本發明涉及精密鑄造工藝，特別涉及一種殼模燒結裝置和方法。

背景技術：

精密鑄造是相對于傳統鑄造工藝而言的一種鑄造方法，它能夠獲得相對準確的形狀和較高的鑄造精度。精密鑄造的工藝過程為：首先，制作蠟模，該蠟模與所需鑄造的產品大小形狀相一致；然后，在所制作的蠟模表面形成陶殼；隨后，對所述陶殼進行脫蠟處理(將其內部的蠟模熔化后去除)；之后，在高溫下燒結陶殼；最后，向燒結后的陶殼內澆注金屬材料，待金屬材料冷卻凝固后，破碎去除所述陶殼，得到的鑄件即為所需的產品。

在上述工藝過程中，陶殼的制作至關重要，它的質量好壞決定了鑄件的優劣。目前，陶殼制作通常采用的方法為：殼模法，具體地常采用水溶性硅溶膠制殼法，該方法在制作陶殼時，是使用耐火材料配制不同的漿料與砂，一層漿一層砂逐漸一層層的堆集在蠟模表面，制成所需要厚度的陶殼。然后，將制得的陶殼干燥、脫蠟并放入燒結爐內于900～1400℃下高溫燒結。由于燒結是殼模制作必不可少的一步環節，因此，燒結的好壞直接影響到殼模質量，以及最終鑄件的質量。

發明人的在先申請CN105903898A公開了一種殼模燒結方法及使用該方法的燒結裝置，其采用分段式加熱方法，將殼模燒結過程分為了燒蠟階段和燒結階段，燒蠟階段保證燒結環境內有充足的氧與蠟進行充分燃燒反應，使得制得的殼模內幾乎不存在因為殘蠟碳化形成的殘碳，避免了因此產生的澆注時的鋼水噴濺問題及鑄件有穿入性氣孔的問題。同時，在燒結階段盡可能降低燒結環境內的氧濃度，避免了殼模內的碳粉在燒結階段就完全燃燒完，致使殼模澆注鋼水時發生嚴重的模壁反應現象。

發明人在進一步的研究過程中發現，該在先申請在一定程度上仍然存在以下問題：

1、在燒蠟階段(要求高氧低溫)，其維持燒結爐內有充足的氧含量(即高氧)，爐內溫度為600℃～800℃(相對于燒結溫度來說屬于低溫)，維持時間為5～20min，在此條件下，由于氧含量充足、爐內溫度較高且維持時間較長，所以殼模中所加入的碳粉仍有可能部分被燃燒消耗掉，從而減弱了碳粉對殼模的保護作用，仍會在一定程度上發生模壁反應；

2、在燒結階段(要求低氧高溫)，其是通過關閉鼓風裝置和排風煙道的方式來控制燒結爐內為低氧或無氧環境，然而在燒蠟階段結束時，由于燒結爐內的氧含量仍處于較高水平，這些殘留的氧在燒結階段仍會繼續消耗殼模中所加入的碳粉，進一步減弱了碳粉對殼模的保護作用，增加了模壁反應發生的幾率。

此外，在殼模的連續化生產中，第一爐殼模從燒結爐中取出后，爐內溫度大約在900℃左右，當放入第二爐殼模時，爐內溫度仍會較高，當對第二爐殼模進行燒蠟時，一旦殼模溫度升高，在高氧環境下，殼模中所加入的碳粉就有可能會開始被陸續燃燒消耗，所以有必要縮短燒蠟階段的時間(縮短高氧的時間)，并盡可能的使得在燒蠟階段結束后燒結爐內盡快由高氧變為低氧或無氧環境，以減少殼模中所加入的碳粉的消耗。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種殼模燒結裝置和方法，其能夠大大縮短燒蠟階段的時間，并且使得在燒蠟階段結束后燒結爐內盡快由高氧變為低氧或無氧環境，減少殼模中所加入的碳粉的消耗。

為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：

一方面，提供一種殼模燒結裝置，包括燒結內腔，所述燒結內腔內設置有殼模放置平臺和加熱裝置，所述燒結內腔的一端設置有封閉門，所述燒結內腔的另一端設置有煙氣出口，所述煙氣出口連接有排風煙道，其中：

所述殼模燒結裝置為電熱爐，所述殼模放置平臺的上表面設置有多排凹槽，所述凹槽沿所述燒結內腔的長度方向延伸，所述凹槽的寬度小于待燒結殼模的澆口杯的直徑；

所述燒結內腔設置所述煙氣出口的一端內側在與所述殼模放置平臺相對應的位置設置有用于提供空氣的第一進氣管，所述第一進氣管連接有鼓風裝置，所述第一進氣管上設置有方向朝向所述凹槽的第一噴嘴；

所述燒結內腔內還設置有用于提供可燃性氣體或液體的第二噴嘴；

所述煙氣出口的高度高于所述殼模放置平臺的高度。

進一步的，所述燒結內腔設置所述煙氣出口的一端內側在與所述殼模放置平臺相對應的位置還設置有用于提供可燃性氣體或液體的第二進氣管，所述第二噴嘴位于所述第二進氣管上且方向朝向所述凹槽。

進一步的，所述凹槽的至少一個側壁的中部均勻設置有若干擋風板，各擋風板的長度沿所述燒結內腔從內至外的方向依次變長。

進一步的，所述擋風板的末端為弧形引風部。

進一步的，沿所述燒結內腔從內至外的方向所述擋風板上部向后傾斜，傾斜的角度為1-10°。

進一步的，所述燒結內腔設置所述封閉門的一端內側在與所述殼模放置平臺相對應的位置設置有落砂收集槽，所述落砂收集槽沿所述燒結內腔的寬度方向延伸。

進一步的，所述煙氣出口和排風煙道之間設置有二次燃燒爐，所述二次燃燒爐內設置有用于提供空氣的第三噴嘴和用于提供可燃性氣體或液體的第四噴嘴，所述煙氣出口為朝向所述二次燃燒爐的收縮結構。

進一步的，所述二次燃燒爐內的溫度為1200℃以上，所述二次燃燒爐的氧含量為25％以上。

進一步的，所述二次燃燒爐內在與所述排風煙道連接處設置有陶瓷海綿式過濾器。

進一步的，所述第一進氣管連接有金屬預熱管路，所述金屬預熱管路設置在所述二次燃燒爐內。

進一步的，所述燒結內腔內設置有溫度感應模塊和氧濃度監測模塊。

另一方面，提供一種利用上述殼模燒結裝置進行殼模燒結的方法，包括：

步驟1：將待燒結的殼模倒扣放置在燒結內腔內的殼模放置平臺上，關閉封閉門；

步驟2：開啟加熱裝置、鼓風裝置和排風煙道，使燒結內腔內有充足的氧含量，升溫至殼模用蠟的燃燒溫度，并維持燒結內腔內溫度直至殼模內的殘留的蠟完全燒盡；

步驟3：開啟噴嘴，使燒結內腔內為低氧或無氧環境，升溫至殼模的燒結溫度并維持燒結內腔內溫度為殼模的燒結溫度，直至殼模燒結完畢。

進一步的，所述步驟2中，當檢測到所述燒結內腔內的氧含量在一定時間內不降低時，轉至執行所述步驟3。

進一步的，所述步驟2中，開啟加熱裝置、鼓風裝置和排風裝置，使所述燒結內腔的氧含量在16～20％；所述步驟3中，開啟噴嘴，使所述燒結內腔的氧含量在5％以下。

進一步的，所述步驟2中，所述殼模用蠟的燃燒溫度為600℃～800℃，所述維持燒結爐內溫度的維持時間為3min以內；所述步驟3中，所述殼模的燒結溫度為1150～1400℃，所述維持燒結爐內溫度的維持時間為10～30min。

本發明具有以下有益效果：

本發明調整了殼模放置平臺上凹槽的方向，并合理布置了用于提供空氣的第一噴嘴的位置，使得燒結內腔內能夠形成循環氣流，提高了加熱效率，并且第一噴嘴的位置設計能夠在殼模內部帶動形成氣流，在燒蠟階段能夠為蠟燃燒帶來足夠的氧氣，使蠟能夠更快速的燃燒完，從而能夠大大縮短燒蠟階段的時間；本發明還在燒結內腔中設置有噴嘴，在燒蠟階段結束后，該噴嘴可噴出可燃性氣體或液體，通過燃燒來消耗燒結內腔中的氧氣，從而達到迅速降低燒結內腔中氧含量的目的，使得在燒蠟階段結束后燒結爐內盡快由高氧變為低氧或無氧環境。即使在殼模的連續化生產中，本發明也能確保殼模中所加入的碳粉沒有被燃燒消耗，確保了殼模的質量，從而提高了鑄件的品質。采用本發明能夠生產出精度足夠高的鑄件，使得后續無需或僅需較少的精加工即可達到需要的鑄件精度，降低了次品、廢品率，提高了生產效率，大大降低了生產成本。

附圖說明

圖1為本發明的殼模燒結裝置的一個實施例的結構示意圖；

圖2為圖1中殼模放置平臺A-A向剖面結構示意圖；

圖3為圖1中殼模放置平臺的一個凹槽的一種結構方式的俯視結構示意圖；

圖4為圖1中殼模放置平臺的一個凹槽的另一結構方式的俯視結構示意圖；

圖5為圖3所示凹槽的帶有擋風板的側壁的正面結構示意圖；

圖6為本發明的殼模燒結裝置的另一實施例的結構示意圖；

圖7為本發明的殼模燒結方法的流程示意圖。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

一方面，本發明提供一種殼模燒結裝置，如圖1-5所示，包括燒結內腔1，燒結內腔1內設置有殼模放置平臺2和加熱裝置(未示出)，燒結內腔1的一端設置有封閉門3，燒結內腔1的另一端設置有煙氣出口4，煙氣出口4連接有排風煙道5，其中：

殼模燒結裝置為電熱爐，殼模放置平臺2的上表面設置有多排凹槽21，凹槽21沿燒結內腔1的長度方向(即圖1中的左右方向)延伸，凹槽21的寬度小于待燒結殼模的澆口杯8的直徑；

燒結內腔1設置煙氣出口4的一端內側在與殼模放置平臺2相對應的位置設置有用于提供空氣的第一進氣管6，第一進氣管6連接有鼓風裝置(未示出)，第一進氣管6上設置有方向朝向凹槽21的第一噴嘴61；

燒結內腔1內還設置有用于提供可燃性氣體或液體(如瓦斯、酒精等)的第二噴嘴71；

煙氣出口4的高度高于殼模放置平臺2的高度，一般來說高度差可以為5-20cm，本領域技術人員還可根據實際情況靈活調整。

發明人在研究過程中發現，現有技術中燒結爐主要分為兩種，第一種是電熱爐，其缺點在于：1、通過爐內在三個側面布置的電熱管加熱，只有熱輻射加熱，熱量不均勻，效率不佳；2、電熱爐多為封閉式，不通風無對流，氧含量不充足，難以提供燒蠟階段所需的高氧環境；第二種是燃氣/燃油爐，其缺點在于：1、雖然有通風對流，但由于是依賴燃氣/燃油來加熱，消耗了大部分氧氣，故也經常存在燒蠟階段氧含量不足的缺陷；2、如果加大供氧量的話，則在燒結階段又容易導致殼模中所加入的碳粉被燃燒消耗掉。

本發明的有益效果在于：

1、在現有電熱爐的基礎上，并結合發明人的在先申請，調整了殼模放置平臺2上凹槽21的方向，并合理布置了用于提供空氣的第一噴嘴61的位置，使得燒結內腔1內能夠形成循環氣流，提高了加熱效率，具體說明如下：

電熱爐上引入了鼓風裝置，可以攪動爐內的空氣，解決了電熱爐只有熱輻射，效率不佳的缺點，因鼓風攪動爐內的空氣，創造了熱對流，熱傳導和熱輻射的最佳傳熱條件，充分把電熱管的熱快速均勻傳到殼模上，增加加熱效率節省能源，縮短燒結所需的時間，增加生產效率；

各圖中箭頭均表示氣流流動方向。本發明中所形成的循環氣流方向如圖1所示，本發明相對于發明人的在先申請來說，氣流方向更加合理，加熱效率更高。

而且，凹槽21沿燒結內腔1的長度方向延伸，這種設置方式有利于將燒結過程中產生的落砂清理出來(既利于人工清砂，也利于利用進風氣流自動清砂)。

2、本發明中，用于提供空氣的第一進氣管6上設置有方向朝向凹槽21的第一噴嘴61，由于待燒結的殼模倒扣放置在殼模放置平臺2上，正好位于凹槽21的上方，這樣隨著第一噴嘴61的進氣氣流的流動，會在殼模內部帶動形成氣流，好處在于：一是在燒蠟階段能夠為蠟燃燒帶來足夠的氧氣，使蠟能夠更快速的燃燒完，二是在燒結階段能夠減小殼模的內外溫差(本發明中殼模內外溫差可低至5℃以內)，從而避免由于內外溫差導致的在燒結過程中殼模內外膨脹量不同會在殼模上出現細裂紋的問題，進而避免了鑄件的表面產生向外突出的毛邊或凸水紋/凹水紋的問題；

3、凹槽21的寬度小于待燒結殼模的澆口杯8的直徑，這樣可以使殼模平穩的放置在殼模放置平臺2上，不滑落/歪倒在凹槽21中，從而不會粘附燒結過程中掉落的落砂，確保鑄件不會產生沙孔；

4、燒結內腔1設置有用于提供可燃性氣體或液體的第二噴嘴71，在燒蠟階段結束后，該第二噴嘴71可噴出可燃性氣體或液體，通過燃燒來消耗燒結內腔1中的氧氣，從而達到迅速降低燒結內腔1中氧含量的目的。

綜上，本發明調整了殼模放置平臺上凹槽的方向，并合理布置了用于提供空氣的第一噴嘴的位置，使得燒結內腔內能夠形成循環氣流，提高了加熱效率，并且第一噴嘴的位置設計能夠在殼模內部帶動形成氣流，在燒蠟階段能夠為蠟燃燒帶來足夠的氧氣，使蠟能夠更快速的燃燒完，從而能夠大大縮短燒蠟階段的時間；本發明還在燒結內腔中設置有噴嘴，在燒蠟階段結束后，該噴嘴可噴出可燃性氣體或液體，通過燃燒來消耗燒結內腔中的氧氣，從而達到迅速降低燒結內腔中氧含量的目的，使得在燒蠟階段結束后燒結爐內盡快由高氧變為低氧或無氧環境。即使在殼模的連續化生產中，本發明也能確保殼模中所加入的碳粉沒有被燃燒消耗，確保了殼模的質量，從而提高了鑄件的品質。采用本發明能夠生產出精度足夠高的鑄件，使得后續無需或僅需較少的精加工即可達到需要的鑄件精度，降低了次品、廢品率，提高了生產效率，大大降低了生產成本。

如圖1所示，優選的，燒結內腔1設置煙氣出口4的一端內側在與殼模放置平臺2相對應的位置還設置有用于提供可燃性氣體或液體的第二進氣管7，第二噴嘴71位于第二進氣管7上且方向朝向凹槽21。

該第二噴嘴71的位置設計(方向朝向凹槽21)能夠使凹槽21成為火道，使得其既能將殼模外部的氧氣快速消耗掉，也能直接將殼模內部的氧氣快速消耗掉，進一步提高了除氧的速度。而且如果殼模內殘留有因未完全脫出的蠟在高溫低氧環境下碳化所形成的殘碳，則第二噴嘴71的這種位置設計也能夠將該殘碳吹走，從而提高殼模的質量。

本發明中，殼模放置平臺2上的凹槽21可以為各種形狀，如U形、梯形、三角形等，圖2所示實施例為三角形凹槽，該實施例中，為增加落砂的容納量，凹槽的底部還增設了半圓形凹陷24。

如圖2-3所示，凹槽21的至少一個側壁的中部優選均勻設置有若干擋風板22，各擋風板22的長度沿燒結內腔1從內至外的方向依次變長，在圖3中可以看到，越靠近左側(燒結內腔1的封閉門3方向)，擋風板的長度越長。這樣的好處在于，當進氣氣流流過時，擋風板可以將一部分風阻擋下來并引至位于上方的殼模的澆口杯內，增大了殼模內的氣流量。為了提高引風效果，如圖3所示，擋風板22的末端可以為弧形引風部221。

需要說明的是，擋風板22設置在凹槽21側壁的中部，下端不向下延伸，這樣進氣氣流仍可沿整個凹槽下方流動，從而可以將燒結過程中掉落的落砂吹出至封閉門側。如圖2所示，各擋風板的高度可以相同，僅長度不同即可。另外，擋風板既可以設計在凹槽的一個側壁上(如圖3所示)，也可以設計在凹槽的兩個側壁上(如圖4所示)。可以理解的是，凹槽和擋風板的尺寸和個數等具體參數，本領域技術人員均可以根據實際需要靈活設定，此處不再舉例贅述。

如圖5所示，優選的，沿燒結內腔1從內至外的方向擋風板22上部向后傾斜，傾斜的角度(即擋風板與豎向方向的夾角)α可以為1-10°。這樣，將有更多的風被接引進入殼模內部，進一步增大了殼模內的氣流量。

本發明中，燒結內腔1設置封閉門3的一端內側在與殼模放置平臺2相對應的位置優選設置有落砂收集槽9，落砂收集槽9沿燒結內腔1的寬度方向延伸，以便于定期收集落砂。在燒結裝置停機時，還可以借助于鼓風裝置強力送風通過第一進氣管和第一噴嘴進行吹砂，將凹槽內的落砂吹到落砂收集槽中，以方便集中清理。

作為本發明的進一步改進，如圖6所示，煙氣出口4和排風煙道5之間設置有二次燃燒爐10，二次燃燒爐10內設置有用于提供空氣的第三噴嘴11和用于提供可燃性氣體或液體的第四噴嘴12，煙氣出口4為朝向二次燃燒爐10的收縮結構。

在燒蠟過程中，容易產生黑煙，這是由于燃燒不充分，煙氣中夾雜有炭灰粉導致的，該二次燃燒爐能夠提供高溫足氧的環境從而燃燒消耗掉該夾雜的炭灰粉，避免黑煙，使得最后排出的煙氣符合環保要求。而煙氣出口為朝向二次燃燒爐的收縮結構，則可以有效避免二次燃燒爐內的帶氧氣流反吹至燒結內腔中影響殼模的質量。

優選的，該二次燃燒爐10為高溫高氧環境，優選其內溫度為1200℃以上，氧含量為25％以上。進一步的，二次燃燒爐10內在與排風煙道5連接處設置有陶瓷海綿式過濾器13，以吸附沒來得及燃燒的炭灰粉，由于該陶瓷海綿式過濾器13位于二次燃燒爐10中，所以被吸附的炭灰粉稍后仍可在二次燃燒爐10的高溫高氧環境下燃燒轉變為氣體排出。

本發明中，由于第一進氣管6是將外部空氣引入燒結內腔1中，為避免室外空氣帶來降溫的不利影響，優選的，第一進氣管6連接有金屬預熱管路(未示出)，該金屬預熱管路可以采用金屬盤管，該金屬預熱管路可以設置在二次燃燒爐10內，以充分利用爐內的余熱。另外，燒結內腔1內優選設置有溫度感應模塊和氧濃度監測模塊，以實時監測爐內情況，并及時進行相應的控制。

另一方面，本發明還提供一種利用上述的殼模燒結裝置進行殼模燒結的方法，如圖7所示，包括：

步驟S1：將待燒結的殼模倒扣放置在燒結內腔內的殼模放置平臺上，關閉封閉門；

步驟S2：開啟加熱裝置、鼓風裝置和排風煙道，使燒結內腔內有充足的氧含量，升溫至殼模用蠟的燃燒溫度，并維持燒結內腔內溫度直至殼模內的殘留的蠟完全燒盡；

由于在氧含量為16.5％時，炭即可較為充分的燃燒，故此處優選通過控制鼓風裝置和排風煙道，使燒結內腔的氧含量在16～20％；殼模用蠟的燃燒溫度優選為600℃～800℃，維持燒結爐內溫度的維持時間為3min以內即可。

步驟S3：開啟噴嘴，使燒結內腔內為低氧或無氧環境，升溫至殼模的燒結溫度并維持燒結內腔內溫度為殼模的燒結溫度，直至殼模燒結完畢。

本步驟中，開啟噴嘴后，噴嘴噴出可燃性氣體或液體，通過燃燒來消耗燒結內腔中的氧氣，從而達到迅速降低燒結內腔中氧含量的目的，來實現低氧或無氧環境；而升溫至殼模的燒結溫度是通過電熱爐自身的電熱管來實現。相對于在先申請，本發明不關閉鼓風裝置和排風煙道(僅需根據燒結階段所要求的高溫低氧環境適當調節鼓風裝置和排風煙道的開啟大小即可)，從而使燒結內腔內仍然形成有循環氣流，可以攪動爐內的空氣，維持較高的加熱效率。

本步驟中，低氧是指燒結內腔的氧含量在5％以下。殼模的燒結溫度可以為1150～1400℃，維持燒結爐內溫度的維持時間可以為10～30min。

由于本發明的燒結內腔內有循環氣流，澆口杯內也形成有氣流，故本發明可在較短的時間內(3min以內)將蠟完全燒除，并且可在1min內使燒結內腔中氧含量從16-20％降低至5％以下，還可以在較短的時間內(10～30min)將殼模燒結完畢。對于一般的殼模，現有技術通常需要45min以上才能完成整個燒結過程，并且還會存在如在先申請和本案的背景技中所提及的諸多缺陷；而本發明則可以在20min內完成燒結，并且確保了殼模的質量，提高了鑄件的品質。

發明人在研究過程中進一步發現，由于燒結過程分為燒蠟階段和燒結階段，燒蠟階段保持低溫高氧，燒結階段保持高溫低氧，兩個階段準確、快速切換才能確保最終殼模的質量，所以切換的時機選擇非常重要。對此，發明人研究發現，優選在步驟2中，當檢測到燒結內腔內的氧含量在一定時間內(如3-5s內)不降低時(此時說明殼模內殘留的蠟已燃燒完畢，燒結內腔中氧氣不再被消耗)，轉至執行步驟3，開始燒結階段。該切換準確，沒有誤判。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。