CO₂水玻璃砂在我国铸钢行业中占主导地位，它在成本、效率、操作等方面比其它水玻璃砂优越。但这种砂还存在低温硬化速度慢，硬化强度低，耗气量大等问题，给厂家冬季生产带来很大麻烦。为此，本课主要是研究适用于低温时CO₂硬化水玻璃砂用的硬化工艺或硬化剂。首先，对水玻璃砂硬化机理进行分析与比较，得出水玻璃硬化过程中存在水解和脱水这两个过程。前者主要是化学硬化过程，后者是物理硬化过程，但这两个过程与温度有着密切的联系。因此，考虑采用CO₂的物理硬化租化学硬化的办法来提高水玻璃砂的硬化速度和强度。其次，确定CO₂的物理硬化方案。对预热气体、混合气体硬化和间隙式吹气等两种或多种硬化方法的复合。为此，设计了一气体加热器以及一套吹气装置系统，分别对预热与非预热的CO₂硬化，CO₂混合空气硬化，CO₂—空气间歇式硬化等硬化方法进行了试验研究。为使预热气体硬化水玻璃砂均匀，对吹气工艺，气体流量，硬化时间以及插管上小孔间距进行了系统试验，并建立了硬化层深度与气体流量、硬化时间及插管上小孔间距这几个参数间的关系式。此外，在化学硬化方面对多种硬化剂进行探索性研究，研制了一种新型水玻璃硬化剂，同时用正交试验优选了主要工艺参数和较优方案，并与硫酸亚铁促硬剂进行对比与分析。实验结果表明：设计的加热器和吹气装置系统能成功应用于实践，通过CO₂混合空气来提高水玻璃砂硬化速度的效果不佳，但采用CO₂预热硬化以及预热与非预热的CO₂—空气间歇式硬化方式不仅能提高水玻璃砂硬化速度，还节约了近一倍CO₂。在温度18℃，湿度5％RH的环境下，非预热CO₂—空气间歇式硬化的较优工艺为水玻璃的加入量为6％，间隔时间为30s；而在温度18℃，湿度5％RH的环境下，预热CO₂—空气间歇式硬化的较优工艺是水玻璃的加入量为6％，间隔时间为10s。新型硬化剂在很大程度上提高了水玻璃砂的硬化速度，在相同硬化时间内即时强度比单独吹CO₂提高了92.5％，比硫酸亚铁提高了26％，烘干强度与硫酸亚铁相差不大。不足的是其24h强度偏低，需进一步研究。最后，通过扫描电镜检测不同硬化方法得到的水玻璃砂断口形貌和水玻璃粘结膜特征，得出温度越高水玻璃膜越致密，强度也较高，但也越容易导致裂纹的产生，致使水玻璃砂硬化强度的降低。这表明对于提高水玻璃砂的硬化速度而言应选择合适的温度，在CO₂气体流量为25L／min，压力为0.15MPa的条件下，二氧化碳气体预热较好的温度为35℃。