本发明涉及化工领域，尤其是涉及铸造用水玻璃砂的吹co2硬化方法。
背景技术：
目前铸造生产中，广泛应用树脂砂制型、芯技术。人工合成树脂生产工艺复杂，成本高，而且用人工合成树脂在制芯及浇注时会释放大量有毒、有味气体，污染环境，危害工人身体健康。
而现有的无机黏结剂制型、芯，主要是铸造用水玻璃砂吹co2硬化制型、芯工艺、“vrh”法制型工艺。“vrh”法是1982年日本小林一典发明的，其过程可简述为：用水玻璃砂填充模样，形成铸型，然后将铸型放入真空室内，抽真空达到一定的真空度后，通入co2气体，保持一定时间后解除真空，铸型由于水玻璃脱水和水玻璃与co2反应双重作用而硬化。
“vrh”法存在下述问题：先抽真空，后进行co2置换，型芯砂粒间隙中20-60％空间充满co2气体，起模后这些co2残存在型内与水玻璃继续反应，发生过吹缺陷，使型、芯力学性能降低。生产应用中不得不增加水玻璃加入量，使型芯溃散性变差。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种铸造用水玻璃砂的吹co2硬化方法，该硬化方法能够去除制品内残留的co2，避免过吹引起的力学性能降低。
为了解决以上技术问题，本发明提供了以下技术方案：
铸造用水玻璃砂的吹co2硬化方法，包括下列步骤：
将待硬化的铸造用水玻璃砂的制品放入密封箱后，进行第一次抽真空至3～20kpa，然后通入吹气用co2直至压力达到20～60kpa，保压5～120秒；之后向所述密封箱通入空气直至恢复常压，再第二次抽真空至压力达到2～19kpa，保压1～120秒；然后通入空气直至恢复常压，推出所述制品。
本发明通过两次抽真空、两次保压既实现了co2硬化制品的目的，又实现了去除残留的二氧化碳的目的，避免增加水玻璃弥补过吹的不利缺陷。
在本发明中，两次抽真空的压力以及两次保压的时间以及二氧化碳吹入后的压力均为硬化的关键参数，直接影响制品的力学性能。本发明第二次抽真空后保压可达到将密封箱中二氧化碳降低至10％(相对于吹入总量)以下，甚至0.1％以下。
在本发明中，第二次抽真空后的压力和保压时间很关键，目的是尽可能抽出砂型、芯砂粒间隙中剩余的co2气体，避免co2与水玻璃继续反应，出现“过吹”问题。
在将制品放入密封箱之前其制备过程比较简单，为将原砂、铸造用水玻璃和增强剂利用混砂机混制成砂混合物，然后将砂混合物通过机械或人工方法填入模具，人工或机械振实。
在此基础上，上述硬化方法的条件还可进一步改进，具体如下。
优选地，所述通入吹气用co2后的保压时间为5～100秒，优选10～100秒，优选10～20秒。
优选地，所述通入吹气用co2直至压力达到20～40kpa，优选20～30kpa。
优选地，所述第二次抽真空至压力达到2～4kpa，优选3～4kpa。
优选地，所述第二次抽真空后的保压时间为1～20秒，优选10～20秒。
优选地，所述第一次抽真空至压力达到5～20kpa，优选5～10kpa。
优选地，所述水玻璃砂主要由以下质量百分比的原料组成：铸造用水玻璃1.2～5％、增强剂0.01～2.5％和余量为原砂。
优选地，所述水玻璃砂主要由以下质量百分比的原料组成：铸造用水玻璃1.8～3.0％、增强剂0.01～1.5％、余量为原砂。
优选地，所述水玻璃砂主要由以下质量百分比的原料组成：铸造用水玻璃1.5～4.5％、增强剂0.1～1.0％和余量为原砂。
优选地，所述水玻璃砂主要由以下质量百分比的原料组成：铸造用水玻璃1.8～2.5％、增强剂0.15～0.5％和余量为原砂。
在混合制备水玻璃砂时，原砂的加入温度优选为5～38℃，更优选12～38℃。
优选地，所述原砂为铸造用硅砂、宝珠砂、镁橄榄石砂、锆砂和铬铁矿砂中的一种或多种。
优选地，所述铸造用水玻璃为吹co2法用水玻璃、酯硬化法用水玻璃和vrh法用水玻璃中的一种或多种。
优选地，所述铸造用水玻璃模数为1.5～3.5，优选1.8～2.4。
优选地，所述增强剂为硅灰、锆质气相氧化硅、沉淀法白炭黑、热解法白炭黑和粉煤灰中的一种或多种。
优选地，所述增强剂为非结晶氧化硅。
优选地，所述吹气用co2中co2含量为50wt％以上，甚至可达到99.9999wt％。
综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：
(1)通过增加一次抽真空并优化保压时间减少了二氧化碳的残留，从而减少为弥补过吹曲线增加的水玻璃量；本发明与“vrh”硬化法比，水玻璃加入量减少30％以上；
(2)砂芯、砂型溃散性好，铸件易除砂，旧砂可再生回用；
(3)硬化过程中发气量低，与树脂制芯相比，本发明方法发气量减少90％以上，制型、芯过程无毒且无刺激性气味，可改善劳动条件，有利于环境保护。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明实施例中，密封箱为￠240mm×240mm，密封圆筒，瓶装co2通过yqtco2减压阀，lzt浮子流量计向密封箱提供co2气体，真空泵选用2xz4型旋片式真空泵，混砂机选用shy叶片式芯砂混砂机，制芯砂混合物通过人工方法填入模具进行紧实。
实施例1
密封箱为￠240mm×240mm,密封圆筒，真空泵选用2xz4型旋片式真空泵，制芯砂混合物通过人工方法填入标准“8”型模具进行紧实。
制芯混合料配比：大林水洗砂1000g，zs-2.5模数为2.4铸造用水玻璃25g、硅灰3g，加入shy叶片式芯砂混砂机混匀，将制芯砂混合物填入标准“8”型试样，人力紧实，刮平，每批打10只试样，放入密封圆筒；开动真空泵，密封圆筒内压力达到5kpa时，关闭真空泵，打开co2气阀，将co2气体通入密封圆筒内，密封圆筒内压力达到30kpa时，关闭co2气阀，保持20s，打开空气阀，使空气迅速进入密封圆筒，密封圆筒恢复常压，关闭空气阀；再次开动真空泵，密封圆筒内压力达到3kpa时，关闭真空泵，保持20s，打开空气阀，使密封圆筒恢复常压，打开密封圆筒盖，取出标准“8”型试样，开模取芯。用液压试验机检测“8”型试样抗拉强度，60s内测即时强度，取5只试样的平均值；室内放置24h后，测试样的24h强度。经检测，即时抗拉强度:0.16mpa、0.13mpa、0.14mpa、0.15mpa、0.17mpa。平均值为0.15mpa；24h后的抗拉强度：1.1mpa、1.4mpa、1.25mpa、1.3mpa、1.2mpa。平均值为抗拉强度1.25mpa。
实施例2
密封箱为￠240mm×240mm,密封圆筒，真空泵选用2xz4型旋片式真空泵，制芯砂混合物通过人工方法填入标准“8”型模具进行紧实。
制芯混合料配比：标准砂1000g，zs-2.5铸造用水玻璃25g、锆质氧化硅2g，用shy叶片式芯砂混砂机混匀，将制芯砂混合物填入标准“8”型试样，人力紧实，刮平，每批打10只试样，放入密封圆筒；开动真空泵，密封圆筒内压力达到8kpa时，关闭真空泵，打开co2气阀，将co2气体通入密封圆筒内，密封圆筒内压力达到0.03kpa时，关闭co2气阀，保持25s，打开空气阀，使空气迅速进入密封圆筒，密封圆筒恢复常压，关闭空气阀；再次开动真空泵，密封圆筒内压力达到0.004kpa时，关闭真空泵，保持10s，打开空气阀，使密封圆筒恢复常压，打开密封圆筒盖，取出标准“8”型试样，开模取芯。用液压试验机检测“8”型试样抗拉强度，60s内测即时强度，取5只试样的平均值；室内放置24h后，测试样的24h强度。经检测，即时抗拉强度:0.11mpa、0.13mpa、0.12mpa、0.14mpa、0.10mpa。平均值为0.19mpa；24h后的抗拉强度：1.2mpa、1.3mpa、1.1mpa、1.0mpa、1.20mpa。平均值为抗拉强度1.16mpa。
实施例3
密封箱为￠240mm×240mm,密封圆筒，真空泵选用2xz4型旋片式真空泵，制芯砂混合物通过人工方法填入标准“8”型模具进行紧实。
制芯混合料配比：标准砂1000g，hyt-s-106铸造用水玻璃20g、硅灰1g、锆质氧化硅1g，用实验室叶片式混砂机混匀，将制芯砂混合物填入标准“8”型试样，人力紧实，刮平，每批打10只试样，放入密封圆筒；开动真空泵，密封圆筒内压力达到0.009mpa时，关闭真空泵，打开co2气阀，将co2气体通入密封圆筒内，密封圆筒内压力达到0.03mpa时，关闭co2气阀，保持25s，打开空气阀，使空气迅速进入密封圆筒，密封圆筒恢复常压，关闭空气阀；再次开动真空泵，密封圆筒内压力达到0.004mpa时，关闭真空泵，保持10s，打开空气阀，使密封圆筒恢复常压，打开密封圆筒盖，取出标准“8”型试样，开模取芯。用液压试验机检测“8”型试样抗拉强度，60s内测即时强度，取5只试样的平均值；室内放置24h后，测试样的24h强度。经检测，即时抗拉强度:0.20mpa、0.24mpa、0.19mpa、0.25mpa、0.21mpa。平均值为0.21mpa；24h后的抗拉强度：1.5mpa、1.3mpa、1.4mpa、1.7mpa、1.6mpa。平均值为抗拉强度1.5mpa。
实施例4至7
实施例4至7除原砂品种和铸造用水玻璃加入量，增强剂加入量不同外，实施例4至7的实施方法与实施例1相同。
对比例1
密封箱为￠240mm×240mm,密封圆筒，真空泵选用2xz4型旋片式真空泵，制芯砂混合物通过人工方法填入标准“8”型模具进行紧实。
制芯混合料配比：大林水洗砂1000g，zs-2.5模数为2.4铸造用水玻璃30g、加入shy叶片式芯砂混砂机混匀，将制芯砂混合物填入标准“8”型试样，人力紧实，刮平，每批打10只试样，放入密封圆筒；开动真空泵，密封圆筒内压力达到2kpa时，关闭真空泵，打开co2气阀，将co2气体通入密封圆筒内，密封圆筒内压力达到30kpa时，关闭co2气阀，保持30s，打开空气阀，使空气迅速进入密封圆筒，使密封圆筒恢复常压，打开密封圆筒盖，取出标准“8”型试样，开模取芯。用液压试验机检测“8”型试样抗拉强度，60s内测即时强度，取5只试样的平均值；室内放置24h后，测试样的24h强度。经检测，即时抗拉强度:0.10mpa、0.12mpa、0.11mpa、0.09mpa、0.11mpa。平均值为0.10mpa；24h后的抗拉强度：1.1mpa、0.80mpa、0.9mpa、1.05mpa、1.2mpa。平均值为抗拉强度1.01mpa。
实施例1至7硬化后的芯的力学性能如表1所示。
表1
实施例8
与实施例1的区别在于通入co2后的压力不同，要吹气到压力达到20kpa，具体如下。
大林水洗砂1000g，zs-2.5模数为2.4铸造用水玻璃25g、硅灰3g，加入shy叶片式芯砂混砂机混匀，将制芯砂混合物填入标准“8”型试样，人力紧实，刮平，每批打10只试样，放入密封圆筒；开动真空泵，密封圆筒内压力达到5kpa时，关闭真空泵，打开co2气阀，将co2气体通入密封圆筒内，密封圆筒内压力达到20kpa时，关闭co2气阀，保持20s，打开空气阀，使空气迅速进入密封圆筒，密封圆筒恢复常压，关闭空气阀；再次开动真空泵，密封圆筒内压力达到3kpa时，关闭真空泵，保持20s，打开空气阀，使密封圆筒恢复常压，打开密封圆筒盖，取出标准“8”型试样，开模取芯。
实施例9
与实施例1的区别在于通入co2后的压力不同，要吹气到压力达到60kpa，具体如下。
大林水洗砂1000g，zs-2.5模数为2.4铸造用水玻璃25g、硅灰3g，加入shy叶片式芯砂混砂机混匀，将制芯砂混合物填入标准“8”型试样，人力紧实，刮平，每批打10只试样，放入密封圆筒；开动真空泵，密封圆筒内压力达到5kpa时，关闭真空泵，打开co2气阀，将co2气体通入密封圆筒内，密封圆筒内压力达到60kpa时，关闭co2气阀，保持20s，打开空气阀，使空气迅速进入密封圆筒，密封圆筒恢复常压，关闭空气阀；再次开动真空泵，密封圆筒内压力达到3kpa时，关闭真空泵，保持20s，打开空气阀，使密封圆筒恢复常压，打开密封圆筒盖，取出标准“8”型试样，开模取芯。
实施例10
与实施例1的区别在于通入co2后的保压时间不同，保压10秒，具体如下。
大林水洗砂1000g，zs-2.5模数为2.4铸造用水玻璃25g、硅灰3g，加入shy叶片式芯砂混砂机混匀，将制芯砂混合物填入标准“8”型试样，人力紧实，刮平，每批打10只试样，放入密封圆筒；开动真空泵，密封圆筒内压力达到5kpa时，关闭真空泵，打开co2气阀，将co2气体通入密封圆筒内，密封圆筒内压力达到30kpa时，关闭co2气阀，保持10s，打开空气阀，使空气迅速进入密封圆筒，密封圆筒恢复常压，关闭空气阀；再次开动真空泵，密封圆筒内压力达到3kpa时，关闭真空泵，保持20s，打开空气阀，使密封圆筒恢复常压，打开密封圆筒盖，取出标准“8”型试样，开模取芯。
实施例11
与实施例1的区别在于通入co2后的保压时间不同，保压100秒，具体如下。
大林水洗砂1000g，zs-2.5模数为2.4铸造用水玻璃25g、硅灰3g，加入shy叶片式芯砂混砂机混匀，将制芯砂混合物填入标准“8”型试样，人力紧实，刮平，每批打10只试样，放入密封圆筒；开动真空泵，密封圆筒内压力达到5kpa时，关闭真空泵，打开co2气阀，将co2气体通入密封圆筒内，密封圆筒内压力达到30kpa时，关闭co2气阀，保持100s，打开空气阀，使空气迅速进入密封圆筒，密封圆筒恢复常压，关闭空气阀；再次开动真空泵，密封圆筒内压力达到3kpa时，关闭真空泵，保持20s，打开空气阀，使密封圆筒恢复常压，打开密封圆筒盖，取出标准“8”型试样，开模取芯。
实施例12
与实施例1的区别在于最后一次抽真空后的保压时间不同，为1秒，具体如下。
大林水洗砂1000g，zs-2.5模数为2.4铸造用水玻璃25g、硅灰3g，加入shy叶片式芯砂混砂机混匀，将制芯砂混合物填入标准“8”型试样，人力紧实，刮平，每批打10只试样，放入密封圆筒；开动真空泵，密封圆筒内压力达到5kpa时，关闭真空泵，打开co2气阀，将co2气体通入密封圆筒内，密封圆筒内压力达到30kpa时，关闭co2气阀，保持20s，打开空气阀，使空气迅速进入密封圆筒，密封圆筒恢复常压，关闭空气阀；再次开动真空泵，密封圆筒内压力达到3kpa时，关闭真空泵，保持1s，打开空气阀，使密封圆筒恢复常压，打开密封圆筒盖，取出标准“8”型试样，开模取芯。
实施例13
与实施例1的区别在于最后一次抽真空后的保压时间不同，为10秒，具体如下。
大林水洗砂1000g，zs-2.5模数为2.4铸造用水玻璃25g、硅灰3g，加入shy叶片式芯砂混砂机混匀，将制芯砂混合物填入标准“8”型试样，人力紧实，刮平，每批打10只试样，放入密封圆筒；开动真空泵，密封圆筒内压力达到5kpa时，关闭真空泵，打开co2气阀，将co2气体通入密封圆筒内，密封圆筒内压力达到30kpa时，关闭co2气阀，保持20s，打开空气阀，使空气迅速进入密封圆筒，密封圆筒恢复常压，关闭空气阀；再次开动真空泵，密封圆筒内压力达到3kpa时，关闭真空泵，保持10s，打开空气阀，使密封圆筒恢复常压，打开密封圆筒盖，取出标准“8”型试样，开模取芯。
实施例8至13所得芯的抗拉强度如表2所示。
表2
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
