熔融石英的性能特點和使用

1、熔融石英的性能特點和使用一、熔融石英的性能特點和使用熔融石英材料在精鑄型殼的使用上國外發(fā)達國家如美國的使用量和日本的使用量不斷地逐年增加，特別是在硅溶膠型殼的面層方面有了很有經(jīng)驗的效果，在同培英材料的使用和價格比上有了較大突破，是目前較為理想的工程應用材料。熔融石英是用天然高純度二氧化硅經(jīng)電爐在高于1760c以上溫度熔融，隨后快速冷卻而制得的。此過程將晶型SiO2轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷偷牟Ａ垠w。熔融石英熔化溫度約1713C,導熱系數(shù)低，熱膨脹系數(shù)幾乎是所有耐火材料中最小的，因而它具有極高的熱震穩(wěn)定性。所以，在焙燒和澆注過程中熔融石英型殼很少因溫度劇變而破裂，是理想的熔模鑄造制型的耐火材料，可作為面層或

2、背層涂料用的耐火材料，以及撒砂材料。熔融石英會部分或全面提高型殼性能。熔融石英熱膨脹系數(shù)小，有利于防止型殼在脫蠟和焙燒過程中開裂、變形，利于確保鑄件尺寸穩(wěn)定。熔融石英純凈度高，所配涂料穩(wěn)定性好；型殼高溫抗蠕變能力提高。熔融石英溫度較低時的導熱性較差，熱容量小，僅為培砂的一半，大多數(shù)金屬液對它的潤濕性較差，使得金屬凝固層與型殼內(nèi)表面間易產(chǎn)生間隙，熱導率進一步減小，有利于壁薄鑄件充型。在高溫下熔融石英的透明度高，能通過輻射傳熱，使其導熱能力超過硅酸鋁類殼。而使鑄件冷卻較快，更易獲得健全鑄件。鑄件冷卻時方石英又從高溫型轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏匦停瑫r體積產(chǎn)生驟變，使型殼由現(xiàn)無數(shù)裂紋，強度劇降，有利于脫殼進行。熔融

3、石英為酸性，能采用堿煮、堿爆等化學清砂方法去除型殼。熔模鑄造用熔融石英，其中SiO2所占的質(zhì)量分數(shù)應為99.5%,配涂料用的粉料最好是270目或320目細粉占50%（質(zhì)量分數(shù)）,200目和120目粉各占25%（質(zhì)量分數(shù)）。耐火材料化學組成化學性質(zhì)熔點/C莫氏硬度密度/(g/cm3)膨脹系數(shù)/X10-71/C熱導率/W/(m2.k)浸出性比較顏色熔融石英SiO2酸性171372.251.951在熱濃堿和氨酸條件下有良好的可溶性白色電熔剛玉AI2O3兩性203093.994.08612.560在熱堿條件下反應很差白色莫來石3AI2Q-2SiO2兩性2030672.72.9541.214在熱堿條件下

4、有輕微反應灰色到棕黃色高嶺石熟料弱酸性1700179052.42.650-在熱堿條件下有輕微反應灰色到棕黃色錯砂ZrSiO4弱酸性19487-84.54.9462.094在熱堿條件卜有中等反應白色到棕黃色氧化錯ZriO2堿性2600785.760-為0C1200C間的膨脹系數(shù)平均值。400c的熱導率1200c熱導率。熔融石英及制品有三大特點：在所有耐火材料中，線膨脹系數(shù)最小（在1000c的熱脹率0.05）;熱導率最低，在1000c熱導率0.836W/（m-K）（0.02cal/cmsC）;抗熱震性最好（在1200c水冷的抗震性），10次都不產(chǎn)生裂紋。二、熔融石英涂料配制使用操作工藝（一）本操作

5、工藝適用于硅溶膠，制殼的表面層或過渡層。（二）本工藝使用的硅溶膠同培英粉涂料即SiO230%（三）本工藝操作中的潤濕劑，消泡劑同培英粉涂料。（四）本操作中使用的流杯粘度計為詹氏（Zahn）5#杯，出口孔徑為5.28mm（五）涂料配制：1、熔融石英粉的配制，320目（網(wǎng)號：0.044）275目（網(wǎng)號：0.052）200目（網(wǎng)號：0.076）120目（網(wǎng)號：0.125）熔融石英粉中的SiO2的質(zhì)量分數(shù)為99.5%以上。其中：320目占50%200目占25%120目占25%百分數(shù)的計算為質(zhì)量分數(shù)，即重量比例。2、涂料粘度為5060秒，嚴格控制不得低于50秒，60秒時是最佳粘度。它可獲得最好的表面光潔

6、度鑄件；用于生產(chǎn)碳鋼或430系列時粘度可以降到40秒。（六）桂砂：1、用熔融石英砂80100目（50100目）50%用剛玉砂80目，50%2、用熔融石英砂80100目（50100目）100%（50-100目）3、用剛玉砂80目100%以上3種桂砂都可以采用，只是鑄件根據(jù)的不同，結(jié)合表面質(zhì)量在生產(chǎn)現(xiàn)場機動操作。（七）注意事項：1、涂料配制嚴格控制比例，不得有隨意性，嚴格現(xiàn)場的操作跟蹤。流杯粘度測量要準確，每次做面層前必須測量粘度。2、需要做二層面層時，第二次即過渡層時，涂料粘度為2836秒。3、表面制殼技術是認真、細致的操作技術，要保證涂料厚度均勻一致，否則會生產(chǎn)由有滲透性或麻點的鑄件。桂砂重力

7、相對一致均勻，面面俱到。4、熔融石英濕膜情況下的面層在不同粘度下的厚度為：50秒粘度為0.2mm,40秒粘度為0.18mm,30秒粘度為0.15mm,20秒粘度為0.12mni5、熔融石英砂：50100目為國家標準網(wǎng)號的0.3250.15號，篩孔尺寸為ASTME11-70的0.30.15mni6、第二層的桂砂可同原皓英粉面層工藝時的操作一致，也可用3050目（篩孔尺寸0.60.3mnj）的熔融石英砂三、熔融石英制殼耐火材料新秀熔融石英在精鑄中應用雖然已有相當長的歷史，但以往主要用作陶瓷型芯，用作型殼則主要用于面層，背層很少使用。這種狀況近10年來在美、歐各國有很大改變。2001年美國著名耐火材

8、料生產(chǎn)廠商Minco公司，公布了對美國熔模鑄造企業(yè)制殼耐火材料使用現(xiàn)狀的調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)，各種耐火材料消耗量所占比例（質(zhì)量分數(shù)）大致如下：鋁-硅系耐火材料55%熔融石英30%剛玉9%結(jié)石6%可見在美國精鑄業(yè)中，熔融石英異軍突起，現(xiàn)已是僅次于鋁-硅系材料，遠遠超過結(jié)石等其他耐火材料，迅速成為制殼耐火材料的新秀。1、熔融石英與鋁-硅系材料的比較2000年MincoInc.在美國第48屆精鑄年會和INCAST雜志2001年第3期上發(fā)表論文，對熔融石英和鋁-硅系耐火材料進行了全面的分析對比。1.1 型殼質(zhì)量熔融石英密度為2.2g/cm3,鋁-硅系材料為2.7g/cm故同樣厚度型殼，前者質(zhì)量明顯小于后者，有

9、利于減輕工人勞動強度和機械手操作。1.2 熱膨脹率圖1和圖2所示分別為脫蠟和焙燒過程中，這2種材料熱膨脹率的比較。熱膨脹系數(shù)小是熔融石英的一個很大的優(yōu)點，有利于減小加熱時型殼內(nèi)外因溫度差造成的熱應力，因而有利于防止脫蠟和焙燒過程中型殼開裂和變形。同時，對提高鑄件尺寸精度也甚為有利。所以，鑄造尺寸公差要求嚴格的產(chǎn)品，就更適合采用熔融石英。03876114152190228溫度a5O11O.O.5支葬髭B郭-0.640060080010001200溫度（保ifl2h）圖1.脫帽過程中2種材料熱膨脹率的比較642024t+*oooO0TT99.70.170.0350.0250.0120.007599

10、.80.250.250.50.060.050.020.010.0010.015注：表中數(shù)據(jù)適用于普通真空熔鑄硅基陶瓷型芯。3.2 熔融石英制殼工藝特點近來國內(nèi)某些精鑄生產(chǎn)廠家的試驗和實踐證明，使用熔融石英型殼，脫殼性確實明顯改善，容易清理，代替結(jié)石經(jīng)濟效益顯著。止匕外，型殼容易充型，澆注碳鋼鑄件還有利于防止表面脫碳。與此同時，也存在以下問題值得注意。(1)由于粉粒粒形為多角形，密度小和其他一些原因，熔融石英配成涂料的流變行為不理想，流淌性、覆蓋性等均不如結(jié)石粉，粉液比也不易達到期望的水平。由于熔融石英透明度高，涂桂模組過程中，操作者不易判斷涂層厚薄和均勻程度。這些問題可考慮通過以下途徑解決：改

11、變攪拌方法，先快攪，后慢攪。合理級配粉料粒度。對此，美、歐各國進行了大量試驗研究，認為熔融石英粉與硅溶膠配制涂料時，較適合的粉料級配是270#或320#細粉50%,200#和120#粉料各占25%涂料漿中加入少量鈦白粉，以降低涂層的透明度。采用聚合物增強硅溶膠，并添加少量改善流平性的附加物。由此可見，推廣應用熔融石英，還需要得到粘結(jié)劑生產(chǎn)廠商的大力支持和密切配合，國外也常有熔融石英與某種合適的粘結(jié)劑捆綁銷售的做法。（2）作為面層撒砂材料，由于熔融石英砂粒形為多角形（見圖6）,不利于蠟模上精細部位的充填，再加上密度小，砂粒容易架橋，形成浮砂，處珞不當，澆注時容易造成鋼液滲漏。對此，可適當減小撒砂

12、粒度，用70#/120#砂代替50#/100#砂；目前國產(chǎn)熔融石英砂中，粉塵含量高（見圖7）,也是產(chǎn)生浮砂的重要原因。不難看生，制訂精鑄用熔融石英砂/粉的產(chǎn)品質(zhì)量標準也是當務之急。采用聚合物增強硅溶膠，也有利于減少浮砂。圖7進口（左）和國產(chǎn)熔觸石英號（右）粉塵含量對比（3）溫度/濕度變化對涂層干濕狀態(tài)的影響，比其他耐火材料更為敏感。因此，對上述工藝條件的控制要求更嚴格。(4)由于熔融石英在1200c附近轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞ⅲS后,冷卻至300c左右產(chǎn)生相變。所以，型殼焙燒后應盡快澆注。如果工藝要求必須二次焙燒，則焙燒溫度務必低于1000Co(5)由于熔融石英熱膨脹系數(shù)小，鑄件尺寸可能會變小。綜上所述，

13、熔融石英用在背層材料，在技術上難度較小，用作面層材料，則需要下點功夫。熔融石英作為一種制殼材料，在我國推廣應用，尚屬新生事物，需審慎從事，一切通過試驗，防止大起大落。附件一、硅石的技術條件見表1附件二、硅石的分類和特性見表2表1硅石技術條件(YB2416-1981)級別化學成分/%耐火度/C吸水率/%備注SiO2A12O3CaO特級二98三0.5三0.4二1750三3.0耐火度和吸水率，如供方可保證達到標準要求，一般不作兩項指標一級二97三1.0三0.5二1730-4.0二級二96三1.3三1.0二1710三4.0表2硅石的分類和特性，藝分類巖石分類主要顏色礦物組成化學組成石英晶粒/mm轉(zhuǎn)化性能制磚適應性備注結(jié)晶硅石脈石英吉林江密峰乳白色石英為主，質(zhì)地純凈，有的火后紅色或黃褐色水銹SiO299%很大，大于2特慢轉(zhuǎn)化困難轉(zhuǎn)化，制磚時廢品率可能高石英石河南鐵門、遼寧石門灰白、淺灰色石英為主，有的含有黏土、女母、綠泥石、長石、金紅石赤鐵礦、褐鐵礦等SiO298%0.150.25特慢轉(zhuǎn)化可制各種硅磚我國各地的硅石多屬此類型，藝分類巖石分類主要rM顏色礦物組成化學組成石英晶粒/mm轉(zhuǎn)化性能制磚適應性備注膠結(jié)硅石石英砂巖淡黃、淡紅色石英為主，含量90犯上，少量長石、云母；膠結(jié)物為硅質(zhì)SiO295%Z上，混有一