铸造籍君豪等：熔融石英在硅溶胶型壳中的应用·７８９· 分配系数
②熔融石英粉一硅溶胶涂料对蜡模表面的润湿性很差。其涂挂性、覆盖性和流平性远不如锆英粉一硅溶胶涂料，也不及刚玉粉及精制石英一硅溶胶涂料，这些直接影响到铸件表面质量。 ③相对于高岭石熟料其成本高３￣４倍。阻碍了它在型壳背层中的推广应用（尤其对于附加值较低的商业铸件）。
如何扬长避短，在型壳中合理利用熔融石英解决硅溶胶型壳的两大难题是精铸工作者努力的方向。
２熔融石英在面层型壳中的应用
美国２００２年精铸型壳耐火料中熔融石英已占３０％，铝硅系耐火料占５５％回。据统计背层耐火材料约占硅溶胶型壳的８０％，面层耐火料占２０％，故美国已使用的熔融石英３０％中有２５％用于背层，仅５％用于面层。主要是在锆英粉涂料中加入５％～１０％的熔融石英粉来改善深孔或复杂件脱壳性。在国外典型面层涂料配方中均有此工艺。生产实践也证实，在面层型壳中（砂或粉料）应用熔融石英比在背层型壳中困难得多。
２．１在面层型壳撒砂中的应用
２．１．１面层型壳石英砂撒砂料的性能调整
采用锆英石粉一硅溶胶涂料，只将撒砂由锆英石改为熔融石英砂（１００／１２０目），经多次生产验证存在以下几方面质量问题。
（１）蒸汽脱蜡后型壳内表面有多处细长裂纹出现（同时脱蜡的撒锆英石砂型壳无裂纹）。浇注后，型壳表面出现许多长条状飞翅（披锋）。
（２）浇注后铸件结构复杂处（直角凹槽处）有穿钢现象。解剖脱蜡后的型壳，发现直角处有因硅溶胶回溶型壳开裂的孔洞。同批、同一操作者撒锆英石砂，型壳此类废品极少（低于５％），而撒熔融石英砂相同零件同一部位穿钢数多达３０％～５０％，从而排除了操作不当因素。使用的熔融石英砂，均经过１５０目筛网过筛，过１５０目的粉尘含量低于０．５％。这也排除了砂中粉尘过多引起穿钢的原因。
由于熔融石英线膨胀系数很小，型壳在脱蜡及高温焙烧后，撒砂料与面层锆英石粉料膨胀系数相差过大而导致型壳裂纹及铸件表面产生飞翅缺陷。同时熔融石英密度小，在复杂铸件直角，凹槽等涂料易堆积处，撤砂后砂粒很难渗入涂层内起骨架作用，故该处硅溶胶涂料干燥很慢，胶凝收缩后易产生裂纹，型壳蒸汽脱蜡时极易回溶，形成孔洞，造成浇注时穿钢。
根据上述分析我们采用了以下对策。
（１）为使砂料和涂料中粉料膨胀系数相近，在熔融石英中加入了相同粒度的精制石英砂Ｑ＝１２３×ｌ旷℃一），使撒砂的平均膨胀系数与锆英石砂相近（口＝４６×１０司℃一按体积计）计算表明：采用熔融石英６０％，精制石英４０％的混合砂，按体积分数计算的ｄ值与锆英石砂相同，这不仅消除了型壳开裂引起的铸件飞翅缺陷，而且还提高了撒砂料的密度（由原２．２∥ｃｍ３提高到２．３８∥ｃｍ３）减少了穿钢。此方案已投人生产近一年。生产了约２００ｔ的５埏以下不锈钢和碳钢铸件。
（２）批量生产后发现，对于结构复杂的零件穿钢虽有减少，但很难完全消除，故生产中只能同时采用两台撒砂机分别撒混合石英砂及锆英石砂，在数十种零件中仍保留六种结构复杂或净重达１３垤的大平面件撒锆英石砂，其余全部用混合石英砂。为克服这一难题，我们改进了面层砂的比例，用熔融石英砂占３３．３％，精制石英占６６．７％，使混合砂密度由２．３８咖ｍ３又提高到２．５８ｇ／ｃｍ，。经生产验证，原穿钢缺陷基本消除，现正准备全面投产。
２．１．２面层型壳撒砂料的质量要求
（１）杂质含量低。以保证高的耐火度，防止面层壳与高温钢液烧结和粘砂，提高脱壳性及清砂性。
（２）粒度要适当、粉尘要少。过粗会提高表面粗糙度，过细灰分过多，易产生穿钢现象。
（３）生产中原采用精制石英与熔融石英砂组成的混合石英砂，但在浇注耐热钢大件（１０ｋｇ以上）
时，发现铸件在浇口部位（高温钢液冲刷时间较长）有毛刺及烧结现象。毕竟石英的耐火度仅为ｌ７００℃，加上精制石英杂质含量较高，耐火度偏低。故建议使用高纯石英砂（生产石英玻璃用，其Ｆｅ２０，的含量仅为精制石英砂的１／１０￣１／２０），以保证铸件的质量。
生产中满足上述石英砂料应符合表１、表２、表３要求。
表ｌ熔融石英砂与高纯石英砂的化学成分Ｔａｂｌｅ１Ｃｈｅｍｉｃ蚰ｃｏｎｓ吐ｔｕｅｎｂｏｆｔｈｅｎｌ辩ｄｓｍｃａ蚰ｎｄａⅡｄ
ｔｈｅｈｉｇＩＩｐｕｒｉｔｙｓｍ∞ｓａｎｄ％（％）项目ｓｉ０２Ａ１２０３Ｆｅ２０３Ｔｉ０２Ｋ２０ｃａＯＮ赴ｏＭｇＯ熔融石英砂≥９９．８＜０．２５＜Ｏ．Ｏｌ＜ｏ．２５＜０．０２＜ｏ．０６＜０．１＜ｏ．１高纯石英砂≥９９＿８＜０．２５＜Ｏ．０ｌ＜Ｏ．２５＜０．０２＜０．０５＜０．５＜ｏ．５
表２石英砂的粒度８０，１２０目
Ｔａｂｌｅ２ＳｉＩｉｃａ铅ｎｄｇ髓ｎＩｌＩａｒｉｔｙ８０，１２０ｍ嚣ｈ
表３石英砂的其它要求
Ｔａｂｌｅ３ｏｔｈｅｒｒｅｑｕｅｓｔｓｏｆｓｍ伪轴ｎｄ
篱篙明鲅怎黧，篙翳蓑墨熔融石英砂≤Ｏ．３≤Ｏ．１７±Ｏ．５≥９０２．１０１．２～１．７７级
高纯石英砂≤０．３≤Ｏ．Ｉ７±０．５≥９０２．６５≥１．５７级
２．２在型壳面层涂料中的应用
（１）熔融石英在硅溶胶面层涂料中要取代锆英粉，
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Ａｕｇ．２００８Ｖ０１．５７ＮＯ．８
最大的困难是其在蜡模上涂挂性很差，润湿性甚至不如精制石英—硅溶胶涂料。主要原因是它密度小，流平性不佳。粒型又呈多角形（锆英石粉、精制石英为近圆形）加之其粉体结构特性的原因，在相同粉液比时涂料的覆盖性不良。１００％使用熔融石英粉配制的硅溶胶涂料时，铸件表面不稳定，常出现毛刺，即使粉料经过级配，粉液比达到很高时仍然难以获得优良的铸件表面，因而至今未得到推广应用。国外典型的面层涂料配方是在锆英石粉一硅溶胶涂料中加入５％～１０％的熔融石英粉，目的是改善面层型壳的清砂性和透气性。试验表明，超过ｌＯ％的石英加入量将会降低锆英石粉涂料的涂挂性并在脱蜡时产生面层型壳的裂纹（膨胀系数不同所至）。文献［２】介绍了国外试验结果。提高熔融石英粉液比最佳粒度配比是：２７０目或３２０目细粉５０％，１２０目和２００目粉各占生活方式对健康的影响
２５％。我们的试验也证明了这一点。无论是锆英粉或熔融石英粉，合理的粒度配合均能获得高粉液比蚬表４、表５）并大大改善蜡模在涂料表面的涂挂陛。
表４不同粒度配比时熔融石英—硅溶胶涂料的粉液比值
ＴａｂＩｅ４ＴｈｅｐｏｗｄｅｒⅡｑｕｊｄｒａ６００ｆ№ｄｓｉＩｉｃａ—ｓｉＵｃａ鲫ｌｃｏａｔｉｎｇ诵ｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒａｎ山ａｒｉｔｙｒａｔｉｏ
序号粉料粒度的配比（％）涂料粘度仉／ｓ粉液比ｎ
注：熔融右英为江苏连云港市东海县石湖石英总厂生产。顺势疗法
①１５０日是指ｌｏｏ％通过１２０目筛，残留在１５０目筛上的粉料。
②２００目是指ｌｏｏ％通过１５０目筛．残留在２００目筛上的粉料。
表５不同粒度配比时锆英粉—硅溶胶涂料的粉液比值ＴａＭｅ５ｎｅｐｏｗｄｅｒＩｉｑｌｌｉｄｒａ廿ｏｏｆｚｉｒｃｏＩｌｉｔｅｐｏｗｄｅｒ－ｓｉｌｉ∞鲫ＩｃｏａｔｉｎｇｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒａｎｌｌＩａｒｉ锣ｒａｔｉｏ
注：Ａ、Ｂ两种均为不同批量的进Ｕ锗荚粉。
遗憾的是这一配比不适合于面层涂料。由于粉料粒度过粗（１２０目已是砂），浇注后铸件表面粗糙，毛刺密布（３０４不锈钢）。我们在生产中使用了粉液比达到了凡＝１．９５的１００％熔融石英粉涂料（表４中的方案４），制壳涂挂性虽有改善，但铸件仍出现因粉料过粗导致的毛刺及涂挂不良产生的结疤、分层（撒锆英石砂）。
（２）为满足面层涂料质量要求，我们采用了混合涂料方案。即涂料中以锆英石粉为主加入熔融石英和超细硅微粉，目的是利用锆英石粉良好的涂挂性、流平性和高耐火度的优点。因熔融石英粉的加入可改善型壳的透气性、清砂性和脱壳性又可降低成本。加入超细硅微粉的目的是为了调节面层型壳中石英的膨胀系数以便与锆英石粉匹配，降低型壳开裂倾向，还可改善涂挂眭。
（３）试验表明高粉液比的锆英粉Ｂ（ｎ＝３．７）及熔融石英（萨１．８０）配制的硅溶胶涂料在熔融石英粉的加入量高达７０％时，其涂挂性仍令人满意。按目前常用的粉料粉液比（锆英粉ｎ＿３．钆３．７，熔融石英粉萨１．以１．８），面层涂料中混合石英粉加入量３０％、锆英石粉７０％（表６中方案４与７），涂挂性满足生产需要，流动性适当，铸件质量较稳定，脱壳性能和清砂效果良好。
表６不同粉料配比时硅溶胶面层涂料性能
ＴａｂＩｅ６Ｔｈｅｐｍｐｅｎｉ船ｏｆｆａｃｅｈｙｅｒ∞ａｔ“曙ｏｆｓｍ∞鲫ｌ诵伍
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｗｄｅｒｒａｔｉｏ
雪篙等翟超銮挈……度＠
二（３２５目）（３２５目）（３２５目）
号
（％）＠（％）＠（％）＠
伽／３
涂料性能④
涂挂性流平性ｌｌＯＯＯＯ３．Ｏ４５５４
切比雪夫多项式２０１００Ｏ１．５５ｌ２２
日本截尾猫
３７０３００２．３５ｌ３３
４７０２０１０２．３４８４４
５１０００Ｏ３．７４３５５
６７０３０Ｏ２．４４７４５
７７０２０１０２．３４５４５
８３０７０Ｏ２．２４１４４注：①锆英粉为二个批次的澳大利亚进口原包装粉。
②粉料％均为质量百分数。
⑨所用粘度计为１００１１ｌＬ，嘶Ｉ砌。
④涂料性能：２一不良．３一尚可，４—较好，５—最佳。
（４）通过近一年的验证，下列配比适合于作面层硅溶胶涂料：
锆英石粉７０％（３２５目）＋熔融石英２０％（３２５目）＋超细硅微粉１０％（３２５目）。其中锆英粉、熔融石英、超细硅微粉的粉液比分别为：
厅＝３．和３．７；乃＝１．∞１．８；舻１．９￣２．１。
经计算（按体积），两种石英粉平均膨胀系数ａ＝４６×１０。７℃一－与锫英粉相近。涂料的涂挂性较好（，，７ｄＯ￣４５ｓ），面层壳清砂性及透气性得以改善。
（５）面层涂料用熔融石英及超细硅微粉质量应符合表７的要求。
表７熔融石英及超细硅微粉的化学成分
Ｔａｂｌｅ７Ｃｈｅｍｉｃａｌ∞璐６ｔ呲ｎ拓ｏｆｆｕｓｅｄｓｎｉ∞ａｎｄｓｕ呻ｒ—向呻
ｓｍ∞ｐｏｗｄ盯ｈ（％）Ｓｉ０２～２０】Ｆｅｐ，Ｔｉ０２Ｋ２０ＣａＯＮａ２０ＭｇＯ熔融石英粉≥９９．８＜ｏ．２＜０．０３＜ｏ．２５＜ｏ．０２＜０．０３＜０．Ｏｌ＜ｏ．２０超细硅微粉≥９９．８＜ｏ．２≤０．０３＜ｏ．２５＜ｏ．０２＜ｏ．０３＜ｏ．Ｏｌ＜ｏ．２０各种晶态石英（砂粉）的特点见表８。
铸造籍君豪等：熔融石英在硅溶胶型壳中的应用·７９１·
普通石英砂（粉）９９．ｏｏ胡９．５０≤Ｏ．Ｏ乱０．１０大颗粒表面有黄皮包裹精制石英砂（粉）９９．５０￣９９舯≤ＯＤｌｍ０５白结晶状
高纯石英砂（粉）９９．９０￣９９．９９≤Ｏ．Ｏ００５加．Ｏｌ洁白，白度≥９０超细硅微粉９９．５０￣９９．９０≤Ｏ．００８—０．０３洁白，白度≥９０
经粉碎、过滤、磁选、分筛等Ｔ序
除上述工序外还经酸处理
普通玻璃制品、精铸、生产水玻璃
精铸、高级玻璃、耐火材料
采用ｌ卅级水晶石或优质石英酸处理、高纯水清洗耐高温石英玻璃管、电器电子元件经酸处理、高纯水清洗激光器件．光学玻璃、高压电器件
注：按江苏省东海县石湖石荚总厂产品介绍汇总。
３熔融石英在背层型壳中的应用
（１）型壳的清砂性主要决定于面层型壳，所谓清砂性是指粘附于铸件表面的砂层（型壳）去除的难易程度。锆英石粉、锆英石砂面层壳不能通过ＮａＯＨ碱煮清除，而当粉液中加入３０％熔融石英及精制石英粉后铸件复杂型腔表面的砂层可用碱煮法去除，故其清砂性大大提高。同时脱壳性（指机械振动去壳能力）也改善。铸件脱壳性高低并不完全取决于面层型壳，若背层型壳因耐火度或浇钢后产生低熔点物多（杂质含量高），则因固液相烧结而导致脱壳性恶化。孔、槽部位型壳残留强度高而难清除。背层型壳中加人熔融石英主要目的是：利用其“析晶”现象改善铸件的脱壳性。
（２）考虑成本和不明显降低型壳高温强度，我们只在背层（包括过渡层）涂料中加入精制石英粉料。而砂料仍用硅铝系耐火材料（莫来石砂）。涂料的配比如下：
莫来石粉７０％（２００目）＋熔融石英粉１７％（３２５目）＋精制石英粉１３％（３２５目）。
其中石英料的平均线膨胀系数ａ＝５０×１０。７℃～，体积比与莫来石粉相同。型壳无开裂现象。adc发泡剂
石英粉的其它要求见表９，不同耐火材料型壳的工艺试验结果见表１０。
表９石英粉的其它要求
ＴａｂＩｅ９ｏｔｈｅｒｒｅｑｕｅｓｔｓｏｆｓⅢｃａｐｏｗｄｅｒ
种类粒度篙翁篙篙州白度怎黧，惹霪超细硅微粉３２５目≥１．５≤Ｏ．３≤０．１７±Ｏ．５＞９０２．６５７级
表ｌＯ不同耐火材料型壳的工艺试验结果
ＴａｂｌｅｌＯＴｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏ画∞ｌｔｅｓｔｓｒｅｓＩｌｌｔｓｏｆｓｈｅｌｌＳｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｆｒａｃｔｏｒｙｍａｔｅｒｉａｌｓ
注：１．表中所用工艺为低温蜡一硅溶胶型壳工艺。
２．型壳背层均为莫来石砂粉。
也可以结合国外高粉液比粉料级配的经验【２１，采用下列配比（硅溶胶背层涂料）：
莫来石粉２０％（２７０目）＋莫来石粉２５％（２００目）＋莫来石粉２５％（１５０目）＋熔融石英粉１７％（３２５目）＋精制石英粉１３％（３２５目）。
高粉液比的背层涂料同样可以获得高透气性、高抗高温蠕变能力和高脱壳性的效果。
４结束语
采用熔融石英在面层型壳撒砂中、型壳面层涂料中以及背层型壳中的应用等三项措施后，铸件的清砂性，脱壳性大大改善。性能改善的主要原冈是“析晶”现象，其次才是玻璃化后（型壳冷却后）性能变脆。过去一些多孑Ｌ、复杂型铸件须喷砂才能去除的型壳内腔（孔），现经震壳，孑Ｌ内、槽内型壳很容易脱壳，震壳效率提高了ｌ￣２倍。所用混合砂要混拌均匀，两种石英砂粒度要相同，防止偏析。面层浆要使用粒度配比良好的粉料，以使涂料粉液比高，流动性、覆盖性好。上述三项措施合计降低铸件成本１１００元／吨，年合格铸件按３６０ｔ计可降低材料成本４０万元。应根据铸件质量要求高低来选用工艺方案，不可急于求成“一刀切”，以保证铸件质量为主，降低成本为辅，不可本末倒
置。
本试验和生产验证是在低温蜡—硅溶胶型壳中进行，中温蜡一硅溶胶型壳尚未试行，可参照上述工艺进一步探讨。背层中可采用上述工艺改善脱壳性能。对于电、大型铸件，由于石英最高耐火度１７００℃，厚
·７９２·ＦＯＵＮＤＲＹ
ＡＵｇ．２００８ＶＯＩ．５７ＮＯ．８
大件或浇注温度较高的耐热钢件会在浇口附近高温处出现毛刺（长时间高温钢液冲刷引起），建议在１０ｋｇ以下的中小型铸件中使用更可靠。
中温蜡涂挂性比低温蜡差，建议在面层中加人ｌＯ％熔融石英改善型壳的透气性和清砂性，背层中则可用前述配比加人熔融石英和精制石英；低温蜡一硅溶胶工艺生产不锈钢、耐热钢的中、大件（１０ｋｇ以上）建议采用锆英粉、锆英砂（或莫来石砂）以保证型壳耐火度不至于出现毛刺缺陷，碳钢件和低合金钢件的中、大件可以应用熔融石英。
参考文献：
［１】籍君豪．精铸硅溶胶型壳耐火材料的合理选用．中国铸造协会精密铸造分会第十届年会论文【ｃ】．西安：中国铸造协会精密铸造分会，２００７．
【２】陈冰，制壳耐火材料的新秀——熔融石英——国外精铸技术进展述评（５）川．特种铸造及有合金，２００５（５）：２９４－２９７．
（编辑：潘继勇，ｐｊｙ＠ｆｏｕｎｄｒｙｗｏｒｌｄ．ｃｏｍ）
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