如何提高熔模鑄造模料的使用壽命

1　模料主要組元的特性 

     作為模料主要組元之一的蠟是指固體烷烴蠟，其分子式為CnH2n+2，其中常用的固體蠟n=24～30。烷烴蠟在室溫下是非常穩(wěn)定的，烷烴蠟在100 ℃以上會氧化，尤其在一些催化劑存在時(例如硼、鋁、鐵、鈷、鉀和鈉等金屬的鹽類)，烷烴蠟的氧化反應(yīng)會自動進行，而且隨著溫度的升高而加劇，它的氧化過程是一種自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。烷烴蠟通過光、熱及催化劑等的引發(fā)，形成烷基自由基(CnH2n+1)。烷烴蠟自由基與氧反應(yīng)形成氧化物自由基R-OO； 這種自由基又與烷烴分子R-H反應(yīng)， 形成氫過氧化物R-OOH。鏈?zhǔn)窖趸�反�?yīng)的結(jié)果使碳-碳鏈斷裂，并生成低分子量的脂肪酸、醇、二元羥酸、水等產(chǎn)物。根據(jù)烷烴蠟氧化的機理，國外有些工廠使用烷烴蠟作原料，通過錳、鐵等催化劑的作用生產(chǎn)脂肪酸及脂肪酸的酯，其反應(yīng)就是在105～120℃的溫度下進行的。  
     由此說明，烷烴蠟的使用溫度應(yīng)不超過100 ℃，否則烷烴蠟會氧化并生成低分子氧化物，使模料改變原有性能。  
     模料中另一主要組元松香，其分子式為C20H30O20，它由85%～88%的樹脂酸，2%～5%的脂肪酸及5%～7%的中性物(非酸性組分)組成，而樹脂酸又是由多種不同的同分異構(gòu)體組成。其中樅酸型樹脂酸約占整個樹脂酸的76%～86%(因產(chǎn)地而異)。樅酸型樹脂酸具有共厄雙鍵結(jié)構(gòu)，其性能最不穩(wěn)定，最易氧化，造成松香具有易氧化和易結(jié)晶的特性。  
     松香在大氣中即會氧化，尤其在較高溫度或呈粉末狀時更易氧化，霧狀松香粉塵的自燃點為130 ℃。而松香的結(jié)晶在下列條件下均會發(fā)生：(1)在加熱溫度大于155 ℃的過程中會發(fā)生同分異構(gòu)變化，改變了松香的樹脂酸組成，造成結(jié)晶的內(nèi)在因子存在；(2)松香在冷卻過程中，在105～120 ℃溫度下停留時間過長，極易產(chǎn)生結(jié)晶，并使晶粒長大；(3)水對松香結(jié)晶有特別大的影響，水的作用在于樅酸型樹脂酸分子在水柱表面定向，形成結(jié)晶條件。  
     松香的氧化及結(jié)晶，使松香的顏色加深、發(fā)暗、渾濁，粘度增大，失去了松香原有的性能，必然也導(dǎo)致模料品質(zhì)的惡化。 
2脫蠟方法的選擇  
     根據(jù)對模料主要組元石蠟和松香的特性分析，可以知道使用模料應(yīng)注意的兩個問題。 
(1) 模料熔化溫度不應(yīng)超過100 ℃，而且不宜在大于100 ℃的溫度下攪拌。 
(2) 脫蠟方法及脫蠟溫度的選擇。 
對傳熱脫蠟法和蒸氣脫蠟法兩種方法進行比較。 
     我們將模殼置于一鍋內(nèi)，鍋內(nèi)溫度是120 ℃。模殼熱導(dǎo)率為1.256 W/(m.K)。 
計算出每秒通過模殼熱量是1.989 J。已知蠟的比熱容為2 093.4 J/(kg.K)，松香的比熱容為2260.8 J/(kg.K)。可見如果僅用熱傳導(dǎo)脫蠟，以120 ℃時爐子的熱量是不足以熔化模料的。高溫蒸氣脫蠟的原理是蒸氣通過模殼冷卻時釋放氣化熱使模組表面迅速受熱而熔化。 
我們以通入高壓鍋中0.2 MPa的蒸氣壓來計算(0.2MPa的蒸氣壓相當(dāng)于120℃時水蒸氣的壓力)  
     強力通過模殼的蒸氣質(zhì)量同穿過陶瓷模殼壁的壓力成正比。作為最初的近似值，該壓力差可以被認(rèn)為是蠟料開始熔化時高壓鍋內(nèi)的蒸氣壓力，此時k=0.01 mL/(s.cm4)，X=0.6 cm,P2-P1=0.2 MPa。  
     由以上兩種脫蠟方式的比較可知，在高壓蒸氣鍋中通過模殼傳遞熱量的作用是很少的，而來自蒸氣的氣化熱卻有很大的作用。經(jīng)計算說明通入0.2 MPa(約120 ℃)蒸氣的氣化熱是傳導(dǎo)熱量的40多倍，足以將模殼中的蠟脫出。 
蒸氣脫蠟的優(yōu)點在于不需用很高溫度，這對保持模料性能有好處，可延長模料的使用壽命。  
     蒸氣脫蠟所需時間隨模組的大小、形狀而定，在某種程度上取決于陶瓷模殼的孔隙度，根據(jù)經(jīng)驗對1kg的模組用5～10 min,3 kg的模組用10～15 min。 
3模料回收  
     將使用過程中混入的各種雜質(zhì)，如砂粒、粉塵和水分除去，應(yīng)按下列方法處理以延長模料使用壽命。  
     剛脫出的模料在沸騰狀態(tài)下與水相混，首先應(yīng)靜止冷卻除水，待蠟液和水分離后，將水放掉。把放去水的蠟液加熱至120 ℃以下，使模料中的水分蒸煮干凈，蠟液無水泡、無爆聲，出現(xiàn)鏡面為止。為了加快水分的蒸發(fā)，可用強力抽風(fēng)機，將蒸發(fā)的水氣抽掉。再將蠟液輸入離心式分離器，進行離心分離處理，以除去雜質(zhì)(或者用篩網(wǎng)過濾)。然后進入保溫槽，溫度應(yīng)不超過80 ℃，檢驗蠟料性能合格后，則繼續(xù)使用，不合格，則加入20%～30%新料進行調(diào)整。 
這里需要特別指出，在回收模料時不應(yīng)在100 ℃以上攪拌，尤其不能帶水?dāng)嚢琛?nbsp;
4結(jié)束語  
為提高模料使用壽命，應(yīng)嚴(yán)格按下述要求進行： 
(1) 模料熔化溫度不超過100 ℃，脫水時不應(yīng)超過120 ℃； 
(2) 不在80 ℃以上帶水?dāng)嚢枘Ａ稀?nbsp;
作者簡介：馬錦櫻，女，1932年出生，高級工程師，北京市81號信箱3分箱(100095) 
作者單位：馬錦櫻　北京正大德技術(shù)開發(fā)中心