CN111718175A - 一种co2硬化无机粘结剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种CO2硬化无机粘结剂及其制备方法，液体粘结剂包括硅酸钠溶液，硅酸钾溶液，磷酸铝，氢氧化钾，氢氧化钠。粉料促进剂包括硅灰，氧化钙，氧化钛，氧化锆，氧化锌，氧化钇，石墨。先将硅酸钠溶液、硅酸钾溶液和氢氧化钠加入到容器中进行搅拌，对容器中的液体加热，加入磷酸铝，继续加热，加入氢氧化钾，继续搅拌，待液体冷却至室温，制得液体粘结剂。将硅灰、氧化钙、氧化钛、氧化锆、氧化钙、氧化钇、石墨搅拌均匀，制得粉料促进剂。该发明无机粘结剂成本较低、环保性强，有机粘结剂使型砂表面质量高，型砂表面稳定性好，加入有机成分，大幅降低型砂的残留强度，对高锰钢铸件的铸造生产，产品质量，应用于铸造技术领域中。
Description
技术领域
本发明涉及铸造技术领域中的一种CO2硬化无机粘结剂及其制备方法，特别提供一种在铸造造型过程中使用的CO2硬化的无机粘结剂及其制备方法。
背景技术
目前，铸造生产中使用的型砂粘结剂包括有机类和无机类，有机类粘结剂多为树脂聚合物，在铸造应用过程中污染严重，造型和浇注过程中更有刺激性气体释放，对操作者造成身体伤害并对环境严重污染。随着国家对环境保护的重视，对铸造行业污染排放的严格控制，无机粘结剂越来越受到国内外铸造同行的重视，其生产、造型、浇注过程无有害气体产生，旧砂可干法再生，是最有环保前景的铸造用粘结剂。
在20世纪50年代和20世纪60年代，广泛使用CO2硬化水玻璃砂的方法来制备砂型砂芯，该方法的缺点是所制得的型芯强度较低，为获得高强度砂型，加大水玻璃加入量，通常水玻璃加入量为8.0-10.0%甚至更高，而在浇注之后，砂型残留强度很高，铸件很难与型砂分离。在过去几年中，已经进一步研究及改进无机粘结剂及其使用，公开号为CN10494220A的中国发明专利公开了一种无机粘结剂热固化法制芯工艺，介绍了热固化无机粘结剂水玻璃应用于宝珠砂的应用，能够减少无机粘结剂的加入量，须加热固化，对模具及工装要求较严格，而常温手工或生产线造型仍没有良好的方法对树脂类有机粘结剂进行替代。因此研发一种CO2硬化无机粘结剂及其制备方法一直是国内外同行业急待解决的新课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CO2硬化无机粘结剂及其制备方法，该发明该发明针对镁橄榄石砂和水玻璃在造型制芯过程中各种特性，提出在无机的水玻璃中加入碱性酚醛树脂的方法解决其固有的缺点，使得发明的粘结剂体系中同时具有有机粘结剂和无机粘结剂各自的优点，针对无机粘结剂的特点及铸造工作使用习惯提出一种铸造用CO2硬化无机粘结剂及其制备方法，开发出可替代有机粘结剂的无机粘结剂，无机粘结剂系统分为液体粘结剂和粉料促进剂液固两组分，大幅提高无机粘结剂的粘结强度，能够大幅减少无机粘结剂的加入量，极大的降低无机粘结剂砂的残留强度，使无机粘结剂适应不同的铸造使用环境，包括砂型及复杂砂芯。
本发明的目的是这样实现的：一种CO2硬化无机粘结剂，包括液体粘结剂和粉料促进剂，所述的液体粘结剂与粉料促进剂的质量份数比例为，液体粘结剂：粉料促进剂=100:20-60；
所述的液体粘结剂包括以下质量份数的原料：硅酸钠溶液50-90份，硅酸钾溶液10-40份，磷酸铝5-20份，氢氧化钾5-20份，氢氧化钠0.1-20份；
所述的粉料促进剂包括以下质量份数的原料：硅灰50-90份，氧化钙5-20份，氧化钛2-20份，氧化锆2-20份，氧化锌1-10份，氧化钇1-10份，石墨0.1-2份；
所述的一种CO2硬化无机粘结剂的硬化方式为，混砂后吹CO2硬化；
所述的液体粘结剂中的硅酸钠溶液密度为1.3-1.6g/cm3，优选为1.45-1.55g/cm3；所述的液体粘结剂中的硅酸钾溶液密度为1.2-1.5g/cm3，优选为1.35-1.45g/cm3；
所述的液体粘结剂中的硅酸钠溶液中SiO2/Na2O摩尔比为1.6至4.0，优选为2.0-2.8；所述的液体粘结剂中的硅酸钾溶液中SiO2/K2O摩尔比为1.8-3.0，优选为2.0-2.6；
所述的一种CO2硬化无机粘结剂的制备方法，所述的一种CO2硬化无机粘结剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取原料，液体粘结剂包括以下质量分数的原料：硅酸钠溶液50-90份，硅酸钾溶液10-40份，磷酸铝5-20份，氢氧化钾5-20份，氢氧化钠0.1-20份；粉料促进剂包括以下质量分数的原料：硅灰50-90份，氧化钙5-20份，氧化钛2-20份，氧化锆2-20份，氧化锌1-10份，氧化钇1-10份，石墨0.1-2份；
（2）制备液体粘结剂：先将硅酸钠溶液、硅酸钾溶液和氢氧化钠加入到容器中进行搅拌，对容器中的液体加热，当液体温度60-75℃时，加入磷酸铝，继续加热，当液体温度达到95-105℃时，保持温度30-90分钟，冷却至30℃时，加入氢氧化钾，继续搅拌，待液体冷却至室温，即制得液体粘结剂；
（3）制备粉料促进剂：将硅灰、氧化钙、氧化钛、氧化锆、氧化钙、氧化钇、石墨搅拌均匀，即制得粉料促进剂；
（4）由液体粘结剂和粉料促进剂混合制成一种CO2硬化无机粘结剂，其中液体粘结剂与粉料促进剂的质量份数比为液体粘结剂：粉料促进剂=100:20-60。
本发明的要点在于一种CO2硬化无机粘结剂及其制备方法。
一种CO2硬化无机粘结剂及其制备方法与现有技术相比，具有无机粘结剂成本较低、环保性强，有机粘结剂使型砂表面质量高，型砂表面稳定性好，而且由于加入有机成分，大幅降低型砂的残留强度，解决以水玻璃作为粘结剂，在镁橄榄石砂等碱性砂的造型及清砂过程的各种问题，对高锰钢铸件的铸造生产，产品质量，产品生产效率都起积极的作用等优点，将广泛的应用于铸造技术领域中。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
具体实施方式
一种CO2硬化无机粘结剂，包括液体粘结剂和粉料促进剂，所述的液体粘结剂与粉料促进剂的质量份数比例为，液体粘结剂：粉料促进剂=100:20-60。
所述的液体粘结剂包括以下质量份数的原料：硅酸钠溶液50-90份，硅酸钾溶液10-40份，磷酸铝5-20份，氢氧化钾5-20份，氢氧化钠0.1-20份。
所述的粉料促进剂包括以下质量份数的原料：硅灰50-90份，氧化钙5-20份，氧化钛2-20份，氧化锆2-20份，氧化锌1-10份，氧化钇1-10份，石墨0.1-2份。
所述的一种CO2硬化无机粘结剂的硬化方式为，混砂后吹CO2硬化。
所述的液体粘结剂中的硅酸钠溶液密度为1.3-1.6g/cm3，优选为1.45-1.55g/cm3；所述的液体粘结剂中的硅酸钾溶液密度为1.2-1.5g/cm3，优选为1.35-1.45g/cm3。
所述的液体粘结剂中的硅酸钠溶液中SiO2/Na2O摩尔比为1.6至4.0，优选为2.0-2.8；所述的液体粘结剂中的硅酸钾溶液中SiO2/K2O摩尔比为1.8-3.0，优选为2.0-2.6。
所述的一种CO2硬化无机粘结剂的制备方法，所述的一种CO2硬化无机粘结剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取原料，液体粘结剂包括以下质量分数的原料：硅酸钠溶液50-90份，硅酸钾溶液10-40份，磷酸铝5-20份，氢氧化钾5-20份，氢氧化钠0.1-20份；粉料促进剂包括以下质量分数的原料：硅灰50-90份，氧化钙5-20份，氧化钛2-20份，氧化锆2-20份，氧化锌1-10份，氧化钇1-10份，石墨0.1-2份。
（2）制备液体粘结剂：先将硅酸钠溶液、硅酸钾溶液和氢氧化钠加入到容器中进行搅拌，对容器中的液体加热，当液体温度60-75℃时，加入磷酸铝，继续加热，当液体温度达到95-105℃时，保持温度30-90分钟，冷却至30℃时，加入氢氧化钾，继续搅拌，待液体冷却至室温，即制得液体粘结剂。
（3）制备粉料促进剂：将硅灰、氧化钙、氧化钛、氧化锆、氧化钙、氧化钇、石墨搅拌均匀，即制得粉料促进剂。
（4）由液体粘结剂和粉料促进剂混合制成一种CO2硬化无机粘结剂，其中液体粘结剂与粉料促进剂的质量份数比为液体粘结剂：粉料促进剂=100:20-60。
表1是一种CO2硬化无机粘结剂各项性能参数及与现有技术中的CO2硬化水玻璃、和呋喃树脂砂的对比，型砂为50/100目的大林标准砂。表中型砂强度是按照GB/T 2684-2009标准要求的方法测得。
表1 型砂性能参数的对比
注：残留强度为Φ50mm的圆柱试样，其值为抗压强度值。
所述的一种CO2硬化无机粘结剂使用性能优良，残留强度很低，能够满足铸造使用要求，可替代有机树脂粘结剂进行铸造生产应用。
实施例一
所述的一种CO2硬化无机粘结剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取原料：液体粘结剂包括质量分数的原料：硅酸钠溶液60份，硅酸钾溶液20份，磷酸铝10份，氢氧化钾7份，氢氧化钠3份；粉料促进剂包括以下质量分数的原料：硅灰75份，氧化钙10份，氧化钛5份，氧化锆5份，氧化锌2.5份，氧化钇2份，石墨0.5份。
（2）制备液体粘结剂：先将硅酸钠溶液、硅酸钾溶液和氢氧化钠加入到容器中进行搅拌，对容器中的液体加热，当液体温度60-75℃时，加入磷酸铝，继续加热，当液体温度达到95-105℃时，保持温度60分钟，冷却至30℃时，加入氢氧化钾，继续搅拌，待液体冷却至室温，即制得液体粘结剂。
（3）制备粉料促进剂：将硅灰、氧化钙、氧化钛、氧化锆、氧化钙、氧化钇、石墨搅拌均匀，即制得粉料促进剂。
（4）由液体粘结剂100份和粉料促进剂40份混合制成一种CO2硬化无机粘结剂。
实施例二
所述的一种CO2硬化无机粘结剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取原料：液体粘结剂包括质量分数的原料：硅酸钠溶液50份，硅酸钾溶液20份，磷酸铝15份，氢氧化钾12份，氢氧化钠3份；粉料促进剂包括以下质量分数的原料：硅灰55份，氧化钙20份，氧化钛10份，氧化锆7份，氧化锌5.5份，氧化钇2.4份，石墨0.1份。
（2）制备液体粘结剂：先将硅酸钠溶液、硅酸钾溶液和氢氧化钠加入到容器中进行搅拌，对容器中的液体加热，当液体温度60-75℃时，加入磷酸铝，继续加热，当液体温度达到95-105℃时，保持温度30分钟，冷却至30℃时，加入氢氧化钾，继续搅拌，待液体冷却至室温，即制得液体粘结剂。
（3）制备粉料促进剂：将硅灰、氧化钙、氧化钛、氧化锆、氧化钙、氧化钇、石墨搅拌均匀，即制得粉料促进剂。
（4）由液体粘结剂100份和粉料促进剂20份混合制成一种CO2硬化无机粘结剂。
实施例三
所述的一种CO2硬化无机粘结剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取原料：液体粘结剂包括质量分数的原料：硅酸钠溶液70份，硅酸钾溶液10份，磷酸铝10份，氢氧化钾5份，氢氧化钠5份；粉料促进剂包括以下质量分数的原料：硅灰82.5份，氧化钙5份，氧化钛5份，氧化锆2.5份，氧化锌2.5份，氧化钇2份，石墨0.5份。
（2）制备液体粘结剂：先将硅酸钠溶液、硅酸钾溶液和氢氧化钠加入到容器中进行搅拌，对容器中的液体加热，当液体温度60-75℃时，加入磷酸铝，继续加热，当液体温度达到95-105℃时，保持温度90分钟，冷却至30℃时，加入氢氧化钾，继续搅拌，待液体冷却至室温，即制得液体粘结剂。
（3）制备粉料促进剂：将硅灰、氧化钙、氧化钛、氧化锆、氧化钙、氧化钇、石墨搅拌均匀，即制得粉料促进剂。
（4）由液体粘结剂100份和粉料促进剂20份混合制成一种CO2硬化无机粘结剂。
用实施例制备的无机粘结剂进行混砂制样试验，取100份大林标准砂，加入2份液体无机粘结剂，混砂1min，加入1份粉料促进剂，混砂1min，取出制备“8”字试样，吹CO2硬化，其性能参数如下表2。
表2 实施例性能参数
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种CO2硬化无机粘结剂，包括液体粘结剂和粉料促进剂，其特征在于：所述的液体粘结剂与粉料促进剂的质量份数比例为，液体粘结剂：粉料促进剂=100:20-60。
2.根据权利要求1所述的一种CO2硬化无机粘结剂，其特征在于：所述的液体粘结剂包括以下质量份数的原料：硅酸钠溶液50-90份，硅酸钾溶液10-40份，磷酸铝5-20份，氢氧化钾5-20份，氢氧化钠0.1-20份。
3.根据权利要求1所述的一种CO2硬化无机粘结剂，其特征在于：所述的粉料促进剂包括以下质量份数的原料：硅灰50-90份，氧化钙5-20份，氧化钛2-20份，氧化锆2-20份，氧化锌1-10份，氧化钇1-10份，石墨0.1-2份。
4.根据权利要求1-3所述的一种CO2硬化无机粘结剂，其特征在于：所述的一种CO2硬化无机粘结剂的硬化方式为，混砂后吹CO2硬化。
5.根据权利要求1-4所述的一种CO2硬化无机粘结剂，其特征在于：所述的液体粘结剂中的硅酸钠溶液密度为1.3-1.6g/cm3，优选为1.45-1.55g/cm3；所述的液体粘结剂中的硅酸钾溶液密度为1.2-1.5g/cm3，优选为1.35-1.45g/cm3。
6.根据权利要求1-5所述的一种CO2硬化无机粘结剂，其特征在于：所述的液体粘结剂中的硅酸钠溶液中SiO2/Na2O摩尔比为1.6至4.0，优选为2.0-2.8；所述的液体粘结剂中的硅酸钾溶液中SiO2/K2O摩尔比为1.8-3.0，优选为2.0-2.6。
7.根据权利要求1所述的一种CO2硬化无机粘结剂的制备方法，其特征在于：所述的一种CO2硬化无机粘结剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取原料，液体粘结剂包括以下质量分数的原料：硅酸钠溶液50-90份，硅酸钾溶液10-40份，磷酸铝5-20份，氢氧化钾5-20份，氢氧化钠0.1-20份；粉料促进剂包括以下质量分数的原料：硅灰50-90份，氧化钙5-20份，氧化钛2-20份，氧化锆2-20份，氧化锌1-10份，氧化钇1-10份，石墨0.1-2份；
（2）制备液体粘结剂：先将硅酸钠溶液、硅酸钾溶液和氢氧化钠加入到容器中进行搅拌，对容器中的液体加热，当液体温度60-75℃时，加入磷酸铝，继续加热，当液体温度达到95-105℃时，保持温度30-90分钟，冷却至30℃时，加入氢氧化钾，继续搅拌，待液体冷却至室温，即制得液体粘结剂；
（3）制备粉料促进剂：将硅灰、氧化钙、氧化钛、氧化锆、氧化钙、氧化钇、石墨搅拌均匀，即制得粉料促进剂；
（4）由液体粘结剂和粉料促进剂混合制成一种CO2硬化无机粘结剂，其中液体粘结剂与粉料促进剂的质量份数比为液体粘结剂：粉料促进剂=100:20-60。
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