改性水玻璃砂温芯盒制芯工艺，是将设定数量的石英砂放入混砂机内，再加入石英砂总重量２％～４％的水玻璃，混砂３～５分钟后，再向混砂机中加入占石英砂总重量０．５～５％的改性剂，改性剂为纳米硅粉、煤渣粉、矿渣微粉，纳米硅粉占改性剂总重量的４０％～８０％、煤渣占改性剂总重量的１０％～４０％、矿渣微粉占改性剂总重量的１０％～３５％，加入改性剂后混砂５～６分钟；然后将上述混制好的型砂放入射芯机射砂筒内，在芯盒加热温度达到１２０～１６０℃时，进行射芯，射芯压力为０．５～０．６ＭＰａ，射芯时间为２～３ｓ，制成砂样，硬化２０～６０ｓ后脱模，取去砂样即得。该工艺的改性水玻璃芯砂固化温度（≤１６０℃）显著低于壳型与热芯盒制芯工艺，有利于大大降低能源消耗，改善作业环境，减少芯盒变形，延长工装寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种温芯盒制芯方法，特别是涉及一种改性水玻璃砂温芯盒制 芯方法。
技术介绍
所谓热芯盒制芯就是用射芯机以0.5 0.7Mpa的压縮空气将湿态热固性树脂 砂射入加热至一定温度》20(TC的芯盒内，经数秒至数十秒钟后，即可从热芯盒 中取出具有足够强度的砂芯的一种高效制芯工艺，这种工艺早在1959年，由法 国人开发出来后，很快引起了世界汽车及农业机械的铸造工作者的重视和应用， 现已成为我国的一种重要的高效制芯技术而得到了飞速的发展。据统计我国热 法制芯工艺在汽车制造工业中已占总制芯量近50%左右。但是，热法制芯的弊病 是，能耗高，常因温度高使砂芯表面发酥，或因温度过低而使部分硬化不透等 原因而引起各种铸造缺陷；另外，制芯工人需要在高温及强烈刺激性气味的环 境下操作，工作条件差，因此，急需寻求一种新的工艺。到1978年美国Kottke 等人开创了一种温芯盒制芯工艺，由于它具有节省能源，减少环境污染和改善 砂芯及铸件^质量等诸多优点而得到世界各国铸造工作者的广泛重视，并不断用 温芯盒工艺取代热芯盒和壳芯等热法制芯工艺，取得了较大的技术经济效益。美国QO化学制品公司也研究成功了一种呋喃树脂砂温芯盒的制芯新工艺， 它能将热法制芯的芯盒温度降低到177i:以下。所谓温芯盒制芯法是指芯盒加热 温度范围在140 18(TC的一种制芯方法。它在美国、德国、法国、前苏联、日 本、韩国等国家中迅速推广应用，用以取代某些工厂原来采用热芯盒法、壳法， 甚至冷芯盒法制芯工艺。温芯盒法是热芯盒法工艺的改进和革新，与热芯盒法相比，该方法存在如 下优势a. 芯盒加热温度低，耗能小。根据资料分析，采用温芯盒工艺(加热温度为 《150°C)制备抗弯强度标样的能量消耗比热芯盒(加热温度》20(TC)减少20 %左右。在工业生产中，用城市煤气加热芯盒，对中型砂芯(14 21kg)可节 约能源15% 25%，对大型砂芯可节能50%，提高生产能力40%。b. 克服了热芯盒工艺存在的从制芯工位散发到工作环境中的各种有害气体如甲醛、苯酚、糠醇、氨等的问题，改善了工人的劳动条件。C.提高了砂芯质量，减少了铸件缺陷，縮短了砂芯以及铸件的生产周期。美国Berlin公司铸造车间用温芯盒法生产的气缸体、集流管、液压设备等铸件的砂 芯重量0.23 110kg,使铸件的气孔缺陷从20%下降到0.3%，砂芯制造周期縮短 40% 50%，在某些场合下接近冷芯盒。材料成本比壳芯覆膜砂低30%，比冷 硬砂低10%。d.温芯盒法又可继续沿用原来的热芯盒射芯机，无需设备投资，不改变原有 的生产工序和工艺流程。其操作工人也不需要再进行专门的技术培训，因此特 别适合我国的国情，具有很大的实用价值。目前，在世界上温芯盒工艺主要有三大类:以呋喃树脂为基、以酚醛树脂为 基和以聚丙烯酸盐等。由此可知，目前温芯盒工艺与売型工艺、热芯盒以及冷 芯盒工艺相同，都是采用有机合成树脂作粘结剂，故现今的温芯盒工艺也存在 着一定的问题，例如在混砂、制芯、浇注和清砂等过程中，由于树脂的氧化、 分解和燃烧产生的许多有害气体，有些甚至是致癌物质，会散发到大气中，形 成难以控制的环境危害，从而使车间空气遭受污染，劳动条件差，人体也受到 一定程度的危害。另外，糠醇、苯酚等价格居高不下，导致铸件的生产成本不 断攀升。随着21世纪人类社会文明程度的提高，各种环保法规的不断实施，这些有 毒、有害的有机合成树脂粘结剂的应用范围势必将逐步受到限制甚至禁止使用。 因此，开发无毒、无污染、综合技术工艺性能好的新型无机砂芯粘结剂，已引 起了世界各国铸造工作者的高度重视。水玻璃就是一种人们最熟知、最古老的 造型、制芯用的无毒、无味、绿色铸造无机粘结剂，从20世纪50年代引入铸 造生产(参见英国专利，GB782205)，至今已有50多年的应用历史了。水玻璃 砂使用性能优越灵活，既可造型也可制芯，最早的C02气体硬化冷芯盒工艺应 属水玻璃一C02法。但是，C02硬化水玻璃砂存在的最大问题是浇注后溃散性差， 铸件清砂及旧砂回用困难，严重阻碍了它的推广应用。与树脂砂型比较，低模数水玻璃砂存在强度低、抗湿性差、溃散性不好、 铸件清砂以及旧砂再生回用困难等许多问题， 一直困扰着铸造工作者几十年的 时间，至今也没有得到较好的解决。为解决低模数水玻璃砂存在的上述问题，我国在相当长的时间里，对水玻 璃砂开展了大量的科研攻关工作，但仍未取得突破性进展。原因是人们企图在 低模数钠水玻璃加入量较高的情况下，通过加入各种有机或无机溃散剂等附加物的办法来解决存在的问题，但收效甚微。俄罗斯PycimaB.B.等人提出，在模 数《2.0的水玻璃混合料中加入煤渣附加物的办法，可使水玻璃的粘结强度提高 5 10倍，由于采用的水玻璃的模数太低，Na20含量太高，不适用于铸造工业， 而仅大量应用于建筑行业。日本二俣勝美等人采用微波加热提高水玻璃砂芯的 强度，将砂中水玻璃加入量减少到1% 2%，达到改善水玻璃砂渍散性的目的， 但是微波照射的砂芯的抗湿性较差，在生产中未能得到应用。俄罗斯 ^yKOBCKM等人通过试验找出了水玻璃砂溃散性差的根本原因，他认为金属 液高温浇注时，水玻璃砂在强热的作用下，其中的Na20对石英砂的侵蚀与烧结， 形成烧结体。这种烧结体的强度在常温下决定了水玻璃砂残留强度的高低。所 以，减少烧结体的形成量，即减少Na20对石英砂的侵蚀与烧结，是降低水玻璃 砂的残留强度，提高其溃散性的根本方法。因此，大幅度降低砂中Na20的含量， 即钠离子的数量，才是解决该问题的根本方法。但是，长期的生产实践表明， 水玻璃的粘结强度低，若想提高水玻璃型芯砂的强度就需要加大水玻璃的加入 量，相应地，也就必然导致其溃散性差。所以，若想足够的硬化强度与优越的 溃散性二者兼得，就必须在提高水玻璃模数的基础上大幅度增加它本身的粘结 强度。
技术实现思路
本专利技术的目的，是提供一种改性水玻璃砂温芯盒制芯工艺，以取代目前应 用的树脂砂温芯盒制芯工艺。该工艺的主要特点是，改性水玻璃芯砂固化温度 (《160°C)显著低于壳型与热芯盒制芯工艺，有利于大大降低能源消耗，改善 作业环境，减少芯盒变形，延长工装寿命。同时在消除水玻璃老化现象的基础 上，选用多种超细粉特殊附加物对水玻璃进行化学改性，不但能大幅度增加芯 砂的强度，减少水玻璃的加入量，提高铸件的表面质量；也能降低其残留强度， 改善溃散性。特别是水玻璃是一种绿色粘结材料，成本低、资源广、污染少， 因此，它是一种很有应用发展前景的无机粘结剂。本专利技术的主要技术特点是，在对高模数水玻璃进行加热消除老化的物理改 性和用铝、胺等对它进行化学改性的前提下，再选用了纳米硅粉、煤渣、矿渣 微粉等多种活性附加物对高模数水玻璃进行综合改性，旨在显著提高它的粘结 强度。因为，煤渣中可溶性的Si02、 Al203等活性组分在有水存在时，可以与 Ca(OH)2发生水化反应，生成胶凝性良好，强度较高和抗湿性强的水化硅酸钙 (C-S-H)和水化硅酸铝(A-S-H)等胶粘材料，二者的生成能够大幅度提高水 玻璃砂的强度，尤以高模数水玻璃砂。但是，水化反应的进行需要两个前提条件，水和氧化钙。水玻璃中含有大 量的水分，可以满足反应的需求。而煤渣却是先天性缺钙，其C本文档来自技高网...
【技术保护点】
改性水玻璃砂温芯盒制芯工艺，其特征在于包括下述工艺步骤：Ａ、砂型制备：将设定数量的石英砂放入混砂机内，再加入石英砂总重量２％～４％的模数为２．５～３．５，密度为１．３０～１．４５ｇ／ｃｍ↑［３］的水玻璃，混砂３～５分钟后，再向混砂机 中加入占石英砂总重量０．５～５％的改性剂，改性剂为纳米硅粉、煤渣粉、矿渣微粉，纳米硅粉占改性剂总重量的４０％～８０％、煤渣占改性剂总重量的１０％～４０％、矿渣微粉占改性剂总重量的１０％～３５％，加入改性剂后混砂５～６分钟；Ｂ、射芯： 将上述混制好的型砂放入射芯机射砂筒内，在芯盒加热温度达到１２０～１６０℃时，进行射芯，射芯压力为０．５～０．６Ｍｐａ，射芯时间为２～３ｓ，制成砂样，硬化２０～６０ｓ后脱模，取去砂样，冷却后检测性能。
【技术特征摘要】
1、改性水玻璃砂温芯盒制芯工艺，其特征在于包括下述工艺步骤A、砂型制备将设定数量的石英砂放入混砂机内，再加入石英砂总重量2％～4％的模数为2.5～3.5，密度为1.30～1.45g/cm3的水玻璃，混砂3～5分钟后，再向混砂机中加入占石英砂总重量0.5～5％的改性剂，改性剂为纳米硅粉、煤渣粉、矿渣微粉，纳米硅粉占改性剂总重量的40％～80％、煤渣占改性剂总重量的10％～40％、矿渣微粉占改性剂总重量的10％～35％，加入改性剂后混砂5～6分钟；B、射芯将上述混制好的型砂放入射芯机射砂筒内，在芯盒加热温度达到120～160℃时，进行射芯，射芯压力为0.5～0.6Mpa，射芯时间为2～3s，制成砂样，硬化20～60s后脱模，取去砂样，冷却后检测性能。2、 根据权利要求1所述的改性水玻璃砂温芯盒制芯工艺，其特征在于所述 的改性水玻璃的模数为2.5 3.5，密度为1.30 1.45g/cm3，加入量为占砂子重量 的2% 4%。3、 根据权利要求1所述的改性水玻璃砂温芯盒制芯工艺，其特征在于所述 的改性剂为纳米硅粉、煤渣、矿渣微粉，纳硅粉占改性剂总重量的40% 80%、 煤渣占改性剂总重量的10% 40%、矿渣微粉占改性剂总重量的10% 35%，， 加入量为占砂子重量的0.5% 5%。4、 根据权利要求1所述的改性水玻璃砂温芯盒制芯工艺，其特征在于所述 的芯盒加热温度为120 160°C，硬化时间为2...
【专利技术属性】
技术研发人员：李汉锟，谢华生，罗昊，吕德志，刘加军，
申请(专利权)人：沈阳铸造研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]
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