酯硬花水玻璃砂工艺及设备

酯硬化水玻璃砂工艺和设备的应用

摘要：本文结合生产实践介绍了酯硬化水玻璃砂生产线工艺选择，生产线的流程设计，生产线的工艺控制的情况。

关键词：酯硬化水玻璃砂 水玻璃旧砂热干法再生 酯硬化水玻璃砂生产线 生产工艺控制

前言

2005年，我们公司经过技术改造建成了一条酯硬化水玻璃生产线，包括高速造型圈、高速制芯圈和砂再生系统三个部分，生产铁路货车行走部分——转向架摇枕、侧架产品。该线建成，实现了稳定的批量生产，综合合格率达97%以上，产品质量稳步提高，取得了较好的效果。以下简要介绍该生产线的生产工艺和设备技术。

一、 酯硬化水玻璃砂生产线工艺选择的依据

大批量生产的摇枕、侧架、采用树脂砂易使铸件产生对铁路行车安全危害最大的裂纹，而二氧化碳水玻璃砂的溃散性和再生是大批量流水生产的难题。铸件结构特点适宜采用酯硬化改性水玻璃砂生产工艺，酯硬化水玻璃砂生产工艺具有下面的优点：

⒈水玻璃加入量少、利用率高、型砂强度高，硬化速度可调，溃散性好、可再生回用。

⒉生产的铸件质量好、尺寸精度高、铸造缺陷少、裂纹倾向小。 ⒊、无毒、无味、少排放，劳动条件好、对生态环境污染少。 ⒋资源利用率高、生产成本低、生产效率高。

二、 酯硬化水玻璃砂生产线的生产流程设计 ㈠高速造型圈

⒈准备工位2个（打磨模具表面粘砂、吹扫、喷脱模剂，放冷铁、浇口管、保温冒口、套砂箱）

⒉模板加热工位2个（冬季预热模板） ⒊填砂、震实工位1个

⒋起模前固化工位5个（其中4个工位加热固化）起模前固化时间5×（5+1）＝30min，能保证获得合适的起模强度。 ⒌翻转起模工位1个,翻转起模输出工位1个 ⒍修型工位3个

⒎烘干工位4个，加热烘干时间5(节奏5min)×4＝20min，是实现“强脱水、少反应”的重要条件。

⒏刷涂料、钻气眼工位7个

共计硬化工位17个硬化时间5(节奏5min)×（17+2）＝115min(即1小时55分，近两小时)，是实现流水生产，获得足够干强度的条件。

㈡高速制芯圈

⒈准备工位5个（打磨芯盒表面、吹扫、喷脱模剂、）

⒉芯盒加热工位2个（冬季预热芯盒）加热至填砂工位2个 ⒊填砂、震实工位（放浇口管、芯骨）1个

⒋起模前固化工位11个，起模前固化时间2.5(节奏2.5min)×12＝30min，能保证获得合适的起模强度。 ⒌翻转起模工位1个

⒍取活块、修型、刷涂料工位8个

⒎烘干工位6个加热烘干时间2.5(节奏2.5min)×6＝15min，是实现“强脱水、少反应”的重要条件。烘干至吹风冷却工位1个 8.吹风冷却工位1个，吹风冷却至托板清扫工位3个 9.托板清扫工位1个

共计硬化工位32个硬化时间2.5(节奏2.5min)×（32+2）＝85min(即1小时25分，近1. 5小时) 是实现流水生产，获得足够干强度的条件。

㈢砂再生系统

⒈水玻璃旧砂热干法再生工艺流程

铸件及砂箱

落砂机

振动输送机

悬挂式磁选机

斗提机

旧砂斗

振动破碎再生机

旧砂斗

焙烧炉

斗提机

双级离心再生机

振动提升沸腾冷却去灰机

永磁分离滚筒

斗提机

再生砂斗

⒉水玻璃旧砂热干法再生线特点

<1> 焙烧温度保证在320—350 oC,可保证旧砂NaO2膜脆化，利于再生；有

机酯烧蚀，保证可使用时间。热法再生砂在水中的溶解性逐渐变差 ，对回用砂的可使用时间影响越来越小。

<2> 焙烧过的旧砂“立即再生”，以防脆化的水玻璃膜可能回潮

<3> 整线有四道工序都具备再生功能，即破碎机、焙烧炉、再生机、冷却

机、加上落砂、风选机、除尘，强化了脱模再生功能。 <4> 实现了水玻璃旧砂干法再生四流程：破碎、烘干、搓擦、分离。 <5> 采用工业计算机自动化控制，保证可靠，稳定运行。

三、 酯硬化水玻璃砂生产线的关键设备

⑴ 连续式混砂机

该混砂机比用于树脂砂的混砂筒体要长一些，混砂速度要快一些，筒体内搅拌叶片的倾斜角度要小一些，具有液料雾化喷嘴，满足水玻璃、有机酯加入量少，混砂均匀的要求。 ⑵ 振动紧实台

高频低震幅适宜液料加入量少的型芯砂震实 ⑶ 翻转起模机

⑷ 烘干窑，是实现“强脱水、少反应”的设备条件。水玻璃、有机酯液料保温桶，通过恒温条件保证液料黏度，从而保证加入量的准确。烘干温度（80—110℃） ⑸振动破碎再生机. ⑹焙烧炉

⑺离心式旧砂再生机 ⑻脉冲袋式除尘器

除尘设备不仅是环保设备，而且是重要的再生工艺设备。

四、酯硬化水玻璃砂生产线的生产工艺控制 1.原辅材料标准

（1）对原砂的要求较高----擦洗砂

a) SiO2含量应≥97%，

b) 水份≤0.5%。原砂含水量大，不能保证水玻璃砂型强度 c) 含泥量≤0.5%

d) 粒度分布主要集中在相邻3个筛号上，40/70。比表面积太大或太小的原

砂，即时强度很低，表面稳定性差，比表面积适中的原砂性能最好 e) 再生砂

再生砂的重复使用次数较多，数量越多，常温强度越低，残留强度越高。 （2）水玻璃粘结剂要求采用杂质含量低、较高等级的水玻璃，尽可能低的粘度，

尽可能高的密度，即使用改性水玻璃。 a)合理选用模数

模数是调节水玻璃砂硬化速度的重要参数，一般m=2.0~2.6 ? 环境温度

? ?

夏季 30oC以上 低模数 2.0~2.3 春秋季 10oC~20oC 模数 2.4~2.6

? 型芯的体积

?

砂芯 用m=2.0~2.6

b) 选用优质水玻璃

改性水玻璃是质量好的无色透明液体，不溶性夹杂少。

不溶性夹杂会破坏水玻璃粘性膜的连续性和均匀性，同时相对降低水玻璃的实际含量。

尽量使用新鲜水玻璃，水玻璃老化，强度损失30%

尽可能使用抗老化能力强的水玻璃，如钠，钾复合水玻璃

在使用强度许可的条件下，用较高模数的水玻璃，对改善溃散性有利。

水玻璃模数高，硬化速度快，终强度低，溃散性较低模数水玻璃好，且较高模数（m=2.5）水玻璃在14小时比较高低数（m=2.0）水玻璃的干强度高。一般铸型在此时间前实现了浇注。

2. 工艺控制标准

在保证足够使用强度的前提下，尽量降低水玻璃的加入量，以改善水玻璃砂的溃散性和旧砂的再生回用性能。 （1）干强度的保证： a) 要求较好的原砂

b) 适用的常温强度，比普通CO2水玻璃砂低 c) 较高级的水玻璃----改性水玻璃 d) 酯硬化更合理的硬化新工艺 e) 采用烘干硬化 （2）溃散性的保证：

a）尽量降低水玻璃的加入量，用较高模数的水玻璃。 b) 要求较好的原砂,配入一定量的新砂。 c) 尽量降低有机酯的加入量。 d)采用热干法再生。

e)尽量通过铁砂比使型芯砂获得合适的受热温度。

3.有机酯水玻璃砂应注意的问题

<1> 有机酯的加入量不仅取决于水玻璃的加入量，而且与水玻璃的模数有

直接的关系，水玻璃模数偏低的有机酯的用量偏上限，水玻璃模数偏高的有机酯的用量偏下限。

<2> 不能忽视紧实作业，尤其是难舂到部位及拐角处要注意紧实，紧实得

好，可显著减少铸件表面粘砂缺陷。

<3> 模具要清扫，否则会形成硬层，使下次造型时，粘模而破坏砂型表面

质量。

4.酯硬化水玻璃砂生产线再生砂的特点：

<1> 急热膨胀小

热稳定性好，受热时再生砂保持较小的膨胀，这对保证铸件精度，减少铸件废品有利。急热膨胀小使型砂的阻碍作用减弱，因此，铸件的收缩不能设计的小，一般设计2%为宜。 <2> 粒度均匀

再生砂的粒度分布接近于新砂，均匀率有较大的提高。

<3> 砂粒形状得到改善

经过再生，使砂的棱角大大减少，磨去砂粒表面起伏不平的残留粘结剂，砂的凹陷处由粘结剂填平，因此，再生砂表面光滑圆整。 <4> 化学性能稳定

再生砂的SiO2含量接近于新砂，可燃物质大大减少。

<5> 含泥量降低

在再生过程中，随惰性膜的去除，微粒也得到去除，致使含泥量下降。

<6> 再生砂不仅较大的延长干法再生砂的可使用时间，还可较大地提高干

法再生砂的粘结（抗压）强度

五、酯硬化水玻璃砂生产线的主要问题

蠕变、塌箱

原因：

砂型（芯）的尺寸较大时，型（芯）内部的砂子不易硬透，型砂中的水份不易散发，迁出，水玻璃砂型（芯）建立起的断面硬化强度还不足支持它自身的重量，起模后在重力的作用下型芯产生蠕变，蠕变量达到一定程度时，砂型（芯）就会产生塌箱。

? 砂型（芯）的内部和外部硬化程度不均匀，外部硬化速度快，内部

硬化速度慢，内部未达到脱模强度。

? 在潮湿的天气下，原砂中水份含量较高时，不利于硬透。 主要措施：

1.提高水玻璃的硬化速度（如采用快速酯硬化剂，适当提高有机酯

的用量，提高水玻璃的模数等）；

2.延长脱模时间，加热烘干； 3.用随形底板，用箱带，防止变形；

4.在满足型芯强度的条件下，尽量减小型芯砂的厚度，增加干燥面积和通气孔。如厚大处减薄，砂芯扎通气孔。

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