改善水玻璃砂抗湿性的研究

论文摘要

水玻璃作为铸造粘结剂,由于无色、无味、无毒,在混砂、造型、浇注和落砂过程中没有刺激性气体和有毒气体产生等优点,成为实现绿色铸造的首选。目前水玻璃砂存在吸湿性强、表面安定性不好等缺点,严重阻碍了它在铸造行业中的发展,给水玻璃砂造型制芯生产带来了诸多严重的问题。于是,水玻璃抗湿性差的问题引起了世界各国铸造者们的高度关注。本文结合了水泥的水化反应原理,提出了采用粉煤灰、高炉矿渣粉和硅微粉等复合改性水玻璃粘结剂以提高其抗湿性的新构想。通过对硅微粉、粉煤灰和矿渣粉以及硼砂、山梨醇、氧化铝粉对水玻璃改性的系统单因子试验和正交试验,发现硼砂的加入能够提高水玻璃砂的强度和抗湿性能,但是同时能够提高其残留强度。硅微粉的加入,由于其包覆作用对提高水玻璃砂抗湿性起了积极的作用。粉煤灰、矿渣粉的加入都能不同程度的提高水玻璃砂的24h强度和抗湿强度,而且粉煤灰和矿渣粉的同时加入,由于水化反应能大幅度提高水玻璃砂的抗湿性能和24h强度,各种非晶粉料的加入还能大大降低水玻璃砂的残留强度。本文利用均匀设计试验对各非晶改性粉料和山梨醇等进行配方设计,通过回归分析和进一步试验验证,得到各改性剂的加入比例为:粉煤灰加入量为57.3%,硅微粉加入量为24.2%,矿渣粉加入量为11.7%,氧化铝粉加入量为4.7%,山梨醇加入量为2.1%,当上述改性剂的总加入量为3.0%时,其24h抗压强度值可达2.86MPa,72h抗湿强度为2.32MPa,1000℃残留强度为0.85MPa,水玻璃砂综合性能最好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图清单
• 表格清单
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 国内外应用现状及其发展趋势
• 1.2.1 国外应用现状及其发展趋势
• 1.2.2 国内应用现状及其发展趋势
• 第二章 水玻璃砂吸湿原理及防止措施
• 2.1 硬化水玻璃中硅凝胶的结构
• 2.1.1 硅凝胶的形成
• 2.1.2 硅凝胶的内部结构
• 2.2 水玻璃砂的吸湿原理
• 2.3 水玻璃砂吸湿的防止措施
• 第三章 实验原材料及实验方法的应用
• 3.1 实验用原材料、仪器和测试方法
• 3.1.1 实验用原材料
• 3.1.2 水玻璃的改性处理及试样制备
• 3.1.3 性能测试和分析方法（含型砂力学性能和实样微区分析）
• 3.2 实验方法的选择
• 3.2.1 正交试验设计方法的应用
• 3.2.2 均匀试验设计方法的应用
• 3.2.3 本课题选用的试验方法
• 第四章 水玻璃砂抗湿性试验及其分析
• 4.1 加入有机、无机复合改性剂对水玻璃砂性能的影响
• 4.1.1 硼酸盐改性对水玻璃砂抗湿性的影响
• 4.1.2 山梨醇加入量对水玻璃砂抗湿性的影响
• 4.1.3 氧化铝加入量对水玻璃砂性能的影响
• 4.1.4 硼酸盐、山梨醇及氧化铝粉的复合改性对水玻璃砂强度性能的影响
• 4.2 各种非晶粉料改性剂对水玻璃砂性能影响的单因素试验和正交试验
• 4.2.1 水玻璃模数对水玻璃砂强度性能的影响
• 4.2.2 硅微粉加入量对高模数水玻璃砂强度性能的影响
• 4.2.3 粉煤灰加入量对高模数水玻璃砂强度性能的影响
• 4.2.4 矿渣粉加入量对高模数水玻璃砂强度性能的影响
• 4.2.5 水玻璃模数和添加各种非晶粉料改性剂对其型砂强度和抗湿性能的影响
• 4.3 水玻璃砂改性剂配方的均匀设计试验
• 4.3.1 对水玻璃砂24h强度值的配方均匀设计
• 4.3.2 对水玻璃砂72h抗湿强度的均匀设计
• 4.3.3 对改性剂加入量的单因素试验
• 4.4 水玻璃砂抗湿性试验的显微分析
• 第五章 生产性试验
• 5.1 型、芯砂的混制和造型制芯
• 5.2 水玻璃砂的造型工艺
• 结论
• 参考文献
• 致谢