灰泥应用方法–理论

在下面的文章中，我想讨论在熔模铸造中两种灰泥方法之间的区别。Jones[1]以前发表过几篇关于该主题的论文。  我将回顾在就读博士期间进行的工作，我也曾在2013年的ICI会议上进行了介绍[2]。

影响灰泥施用方法的因素很多，我将从每种方法的基础开始。  第一篇文章概述了磨砂过程的基础知识、应用理论以及灰泥中的能量。然后，我们将研究对壳体强度、渗透性和微观结构的影响。

值得注意的是，这两种方法对于灰泥应用有好处，也有限制。两种方法的过度磨砂会磨损掉所有沙子并造成磨损。

图 1零件过度磨砂会导致磨损和秃斑

此外，某些耐火材料在磨砂操作中可能会击穿，导致系统中灰泥细粉或粉尘的增加。然后这些粉尘会覆盖湿的泥浆，并减少沙粒吸收，从而导致外壳变薄，变弱。灰泥细粉是必须考虑的关键属性。设备制造商和材料供应商必须在制造和加工过程中通过取样来监视此属性。

降雨磨砂

概览

降雨磨砂包括将沙子“淋”在湿浆上。有两种方法可以做到这一点。如图1所示，（a）旋转降雨和（b）垂直降雨是降雨磨砂的两种方法。这是“视线”装置，其中必须将掉落的沙子加到湿壳上。

这些装置的一个特点是在应用过程中对沙子进行自动筛分，从而减少了被施加到外壳上的沙子团块（粉状、脆皮等）。

图 2降雨磨砂变化（a）斗式或螺旋式降雨磨砂机和（b）旋转式降雨磨砂机

流化床

流化床广泛用于许多方面，包括制药和食品加工行业[3] 。流化床是通过一般为气体（空气）的流体向上流过支撑在分配器上的颗粒床而形成的[4]。如果有需要覆盖的盲孔和阴影区域，则可以有效使用此方法。但此过程需要更严格的过程控制，并需要定期进行筛分维护，以确保有效覆盖外壳。

在流化床中还存在两种变体，用于为粒子提供能量。在图（a）中，可以使用喷气来流化沙子。或者，如图3（b）所示，多孔陶瓷砖在沙子下面，用于分散沙子下面的空气。

图 3流化床砂磨变型（a）喷射流化床和（b）多孔砖流化床

理论

可以使用粒子最终速度模型来计算从降雨磨砂机喷出的灰泥粒子在撞击壳体之前的速度：

其中 m 是粒子的质量， 是由于重力引起的加速度，ρ 是流体的密度，A 是粒子的面积，C _d 是阻力系数。动能可以随后使用方程式 2 计算：

其中  是物体的质量，  是速度。

流化床具有以下特性[4]：

• 颗粒行为就像具有相同堆积密度的液体
• 床内压力随深度变化
• 粒子运动迅速 – 导致良好的混合效果
• 高颗粒表面积

对于熔模铸造应用，颗粒的性质和随后的流化过程类似于图 4中 Geldart 分组概述的 B 组颗粒 [5]

图 4 Geldart 粒子分组[3]

B 组粒子的性质为[5]：

• 粒子间的力可以忽略不计
• 气体速度达到最小流化速度时会形成气泡
• 流化床膨胀小

气泡大小随着气体速度的升高而增加

对于流化床，可以使用 Ergun 方程式来测量流化床内的压降。Ergun 方程式可写为[4]：

其中：

=流化床两端的压降

H = 压降两端的高度

ε = 颗粒空隙率

d _p = 粒径

U = 表面流体速度

ρ = 流体密度

µ = 流体速度

使用这些方程式并利用在过程测量中获得的经验证据，计算出标准后备灰泥的能量。将 80µm 的硅铝酸盐颗粒（假定为球形）用于计算。

降雨磨砂和流化床之间的差异约为 25 倍。对于降雨磨砂，计算出的能量为 2.8 x 10 ^-5J 。求解方程式 3 中的 U，粉灰颗粒在床层中的速度为 0.085 m s ^-1 。而对于流化床，每个粒子的能量计算为 1.15 x 10 ^-6J 。尽管这在能量上有很大差异，但对这两种装置仍然有好处。

总结

两种灰泥施用方法都有正面和负面影响。使用其中任一种方法都会带来一些工艺优势。颗粒赋予的能量差异很大，会影响壳的机械和微观结构性能。  在下一篇文章中，我们将对此进行更深入的讨论。敬请关注！

参考文献：

[1]Jones, S., C. Yuan 和 S. Blackburn，流化床和降雨磨砂陶瓷壳体微观结构和物理性质的基础研究，材料科学与技术杂志，2007.23(6): p. 706-714.

[2] Dooley，G.等“灰泥施用方法对精密铸造壳体的机械性能和微观结构的影响”，2013年10月9日，第60届ICI技术会议，美国宾夕法尼亚州匹兹堡

[3] Technology, A.C.流化床系统。检索网址：

http://www.appliedchemical.com/products/fluid_bed_systems/。

[4] Seville，J.，造粒中粘性颗粒的流化。2007, Elsevier. p. 1041-1069.

[5] Geldart，D.，气体流化类型。粉末技术，1973年7(5): p. 285-292.