涂料传热、传质过程与铸件缺陷控制.pdf
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1、圆园24/2现代铸铁参考文献1曹德水,裴泽辉,潘红,等.硅固溶强化球墨铸铁的生产工艺及应用J.现代铸铁,2023(2):5-8.2李鹏明,孔祥玲,王光玉,等.球墨铸铁真空泵腔体铸件的生产工艺J.现代铸铁,2023(2):1-5.3轩世成,程可飞,何帅伟,等.球墨铸铁重型辅板的消失模试制工艺J.现代铸铁,2023(3):1-4,29.(编辑:吕姗姗,E-mail:xdzt_)收稿日期:2023-11-23修订日期:2024-03-20作者简介:宋会宗(1963.8),男,河北人,博士,研究员,主要从事铸造涂料、粘结剂、型砂等造型材料的研发、生产及应用工作。涂料传热、传质过程与铸件缺陷控制宋会宗(
2、苏州兴业材料科技股份有限公司,江苏苏州215151)摘要:介绍了涂料在干燥和浇注过程中的传热、传质过程,分析了传热、传质过程对涂料的干燥、抗脉纹、防硫等作用的重要影响,指出:(1)对流+红外辐射换热具有最佳的烘干效率,对砂芯质量的影响最小;(2)涂料的导热性影响砂芯的高温强度及保持时间、硅砂相变膨胀、热应力、温差,进而影响到铸件脉纹、石墨衰退、结疤、粘砂等一系列缺陷;(3)通过特殊设计的涂料成分可以控制涂料的传热和传质过程,使涂料具有防止某种缺陷的功能。关键词:涂料;传热;传质;缺陷中图分类号:TG221文献标志码:A文章编号:员园园猿原愿猿源缘(圆园24)园2原园园51原04Heat Tra
3、nsfer,Mass Transfer Process of Coating and Casting Defect ControlSONG Hui-zong(Suzhou Xingye Material Technology Co.,Ltd.,Suzhou215151,China)Abstract:The heat and mass transfer processes of coating during drying and pouring were introduced.The important effects ofheat and mass transfer processes on
4、the drying,anti-veining,and anti-sulfur functions of coatings were analyzed.It waspointed out:(1)Convection+infrared radiation heat exchange had the best drying efficiency and the least impact on the qualityof the sand core.(2)The thermal conductivity of the coating affects the high-temperature stre
5、ngth and retention time of thesand core,the phase change expansion of silica sand,thermal stress and temperature difference.It would in turn affect a seriesof defects such as casting veins,graphite decay,scarring and sand sticking.(3)The heat and mass transfer processes of thecoating could be contro
6、lled through specially designed coating components to make coating had the ability to prevent certaindefective function.Key words:coating;heat transfer;mass transfer;defects传热是材料或介质中由温差引起的温度由高到低的热量传递,传热的过程主要受传热面积、温差大小、传热系数这 3 个因素影响,传热系数取决于传热介质的性质。传质是物质在浓度差的作用下由高浓度向低浓度方向转移的过程,传质过程主要受浓度差、温度、介质等因素的影响。铸
7、造过程中传热与传质同时存在、相互影响。传热、传质的过程及结果对铸件质量影响极大。铸造涂料在干燥及浇注过程中存在着复杂的传热与传质过程,对涂料的使用、干燥及抗粘砂、抗脉纹、防硫等作用有重要的影响。Moulding Materials51现代铸铁 圆园24/2砂芯温度空气温度空气温度基本恒定在 180 益砂芯在烘窑中停留时间=24 min砂芯温度逐渐升高至 160 益左右0242016128404080120160200时间/min(a)纯对流烘窑0408012016002420161284时间/min砂芯在烘窑中停留时间=24 min大约 8 min 达到砂芯最高温度 120 益空气和砂芯的温度
8、不变砂芯温度空气温度(b)对流+红外线烘窑图 1换热方式对涂料烘干过程的影响Fig.1The influence of heat exchange method onthe coating drying process1涂料在干燥过程中的传热与传质1.1水基涂料的烘干一般情况下,水基涂料的烘干是在烘干窑中进行。老式的密闭间歇式烘干窑干燥效率很低,往往在 200 益以上的高温下烘干 23 h,砂型(芯)也干不透。而新式热风红外干燥窑干燥效率则高得多,在 100180 益 下烘干 2540 min 即可干燥。水基涂料的干燥过程是一个复杂的传热传质过程。这个过程中水分要从涂料及砂芯表层传递到空气中,
9、水分即传质的对象,传热则是传质的手段。烘干效率的高低取决于烘干设备的换热方式及传质方式。水基涂料的干燥过程中强对流对于提高传热及传质效率非常关键。热风产生的强对流不仅可以加强高效率的对流换热,同时,可使涂料表面高浓度的湿蒸汽快速扩散到空气中,增大涂料表面和内部的水分浓度差,而浓度差是一切传质的推动力。这会大大加快水分从内部迁移到表面及空气中过程,最终实现水基涂料的快速干燥。水基涂料的干燥效率还和烘干窑的发热元器件的种类布置有关,这关系到干燥过程中的辐射换热效率。发热元件产生的红外线(波长为0.75耀1 000 滋m)越多,波长越大,换热的效率就越高。红外线干燥是利用辐射传热干燥的一种方法。红外
10、线辐射器所产生的电磁波,以光的速度直线传播到达被干燥的物料,当红外线的发射频率和被干燥物料中分子运动的固有频率(也就是红外线的发射波长和被干燥物料的吸收波长)相匹配时,引起物料中的分子强烈振动,在物料的内部发生激烈摩擦产生热而达到干燥的目的。在红外线干燥过程中,由于被干燥的物料中表面水分不断蒸发吸热,使物料表面温度降低,造成物料内部温度比表面温度高,这样使物料的热扩散方向是由内往外的。同时,由于物料内存在水分梯度而引起水分移动,总是由水分较多的内部向水分含量较小的外部进行湿扩散。所以,物料内部水分的湿扩散与热扩散方向是一致的,从而也就加速了水分内扩散的过程,也就加速了干燥的进程。红外线分为近红
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