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水玻璃旧砂干法再生研究

作　者: 袁礼东
导　师: 吴勇生
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 旧砂再生水玻璃旧砂干法再生工艺造型
分类号: TG221
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

就旧砂再生而言，水玻璃旧砂再生相对最为困难，废弃的旧砂为碱性，所倾倒之处寸草不生，加上我国优质石英砂资源相对短缺，如果不对水玻璃旧砂综合利用而大量废弃，就是对有限资源的极大浪费，而且造成严重的环境污染。因此，水玻璃旧砂的处理和利用已成为铸造行业通过清洁生产向绿色铸造转变需亟待解决的问题。本文针对水玻璃旧砂的性质进行了较全面的分析和研究，结合硬化膜与惰性膜的关系开展了水玻璃惰性薄膜与再生方式的相关关系的研究，然后结合旧砂再生机理有针对性的选择合适的再生方法对水玻璃旧砂进行相对不同的再生处理，对再生砂从铸造常规性能、粒貌进行评价，根据铸钢用水玻璃型（芯）砂的生产要求，对再生砂开展优化工艺实验，考量再生砂满足生产要求的程度及可行性，验证再生工艺的再生效果，其最终目的是使再生砂能全部或者部分取代新砂造型、制芯，减少旧砂排放。对水玻璃旧砂表面膜及其性质的研究表明：1)水玻璃砂吹CO₂硬化后的硬化膜由晶体和非晶体共同组成，主要由非晶态硅酸凝胶和少量的柯石英晶体（单斜晶系）、Na₂CO₃·7H₂O晶体组成；硬化膜在受热作用转化为惰性膜后，主要由非晶态硅酸凝胶和少量的SiO₂晶体（六方晶系）、Na₂SiO₃·9H₂O晶体（正交晶系）组成，可为再生方法选择提供参考依据；2)水玻璃砂烘干硬化后的硬化膜是晶体和非晶体共同组成的硬化膜，主要由Na₂SiO₃非晶体和少量的Na₂SiO₃晶体组成；硅酸盐硬化膜在受热作用后转化为硅酸盐惰性膜。对水玻璃旧砂进行三种相对不同再生处理的实验表明，搅拌加热—冲击—摩擦磨损再生实验与微波加热—冲击—摩擦磨损再生实验就再生砂氧化钠含量而言，都可降低旧砂的氧化钠含量，通过搅拌加热—冲击—摩擦磨损再生，使旧砂氧化钠含量降低70.11％，微波加热—冲击—摩擦磨损再生可使旧砂氧化钠含量降低53.6％，加热方式的不同对两者再生效果有一定的影响，由于前者加热时连续不断的搅拌使旧砂砂粒相互摩擦，在一定程度上起到了初级再生的作用，因此再生效果前者优于后者。通过正交实验表明，旧砂的加热温度是对再生效果影响较大，进一步说明了水玻璃旧砂砂粒中的石英颗粒随加热温度升高导致的膨胀与水玻璃惰性膜脆性提高、收缩的共同作用下，可提高再生效果。摩擦磨损再生可使旧砂氧化钠含量降低61.77％，因此法已达到中试生产阶段，无需加热处理，属短流程再生工艺，故旧砂再生生产线摩擦磨损再生工艺有较大的现实意义，即具有较好的可行性。考虑到通过加热方法对水玻璃就旧砂进行再生需耗能的缘故，采用摩擦磨损再生方法对水玻璃旧砂进行再生，该再生砂用于水玻璃粘结剂型（芯）砂的工艺实验的配方优化实验表明，在再生砂加入量为100％、水玻璃加入量为5％和二氧化碳吹气时间为10s的工艺条件下，型砂的抗压强度大于0.9Mpa，可达到生产的要求。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-26
  1.1 水玻璃旧砂再生的意义  11-12
  1.2 水玻璃旧砂再生的发展  12-16
    1.2.1 水玻璃旧砂再生的发展阶段  12-13
    1.2.2 国外水玻璃旧砂再生的发展  13-14
    1.2.3 我国水玻璃旧砂再生的发展  14-15
    1.2.4 水玻璃旧砂再生发展趋势  15-16
  1.3 水玻璃旧砂再生方法的工艺原理及特点  16-19
    1.3.1 干法再生  16-18
    1.3.2 湿法再生  18-19
    1.3.3 热法再生  19
    1.3.4 组合式再生  19
  1.4 水玻璃旧砂再生设备  19-25
    1.4.1 旧砂再生设备的发展  19-20
    1.4.2 气流再生设备  20
    1.4.3 机械再生设备  20-23
    1.4.4 湿法再生设备  23
    1.4.5 热法再生设备  23-24
    1.4.6 联合再生设备  24-25
  1.5 课题选题意义及内容  25-26
    1.5.1 选题意义  25
    1.5.2 研究内容  25-26
第二章水玻璃旧砂再生的理论分析  26-32
  2.1 旧砂性质  26-27
    2.1.1 旧砂一般性质  26
    2.1.2 水玻璃旧砂性质  26-27
  2.2 旧砂再生机理  27-32
    2.2.1 旧砂再生能量理论  27
    2.2.2 脱膜能的理论分析  27-28
    2.2.3 再生方法的机理与分析  28-32
第三章水玻璃旧砂分析与再生方法选择  32-67
  3.1 实验对象的确立  32
  3.2 水玻璃旧砂的砂循环情况  32-33
  3.3 再生砂的品质要求  33-35
  3.4 旧砂分析实验方案  35-46
    3.4.1 旧砂性能检测方法  35-39
    3.4.2 砂粒表面膜的分析检测方法与制样  39-46
  3.5 实验结果及讨论  46-65
    3.5.1 旧砂常规性能分析  46-52
    3.5.2 旧砂粒貌分析  52
    3.5.3 旧砂热分析  52-55
    3.5.4 砂粒硬化膜性能分析  55-60
    3.5.5 旧砂惰性膜性能分析  60-63
    3.5.6 硬化膜与惰性膜的关系  63
    3.5.7 旧砂惰性膜与再生方法的关系  63-65
  3.6 再生方法的选择  65-66
  3.7 本章小结  66-67
第四章水玻璃旧砂干法再生实验  67-89
  4.1 实验方案  67-77
    4.1.1 三种干法再生工艺流程及工艺参数设计  67-71
    4.1.2 实验所采用的主要设备  71-77
  4.2 实验结果及讨论  77-88
    4.2.1 氧化钠含量及分析  77-80
    4.2.2 再生砂表面特征分析  80-82
    4.2.3 摩擦磨损再生砂与新砂性能的比较  82-88
  4.3 本章小结  88-89
第五章摩擦磨损再生砂制备水玻璃粘结剂型(芯)砂  89-98
  5.1 型砂性能比对实验  89-92
  5.2 型砂的配方及性能优化  92-96
    5.2.1 型砂制备工艺  92
    5.2.2 配方与性能优化  92-96
  5.3 本章小结  96-98
第六章结论与建议  98-100
  6.1 结论  98-99
  6.2 建议  99-100
致谢  100-101
参考文献  101-104
附录(攻读硕士学位期间发表论文)  104

水玻璃旧砂干法再生研究

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