水玻璃精铸工艺升级方案探讨与实践

蓝勇 王永华 李锐442714） （东风精密铸造有限公司制造技术研究所，十堰

摘要：针对传统水玻璃熔模精铸高污染问题，进行了工艺升级方案探讨，确认硅溶胶薄壳工艺为最佳方案，该工艺从模料、组树、制壳和蜡回收处理方面进行优化升级，彻底消除了酸雾、钠盐的污染，同时也提升了铸件品质。

关键词：水玻璃熔模精铸 污染 工艺升级 硅溶胶型壳

中图分类号：U466 文献标识码：B Doi：10.19710/j.cnki.1003-8817.20190085

1 前言

熔模铸造是一种近净成形工艺，比较适合于中小型复杂精铸件的生产。按涂料粘结剂的类型分，熔模铸造可分为水玻璃型壳、硅溶胶型壳和硅酸乙

3 2

酯型壳等 种主要工艺，其中前 种是目前国内精铸企业广泛采用的主流工艺。水玻璃粘结剂熔模铸造（简称水玻璃精铸）工艺在我国工业化应用已

60

多年的历史[1]，期间虽然在制壳材料、硬化

经有近剂及过程工艺控制方面进行了大量改进和创新，但其高污染的问题一直没有得到根本性解决。水玻璃精铸工艺环保性差主要体现在以下方面。

a.主体模料以石蜡、硬脂酸为主，使用过程容

易发生皂化反应，回收通常采用盐酸进行处理，氯化氢酸雾污染严重；模料耐热性差、强度较低导致制壳过程掉件率高，废弃模壳排放量大。

b.制壳过程的化学硬化产生大量的钠盐和氯化

氢酸雾污染，用氯化铵硬化还额外增加氨气污染。用氯化镁代替氯化铝或氯化铵作硬化剂，环保性并没有得到改善，硬化过程同样产生钠盐，焙烧过程中残留的氯化镁会分解出高腐蚀性的氯化氢气体。

c.型壳中氧化钠含量高，高温强度低，通过增加厚度保证总体强度导致制壳耐火材料消耗量大、焙烧能耗高。

d.脱蜡时采用氯化铵或盐酸补充硬化，存在氨气或氯化氢酸雾污染。

e.当前氯化铵硬化水玻璃型壳工艺已经被国家列为落后工艺，盐酸在很多地方也被禁止使用，随着环保压力的增加，传统水玻璃型壳工艺的转型或升级势在必行。

2 工艺升级方案探讨

解决水玻璃精铸工艺的高污染问题，总体上

2 1

有 个思路，第 种是主体工艺升级，即模料和硬化剂升级，采用强度高的模料和环保型硬化剂，制壳取消氯盐硬化，脱蜡和蜡处理取消氯化铵或盐

2

酸的使用，从根源上消除的产生；第 种是采用全新环保型工艺替代现有的水玻璃精铸工艺。综合

4

国内的研究，在实施层面上，目前主要有 种成熟

1。的工艺方案在应用，方案描述和对比见表

方案一为酯硬化水玻璃型壳工艺[2]，即撒砂层用有机酯进行硬化，其优点是工艺布局无大的调整、设备改造费用低，但由于半层用氯化铝硬化，脱蜡和蜡处理仍然使用氯化铵或盐酸，钠盐和氯化氢污染问题无法完全消除；模料和型壳强度低的问题也没有得到解决。

方案二为覆膜砂壳型工艺，属于工艺替代，其最大的优点是生产周期短，不足是仅适用于部分产品的生产，而且同样存在环保性差的问题。采用无机粘结剂替代树脂解决环保问题是该工艺的发展方向，目前尚未实现技术突破。

方案三为硅溶胶薄壳工艺，在工艺布局方面无需做大的调整，制壳周期和成本均优于水玻璃

型壳工艺，消除了钠盐、氯化氢气体和氨气污染，铸件质量也得到了提升。方案四为精铸行业主流硅溶胶工艺，该工艺

CT4～CT3

环保性好，铸件的尺寸精度可达到 级，表面质量均得到质的提升，不足是制壳周期长、制壳成本高，一般适合用于生产附加值较高的产品。用行业主流硅溶胶工艺替代传统水玻璃工艺，制模、制壳和脱蜡均需要重新投入设备，加上制壳周期和成本的制约，对于水玻璃精铸企业而言，完全接受该方案并不容易。

QCDE（质量、成本、

综合比较以上四种方案的交期和环保）指标，方案三（硅溶胶薄壳工艺）是水玻璃精铸工艺升级的最佳方案。

3 硅溶胶薄壳工艺应用实践

基于环保和品质提升的需要，东风精铸近年来致力于水玻璃工艺升级技术研究，从模料、组树、制壳和蜡回收处理方面进行优化升级，成功开发出了具有环保、成本和质量优势的“硅溶胶薄壳工艺”。

3.1 模料优化

模料性能控制是保障铸件品质和污染物排放量的关键环节。模料优化的主要目的是提升强度减少模组掉件率，同时提高耐热性减少蜡模的变形量。在制模设备不做大的调整前提下，模料优

2

化主要有 种方案：方案一是采用新型低分子模料，该方案适合于新建的铸造车间或工厂；方案二是对现有的石蜡-硬脂酸模料进行强化，提高其强度和耐热性。

3.1.1

新型低分子模料应用采用“石蜡+低分子聚乙烯+第三组元（复合强化剂）”的技术方案，辅以三级水煮、二级静置和一次强化的回收工艺，成功开发出新型低分子模料，

2013 10

于 年 月在安徽新工厂实现批量应用。该模

3.5 MPA，多次循环使用强度

料抗弯强度可稳定达到无衰减、模料无“渣化”，制模效率与石蜡硬脂酸持平。鉴于低分子模料混入硬脂酸后回收性能急剧下降，强度也受到很大影响，故原先使用石蜡-硬脂酸模料的车间，改用低分子模料风险很大。