本技术涉及一种水玻璃型壳硬化液滴反应系统及其硬化工艺。该系统由雾化器、储液罐、反应室和残液收集槽组成,储液罐的硬化剂溶液出口与雾化器入口相连,雾化器的雾化液滴出口与反应室入口相连,反应室的残液出口与残液收集槽入口相连。该硬化工艺利用该系统进行水玻璃型壳硬化。本发明可有效减少硬化剂溶液消耗,降低污染,稳定物理化学性质,减少型壳硬化特性波动,减少废液排放。
背景技术
由于水玻璃成本低廉、无毒等优点,在熔模铸造型壳生产中常被作为粘结剂而广泛应用。目前,水玻璃型壳的硬化采用浸入法,即将蜡模涂覆涂层后,浸入硬化剂溶液中一定时间,涂层中的粘结剂与硬化剂溶液发生化学反应而获得强度。由于单一涂层型壳强度低,故工业生产中采用多层涂层及耐火粉料构成具有一定厚度的型壳。而每一壳层必需浸入硬化剂溶液中硬化后才能获得相应的强度,达到其力学及工艺性能要求。然而,当同一型壳或多批次型壳多次浸入硬化剂溶液中时,制壳材料吸收大量溶剂水会造成硬化剂溶液浓度发生变化;部分制壳材料(比如粘结剂、耐火粉料等)的脱落会污染硬化剂溶液;这些都会造成硬化剂溶液的物理化学性质随使用频次发生明显改变,从而使得硬化得到的水玻璃型壳的性能和质量难以控制。此外,硬化溶液使用一定周期后,废液无法回用,排放量大,极易造成环境污染。
水玻璃型壳的常温强度增大,其焙烧强度、残留强度均有不同程度增大,但三者的增长幅度(速率)不同(这与高温条件下的相转变密切相关)。但只要常温强度、焙烧强度的增长速率超过残留强度的增长速率,在常温强度数值、焙烧强度数值要求一定的情况下,就可相对地降低残留强度。如某中型结构铸件生产中,要求型壳常温强度不小于10.0MPa、焙烧强度不小于7.0MPa、且残留强度不大于3.0MPa,则采用传统制壳工艺(浸入法硬化),通常常温强度和焙烧强度容易达到要求,但残留强度往往超标,如果采用减小厚度的办法降低残留强度则会导致常温强度和焙烧强度不符合要求,因此传统制壳工艺(浸入法硬化)很难同时兼顾“常温强度和焙烧强度”与残留强度同时符合要求。为了使得常温强度、焙烧强度满足要求,采用传统制壳工艺制备的型壳通常具有较大的厚度,型壳厚度大不仅增加固体废弃物的排放,而且散热性较差,不利于金属铸件的快速凝固,导致铸件晶粒组织不理想,从而不利于铸件性能的提高。此外,在实际铸造生产中,一些南方企业冬季无暖气的生产车间的气温一般在-5~10℃,此温度条件下,采用浸入法制备型壳时,如果硬化剂的浓度较低,则型壳硬化反应缓慢甚至无法硬化,因此需要用高浓度硬化剂溶液进行生产,但采用高浓度硬化剂溶液生产的型壳在浸入法硬化时硬化反应快导致严重开裂,制备的型壳通常焙烧强度极低,无法满足应用要求,导致废品率高。
实现思路