《微波加熱硬化水玻璃砂綠色鑄造關鍵技術基礎》是依託華中科技大學，由樊自田擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微波加熱硬化水玻璃砂綠色鑄造關鍵技術基礎
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：樊自田
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
微波加熱硬化水玻璃砂可充分發揮水玻璃的粘結效率，具有水玻璃加入量低、強度高、硬化時間短、操控性能好、舊砂潰散及再生回用性優、清潔生產等一系列優勢，被認為是21世紀最可能實現綠色鑄造的型砂。微波硬化水玻璃砂實際套用的關鍵問題是該砂型具強吸濕性，且普通模具材料很難滿足微波硬化水玻璃砂型的使用要求。本項目將研究阻礙微波硬化水玻璃砂實際套用的若干關鍵技術基礎問題。研究微波硬化水玻璃砂過程中傳熱傳質及溫度場分布規律、砂型與模具材料相互作用特徵，研究不同加熱及環境條件下微波硬化水玻璃砂型的強度變化、吸濕特性及阻緩吸濕機制，研究改性水玻璃防濕及砂型表面塗層防濕的新材料與新方法，為實現微波硬化水玻璃砂綠色鑄造奠定理論與技術基礎。擬採用二次加熱法來降低微波硬化水玻璃砂對模具材料的高要求，通過研發抗濕改性水玻璃和在水玻璃砂型表面構建防濕層等措施來解決該型砂的抗吸濕問題。本項目研究成果具有較大的理論和套用價值。
結題摘要
在本課題組開發的水玻璃砂微波二次加熱硬化新方法的基礎上，研究構建了水玻璃砂微波加熱硬化實驗設備系統；研究了微波硬化水玻璃砂的加熱特徵、強度特徵和存放特徵；通過測試微波加熱作用下水玻璃砂的溫度場分布，探索了微波加熱硬化水玻璃砂的傳熱特徵；開展了三種微波複合硬化水玻璃砂新工藝的系統研究；開展了微波硬化水玻璃砂的抗吸濕性新材料及其方法的研究；提出了生物再生水玻璃舊砂新方法，初步探討研究了採用生物技術處理回用水玻璃舊砂濕法再生污水的可行性及其影響因素。研究結果表明：微波硬化水玻璃砂的常溫強度隨加熱時間和水玻璃加入量的增加而增大，存放強度隨著存放環境的相對濕度和存放時間的增加而下降；與普通微波加熱硬化水玻璃砂方法比較，採用二次微波加熱硬化水玻璃砂新方法，模具受熱時間短，可使用普通木模和塑膠模，大大降低了微波加熱對模具材料的要求；延長微波加熱時間，提高微波加熱功率，增加水玻璃加入量都能明顯提高水玻璃砂型整體溫度，水玻璃砂內部溫度場呈內高外低的正溫度梯度分布；“有機酯-微波加熱”複合硬化工藝在一定程度上也能解決模具要求高的問題，還能提高微波硬化水玻璃砂的抗吸濕性，但缺點是有機酯的初始硬化速度較微波硬化偏慢，延長了硬化時間；“CO2-微波加熱”複合硬化工藝可在不影響微波硬化加熱時間短、硬化速度快等優點的前提下，實現了無模微波加熱，很好地解決了微波硬化水玻璃砂的模具問題，具有較大的套用前景；“熱空氣-微波加熱”複合硬化工藝可實現無模微波加熱，提高了微波的利用率，較好地解決了模具要求高問題，但達到砂樣脫模強度的時間較長，在實際套用中會影響生產效率；採用聚乙烯醇水溶液、磷酸氫二鈉、木糖醇、納米碳化矽、納米氮化矽和納米絹雲母等材料改性水玻璃，採用甲基矽酸鈉和甲基矽油等材料改性原砂，都能較大提高微波硬化水玻璃砂的抗吸濕性，具有實用價值；採用點火燒結和二次微波燒結方法在水玻璃砂樣表面構建抗濕塗層，可以在水玻璃砂樣表面形成緻密層以保護砂型內部粘結橋，達到提高水玻璃砂抗吸濕性之目的；採用穀皮菱形硅藻生物處理水玻璃舊砂濕法再生污水的最佳條件為：培養溫度25℃，光照強度5000lux，光照時間14h/d，氮濃度80mg/L，磷濃度50 mg/L，氮磷比14:1，Fe3+濃度2.28mg/L，Mg2+濃度16mg/L。本項目研究成果為微波硬化水玻璃砂的工業套用奠定了基礎，具有較大的理論及實際價值。
