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(huì)氧化，尤其在一些催化劑存在時(shí)(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(huì)自動(dòng)進(jìn)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(jī)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(jìn)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(huì)氧化并生成低分子氧化物，使模料改變?cè)�有性能�?nbsp; 
     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(gè)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(huì)氧化，尤其在較高溫度或呈粉末狀時(shí)更易氧化，霧狀松香粉塵的自燃點(diǎn)為130 ℃。而松香的結(jié)晶在下列條件下均會(huì)發(fā)生：(1)在加熱溫度大于155 ℃的過程中會(huì)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(shí)間過長，極易產(chǎn)生結(jié)晶，并使晶粒長大；(3)水對(duì)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(duì)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(gè)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(duì)傳熱脫蠟法和蒸氣脫蠟法兩種方法進(jìn)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(jì)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)�？梢娙绻麅H用熱傳導(dǎo)脫蠟，以120 ℃時(shí)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(shí)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(jì)算(0.2MPa的蒸氣壓相當(dāng)于120℃時(shí)水蒸氣的壓力)  
     強(qiáng)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(shí)高壓鍋內(nèi)的蒸氣壓力，此時(shí)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(jì)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(diǎn)在于不需用很高溫度，這對(duì)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(shí)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(yàn)對(duì)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(qiáng)力抽風(fēng)機(jī)，將蒸發(fā)的水氣抽掉。再將蠟液輸入離心式分離器，進(jìn)行離心分離處理，以除去雜質(zhì)(或者用篩網(wǎng)過濾)。然后進(jìn)入保溫槽，溫度應(yīng)不超過80 ℃，檢驗(yàn)蠟料性能合格后，則繼續(xù)使用，不合格，則加入20%～30%新料進(jìn)行調(diào)整。 
這里需要特別指出，在回收模料時(shí)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(jìn)行： 
(1) 模料熔化溫度不超過100 ℃，脫水時(shí)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(jí)工程師，北京市81號(hào)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