熔融石英的性能特点和使用

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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，在同错英材料的使 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 17601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17131,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

2、材料，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，仅为错 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，使型壳出现无数裂

3、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/x 10-71/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 氢酸条件下 有良好的可 溶性白色电熔刚玉Al2O3两性203093.994.08612.560在热碱条件下反应很差白色莫来3Al2O3-2Si两性2

4、030672.72.9541.214在热碱条件灰色石O2下有轻微反应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锆砂ZrSR弱酸性1948784.54.9462.094在热碱条件下有中寺反应白色到棕黄色氧化锆ZriO2碱性2600785.760-为0OC1200OC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/ (mK) ( 0.02cal/cmsC);抗热震性最好（在1200C水冷的抗震性）,10

5、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。（二）本工艺使用的硅溶胶同错英粉涂料即SiO230%。（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528mm。（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

6、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：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% , （50100 目）3、用刚玉砂80目100%。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。2、需要做二层面层时，第二次即过渡层时，涂料

7、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：50100目为国家标准网号的 0.3250.15 号，筛孔尺寸为 ASTME11-70 的0.30.15mm。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3050目（筛孔尺寸0.60.3mm）的熔融石英 砂。三、熔融石壳耐火材料新秀熔融石英在精铸中应用虽

8、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%，错石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MincoInc.在美国第48届精铸年会和INCAST 杂志2001年第3期

9、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/cm3,， 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。 100%懦触石英-100%铝-硅系材料600 8M 1 GOO 1

10、 200温度I（保温器，图2 焙烧过程中2种材料热腾胀率的比较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+30#/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 卡特砂试样厚度/mm7.407.247.90孔隙率/%24.623.224.0断裂载荷/N23.020.920.3室温抗弯强度3.984.113.37断裂韧度/MPa5 0095 2994 223断裂指数0

11、.01670.01660.0155透气性/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12001）结晶 化转变可作为这种现象的一种解释（见图4）。图3不同材料在离温下斐形量的比校4/ 句魅系材例温度集菜卡枷-2. 5481-5.08 -6.35购石套-曲肆策捆关匚丁0.62G0400600 BOO I 000 1 200温.度/X（保温2 b）图4蜂融石英型充在如热过程中的相变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2。可见熔融石英型壳残 留强度大大低于铝

12、-硅系材料。这是因为熔融石英大约在 12001高温下会转变为方石英。实践证明，在浇注温度下， 型壳约有70%熔融石英转变为方石英。当型壳温度下降至 3001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

13、么变化。所以，采用熔融石英，有利于碱煮、碱爆等化学清理。减少耗碱量，提高效率。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1h焙烧1204C保温1h焙烧熔融石英料+30#/50#熔融石英11.813.6铝-硅料浆+16#/30#铝-硅砂42.665.2熔融石英料浆+16#/30#铝-硅砂31.434.61.6充型难易当温度低于6001时，熔融石英热导率较铝-硅系材料差 （见图5）,而比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600OC，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

14、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 + 400网 1000L2W91 姻温欧？，*城$ 5 2辞材料的热导苹比胶与铝-硅系耐火材料比较，尽管熔融石英有着上述诸多优 点，但毕竟价格较贵，是否采用，各厂可自行权衡。如何使 用，是用于面层，还是用于背层；是单独用，还是与其他材 料混合用；是用粉料，还是用作撒砂料；都需要根据具体情 况，才能获得最佳交攵果。2、熔融石英和锆石的比较Jerry D.发表于2002年美国第50届精铸年会的论文， 对用于精铸面层的2种主要耐火材料熔融石英和错石 进行了全面的分析对比。2.1锆石的优缺点2.1.1锆石的优点(1) 错石粉粒度分布宽，一般无需级配，配制成的涂 料浆流变性就很适合涂挂，涂料覆盖性、流平性均属一流。 此外，由于密度大，空料时涂料浆流淌快。(2 )错石砂粒形好，多为球形(见图6),流动性好，容易充填蜡模上的孔洞、凹槽等不易充填的部位，很适合作 为面层