水玻璃型壳熔模铸造制壳工艺的环保化改进

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1、水玻璃型壳熔模铸造制壳工艺的环保化改进张玉林（一汽铸造有限公司，吉林长春130062）摘要：精密铸造工艺中熔模铸造工艺是以制造质量小、精度高、结构复杂铸件见长的一种工艺。本文介绍了用水玻璃作为粘结剂的精密铸造，在制壳硬化时由氯化铵溶液向氯化铝溶液改进的实验过程及总结，氯化铵溶液挥发出氨气，具有刺激性气味，与提倡的绿色环保相违背，因此改用氯化铝硬化，没有刺激性气味，不污染环境，在试验过程中，主要遇到了硬化不充分、表面质量不良等问题。通过各项工艺试验和改进，最终实现了背层完全用氯化铝代替的目的，减轻工作环境污染，降低成本。关键词：精铸件；氯化铵；水玻璃型壳；氯化铝；

2、节能环保1前言熔模铸造又称精密铸造，其产品精密、复杂，接近于零件最后形状，可不加工或很少加工就直接使用，熔模铸造是一种近净形成形的生产工艺。传统的熔模铸造以水玻璃为粘结剂制作型壳，故称为水玻璃型壳熔模铸造，独特的优点是成本较低，生产的合金种类不受限制，在小型铸钢件、球铁件、合金钢件生产领域中得到广泛应用。笔者厂自上世纪八十年代建厂以来，从苏联引进了该生产工艺，采用悬链自动制壳线进行生产，后于2004年开发了手工制壳生产工艺，可以生产0.05～30kg的中小型熔模铸件，产品主要供应一汽解放公司，包括各种铸钢类支架、球铁类调整环等产品，如图1所示。铸件表面粗糙度达R

3、a6.3～3.2，尺寸精度CT5-CT6级，具备年产2000吨的生产能力。图1铸件产品特铸厂熔模工艺在多年的不断改进中解决了诸多的质量和成本问题，但在环保要求不断提高的形势下，现今有个突出问题一直困扰车间技术和管理人员：制壳区域的氨气浓度过高，虽然氨气无毒，但刺激呼吸道等表皮神经，一进入制壳区域，刺鼻刺眼的氨气让很多人难以承受；为此我们做了大量经验整理和实验研究工作，着重在发生源上采取针对性措施，取得了很大成效。本文主要介绍制壳工艺改进，解决了制壳氨气污染问题，同时通过这种制壳硬化工艺的改进，大幅地降低了型壳破损率，降低了成本。2工艺介绍2.1主要工艺流程（见图

4、2）2.2制壳过程介绍制壳工艺流程，如图3所示。图2工艺流程图3制壳工艺流程撒砂种类及粒度：1层：石英砂40/70目。2层：石英砂20/40目。3-5层：石英砂10/20目和高铝砂8/16目以1:1混合使用。制壳具体工艺如表1所示。表1制壳具体工艺1遍2遍3、4、5、6遍硬化水温/℃涂料粘度/s硬化前风干时间/min3025～3529～322025～3538～42无硬化时间/min1520硬化后风干时间/min3520～403氨气污染的成因和改进方法3.1氨气浓度大的原因熔模铸造中型壳的强度是产品质量基础，型壳分为表面层、过渡层和加固层，表面层决定铸件的表面质

5、量，加固层决定铸件的形状尺寸，过渡层是表面层和加固层的连接。从上面的制壳工艺介绍可以看出，采用氯化铵做硬化剂型壳取得强度依靠以下公式：Na2O.mSiO2.nH2O+2NH4Cl=mSiO2.（n-1）H2O+2NaCl+2NH3↑+2H2O产生的SiO2胶体，先从溶胶状态逐步试水过渡为冻胶，最后转变成凝胶，是决定型壳湿强度和高温强度的主要物质，但同时也产生了刺激性NH3气体。这就是氨气产生的化学过程，不只是在硬化过程中产生氨气，在制壳过程内风干以及制壳完毕的停放风干这段时间里，因型壳内还有大量水分，这个化学反应依然在进行，直至型壳彻底干燥后反应才可终结，所以氨

6、气也不断产生。基于以上氨气发生机理，对制壳厂房氨气污染作如下分析：（1）熔模铸造的制壳工艺对环境的特殊要求，使得氨气无法顺利排放。熔模铸造制壳工序对温度和湿度要求严格，最佳工艺温度是25±1℃，相对湿度50%±10%，通常采用恒温恒湿机控制，但成本相对较高。所以一般规模化生产将温度区间放大至16~32℃，湿度不做特殊控制，这就要求厂房相对封闭，特别是冬天为保温必须紧闭门窗。室内的空气循环缓慢，氨气流出通道被切断，其无法顺利排除厂房外。（2）氯化铵做熔模铸造硬化剂优点突出，应用最广泛。水玻璃型壳熔模铸造工艺在硬化剂的选择上，基本上为弱酸性的氯化盐水溶液，主要有三种

7、：氯化铵、结晶氯化铝、结晶氯化镁。氯化铵作为硬化剂材料和其他两种材料比较：从经济性上看：氯化铵货源充足、价格最低，不易潮解、运输储存方便。从工艺性上看：氯化铵溶液不粘稠，渗透硬化效果最好，硬化和风干速度最快，一般三分钟内即可完成基本硬化过程，所以等待时间少。而且硬化效果对硬化水温、硬化时间最不敏感，工艺参数范围较宽且容易控制。从产品质量控制上看，型壳强度适中，缺陷最少。而且参数检测指标少，只需每周检测氯化铵含量两次、每月检测氯化钠含量一次即可。以上氯化铵硬化剂的突出优点，在表面层制壳中基本无可替代，使其在上世纪应用最广泛，技术和操作人员已经对这种材料形成了依赖的

8、思维习惯。图4、图5为氯