一种基于多次碱液逼近法的湿型旧砂鲕化率测试方法

1.本发明属于铸造造型材料技术领域，更具体地，涉及一种基于多次碱液逼近法的湿型旧砂鲕化率测试方法。


背景技术：

2.湿型旧砂是湿型砂铸造生产中，经浇注后再生回用的型砂，其质量是影响型砂性能和铸件质量的重要因素。对于湿型旧砂，经高温作用而失效的膨润土层会紧紧粘附在砂粒表面，多次累积形成鲕化层。这层鲕化层通常不能通过机械法和湿法再生去除，而随再生回用次数增加形成逐渐增厚的鲕化层。其存在不仅影响湿压强度、透气性和紧实率等型砂性能，还会影响气孔、粘砂、砂眼等铸件缺陷的产生，导致型砂性能和铸件质量产生波动。目前国外发达国家均十分重视湿型砂鲕化率这一关键指标，且广泛在铸造生产中采用，而在我国尚未见湿型砂鲕化率检测方法及其在生产中应用的报道。
3.已有的碱液化学方法，如氢氧化钾法，测试湿型旧砂鲕化率，即使用氢氧化钾化学试剂，通过化学反应去除鲕化层，从而得到鲕化层含量的方法。但是，如果保证碱液中氢氧化钾过量，反应充分进行，也会与二氧化硅反应，对砂样产生过度腐蚀，使测试产生很大误差。国内外已报道的所有鲕化率化学测试方法，均为一次反应，无法解决上述问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于多次碱液逼近法的湿型旧砂鲕化率测试方法，通过多次少量的化学反应，逐渐去除鲕化层，保证反应程度能控制在一个合适的范围，最终测试得到准确的湿型旧砂鲕化率，解决了现有技术一次氢氧化钾反应无法测得准确的湿型旧砂鲕化率的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种基于多次碱液逼近法的湿型旧砂鲕化率测试方法，包括如下步骤：
6.(1)对待测试湿型旧砂通过预处理以去除其中的可溶于水的杂质、有机物以及金属微粒，得到预处理后的湿型旧砂；
7.(2)对干净原砂采用与步骤(1)相同的预处理方法进行预处理，得到预处理后的干净原砂作为空白对照；所述干净原砂为未经使用过且不含有鲕化层的砂样；
8.(3)将预处理后的干净原砂在碱液中加热，并使之保持沸腾状态持续若干分钟以对砂样进行适度腐蚀，反应后采用清水稀释并清洗砂粒，将残留的砂粒烘干至恒重后称重，将处理前后砂样的质量减少量记为m0；
9.(4)取与步骤(3)所述预处理后的干净原砂具有相同质量的预处理后的湿型旧砂按照步骤(3)的处理方法进行处理，即加入的碱液的量和浓度与步骤(3)处理原砂时相同，加热温度以及持续沸腾时间也相同，得到处理后残留的湿型旧砂砂粒；然后对残留的湿型旧砂砂粒按照相同的处理方法进行重复处理；
10.(5)将初始预处理后的湿型旧砂的质量记为m1，将第一次处理后的湿型旧砂的质
量记为m2，第二次处理后的湿型旧砂的质量记为m3，以此类推，得到重复处理n次分别对应残留的湿型旧砂的质量记为m2，m3，m4，
……mn-1
，mn，且n≥3；当m
n-1
与mn的差值与m0接近或相等时，认为m
n-1
对应的砂样中鲕化层接近或已经反应完全，根据公式得到样品的鲕化率w。
11.优选地，步骤(1)通过水洗、热处理以及酸洗分别去除湿型旧砂中的可溶于水的杂质、有机物以及金属微粒，得到预处理后的湿型旧砂。
12.进一步优选地，步骤(1)包括如下子步骤：
13.(1-1)对湿型旧砂反复用水清洗，至溶液无色，无肉眼可见的颗粒物，以去除湿型旧砂中可溶于水的杂质；
14.(1-2)将湿型旧砂在900℃～1000℃加热1～2小时，得到高温灼烧后的湿型旧砂，以除去湿型旧砂中的有机物；
15.(1-3)将经步骤(1-2)高温灼烧后的湿型旧砂加酸煮沸，然后用水反复冲洗，以除去湿型旧砂中的金属微粒。
16.优选地，所述碱液为氢氧化物的水溶液。
17.进一步优选地，所述碱液为氢氧化钾的水溶液和/或氢氧化钠的水溶液。
18.优选地，步骤(3)所述碱液中碱与所述预处理后的干净原砂的质量比为1.1～1.4:1，所述碱液的浓度为3.9～5.0mol/l。
19.优选地，步骤(3)加热至280～310℃，使之保持沸腾状态持续15～20分钟。
20.优选地，步骤(4)当m
n-1
与mn的差值与m0的差值的绝对值越接近于0，且观察到的絮状产物越少时，认为m
n-1
对应的砂样中鲕化层越接近反应完全。
21.优选地，步骤(4)当m
n-1
与mn的差值与m0的差值的绝对值小于或等于0.2g时，认为m
n-1
对应的砂样中鲕化层接近或已经反应完全。
22.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
23.(1)本发明提供的一种基于多次碱液逼近法的湿型旧砂鲕化率测试方法，通过对清洗干净的湿型旧砂采用碱液进行多次少量的化学反应，逐渐去除砂粒表面的鲕化层，并以干净原砂在相同条件下进行一次处理前后质量减少量作为空白对照基准，待测湿型旧砂多次处理后，其最后两次处理后残留砂粒的质量差与空白对照基准减少量接近或相同时，表示湿型旧砂表面的鲕化层反应完全，如此可准确测得湿型旧砂表面的鲕化率。
24.(2)本发明采用多次碱液逼近法，通过控制反应次数，可控制反应程度，确保不会反应不充分，也不会过度腐蚀。
25.(3)由于本发明中每次的反应量较小，且会多次反应，所以单次反应中参数控制的波动，如反应温度、反应时间的波动，对最终结果的影响会变小。本发明湿型旧砂鲕化率测试结果稳定性以及可靠性均较高。
26.(4)将水洗、灼烧、酸洗3个步骤与鲕化率测试步骤分开，可以避免旧砂中其余成分对鲕化率测试结果的影响。
附图说明
27.图1为本发明实施例1湿型旧砂鲕化率多次氢氧化钾逼近化学测试方法的流程图。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.本发明提供的一种基于多次碱液逼近法的湿型旧砂鲕化率测试方法，包括如下步骤：
30.(1)对待测试湿型旧砂通过预处理以去除其中的可溶于水的杂质、有机物以及金属微粒，得到预处理后的湿型旧砂；
31.(2)对干净原砂采用步骤(1)的预处理方法进行预处理，得到预处理后的干净原砂作为空白对照；所述干净原砂为未经使用过且不含有鲕化层的砂粒；
32.(3)将预处理后的干净原砂在碱液中加热，并使之保持沸腾状态持续若干分钟以对砂样进行适度腐蚀，反应后采用清水稀释并清洗砂粒，鲕化层与碱液反应会产生密度较小的絮状产物，与砂粒分层明显，清洗中易通过倾倒去除。将残留的砂粒烘干至恒重后称重，将处理前后砂样的质量减少量记为m0；该步骤中通过控制氢氧化钾的浓度和沸腾状态时间，控制砂样被腐蚀的程度，使得该腐蚀程度既不至于太高，导致测试精度太低，也不至于腐蚀程度太低而影响实验效率。
33.(4)取与步骤(3)所述预处理后的干净原砂具有相同质量的预处理后的湿型旧砂按照步骤(3)的处理方法进行处理，即加入的碱液的量和浓度与步骤(3)处理原砂时相同，加热温度以及持续沸腾时间也相同，得到处理后残留的湿型旧砂砂粒；然后对残留的湿型旧砂砂粒按照相同的处理方法进行重复处理；
34.(5)将初始预处理后的湿型旧砂的质量记为m1，将第一次处理后的湿型旧砂的质量记为m2，第二次处理后的湿型旧砂的质量记为m3，以此类推，得到重复处理n次分别对应残留的湿型旧砂的质量记为m2，m3，m4，
……mn-1
，mn，且n≥3；，当m
n-1
与mn的差值与m0接近或相等时，认为m
n-1
对应的砂样中鲕化层接近或已经反应完全，根据公式得到样品的鲕化率w。其中
35.w的单位是％，
36.m1是氢氧化钾反应前所取样品的质量，单位是g，
37.m
n-1
是数次反应去除鲕化层后砂的质量，单位是g。
38.一些实施例中，本发明首先对待测试湿型旧砂通过预处理以去除其中的可溶于水的杂质、有机物以及金属微粒，得到预处理后的湿型旧砂。步骤(1)将水洗、灼烧、酸洗3个步骤与鲕化率测试步骤分开，可以避免旧砂中其余成分对鲕化率测试结果的影响，一些实施例中，具体包括如下子步骤：
39.(1-1)对湿型旧砂反复用水清洗，至溶液无色，无肉眼可见的颗粒物，以去除湿型旧砂中可溶于水的杂质；
40.(1-2)将湿型旧砂在900℃～1000℃加热1～2小时，得到高温灼烧后的湿型旧砂，
以除去湿型旧砂中的有机物；
41.(1-3)将经步骤(1-2)高温灼烧后的湿型旧砂加酸煮沸，然后用水反复冲洗，以除去湿型旧砂中的金属微粒。
42.一些实施例中，步骤(1-3)采用浓度为5-7mol/l的盐酸溶液或硝酸溶液除去湿型旧砂中的金属微粒。
43.本发明采用的碱液为任意能够与湿型旧砂表面鲕化层反应而去除鲕化层的碱液种类，一些实施例中，根据反应活性选择所述碱液为氢氧化物的水溶液，包括但不限于为氢氧化钾和/或氢氧化钠的水溶液。
44.本发明以干净原砂为空白对照，对干净原砂进行一次碱液处理，由于干净原砂表面并不具有鲕化层，因此对干净原砂进行碱液处理实际是对砂粒进行腐蚀，并以干净原砂进行一次碱液处理前后质量减少量(腐蚀量)作为空白对照基准，待测湿型旧砂多次处理后，其最后两次处理后残留砂粒的质量差与空白对照砂样处理减少量接近或相同时，表示湿型旧砂表面的鲕化层反应完全，如此测得湿型旧砂表面的鲕化率。对干净原砂进行碱液处理时碱液的浓度和用量，以及反应时间，直接决定了砂粒的腐蚀程度，而这一腐蚀程度不能太高，否则影响砂样鲕化率测试精度，而这一腐蚀程度也不能太低，否则会影响鲕化率测试效率，因此，对干净原砂进行腐蚀的条件决定了鲕化率测试的精度和实验效率，需要在二者之间平衡，并根据需求来进行选择。一些实施例中，步骤(3)所述碱液中碱与所述预处理后的干净原砂的质量比为1.1～1.4，所述碱液的浓度为3.9～5.0mol/l。步骤(3)加热至280～310℃温度范围，使之保持沸腾状态持续15～20分钟。
45.本发明以干净原砂腐蚀一次质量减少量作为空白基准，当对待测试湿型旧砂进行少量多次处理后，倒数第二次处理残留砂样的质量与倒数第一次处理残留砂样的质量之差接近或等于m0，则表明倒数第二次处理后残留的砂样与空白砂样类似，砂样表面不具有鲕化层，此时可以通过采用初始的湿型旧砂质量与倒数第二次处理后残留砂样的质量作差，即可得到砂样表面的鲕化层质量，进而计算该砂样的鲕化率；而倒数第二次处理残留砂样的质量与倒数第一次处理残留砂样的质量之差越接近m0，反应产生的絮状产物越少，表明倒数第二次处理后残留砂样越接近干净原砂的状态，也表明鲕化层恰好反应完全。实际实验过程中，可根据测试效率和测量精度的需求定义最后两次残留砂粒质量差与m0的接近程度。一些实施例中，定义步骤(4)当m
n-1
与mn的差值与m0的差值绝对值小于等于0.2g时，同时几乎没有絮状产物产生，认为m
n-1
对应的砂样中鲕化层接近或已经反应完全。
46.实施例1
47.如图1所示，一种用于测试湿型旧砂鲕化率的多次氢氧化钾逼近法，包括如下步骤：
48.1、水洗，对某企业生产线旧砂样品反复加水倒水，至溶液无色透明，无肉眼可见的颗粒物。
49.2、灼烧，将水洗后的旧砂样品置于马弗炉中从室温升至900℃加热1h。
50.3、酸洗。将灼烧后的砂粒加入烧杯中，每100g砂样，向烧杯中添加6mol/l的盐酸溶液200ml。将烧杯转移到280℃的恒温加热板上将溶液煮沸30min。加热煮沸后将溶液冷却15min，加水稀释溶液，将砂样反复清洗干净。
51.4、同以上3个步骤并行进行的一组空白对照。将20g干净的原砂(记为m1)放入烧杯
中，取24g片状氢氧化钾加入烧杯中，向烧杯中加入蒸馏水100ml；然后将溶液加热至300℃，并保持沸腾状态20min。向反应后的烧杯中加入清水稀释溶液，清洗，将残留的砂粒烘干称重，将质量的减少量记为m0。
52.5、样品鲕化率测试。将20g样品(记为m1)放入烧杯中，取24g片状氢氧化钾加入烧杯中，向烧杯中加入蒸馏水100ml；然后将溶液加热至300℃，并保持沸腾状态20min。向反应后的烧杯中加入清水稀释溶液，清洗，将残留的砂粒烘干称重(记为m2)。用残留的砂粒重复上述步骤，得到质量m3，m4……mn
。当m
n-1
－mn≈m0时，认为m
n-1
已经反应完全。最后根据公式已经反应完全。最后根据公式得到样品的鲕化率，其中
53.w的单位是％，
54.m1是氢氧化钾反应前所取样品的质量，单位是g，
55.m
n-1
是数次反应去除鲕化层后砂的质量，单位是g。
56.某企业生产线旧砂为例进行了鲕化率测试，结果如表所示。
57.表1某企业生产线旧砂的鲕化率测试结果
[0058][0059]
空白对照m0＝0.4g。随着反应次数增加，反应絮状产物越来越少，同时，旧砂样品的颜色也由灰黑色逐渐变白。当反应第4次的时候，样品的质量减少量为0.3g，与空白对照相近，几乎无絮状物产生，说明反应前的砂性质已经与原砂相近。因此该实施例中n＝4，m
n-1
＝15.7g，旧砂的鲕化率测试结果为21.5％。
[0060]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于多次碱液逼近法的湿型旧砂鲕化率测试方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对待测试湿型旧砂通过预处理以去除其中的可溶于水的杂质、有机物以及金属微粒，得到预处理后的湿型旧砂；(2)对干净原砂采用与步骤(1)相同的预处理方法进行预处理，得到预处理后的干净原砂作为空白对照；所述干净原砂为未经使用过且不含有鲕化层的砂样；(3)将预处理后的干净原砂在碱液中加热，并使之保持沸腾状态持续若干分钟以对砂样进行适度腐蚀，反应后采用清水稀释并清洗砂粒，将残留的砂粒烘干至恒重后称重，将处理前后砂样的质量减少量记为m0；(4)取与步骤(3)所述预处理后的干净原砂具有相同质量的预处理后的湿型旧砂按照步骤(3)的处理方法进行处理，即加入的碱液的量和浓度与步骤(3)处理原砂时相同，加热温度以及持续沸腾时间也相同，得到处理后残留的湿型旧砂砂粒；然后对残留的湿型旧砂砂粒按照相同的处理方法进行重复处理；(5)将初始预处理后的湿型旧砂的质量记为m1，将第一次处理后的湿型旧砂的质量记为m2，第二次处理后的湿型旧砂的质量记为m3，以此类推，得到重复处理n次分别对应残留的湿型旧砂的质量记为m2，m3，m4，
……
m
n-1
，m
n
，且n≥3；当m
n-1
与m
n
的差值与m0接近或相等时，认为m
n-1
对应的砂样中鲕化层接近或已经反应完全，根据公式得到样品的鲕化率w。2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(1)通过水洗、热处理以及酸洗分别去除湿型旧砂中的可溶于水的杂质、有机物以及金属微粒，得到预处理后的湿型旧砂。3.如权利要求2所述的测试方法，其特征在于，步骤(1)包括如下子步骤：(1-1)对湿型旧砂反复用水清洗，至溶液无色，无肉眼可见的颗粒物，以去除湿型旧砂中可溶于水的杂质；(1-2)将湿型旧砂在900℃～1000℃加热1～2小时，得到高温灼烧后的湿型旧砂，以除去湿型旧砂中的有机物；(1-3)将经步骤(1-2)高温灼烧后的湿型旧砂加酸煮沸，然后用水反复冲洗，以除去湿型旧砂中的金属微粒。4.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述碱液为氢氧化物的水溶液。5.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述碱液为氢氧化钾的水溶液和/或氢氧化钠的水溶液。6.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(3)所述碱液中碱与所述预处理后的干净原砂的质量比为1.1～1.4:1，所述碱液的浓度为3.9～5.0mol/l。7.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(3)加热至280～310℃，使之保持沸腾状态持续15～20分钟。8.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(4)当m
n-1
与m
n
的差值与m0的差值的绝对值越接近于0，且观察到的絮状产物越少时，认为m
n-1
对应的砂样中鲕化层越接近反应完全。9.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(4)当m
n-1
与m
n
的差值与m0的差值的绝对值小于或等于0.2g时，认为m
n-1
对应的砂样中鲕化层接近或已经反应完全。

技术总结
本发明属于铸造造型材料技术领域，更具体地，涉及一种基于多次碱液逼近法的湿型旧砂鲕化率测试方法。通过对预处理的湿型旧砂采用碱液进行多次少量的化学反应，逐渐去除砂粒表面的鲕化层，并以干净原砂在相同条件下进行一次处理前后质量减少量作为空白对照基准，待测湿型旧砂多次处理后，其最后两次处理后残留砂粒的质量差与空白对照基准减少量接近或相同时，表示湿型旧砂表面的鲕化层接近或已经反应完全，如此可准确测得湿型旧砂表面的鲕化率。本发明采用多次碱液逼近法，通过控制反应次数，可控制反应程度，确保不会反应不充分，也不会过度腐蚀，鲕化率测试结果稳定性及可靠性均较高。高。高。


技术研发人员：万鹏 祁雨阳 殷亚军 章顺亮 周建新 李远才 计效园 沈旭
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/8