注：本文原发表于《各种铸造及有色合金》2003年第4期，如需PDF原文，请留下邮箱，注明所需文章即可。

吕志刚，姜不居，闫双景，崔旭龙

摘要：硅溶胶型壳建立强度的过程也是硅溶胶涂料干燥的过程，干燥间的风速和湿度是影响干燥品质和速度的重要因素。通过试验测定了风速和湿度对硅溶胶水分蒸发速度的影响，指出了型壳干燥间应合理布置风扇，保证干燥间有足够而均匀的空气流动，有条件的工厂可以采用悬挂链。

关键词：精密铸造；干燥；风；湿度

熔模铸造型壳质量直接影响铸件的尺寸精度和表面品质，同时，型壳的制造周期长短又影响铸件的生产周期。以硅溶胶作为粘结剂的型壳制壳过程实际是涂料中的水分不断蒸发的过程。随着水分的蒸发，硅溶胶粒子不断接近，产生由分子键和氢键结合的冻胶，粒子间形成Si—O—Si 键结合的凝胶，建立起较高的结构强度和硬度，能承受高温，不会回溶，使型壳具有好的高温性能。研究硅溶胶型壳的干燥过程及工艺因素的影响对于提高型壳质量具有积极意义。

1 　试验方法和条件

在实验室条件下利用称重法测量硅溶胶干燥过程，试验条件如图1 所示。建立封闭的干燥间，并配备空调

和具有微电脑控制的除湿机，严格控制干燥间的温度和湿度，同时利用温湿度传感器实时测量干燥间的温湿度变化，并通过逻辑控制电路判断与设定值的差异，根据高低差异启动或停止加热和加湿系统进行调节。在这样的条件下，可以获得模拟生产车间的温湿度环境，温度波动±1 ℃，湿度±3 %。干燥间的风力通过风扇提供，并用热球式风速计测量空气流动的速度。

2 　试验结果与分析

2. 1 　风速对干燥过程的影响

型壳的干燥首先是表面的水分蒸发，然后内部的水分不断向表面迁移。型壳表面的水分蒸发模型如所示，蒸发过程需要吸收热量，热量来源于制壳间的热空气。由于分子间的相互作用力，即便在有气流流过型壳表面的情况下，在型壳的蒸发界面上仍然存在着相对停滞的空气层，热量必须通过空气层才能传导到型壳表面，使表面的水分进一步蒸发，而水蒸气也要透过空气层向外扩散，方向与热流方向相反。热量和水蒸气的传递速度与空气层的厚度有关。

加快型壳表面的空气流动速度能够使蒸发界面上的空气层变薄，加强热量的传递和水蒸气向外的扩散，从而增加型壳的干燥速度。在实验室中对硅溶胶胶液在不同风力下的干燥过程进行测量，结果见图3。从图3 中可以看出，不同风力下，水分从硅溶胶胶体中蒸发的速度有明显差别，在45 %的湿度情况下，处于5 m/ s风速下硅溶胶水分的蒸发速度是无风状态下的7. 5 倍，即便在75 %的高湿度情况下，5 m/ s 和无风状态的硅溶胶水分的蒸发速度也相差6. 7 倍。表1 给出了风速与风级的对应关系。

2. 2 　湿度对干燥过程的影响

控制型壳间的湿度也是影响型壳干燥周期的重要环节，在图2 所示的型壳干燥模型中，型壳表面的水分蒸发速度可以用公式（1）表示。

在湿度大的型壳间，环境水蒸气的分压Pa增大，而型壳表面的水蒸气分压与该处的温度有关，在温度基本恒定的情况下，湿度增大使型壳表面的水分蒸发速度降低，从而降低了型壳的干燥速度。图4 是在实验室测定的不同风速条件下，硅溶胶蒸发速度与湿度的关系。数据表明,随着湿度的降低，硅溶胶的水分蒸发速度加快。但要获得更高的蒸发速度，必须加大制壳间的空气流动速度。

3 　对我国制壳现状的思考

我国大陆目前广泛采用的制壳环境是在型壳车间摆放型壳架，车间的四壁布置风扇。将涂挂涂料后并撒砂的型壳挂于架上，由于型壳树悬挂不动，因此风作用于型壳不同位置的效果不同。在实验室的制壳间中安排如图5 所示的两组型壳，分别测量其失重曲线，试验结果表明，深径比相同的通孔和盲孔处于风力作用下，盲孔对受风方向的影响更敏感，见图6。而盲孔干燥往往是型壳干燥的瓶颈，直接影响整个型壳的制造过程。同时，由于风扇的吹风作用有一定范围，随着与叶片垂直距离的增大，风速下降，而在风扇叶片的径向距离上，超出风扇作用范围的空气流动迅速减弱。因此在考虑制壳车间设计时，要对风扇的位置和数量进行规划，利用风速表等仪器测量风扇的空间作用范围，使其覆盖整个制壳区域。风扇布置不合理，会在制壳车间形成多处死角。虽然风扇能够产生6～8 m/ s 的风，但远离风扇的位置和在死角处基本无风，这些情况都给型壳生产控制带来不利影响，影响型壳的均匀干燥和整体制壳周期。

在先进的熔模铸造生产企业，制壳间安排悬挂链设备，型壳在封闭的风洞中完成干燥过程，湿度和温度得到xx控制，同时，风洞中能够产生强的空气对流，促进型壳的快速干燥。根据国外的资料介绍，背层型壳干燥的风速达6～8 m/ s。

4 　结论

（1）试验数据表明，制壳间的风速和空气湿度影响硅溶胶中水分的蒸发速度，从而影响型壳干燥效率。风速的影响则更为显著。

（2）在熔模铸造的实际生产中。背层型壳干燥间应合理布置风扇。保证干燥间中有足够而均匀的空气流动。有条件的工厂可以采用悬挂链。