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，在同培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SiO2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，可作为面层或

2、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，仅为培砂的一半，大多数金属液对它的润湿性较差，使得金属凝固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。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，使型壳由现无数裂纹，强度剧降，有利于脱壳进行。熔融

3、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SiO2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/X10-71/C热导率/W/(m2.k)浸出性比较颜色熔融石英SiO2酸性171372.251.951在热浓碱和氨酸条件下有良好的可溶性白色电熔刚玉AI2O3两性203093.994.08612.560在热碱条件下反应很差白色莫来石3AI2Q-2SiO2两性2030672.72.9541.214在热碱条件下

4、有轻微反应灰色到棕黄色高岭石熟料弱酸性1700179052.42.650-在热碱条件下有轻微反应灰色到棕黄色错砂ZrSiO4弱酸性19487-84.54.9462.094在热碱条件卜有中等反应白色到棕黄色氧化错ZriO2碱性2600785.760-为0C1200C间的膨胀系数平均值。400c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/cmsC）;抗热震性最好（在1200c水冷的抗震性），10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

5、工艺适用于硅溶胶，制壳的表面层或过渡层。（二）本工艺使用的硅溶胶同培英粉涂料即SiO230%（三）本工艺操作中的润湿剂，消泡剂同培英粉涂料。（四）本操作中使用的流杯粘度计为詹氏（Zahn）5#杯，出口孔径为5.28mm（五）涂料配制：1、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SiO2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，即重量比例。2、涂料粘度为5060秒，严格控制不得低于50秒，60秒时是最佳粘度。它可获得最好的表面光洁

6、度铸件；用于生产碳钢或430系列时粘度可以降到40秒。（六）桂砂：1、用熔融石英砂80100目（50100目）50%用刚玉砂80目，50%2、用熔融石英砂80100目（50100目）100%（50-100目）3、用刚玉砂80目100%以上3种桂砂都可以采用，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。2、需要做二层面层时，第二次即过渡层时，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，否则会生产由有渗透性或麻点的铸件。桂砂重力

7、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0.12mni5、熔融石英砂：50100目为国家标准网号的0.3250.15号，筛孔尺寸为ASTME11-70的0.30.15mni6、第二层的桂砂可同原皓英粉面层工艺时的操作一致，也可用3050目（筛孔尺寸0.60.3mnj）的熔融石英砂三、熔融石英制壳耐火材料新秀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10年来在美、欧各国有很大改变。2001年美国著名耐火材

8、料生产厂商Minco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%结石6%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，远远超过结石等其他耐火材料，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MincoInc.在美国第48届精铸年会和INCAST杂志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/cm3,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

9、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。03876114152190228温度a5O11O.O.5支葬髭B郭-0.640060080010001200温度（保ifl2h）图1.脱帽过程中2种材料热膨胀率的比较642024t+*oooO0TT99.70.170.0350.0250.0120.007599

10、.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 熔融石英制壳工艺特点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，代替结石经济效益显著。止匕外，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、覆盖性等均不如结石粉，粉液比也不易达到期望的水平。由于熔融石英透明度高，涂桂模组过程中，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

11、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270#或320#细粉50%,200#和120#粉料各占25%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，处珞不当，浇注时容易造成钢液渗漏。对此，可适当减小撒砂

12、粒度，用70#/120#砂代替50#/100#砂；目前国产熔融石英砂中，粉尘含量高（见图7）,也是产生浮砂的重要原因。不难看生，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。图7进口（左）和国产熔触石英号（右）粉尘含量对比（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，

13、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。附件一、硅石的技术条件见表1附件二、硅石的分类和特性见表2表1硅石技术条件(YB2416-1981)级别化学成分/%耐火度/C吸水率/%备注SiO2A12O3CaO特级二98三0.5三0.4二1750三3.0耐火度和吸水率，如供方可保证达到标准要求，一般不作两项指标一级二97三1.0三0.5二1730-4.0二级二96三1.3三1.0二1710三4.0表2硅石的分类和特性，艺分类岩石分类主要颜色矿物组成化学组成石英晶粒/mm转化性能制砖适应性备注结晶硅石脉石英吉林江密峰乳白色石英为主，质地纯净，有的火后红色或黄褐色水锈SiO299%很大，大于2特慢转化困难转化，制砖时废品率可能高石英石河南铁门、辽宁石门灰白、浅灰色石英为主，有的含有黏土、女母、绿泥石、长石、金红石赤铁矿、褐铁矿等SiO298%0.150.25特慢转化可制各种硅砖我国各地的硅石多属此类型，艺分类岩石分类主要rM颜色矿物组成化学组成石英晶粒/mm转化性能制砖适应性备注胶结硅石石英砂岩淡黄、淡红色石英为主，含量90犯上，少量长石、云母；胶结物为硅质SiO295%Z上，混有一