【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鑄造，尤其涉及一種基于碳化硅涂層加熱的大型精鑄型殼預熱裝置及方法。
技術介紹
1、目前，在大型精鑄過程中，型殼預熱是極為關鍵的環節。傳統的型殼預熱技術存在諸多不足，如外部加熱方式難以確保型殼內部尤其是復雜型腔部位均勻受熱，容易導致鑄件出現缺陷；而現有的一些內部加熱方式，如某些加熱元件難以放置于復雜型腔內部，或者在加熱后取出不便，影響型殼的完整性和后續使用。在實際應用案例中，為防止大型型殼在加熱及澆注過程中破裂，需要對大型型殼進行埋沙保護，但在采用傳統加熱爐加熱過程中，熱量在沙子中的傳遞速度慢，為防止型殼內部溫度不均勻，采用延長加熱時間及降低溫度梯度方式，最終7天的時間才將型殼加熱至800℃，加熱效率很低，溫度均勻性也不好控制。綜上，需要一種創新的型殼預熱技術來解決型殼預熱技術的加熱效率和溫度控制精度問題。
2、因此，如何對大型精鑄型殼進行快速且均勻的加熱升溫，是業界急需解決的問題。
技術實現思路
1、本專利技術的一個主要目的在于克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種能夠對大型精鑄型殼進行快速且均勻的加熱升溫的大型精鑄型殼預熱裝置和方法。
2、為實現上述專利技術目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、根據本專利技術的一個方面，提供了一種大型精鑄型殼預熱裝置，用于對大型的精鑄型殼進行預熱處理，所述精鑄型殼具有澆口和澆道，包括：
4、沙箱，所述沙箱內容置有沙子，所述精鑄型殼容置于所述沙子內，所述精鑄型殼的外面涂覆有碳化硅層；
5、加熱電源，所述加熱電源通過加熱電纜連接所述碳化硅層，碳化硅層提供熱量進行加熱，所述加熱電源上電性連接有溫控系統，所述溫控系統對所述加熱電源的輸出功率進行控制；
6、溫度傳感器，所述溫度傳感器為多個，分別設置在所述精鑄型殼的中心位置、邊緣位置以及厚度變化位置，所述溫度傳感器通訊連接所述溫控系統，并將采集的溫度數據發送至所述溫控系統。
7、根據本專利技術的另一個方面，提供了一種大型精鑄型殼預熱方法，使用上述的大型精鑄型殼預熱裝置，包括以下步驟：
8、步驟一、形成大型的精鑄型殼，并對精鑄型殼表面進行處理；
9、步驟二、碳化硅涂層附著在精鑄型殼表面；
10、步驟三、將精鑄型殼埋入沙箱中的沙子內，并在精鑄型殼的中心位置、邊緣位置以及厚度變化位置分別布設溫度傳感器；
11、步驟四、預設溫度，并對精鑄型殼進行快速加熱，加熱過程中與預設溫度進行比較，控制溫度在預設溫度的百分之十誤差以內。
12、根據本專利技術的一個具體實施方式，大型精鑄型殼為直徑1000毫米高度650毫米的圓臺體復雜型腔型殼。大型精鑄型殼區別于小型型殼最明顯的就是尺寸。其外形尺寸大，能夠鑄造大型的精密零部件，如大型航空發動機葉片、大型船用螺旋槳等。由于自身重量大，在搬運、焙燒和澆注等過程中要承受各種外力。比如在澆注金屬液時，大型型殼需要承受巨大的液體沖擊力和壓力，因此需要有較高的常溫強度和高溫強度來防止型殼破裂。大型精鑄型殼用于鑄造精密零部件，對于尺寸精度的要求很嚴格。需要保證型殼內腔尺寸精確，才能使鑄件符合設計的尺寸公差范圍，確保鑄件的質量和性能。大型精鑄型殼往往有著復雜的內部結構，包括各種加強筋、支撐結構和復雜的型腔。這些復雜結構是為了滿足大型鑄件的成型要求，同時確保型殼在鑄造過程中的穩定性。大型精鑄型殼在澆注過程中，型殼需要讓型腔內的氣體順利排出。大型型殼如果透氣性差，氣體排出不暢，容易使鑄件產生氣孔等缺陷，影響鑄件質量。
13、根據本專利技術的一個具體實施方式，步驟一中，使用化學清洗試劑去除表面油污后，采用噴砂設備以2kg/cm2左右壓力、40目噴砂顆粒粒度進行噴砂處理。
14、根據本專利技術的一個具體實施方式，步驟二中采用漿料涂覆法，將碳化硅粉末與耐高溫粘結劑混合制成漿料，型殼浸入漿料后取出，經干燥和高溫固化處理使碳化硅涂層附著在型殼表面。碳化硅層的熱導率高達120-180w/mk，是傳統金屬材料的幾倍甚至十幾倍，能快速將熱量從高溫區域傳遞到低溫區域，有效保證設備在高溫環境下正常運行。碳化硅層在傳統服役溫度下，熱導率隨溫度升高逐漸減小，但碳化硅單晶在室溫到500℃時，熱導率隨溫度升高而增大，500℃以上則隨溫度升高而減小。碳化硅層的熱導率受氣孔、晶界等因素影響，氣孔率增大或閉口氣孔數量增多，熱導率顯著降低；通過控制晶粒尺寸和分布、材料密度和化學成分等，可提高其熱導系數。如采用熱壓燒結、放電等離子燒結等特殊工藝，可制備出高熱導率的碳化硅陶瓷，但尺寸受限；而無壓燒結等工藝雖可制得大尺寸和復雜結構的碳化硅陶瓷，但熱導率相對較低。
15、根據本專利技術的一個具體實施方式，所述耐高溫粘結劑為硅溶膠。硅溶膠能承受1500℃-1600℃的高溫，在高溫環境下，其內部的硅氧鍵結構穩定，不易分解和破壞，可保證粘結部位的強度和穩定性，適用于高溫工業窯爐、航空航天等領域。硅溶膠中的二氧化硅顆粒細小，能充分填充被粘結物的孔隙，干燥后形成牢固的硅氧結合鍵，使粘結強度大幅提高，增強耐火材料等的整體結構強度。硅溶膠化學性質穩定，在高溫、酸堿等惡劣環境中不易與其他物質發生化學反應，可抵御化學侵蝕，保證粘結效果的持久性和可靠性，延長使用壽命。硅溶膠的粘度較低，顆粒細小，具有良好的流動性和滲透性，能均勻地分散在被粘結物表面和內部，形成連續、致密的粘結層，提高粘結的均勻性和整體性。硅溶膠無毒、無味、無揮發性有機物，生產、使用和廢棄過程中對環境和人體健康無害，符合環保要求，是一種綠色環保的粘結劑。硅溶膠能增強耐火材料的強度、耐磨性、抗氧化性等性能，還可改善材料的致密度和抗熱震性，提升其在高溫下的綜合性能表現。使用硅溶膠作為粘結劑時，無需復雜的固化工藝和添加其他固化劑，干燥后即可形成牢固的粘結，簡化了生產工藝，提高生產效率，降低成本。
16、根據本專利技術的一個具體實施方式，步驟二中采用熱噴涂或冷噴涂技術，將碳化硅粉末與載氣混合后通過噴槍噴射到型殼表面，熱噴涂時利用高溫火焰或等離子體使粉末熔化或半熔化后撞擊型殼形成涂層；冷噴涂利用高速氣流使粉末在固態下撞擊型殼表面并附著。
17、根據本專利技術的一個具體實施方式，所述載氣為氮氣。氮氣是一種惰性氣體，化學性質穩定，在高溫、高壓等條件下也不容易與其他物質發生化學反應。這樣可以避免在載氣過程中，因化學反應產生雜質而干擾實驗結果或者損壞設備。氮氣的純度高且容易獲取。高純度的氮氣能夠保證載氣的質量，減少雜質帶來的不良影響。而且工業上有成熟的空氣分離技術來大量生產氮氣，成本相對合理。氮氣的擴散速度適中。這使得它在作為載氣攜帶樣品時，可以比較穩定地將樣品輸送到指定位置，不會太快而使樣品還沒來得及反應檢測就通過檢測區域，也不會太慢而影響檢測效率。在安全性方面，氮氣屬于不可燃氣體，使用過程中降低了著火和爆炸的風險，能在各種有安全要求的場合放心使用。
18、根據本專利技術的一個具體實施方式，所述涂層厚度為0.5毫米至2毫米，或者，涂層厚度均勻性偏差控制在±10％以內本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種大型精鑄型殼預熱裝置，用于對大型的精鑄型殼進行預熱處理，所述精鑄型殼具有澆口和澆道，其特征在于，包括：
2.一種大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：使用權利要求1所述的大型精鑄型殼預熱裝置，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：大型精鑄型殼為直徑1000毫米高度650毫米的圓臺體復雜型腔型殼。
4.根據權利要求2所述的大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：步驟一中，使用化學清洗試劑去除表面油污后，采用噴砂設備以2kg/cm2左右壓力、40目噴砂顆粒粒度進行噴砂處理。
5.根據權利要求2所述的大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：步驟二中采用漿料涂覆法，將碳化硅粉末與耐高溫粘結劑混合制成漿料，型殼浸入漿料后取出，經干燥和高溫固化處理使碳化硅涂層附著在型殼表面。
6.根據權利要求5所述的大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：所述耐高溫粘結劑為硅溶膠。
7.根據權利要求2所述的大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：步驟二中采用熱噴涂或冷噴涂技術，將碳化硅粉末與載氣混合后通過噴槍噴射到型殼表
8.根據權利要求7所述的大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：所述載氣為氮氣。
9.根據權利要求5或7所述的大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：所述涂層厚度為0.5毫米至2毫米，或者，涂層厚度均勻性偏差控制在±10％以內。
10.根據權利要求2所述的大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：步驟四中通過溫控系統設定精鑄型殼預熱溫度范圍為900-1000度；啟動加熱電源，碳化硅涂層發熱對精鑄型殼進行預熱，溫度傳感器實時監測型殼內部溫度并反饋給溫控系統；溫控系統根據反饋信息控制加熱電源輸出，使精鑄型殼內部溫度保持在900-1000度的預設范圍內，若溫度高于上限值則降低加熱電源輸出，若溫度低于下限值則提高加熱電源輸出，碳化硅涂層采用分段升溫方式，每段升溫幅度不超過50度。
...【技術特征摘要】
1.一種大型精鑄型殼預熱裝置，用于對大型的精鑄型殼進行預熱處理，所述精鑄型殼具有澆口和澆道，其特征在于，包括：
2.一種大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：使用權利要求1所述的大型精鑄型殼預熱裝置，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：大型精鑄型殼為直徑1000毫米高度650毫米的圓臺體復雜型腔型殼。
4.根據權利要求2所述的大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：步驟一中，使用化學清洗試劑去除表面油污后，采用噴砂設備以2kg/cm2左右壓力、40目噴砂顆粒粒度進行噴砂處理。
5.根據權利要求2所述的大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：步驟二中采用漿料涂覆法，將碳化硅粉末與耐高溫粘結劑混合制成漿料，型殼浸入漿料后取出，經干燥和高溫固化處理使碳化硅涂層附著在型殼表面。
6.根據權利要求5所述的大型精鑄型殼預熱方法，其特征在于：所述耐高溫粘結劑為硅溶膠。
7.根據權利要求2所述的大型精鑄型殼預熱方法，其...
【專利技術屬性】
技術研發人員：聞紹巍，張鵬程，劉志中，韓柏，竇博，劉靜巖，姚艷平，康曉明，李萬青，李瑞新，何永亮，劉新峰，楊慧，沈敏，王鐵臣，
申請(專利權)人：中國機械總院集團沈陽鑄造研究所有限公司，
類型：發明
國別省市：
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