水玻璃砂添加剂制造技术

本发明专利技术涉及一种具有优异性能的水玻璃砂添加剂。解决水玻璃砂高温软化变形与出砂性问题，关键是如何摆脱Ｎａ－［２］Ｏ的有害影响．本发明专利技术使用化学组成为ＣａＯ：Ｐ－［２］Ｏ－［５］＝１：（１．１２～１．４０）的材料在４００～１０００℃温度下焙烧产物为添加剂，加入水玻璃砂中，不论化学自硬或物理固化，在升温阶段与Ｎａ－［２］Ｏ形成熔点高的稳定粉状相。型（芯）砂浇注后不出现硅酸钠重熔或矿化反应生成的熔融玻璃态物质，从而解决了水玻璃砂高温软化变形与出砂性问题。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有优异性能的水玻璃砂添加剂。水玻璃作为铸造用砂型(芯)粘结剂，具有固化快、强度高、发气低、污染少、成本低等优点，但其组份中Na2O造成的砂型(芯)高温软化变形及出砂性问题，历来未获得满意解决，影响其进一步扩大应用。国内外十分重视水玻璃改性及添加剂研究，从文献可知，现有技术及研究成果有以下几个方面(1)、研制各种改善出砂性用的添加剂，包括有机物、碳质材料、氧化物、碳酸盐、磷酸盐、粘土类矿物等组份。其构思是利用有机物或碳质材料在高温浇注时形成挥发物与碳膜，破坏水玻璃粘结桥连续性，降低残留强度，从而改善出砂性;利用无机物中高价阳离子在高温时与水玻璃中SiO2形成部份高熔点分散相，提高粘结剂重熔温度，使型(芯)砂残留强度第二峰值从800℃向900～1100℃转移，从而改善出砂性。采用这些添加剂，在试样爆热后室温冷却的常规试验条件下，可以获得较低的残留强度试验数据。生产实际应用时，在黑色金属浇注温度1300～1600℃影响下，砂型(芯)被长时间加热并缓慢冷却，水玻璃中Na2O与砂粒发生矿化反应，生成熔融态玻璃相，实际残留强度远高于常规试验数据。因此，水玻璃砂型(芯)，尤其中、大型铸钢件砂型(芯)，出砂性问题从未获得满意解决。此外，由于Na2O的存在，砂型(芯)高温软化造成的变形、胀型等问题，同样难以解决。(2)、研制各种改性水玻璃，在引入有机溃散物与无机溃散物的同时，提高粘结强度，降低水玻璃实际用量，以减少Na2O的有害影响。但是水玻璃自身为低成本、高强度粘结剂，改性取得的经济实效有限，Na2O的有害影响无法根除。(3)、研制各种模数高达3.4～4.5的钠系水玻璃，以及更高模数的钾系、锂系、碱金属季胺型水玻璃，以降低碱性氧化物含量，从而减少其有害影响。但由于制造成本高及使用技术复杂等原因，生产中难以推广应用。由上可知，现有技术采取破坏粘结膜连续相，提高粘结剂重熔温度，提高模数，减少加入量等措施，一定程度上减少了Na2O对水玻璃砂出砂性的有害影响，但无法摆脱Na2O与砂粒之间的矿化反应，因而实际效果有限。本专利技术的目的，是从根本上消除Na2O对水玻璃砂高温强度与出砂性的有害影响。本专利技术的构思，是寻找一种常温时与水玻璃之间化学稳定，升温时与水玻璃中Na2O形成高熔点稳定粉状相的材料作为水玻璃砂添加剂，使砂粒表面残留Na2O量减少到处于浇注温度影响下的砂型(芯)内不发生粘结剂重熔及矿化反应的程度。本专利技术已经证实，达到上述目的的水玻璃砂添加剂，其特征是使用化学组成为CaO P2O5＝1∶(1.12～1.40)的材料在400～1000℃温度下焙烧产物为组份。使用这种焙烧产物为添加剂时，常温下与水玻璃之间有良好的化学稳定性，升温阶段与水玻璃中的Na2O形成熔点高达1500℃以上的稳定粉状相，在此温度范围内，水玻璃砂彻底摆脱了粘结剂重熔与矿化反应现象，不出现熔融玻璃态物质。工艺试验表明，试样的高温强度延续到1000℃以上;600～1500℃爆热并炉冷后，试样的残留抗压强度稳定地低于4Kg/cm2。以下实例进一步说明了这种添加剂的优异性能。附图(1)为CO2法水玻璃砂高温抗压强度(Kg/cm2)曲线，其中曲线1为普通水玻璃砂;曲线2为本专利技术添加剂水玻璃砂，数据见表(1)。附图(2)为CO2法水玻璃砂残留抗压强度(Kg/cm2)曲线，其中曲线1为普通水玻璃砂;曲线2为SOLOSiL-433改性水玻璃砂;曲线3为LK-2溃散剂水玻璃砂;曲线4为本专利技术添加剂水玻璃砂，数据见表(2)。附图(3)为物理固化水玻璃砂残留抗压强度(Kg/cm2)曲线，其中曲线1为普通水玻璃砂;曲线2为本专利技术添加剂水玻璃砂，数据见表(3)。实例一将Na2CO3与本专利技术使用的上述焙烧产物，以1∶(2.5～3.5)比例混合，粉碎为200目以下的细粉，装入瓷坩埚内，于1500～1520℃温度焙烧20分钟，随炉冷却或室温冷却。瓷坩埚边缘釉化，试样仍呈粉状，无烧结或熔融迹象。实例二将模数为2.2～4.5的一系列水玻璃与本专利技术使用的上述焙烧产物，分别以1∶(0.10～0.65)比例混成粘稠悬浊液，装入瓷坩埚内，于1500～1520℃温度焙烧20分钟，随炉冷却或室温冷却。瓷坩埚边缘釉化，试样呈膨胀隆起的乳白色蜂窝状，手指重按可破，与硅溶胶高温爆热后的形态十分相似。对比的普通水玻璃试样，在坩埚内为平坦的淡绿色熔融玻璃块，十分坚硬。实例一说明，本专利技术使用的上述焙烧产物，升温时与一定比例的Na2O生成一种新相，其熔点高于1500℃。实例二说明，这种焙烧产物，升温时和水玻璃中Na2O反应情况，与其和单体Na2O反应情况是一致的，试样高温形态与硅溶胶的相似性证实了这一点。两个实例说明，用这种焙烧产物作为水玻璃砂添加剂时，在浇注升温时与Na2O形成高熔点稳定粉状相，水玻璃砂将不会出现粘结剂重熔与矿化反应，高温软化变形与出砂性问题将会同时获得解决。实例三将本专利技术使用的上述焙烧产物，与三氧化二铁、碳质材料以1∶(0～0.10)∶(0～0.10)比例组合成一种粉状添加剂，试验其对水玻璃砂高温强度的影响。试验条件为石英砂100%，模数为2.7的水玻璃5%，粉状添加剂2%，在实验用碾轮式混砂机内混碾6～8分钟，用GF手动制样仪制备φ11×20试样并吹CO2气体硬化，用GF高温性能试验仪测试200～1000℃高温强度，对比试样为相同水玻璃但不加添加剂的水玻璃砂，试验结果见表(1)及图(1)。表(1)CO2法水玻璃砂高温抗压强度(Kg/cm2) </tables>实例三说明，单一地使用这种焙烧产物，或者为改善综合性能而包含一定量其它组份时，水玻璃砂的高温强度可以延续到1000℃以上。在此温度范围内，不出现普通水玻璃砂中粘结剂重熔造成的软化现象，有利于解决胀型与变形问题，提高铸件精度。实例四将实例三所用的添加剂，试验其对CO2法水玻璃砂残留强度的影响。试验条件为配方与混砂工艺如实例三，φ50×50标准试样用2Kg/cm2压力及10L/min流量的CO2气体吹20秒硬化，试验即时强度后，在指定温度下进炉，以炉温稳定后计算爆热20分钟，随炉冷却24小时，室温下测定残留抗压强度。对比试样为FOSeCO的SOLOSiL433改性水玻璃砂;浙江临安玲珑陶土矿的LK-2溃散剂水玻璃砂;不加溃散剂的普通水玻璃砂。试验结果见表(2)及图(2)。实例四说明，使用本专利技术添加剂后，水玻璃砂中一定比例Na2O在升温时形成高熔点稳定粉状相，砂粒表面残留Na2O量已被减少到处于1500℃以下温度范围内不发生粘结剂重熔及矿化反应的程度，因而在600～1500℃试验温度范围内，稳定地保持了低残留强度的效果。试验中采用了最高爆热温度达到1500℃以及随炉缓慢冷却的条件，模拟了中、大型铸钢件生产实际情况，在这种试验条件下，高温阶段的矿化反应进行得比较充分，普通水玻璃砂与加入一般溃散剂的水玻璃砂，在1300℃温度爆热并炉冷，均出现典型的矿化反应造成的残留强度第三峰值，电镜观察到砂粒表面釉化与边界局部熔融形态。唯有使用本专利技术添加剂的水玻璃砂，既无粘结剂重熔时的第二峰值，又无矿化反应时的第三峰值，电镜观察到砂粒表面与边界轮廓清晰而无熔融玻璃态物质。具备这种优异性能的水玻璃砂，可以解决中、大型铸钢件砂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铸造生产，能在升温时与Ｎａ↓［２］Ｏ形成高熔点稳定粉状相，从而改善水玻璃砂型（芯）高温强度与出砂性的添加剂，其特征是该添加剂使用化学组成为ＣａＯ∶Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］＝１∶（１．１２～１．４０）的材料在４００～１０００℃温度下焙烧产物为组份。

【技术特征摘要】
1.一种用于铸造生产，能在升温时与Na2O形成高熔点稳定粉状相，从而改善水玻璃砂型(芯)高温强度与出砂性的添加剂，其特征是该添加剂使用化学组成为CaO∶P2O5=1∶(1.12～1.40)的材料在400～1000℃温度下焙烧产物为组份。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡子敏，刘亚泉，向勇书，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]