[发明专利]水玻璃砂添加剂

说明书

本发明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。

本发明的目的，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。

本发明的构思，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。

本发明已经证实，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为本发明添加剂水玻璃砂，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为本发明添加剂水玻璃砂，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为本发明添加剂水玻璃砂，数据见表（3）。

实例一：