舊砂回用率

型水玻璃自硬砂工藝在鑄鋼生產中的套用
一．前言
目前國內外冷凝自硬砂工藝主要分為二大類-無機類粘結劑以水玻璃砂工藝為主，有機類粘結劑以呋喃和鹼性酚醛樹脂砂工藝為主。以上二大類自硬砂工藝在二十世紀下半期至今在全世界鑄造業套用並不斷成熟完善。但此二種工藝在性能上各有特點，也存在問題。特別在鑄鋼、合金鋼件的鑄造時有明顯工藝上的不足。CO2硬化水玻璃加入量高(一般為7%~8％),砂的殘留強度高，潰散性差，舊砂再生回用困難。有機粘結劑樹脂砂工藝的出現，在一定程度上解決了CO2水玻璃砂的固有缺陷，但鹼性酚醛樹脂成本高，呋喃樹脂砂易出現鑄件裂紋、氣孔等缺陷。水玻璃“新三法”(VRH、微波烘硬、有機脂)的問世，使水玻璃的加入量降低了一半，潰散性大有改善，但新“三法”在工藝上存在著一定的缺陷，VRH法因設備投資大及鑄件尺寸受真空室限制；微波烘硬法因鑄型吸濕性強及電微波轉化率低；回用砂率綜合性能差等缺點，嚴重製約了水玻璃砂的發展。
隨著水玻璃基礎理論研究的不斷進展，水玻璃砂潰散性差和舊砂再生困難等缺點並非水玻璃的固有特性。它來源於對水玻璃化學和膠體化學認識不足和使用不當(1)。目前國內以瀋陽匯亞通鑄造材料有限責任公司等單位在這方面的研究取得了領先。他對普通水玻璃進行一系列化學和物理改性及電離子架接，研製開發了新型水玻璃和專用酯類固化劑自硬砂工藝，為水玻璃砂的第三次中興產生了質的飛躍。
二．新型水玻璃酯硬砂工藝的套用
我公司年產閥門承壓鑄鋼件2000餘噸，產品以單價小批量為主，殼體主要壁厚10~60mm,且薄件居多。材質牌號有普通碳素鋼，耐熱耐高溫鉻鉬鋼、鉻鉬鋇鋼及各種耐酸不鏽鋼。其中有30％是電站閥門鑄件，有20％左右是出口閥門配套鑄件。因此，對造型工藝及材料要求相當苛刻。我們於2000年下半年開始對原粘土砂工藝進行技術改造，要求採用新工藝、新材料，以低成本高質量滿足當前生產及市場競爭的需要，在選擇工藝方案階段，我們對普通水玻璃自硬砂，呋喃樹脂自硬砂及新型水玻璃自硬砂三種砂型工藝，分別在不同材質、不同品種的閥門鑄鋼件上進行了工藝試驗，試驗用原砂為福建平潭優質擦洗矽砂，粒度為40／70目，SiO2含量≥96％，含泥量和含水量分別≤0.5％，角形係數≤1.25％，試驗及技術經濟分析結果如表1所示。
表1三種自硬砂工藝技術經濟對比
工藝
普通水玻璃自硬砂
呋喃樹脂自硬砂
新型水玻璃自硬砂
硬透性好，硬化時間可調
工藝配比
4％
1.0%~1.2％
1.8%~2.5％
占粘結劑量12%~15％
占粘結劑量50%~60％
占粘結劑量15%~20％
材料單價(元／噸)
水玻璃-800
固化劑-1700
樹脂-12600
固化劑-3400
水玻璃-2100
固化劑-1700
注-新砂成本210元／噸，再生砂成本為新砂成本的三分之一即70元／噸
從表1可見，新型水玻璃自硬砂工藝具有成本低，操作方便，鑄件表面質量好，無毒無污染，發氣量低，熱裂傾向小，舊砂回用率高，特別對單件小批量、薄壁易裂的合金鋼件，更具有突出的經濟和社會效益。
綜上所述，從適用性、經濟性考慮，我們選擇了新型水玻璃自硬砂工藝，於2000年下半年建成了水玻璃自硬砂生產線，工藝流程；
三．輔材料物理性能對新型水玻璃自硬砂硬化特性的影響
1．原砂
雖然新型水玻璃自硬砂工藝對原砂的要求相對樹脂砂的敏感性要小，但必須象對待樹脂砂一樣，選用優質原砂。選擇粒形好、粉塵少的原砂是降低水玻璃加入量是關鍵，因舊砂能再生回用，原砂成本可在再生中扣除。
因自硬砂是水解反應，型砂中含有少量水，可加速型砂硬化速度，後期強度還稍有提高，但原砂水份不能過高，否則強度會下降，這是由於矽膠的凝變得遲緩。一般原砂水份控制在0.3－0.5左右。
原砂溫度對超過42℃時，混砂時就開始硬化，可使用時間極短，表面穩定性很差。因此，對經烘乾或回用的原砂必須冷卻後才能使用。
2．新型水玻璃
新型水玻璃是在普通水玻璃的基礎上通過一系列的化學和物理改性和電離子架接而成。它具有高強度、低粘度的特性，它比普通水玻璃的強度提高30％左右。水玻璃的粘度決定著粘結劑在砂粒表面流動的難易程度，在模數、密度、溫度相同的情況下，水玻璃的粘度越低，它的濕潤角最大，表面張力最小，使水玻璃粘結膜在短時間內較好地包覆砂粒表面，提高型砂的強度，從而使水玻璃的加入量大大減少。另外水玻璃的粘度低，配比時定量準確，容易組織流水線生產。