2009年第5期倚造設各與工藝2009年10月FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGYoct.2009N5試驗研究石膏型干燥工藝研究燕靳玉春(中北大學材料科學與工程學院,山西太原030051)摘要:通過微波爐和鼓風烘干箱娂干,研究石膏型的干燥規(guī)律。干燥工藝中,采用同一配比不同填料(鋁靦土、石英矽)制成的實臉試樣,研究微波功率和微波千燥時間對干燥效果的影響,得出石膏型的微波干燥規(guī)律。結果表明微波爐作為干燥設備更具有優(yōu)越性。關鍵詞:微波爐;石膏型干燥;干燥工藝;填料中圖分類號:TG2426文獻標識碼:A文章編號: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石膏型鑄造可得到輪廓清晰、表面質量好的鑄的規(guī)律。件3石膏型的干燥過程為:石膏型內的水分遷移試驗方法到表面(稱為內擴散或濕傳導),再從石膏型表面將水分轉移到周圍大氣中(稱為外擴散)岡。而石膏干1.1實驗儀器與設備燥的目的就是要通過它的內擴散和外擴散,把其中HC-TP1l-5架盤藥物天平;TG328A型電光分所含的全部水分遷移擴散出去。析天平;WD700(MG-5000MT)微波爐;SCl0l型鼓微波干燥的加熱過程在被加熱物體整個體積風電熱恒溫干燥箱;試樣模具一副(40mm×22mmx內同時進行,升溫迅速溫度均勻5。微波加熱利用22mm)。的是介質損耗原理,將電磁轉化為熱能,其能量是12實驗材料與方法通過空間或媒質以電磁波的形式來傳遞的0。微1)實驗材料:a型半水石膏1;石英粉的粒度波加熱向被加熱材料內部輻射微波電磁場推動其為300目,純度為96%;鋁礬土的粒度為200目等可動粒子運動,使之相互碰撞,摩擦而生熱使微波級為特級。能轉化成為熱能,達到加熱脫水干燥的目的。微2)實驗方法:將a型半水石膏、填料(石英和鋁波干燥過程中,溫度梯度、壓力梯度和傳熱方向都礬土)及水按照配比制取試樣后,用稱量恒重法檢致,從而大大改善了干燥過程中的水分遷移條測石膏型試樣的干燥程度。干燥時間是指石膏漿件,進一步優(yōu)化了常規(guī)干燥體和水拌和起制成模樣30min之后從模具取出時本試驗通過研究微波功率和烘干箱溫度對不間開始算起到模樣的質量最后恒重為止的時間。同配比的石膏型試樣的干燥時間和千燥效果的影微波爐的干燥功率選用700W,560W,420W響,將二者進行對比得出微波干燥和烘干箱干燥和中國煤化工用140℃,165℃,收稿日期09CNMH的石膏型試樣,分作者簡介85-),女,山西忻州人,碩士研究生,主要研究石別進行微波干燥和烘干箱干燥,比較二者的干燥效0c20095造設各與工藝00年第5期衰1試驗1配比140W-15+190W-21因素填料種類加水量填料的加入量(%為石膏混合料重量)(填料石青)配比1石英粉配比2鋁礬土土35406果。選用2組配比,如表1。試驗2:將不同填料同一比例的石膏型試樣,進行微波干燥,比較填料種類對石膏型干燥效果的影響。選用2組配比,如表2。表2試驗2配比圖2烘干箱干燥配比1千燥曲線因素填料種類填料的加入量減少到022%,即干燥效果越來越好。同時,曲線變(%為石膏混合料重量)(填料石膏配比3石英粉化也隨著溫度的升高而越陡,并且在相同的干燥時455050配比4鋁礬土5050間里,含水量的減少量會隨著溫度的升高而增大,低溫時,曲線變化平緩。這說明用烘干箱進行石膏2試驗結果與分析型的干燥時,應該選取比較大的溫度,干燥效果好。比較圖1和圖2,配比1的石膏型試樣用微波21試驗1的數(shù)據(jù)結果及曲線分析爐進行低功率干燥和用烘干箱進行低溫干燥后的每個配比的各個干燥試驗都作3次,選取平均試樣含水量分別為149%和078%,所用時間分別值作為試驗結果繪制出干燥曲線。為130min和90min,此時烘干箱的干燥效果好一1)配比1的試樣干燥曲線些。用微波爐進行高功率干燥和用烘干箱進行高溫(1)微波干燥配比1的試樣干燥曲線如圖1。干燥后的試樣含水量分別為0.29%和0.2%,所用時間均為70min,二者的干燥效果近似。由上述對◆280W420W560W一圖1、圖2的分析可知,用微波爐和烘干箱進行干燥,應當首選高功率或高溫。這時,干燥箱的功率恒定為4000W,而微波爐最大功率才700W,在干燥時間相同的基礎上,微波爐干燥熱效率高,比較節(jié)省能源,經濟效益要遠遠大于用千燥箱干燥,所以在石膏型干燥時應優(yōu)先選用微波爐干燥。801001201402)配比2的試樣干燥曲線(1)微波干燥配比2的試樣干燥曲線如圖3。圖1微波干燥配比1干燥曲線由圖1的干燥曲線可知,配比1的石膏型試樣→280W魯420W→560W—700W的干燥時間隨著微波功率的增大而逐漸縮短,由最初的130min減少到70min。試樣干燥后的含水量也隨著功率的增大而逐漸減小,由最初的149%減:15少到0.29%,即干燥效果越來越好。同時,曲線變化也隨著功率的增大而越陡。這說明用微波爐進行石膏型的干燥時,應該選取比較大的功率進行干燥既節(jié)省時間,干燥效果又好,(2)烘干箱干燥配比1的試樣干燥曲線如圖2。時間/min由圖2的干燥曲線可知配比1的石膏型試樣圖3微波干燥配比2干燥曲線中國煤化工的干燥時間隨著烘干箱溫度的升高而逐漸縮短,由北2的石膏型試樣最初的90mim減少到70min。試樣干燥后的含水與用CNMHG試驗有著同樣的量也隨著溫度的升高而逐漸減小,由最初的078%規(guī)律302009年第5期康燕靳五春:石青型干燥工藝研究造設備與工藝|40W一-165W190W一215W→420W560W-700W305050050100150200250300圖4烘干箱干燥配比2干燥曲線圖6微波干燥配比4干燥曲線(2)烘干箱干燥配比2的試樣干燥曲線如圖4。由圖4的干燥曲線可知配比2的石膏型試樣3結論與用烘干箱進行干燥的配比1的試驗有著同樣的1)以微波爐或鼓風烘干箱作為千燥設備石膏規(guī)律。型試樣的干燥時間均隨著功率或溫度的增大而逐比較圖3和圖4,配比2的石膏型試樣,用微波漸縮短,試樣干燥后的含水量也隨著功率或溫度的爐進行低功率干燥和用烘干箱進行低溫干燥時烘增大而逐漸減小,干燥效果越來越好,這與填料的干箱的干燥效果好一些。用微波爐進行高功率干燥選擇無關。用微波爐和烘干箱進行干燥,應當首選和用烘干箱進行高溫干燥時,二者的干燥效果相差高功率或高溫。較小。與圖1和圖2的比較類似,可得,在石膏型干2)在干燥時間相同的基礎上,微波爐干燥熱效燥時應優(yōu)先選用微波爐干燥。率高,比較節(jié)省能源,經濟效益要遠遠大于用干燥22試驗2的數(shù)據(jù)結果及曲線分析箱干燥。同時微波干燥可方便的按照預定程序進1)微波干燥配比3的試樣干燥曲線如圖5行,容易實現(xiàn)過程自動化,所以在石膏型干燥時,微-420W一560W→700W波爐干燥更具有優(yōu)越性。3)以微波爐作為干燥設備,石膏型混合料采用35同一配比的情況下,不同的填料對干燥時間和干燥0505效果有一定的影響。在本次實驗中,石英砂作為石膏型填料比鋁礬土作為石膏型填料所用的干燥時間節(jié)省30min,但是干燥效果分別是2.9%和1.66%。鋁礬土作為石膏型填料時的干燥效果較好。150200時間/min參考文獻圖5微波干燥配比3千燥曲線2)微波干燥配比4的試樣干燥曲線如圖6。[1]韓倡仁,王薇薇周鐵濤石膏型簡易制模工藝的研究[門特種比較圖5和圖6,當石膏型混合料采用同一配鑄造及有色合金,20004):27-2比即填料/石膏的比列和加水量都相同,而以石英2]郭玉印鋁合金石膏型精密鑄造譯文集[C]北京:航空技術情和鋁礬土分別作為填料,用微波爐進行低功率干燥[3]陳賴助特種沖壓模具與成形技術[M]北京現(xiàn)代出版社,989后的試樣含水量分別為29%和1.66%,所用時間[4]張東成王惠光葉榮茂石膏型的干燥焙燒過程]航天工藝分別為220mn和250min。用微波爐進行高功率1985(8):25-28.干燥后的試樣含水量分別為1.73%和0.34%,所用[5]范紅途劉雅琴影響微波干燥各因素的分析及實驗研究[能源研究與利用,1994(2):24-28.時間均為70mn。在最初的10min干燥時間里,二(6]劉宏,劉素文,金德鍵微波加熱及其在陶瓷材料重的應用者的失水速度都較快曲線變化較陡,在此后的時間里,各個功率下的曲線變化都較平緩。由此可知,[7中國煤化工林業(yè)大學學報,1997用微波爐進行干燥時,以鋁礬土為填料的試樣比以CNMHG石英為填料的試樣的干燥的效果好。(下轉第37頁)2009年第5期倪鋒何煜民魏世忠等:基于一維穩(wěn)態(tài)傳熱的純金屬熱型連鑄模型化分析倚造設各與工藝液相冷卻速度of Unidirectionally Solidified Sn-Zn Alloy Ingots obtained by a液相冷卻速度1160R最大New Continuous Casting Procese [J]. J. Japan Inst. Metals1150實驗數(shù)據(jù)來自文獻8[2] Motoyasu G, Ohno A. Mechanical Properties and Structures of沿鑄坯軸向的晶向指數(shù)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相冷卻速度125150[4] Yamazaki H, Ohno A, Motoyasu G, Shimizu T and Soda H拉鑄速度v/ mm-manCasting of Stellite Welding Rod by the Vertical OCC Process[J].圖8金屬銅熱型連鑄的結晶取向J. Japan Inst. Metals, 1993, 57(2): 190-194.線),對應于固-液界面位置處于鑄型出口的情況,[5]尹占華,黎沃光,余業(yè)球熱型連鑄 CaINI形狀記憶合金絲的因此,它確定了拉鑄速度和鑄型溫度的上限。另性能研究[材料工程,2004(5):26-29[6]丁雨田,陳字,許廣濟,等.熱型連鑄A-1%Si線材的研究條是G2=0的線,對應于“熱型”連鑄和“冷型”連鑄[J熱加工工藝,2004(4):17~18.的分界線。熱型連鑄必須在G>0條件下進行。h0[7]SoH, Motoyasu G, Mclean a, Bagheri S D and Perovic D D.和G=0兩條線的交點確定了熱型連鑄拉鑄速度的Continuous casting of unidirectionally solidified copper rod[J].上限,代入(6)式可得最大拉鑄速度為: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結論McLean. Continuously Cast Zinc Single Crystal Wires and their根據(jù)熱型連鑄一維穩(wěn)態(tài)傳熱模型及其分析解al Properties[J]. Materials Transactions, 1999, 40(5)377-380可以計算出純金屬鑄坯固-液界面前沿液相的溫度[10] Motoyasu G, Kadowaki H, Soda H, MeLean A. The characteris-梯度和冷卻速度,繪制出全面反映鑄型溫度、拉鑄tics of singde crystal bismuth wires produced by the Ohno速度、固-液界面位置、溫度梯度和冷卻速度等工藝tinuous casting process [J]. Journal of materials science, 1999參數(shù)關系的工藝相圖。計算與實驗所得工藝相圖相(34):3893-3899符。穩(wěn)態(tài)熱型連鑄情況下鑄坯固-液界面前沿液相[1]李炳,王鑫范新會等小直徑長單品銅線材的制備熱加工工藝,2005(11):19-2的冷卻速度隨拉鑄速度的變化是非單調的,存在最(12)倪,何煤民,魏世忠等基于一維穩(wěn)態(tài)傳熱的純金屬熱型連大值,這可能是造成凝固組織和結晶取向變化復雜鑄模型化分析——模型描述與參數(shù)定義[門]鑄造設備研究的一個重要原因。2008(4):14-22[13] Soda H, McLean A and Motoyasu G. Studies of the Solid-liquid參考文獻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頁)facturing Technology, 2006, 3-15[8】祝圣遠,王國恒微波干燥原理及其應用[門]工業(yè)妒,2003,2512]史尚釗劉萬生趙世璽微波加熱技術在材料工程中的應用(3):42-4與進展[門耐火材料,199529(4):231-233[9] Kenkre V M. Skala L, Weiser M W Theory of microwave intera[3]楊洲段潔利微波千燥及其發(fā)展[冂糧油加工與食品機械tions in ceramic: the phenomenon of thermal runaway[J].JMater20003):5-6sci,1991(26):2483-2489[141何培正鑄造材料化學M北京:機被工業(yè)出版社,1981[10]郭勝利,張寶林微波干燥技術的應用進展[河南化工中國煤化工工藝及理論[M]西2002(4):1-3.CNMHG[ll] Plaster casting process for prototyping of die casting based on [16]/pwrL灬」州:廣州科技出版社,rapid tooling[J] The Intemational Joumal of Advanced Manu-2005