[發明專利]一種具有高流動性的水玻璃砂及其制備方法

有效

• 申請號: 201310320078.7
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN104338893A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 劉加軍;李漢錕;譚銳;李玲;張海東;于志勇;李延海
• 申請（專利權）人: 沈陽鑄造研究所
• 主分類號: B22C1/18
• 分類號: B22C1/18
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明屬于鑄造領域，特別提供一種具有高流動性的水玻璃砂及其制備方法。

背景技術

我國發展的“十二五”規劃，將節能減排、綠色制造和循環經濟作為社會和經濟發展的重點。鑄造行業作為中國制造業的重要組成部分，在快速發展的同時也產生了極大的能源和環境問題。面向21世紀的鑄造技術將朝著綠色鑄造工藝方法和材料裝備的方向發展。

在鑄造生產中砂型鑄造是鑄造工藝的主要方法，占整個鑄件生產的80%～90%，在砂型鑄造涉及的諸多粘結劑中，水玻璃砂作為無機粘結劑使水玻璃砂成為最有可能實現綠色鑄造生產要求的鑄造工藝方法。但水玻璃砂也同樣存在著很多問題，例如在生產過程中水玻璃砂強度較低，水玻璃加入量大，水玻璃砂流動性差等。

近年來隨著各國對環境污染的控制越來越嚴格，使水玻璃的各項研究進入了新的階段，例如在專利DE2856267A1中介紹了通過對水玻璃的改性使水玻璃的加入量降低到3%，而即時強度達到0.4Mpa，一小時強度達到1.7Mpa。在專利DE102007045649A1中介紹了通過對水玻璃的改性使水玻璃的加入量降低到2%，而使水玻璃砂的即時強度達到2.0Mpa，一小時強度達到3.8Mpa。通過各國科研工作者對水玻璃研究的不斷深入，使造型過程中水玻璃的加入量、水玻璃砂的強度問題已不斷被解決，但是水玻璃砂的流動性差的問題仍然是其在鑄造行業中發展的瓶頸。水玻璃砂流動性差導致造型過程中水玻璃砂緊實度不夠，這不但增加了工人的勞動強度，降低鑄件的表面質量甚至內部質量，而且使水玻璃砂生產鑄件的生產效率極低。尤其在水玻璃砂熱芯盒的生產應用中，由于流動性差導致水玻璃砂在射芯時充型不充分，使砂型緊實度不夠而降低了型砂的強度，這不但影響砂型的脫模、運輸、組型，而且直接導致鑄造缺陷的產生，嚴重降低了鑄件的質量和生產效率。

水玻璃砂流動性差的原因是多方面的，水玻璃自身的表面張力比較大，使水玻璃與硅砂間的潤濕性較差，而且鑄造用水玻璃的粘度普遍偏大，使混制后的水玻璃砂粘度很大，導致附著水玻璃的砂粒間的運動阻力非常大，導致水玻璃砂的流動性較差。

發明內容

針對水玻璃的特性及在鑄造中應用的特點，本發明通過對水玻璃的改性和混砂時流動性促進劑的加入提高水玻璃砂的流動性，從而解決了水玻璃砂流動性差的問題，對水玻璃砂的應用及綠色鑄造的發展具有極大的意義。

本發明通過兩個階段對水玻璃的控制實現其流動性的改進，第一個階段是在水玻璃的制備過程中，通過改性劑的加入降低水玻璃的粘度，用以提高水玻璃對硅砂的潤濕能力；第二個階段是在混砂過程中，通過流動性促進劑（即有機流動劑）的加入，降低水玻璃的表面張力，并減少水玻璃砂粒的運動阻力，從而實現提高水玻璃砂流動性的目的。

本發明具體提供了一種具有高流動性的水玻璃砂，其特征在于：所用水玻璃的模數為2.2～2.8，制備水玻璃時在水玻璃中加入堿金屬無機物以及非晶態磷酸鹽，其中各成分的重量比為水玻璃：堿金屬無機物：非晶態磷酸鹽=100：1～10：5～15。

本發明所述具有高流動性的水玻璃砂，其特征在于：所述堿金屬無機物優選為硅酸鉀、磷酸鈉、磷酸一氫鈉、磷酸二氫鈉、磷酸鉀、磷酸一氫鉀、磷酸二氫鉀、偏磷酸鈉、偏磷酸鉀、硼酸鈉、硼酸鉀、偏鋁酸鈉之一種或多種。

本發明還提供了所述具有高流動性水玻璃砂的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

1）、水玻璃改性：將模數為2.2～2.8的水玻璃加熱到60℃～80℃，保溫10～30min，加入堿金屬無機物和非晶態磷酸鹽，按1～5℃/min的升溫速度加熱到90～120℃，保溫30～90min，冷卻至室溫；

2）、水玻璃砂混砂：石英砂中加入水玻璃，混制1～3min，再加入有機流動劑，繼續混制1～3min，制得具有高流動性的水玻璃砂；所述有機流動劑為陽離子表面活性劑，各成分的重量比為石英砂：水玻璃：有機流動劑=100：2.5～3.5：2～4。

其中，所述有機流動劑為聚丙烯酰胺表面活性劑和有機硅表面活性劑的一種或混合物。所述聚丙烯酰胺表面活性劑優選為醇醚磷酸酯、月桂醇醚磷酸酯鉀和月桂酰胺丙基氧化胺的一種或混合物。

表1是改性前后水玻璃及水玻璃砂各項性能參數的對比，其中普通水玻璃砂中水玻璃的加入量為7%，改性水玻璃砂中水玻璃加入量為3%。表中流動性的測量是通過側孔質量法（測量方法參照《鑄造手冊》第四卷）測得。

表1水玻璃改性前后各參數的對比