CN103831397A - 一种熔模铸造水玻璃制壳方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔模铸造水玻璃制壳方法，它包括制壳、脱蜡和型壳焙烧步骤，所述制壳步骤包含化学硬化过程，所述脱蜡和型壳焙烧步骤之间还具有残余硬化剂处理步骤；所述残余硬化剂处理步骤为脱蜡或稀盐酸浸泡补充硬化后的型壳在处理液中浸泡，所述的处理液是MHCO3或M2CO3水溶液，或MHCO3与M2CO3的混和溶液；所述M是钾或钠。　所述处理液的质量百分浓度为1%至饱和溶液，所述脱蜡后的型壳在处理液中浸泡时间为15-120分钟。这样在型壳浸泡或焙烧开始过程中，型壳中最终生成的含氯化合物均只是氯化钠或氯化钾，焙烧时不会分解释放出

Description

一种熔模铸造水玻璃制壳方法
技术领域
本发明涉及一种熔模铸造制壳方法，尤其是涉及一种熔模铸造水玻璃型壳制壳方法，属机械制造技术领域。 
背景技术
熔模铸造又称失蜡铸造，它的产品精密、复杂，接近于零件的最后形状，可不加工或很少加工就能直接使用，故熔模铸造是一种近净成形的先进工艺。 
按制壳所用的粘结剂不同，熔模铸造又可分为硅酸乙酯工艺、硅溶胶工艺和水玻璃工艺三种。其中水玻璃熔模铸造工艺虽然存在铸件质量相对较差的问题，但由于其工艺条件要求相对较低，特别是由于有原材料价廉易得，铸件成本较低的优势，所以水玻璃熔模铸造实际上是我国目前应用最广、铸件产品最多的熔模铸造工艺。据统计，我国目前一半以上的铸件是用水玻璃工艺生产的。 
水玻璃工艺型壳制壳时需用化学硬化剂，所用硬化剂均是能与水玻璃（ 
Figure 472979DEST_PATH_IMAGE001
）发生胶凝反应的化合物，目前采用的化学硬化剂一般为氯化物
Figure 596792DEST_PATH_IMAGE002
、、
Figure 106719DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 197035DEST_PATH_IMAGE005
。 
由于制壳阶段不可避免的会存在硬化剂的过量和剩余，这些残余的氯化物会在型壳焙烧阶段分解释放出氯化氢（
Figure 378618DEST_PATH_IMAGE006
）气体： 
Figure 879875DEST_PATH_IMAGE007
Figure 779698DEST_PATH_IMAGE008
Figure 408125DEST_PATH_IMAGE009
Figure 522843DEST_PATH_IMAGE010
由于HCl是一种强酸性物质，大量
Figure 883417DEST_PATH_IMAGE006
气体的释放不仅腐蚀厂房设备，而且会导致大气污染。传统熔模铸造水玻璃型壳制壳方法
Figure 332853DEST_PATH_IMAGE006
气体排放问题已越来越引起人们的关注和重视，特别是在现日渐严厉的环保政策背景下，HCl气体的排放已成为水玻璃熔模铸造行业发展和生存的一个主要制约因素。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种熔模铸造水玻璃制壳方法，它可在不影响型壳强度的前提下，避免在型壳焙烧阶段分解释放出
Figure 702655DEST_PATH_IMAGE006
气体，防止污染环境和腐蚀厂房设备。 
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种熔模铸造水玻璃制壳方法，它包括制壳、脱蜡和型壳焙烧步骤，所述制壳步骤包含化学硬化过程，所述化学硬化采用NH4Cl、AlCl3·6H2O、[Al2(OH)nCl6-n]m或MgCl2·6H2O为硬化剂，所述脱蜡和型壳焙烧步骤之间还具有残余硬化剂处理步骤； 
上述熔模铸造水玻璃制壳方法，所述脱蜡步骤后、残余硬化剂处理步骤前，还可以采用稀盐酸浸泡补充硬化步骤。
所述残余硬化剂处理步骤为脱蜡或稀盐酸浸泡补充硬化后的型壳在处理液中浸泡，所述的处理液是MHCO3或M2CO3水溶液，或MHCO3与M2CO3的混合溶液；所述M是Ｋ（钾）或Na（钠）。 
　所述处理液的质量百分浓度为1%至饱和溶液：所述脱蜡后的型壳在处理液中浸泡时间为15-120分钟。 
由于采用上述方案，型壳在处理液浸泡过程中，处理液与残余硬化剂会发生化学反应，并使型壳在焙烧阶段不会分解释放出气体。由于当M是Ｋ或Na时的反应情况完全相类同，所以下面仅以M是Na的情况来写反应式并作相应说明。 
当硬化剂是或
Figure 373042DEST_PATH_IMAGE004
时，在处理液浸泡过程中会发生以下反应： 
3NaHCO3 + AlCl3·6H2O = 3NaCl + Al(OH)3↓ + 6H2O + 3CO2
3Na2CO3 + 2AlCl3·6H2O = 6NaCl + 2Al(OH)3↓ + 3H2O + 3CO2
(6-n)NaHCO3 + Al2(OH)nCl6-n = (6-n)NaCl + 2Al(OH)3↓ + (6-n)CO2
(6-n)Na2CO3 + 2Al2(OH)nCl6-n + (6-n) H2O = (12-2n)NaCl + 4Al(OH)3↓ + (6-n)CO2
（为简洁明了，上述反应式中聚合氯化铝没有写出聚合度m，而仅是以其单体Al2(OH)nCl6-n表示。）
由于生成了Al(OH)3凝胶，所以该反应能进行的比较完全。
当硬化剂是MgCl2·6H2O时，会发生以下反应： 
2NaHCO3 + MgCl2·6H2O = 2NaCl + Mg(HCO3)2 + 6H2O
Na2CO3 + MgCl2·6H2O = 2NaCl + 2MgCO3 + 6H2O
由于MgCO3微溶于水，Mg(HCO3)2 可溶于水，所以上述二个反应在浸泡过程中进行的并不完全，但由于MgCO3和Mg(HCO3)2 的热不稳定性，在之后的型壳焙烧过程中，在MgCl2·6H2O 分解出HCl前即已分解生成MgO和Mg(OH)2，使上二反应按该方程式方向进行（型壳焙烧过程中NaHCO3也会有部分分解，但分解生成Na2CO3仍是使反应按生成MgO方向进行）。
当硬化剂是NH4Cl时，会发生以下反应： 
NaHCO3 + NH4Cl = NaCl + NH4HCO3
Na2CO3 + 2NH4Cl = 2NaCl + (NH4)2 CO3
与前几个反应不同的是，这二个反应的反应物、生成物均是可溶的，所以在浸泡过程中反应并不会完全按上二式进行。但比较各反应物、生成物的热分解温度：
NaHCO3　：50℃以上开始逐渐分解生成Na2CO3，270℃时完全分解。
NH4Cl　：＞100℃开始有部分分解。 
NH4HCO3　：30℃时开始大量分解。 
(NH4)2 CO3　：50℃开始大量分解。 
Na2CO3和NaCl的热分解温度远高于上述四种化合物。 
上述数据均查自《百度百科》中各化合物的相应条目。 
这样，在型壳焙烧初期，由于NH4HCO3和(NH4)2 CO3的分解，使反应即向生成NaCl 方向进行（如之前所述，NaHCO3的部分分解并不会改变反应生成物）。 
综上所述，由于采用了本发明的方法，在型壳浸泡或焙烧开始过程中，型壳中最终生成的含氯化合物均只是氯化钠或氯化钾，由于型壳焙烧温度通常1000℃左右，氯化钠和氯化钾在此温度下是稳定的，不会分解释放出气体，这样防止了污染环境和腐蚀厂房设备。事实上，即使在不锈钢料1700℃左右的浇铸温度下氯化钠和氯化钾也是稳定。 
特别需要补充说明的是，在处理液含有KHCO3或NaHCO3的情况下，处理液还会与型壳中的残余的水玻璃（Na2O· n SiO2）发生如下反应： 
2NaHCO3 + Na2O· n SiO2 + (nx-1) H2O = 2Na2CO3 + n SiO2· x H2O ↓ 
2KHCO3 + Na2O· n SiO2 + (nx-1) H2O = Na2CO3 + K2CO3 + n SiO2· x H2O↓ 
反应生成硅酸凝胶，起到了对型壳的补充硬化作用，能增强型壳强度。同时，在处理液含有的是Na2CO3或K2CO3的情况下，虽然起不到补充硬化作用，但这二种化合物均不会导致已生成的硅酸凝胶回溶，因此能保证型壳的强度性能不受影响。
具体实施方式
在本发明的熔模铸造水玻璃制壳方法中，制壳、脱蜡和型壳焙烧步骤，以及可能采用的稀盐酸浸泡补充硬化步骤均与现水玻璃熔模铸造技术一致。上述内容在多种文献已有公开，因此在这里不再详细描述。具体可参阅机械出版社2000年出版的《熔模铸造手册》（ISBN7-111-08174-9）第227-233页。 
本发明的制壳方法中，所述化学硬化采用
Figure 432582DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 706263DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 802395DEST_PATH_IMAGE004
或
Figure 576316DEST_PATH_IMAGE005
为硬化剂，也与现行工艺一致，本发明制壳方法的最主要的特点是：在所述脱蜡步骤和型壳焙烧步骤之间还具有残余硬化剂处理步骤；如果工艺还采用稀盐酸浸泡补充硬化步骤，则本发明的残余硬化剂处理步骤是在该补充硬化和型壳焙烧步骤之间。 
　所述残余硬化剂处理步骤是把型壳在处理液中浸泡，所述的处理液是MHCO3水溶液或M2CO3水溶液，或MHCO3和M2CO3的混合溶液；所述M是Ｋ或Na。所述处理液的质量百分浓度为1%至饱和溶液；所述型壳在处理液中浸泡时间为15-120分钟。 
　　为验证本发明的熔模铸造水玻璃制壳方法，在工厂进行了对比试验。试验的铸件产品是普通的管阀件，浇铸材料是普通碳钢。除处理液浸泡的残余硬化剂处理步骤外，其余工艺均按现常规熔模铸造水玻璃制壳方法操作。具体试验情况见下表： 
Figure 20141011761141000021
补充说明：
1、 实施例1,2,5,6,7,8型壳脱蜡后采用了用稀盐酸浸泡补充硬化步骤，另外六个试样没有采用补充硬化步骤。
2、实施例6所用处理液是NaHCO3饱和溶液，试样12是试验时在该比例下NaHCO3能溶解的最高浓度。试样7,10,12中，处理液浓度是按相应比例混合的质量（重量）百分比浓度之和。 
3、试验过程中的环境温度为20~25℃。 
试验结果：实施例1、2、3、4为对比组，型壳焙烧前未采用残余硬化剂处理，在型壳焙烧时，有有明显刺激性酸性气味； 
实施例5、6、7、8、9、10、11、12为试验组，型壳焙烧前采用残余硬化剂处理，在型壳焙烧时，未闻到明显刺激性酸性气味，表明在型壳浸泡或焙烧开始过程中，不会分解释放出气体。
另外，实施例6、7、9、10、12的残余硬化剂含有碳酸氢盐，反应生成硅酸凝胶，起到了对型壳的补充硬化作用，能增强型壳强度。 
从试验情况看，本发明的熔模铸造水玻璃制壳方法，可在不影响型壳性能的前提下，避免在型壳焙烧阶段分解释放出
Figure 976839DEST_PATH_IMAGE006
气体，达到了防止污染环境和腐蚀厂房设备的目的。 

Claims (3)

1.一种熔模铸造水玻璃型壳制壳方法，它包括制壳、脱蜡和型壳焙烧步骤，所述制壳步骤包含化学硬化过程，所述化学硬化采用AlCl3·6H2O或[Al2(OH)nCl6-n]m或NH4Cl或MgCl2·6H2O为硬化剂，其特征在于所述脱蜡和型壳焙烧步骤之间还具有残余硬化剂处理步骤；所述残余硬化剂处理步骤为脱蜡后的型壳在处理液中浸泡，所述的处理液是MHCO3水溶液或M2CO3水溶液，或MHCO3与M2CO3的混合溶液；所述M是Ｋ或Na。
2.根据权利要求1所述的熔模铸造水玻璃型壳制壳方法，其特征在于所述脱蜡步骤后、残余硬化剂处理步骤前，还采用了稀盐酸浸泡补充硬化步骤。
3.据权利要求1或2所述的熔模铸造水玻璃型壳制壳方法，其特在于所述处理液的质量百分浓度为1%至饱和溶液；所述型壳在处理液中浸泡时间为15-120分钟。
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