CN110270659A - 一种新型硅溶胶快干薄壳及其生产工艺 - Google Patents

一种新型硅溶胶快干薄壳及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于注蜡精密铸造技术领域，具体涉及一种新型硅溶胶快干薄壳及其生产工艺。所述硅溶胶快干薄壳包括依次相连的面层、过渡层和背层；其中，所述硅溶胶快干薄壳的原料包括二氧化硅粉料和硅溶胶。所述面层的浆料包括二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述面层的浆料中二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为2.4:1，且所述二氧化硅粉料的目数为200‑320目；所述背层的浆料包括莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述背层的浆料中莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为6:4:5。本发明的目的是解决精密铸造中目前低成本造型工艺的污染问题、效率低问题、能耗较高问题。

Description

一种新型硅溶胶快干薄壳及其生产工艺
技术领域
本发明属于注蜡精密铸造技术领域，具体涉及一种新型硅溶胶快干薄壳及其生产工艺。
背景技术
国内外现状、水平和发展趋势：在目前注蜡精密铸造工艺中，有水玻璃型壳和硅溶胶型壳两种工艺。
水玻璃壳型生产工艺是采用水玻璃（泡花碱）作为粘结剂，混合普通石英粉制作浆料；使用不同颗粒度的普通石英砂作为骨料；在生产过程中，硬化需要使用氯化铵和结晶氯化铝溶液作为硬化剂；壳型通过浸泡该两种硬化剂来硬化型壳，由于酸碱反应使硬化渗透加快，生产在24小时内可以完成，但为持续强化壳型需要最少24小时的自然硬化时间后才能进入下道工序。由于水玻璃粘结剂的强度较低，壳型需要做6-7层才能保证整体强度；生产中使用氯化铵和结晶氯化铝，生产的环境较差；水玻璃浆料的表面质量也较差；使用的原材料数量也较多，造成的固废排放也大。但优点是成本低，生产效率较高（有足够的场地自然硬化的前提下），是一种低成本造型工艺。
硅溶胶壳型的生产工艺是采用硅溶胶作为粘结剂，混合锆英粉或刚玉粉制作浆料；面层使用锆英砂或刚玉砂作骨料；背层使用莫来粉和莫来砂混合硅溶胶来生产；整个工艺不采用硬化剂硬化，采用恒温恒湿环境来干燥硬化，面层一层需要最少8小时干燥时间，后续的背层每层干燥硬化时间都需要24小时；由于硅溶胶壳型强度较高，层数一般都在5层，这样总共生产时间需要5天，生产效率很低。由于全程是恒温恒湿干燥硬化，生产环境很好，对环境污染很小，固废排放也大幅减少。硅溶胶壳型生产的产品表面质量也很好；但最大的缺点是材料昂贵，生产效率低，成本很高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种新型硅溶胶快干薄壳及其生产工艺，目的是解决精密铸造中目前低成本造型工艺的污染问题、效率低问题、能耗较高问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种新型硅溶胶快干薄壳，所述硅溶胶快干薄壳包括依次相连的面层、过渡层和背层；其中，所述硅溶胶快干薄壳的原料包括二氧化硅粉料和硅溶胶。
优选地，所述面层的浆料包括二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述面层的浆料中二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为2.4:1，且所述二氧化硅粉料的目数为200-320目。
优选地，所述过渡层的浆料包括二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述过渡层的浆料中二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为1.8:1。
优选地，所述背层的浆料包括莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述背层的浆料中莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为6:4:5。
优选地，所述二氧化硅粉料的粉末颗粒呈方圆形。
一种新型硅溶胶快干薄壳的生产工艺，包括以下步骤：
（1）面层浆料的配制和制备
将二氧化硅精制粉料和硅溶胶混合并搅拌均匀；加入蒸馏水和添加剂，搅拌8小时，得到面层浆料，备用；蜡型组树浸入制备好的面层浆料中，出浆桶控浆，组树要求无死角均匀涂挂浆料；使用淋砂机均匀淋砂；后转至恒温恒湿干燥室干燥；该面层浆料的特点是可在恒温恒湿干燥室中使用风机吹风风干，但不产生裂纹，风干时间可缩短到2小时（原硅溶胶必须风干8小时以上）；另外，由于使用200-320目（粉料颗粒呈方圆形）二氧化硅精制粉料，总成本只有原硅溶胶浆料的20%。
（2）过渡层浆料的配制和制备
将二氧化硅粉料和硅溶胶混合至均匀，备用；将步骤（1）干燥后所得的组树浸入制备好的过渡层浆料中，出浆桶控浆均匀，使用淋砂机均匀淋砂；后转至恒温恒湿干燥室干燥；
（3）背层浆料的配制和制备
将莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶混合，搅拌均匀；加入蒸馏水和快干剂继续搅拌均匀，得到背层浆料，备用；将步骤（2）干燥后所得的组树浸入制备好的背层浆料中，出浆桶控浆均匀，使用淋砂机均匀淋砂；转至恒温恒湿干燥室干燥；所述背层浆料特点是可在恒温恒湿干燥室中使用风机吹风风干，但不产生裂纹；每层风干时间可缩短到3小时（原硅溶胶必须风干16小时以上）；包含面层和背层，总计五层造型所需的时间不超过20小时（原硅溶胶造型最少需要5天以上）。另外，由于背层加入了二氧化硅粉料，总成本只有原硅溶胶浆料的70%。砂料也采用二氧化硅砂料，砂料成本降低了60%以上。整体成本和水玻璃成本基本一致，可取代水玻璃造型工艺，达到国家铸造环保要求。
（4）新型硅溶胶快干薄壳的制备
重复步骤（3）的沾浆、淋砂、干燥过程，完成三层背层的生产，最后最外层涂挂一层浆料直接干燥完成整个壳型的生产，得到新型硅溶胶快干薄壳。
本发明粉料的选用：面层的粉液比例≥1.8:1才能确保面层浆料的涂挂厚度和耐火度；但在使用过程中，又需要浆料有很好的流动性；要求的流动秒数（在固定检测容器中，固定的流口直径，完全流完所需的时间）35-55秒。使用方圆形颗粒状二氧化硅粉料，主要是在要获得较高的粉液比例同时不降低其流动性。由于方圆形颗粒状容易滚动，所以能确保浆料的流动性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1. 硅溶胶完全替代水玻璃，去除所有影响环境的硬化剂使用，有效的提高生产环境。
2. 本发明的工艺24小时快速硬化干燥，有效的提高生产效率。
3. 本发明减少了型壳层数，加强了型壳强度，型壳层数4层半就能达到6层的强度，满足浇注强度要求。
4. 本发明的工艺平均固废排放降低25%；能源消耗降低20%。
5. 本发明的工艺相对水玻璃工艺，直接成本基本持平，综合成本降低15%以上。
附图说明
图1为本发明一种新型硅溶胶快干薄壳的结构示意图；
附图标记说明：面层1、过渡层2、背层3。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件按照说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
如图1所示：一种新型硅溶胶快干薄壳，包括依次相连的面层1、过渡层2和背层3；其中，所述面层1的浆料包括二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述面层1的浆料中二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为2.4:1，且所述二氧化硅粉料的目数为200-320目；所述过渡层2的浆料包括二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述过渡层2的浆料中二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为1.8:1；所述背层3的浆料包括莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述背层3的浆料中莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为6:4:5；所述二氧化硅粉料的粉末颗粒呈方圆形。
一种新型硅溶胶快干薄壳的生产工艺，包括以下步骤：
一、面层1和过渡层2浆料配制及生产工艺：
面层1浆料制备：270目精制二氧化硅粉料，配比硅溶胶混合，比例为2.4:1的粉液比搅拌均匀；使用硅溶胶重量的10%蒸馏水混合万分之一的快干剂搅拌均匀，加入混料搅拌均匀的浆料中；另外，加入0.1%JFC润湿剂和0.2%消泡剂。搅拌8小时以上制备备用。使用涂片测量方法检测浆料涂层厚度0.09mm-0.1mm；使用占氏流速量杯测量流动性，要求秒速35-55秒之间。两项合格后备用。
面层1砂料：50-70目精制二氧化硅砂，要求粉尘小于0.1%；二氧化硅含量99.7%以上。
面层1生产工艺：蜡型组树浸入制备好的浆料中，出浆桶控浆，组树要求无死角均匀涂挂浆料；使用淋砂机均匀淋砂；转至恒温恒湿干燥室干燥。使用5m/s的风速加速干燥速度；两小时干燥完成。
过渡层2浆料制备：270目精制二氧化硅粉料，配比硅溶胶混合，比例为1.8:1的粉液比搅拌均匀；搅拌8小时以上制备备用。使用占氏流速量杯测量流动性，要求秒速12-16秒之间。检测合格后备用。
过渡层2砂料：40-60目精制二氧化硅砂，要求粉尘小于0.1%；二氧化硅含量99.7%以上。
过渡层2生产工艺：面层1干燥完成的组树浸入制备好的浆料中，出浆桶控浆均匀，使用淋砂机均匀淋砂；转至恒温恒湿干燥室干燥。使用5m/s的风速加速干燥速度；两小时干燥完成。总计两层的生产时间是4小时。
二、背层3浆料制备及生产工艺：
1、背层3浆料制备：使用200目莫来粉+200目精制二氧化权利硅粉料，形成6:4配比；配比硅溶胶混合，比例为2:1的粉液比搅拌均匀；使用硅溶胶重量的5%蒸馏水混合万分之一的快干剂搅拌均匀，加入混料搅拌均匀的浆料中；使用涂片测量方法检测浆料涂层厚度0.12mm-0.14mm；。检测合格后备用。
2、背层3砂料：12-30目普通二氧化硅砂，要求粉尘小于0.3%；二氧化硅含量99.5%以上。
3、背层3生产工艺：前道干燥完成的组树浸入制备好的浆料中，出浆桶控浆均匀，使用淋砂机均匀淋砂；转至恒温恒湿干燥室干燥。使用15m/s的风速加速干燥速度；四小时干燥完成。
4、重复沾浆、淋砂、干燥过程，完成三层背层3的生产，最后最外层涂挂一层浆料直接干燥完成整个壳型的生产。总计生产时间是16小时。
所述实施例1所得的产品为我司LP-17.88的拉罐产品；其中，产品重量：10.2kg；材料：WCB；外形基本尺寸：280mm*125mm*160mm；最大壁厚：42mm，最小壁厚：12mm。
实施例2
如图1所示：一种新型硅溶胶快干薄壳，包括依次相连的面层1、过渡层2和背层3；其中，所述面层1的浆料包括二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述面层1的浆料中二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为2.4:1，且所述二氧化硅粉料的目数为200-320目；所述过渡层2的浆料包括二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述过渡层2的浆料中二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为1.8:1；所述背层3的浆料包括莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述背层3的浆料中莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为6:4:5；所述二氧化硅粉料的粉末颗粒呈方圆形。
一种新型硅溶胶快干薄壳的生产工艺，包括以下步骤：
一、面层1和过渡层2浆料配制及生产工艺：
面层1浆料制备：200目精制二氧化硅粉料，配比硅溶胶混合，比例为2.4:1的粉液比搅拌均匀；使用硅溶胶重量的10%蒸馏水混合万分之一的快干剂搅拌均匀，加入混料搅拌均匀的浆料中；另外，加入0.1%JFC润湿剂和0.2%消泡剂。搅拌8小时以上制备备用。使用涂片测量方法检测浆料涂层厚度0.09mm-0.1mm；使用占氏流速量杯测量流动性，要求秒速35-55秒之间。两项合格后备用。
面层1砂料：50-70目精制二氧化硅砂，要求粉尘小于0.1%；二氧化硅含量99.7%以上。
面层1生产工艺：蜡型组树浸入制备好的浆料中，出浆桶控浆，组树要求无死角均匀涂挂浆料；使用淋砂机均匀淋砂；转至恒温恒湿干燥室干燥。使用5m/s的风速加速干燥速度；两小时干燥完成。
过渡层2浆料制备：270目精制二氧化硅粉料，配比硅溶胶混合，比例为1.8:1的粉液比搅拌均匀；搅拌8小时以上制备备用。使用占氏流速量杯测量流动性，要求秒速12-16秒之间。检测合格后备用。
过渡层2砂料：40-60目精制二氧化硅砂，要求粉尘小于0.1%；二氧化硅含量99.7%以上。
过渡层2生产工艺：面层1干燥完成的组树浸入制备好的浆料中，出浆桶控浆均匀，使用淋砂机均匀淋砂；转至恒温恒湿干燥室干燥。使用5m/s的风速加速干燥速度；两小时干燥完成。总计两层的生产时间是4小时。
二、背层3浆料制备及生产工艺：
1、背层3浆料制备：使用200目莫来粉+300目精制二氧化权利硅粉料，形成6:4配比；配比硅溶胶混合，比例为2:1的粉液比搅拌均匀；使用硅溶胶重量的5%蒸馏水混合万分之一的快干剂搅拌均匀，加入混料搅拌均匀的浆料中；使用涂片测量方法检测浆料涂层厚度0.12mm-0.14mm；。检测合格后备用。
2、背层3砂料：12-30目普通二氧化硅砂，要求粉尘小于0.3%；二氧化硅含量99.5%以上。
3、背层3生产工艺：前道干燥完成的组树浸入制备好的浆料中，出浆桶控浆均匀，使用淋砂机均匀淋砂；转至恒温恒湿干燥室干燥。使用15m/s的风速加速干燥速度；四小时干燥完成。
4、重复沾浆、淋砂、干燥过程，完成三层背层3的生产，最后最外层涂挂一层浆料直接干燥完成整个壳型的生产。总计生产时间是16小时。
实施例3
如图1所示：一种新型硅溶胶快干薄壳，包括依次相连的面层1、过渡层2和背层3；其中，所述面层1的浆料包括二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述面层1的浆料中二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为2.4:1，且所述二氧化硅粉料的目数为200-320目；所述过渡层2的浆料包括二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述过渡层2的浆料中二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为1.8:1；所述背层3的浆料包括莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述背层3的浆料中莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为6:4:5；所述二氧化硅粉料的粉末颗粒呈方圆形。
一种新型硅溶胶快干薄壳的生产工艺，包括以下步骤：
一、面层1和过渡层2浆料配制及生产工艺：
面层1浆料制备：320目精制二氧化硅粉料，配比硅溶胶混合，比例为2.4:1的粉液比搅拌均匀；使用硅溶胶重量的10%蒸馏水混合万分之一的快干剂搅拌均匀，加入混料搅拌均匀的浆料中；另外，加入0.1%JFC润湿剂和0.2%消泡剂。搅拌8小时以上制备备用。使用涂片测量方法检测浆料涂层厚度0.09mm-0.1mm；使用占氏流速量杯测量流动性，要求秒速35-55秒之间。两项合格后备用。
面层1砂料：50-70目精制二氧化硅砂，要求粉尘小于0.1%；二氧化硅含量99.7%以上。
面层1生产工艺：蜡型组树浸入制备好的浆料中，出浆桶控浆，组树要求无死角均匀涂挂浆料；使用淋砂机均匀淋砂；转至恒温恒湿干燥室干燥。使用5m/s的风速加速干燥速度；两小时干燥完成。
过渡层2浆料制备：270目精制二氧化硅粉料，配比硅溶胶混合，比例为1.8:1的粉液比搅拌均匀；搅拌8小时以上制备备用。使用占氏流速量杯测量流动性，要求秒速12-16秒之间。检测合格后备用。
过渡层2砂料：40-60目精制二氧化硅砂，要求粉尘小于0.1%；二氧化硅含量99.7%以上。
过渡层2生产工艺：面层1干燥完成的组树浸入制备好的浆料中，出浆桶控浆均匀，使用淋砂机均匀淋砂；转至恒温恒湿干燥室干燥。使用5m/s的风速加速干燥速度；两小时干燥完成。总计两层的生产时间是4小时。
二、背层3浆料制备及生产工艺：
1、背层3浆料制备：使用200目莫来粉+320目精制二氧化权利硅粉料，形成6:4配比；配比硅溶胶混合，比例为2:1的粉液比搅拌均匀；使用硅溶胶重量的5%蒸馏水混合万分之一的快干剂搅拌均匀，加入混料搅拌均匀的浆料中；使用涂片测量方法检测浆料涂层厚度0.12mm-0.14mm；。检测合格后备用。
2、背层3砂料：12-30目普通二氧化硅砂，要求粉尘小于0.3%；二氧化硅含量99.5%以上。
3、背层3生产工艺：前道干燥完成的组树浸入制备好的浆料中，出浆桶控浆均匀，使用淋砂机均匀淋砂；转至恒温恒湿干燥室干燥。使用15m/s的风速加速干燥速度；四小时干燥完成。
4、重复沾浆、淋砂、干燥过程，完成三层背层3的生产，最后最外层涂挂一层浆料直接干燥完成整个壳型的生产。总计生产时间是16小时。
本发明的生产工艺和现有技术中的生产工艺相比，具有以下优点：
1、使用颗粒为方圆形的二氧化硅粉料，在确保了涂层厚度和流动性的前提下，面层和过渡层的浆料成本只有目前传统硅溶胶工艺的15%左右。使用硅砂代替锆英砂，成本只有10%左右；由于加入了快干剂，干燥可以使用风扇加速风干，干燥效率是传统硅溶胶工艺的4倍。
2、背层浆料使用颗粒方圆形的二氧化硅粉料+莫来粉在确保了涂层厚度和流动性的前提下成本只有目前传统硅溶胶工艺的50%左右；使用硅砂代替莫来砂，成本只有40%左右；由于加入了快干剂，干燥可以使用强风加速风干，干燥效率是传统硅溶胶工艺的6倍。
3、继承了硅溶胶工艺的优点，产品的表面质量相比水玻璃有明显的提升。另外，由于硅溶胶壳型强度高，目前使用5层就可以达到水玻璃7层的强度；再加上本身的单层厚度降低，使整个壳型的总重量降低了25%以上（即原材料用量降低25%以上，固废的排放也降低25%以上）。
4、壳型重量的降低，在后续焙烧的过程中，能耗也相应的降低了20%左右。
5、硅溶胶工艺整个生产过程没有产生有毒、有害的气体以及其他排放，有效的改善了生产环境。
6、新工艺的研究发明使用，在材料和效率上的计算，已基本和水玻璃工艺持平。
综合以上，新工艺具有比传统硅溶胶工艺的成本优势；比水玻璃工艺有环保优势；比水玻璃工艺有质量优势；是替代水玻璃工艺的最具市场竞争力的工艺。
以上所述，仅是本发明较佳的实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化和修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种新型硅溶胶快干薄壳，其特征在于，所述硅溶胶快干薄壳包括依次相连的面层、过渡层和背层；其中，所述硅溶胶快干薄壳的原料包括二氧化硅粉料和硅溶胶。
2.根据权利要求1所述的一种新型硅溶胶快干薄壳，其特征在于，所述面层的浆料包括二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述面层的浆料中二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为2.4:1，且所述二氧化硅粉料的目数为200-320目。
3.根据权利要求1所述的一种新型硅溶胶快干薄壳，其特征在于，所述过渡层的浆料包括二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述过渡层的浆料中二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为1.8:1。
4.根据权利要求1所述的一种新型硅溶胶快干薄壳，其特征在于，所述背层的浆料包括莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶；其中，所述背层的浆料中莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶的质量比为6:4:5。
5.根据权利要求2或4所述的一种新型硅溶胶快干薄壳，其特征在于，所述二氧化硅粉料的粉末颗粒呈方圆形。
6.权利要求1所述的一种新型硅溶胶快干薄壳的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）面层浆料的配制和制备
将二氧化硅精制粉料和硅溶胶混合并搅拌均匀；加入蒸馏水和添加剂，搅拌8小时，得到面层浆料，备用；蜡型组树浸入制备好的面层浆料中，出浆桶控浆，组树要求无死角均匀涂挂浆料；使用淋砂机均匀淋砂；后转至恒温恒湿干燥室干燥；
（2）过渡层浆料的配制和制备
将二氧化硅粉料和硅溶胶混合至均匀，备用；将步骤（1）干燥后所得的组树浸入制备好的过渡层浆料中，出浆桶控浆均匀，使用淋砂机均匀淋砂；后转至恒温恒湿干燥室干燥；
（3）背层浆料的配制和制备
将莫来粉、二氧化硅粉料和硅溶胶混合，搅拌均匀；加入蒸馏水和快干剂继续搅拌均匀，得到背层浆料，备用；将步骤（2）干燥后所得的组树浸入制备好的背层浆料中，出浆桶控浆均匀，使用淋砂机均匀淋砂；转至恒温恒湿干燥室干燥；
（4）新型硅溶胶快干薄壳的制备
重复步骤（3）的沾浆、淋砂、干燥过程，完成三层背层的生产，最后最外层涂挂一层浆料直接干燥完成整个壳型的生产，得到新型硅溶胶快干薄壳。
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