石膏型干燥工艺研究

2009年第5期倚造设各与工艺2009年10月FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGYoct.2009N5试验研究石膏型干燥工艺研究燕靳玉春(中北大学材料科学与工程学院,山西太原030051)摘要:通过微波炉和鼓风烘干箱娂干,研究石膏型的干燥规律。干燥工艺中,采用同一配比不同填料(铝靦土、石英矽)制成的实脸试样,研究微波功率和微波千燥时间对干燥效果的影响,得出石膏型的微波干燥规律。结果表明微波炉作为干燥设备更具有优越性。关键词:微波炉;石膏型干燥;干燥工艺;填料中图分类号:TG2426文献标识码:A文章编号:16746694(2009)05-0029-03Research of Gypsum-Drying TechnologyKANG Yan, JIN Yu-chunCollege of Materials Science and Engineering, North University of China, taiyuan Shanxi 030051, Chinatechnology, experimental samples made of same ratio but different fillers(quartz sand and bauxite)are used to study the influence ofmicrowave power and microwave drying time on drying effect and obtain the microwave drying law of gypsum mould. The experimentresults show microwave oven as adrying equipment has superioritKeywords: microwave oven, gypsum-drying, drying technology, filler石膏型铸造可得到轮廓清晰、表面质量好的铸的规律。件3石膏型的干燥过程为:石膏型内的水分迁移试验方法到表面(称为内扩散或湿传导),再从石膏型表面将水分转移到周围大气中(称为外扩散)冈。而石膏干1.1实验仪器与设备燥的目的就是要通过它的内扩散和外扩散,把其中HC-TP1l-5架盘药物天平;TG328A型电光分所含的全部水分迁移扩散出去。析天平;WD700(MG-5000MT)微波炉;SCl0l型鼓微波干燥的加热过程在被加热物体整个体积风电热恒温干燥箱;试样模具一副(40mm×22mmx内同时进行,升温迅速温度均匀5。微波加热利用22mm)。的是介质损耗原理,将电磁转化为热能,其能量是12实验材料与方法通过空间或媒质以电磁波的形式来传递的0。微1)实验材料:a型半水石膏1;石英粉的粒度波加热向被加热材料内部辐射微波电磁场推动其为300目,纯度为96%;铝矾土的粒度为200目等可动粒子运动,使之相互碰撞,摩擦而生热使微波级为特级。能转化成为热能,达到加热脱水干燥的目的。微2)实验方法:将a型半水石膏、填料(石英和铝波干燥过程中,温度梯度、压力梯度和传热方向都矾土)及水按照配比制取试样后,用称量恒重法检致,从而大大改善了干燥过程中的水分迁移条测石膏型试样的干燥程度。干燥时间是指石膏浆件,进一步优化了常规干燥体和水拌和起制成模样30min之后从模具取出时本试验通过研究微波功率和烘干箱温度对不间开始算起到模样的质量最后恒重为止的时间。同配比的石膏型试样的干燥时间和千燥效果的影微波炉的干燥功率选用700W,560W,420W响,将二者进行对比得出微波干燥和烘干箱干燥和中国煤化工用140℃,165℃,收稿日期09CNMH的石膏型试样,分作者简介85-),女,山西忻州人,硕士研究生,主要研究石别进行微波干燥和烘干箱干燥,比较二者的干燥效0c20095造设各与工艺00年第5期衰1试验1配比140W-15+190W-21因素填料种类加水量填料的加入量(%为石膏混合料重量)(填料石青)配比1石英粉配比2铝矾土土35406果。选用2组配比,如表1。试验2:将不同填料同一比例的石膏型试样,进行微波干燥,比较填料种类对石膏型干燥效果的影响。选用2组配比,如表2。表2试验2配比图2烘干箱干燥配比1千燥曲线因素填料种类填料的加入量减少到022%,即干燥效果越来越好。同时,曲线变(%为石膏混合料重量)(填料石膏配比3石英粉化也随着温度的升高而越陡,并且在相同的干燥时455050配比4铝矾土5050间里,含水量的减少量会随着温度的升高而增大,低温时,曲线变化平缓。这说明用烘干箱进行石膏2试验结果与分析型的干燥时,应该选取比较大的温度,干燥效果好。比较图1和图2,配比1的石膏型试样用微波21试验1的数据结果及曲线分析炉进行低功率干燥和用烘干箱进行低温干燥后的每个配比的各个干燥试验都作3次,选取平均试样含水量分别为149%和078%,所用时间分别值作为试验结果绘制出干燥曲线。为130min和90min,此时烘干箱的干燥效果好一1)配比1的试样干燥曲线些。用微波炉进行高功率干燥和用烘干箱进行高温(1)微波干燥配比1的试样干燥曲线如图1。干燥后的试样含水量分别为0.29%和0.2%,所用时间均为70min,二者的干燥效果近似。由上述对◆280W420W560W一图1、图2的分析可知,用微波炉和烘干箱进行干燥,应当首选高功率或高温。这时,干燥箱的功率恒定为4000W,而微波炉最大功率才700W,在干燥时间相同的基础上,微波炉干燥热效率高,比较节省能源,经济效益要远远大于用千燥箱干燥,所以在石膏型干燥时应优先选用微波炉干燥。801001201402)配比2的试样干燥曲线(1)微波干燥配比2的试样干燥曲线如图3。图1微波干燥配比1干燥曲线由图1的干燥曲线可知,配比1的石膏型试样→280W鲁420W→560W—700W的干燥时间随着微波功率的增大而逐渐缩短,由最初的130min减少到70min。试样干燥后的含水量也随着功率的增大而逐渐减小,由最初的149%减:15少到0.29%,即干燥效果越来越好。同时,曲线变化也随着功率的增大而越陡。这说明用微波炉进行石膏型的干燥时,应该选取比较大的功率进行干燥既节省时间,干燥效果又好,(2)烘干箱干燥配比1的试样干燥曲线如图2。时间/min由图2的干燥曲线可知配比1的石膏型试样图3微波干燥配比2干燥曲线中国煤化工的干燥时间随着烘干箱温度的升高而逐渐缩短,由北2的石膏型试样最初的90mim减少到70min。试样干燥后的含水与用CNMHG试验有着同样的量也随着温度的升高而逐渐减小,由最初的078%规律302009年第5期康燕靳五春:石青型干燥工艺研究造设备与工艺|40W一-165W190W一215W→420W560W-700W305050050100150200250300图4烘干箱干燥配比2干燥曲线图6微波干燥配比4干燥曲线(2)烘干箱干燥配比2的试样干燥曲线如图4。由图4的干燥曲线可知配比2的石膏型试样3结论与用烘干箱进行干燥的配比1的试验有着同样的1)以微波炉或鼓风烘干箱作为千燥设备石膏规律。型试样的干燥时间均随着功率或温度的增大而逐比较图3和图4,配比2的石膏型试样,用微波渐缩短,试样干燥后的含水量也随着功率或温度的炉进行低功率干燥和用烘干箱进行低温干燥时烘增大而逐渐减小,干燥效果越来越好,这与填料的干箱的干燥效果好一些。用微波炉进行高功率干燥选择无关。用微波炉和烘干箱进行干燥,应当首选和用烘干箱进行高温干燥时,二者的干燥效果相差高功率或高温。较小。与图1和图2的比较类似,可得,在石膏型干2)在干燥时间相同的基础上,微波炉干燥热效燥时应优先选用微波炉干燥。率高,比较节省能源,经济效益要远远大于用干燥22试验2的数据结果及曲线分析箱干燥。同时微波干燥可方便的按照预定程序进1)微波干燥配比3的试样干燥曲线如图5行,容易实现过程自动化,所以在石膏型干燥时,微-420W一560W→700W波炉干燥更具有优越性。3)以微波炉作为干燥设备,石膏型混合料采用35同一配比的情况下,不同的填料对干燥时间和干燥0505效果有一定的影响。在本次实验中,石英砂作为石膏型填料比铝矾土作为石膏型填料所用的干燥时间节省30min,但是干燥效果分别是2.9%和1.66%。铝矾土作为石膏型填料时的干燥效果较好。150200时间/min参考文献图5微波干燥配比3千燥曲线2)微波干燥配比4的试样干燥曲线如图6。[1]韩倡仁,王薇薇周铁涛石膏型简易制模工艺的研究[门特种比较图5和图6,当石膏型混合料采用同一配铸造及有色合金,20004):27-2比即填料/石膏的比列和加水量都相同,而以石英2]郭玉印铝合金石膏型精密铸造译文集[C]北京:航空技术情和铝矾土分别作为填料,用微波炉进行低功率干燥[3]陈赖助特种冲压模具与成形技术[M]北京现代出版社,989后的试样含水量分别为29%和1.66%,所用时间[4]张东成王惠光叶荣茂石膏型的干燥焙烧过程]航天工艺分别为220mn和250min。用微波炉进行高功率1985(8):25-28.干燥后的试样含水量分别为1.73%和0.34%,所用[5]范红途刘雅琴影响微波干燥各因素的分析及实验研究[能源研究与利用,1994(2):24-28.时间均为70mn。在最初的10min干燥时间里,二(6]刘宏,刘素文,金德键微波加热及其在陶瓷材料重的应用者的失水速度都较快曲线变化较陡,在此后的时间里,各个功率下的曲线变化都较平缓。由此可知,[7中国煤化工林业大学学报,1997用微波炉进行干燥时,以铝矾土为填料的试样比以CNMHG石英为填料的试样的干燥的效果好。(下转第37页)2009年第5期倪锋何煜民魏世忠等:基于一维稳态传热的纯金属热型连铸模型化分析倚造设各与工艺液相冷却速度of Unidirectionally Solidified Sn-Zn Alloy Ingots obtained by a液相冷却速度1160R最大New Continuous Casting Procese [J]. J. Japan Inst. Metals1150实验数据来自文献8[2] Motoyasu G, Ohno A. Mechanical Properties and Structures of沿铸坯轴向的晶向指数Al-Cu Alloys Produced by Heated Mold Continuous CastingMethod (OCC)[J]. Light Metals(Japanese),1989, 39(1):38-8 0 cou>x og 10oV gi>I10[3] Motoyasu G and Ohno A. Workability and Structures of Sn-PbAlloy Solders Produced by the Heated Mold Continuous CastingMethod(OC C)[J]. J. Japan Inst. Metals,1990,54(3):3211090相冷却速度125150[4] Yamazaki H, Ohno A, Motoyasu G, Shimizu T and Soda H拉铸速度v/ mm-manCasting of Stellite Welding Rod by the Vertical OCC Process[J].图8金属铜热型连铸的结晶取向J. Japan Inst. Metals, 1993, 57(2): 190-194.线),对应于固-液界面位置处于铸型出口的情况,[5]尹占华,黎沃光,余业球热型连铸 CaINI形状记忆合金丝的因此,它确定了拉铸速度和铸型温度的上限。另性能研究[材料工程,2004(5):26-29[6]丁雨田,陈字,许广济,等.热型连铸A-1%Si线材的研究条是G2=0的线,对应于“热型”连铸和“冷型”连铸[J热加工工艺,2004(4):17~18.的分界线。热型连铸必须在G>0条件下进行。h0[7]SoH, Motoyasu G, Mclean a, Bagheri S D and Perovic D D.和G=0两条线的交点确定了热型连铸拉铸速度的Continuous casting of unidirectionally solidified copper rod[J].上限,代入(6)式可得最大拉铸速度为:nt. J. Cast Metals Res, 1996(9): 37-44[8] Soda H, Mclean A, Wang Z and Motoyasu G Pilot-scale Casting2(7-7)Ln中C(T-)+L(13)of Single-crystal Copper Wires by the Ohno Continuous CastingProcess[J]Jourmal of Materials Science, 1995(30):5438-54483结论McLean. Continuously Cast Zinc Single Crystal Wires and their根据热型连铸一维稳态传热模型及其分析解al Properties[J]. Materials Transactions, 1999, 40(5)377-380可以计算出纯金属铸坯固-液界面前沿液相的温度[10] Motoyasu G, Kadowaki H, Soda H, MeLean A. The characteris-梯度和冷却速度,绘制出全面反映铸型温度、拉铸tics of singde crystal bismuth wires produced by the Ohno速度、固-液界面位置、温度梯度和冷却速度等工艺tinuous casting process [J]. Journal of materials science, 1999参数关系的工艺相图。计算与实验所得工艺相图相(34):3893-3899符。稳态热型连铸情况下铸坯固-液界面前沿液相[1]李炳,王鑫范新会等小直径长单品铜线材的制备热加工工艺,2005(11):19-2的冷却速度随拉铸速度的变化是非单调的,存在最(12)倪,何煤民,魏世忠等基于一维稳态传热的纯金属热型连大值,这可能是造成凝固组织和结晶取向变化复杂铸模型化分析——模型描述与参数定义[门]铸造设备研究的一个重要原因。2008(4):14-22[13] Soda H, McLean A and Motoyasu G. Studies of the Solid-liquid参考文献Interface Location during Heated Mould Continuous Casting ofMetals and Alloys[J]. International Journal of Cast Metals Re-[1] Motoyasu G, Motegi T and Ohno A. Structures and Workabilitysearch,2005,18(3):163~173(上接第31页)facturing Technology, 2006, 3-15[8】祝圣远,王国恒微波干燥原理及其应用[门]工业妒,2003,2512]史尚钊刘万生赵世玺微波加热技术在材料工程中的应用(3):42-4与进展[门耐火材料,199529(4):231-233[9] Kenkre V M. Skala L, Weiser M W Theory of microwave intera[3]杨洲段洁利微波千燥及其发展[冂粮油加工与食品机械tions in ceramic: the phenomenon of thermal runaway[J].JMater20003):5-6sci,1991(26):2483-2489[141何培正铸造材料化学M北京:机被工业出版社,1981[10]郭胜利,张宝林微波干燥技术的应用进展[河南化工中国煤化工工艺及理论[M]西2002(4):1-3.CNMHG[ll] Plaster casting process for prototyping of die casting based on [16]/pwrL灬」州:广州科技出版社,rapid tooling[J] The Intemational Joumal of Advanced Manu-2005