矽酸鈉砂型鑄造應注意的幾個問題
1 影響水玻璃“老化”的因素有哪些？ 如何消除水玻璃的“老化”？
新鮮配製的水玻璃是真正的解決方案。 但在儲存過程中，水玻璃中的矽酸會發生縮聚反應，逐漸從真溶液縮聚成大分子矽酸溶液，最後成為矽酸凝膠。 因此，水玻璃實際上是由不同聚合度的聚矽酸組成的異質混合物，容易受到其模量、濃度、溫度、電解液含量和儲存時間的影響。
在儲存過程中，水玻璃分子發生縮聚形成凝膠，其結合強度隨著儲存時間的延長而逐漸降低。 這種現象稱為水玻璃的“老化”。
“老化”現象可以用以下兩組測試數據來解釋：高模量水玻璃（M=2.89，ρ=1.44g/cm3）在儲存20、60、120、180、240天后，CO2硬化水玻璃吹製後，沙子的干拉伸強度分別下降9.9%、14%、23.5%、36.8%和40%； 低模量矽酸鈉（M=2.44，ρ=1.41g/cm3）乾燥後分別存放7、30、60和90天。 拉伸強度分別下降了4.5%、5%、7.3%和11%。
水玻璃的存放時間對酯硬水玻璃自硬砂的初始強度影響不大，但對後期強度有顯著影響。 據測量，高模量水玻璃降低約60%，低模量水玻璃降低15-20%。 . 殘餘強度也隨著儲存時間的延長而降低。
水玻璃在儲存過程中，聚矽酸的縮聚和解聚同時進行，分子量發生歧化，最終形成單原矽酸和膠體顆粒共存的多分散體系。 即水玻璃在老化過程中，矽酸的聚合度發生歧化，單原矽酸和高聚矽酸的含量隨著儲存時間的延長而增加。 由於水玻璃在儲存過程中發生縮聚和解聚反應，結合強度降低，即出現“老化”現象。
影響水玻璃“老化”的主要因素有：水玻璃的儲存時間、模量和濃度。 儲存時間越長，模量越高，濃度越大，“老化”越嚴重。
可以通過多種方式對存在已久的水玻璃進行改性，以消除“老化”，使水玻璃恢復到淡水玻璃的性能：
1.物理改造
水玻璃的老化是一個緩慢釋放能量的自發過程。 “老化”水玻璃的物理改性是利用磁場、超聲波、高頻或加熱為水玻璃體系提供能量，促進聚矽酸鹽膠的高度聚合。 顆粒重新解聚，促進聚矽酸分子量的均一化，從而消除老化現象，這是物理改性的機理。 例如，經磁場處理後，水玻璃砂強度提高20-30%，水玻璃添加量減少30-40%，節省CO2，改善濕陷性，具有良好的經濟效益。
物理改性的缺點是不耐用，處理後保存結合強度會下降，所以適合在鑄造廠處理後儘快使用。 尤其是M>2.6的水玻璃，矽酸分子濃度大，經過物理改性和解聚，縮聚速度較快。 最好在治療後立即使用。
2.化學改性
化學改性是在水玻璃中加入少量化合物，這些化合物都含有羧基、酰胺、羰基、羥基、醚、氨基等極性基團，通過氫鍵或靜電吸附在矽酸分子或膠體顆粒上電。 表面，改變其表面勢能和溶劑化能力，提高聚矽酸的穩定性，從而防止“老化”的進行。
例如在水玻璃中加入聚丙烯酰胺、改性澱粉、聚磷酸鹽等，可以達到更好的效果。
在普通水玻璃甚至改性水玻璃中摻入有機物可以起到多種作用，例如：改變水玻璃的粘流特性； 改進水玻璃混合物的建模性能； 增加結合強度，使水玻璃絕對添加量減少； 提高了矽酸凝膠的可塑性； 殘餘強度降低，使水玻璃砂更適用於鑄鐵和有色合金。
3. 理化改性
物理改性適用於“老化”的水玻璃，改性後可立即使用。 化學改性適用於加工淡水玻璃，改性後的水玻璃可以長期保存。 物理改性與化學改性相結合，可使水玻璃具有持久的改性效果。 例如，在高壓釜中加入聚丙烯酰胺，對“老化”的水玻璃進行改性，就有很好的效果。 其中，使用壓力和高壓釜的壓力。 攪拌是物理改性，加入聚丙烯酰胺是化學改性。
2 如何防止CO2吹硬水玻璃砂型（芯）表麵粉化？
蘇打鈉水玻璃砂經吹CO2硬化並放置一段時間後，有時會在下模（型芯）表面出現白霜之類的物質，嚴重降低該處的表面強度，容易出砂澆注過程中的洗滌缺陷。 據分析，這種白色物質的主要成分是NaHCO3，可能是水玻璃砂中水分過多或CO2過多所致。 反應如下：
Na2CO3+H2O→NaHCO3+NaOH
Na2O+2CO2+H2O→2NaHCO3
NaHCO3 容易隨水分向外遷移，導致模具和型芯表面出現粉狀霜。
解決方法如下：
1、控制矽酸鈉砂的含水量不能太高（尤其是雨季和冬季）。
2、吹CO2的時間不宜過長。
3、硬化後的模具和型芯不宜長時間放置，應及時成型澆注。
4、在矽酸鈉砂中加入1%（質量分數）左右的密度為1.3g/cm3的糖漿，可有效防止表麵粉化。
3 如何提高水玻璃砂模（芯）的吸濕性？
通過CO2或加熱方法硬化的蘇打水玻璃砂芯在濕粘土模具中組裝。 如果不及時澆注，砂芯的強度會急劇下降，不僅可能蠕變，甚至坍塌； 存放在潮濕環境中，砂芯的強度也明顯降低。 表1為CO2硬化鈉水玻璃砂芯在相對濕度為97%的環境中放置24小時後的強度值。 存放在潮濕環境中強度下降的原因是鈉水玻璃的再水化作用。 矽酸鈉粘結劑基體中的Na+和OH-吸收水分侵蝕基體，最終破壞矽氧鍵Si-O-Si，導致矽酸鈉砂的粘結強度顯著下降。
1、在鈉水玻璃中加入鋰水玻璃，或在鈉水玻璃中加入Li2CO3、CaCO3、ZnCO3等無機添加劑，因為可以形成相對難溶的碳酸鹽和矽酸鹽，可以減少游離鈉離子，因此，水分可以提高鈉水玻璃粘合劑的抗吸收性。
2、在鈉水玻璃中加入少量有機物或具有表面活性劑作用的有機物。 當粘合劑硬化時，鈉水玻璃凝膠中的親水性Na+和OH-離子可能被有機疏水基團取代，或相互結合，暴露出的有機疏水基提高吸濕性。
3、提高水玻璃的模量，因為高模量水玻璃的防潮性能比低模量水玻璃強。
4.將澱粉水解物加入到矽酸鈉砂中。 更好的方法是用澱粉水解物對鈉水玻璃進行改性。
4 CO2吹硬水玻璃-鹼性酚醛樹脂砂複合工藝有哪些特點？
近年來，為了提高鑄鋼件質量，一些中小企業急需採用樹脂砂工藝。 但由於經濟能力有限，無法採購樹脂砂再生設備，舊砂無法回收，生產成本高。 為了找到一種在不增加過多成本的情況下提高鑄件質量的有效途徑，可以結合CO2吹硬水玻璃砂和CO2吹硬鹼性酚醛樹脂砂的工藝特點，結合CO2吹硬水玻璃-鹼性砂的工藝特點。可以使用酚醛樹脂。 樹脂砂複合工藝以鹼性酚醛樹脂砂為面砂，水玻璃砂為背砂，吹入CO2硬化。
CO2-鹼性酚醛樹脂砂所用酚醛樹脂是由苯酚和甲醛在強鹼性催化劑作用下，加入偶聯劑縮聚而成。 PH值≥13，粘度≤500mPa•s。 砂中酚醛樹脂的添加量為3%～4%（質量分數）。 當CO2流量為0.8~1.0m3/h時，最佳吹氣時間為30~60s； 吹氣時間過短，砂芯硬化強度低； 吹氣時間過長，砂芯強度不會增加，浪費氣體。
CO2——鹼性酚醛樹脂砂不含N、P、S等有害元素，消除了由這些元素引起的氣孔、表面微裂紋等鑄造缺陷； 澆注時不釋放H2S、SO2等有害氣體，有利於環保； 良好的可折疊性，易於清潔； 尺寸精度高； 生產效率高。
CO2吹硬水玻璃-鹼性酚醛樹脂砂複合工藝可廣泛用於鑄鋼件、鑄鐵件、銅合金和輕合金鑄件。
複合工藝是一種簡單方便的工藝。 其過程如下：先將樹脂砂和水玻璃砂分別混合，然後放入兩個砂桶中； 然後將混合樹脂砂作為面砂加入砂箱中並搗碎，面砂層厚度一般為30-50mm； 然後加入水玻璃砂，使背砂填滿壓實； 最後，CO2 氣體被吹入模具硬化。
吹管直徑一般為25mm，可硬化範圍約為吹管直徑的6倍。
吹氣時間取決於砂型（型芯）排氣塞的大小、形狀、氣體流量和麵積。 一般吹氣時間控制在15~40s。
吹完硬砂模（芯）後，就可以取模了。 砂型（芯）的強度迅速上升。 取模後半小時內刷漆，4小時後關箱澆注。
該複合工藝特別適用於沒有樹脂砂再生設備而需要生產優質鑄件的鑄鋼廠。 工藝簡單，易於控制，生產的鑄件質量與其他樹脂砂鑄件相當。
CO2吹硬水玻璃砂還可以與CO2吹硬聚丙烯酸鈉樹脂砂複合生產各種優質鑄件。
5 CO2-有機酯複合硬化水玻璃砂工藝的優缺點是什麼？
近年來，CO2-有機酯複合硬化水玻璃砂工藝有擴大應用的趨勢。 其工藝流程為：混砂時加入一定量的有機酯（一般為正常需要量的一半或水玻璃重量的4~6%）； 造型完成後吹CO2硬化至脫模強度（一般要求抗壓強度0.5MPa左右）； 脫模後有機酯繼續硬化，型砂強度上升較快； 吹完CO2，放置3~6h後，即可合併砂模澆注。
硬化機理為：
當水玻璃砂吹入CO2時，在氣體壓差和濃度差的作用下，CO2氣體會盡量向型砂的各個方向流動。 CO2 氣體接觸水玻璃後，立即與其反應形成凝膠。 由於擴散作用，反應總是由外向內，外層先形成凝膠膜，阻止CO2氣體與水玻璃繼續反應。 因此，在短時間內，無論用什麼方法控制CO2氣體，都不可能使其與所有的水玻璃發生反應。 據分析，型砂達到最佳吹塑強度時，與CO2氣體反應的水玻璃約為65%。 這意味著水玻璃沒有充分發揮其粘結作用，至少有35%的水玻璃沒有反應。 有機酯固化劑能與粘結劑形成均勻的混合物，能充分發揮粘結劑的粘結作用。 芯砂的所有部分都以相同的速度增強強度。
增加水玻璃的加入量會增加砂模的最終強度，但其殘餘強度也會增加，使砂難以清理乾淨。 水玻璃添加量過少時，最終強度過小，不能滿足使用要求。 在實際生產中，水玻璃的加入量一般控制在4%左右。
單獨使用有機酯硬化時，一般有機酯的加入量為水玻璃量的8-15%。 在使用複合硬化時，估計在吹入CO2時，大約有一半的水玻璃已經硬化，大約有一半的水玻璃還沒有硬化。 因此，有機酯的用量以佔水玻璃用量的4～6%為宜。
複合硬化法可以充分發揮CO2硬化和有機酯硬化的雙重優勢，充分發揮水玻璃的粘結作用，達到硬化速度快、脫模早、強度高、塌陷性好、成本低。 綜合效果。
但是，CO2-有機酯複合硬化工藝需要比單純的有機酯硬化法多添加0.5～1%的水玻璃，這會增加用過的水玻璃砂再生的難度。
6 為什麼用矽酸鈉砂工藝生產鑄鐵件時容易產生粘砂？ 如何預防？
用矽酸鈉砂製成的砂型（芯）澆注鑄鐵件時，往往會產生嚴重的粘砂，限制了其在鑄鐵生產中的應用。
水玻璃砂中的Na2O、SiO2和澆注時液態金屬產生的氧化鐵形成低熔點矽酸鹽。 如前所述，如果這種化合物中含有較多的易熔非晶玻璃，則這層玻璃與鑄件表面的結合力很小，收縮係數與金屬不同。 鑄件表面容易去除大應力，不粘砂。 如果鑄件表面形成的化合物SiO2含量高，FeO、MnO等含量低，其凝固組織基本呈晶體結構，與鑄件結合牢固，產生粘砂.
矽酸鈉砂用於生產鑄鐵件時，由於鑄鐵件澆注溫度低，含碳量高，鐵和錳不易氧化，產生的粘砂層具有結晶結構，難以在鑄鐵件和粘砂層之間建立一個合適的層。 氧化鐵層的厚度與鑄件和粘砂層之間的樹脂砂不同，在生產鑄鐵件時通過樹脂熱解可產生光亮的碳膜，因此粘砂層不易去除。
為防止鑄鐵件生產中產生蘇打水玻璃砂，可採用合適的塗料。 如水性漆，塗漆後表面需要乾燥，所以以醇性快乾漆為最佳。
一般鑄鐵件還可以在水玻璃砂中加入適量的煤粉（如3%～6%）（質量分數），使鑄件與砂層之間的煤粉熱解產生明亮的碳膜。 它不會被金屬及其氧化物潤濕，因此粘砂層很容易從鑄件上剝落。
7 水玻璃砂有望成為無廢砂排放的環保型砂嗎？
水玻璃無色、無味、無毒。 如果它接觸到皮膚和衣服並用水沖洗不會造成嚴重問題，但必須避免濺入眼睛。 水玻璃在混砂、造型、硬化和澆注過程中沒有釋放刺激性或有害氣體，沒有黑色和酸性污染。 但是，如果工藝不當，添加過多的水玻璃，水玻璃砂的塌陷性不好，清砂時會飛揚灰塵，也會造成污染。 同時，舊砂再生困難，廢砂的排放對環境造成鹼性污染。
如果能克服這兩個問題，水玻璃砂就可以成為環保型砂，基本不排放廢砂。
解決這兩個問題的根本措施是將水玻璃的加入量減少到2%以下，基本可以甩掉沙子。 當加入的水玻璃量減少時，舊砂中殘留的Na2O也減少。 採用比較簡單的干法再生方法，可以將循環砂中殘留的Na2O保持在0.25%以下。 這種再生砂可以滿足中小型鑄鋼件單一型砂的使用要求。 此時，即使舊水玻璃砂不採用昂貴複雜的濕法再生，而是採用相對簡單廉價的干法再生，也可以充分回收利用，基本不排放廢砂，比砂鐵之比可降至1:1以下。
8 如何有效再生水玻璃砂？
如果舊水玻璃砂中殘留的Na2O過高，在砂中加入水玻璃後，型砂將沒有足夠的使用時間，過多的Na2O堆積會使石英砂的耐火度變差。 因此，在對用過的水玻璃砂進行再生時，應盡可能去除殘留的Na2O。
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