脂硬化水玻璃砂應(yīng)用工藝試驗(yàn)

朱建軍，梅志明，程乾坤，喬增國(guó)

(常州寶菱重工機(jī)械有限公司，江蘇 常州 213019)

0 前言

常州寶菱重工機(jī)械有限公司對(duì)鑄鋼車間造型材料進(jìn)行了改進(jìn)，采用脂硬化水玻璃砂替代了傳統(tǒng)的水玻璃砂造型。由于脂硬化水玻璃砂硬化速度及強(qiáng)度等指標(biāo)對(duì)環(huán)境溫度敏感，在生產(chǎn)過(guò)程中，需要根據(jù)環(huán)境條件及時(shí)調(diào)整固化劑配比。型砂硬化太慢，會(huì)造成造型節(jié)奏慢影響生產(chǎn)進(jìn)度;型砂硬化太快，在造型操作還未完成時(shí)就已硬化，砂型強(qiáng)度低，影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至不成型。因此，迫切需要找到不同溫度下的合適的固化劑配比，指導(dǎo)生產(chǎn)操作。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

根據(jù)本地氣候特點(diǎn)，冬季氣溫多為0～10℃，春秋季氣溫多為10～30℃，夏季氣溫多為30～38℃，擬通過(guò)工藝試驗(yàn)，了解脂硬化水玻璃砂在0～10℃、11～20℃、21～30℃和30～40℃等幾種典型溫度環(huán)境下，不同固化劑配比時(shí)型砂的可使用時(shí)間、硬化時(shí)間、抗拉強(qiáng)度等參數(shù)，從而確定在不同環(huán)境(溫度)條件下的合理配比。

2 試驗(yàn)方案及結(jié)果

2.1 試驗(yàn)條件

采用連續(xù)式混砂機(jī)，混砂速度10 t/h，砂型在振實(shí)臺(tái)上振實(shí)，待砂型有了足夠強(qiáng)度后人工起模，24 h后澆注。振動(dòng)落砂后舊砂經(jīng)連續(xù)式砂處理設(shè)備(破碎+篩分+焙燒+磨擦+篩分 +除塵)處理后回用。

生產(chǎn)節(jié)奏:公司主導(dǎo)產(chǎn)品砂型造型時(shí)間約5～10 min/型，最佳起模時(shí)間控制在40～50 min之間為宜。所以要求型砂的可使用時(shí)間10 min、硬化時(shí)間40～50 min。砂型強(qiáng)度要求≥500 Pa。

型砂試驗(yàn):采用SQS－Ⅱ型砂強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)。

型砂為日常生產(chǎn)用砂:采用70%再生砂+30%新砂，通過(guò)送砂系統(tǒng)預(yù)混均勻。

原砂:為福建平潭產(chǎn)的鑄造硅砂，40～70目，SiO2≥96%，含水量 0.11%，含泥量0.21%，角形系數(shù)1.23%。

再生砂:粒度為30/50目再生砂，Na2O殘留量0.35%。

有機(jī)脂水玻璃:有CS－10、CS－20、CS－30三種，硬化速度分別為快、中、慢，根據(jù)本公司環(huán)境條件及產(chǎn)品特點(diǎn)選用CS－20(中速)。

固化劑:有CG－0、CG－1、CG－2、CG－3四種，硬化速度分別為特快、快、慢、特慢，根據(jù)本公司環(huán)境條件及產(chǎn)品特點(diǎn)選用CG－1、CG －2。

2.2 試驗(yàn)方案

基本配料方案:型砂(70%再生砂+30%新砂)+有機(jī)脂水玻璃(占型砂重量的3%)+按指定比例(見表1)混合均勻的固化劑(占水玻璃重量的13%)。

表1 固化劑配比方案Table 1 Scheme of curing agent proportioning %

由于環(huán)境溫度區(qū)間跨度較大，所以在試驗(yàn)時(shí)分別取0～10℃、11～20℃、21～30℃和31～40℃四個(gè)溫度區(qū)間的中間值作為代表。

試驗(yàn)過(guò)程中使用的型砂溫度為室溫，脂硬化水玻璃、固化劑經(jīng)電加熱到20～25℃(環(huán)境溫度高于20℃時(shí)為室溫)。

混砂機(jī)開始放砂(同時(shí)開始記錄硬化時(shí)間)。造型，做試樣，同時(shí)注意觀察，并記錄可使用時(shí)間、硬化時(shí)間。

強(qiáng)度試樣室溫保存24 h后，測(cè)試抗拉強(qiáng)度等參數(shù)。

(1)可用時(shí)間是指混砂后讓型砂保持靜止?fàn)顟B(tài)，混砂結(jié)束到型砂開始發(fā)粘，呈粘連狀為止的時(shí)間。試驗(yàn)過(guò)程中每10 s檢查1次，以便得到相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

(2)硬化時(shí)間是指從混砂結(jié)束到以手指按壓砂型表面不松散、不變形為止的時(shí)間。試驗(yàn)過(guò)程中每5 min檢查1次，以便得到相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

(3)在可使用時(shí)間內(nèi)做成抗拉強(qiáng)度試塊，用于檢測(cè)24 h抗拉強(qiáng)度，每組試驗(yàn)做3只試樣，取測(cè)試結(jié)果的平均值。

3 試驗(yàn)結(jié)果

(1)在環(huán)境溫度為0～10℃時(shí)按各配料方案混砂的試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 溫度為6℃時(shí)試驗(yàn)記錄Table 2 Testing record at 6℃ h

(2)在環(huán)境溫度為11～20℃時(shí)按各配料方案混砂的試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 溫度為15℃時(shí)試驗(yàn)記錄Table 3 Testing record at 15℃

(3)在環(huán)境溫度為21～30℃時(shí)按各配料方案混砂的試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 溫度為26℃時(shí)試驗(yàn)記錄Table 4 Testing record at 26℃

(4)在環(huán)境溫度高于30℃時(shí)按各配料方案混砂的試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 溫度35℃時(shí)試驗(yàn)記錄Table 5 Testing record at 35℃

4 數(shù)據(jù)分析

(1)從表2～表5可看出，型砂可用時(shí)間和硬化時(shí)間隨著CG－1比例的增大而縮短，隨著溫度升高而縮短，見圖1、圖2。

圖1 不同方案與不同溫度下型砂的可用時(shí)間Fig.1 Up time of casting sand for diferent scheme versus diferent temperature

(2)在溫度較高時(shí)隨著硬化速度加快，砂型強(qiáng)度有降低的趨勢(shì)，見圖3。主要原因是在混砂或造型操作過(guò)程中部分水玻璃與固化劑發(fā)生提前硬化反應(yīng)。尤其是35℃時(shí)按方案4、方案5混制的型砂基本不能成型。反之，在溫度很低時(shí)，時(shí)隨著硬化速度減慢，砂型強(qiáng)度有提高的趨勢(shì)。主要是因?yàn)橛不磻?yīng)速度慢，到試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，砂型還未完全硬化。如6℃時(shí)按方案1、方案2混制的型砂24 h強(qiáng)度明顯偏低，此時(shí)可以通過(guò)給砂型加熱的方式提高型砂強(qiáng)度。

5 結(jié)論

通過(guò)上述試驗(yàn)和分析，可以得出如下應(yīng)用脂硬化水玻璃砂工藝結(jié)論:

(1)在冬季，環(huán)境溫度0～10℃時(shí)，選用方案5即固化劑全用CG-1基本能滿足生產(chǎn)要求。

(2)在春秋季，環(huán)境溫度10～20℃時(shí)，選用方案4即固化劑采用25%的CG－2+75%的CG－1配比能較好滿足生產(chǎn)要求;環(huán)境溫度20～30℃時(shí)，選用方案3即固化劑采用50%的CG－2+50%的CG－1配比，方案2即固化劑采用25%的CG－1+75%的CG－2配比能較好滿足生產(chǎn)要求。

(3)在夏季，環(huán)境溫度高于30～40℃時(shí)，采用方案1即固化劑全部采用CG－2勉強(qiáng)能滿足生產(chǎn)要求。必要時(shí)可以配合使用更慢一號(hào)的水玻璃(GS-30)。