第1版前言

水玻璃砂具有強(qiáng)度高、成本低、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)環(huán)境好等許多優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)50年代被引入鑄造業(yè)以來，在世界各國得到了廣泛采用。但水玻璃砂工藝的兩大難題：潰散性差、舊砂再生困難，幾十年來一直困擾著鑄造工作者。

為了解決水玻璃砂潰散性差的問題，國內(nèi)外研究者們最先想到的是研制水玻璃砂潰散劑和改性劑，不同的潰散劑或改性劑雖然對不同的鑄件有一定的作用，但都無法從根本上解決水玻璃砂潰散性差的問題。研究人員在探索中發(fā)現(xiàn)，降低型砂中水玻璃的加入量是提高水玻璃砂潰散性的最好方法。當(dāng)水玻璃加入量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）由6%～8%降至3%～4%，水玻璃砂的潰散性大大改善。為此，人們在普通CO₂硬化（水玻璃加入量6%～8%）的基礎(chǔ)上開發(fā)了粉狀硬化劑水玻璃砂（第二代水玻璃砂，水玻璃加入量5%～6%）和液態(tài)有機(jī)酯硬化和真空CO₂硬化水玻璃砂（第三代水玻璃砂，水玻璃加入量3%～4%）。人們也逐步認(rèn)識到，采用高質(zhì)量的原材料（原砂、水玻璃等）對水玻璃砂工藝的重要性。

最新的研究結(jié)果及應(yīng)用實(shí)踐表明，通過對水玻璃黏結(jié)劑進(jìn)行物理或化學(xué)改性，結(jié)合原材料的合理選配與處理，可使液態(tài)有機(jī)酯硬化水玻璃砂的水玻璃加入量進(jìn)一步降低到1.8%～3.0%，此時(shí)水玻璃砂的潰散性接近樹脂砂，基本解決了水玻璃砂的潰散性問題。這是水玻璃砂工藝及材料研究和應(yīng)用的重大進(jìn)展。

改善水玻璃砂的潰散性是水玻璃舊砂再生的前提，只有當(dāng)水玻璃舊砂塊能較容易地破碎成舊砂粒時(shí)，才使得水玻璃舊砂的真正再生回用成為可能。根據(jù)水玻璃舊砂的特點(diǎn)，可采用干法和濕法來再生水玻璃舊砂。

干法再生系統(tǒng)簡單、投資較少、再生成本低，但水玻璃舊砂的強(qiáng)吸濕性和殘留黏結(jié)劑的影響，使得普通干法再生的脫膜率低，只有5%～15%；再生砂的質(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；再生前對舊砂進(jìn)行烘干（120～200°C）處理，可使干法再生的脫膜率提高到20%～30%，但再生砂的質(zhì)量并無大的改善，仍只能做背砂使用，同時(shí)，加熱處理還增加了干法再生的工序、設(shè)備和成本。我們的研究發(fā)現(xiàn)：如將水玻璃舊砂進(jìn)行320～350°C以上的加熱，可大大消除殘留黏結(jié)劑和固化劑的影響，增加水玻璃干法再生砂的可使用時(shí)間，再生砂在加入一定量的新砂后可作單一砂循環(huán)使用。但總體上看，干法再生水玻璃舊砂由于脫膜率較低（最多為30%～40%），再生砂循環(huán)使用后殘留黏結(jié)劑和固化劑的累積使得其使用性能（強(qiáng)度、耐火度等）下降，尤其是其潰散性有惡化的趨勢，因此，循環(huán)使用時(shí)必須加入較多的新砂（20%～30%，甚至更多）。

水玻璃舊砂殘留黏結(jié)劑溶于水的特征，使得濕法再生水玻璃舊砂的效果好（脫膜率可達(dá)85%～95%），再生砂的質(zhì)量高，能基本接近新砂的性能指標(biāo)，再生砂可100%地作面砂或單一砂使用。濕法再生的關(guān)鍵是開發(fā)簡單、高效的新型濕法再生系統(tǒng)，并解決好污水的處理回用問題。由于水玻璃砂濕法再生的廢水為強(qiáng)堿性污水，污水中的主要堿性成分為NaOH，再生處理這類成分簡單的污水沒有技術(shù)上的難題，通常經(jīng)過加酸中和、凝絮、過濾等工序后，污水就可實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。

經(jīng)過多年的系統(tǒng)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，采用“水玻璃舊砂的干法回用與濕法再生”方案，可以實(shí)現(xiàn)水玻璃砂廢砂的零排放，它是最經(jīng)濟(jì)、最理想的選擇，也是水玻璃舊砂再生方法、設(shè)備、尤其是理論認(rèn)識上的重要進(jìn)展。水玻璃舊砂再生問題的徹底解決為實(shí)現(xiàn)基于水玻璃砂工藝的綠色鑄造奠定了基礎(chǔ)。

本書在簡述水玻璃砂基本原理及特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合作者十余年來在水玻璃砂材料、工藝、裝備技術(shù)研究方面的成果，系統(tǒng)全面地介紹了實(shí)用的水玻璃砂生產(chǎn)技術(shù)、水玻璃砂技術(shù)研究與應(yīng)用的最新成就及其發(fā)展趨勢，可作為鑄造行業(yè)的研究人員、水玻璃砂生產(chǎn)的技術(shù)人員和工人有價(jià)值的參考著作。

綠色清潔生產(chǎn)是21世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢，國內(nèi)外的許多專家都認(rèn)為：水玻璃砂是最有可能實(shí)現(xiàn)清潔鑄造生產(chǎn)的型砂種類。本書作為“清潔生產(chǎn)技術(shù)系列叢書”之一，將為實(shí)現(xiàn)基于水玻璃砂綠色清潔鑄造生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)。

本書的第1章、第2章、第5章、第7章、第8章由樊自田教授編著，第3章、第4章、第6章由董選普副教授編著，陸潯高級工程師參與了第4章、第5章、第6章、第7章、第8章的部分編著工作，第9章由張大付碩士和汪華芳碩士編寫。全書由樊自田教授統(tǒng)稿、整理，全國鑄造學(xué)會副理事長黃乃瑜教授對全書進(jìn)行了仔細(xì)的審閱和修改。

本書在編寫過程中，得到了華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的同仁、中國北方機(jī)車車輛工業(yè)集團(tuán)公司的有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的支持和幫助，在此一并表示衷心的感謝。對所有為本書提供資料及建議的各方人士也表示誠摯的謝意。特別感謝上海交通大學(xué)朱純熙教授對作者的指導(dǎo)和幫助。

由于作者水平有限，加之時(shí)間緊迫，難免有偏頗或錯(cuò)漏之處，懇請廣大讀者指正。

編者

于武漢