熔模精密铸造型壳耐火材料的合理选择
一．前言
制壳是精铸四大生产工序中对精铸质量影响最大的工序，其次才是焙炼浇注后处理及制蜡模。统计表明精铸件中有60～70℅的返修品或废品是由型壳质量不良而造成的。例如铸件表面缺陷常见的有：飞翅（披锋）、流纹、毛刺、铁豆和局部穿钢、气孔、针孔、分层、落砂、鼓胀或凹陷、变形、开裂…。这些缺陷大部分是因型壳表面有裂纹，蚁孔，气泡，局部涂料堆积干燥（硬化）不透或型壳退性，透气性差，焙烧不透，高温吸气等因素产生的。 影响型壳质量的主要因素有：
1．制壳原辅材料：包括耐火材料、粘结剂、硬化剂等
2．制壳生产环境：包括温度、湿度、风速、风量等
3．制壳操作水平：工人操作技术高低、生产经验等
4．涂料的质量控制及制壳工艺的合理制定：涂料工艺性能的控制和调整及浇注系统，制壳
工艺方法确定。
其中型壳“耐火材料”的合理选用是保证型壳质量的关键因素之一。正确选用型壳的砂、粉料的基本原则是：高性价比。目前我国精铸件质量稳定性差、返修率、废品率居高不下。其中重要原因之一是：盲目选择质量低劣、价格低廉的耐火砂、粉料制壳。其目的是“节约成本”结果往往适得其反。不仅由于型壳质量波动造成精铸返修率，废品率上升，而且使后处理工序工时、生产成本大增。铸件补焊、打磨、抛丸、多次返覆，费工、费料、费时。其综合成本远超过型壳耐火材料“节约”的差价，得不偿失。不仅严重影响铸件表面质量和交货期，还使企业信誉受损。这是我国精铸企业普遍存在的现状。特别是在国内已有60年生产历史的水玻璃型壳生产企业这一问题更为突出。 二、精铸型壳用耐火材料类别及性能：
1、表面层型壳用耐火砂、粉料——
主要有：锆英石、电熔白刚玉、熔融石英、精制石英。少数工厂用优质、低FeO%含量的高岭石砂粉料。
2、背层用铝硅系耐火料类别 ——
{ 石英玻璃
{ 透明 { （SiO2≥99.96%）
>1713℃ { { 水晶石
----石英(SiO2 ≥98%)---------熔融石英--------{
| (熔融) { 不透明----(优质石英砂制)SiO2≥99%
|
|
|
| { 软质粘土--耐火粘土(生料)----------生料或轻烧料(800-900℃)
| { (Al2O3=25-32%)
铝|----粘土质耐火料----{ { 高岭石(高岭石含量≥95%)
| （Al2O325-48%） { { 煤矸石
硅| 耐火度t >1580℃) { 硬质粘土—高岭石(熟料)----------{ 焦宝石
| { (Al2O332-48%)(1250-1350℃煅烧) { 上店土
系| { 莫来卡特(MOLOCHITE英国)
| { 雷马斯(REMASIL美国)
耐|
|
火|
| { 特等------Al2O3:>90%(刚玉质)
料| { 一等------Al2O3:80-90%(刚玉-莫来石质)
|----高铝质耐火料-----{ 二等甲----Al2O3:70-80%(莫来石-刚玉质)
| (铝矾土熟料) { 二等乙----Al2O3:60-70%(莫来石质)
| { 三等------Al2O3:48-60%(低莫来石质)
| (Al2O345-90%)
| (1500-1750℃煅烧)
|
|
|
---------电熔刚玉(Al2O3≥98.5%)----棕刚玉（Al2O3≥95℃）
(白刚玉)(2000-2400℃熔融)
3、精铸常用耐火料性能汇总 表一
项 目 | 名 单 称 位 | 锆英石 | 石英石 | 熔融 石英 | 耐火 粘土 | 高岭石 | 铝矾土 | 电熔 刚玉 |
分子式 | ZrO2·SiO2 (ZrSiO4) | SiO2 | SiO2 | Al2O3 ·2SiO2 ·2H20 | Al2O3 ·2SiO2 ·2H20 | Al2O3 ·H20 | α-Al2O3 |
熔点 | ℃ | 2350 | 1713 | 1713 | 1670 -1710 | 1750 -1787 | 1800 | 2030-2050 |
耐火度 | ℃ | >2000 | 1680 | 1700 | >1580 | 1700 -1900 | ≥1770 | 2000 |
膨胀系数 | X10-7 (1/℃) (0-1200℃) | 46 | 123 | 5 | | 50 | 50-80 | 86 |
真实密度 | g/cm3 | 4.5-4.9 | 2.6 | 2.02- 2.18 | 2.6 | 2.62- 2.65 | 3.1- 3.5 | 4.0 |
硬度 | 莫氏 | 7-8 | 7 | 6-7 | 1-2 | -5 | -5 | 9 |
传热系数 | w/m2-k | 2.094 (2000℃) | 0.558 (1500 -1400℃) | | | 1.549 (1200℃) | | 5.276 (1200℃) |
化学性质 | 弱酸性 | 酸性 | 酸性 | 酸性 | 弱酸性 | 弱酸性 | 酸性 |
主要化学成分 | % | ZrO265-66 | SiO2 ≥98 | SiO2≥99 | Al2O3 25-32 | Al2O3 35-48 | Al2O3 48-90 | Al2O3 ≥98.5 |
杂质 含 量 | Fe2O3 | % | ≤0.1 | ≤0.1 | ≤0.05 | 1.0-4.0 | 0.6-1.2 | 1-2 | ≤0.1 |
Cao+MgO | % | 0.05-0.1 | ≤1.0 | ≤0.5 | 1.0-3.0 | <0.7 | ≤1.0 | |
Na2O+K2O | % | 0.05-0.1 | ≤0.1 | | <0.3 | ≤0.7 | Na2O ≤0.6 |
矿物组成 | ZrO2 固熔体 及石英 | 石英 | 石英 | 高岭石 + 少量石英 | 高岭石 +少量石英 +水铝石 | 水铝石 + 高岭石 | 100% 水铝石 水玻璃铸造 |
物相组成 | ZrSiO4 +SiO2 | 低温型 β石英 (常温下) | 非晶型 SiO2 熔体 | 玻璃相 + 少量石英 | 莫来石 +方石英 +玻璃相 | 刚玉 + 莫来石 | 刚玉质 |
煅烧温度 | ℃ | / | / | >1713 | 生料或 轻烧 (800-900) | 1250-1350 | 1500-1700 | 2000-2400 |
| | | | | | | | | |
三．型壳耐火材料的技术要求
1．制壳用耐火材料种类并不多。主要分涂料配制用的耐火材料及撒砂料。其中硅溶胶型壳由于是全球精铸业通用的制壳工艺因而耐火材料也较统一。如表面层大多用锆英粉、砂。过渡层和背层绝大多数采用铝硅系中的高岭石砂、粉料。水玻璃型壳应用的砂粉料种类繁多，表面层常用：精制石英砂粉、白刚玉（大部分用两层）。背层多用：生耐火粘土（常加石英粉）高岭土，铝矾土及废匣钵，陶瓷或耐火砖砂粉料。
2．型壳耐火材料选用的基本原则：
由于型壳材料成本占铸件制造（生产）成本中比重较大，一般每吨合格铸件的耐火材料（型壳）消耗量为1.0～1.5吨（大件～小件）。水玻璃型壳多为生产1～100kg中大件，目前平均基准生产成本为8元/kg其中制壳材料成本约为1.0元/kg。耐火材料成本平均0.06元/kg（合格铸件）。硅溶胶型壳（中大件为主）型壳材料成本为5.0元/kg（合格铸件）其中耐火材料约为4.0元/kg（硅溶胶为1.0元/kg)。
水玻璃型壳耐火材料成本占生产总成本的7.5%而硅溶胶型壳则占17.4%主要因为硅溶胶型
壳仅表面层锆英石砂粉成本高，平均（200g铸件）每吨消耗约200kg锆英石砂粉。按目前12元/kg计2.40/kg（合格铸件）（加上背层耐火材料为4.0元/kg）。水玻璃型壳生产的铸件大部分为中大件，若平均净重20kg的铸件其比表面积Sd仅为200g铸件的1/5。因而其每吨铸件的耐火材料消耗少得多（如复合型壳表面层用锆英石砂、粉仅为40kg/吨（合格铸件））。
综上分析：对于水玻璃型壳目前大多数企业使用的耐火料成本很低，为保证型壳（铸件质量）适当提高耐火砂粉量的档次（如采用铝矾土熟料粉及高岭石熟料砂作背层）以保证型壳质量是必要的。目前我国水玻璃型壳平均铸件返修率在70%，废品率在10%而硅溶胶则为40%及5%，高性价比是耐火料选用的基本原则，水玻璃涂料中的粉料采用生料或半生料（轻烧）耐火粘土虽然仍有较高的耐火度由于水玻璃型壳透气性远比硅溶胶高，即使在850℃～900℃焙烧也能具有较高的强度及透气性，但生料或半生料涂料胶质价高，粘度及厚度（覆盖性）变化大型壳质量波动也大，铸件质量难以稳定。至今还有许多工厂仍在采用填砂浇注，早在上世纪70年代我国精铸界已推广应用铝矾土熟料高强度水玻璃型壳重100kg的铸件也能裸壳浇注铸件，质量和稳定性均能得到保证。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议