1.1.4 對水玻璃砂潰散性和舊砂回用的再認(rèn)識

水玻璃砂的主要缺點(diǎn)有二：潰散性差和舊砂再生回用困難。潰散性差使得鑄件的落砂清理困難；而舊砂廢棄造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。為了解決這兩大難題，鑄造工作者做了不懈的努力，取得了很大的進(jìn)展，尤其是對水玻璃砂工藝兩大難題的理論認(rèn)識有了突破。因此，離徹底解決水玻璃砂工藝的難題已為時(shí)不遠(yuǎn)。

1.對潰散性的認(rèn)識

水玻璃砂潰散性差主要體現(xiàn)在水玻璃砂的殘留強(qiáng)度高。CO₂水玻璃砂的殘留強(qiáng)度隨溫度的改變呈雙峰特性（約在200℃和800℃時(shí)殘留強(qiáng)度出現(xiàn)兩個(gè)峰值），這兩個(gè)峰值越高，水玻璃砂的潰散性越差。200℃時(shí)水玻璃砂的殘留強(qiáng)度高，是由于此溫度下硅酸凝膠和未反應(yīng)的硅酸鈉脫水強(qiáng)化的結(jié)果；800℃時(shí)硅酸鈉開始熔融出現(xiàn)液相，熔融的硅酸鈉冷卻后形成堅(jiān)固的玻璃體或晶體，因此殘留強(qiáng)度高。

水玻璃砂的殘留強(qiáng)度與水玻璃的加入量、水玻璃的模數(shù)、原砂的品質(zhì)等因素有直接的關(guān)系。水玻璃的加入量越高，模數(shù)越低，水玻璃砂的殘留強(qiáng)度越高。原砂質(zhì)量的高低，直接影響水玻璃的加入量。原砂的質(zhì)量高，達(dá)到使用要求強(qiáng)度的水玻璃加入量少，相應(yīng)的水玻璃砂的殘留強(qiáng)度也低；反之，原砂的質(zhì)量差（如含泥量高、砂粒的角形系數(shù)小等），需要加入較多的水玻璃才能達(dá)到型砂的使用要求，很自然水玻璃砂的殘留強(qiáng)度也高。實(shí)踐表明，原砂質(zhì)量對水玻璃砂的殘留強(qiáng)度高低有著重大的影響。

為了改善水玻璃砂的潰散性，人們首先想到的是往水玻璃砂中加入附加物，即潰散劑。加入糖類、樹脂類、纖維素類等有機(jī)物潰散劑，使其在200～600℃時(shí)受熱揮發(fā)、汽化或燃燒碳化，破壞水玻璃黏結(jié)劑膜的完整性，并顯著改善800℃以下水玻璃砂的潰散性。加入石灰石、氧化鐵等無機(jī)物潰散劑，形成的新產(chǎn)物在水玻璃黏結(jié)劑膜中發(fā)生相變膨脹，造成黏結(jié)劑膜的裂紋或形成脆化膜，可以降低水玻璃砂在800～1100℃的殘留強(qiáng)度。人們研究開發(fā)出了各種水玻璃砂潰散劑，但它們大多適用于某些特定的鑄件或在某些特定的溫度范圍，幾乎沒有通用的高效的潰散劑。并且，粉狀潰散劑的加入還會增加水玻璃的加入量。

水爆清砂工藝是我國解決水玻璃砂潰散性差、鑄件清理困難的另一種廣泛采用的清砂方法。水爆清砂工藝是將冷卻至500～600℃的鑄件快速放入水爆池內(nèi)，水滲入熾熱的鑄件表面后，受熱迅速汽化產(chǎn)生汽爆，使黏附于鑄件表面的水玻璃砂受爆而脫離鑄件表面，同時(shí)也使鑄件得到了很好的清理。由我國科技人員開發(fā)的水爆清砂工藝，解決了我國20世紀(jì)60年代～70年代水玻璃砂生產(chǎn)的急需，為我國當(dāng)時(shí)的社會主義建設(shè)做出了重大貢獻(xiàn)。但是，用水爆清砂工藝生產(chǎn)的鑄鋼件表面易產(chǎn)生微裂紋，它降低了鑄件的疲勞強(qiáng)度和其他力學(xué)性能，且鑄件得不到國內(nèi)外采購商的認(rèn)可。因此，20世紀(jì)90年代以后，該工藝在一些重要零件的生產(chǎn)上被禁止使用。

經(jīng)過數(shù)十年的探索，并隨著酯硬化水玻璃砂工藝、VHR法等水玻璃砂新工藝的發(fā)明與應(yīng)用，人們逐步認(rèn)識到，減少水玻璃的加入量是提高水玻璃砂潰散性最有效的方法。因?yàn)橛善胀–O₂水玻璃砂的6%～8%水玻璃加入量，到酯硬化水玻璃砂工藝和VHR法的3%～4%水玻璃加入量，至今改性酯硬化水玻璃砂的2%～3%水玻璃加入量，水玻璃砂的潰散性已得到大大改善，水玻璃砂潰散性差的難題基本得到了解決。這也是對水玻璃砂潰散性理論認(rèn)識的巨大進(jìn)步。

2.對舊砂再生回用的認(rèn)識

解決水玻璃砂的潰散性問題是實(shí)現(xiàn)水玻璃舊砂再生回用的前提，因?yàn)榕f砂再生前必須將舊砂塊破碎成砂粒。實(shí)踐表明，只有當(dāng)水玻璃的加入量降至4%以下時(shí)，水玻璃舊砂塊的破碎才較容易，才能為水玻璃舊砂的再生創(chuàng)造條件。

在水玻璃舊砂再生技術(shù)的研發(fā)方面，我國的科技人員也進(jìn)行了大量的工作。在20世紀(jì)60年代～70年代，結(jié)合水爆清砂和水力清砂工藝，我國研究人員開發(fā)了水玻璃舊砂的濕法再生設(shè)備系統(tǒng)，并進(jìn)行了大量的推廣應(yīng)用。這套濕法再生系統(tǒng)，投資較大、設(shè)備組成龐大復(fù)雜、再生脫膜率不太高（60%～70%）、污水的處理回用問題沒有得到滿意的解決。20世紀(jì)80年代～90年代，隨著酯硬化水玻璃砂新工藝開始在我國的推廣應(yīng)用，我國對水玻璃舊砂再生工藝方法及裝備的研究出現(xiàn)一個(gè)小高潮。如：郭景純等的間歇式逆流干法再生機(jī)，石光玉等的干法再生工藝及設(shè)備系統(tǒng)，肖波等的連續(xù)式逆流干法再生機(jī)，樊自田的新型濕法再生工藝及設(shè)備系統(tǒng)，朱純熙等的“化學(xué)再生”工藝方法等。以上工藝在實(shí)際中有所使用，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

根據(jù)水玻璃舊砂的特點(diǎn)，普遍認(rèn)為，可采用干法和濕法來再生。

干法再生系統(tǒng)簡單、投資較少，但由于水玻璃舊砂強(qiáng)吸濕性和殘留黏結(jié)劑的影響，使得干法再生的脫膜率低（5%～15%）、再生砂質(zhì)量較差（再生砂的強(qiáng)度較低，可使用時(shí)間短），一般只能做背砂使用。進(jìn)一步的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：再生前對舊砂進(jìn)行烘干處理，可以提高干法再生水玻璃舊砂的脫膜率（20%～30%），改善干法再生砂的性能，但是低溫加熱（120～200℃）不會使干法再生砂的性能有大的改變（還會提高干法再生砂的成本）；而高溫加熱（大于350℃）對干法再生砂的強(qiáng)度有較大的提高作用，再生砂的可使用時(shí)間也有較大的延長，但其再生成本也大為增長，再生砂循環(huán)使用后的潰散性也有較大的降低。

水玻璃舊砂殘留黏結(jié)劑溶于水的特征，使得濕法再生該類舊砂的效果好，濕法再生砂的質(zhì)量高，基本接近新砂的性能指標(biāo)，可100%作為面砂或單一砂使用；但濕法再生系統(tǒng)，除了其組成較為復(fù)雜、設(shè)備維修工作量大、濕砂需烘干、投資較大外，其污水的處理回用也是關(guān)鍵之一，該污水的處理回用雖然不存在大的技術(shù)問題，但考慮到成本及投資費(fèi)用等因素，它仍被認(rèn)為是水玻璃舊砂濕法再生推廣應(yīng)用的一個(gè)障礙。

經(jīng)過多年的認(rèn)真研究我們發(fā)現(xiàn)，將水玻璃舊砂的干法回用與濕法再生結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)“水玻璃舊砂的干法回用與濕法再生”是最經(jīng)濟(jì)、最理想的選擇。這也是水玻璃舊砂再生工藝、設(shè)備乃至理論認(rèn)識上的重要進(jìn)展。