非常溫作用下水玻璃舊砂的性能特征及其再生性研究.pdf

1、水玻璃砂無毒無味、環(huán)境友好，被專家認為是21世紀最可能實現(xiàn)綠色鑄造的型砂，但要實現(xiàn)基于水玻璃砂的綠色鑄造必須解決水玻璃舊砂的再生難題。本文從研究非常溫作用下水玻璃舊砂性能特征入手，試驗測試了非常溫作用下水玻璃舊砂的干法再生效果及其再生砂性能；從改性水玻璃和硬化工藝兩方面探討了改善水玻璃舊砂再生性能的方法。
　　 系統(tǒng)研究了非常溫作用下水玻璃舊砂的物理形貌和化學(xué)組成。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：受熱條件下，受熱溫度為320 ℃～520 ℃時，水玻璃

2、舊砂粘結(jié)劑膜大面積破裂，水玻璃粘結(jié)劑由常溫下的晶態(tài)和非晶態(tài)復(fù)合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成單一的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，有利于脫膜再生，因為非晶體材料比晶體材料的脆性大；冰凍條件下，冰凍溫度為-10 ℃～-40 ℃時，含水的水玻璃粘結(jié)劑膜表面會產(chǎn)生氣泡和冰晶，水玻璃舊砂中殘留粘結(jié)劑也可以實現(xiàn)非晶態(tài)轉(zhuǎn)變，提高舊砂再生脫膜率。
　　 首次實際測試了非常溫作用下水玻璃砂樣的力學(xué)性能，推導(dǎo)了水玻璃舊砂再生去膜的力學(xué)條件，建立了衡量舊砂可再生性的數(shù)學(xué)關(guān)系式。舊砂能否得

3、到較好再生，即殘留膜能否被較大破壞或能否被摩擦去除，其關(guān)鍵是舊砂粒上殘留膜本身的力學(xué)性能的大小，也即它的彈性模量E和屈服強度σs的大小。E/σs 越大，殘留膜被破壞的程度越大，舊砂越容易再生。首次實際測定了不同處理溫度下水玻璃砂樣的力學(xué)性能E/σs 值，來直接反應(yīng)粘結(jié)劑膜的力學(xué)性能。當對砂樣進行320 ℃～520 ℃的加熱、或?qū)ι皹舆M行-10 ℃～-40 ℃的冰凍時，砂樣的E/σs 值較大，粘結(jié)劑膜較容易被碰撞或者摩擦去除，舊砂的可再生

4、性較好。冰凍情況下，砂樣中的含水量和冰凍溫度對砂樣的力學(xué)性能影響較大。含水量一定時，冰凍溫度越低，砂樣的E/σs 值越大；冰凍溫度一定時，含水量約為10%的砂樣的E/σs 值最大。
　　 發(fā)明了水玻璃舊砂“冰凍-機械”干法再生新方法，在自行研制的多功能干法再生設(shè)備上試驗研究了非常溫作用下水玻璃舊砂干法再生效果。采用優(yōu)化的工藝參數(shù)“冰凍-機械”干法再生水玻璃舊砂時，脫膜率高達43%左右，遠大于舊砂不經(jīng)加熱處理的普通機械干法再生的脫

5、膜率（5%～10%）和120 ℃～520 ℃“加熱-機械”干法再生脫膜率（15%～25%）。液氮制冷和利用自然低溫冰凍再生水玻璃舊砂都是可行的。
　　 液氮冰凍水玻璃舊砂（溫度-40 ℃）時，再生脫膜率可達40%左右；自然空氣冰凍水玻璃舊砂（溫度-10 ℃～-15 ℃）時，再生脫膜率達到約32%。
　　 試驗研究了再生處理溫度對水玻璃再生砂性能的影響。水玻璃舊砂經(jīng)320 ℃～520℃的加熱處理后，可使其再生砂的再粘結(jié)性能

6、（強度、可使用時間等）大為提高，但潰散性惡化嚴重；而經(jīng)-40 ℃左右“冰凍-機械”干法再生的再生砂潰散性很好。與不經(jīng)加熱處理的普通機械干法再生砂相比：320 ℃～520 ℃“加熱-機械”再生砂的再粘結(jié)強度提高了約130%、可使用時間增長了約80%～100%，但殘留強度也提高了約35%，潰散性惡化；-40 ℃“冰凍-機械”干法再生砂的再粘結(jié)強度提高了約90%、可使用時間增長了約60%～75%，殘留強度降低了20%，潰散性較好。
　　

7、 研究分析了高溫下水玻璃砂中硅酸鹽體系的反應(yīng)機制，提出了水玻璃改性材料的選擇原則，選擇了固體礦物粉末、液體復(fù)合物和納米氧化物粉末等作改性劑材料對水玻璃及原砂進行改性試驗研究。結(jié)果表明：水玻璃及原砂經(jīng)固體礦物粉末與相應(yīng)助劑復(fù)合改性后，水玻璃砂常溫強度提高30%～40%、殘留強度降低60%～70%；
　　 液體復(fù)合物對水玻璃的改性效果較好，在常溫強度提高約16%的情況下，殘留強度下降了約78%；納米氧化物粉末對水玻璃的改性效果不理

8、想；采用固體礦物粉末改性和液體復(fù)合物改性的水玻璃砂較普通水玻璃砂具有更好的循環(huán)使用性能。
　　 研究測試了微波硬化工藝對水玻璃舊砂再生回用性能的影響。微波硬化水玻璃砂在水玻璃加入量為1.5%時，砂型常溫強度略高于3%水玻璃加入量的酯硬化砂樣，高溫殘留強度僅為酯硬化砂樣的1/7，潰散性很好，有助于改善水玻璃舊砂的再生回用性能；但是微波硬化水玻璃砂吸濕性強，對模具材料要求較高。針對微波加熱水玻璃砂對模具材料要求較高的問題，發(fā)明了一種

9、微波二次加熱水玻璃砂新方法，大大降低了微波加熱水玻璃砂對模具材料的要求，可采用普通的木模和塑料模具，提高了微波加熱效率，使微波加熱水玻璃砂工藝向?qū)嶋H應(yīng)用邁進了一大步。
　　 試驗研究了超細粉末硬化工藝對水玻璃舊砂再生回用性能的影響。當粉末加入量為水玻璃加入量的25%時，采用粒徑為5μm的超細粉末、水玻璃加入量為3%時的水玻璃砂樣的常溫強度，比粉末粒徑為70μm、水玻璃加入量為5%的砂樣提高了27%左右，殘留強度降低了約85%；粉