原砂净化处理对水玻璃砂强度的影响

原砂净化处理对水玻璃砂强度的影响

本文采用水洗对原砂进行表面处理，测试了净化后的原砂所配制的水玻璃砂，在VRH-CO2法不同的吹气压力条件下的抗拉强度。研究结果表明，经过水洗净化后的原砂，加入 5.0wt%水玻璃，在真空度为-48.5KPa，CO2吹气压力0.02MPa的条件下硬化，保压5min后，水玻璃砂的抗拉强度可达到最大值0.180MPa。可见，通过对原砂进行水洗，降低了微粉、泥分含量，满足了铸型起模对水玻璃砂的强度要求。

标签：水玻璃砂VRH-CO2法净化处理

绿色清洁生产是工业发展的刚性需求，而水玻璃砂被认为是最有可能实现绿色铸造生产的型砂。但在生产过程中出现了水玻璃加入量高，造成落砂性能差和再生困难等难题。而减少水玻璃的加入量的关键问题是必须采用含微粉、泥分量低的原砂。廖秋玲等人[1]认为，砂中泥粉含量和微粉含量较高，为保证砂型的工艺性能，必须增加粘结剂的加入量。罗丹等[2]人认为，原砂含泥量、细粉含量高时，因其无效占有大量粘结剂，使砂粒上的粘结剂减少而强度降低。樊自田认为[3]，提高水玻璃砂溃散性的最有效的方法是提高水玻璃的粘结强度、降低型砂中水玻璃的加入量。刘向东等人[4]研究了表面处理工艺对溃散性的影响。结果表明，对原砂进行表面处理可以提高粘结剂的粘结效率，提高覆膜砂的强度。通常为改善原砂的物理组成，可采用预先净化处理，即水洗、过筛及烘干等方法，尽量除去这些机械夹杂物。本文研究对原砂进行水洗表面处理后，吹气压力对VRH-CO2法硬化水玻璃砂抗拉性能的影响规律。

1 试验过程

1.1 试样的制备

试验用原砂选取达拉特旗擦洗砂，颗粒度70/100目。在原砂中加入适量水将原砂调成70%-80%的砂浆，搅拌20-30min，静置后倒去上部的洗液，反复洗涤3-5次，然后将处理后的原砂进行自然干燥。试验中所用水玻璃模数为2.5，密度为1.54g/cm3。

将干燥后的水洗砂与5.0wt%水玻璃加入混砂机内，混碾3-5min出砂后制样。将混好的水玻璃砂添加到“8”字型标准试样木模中，手工紧实并刮平后，放入自制的VRH-CO2法硬化装置内硬化后脱模。

1.2 试样的性能测试

每次制备3个试样，试样脱模后立即放入自制的VRH-CO2法硬化装置内抽真空，真空度为-48.5KPa，之后通入CO2气体，到一定时间取出试样，以3个试样的算术平均值作为测试结果。

试验中，水玻璃砂的混制采用SHN碾轮式混砂机，用“8”字试样对开模具制备试验用试样，抗拉强度测试采用XQY-Ⅱ智能型砂强度机。

2 试验结果及分析

图1所示为试样在CO2吹气压力为0.02MPa时保压时间对抗拉强度的影响。由图1可知，保压时间为5min时，水玻璃砂的抗拉强度达到最大值，为0.18MPa。超过5min后，强度持续下降。

图2所示为试样在吹气压力0.04MPa时抗拉强度随保压时间的变化。由图2可知，随着保压时间的延长抗拉强度增加，保压时间为5min时，水玻璃砂的抗拉强度达到最大值，为0.121MPa。保压时间为5-15min时，抗拉强度略有下降，超过5min后，抗拉强度快速下降。

图3所示为试样在吹气压力0.06MPa时抗拉强度随保压时间的变化。观察图3可知，随保压时间增加，水玻璃砂的抗拉强度缓慢增大，5min时抗拉强度达到最大，但强度值较低，仅为0.107MPa。保压时间超过5min后，抗拉强度开始下降，保压时间超过10min后，强度变化不大。

图4所示为试样在吹气压力0.08MPa时抗拉强度随保压时间的变化。由图4可看出，保压时间超过1min后，强度逐渐下降；保压时间超过5min后，抗拉强度又迅速回升，且10min时抗拉强度到达最大值，为0.104MPa；此后，随保压时间增加，强度又开始逐渐下降。

从图1-图4可以看出，原砂经过水洗并干燥后，加入5.0wt%水玻璃配制的水玻璃砂，采用不同的CO2压力吹气，保压时间为5min时抗拉强度均达到了相应条件下的最大值。这说明CO2吹气压力不足或过长都不利于获得高的抗拉强度。其中CO2吹气压力过大，单位时间内进入水玻璃砂粒之间的CO2气体增多，水玻璃反应过快，水玻璃膜缩聚速度快，容易产生裂纹，而导致水玻璃砂抗拉强度下降。

3 结论

为解决VRH-CO2法造型线存在的在负压作用下起模困难、铸型破损严重等问题，本文采用水洗方法对原砂进行净化处理，以达到改善原砂表面质量，降低原砂中微粉、泥分含量，减少水玻璃加入量，降低水玻璃砂残留强度，进而减少铸件缺陷的目的。通过对水洗净化原砂配置的水玻璃砂在不同CO2吹气压力下的硬化特性及抗拉强度规律的研究，得到如下结论：原砂表面的洁净程度对水玻璃砂强度的影响很大。试样在真空度为-48.5kPa，CO2吹气压力0.02MPa的条件下硬化，保压5min后，水玻璃砂的抗拉强度可达到最大值0.180MPa；超过5min 后，水玻璃砂的抗拉强度持续下降。

参考文献：

[1]廖秋玲.树脂砂型原辅材料的应用与搭配[J].铸造技术，2005，

26（7）：640-641.

[2]罗丹，朱世根.覆膜砂用原砂的预处理[J].机械设计与制造，2005（6）：156-158.

[3]樊自田，黄乃瑜，董选普.新一代酯硬化改性水玻璃砂工艺的技术优势[J].机械工人·热加工，2004（3）：11-13.

[4]刘向东，肖柯则，王文清，等.表面处理对特种覆膜砂强度的影响[J].铸造，1999，48（6）：43-46.

丰洪微（1984-），女，内蒙古乌海人，讲师，从事材料成型及控制专业教学和研究工作。