熔融石英的性能特点和使用

1、熔融石英的性能特点和使用一、熔融石英的性能特点和使用熔融石英材料在精铸型壳的使用上国外发达国家如美 国的使用量和日本的使用量不断地逐年增加，特别是在硅溶 胶型壳的面层方面有了很有经验的效果，在同皓英材料的使 用和价格比上有了较大突破，是目前较为理想的工程应用材 料。熔融石英是用天然高纯度二氧化硅经电炉在高于 1760C以上温度熔融，随后快速冷却而制得的。此过程将晶型SiQ转变为非晶型的玻璃熔体。熔融石英熔化温度约1713C,导热系数低，热膨胀系数 几乎是所有耐火材料中最小的，因而它具有极高的热震稳定 性。所以，在焙烧和浇注过程中熔融石英型壳很少因温度剧 变而破裂，是理想的熔模铸造制型的耐火材料

2、，可作为面层 或背层涂料用的耐火材料，以及撒砂材料。熔融石英会部分或全面提高型壳性能。熔融石英热膨胀 系数小，有利于防止型壳在脱蜡和焙烧过程中开裂、变形, 利于确保铸件尺寸稳定。熔融石英纯净度高，所配涂料稳定 性好；型壳高温抗蠕变能力提高。熔融石英温度较低时的导热性较差，热容量小，仅为皓 砂的一半，大多数金属液对它的润湿性较差，使得金属凝固精品层与型壳内表面间易产生间隙，热导率进一步减小，有利于 壁薄铸件充型。在高温下熔融石英的透明度高，能通过辐射 传热，使其导热能力超过硅酸铝类壳。而使铸件冷却较快， 更易获得健全铸件。精品铸件冷却时方石英又从高温型转变为低温型，同时体积 产生骤变，使型壳出现

3、无数裂纹，强度剧降，有利于脱壳进 行。熔融石英为酸性，能采用碱煮、碱爆等化学清砂方法去 除型壳。熔模铸造用熔融石英，其中Si（）2所占的质量分数应为99.5%,配涂料用的粉料最好是270目或320目细粉占50%（质量分数）,200目和120目粉各占25% （质量分数）。耐火材料化学组成化学性质熔点/c莫氏硬度密度/(g/cm3)膨胀系数/X热导率/ W/(m2.助浸出性比较颜色熔融右英SiO,酸性171372.251.951在热浓碱和氢酸条件下 有良好的可溶性白色电熔刚玉Al2o3两性203093.99-4.08612.560在热碱条件下反应很差白色莫来石3A12O3 -2SiO2两性2030

4、672729541.214-在热碱条件下有轻微反应灰色到棕黄色精品高岭石熟料弱酸性170()179052.42.650-在热碱条件下有轻微反应灰色到棕黄色皓砂ZrSiO4弱酸性194878454.9462.094在热碱条件下有中等反应白色到棕黄色氧化ZriO.碱性2600785.760-为0C12()()C间的膨胀系数平均值。4()()C的热导率。1200C热导率。熔融石英及制品有三大特点：在所有耐火材料中，线膨胀系数最小(在1000C的热胀率0.05)；热导率最低，在1000C热导率 0.836W/ (m K) (0.02cal/cm s C )；抗热震性最好(在1200C水冷的抗震性)，1

5、0次都不产生裂纹。二. 熔融石英涂料配制使用操作工艺(一)本操作工艺适用于硅溶胶，制壳的表面层或过渡层。()本工艺使用的硅溶胶同皓英粉涂料即SiO230%o(三) 本工艺操作中的润湿剂，消泡剂同错英粉涂料。(四) 本操作中使用的流杯粘度计为詹氏(Zahn)5#杯，出 口孔径为精品O5.28mmo（五）涂料配制：Is熔融石英粉的配制，320目（网号：0.044） 275目（网 号：0.052） 200 目（网号:0.076） 120 目（网号:0.125） 熔融石英粉中的Si。的质量分数为99.5%以上。其中：320 目占50%, 200目占25%, 120目占25%,百分数的计算为质量分数，即

6、重量比例。2、涂料粘度为5060秒，严格控制不得低于5（）秒,60 秒时是最佳粘度。它可获得最好的表面光洁度铸件；用于 生产碳钢或430系列时粘度可以降到40秒。（六）挂砂：Is用熔融石英砂80-100目（5（）100目）50%,用刚玉砂80 目，50% o2、用熔融石英砂80-100目（50100目）100%, （50100 目）3、用刚玉砂80目100%o以上3种挂砂都可以采用，只是铸件根据的不同，结合表 面质量在生产现场机动操作。（七）注意事项：1、涂料配制严格控制比例，不得有随意性，严格现场的 操作跟踪。流杯粘度测量要准确，每次做面层前必须测量 粘度。精品2、需要做二层面层时，第二次即

7、过渡层时，涂料粘度为 2836秒。3、表面制壳技术是认真、细致的操作技术，要保证涂料 厚度均匀一致，否则会生产出有渗透性或麻点的铸件。挂 砂重力相对一致均匀，面面俱到。4、熔融石英湿膜情况下的面层在不同粘度下的厚度为：50秒粘度为0.2mm, 40秒粘度为0.18mm,30秒粘度为 0.15mm, 20 秒粘度为 0.12mm。5、熔融石英砂：50-100 为国家标准网号的0.325().15 号，筛孔尺寸为ASTME11-70的().30.15mm。6、第二层的挂砂可同原错英粉面层工艺时的操作一致， 也可用305()目(筛孔尺寸0.6().3mm)的熔融石英砂。三. 熔融石英制壳耐火材料新秀

8、熔融石英在精铸中应用虽然已有相当长的历史，但以往 主要用作陶瓷型芯，用作型壳则主要用于面层，背层很少使 用。这种状况近1()年来在美、欧各国有很大改变。2001年 美国著名耐火材料生产厂商Mins公司，公布了对美国熔模 铸造企业制壳耐火材料使用现状的调查统计数据，各种耐火 材料消耗量所占比例(质量分数)大致如下：铝-硅系耐火材 料55%；熔融石英30%;刚玉9%,皓石6%。精品可见在美国精铸业中，熔融石英异军突起，现已是仅次 于铝-硅系材料，远远超过错石等其他耐火材料，迅速成为制 壳耐火材料的新秀。1.熔融石英与铝硅系材料的比较2000年Mincolnc.在美国第48届精铸年会和INCAST杂

9、 志2001年第3期上发表论文，对熔融石英和铝-硅系耐火材料进行了全面的分析对比。1.1型壳质量熔融石英密度为2.2g/cm铝-硅系材料为2.7g/cm故同样厚度型壳，前者质量明显小于后者，有利于减轻工人劳动 强度和机械手操作。1.2热膨胀率图1和图2所示分别为脱蜡和焙烧过程中，这2种材料 热膨胀率的比较。热膨胀系数小是熔融石英的一个很大的优 点，有利于减小加热时型壳内外因温度差造成的热应力，因|而有利于防止脱蜡和焙烧过程中型壳开裂和变形。同时，对提高铸件尺寸精度也甚为有利。所以，铸造尺寸公差要求严 格的产品，就更适合采用熔融石英。精品52020514-11O05O图脱蜡过程中2种材料热膨胀率

10、的比较0.60200400600800 1 000 1 200温度/C（保温2h）7 6H）. 4-0.2020.4-0.8图2焙烧过程中2种材料热膨胀率的比较1.3力学性能和透气性表1所列为2种材料制得型壳的力学性能和透气性比较, 结果显示，湿强度(抗弯强度)和断裂韧度，熔融石英型壳 稍低于铝-硅系型壳，但透气性却远高于铝-硅系型壳。表1熔融石英和铝硅系材料型壳性能比较型壳材料熔融石英粉+3()#/50# 熔融石英砂莫莱卡特粉+16#/30# 莫莱卡特砂熔融石英粉+16#/30# 莫莱卡特砂精品试样厚度/mm7.407.247.90孔隙率/%24.623.224.0断裂载荷/N23.()20

11、.920.3室温抗弯强度3.984.113.37断裂韧度/MP次5 0095 2994 223断裂指数0.01670.01660.0155透气性/ （1（）叫歸18.38.618.21.4高温抗蠕变能力当采用熔融石英撒砂代替铝-硅系材料时型壳高温抗蠕 变能力提高（见图3）熔融石英在高温下（约1200C）结晶 化转变可作为这种现象的一种解释（见图4）。24时何/hlr 270I -1.27 2.54雷-3.81-5.08T35353025PMst图3不同材料在高湛下变形量的比较精品-0.6-0.82 44006003X） 1 000 1 200温度/*C （保温2 h）6 4 2 0 o Q o

12、 Q图4 熔融石英型壳在加热过程中的相变1.5脱壳性容易脱壳和清理是熔融石英迅速崛起的最重要原因。不 同材料型壳残留强度试验结果见表2O可见熔融石英型壳残 留强度大大低于铝-硅系材料。这是因为熔融石英大约在 1200C高温下会转变为方石英。实践证明，在浇注温度下， 型壳中大约有70%熔融石英转变为方石英。当型壳温度下降 至300C左右，方石英又由高温型转变为低温型，同时体积 骤变（见图4）无数裂纹随之产生，型壳强度剧降，于是， 脱壳性大为改善。此外，对于全铝-硅系型壳来说，如采用碱 煮、碱爆等化学清理方法，碱溶液只能溶解粘结剂中的二氧 化硅，对耐火粉、粒料却无能为力。但对熔融石英型壳来说, 无

13、论粘结剂还是耐火材料，碱都有强烈的腐蚀作用。试验表 明，在质量分数为50%的KOH熔液中沸腾碱煮，全熔融石 英型壳经109min就大部分溶解，而铝-硅系耐火砂、粉则看 不出有什么变化。所以，采用熔融石英，有利于碱煮、碱爆精品等化学清理。减少耗碱量，提高效率。精品表2熔融石英和铝硅系型壳残留强度对比MPa型壳系统1037C保温lh焙烧1204C保温lh焙烧熔融石英料+3()#/50#熔融石英砂11.813.6铝-硅料浆+16#/30#铝-硅砂42.665.2熔融石英料浆+16#/3()#铝-硅砂31.434.61.6充型难易当温度低于6()()C时，熔融石英热导率较铝-硅系材料差(见图5),而比

14、热容又只有错石的一半，这些因素都有利于 薄壁铸件的充型。但温度高于600C ,由于熔融石英透明度 高(夜间浇注时，甚至可透过型壳看见其中流动的钢液)， 因此辐射散热快，铸件冷却快，更容易获得健全致密的铸件, 这对于铸造铝合金薄壁件甚为有利，但同时也会使铸件产生 裂纹的趋向增加。0200，40060000 1 000 1 2K) 1 4008 6 4 2 0 86421 1 i -oO-Av o (99.70.170.0350.0250.012().007599.80.250.250.50.060.050.020.010.0010.015注：表中数据适用于普通真空熔铸硅基陶瓷型芯。3.2熔融石英

15、制壳工艺特点精品近来国内某些精铸生产厂家的试验和实践证明，使用熔融石英型壳，脱壳性确实明显改善，容易清理，代替皓石经济效益显著。此外，型壳容易充型，浇注碳钢铸件还有利于防止表面脱碳。与此同时，也存在以下问题值得注意。(1)由于粉粒粒形为多角形，密度小和其他一些原因,熔融石英配成涂料的流变行为不理想，流淌性、覆盖性等均不如错石粉，粉液比也不易达到期望的水平。由于熔融石英透明度高，涂挂模组过程中，操作者不易判断涂层厚薄和均匀程度。这些问题可考虑通过以下途径解决：改变搅拌方法，先快搅，后慢搅。 合理级配粉料粒度。对此，美、欧各国进行了大量试验研究，认为熔融石英粉与硅溶胶配制涂料时，较适合的粉料级配是

16、270#或320#细粉50%, 200#和120#粉料各占25%o涂料浆中加入少量钛白粉，以降低涂层的透明度。采用聚合物增强硅溶胶，并添加少量改善流 平性的附加物。由此可见，推广应用熔融石英，还需要得到粘结剂生产厂商的大力支持和密切配合，国外也常有熔融石英与某种合 适的粘结剂捆绑销售的做法。(2)作为面层撒砂材料，由于熔融石英砂粒形为多角 形(见图6),不利于蜡模上精细部位的充填，再加上密度小, 砂粒容易架桥，形成浮砂，处置不当，浇注时容易造成钢液 渗漏。对此，可适当减小撒砂粒度，用70#/120#砂代替精品 5()#/100#砂；目前国产熔融石英砂中，粉尘含量高(见图7), 也是产生浮砂的重

17、要原因。不难看出，制订精铸用熔融石英 砂/粉的产品质量标准也是当务之急。采用聚合物增强硅溶 胶，也有利于减少浮砂。精品图7进.口(左)和區产爆勒石英矽(右)粉尘舍量对比(3 )温度/湿度变化对涂层干湿状态的影响，比其他耐火材料更为敏感。因此，对上述工艺条件的控制要求更严格。(4 )由于熔融石英在1200C附近转变为方石英，随后, 冷却至300C左右产生相变。所以，型壳焙烧后应尽快浇注。 如果工艺要求必须二次焙烧，则焙烧温度务必低于1000Co(5)由于熔融石英热膨胀系数小，铸件尺寸可能会变 小。综上所述，熔融石英用在背层材料，在技术上难度较小, 用作面层材料，则需要下点功夫。熔融石英作为一种制壳材 料，在我国推广应用，尚属新生事物，需审慎从事，一切通 过试验，防止大起大落。精品工艺分类岩石分类主要产地颜色矿物组成化学组成右英晶fe/mm转化性能制砖适应性备注SiO295% 以粗粒石英为主，含量上，混有一淡黄、(1-0.5石英淡红