點結(jié)論：（1）水玻璃砂硬化過程可歸納為：水玻璃膜表層接觸CO2反應生成硅凝膠，硅凝膠脫水，在粘結(jié)膜內(nèi)形成很強內(nèi)應力，產(chǎn)生初強度。在存放過程中，未反應的水玻璃不斷脫水，強度不斷提高。（2）一套正確的吹氣方案應在保證水玻璃砂即時強度達到起模強度的前提下，保留盡可能多的水玻璃不與CO2發(fā)生反應。（3）為了方便研究，將氣體的預熱溫度控制在合適范圍內(nèi)，主要研究吹氣時間，吹氣流量及水玻璃加入量等對水玻璃砂硬化的影響，而對水玻璃的模數(shù)和密度變化的研究不作為重點。（4）所謂“過吹”[8]，實際上是硬化過程中以化學方式形成的凝膠占優(yōu)勢，應當控制CO2的濃度或流量，避免這種情況的產(chǎn)生。3各配方水玻璃砂潰散性研究3.1試驗目的水玻璃是廣泛應用的鑄型粘結(jié)劑之一，但其潰散性差是阻礙其進一步擴大應用最主要因素。水玻璃砂強度的大小，取決于包附在砂粒表面硅酸凝膠薄膜的致密程度，即水玻璃在型砂中的加入量。水玻璃的加入量越大，強度越高，相對潰散性也越差。怎樣才能既降低水玻璃的加入量，提高潰散性，又不使水玻璃砂的強度降低，這就是我們這個課題所要解決的中心問題。為改善潰散性，現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)最主要是向水玻璃砂中加潰散劑。本章節(jié)主要通過向水玻璃型砂中添加添加劑的方法來研究其對型砂潰散性的改善作用，并找出具有良好性能的型砂配方。3.2添加劑的確定3.2.1添加劑的擬定在水玻璃砂中添加附加物是最簡單和最實用的解決型砂潰散性的方法,因而早就受到了國內(nèi)外鑄造工作者的重視。（1）GLT：GLT、石棉水泥生產(chǎn)中的殘料及磷鈣土粉都能使水玻璃砂撞擊功曲線第二峰值向更高的溫度區(qū)推移，沒有添加劑和有添加劑混合料撞擊功相應為130J和35～40J。GLT能提高混合料的初強度，減少水玻璃加入量，且加熱和冷卻時存在相變，導致粘結(jié)膜破壞，因而在這三種添加劑中，GLT更能改善型砂潰散性。若使用經(jīng)磺氨酸和甲硅烷改性的GLT則會進一步改善水玻璃砂的潰散性。（2）SPSN：由于受SPSN溶解度的影響，所以本實驗加入的硼全部以四配位的形式進入網(wǎng)絡，形成復合統(tǒng)一的網(wǎng)絡，使原有的網(wǎng)絡結(jié)果更加完整，從而在一定程度上提高水玻璃的粘結(jié)強度。（3）LSEQN：LSEQN可催化合成乙酸丁酯，而對于具有自硬性質(zhì)的水玻璃砂酯硬化工藝而言，可影響砂型的硬化終強度，硬化速度，高溫殘留強度等參數(shù)。（4）MTC：水玻璃砂中加入適量的MTC，可以較好的解決水玻璃砂的潰散性問題，另外，MTC的加入，可以減少水玻璃的加入量，提高型砂潰散性。3.3水玻璃砂加添加劑試驗設計及結(jié)果分析3.3.1主要試驗原材料、設備及試驗方法（1）試驗材料原砂：天然石英砂，粒度70/140目，普通鈉水玻璃：模數(shù)m=2.3密度ρ=1.514g/cm3，SPSN，LSEQN，MTC：食品級MTC代糖甜味劑，CO2：工業(yè)瓶裝CO2，空氣：工業(yè)瓶裝空氣，環(huán)境溫度：25℃濕度：38%RH，水浴溫度：90℃±10℃，氣體溫度：40℃±5℃（2）試驗設備SHY-A葉片式混砂機SAC錘擊制樣機電熱式CO2減壓器（YQT-731L）微機控制電子萬能試驗機(WDW)：用于測定CO2-水玻璃砂的初強度，終強度，以及殘留強度（3）試樣制備混砂用SHY-A葉片式混砂機。3.3.2混砂流程（1）稱取一定量水玻璃（占石英砂5%），稱取一定量SPSN和LSEQN（各占水玻璃2%），放在研缽中研成粉末；將SPSN與LSEQN加入到水玻璃中，用玻璃棒攪拌均勻。（2）將水玻璃混合溶液置于磁力加熱攪拌器上，加速溶質(zhì)溶解，溶解完成后滴水一滴進行水份蒸發(fā)補償，然后放置待用。（3）稱取一定量石英砂，放入混砂機中（一般為400g）。（4）放入石英砂干混1min以上，加入高嶺土（占石英砂5%），再次干混1~2min，最后將水玻璃混合溶液細流倒入，濕混1~2min，出砂。（5）不加入添加劑的水玻璃砂配置時不用稱取添加劑加入且不需要第二步，以木糖醇做為添加劑時，稱取一定量木糖醇（占石英砂0.5%），在高嶺土干混完成后加入木糖醇干混1~2min，最后加入水玻璃，濕混1~2min，出砂。（6）三種配方中百分比均為質(zhì)量分數(shù)。3.3.3制樣流程（1）清理好樣筒，稱取混好的水玻璃砂大約50g放入樣筒（樣筒內(nèi)徑為Φ30mm），然后放到制樣機上三錘緊實；拆開樣筒，測其內(nèi)試樣高度是否為50mm，誤差不超過1mm，若低于50mm則下次多稱取一些水玻璃砂，繁殖少稱取一些，最終保證制取的試樣高度為50mm，然后吹氣硬化。（2）各配方均采用熱空氣-CO2吹氣工藝，吹氣流量為6L/min，脈沖吹氣總吹氣時間為20s配置水玻璃砂。用SAC錘擊制樣機手工制作Φ30×50mm的圓柱試樣。（3）同一項性能測試需2~3個試樣，本論文中取各項實驗數(shù)據(jù)均值，測水玻璃砂即時強度，即試樣制取后在10min內(nèi)測得的抗壓強度；終強度為試樣制取后放置24h后測得的抗壓強度；殘留強度為試樣制取后放置24h后并置于某一溫度（一般測200℃與800℃）的爐中保溫30min，取出測得的抗壓強度。3.3.4各配方水玻璃砂性能對比分別對SPSN+LSEQN和MTC研究兩種配方對水玻璃分散性的效果。以不未加入任何添加劑，5%水玻璃，5%GLT配置的水玻璃砂，記為0#號砂；加入2%SPSN和LSEQN，5%水玻璃，5%GLT配置的水玻璃砂，記為1#號砂；加入0.5%MTC，5%水玻璃，5%高嶺土配置的水玻璃砂，記為2#號砂。表3-1各配方水玻璃砂性能對比編號σ即/MPaσ24h/MPaσ48h/MPaσ200℃/MPaσ800℃/MPa0#0.710.880.791.721.581#0.810.920.860.670.082#0.881.120.970.800.353.4本章小結(jié)（1）加入2%SPSN和LSEQN的水玻璃砂和加入0.5%的木糖醇的水玻璃砂的即時強度和24h強度和48h強度都要高于無添加劑水玻璃砂，這使得在鑄造時加入了添加劑的水玻璃型砂能夠更好的承受鐵液沖擊而不會變形；（2）加入2%SPSN和LSEQN的水玻璃砂和加入0.5%的MTC的水玻璃砂的200℃和800℃強度都要遠遠低于無添加劑水玻璃砂，這使得在鑄造結(jié)束后取出鑄件時，加入了添加劑的水玻璃型砂能夠更輕易的從鑄件表面去除，降低了工作難度，使得工作效率大幅度提高；（3）加入了MTC的水玻璃砂的200℃和800℃強度即殘留強度都要高于以SPSN和LSEQN做為添加劑的水玻璃砂，即選用SPSN和LSEQN做為添加劑時能夠更好的去除包裹住鑄件的型砂；（4）綜上所述，選用SPSN和LSEQN做為水玻璃砂添加劑時，綜合性能最好，既提高了即時強度和24h終強度，又顯著降低了殘留強度，使鑄造時鑄件因型砂受鐵液沖擊變形而產(chǎn)生的變形現(xiàn)象大幅度降低，并且更容易將鑄造結(jié)束后的型砂從鑄件表面去除。4添加劑對水玻璃砂熱性能的研究4.1實驗目的本章節(jié)主要通過熱分析實驗，熱膨脹實驗，熱臺顯微鏡下觀察研究添加劑對水玻璃熱性能的各方面影響因素。4.2各配方水玻璃砂熱性能實驗及分析4.2.1主要試驗原材料、設備及試驗方法試驗材料原砂：天然石英砂，粒度70/140目，普通鈉水玻璃：模數(shù)m=2.3密度ρ=1.514g/cm3，SPSN，LSEQN，MTC：食品級MTC代糖甜味劑，CO2：工業(yè)瓶裝CO2，空氣：工業(yè)瓶裝空氣，環(huán)境溫度：25℃濕度：38%RH，水浴溫度：90℃±10℃，氣體溫度：40℃±5℃（2）試驗設備SHY-A葉片式混砂機電熱式CO2減壓器（YQT-731L）插式掃描熱量儀熱機械分析儀熱臺顯微鏡試樣制備4.2.2混砂流程（1）稱取一定量水玻璃（占石英砂5%），稱取一定量SPSN和LSEQN（各占水玻璃2%），放在研缽中研成粉末；將SPSN與LSEQN加入到水玻璃中，用玻璃棒攪拌均勻。（2）將水玻璃混合溶液置于磁力加熱攪拌器上，加速溶質(zhì)溶解，溶解完成后滴水一滴進行水份蒸發(fā)補償，然后放置待用。（3）稱取一定量石英砂，放入混砂機中（一般為400g）。（4）放入石英砂干混1min以上，加入GLT（占石英砂5%），再次干混1~2min，最后將水玻璃混合溶液細流倒入，濕混1~2min，出砂。（5）不加入添加劑的水玻璃砂配置時不用稱取添加劑加入且不需要第二步，以MTC做為添加劑時，稱取一定量MTC（占石英砂0.5%），在GLT干混完成后加入MTC干混1~2min，最后加入水玻璃，濕混1~2min，出砂。（6）三種配方中百分比均為質(zhì)量分數(shù)。4.2.3制樣流程（1）清理好樣筒，稱取混好的水玻璃砂大約50g放入樣筒（樣筒內(nèi)徑為Φ30mm），然后放到制樣機上三錘緊實；拆開樣筒，測其內(nèi)試樣高度是否為50mm，誤差不超過1mm，若低于50mm則下次多稱取一些水玻璃砂，反之少稱取一些，最終保證制取的試樣高度為50mm，然后吹氣硬化。（2）各配方均采用熱空氣-CO2吹氣工藝，吹氣流量為6L/min，脈沖吹氣總吹氣時間為20s配置水玻璃砂。用SAC錘擊制樣機手工制作Φ30×50mm的圓柱試樣。（3）將制作的好的試樣切下來一部分，放入研缽中研成均勻的顆粒，稱取30mg放入坩堝中，分別放入插式掃描熱量儀和熱臺顯微鏡中進行實驗。（4）稱取一定量的水玻璃砂（約12mg），放入內(nèi)徑為Φ10mm的制樣筒中，緊實后吹氣硬化，取出試樣，保證試樣高度為50mm，放入熱機械分析儀中進行實驗。4.2.4DSC熱分析實驗圖4.1無添加劑水玻璃砂熱分析試驗曲線圖圖4.2四硼酸鈉和磷酸二氫鈉水玻璃砂熱分析試驗曲線圖圖4.3木糖醇水玻璃砂熱分析試驗曲線圖三者均在開始時出現(xiàn)明顯吸熱峰，這是脫水所引起的；三者均在570℃左右出現(xiàn)吸熱峰，這是硅酸鈉結(jié)構(gòu)水脫失所引起的；隨后硅酸鈉在800℃左右熔融，不同的是0#號水玻璃砂熔融吸熱峰靠后，1#號水玻璃砂靠前，2#號水玻璃砂居中。這主要因為水玻璃中加入的SPSN和LSEQN在加熱過程中與水玻璃，特別是水玻璃中的氧化鈉結(jié)合形成新的化合物時吸收熱量，使得吸熱峰向前偏移，而木糖醇做為有機物在加熱過程中與空氣發(fā)生反應吸收熱量，使得吸熱峰向前偏移，但偏移程度小于1#號水玻璃砂。三者開始時均發(fā)生失重現(xiàn)象，這是脫水所引起的，不同的是1#和2#號水玻璃砂又發(fā)生二次失重現(xiàn)象，這是由于SPSN和LSEQN、MTC在加熱過程中發(fā)生多步分解，導致水份分段蒸發(fā)，使得熱重（TG）曲線呈現(xiàn)分段失重現(xiàn)象。兩者均在600℃開始發(fā)生極其微小熱重增加現(xiàn)象，這可能是由于加熱時環(huán)境氣體密度下降產(chǎn)生的浮力效應導致的表觀質(zhì)量增加，扣除空白曲線修正后接近真實曲線。4.2.5熱膨脹實驗圖4.4各配方水玻璃砂溫度位移曲線可以看出，各配方水玻璃砂溫度位移曲線300℃之后斜率基本一樣，但不同的是同溫度下1#號水玻璃砂的位移程度總是最小，2#號水玻璃砂居中，0#號水玻璃砂最大。在加熱開始時，0#號水玻璃砂吸熱脫水膨脹，在180℃左右發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變，曲線斜率增大，試樣開始隨溫度增加而膨脹。而1#號水玻璃砂和2#號水玻璃砂吸熱脫水的同時，還有SPSN和LSEQN、MTC發(fā)生多步分解反應，使得脫水現(xiàn)象減緩，樣品收縮，但這兩種水玻璃砂同樣在180℃左右發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變，曲線斜率增大。由于1#號水玻璃砂和2#號水玻璃砂在開始時樣品收縮，所以后續(xù)加熱膨脹時位移程度總是小于0#號水玻璃砂試樣。三者同樣在1200℃曲線斜率大幅度增加，這可能是熔融水玻璃分解、相變（包括石英晶型轉(zhuǎn)變）所引起的，參考熱臺顯微鏡下觀察記錄的圖像，水玻璃砂在1200℃產(chǎn)生明顯變化，水玻璃熔融相變析出的物質(zhì)消失不見，石英砂顆粒呈半透明狀。4.2.6熱臺顯微鏡圖4.7200℃熱臺顯微鏡下水玻璃砂圖4.8800℃熱臺顯微鏡下水玻璃砂圖4.91200℃熱臺顯微鏡下水玻璃砂4.3本章小結(jié)（1）三種配方的水玻璃砂800℃左右吸熱峰出現(xiàn)位置順序為1#號水玻璃砂、2#號水玻璃砂、0#號水玻璃砂，即1#號水玻璃砂能夠在鑄造時更快的吸收澆注時鐵液的熱量，使得型砂吸熱性能更好，并能快速放熱；（2）三種配方的水玻璃砂同溫度位移程度由小到大為1#號水玻璃砂、2#號水玻璃砂、0#號水玻璃砂，即1#號水玻璃砂在吸收大量熱量的同時變形程度最小，能夠在鑄造澆注鐵液時保證型砂不會因吸收熱量而膨脹變形，從而提高了鑄件精度，使得鑄件變形現(xiàn)象大大降低；（3）根據(jù)DSC曲線，溫度位移曲線，對比熱臺顯微鏡下觀察可以發(fā)現(xiàn)，水玻璃砂在加熱過程中無明顯變化，800℃時開始發(fā)生熔融相變，水玻璃砂表面白色熔融相變產(chǎn)生的物質(zhì)增多，而在1200℃后白色熔融相變產(chǎn)生的物質(zhì)消失，水玻璃砂顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鳡铑w粒。5結(jié)論及展望5.1結(jié)論（1）熱空氣-CO2吹氣工藝中，當混合氣體中CO2比例≤60%時，對比純CO2吹氣工藝，很少出現(xiàn)“過吹”情況。預熱后的混合氣體中（預熱溫度30℃左右），由于CO2的比例減小，在反應產(chǎn)生硅凝膠的同時，可保留更多未參與反應的水玻璃，水玻璃不斷脫水，強度不斷提高。因此在保證即時強度達到起模強度（0.5Mpa）的情況下，提高了水玻璃砂的終強度。（2）用SPSN及LSEQN對水玻璃進行化學改性，可改善水玻璃砂殘留強度，提高水玻璃砂的即時強度和終強度。MTC作為水玻璃砂改善潰散性的添加劑，能降低水玻璃砂在800℃時的殘留強度，較大幅度提升水玻璃砂的即時強度和終強度。而無添加劑的水玻璃砂即時強度和終強度都是最低的，并且在200℃和800℃時的殘留強度遠高于即時強度。對比發(fā)現(xiàn)，采用四硼酸鈉及磷酸二氫鈉作為添加劑能夠更好的降低水玻璃砂的殘留強度，并能小幅度提升水玻璃砂的即時強度和終強度。（3）根據(jù)DCS熱分析實驗和熱膨脹實驗對比發(fā)現(xiàn)，采用四硼酸鈉和磷酸二氫鈉做為添加劑時800℃左右的吸收峰最早出現(xiàn)，即能夠在鑄造澆注鐵液時更好的吸收熱量，同時也是同溫度下加熱時位移程度最小的，可以有效防止鑄造澆注鐵液時因型砂大量吸熱膨脹造成的鑄件變形或型砂破裂的現(xiàn)象降低，能夠更好的保證鑄件精度。（4）本文中采用的添加劑和石英砂均為無毒性，在加熱時不會產(chǎn)生有毒氣體，能夠保證澆鑄時工作人員的人身安全，保證了綠色生產(chǎn)的工業(yè)化要求。5.2展望解決水玻璃砂潰散性問題，首先要提高國內(nèi)鑄造廠的思想認識，認清水玻璃加入量過高的危害性，它不但使水玻璃砂潰散性變差，而且使型砂的高溫性能和舊砂回用性能都明顯地變壞，大量拋棄高堿性廢水玻璃砂還使環(huán)境嚴重污染。其次要加強管理，使水玻璃加入量嚴格控制在合理的范圍內(nèi)，這樣不但能夠降低成本，還能提高舊水玻璃砂的回收再利用率。雖然采用添加劑的形式能夠有效的降低水玻璃砂的殘留強度，改善其潰散性，但多了一道工序總免不了提高總工時。并且采用SPSN和LSEQN做為添加劑時，SPSN和LSEQN在常溫下需很長時間才能溶解于水玻璃中，這大幅度降低了生產(chǎn)效率；而采用加熱攪拌方式又會增加生產(chǎn)成本，加熱水分蒸發(fā)又會使水玻璃濃度變化，造成水玻璃加入量不精確。所以需要改進添加劑加入水玻璃的工藝，簡化操作步驟，這樣才能夠讓水玻璃砂鑄造方式更加普及好用，提升我國鑄造水平，改善環(huán)境污染現(xiàn)象。參考文獻[1]胡彭生.型砂(第二版)[M].上海:上?？萍即髮懗霭嫔?1994,8.[2]朱純熙,盧晨.水玻璃砂基礎理論[M].上海:上海交通大學出版社,2000.[3]朱純熙,盧晨.水玻璃硬化機理的探索[J].鑄造,1997,(11):26-29.[4]朱純熙,盧晨,季敦生.CO2水玻璃砂硬化機理的認識過程[J].熱處理加工工藝,1998,6:46-47.[5]朱純熙，盧晨，戴躍.水玻璃砂三個發(fā)展階段的特點和不足[J].熱加工工藝，2002（2）：43-44.[6]熊星之.能有效提高CO2水玻璃砂潰散性和再生性的添加劑[J].鑄造，2011，60（9）：911-913.[7]石德全.造型材料[M].北京:北京大學出版社,2009.[8]S.Lucas,M.T.Tognonvi,Interactionbetweensilicasandandsilicatesolutionduringconsolidationprocess[J].\o"GotoJournalofNon-CrystallineSolidsonSciVerseScienceDirect"JournalofNon-CrystallineSolids,2011(4):1310-1318.[9]樊自田,黃乃瑜,董選普等.水玻璃砂工藝及材料技術(shù)的最新進展[J].鑄造,2002,(9):530-534.[10]龍禮建.概述改善水玻璃砂潰散性的方法[J].大型鑄鍛件，2000（1）：48-51.[11]劉凡.超聲改性水玻璃及水玻璃型（芯）砂性能的改善[J]，科技視界，2012（13）34-35[12]張黎,董選普,王繼娜等.納米氧化物改性水玻璃的作用機理研究[J].鑄造，2006(11):1192-1194.[13]韓文靜,關(guān)鍵,于志勇等.水玻璃砂殘留強度的形成及改善途徑[J].鑄造,2001（12）[14]朱筠,於有根,周聯(lián)山.聚氧化乙烯改性水玻璃粘結(jié)劑的研究[J].鑄造,2006（8）：839-841.[15]黃永壽等.Al2O3對改善水玻璃砂潰散性的作用[J].鑄造,1993,(12):37-39.[16]余申衛(wèi),陳鵬波.GS-Ⅱ型水玻璃增強潰散劑的應用研究[J].HotWorkingTechnology,2001,(4):28-30.[17]A.D.Basby.RecentDevelopmentinBinderTechnology[J].TheFoundrymen,1993,(9):319-323.[18]徐振中等.改善CO2水玻璃砂潰散性的研究[J].鑄造,1990,(8):16-21.[19]屈銀虎,邢建東,高義民.磷酸氫二鈉對水玻璃改性作用的研究[J].鑄造,2003,52（9）：668-670.[20]陳樂平,張希俊等.冷卻方式對水玻璃砂殘留強度值測定的影響[J].造型材料，2005,（4）：62-63.[21]J.G.AdelmanS.ElouatikG.P.Demopoulos.Investigationofsodiumsilicate-derivedgelsasencapsulantsforhazardousmaterials-thecaseofscorodite[J].JournalofHazardousMaterials，2014，（15）：0304-3894.[22]ZuhuaZhanga,?,JohnL.Provisb,HaoWanga.Thermodynamicsofsodiumsilicateactivationofmetakaolin[J].ElsevierB.V,2012,(3）:0040-6031.[23]CastingIndustrySuppliersAssociation,SandCommitteeTaskForce.TherightthingtodoDwithspentsand[J]FoundryManage.Technol.1995,(3):9-27.[24]K.C.Bastiana,J.E.Allemanb*.Microtox2characterizationoffoundrysandresiduals[J]ElsevierScienceLtd.1998,(8):538-956.[25]FoundryManagementandTechnologySand/binders/sandpre-paration/coremaking[J]FoundryManage.Technol.1993,(1):3-12.[26]PartridgeBK,AllemanJE,HuberBW.Perspectivesonliabilityforconstructivereuseofhighvolumewastestreams[J]Transpor-tationResearchRecord1997,(1577):17-109.[27]BoyleWC,HamRK.Assessmentofleachingpotentialfromfoundryprocesssolidwastes[J]Proc.PurdueInd.WasteConf.1979,(34):129.[28]HamRK,BoyleWC,KunesTP.Leachabilityoffoundryprocesssolidwastes[J]J.Environ.Eng.Div.(Am.Soc.Civ.Eng.)1981,(107):155.[29]MicrobicsCorporation.Manualforfreshwaterandwastesamples.[J]Microbicscorporation,Carlsbad,CA,1995.[30]StanforthR,OmanD.Bene?cialuseoffoundryby-productsinhighwayconstructionprojectreview:areviewofresearchcon-ductedbytheUniversityofWisconsin.[J]Madison(WI):RMT,Inc.,1994.[31]朱青，朱世根,駱秫嵐.添加劑對水玻璃砂潰散性及鑄鐵件粘砂缺陷的影響[J]鑄造，2014，（4）：396-400.[32]馮勝山.水玻璃砂鑄造應注意的幾個問題[J]鑄造設備研究，2008，（6）：41-46.[33]龍禮建.慨述改善水玻璃砂潰散性的方法[J]大型鑄鍛件，2000，（1）：48-51.[34]樊自田，董選普，張大付，等.提高醋硬化水玻璃砂常溫強度及潰散性研究[J]華中科技大學學報,2004,(4):27-30.[35]樊自田，董選普，黃乃瑜，等.水玻璃砂工藝與材料研究的新進展[J]鑄造，2002，（9）530-534.[36]韓文靜，關(guān)鍵，于志勇等．水玻璃砂殘留強度的形成及改善途徑[J]．鑄造，2001(12)．[37]孫萬良，姜青河，韓建德等．原砂燒結(jié)點對水玻璃砂殘留強度的影響[J]．中國鑄造裝備于技術(shù)，1996，(2)．致謝本文是在朱世根老師的悉心指導下完成的，朱老師淵博的學識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，孜孜不倦的誨人精神一直引領著我不斷前進。在整個畢業(yè)設計期間，朱老師嚴格把關(guān)，對我提出的問題耐心解答，并指出我在畢業(yè)設計過程中的一些問題。值此論文完成之際，在此向朱老師表示衷心的感謝。在課題進行過程中也得到了本課題組白云峰老師、范金輝老師、丁浩老師、閆如忠老師的指點和幫助。在畢業(yè)設計的實驗過程當中，陶李洋學長不辭辛苦每周指導我進行各項實驗，給予了很大的幫助，在此表示深深的感謝。最后，感謝我的學校為我們提供了良好的實驗設施，鋪平了讓我們順利完成畢業(yè)設計的道路。目錄TOC\o"1-3"\h\u104351緒論 175421.1引言 197541.2水玻璃砂潰散性的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展 1264701.2.1添加附加物 190961.2.2水玻璃改性 1312321.2.3改進硬化工藝 2299991.3水玻璃硬化 2272161.3.1水玻璃砂的硬化機理 2285621.3.2各種硬化方法機理 2101911.3.3水玻璃砂的粘接強度與破裂形式 313461.3.4水玻璃砂硬化速度與強度的關(guān)系 4327271.4水玻璃及特性 599761.4.1水玻璃的定義 5158471.4.2水玻璃的重要參數(shù) 585341.4.3水玻璃的物理性質(zhì) 6222141.5本課題的研究意義和內(nèi)容