微波加热硬化水玻璃砂绿色铸造关键技术基础

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51075163
项目类别：
面上项目
资助金额：
40.0万
负责人：
樊自田
依托单位：
华中科技大学
学科分类：
E0508.成形制造
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
董选普；俞彦勤；汪华方；龙威；吴香清；于涛；刘蒙；
关键词：
绿色铸造微波加热硬化抗湿性水玻璃砂

项目摘要

微波加热硬化水玻璃砂可充分发挥水玻璃的粘结效率，具有水玻璃加入量低、强度高、硬化时间短、操控性能好、旧砂溃散及再生回用性优、清洁生产等一系列优势，被认为是21世纪最可能实现绿色铸造的型砂。微波硬化水玻璃砂实际应用的关键问题是该砂型具强吸湿性，且普通模具材料很难满足微波硬化水玻璃砂型的使用要求。本项目将研究阻碍微波硬化水玻璃砂实际应用的若干关键技术基础问题。研究微波硬化水玻璃砂过程中传热传质及温度场分布规律、砂型与模具材料相互作用特征，研究不同加热及环境条件下微波硬化水玻璃砂型的强度变化、吸湿特性及阻缓吸湿机制，研究改性水玻璃防湿及砂型表面涂层防湿的新材料与新方法，为实现微波硬化水玻璃砂绿色铸造奠定理论与技术基础。拟采用二次加热法来降低微波硬化水玻璃砂对模具材料的高要求，通过研发抗湿改性水玻璃和在水玻璃砂型表面构建防湿层等措施来解决该型砂的抗吸湿问题。本项目研究成果具有较大的理论和应用价值。

结项摘要

在本课题组开发的水玻璃砂微波二次加热硬化新方法的基础上，研究构建了水玻璃砂微波加热硬化实验设备系统；研究了微波硬化水玻璃砂的加热特征、强度特征和存放特征；通过测试微波加热作用下水玻璃砂的温度场分布，探索了微波加热硬化水玻璃砂的传热特征；开展了三种微波复合硬化水玻璃砂新工艺的系统研究；开展了微波硬化水玻璃砂的抗吸湿性新材料及其方法的研究；提出了生物再生水玻璃旧砂新方法，初步探讨研究了采用生物技术处理回用水玻璃旧砂湿法再生污水的可行性及其影响因素。研究结果表明：微波硬化水玻璃砂的常温强度随加热时间和水玻璃加入量的增加而增大，存放强度随着存放环境的相对湿度和存放时间的增加而下降；与普通微波加热硬化水玻璃砂方法比较，采用二次微波加热硬化水玻璃砂新方法，模具受热时间短，可使用普通木模和塑料模，大大降低了微波加热对模具材料的要求；延长微波加热时间，提高微波加热功率，增加水玻璃加入量都能明显提高水玻璃砂型整体温度，水玻璃砂内部温度场呈内高外低的正温度梯度分布；“有机酯-微波加热”复合硬化工艺在一定程度上也能解决模具要求高的问题，还能提高微波硬化水玻璃砂的抗吸湿性，但缺点是有机酯的初始硬化速度较微波硬化偏慢，延长了硬化时间；“CO2-微波加热”复合硬化工艺可在不影响微波硬化加热时间短、硬化速度快等优点的前提下，实现了无模微波加热，很好地解决了微波硬化水玻璃砂的模具问题，具有较大的应用前景；“热空气-微波加热”复合硬化工艺可实现无模微波加热，提高了微波的利用率，较好地解决了模具要求高问题，但达到砂样脱模强度的时间较长，在实际应用中会影响生产效率；采用聚乙烯醇水溶液、磷酸氢二钠、木糖醇、纳米碳化硅、纳米氮化硅和纳米绢云母等材料改性水玻璃，采用甲基硅酸钠和甲基硅油等材料改性原砂，都能较大提高微波硬化水玻璃砂的抗吸湿性，具有实用价值；采用点火烧结和二次微波烧结方法在水玻璃砂样表面构建抗湿涂层，可以在水玻璃砂样表面形成致密层以保护砂型内部粘结桥，达到提高水玻璃砂抗吸湿性之目的；采用谷皮菱形硅藻生物处理水玻璃旧砂湿法再生污水的最佳条件为：培养温度25℃，光照强度5000lux，光照时间14h/d，氮浓度80mg/L，磷浓度50 mg/L，氮磷比14:1，Fe3+浓度2.28mg/L，Mg2+浓度16mg/L。本项目研究成果为微波硬化水玻璃砂的工业应用奠定了基础，具有较大的理论及实际价值。