如何提高熔模鑄造模料的使用壽命
發(fā)布日期:2011-11-25 蘭生客服中心 瀏覽:3745
1 模料主要組元的特性
作為模料主要組元之一的蠟是指固體烷烴蠟,其分子式為CnH2n+2,其中常用的固體蠟n=24~30。烷烴蠟在室溫下是非常穩(wěn)定的,烷烴蠟在100 ℃以上會氧化,尤其在一些催化劑存在時(shí)(例如硼、鋁、鐵、鈷、鉀和鈉等金屬的鹽類),烷烴蠟的氧化反應(yīng)會自動(dòng)進(jìn)行,而且隨著溫度的升高而加劇,它的氧化過程是一種自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。烷烴蠟通過光、熱及催化劑等的引發(fā),形成烷基自由基(CnH2n+1)。烷烴蠟自由基與氧反應(yīng)形成氧化物自由基R-OO; 這種自由基又與烷烴分子R-H反應(yīng), 形成氫過氧化物R-OOH。鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)的結(jié)果使碳-碳鏈斷裂,并生成低分子量的脂肪酸、醇、二元羥酸、水等產(chǎn)物。根據(jù)烷烴蠟氧化的機(jī)理,國外有些工廠使用烷烴蠟作原料,通過錳、鐵等催化劑的作用生產(chǎn)脂肪酸及脂肪酸的酯,其反應(yīng)就是在105~120℃的溫度下進(jìn)行的。
由此說明,烷烴蠟的使用溫度應(yīng)不超過100 ℃,否則烷烴蠟會氧化并生成低分子氧化物,使模料改變原有性能。
模料中另一主要組元松香,其分子式為C20H30O20,它由85%~88%的樹脂酸,2%~5%的脂肪酸及5%~7%的中性物(非酸性組分)組成,而樹脂酸又是由多種不同的同分異構(gòu)體組成。其中樅酸型樹脂酸約占整個(gè)樹脂酸的76%~86%(因產(chǎn)地而異)。樅酸型樹脂酸具有共厄雙鍵結(jié)構(gòu),其性能最不穩(wěn)定,最易氧化,造成松香具有易氧化和易結(jié)晶的特性。
松香在大氣中即會氧化,尤其在較高溫度或呈粉末狀時(shí)更易氧化,霧狀松香粉塵的自燃點(diǎn)為130 ℃。而松香的結(jié)晶在下列條件下均會發(fā)生:(1)在加熱溫度大于155 ℃的過程中會發(fā)生同分異構(gòu)變化,改變了松香的樹脂酸組成,造成結(jié)晶的內(nèi)在因子存在;(2)松香在冷卻過程中,在105~120 ℃溫度下停留時(shí)間過長,極易產(chǎn)生結(jié)晶,并使晶粒長大;(3)水對松香結(jié)晶有特別大的影響,水的作用在于樅酸型樹脂酸分子在水柱表面定向,形成結(jié)晶條件。
松香的氧化及結(jié)晶,使松香的顏色加深、發(fā)暗、渾濁,粘度增大,失去了松香原有的性能,必然也導(dǎo)致模料品質(zhì)的惡化。
2脫蠟方法的選擇
根據(jù)對模料主要組元石蠟和松香的特性分析,可以知道使用模料應(yīng)注意的兩個(gè)問題。
(1) 模料熔化溫度不應(yīng)超過100 ℃,而且不宜在大于100 ℃的溫度下攪拌。
(2) 脫蠟方法及脫蠟溫度的選擇。
對傳熱脫蠟法和蒸氣脫蠟法兩種方法進(jìn)行比較。
我們將模殼置于一鍋內(nèi),鍋內(nèi)溫度是120 ℃。模殼熱導(dǎo)率為1.256 W/(m.K)。
計(jì)算出每秒通過模殼熱量是1.989 J。已知蠟的比熱容為2 093.4 J/(kg.K),松香的比熱容為2260.8 J/(kg.K)?梢娙绻麅H用熱傳導(dǎo)脫蠟,以120 ℃時(shí)爐子的熱量是不足以熔化模料的。高溫蒸氣脫蠟的原理是蒸氣通過模殼冷卻時(shí)釋放氣化熱使模組表面迅速受熱而熔化。
我們以通入高壓鍋中0.2 MPa的蒸氣壓來計(jì)算(0.2MPa的蒸氣壓相當(dāng)于120℃時(shí)水蒸氣的壓力)
強(qiáng)力通過模殼的蒸氣質(zhì)量同穿過陶瓷模殼壁的壓力成正比。作為最初的近似值,該壓力差可以被認(rèn)為是蠟料開始熔化時(shí)高壓鍋內(nèi)的蒸氣壓力,此時(shí)k=0.01 mL/(s.cm4),X=0.6 cm,P2-P1=0.2 MPa。
由以上兩種脫蠟方式的比較可知,在高壓蒸氣鍋中通過模殼傳遞熱量的作用是很少的,而來自蒸氣的氣化熱卻有很大的作用。經(jīng)計(jì)算說明通入0.2 MPa(約120 ℃)蒸氣的氣化熱是傳導(dǎo)熱量的40多倍,足以將模殼中的蠟脫出。
蒸氣脫蠟的優(yōu)點(diǎn)在于不需用很高溫度,這對保持模料性能有好處,可延長模料的使用壽命。
蒸氣脫蠟所需時(shí)間隨模組的大小、形狀而定,在某種程度上取決于陶瓷模殼的孔隙度,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對1kg的模組用5~10 min,3 kg的模組用10~15 min。
3模料回收
將使用過程中混入的各種雜質(zhì),如砂粒、粉塵和水分除去,應(yīng)按下列方法處理以延長模料使用壽命。
剛脫出的模料在沸騰狀態(tài)下與水相混,首先應(yīng)靜止冷卻除水,待蠟液和水分離后,將水放掉。把放去水的蠟液加熱至120 ℃以下,使模料中的水分蒸煮干凈,蠟液無水泡、無爆聲,出現(xiàn)鏡面為止。為了加快水分的蒸發(fā),可用強(qiáng)力抽風(fēng)機(jī),將蒸發(fā)的水氣抽掉。再將蠟液輸入離心式分離器,進(jìn)行離心分離處理,以除去雜質(zhì)(或者用篩網(wǎng)過濾)。然后進(jìn)入保溫槽,溫度應(yīng)不超過80 ℃,檢驗(yàn)蠟料性能合格后,則繼續(xù)使用,不合格,則加入20%~30%新料進(jìn)行調(diào)整。
這里需要特別指出,在回收模料時(shí)不應(yīng)在100 ℃以上攪拌,尤其不能帶水?dāng)嚢琛?nbsp;
4結(jié)束語
為提高模料使用壽命,應(yīng)嚴(yán)格按下述要求進(jìn)行:
(1) 模料熔化溫度不超過100 ℃,脫水時(shí)不應(yīng)超過120 ℃;
(2) 不在80 ℃以上帶水?dāng)嚢枘A稀?nbsp;
作者簡介:馬錦櫻,女,1932年出生,高級工程師,北京市81號信箱3分箱(100095)
作者單位:馬錦櫻 北京正大德技術(shù)開發(fā)中心
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