我国传统的水玻璃粘结剂

我国传统的水玻璃粘结剂-熔模铸造工艺的发展前景展望

2011-10-11 14:02:27 作者：佚名来源：精密铸造分会浏览次数：136

熔模铸造工艺的发展前景展望

浙江省铸造协会精密铸造专委会

（浙江大学材料系）杭州熔模精铸研究所包彦堃

一、前言

我国的铸造业发展速度较快，据统计，我国在2009年的铸件总产量达3350万吨（主要指砂型铸件），铸件产量已连续10年居世界铸件产量首位，故我国是铸造大国，但还不是铸造强国，因从铸件的总产值看仍较低。

我国的熔模精密铸造业的情况亦基本相似，若将同期的水玻璃工艺生产的铸件加上硅溶胶工艺生产的铸件（不包括航空、军工铸件），大约年产量为160万吨以上，居世界首位，但产值却较低，仅约占欧、美总产值的1/3左右。

我国的铸造行业属高能耗高三废排放行业之一，与国外发达国家相比，生产每吨铸件的能源消耗较多，据有关资料报导，我国每生产一吨铸件三废排放量约是发达国家的六倍。

我国“十一五”期间的降耗指标为：单位GDP能耗降低20%，主要污染物排放减少10%。2006年我国GDP总量只占世界GDP总量的5.5%，但当年（2006年）我国能源消耗却占全世界的15%、我国钢材消耗占30%、水泥消耗占54%，从以上数值可看到我国的资源消耗确是非常高，而且比较严重，表明我国的经济增长方式十分粗放。

表1 国内外铸造生产能耗（2008年浙江省铸造年会资料统计）

从表1中可见，我国的水玻璃工艺精密铸造生产的铸钢件，若按每吨铸钢件的能源消耗计，一般测算可能要大于1100k g标煤，若采用硅溶胶工艺，由于硅溶胶涂料制壳车间及蜡模室都需恒温，硅溶胶沾浆机要24小时不停机转动，硅溶胶型壳焙烧温度也较高（要达1000～1100℃），若仍按吨铸件计算能耗，就显得不合理，若采用万元GDP的产值能耗来表示，就比较合理了，表2所示为2010年的熔模精密铸造铸钢件，按GDP万元产值计的能耗数值（浙江省统计）。

表2 精密铸造铸钢件能耗（2010年浙江省统计）

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二、水玻璃粘结剂熔模精密铸造工艺的发展概况

浙江省的熔模精密铸造企业2010年统计约有400多家（二年前约500多家），其中90%以上的精铸企业是采用aa工艺（采用硅溶胶粘结剂工艺的企业约占10%），在应用水玻璃工艺的精铸企业中，年产量达万吨以上的约有5～6家，浙江全省精密铸造的铸钢件根据2006年统计全年总产量约达70万吨以上。

以水玻璃为粘结剂的精密铸造工艺所生产的铸件，虽然其表面质量要低于硅溶胶工艺生产的产品，但由于水玻璃精铸工艺设备投资少，而且其生产周期比硅溶胶工艺要短得多，而所用原材料易得、且价格低廉，故水玻璃工艺生产成本较低，其所生产铸件的表面质量虽低于硅溶胶工艺，但仍略高于树脂砂工艺生产的铸钢件，因而广泛应用于我国的各种民用制造业的工业生产中，具有一定的国内市场。在这些应用水玻璃粘结剂工艺的精密铸造企业，其中工艺技术、生产管理和铸件质量较好、且生产也较稳定的企业约占30%～40%，在其余这些企业中，尚存在一定数量的生产规模相对较小的厂点，其年产量一般小于1000～2000吨，这些小企业通常其生产管理水平和技术力量均较为薄弱，生产设备也较为简陋，生产工艺及操作不规范，有些企业甚至连最基本的生产现场的检测设备都没有，生产全凭经验，故产品质量很不稳定，铸件的质量档次低；此外大部分水玻璃精铸企业目前仍较多普遍采用煤炉焙烧型壳，制壳工艺仍应用氯化铵硬化剂等……因而这些小型的精铸企业，在生产中不仅铸件质量难以保证，且生产铸件的单位能源消耗大，资源材料的循环再生综合利用率低，而且生产中的三废排放量较大，尤其是煤炉焙烧时，排出的二氧化硫及二氧化碳对环境的污染较为严重，硬化剂氯化铵由于硬化反应时会有大量氨气（NH3↑）逸出对生产环境也造成了污染，铸件清砂及打磨时的灰尘（与噪声）对生产环境的污染也较大，急需进行整顿改造，淘汰落后产能设备，或进行兼并重组，以使企业的生产具有一定规模，并具有一定的资金实力和条件，使企业有能力进行产业结构调整和优化升级，并强化生态环境保护，减少三废污染。

三、提高熔模铸造水玻璃型壳及铸件质量的措施

我国现已进入“十二五”规划新的发展阶段，我国的熔模铸造业中以水玻璃为粘结剂的精铸工艺，也应跟上时代前进的步伐，对现有的工艺技术进行整顿、提高，并应努力学习、提高自身的技术素质，力求使其所生产的铸件质量，在现有的基础上能上一个档次，首先是把铸件的表面质量搞上去，并努力使水玻璃型壳的表面质量（主要指表面粗糙度）达到或接近硅溶胶型壳的水平，以适应当前工业发展的形势需要。

对如何提高水玻璃型壳和铸件的表面质量，及表面质量的影响因素，国内已进行了很多研究和试验，综述如下：影响型壳及铸件质量的因素：

（一）模具、模料及制模工艺的影响

1．模具（压型）的影响

要获得质量好、表面光洁的型壳和铸件，首先必须要有表面光滑、质量好的蜡模，而蜡模是在模具（压型）中形成，故压型的表面质量将直接影响蜡模的质量，若所用压型的表面粗糙度偏大、偏粗，致使蜡模的表面不光洁（光滑），蜡模表面粗糙，质量差，这也是当前采用低温模料（如石腊—硬脂酸模料）车间，所生产的蜡模质量差的主要原因之一，故具有光滑表面、质量好的压型型腔是获得高质量表面的蜡模及铸件的一个重要条件，通常要求压型的型腔表面应进行抛光加工，以获得具有较小较细的表面粗糙度的压型，压型型腔的表面粗糙度要求达到：

（相当）

2．模料及糊膏状模料的影响

常用的石蜡——硬脂酸模料，通常要先制备成48～50℃糊膏状模料，制备时一般在蜡桶中先加入约80℃的液体模料，然后再加入一定量的刨蜡片或蜡屑，在较高转速的搅拌机中进行搅拌混合，逐渐制成细腻均匀、无颗粒存在的糊膏状模料，模料的温度为48～50℃（宜偏高些，接近50℃），即可加入压蜡机的内桶中保温待用；但在制备糊膏状模料时，若采用了大块状的蜡块代替刨蜡片，则在搅拌混合制成的糊膏状模料中，常会存在小颗粒蜡，影响了糊膏状模料细腻均匀的性能，降低了模料的质量，导致制成的蜡模表面粗糙度增大，故不宜采用蜡块制备模料。

压腊机的适宜压射压力为0.2～0.6Mpa（相当于2～6kg压力）。

这里要特别提出制浇口棒时也应采用压蜡机，不宜用温度较低的蜡料自由浇注生产浇口棒，生产实践表明：约有5%～1 0%的铸件夹砂缺陷是质量低劣的浇口棒造成的，见图2。

图2 浇口棒