本发明专利技术公开一种水玻璃型壳硬化液滴反应装置及水玻璃型壳硬化工艺，该反应装置包括雾化器、储液罐、反应室和残液收集槽；所述储液罐的硬化剂溶液出口端通过供液管与所述雾化器的硬化剂溶液入口端流体导通，所述雾化器的硬化剂溶液雾化液滴出口端通过液滴输送管与所述反应室的硬化剂溶液雾化液滴入口端流体导通；所述反应室的硬化剂溶液残液出口端与所述残液收集槽的硬化剂溶液残液入口端流体导通；该硬化工艺是采用上述反应装置进行水玻璃型壳硬化。本发明专利技术能有效避免现有浸入法工艺中硬化剂溶液消耗量大、易污染、物理化学性质随使用频次变化、型壳硬化特性波动大、硬化剂废液排放大等问题。排放大等问题。排放大等问题。
【技术实现步骤摘要】
一种水玻璃型壳硬化液滴反应装置及水玻璃型壳硬化工艺
[0001]本专利技术涉及水玻璃型壳硬化
具体地说是一种水玻璃型壳硬化液滴反应装置及水玻璃型壳硬化工艺。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
技术实现思路
[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种低温环境适应性好的水玻璃型壳硬化液滴反应装置及水玻璃型壳硬化工艺，以解决浸入法硬化水玻璃型壳时高浓度硬化剂溶液生产型壳废品率高的问题，并解决在制壳过程中硬化剂溶液的有效浓度随使用次数的增加发生变化、硬化剂溶液易被制壳材料污染导致的水玻璃型壳的强度低、性能和质量难
以控制，以及硬化剂溶液利用率低、排放量大、造成环境污染严重的问题；同时本专利技术这种工艺能够有效提高水玻璃型壳的常温强度和焙烧强度，减小残留强度，使得型壳在较薄的厚度下即可满足“常温强度和焙烧强度”较高而“残留强度”较低的要求，实现型壳的“增强减薄”。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种水玻璃型壳硬化液滴反应装置，包括雾化器、储液罐、反应室和残液收集槽；所述储液罐的硬化剂溶液出口端通过供液管与所述雾化器的硬化剂溶液入口端流体导通，所述雾化器的硬化剂溶液雾化液滴出口端通过液滴输送管与所述反应室的硬化剂溶液雾化液滴入口端流体导通；所述反应室的硬化剂溶液残液出口端与所述残液收集槽的硬化剂溶液残液入口端流体导通；所述储液罐可以通过直接或间接形式与雾化器相连通。
[0007]上述水玻璃型壳硬化液滴反应装置，所述反应室内设置有液滴分布器和试样支架；所述试样支架固定安装在所述反应室内，蜡模试样安置在所述试样支架上；所述液滴分布器的硬化剂溶液雾化液滴入口端与所述液滴输送管的硬化剂溶液雾化液滴出口端流体导通，所述液滴分布器的硬化剂溶液雾化液滴出口端朝向所述蜡模试样；所述反应室的底壁上开设有残液排出孔，所述反应室通过所述残液排出孔与所述残液收集槽流体导通；本专利技术中的反应室为正方体、圆柱体或长方体，以及由正方体、圆柱体和长方体组合成的其它形状的反应室。
[0008]上述水玻璃型壳硬化液滴反应装置，所述液滴分布器呈喇叭口型，即所述液滴分布器的内径自其硬化剂溶液雾化液滴入口端至硬化剂溶液雾化液滴出口端逐渐增大。
[0009]上述水玻璃型壳硬化液滴反应装置，所述储液罐上开设有加液孔，所述雾化器通过供电电缆与电源电连接；所述硬化剂溶液经所述雾化器雾化后形成的雾滴的粒径为0.5～500μm，雾滴粒径越大，单位时间内与型壳表面的水玻璃涂料的接触面积增大，使得水玻璃膜的硬化速率加快，但当雾化粒径过大时，硬化速率过快，容易出现因水玻璃膜脱水收缩速率快而导致开裂，形成大尺寸裂纹，从而降低型壳强度，雾滴越小，硬化强度越高，但型壳硬化速率慢，需要硬化时间延长，导致生产率低；所述雾化器的硬化剂溶液雾化液滴出口端的雾化液滴流量为0.2～2.0L/min，所述雾化器的载气压力为0.2～1.5MPa；所述雾化器为利用高频、液力或射流原理驱动液体实现硬化剂溶液雾化的各类装置，比如雾化器为超声波雾化器、液体雾化器、喷淋器或文丘里射流器，也可以是可以实现雾化功能的其它形式的雾化器；液体雾化器可以使单液头雾化器，也可以是双液头雾化器，文丘里射流器是指利用文丘里原理制备的各种射流器。
[0010]上述水玻璃型壳硬化液滴反应装置，还包括反应室支架；所述反应室固定安装在所述反应室支架上。
[0011]一种水玻璃型壳硬化工艺，采用上述水玻璃型壳硬化液滴反应装置进行水玻璃型壳硬化，具体包括如下步骤：
[0012]步骤A：将硬化剂溶液灌装至所述储液罐中；采用水玻璃涂料对蜡模进行涂料涂挂并进行撒砂处理，撒砂处理完成后得到蜡模试样；将所述蜡模试样直接放置或悬挂于所述反应室中；硬化剂溶液可以是不饱和溶液、饱和溶液或过饱和溶液；本专利技术中，涂料涂挂和撒砂处理包括对面层、过渡层、加强层、背层及封浆层等各壳层构筑时使用的任意种类的涂料及耐火骨料；涂料涂挂形式为刷涂、浸涂、喷涂等方法施涂与蜡模或蜡模组表面；撒砂形
式为沸腾砂床、雨淋式撒砂机中撒砂或手工撒砂等；
[0013]步骤B：启动所述雾化器，所述雾化器通过所述供液管将所述储液罐中的所述硬化剂溶液泵入所述雾化器中进行雾化；
[0014]步骤C：所述硬化剂溶液经所述雾化器转化为硬化剂溶液雾化液滴，所述硬化剂溶液雾化液滴通过所述液滴输送管输送至所述反应室中，并与所述反应室内安置的所述蜡模试样表面的水玻璃涂层进行硬化反应，使所述蜡模试样表面的水玻璃涂层硬化为水玻璃型壳；反应后残留的硬化剂溶液雾化液滴沉积汇集至所述反应室底部，并流入所述残液收集槽中；硬化反应的时间可以根据水玻璃型壳的形状、尺寸、结构及层厚选择；硬化时间可通过雾化液滴发生器本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水玻璃型壳硬化液滴反应装置，其特征在于，包括雾化器(1)、储液罐(2)、反应室(5)和残液收集槽(9)；所述储液罐(2)的硬化剂溶液出口端通过供液管(12)与所述雾化器(1)的硬化剂溶液入口端流体导通，所述雾化器(1)的硬化剂溶液雾化液滴出口端通过液滴输送管(3)与所述反应室(5)的硬化剂溶液雾化液滴入口端流体导通；所述反应室(5)的硬化剂溶液残液出口端与所述残液收集槽(9)的硬化剂溶液残液入口端流体导通。2.根据权利要求1所述的水玻璃型壳硬化液滴反应装置，其特征在于，所述反应室(5)内设置有液滴分布器(4)和试样支架(7)；所述试样支架(7)固定安装在所述反应室(5)内，蜡模试样(6)安置在所述试样支架(7)上；所述液滴分布器(4)的硬化剂溶液雾化液滴入口端与所述液滴输送管(3)的硬化剂溶液雾化液滴出口端流体导通，所述液滴分布器(4)的硬化剂溶液雾化液滴出口端朝向所述蜡模试样(6)；所述反应室(5)的底壁上开设有残液排出孔(8)，所述反应室(5)通过所述残液排出孔(8)与所述残液收集槽(9)流体导通。3.根据权利要求2所述的水玻璃型壳硬化液滴反应装置，其特征在于，所述液滴分布器(4)呈喇叭口型，即所述液滴分布器(4)的内径自其硬化剂溶液雾化液滴入口端至硬化剂溶液雾化液滴出口端逐渐增大。4.根据权利要求1所述的水玻璃型壳硬化液滴反应装置，其特征在于，所述储液罐(2)上开设有加液孔(11)，所述雾化器(1)通过供电电缆(10)与电源电连接；所述硬化剂溶液经所述雾化器(1)雾化后形成的雾滴的粒径为0.5～500μm，所述雾化器(1)的硬化剂溶液雾化液滴出口端的雾化液滴流量为0.2～2.0L/min，所述雾化器(1)的载气压力为0.2～1.5MPa。5.根据权利要求1所述的水玻璃型壳硬化液滴反应装置，其特征在于，还包括反应室支架(13)；所述反应室(5)固定安装在所述反应室支架(13)上。6.一种水玻璃型壳硬化工艺，其特征在于，采用如权利要求1所述的水玻璃型壳硬化液滴反应装置进行水玻璃型壳硬化，具体包括如下步骤：步骤A：将硬化剂溶液灌装至所述储液罐(2)中；采用水玻璃涂料对蜡模进行涂料涂挂并进行撒砂处理，撒砂处理完成后得到蜡模试样(6)；将所述蜡模试样(6)置于所述反应室(5)中；步骤B：启动所述雾化器(1)，所述雾化器(1)通过所述供液管(12)将所述储液罐(2)中的所述硬化剂溶液泵入所述雾化器(1)中进行雾化；步骤C：所述硬化剂溶液经所述雾化器(1)转化为硬化剂溶液雾化液滴，所述硬化剂溶液雾化液滴通过所述液滴输送管(3)输送至所述反应室(5)中，并与所述反应室(5)内安置的所述蜡模试样(6)表面的水玻璃涂层进行硬化反应，使所述蜡模试样(6)表面的水玻璃涂层硬化为水玻璃型壳；反应后残留的硬化剂溶液雾化液滴沉积汇集至所述反应室(5)底部，并流入所述残液收集槽(9)中；步骤D：取出具有水玻璃型壳的所述蜡模试样(6)，重复步骤A至步骤C，在所述蜡模试样(6)上完成所有型壳壳层的硬化得到具...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘向东，田中兴，冯华，刘嘉平，张悦成，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。