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　　熔融石英的职能特征和运用 一、熔融石英的职能特征和运用 熔融石英资料正在精铸型壳的运用上外洋畅旺邦度如美邦的运用量和日本的运用量不竭地逐年扩展，稀奇是正在硅溶胶型壳的面层方面有了很有阅历的成效，正在同锆英资料的运用和价钱比上有了较大打破，是目前较为理念的工程行使资料。 熔融石英是用自然高纯度二氧化硅经电炉正在高于1760℃以上温度熔融，随后神速冷却而制得的。此流程将晶型SiO2蜕化为非晶型的玻璃熔体。 熔融石英熔化温度约1713℃，导热系数低，热膨胀系数险些是全面耐火资料中最小的，所以它具有极高的热震安祥性。是以，正在焙烧和浇注流程中熔融石英型壳很少因温度剧变而粉碎，是理念的熔模锻制制型的耐火资料，可行为面层或背层涂料用的耐火资料，以及撒砂资料。 熔融石英会个别或完全降低型壳职能。熔融石英热膨胀系数小，有利于制止型壳正在脱蜡和焙烧流程中开裂、变形，利于确保铸件尺寸安祥。熔融石英纯净度高，所配涂料安祥性好；型壳高温抗蠕变才具降低。 熔融石英温度较低时的导热性较差，热容量小，仅为锆砂的一半，大大批金属液对它的润湿性较差，使得金属凝聚层与型壳内外观间易发生间隙，热导率进一步减小，有利于壁薄铸件充型。正在高温下熔融石英的透后度高，能通过辐射传热，使其导热才具越过硅酸铝类壳。而使铸件冷却较疾，更易取得健康铸件。 铸件冷却时方石英又从高温型蜕化为低温型，同时体积发生骤变，使型壳展示众数裂纹，强度剧降，有利于脱壳实行。熔融石英为酸性，能采用碱煮、碱爆等化学清砂格式去除型壳。 熔模锻制用熔融石英，个中SiO2所占的质料分数应为99.5%，配涂料用的粉料最好是270目或320目细粉占50%（质料分数），200目和120目粉各占25%（质料分数）。 耐火资料 化学构成 化学本质 熔点/℃ 莫氏硬度 密度/（g/cm3) 膨胀系数①/×10-71/℃ 热导率/[W/(m2.k)] 浸出性比拟 颜色 熔融石英 SiO2 酸性 1713 7 2.2 5 1.951② 正在热浓碱和氢酸条款下有精良的可溶性 白色 电熔刚玉 Al2O3 两性 2030 9 3.99~4.0 86 12.560② 正在热碱条款下响应很差 白色 莫来石 3Al2O3·2SiO2 两性 2030 6~7 2.7~2.9 54 1.214② 正在热碱条款下有细小响应 灰色到棕黄色 高岭石 熟料 弱酸性 1700~1790 ~5 2.4~2.6 50 - 正在热碱条款下有细小响应 灰色到棕黄色 锆砂 ZrSiO4 弱酸性 1948 7~8 4.5~4.9 46 2.094③ 正在热碱条款下有中等响应 白色到棕黄色 氧化锆 ZriO2 碱性 2600 7~8 5.7 60 - ①为0℃~1200℃间的膨胀系数均匀值。 ②400℃的热导率。 ③1200℃热导率。 熔融石英及成品有三大特征：正在全面耐火资料中，线W/（m·K）（0.02cal/cm·s·℃）；抗热震性最好（正在1200℃~水冷的抗震性），10次都不发生裂纹。 熔融石英涂料配制运用操作工艺 本操作工艺合用于硅溶胶，制壳的外观层或过渡层。 本工艺运用的硅溶胶同锆英粉涂料即SiO230%。 本工艺操作中的润湿剂，消泡剂同锆英粉涂料。 本操作中运用的流杯粘度计为詹氏（Zahn)5#杯，出口孔径为Φ5.28mm。 涂料配制： 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的质料分数为99.5%以上。个中：320目占50%kb体育官网，200目占25%，120目占25%，百分数的计划为质料分数，即重量比例。 涂料粘度为50~60秒，正经左右不得低于50秒，60秒时是最佳粘度。它可取得最好的外观光洁度铸件；用于分娩碳钢或430系列时粘度能够降到40秒。 挂砂： 用熔融石英砂80~100目（50~100目）50%，用刚玉砂80目，50%。 用熔融石英砂80~100目（50~100目）100%，（50~100目） 用刚玉砂80目100%。 以上3种挂砂都能够采用，只是铸件遵循的分别，纠合外观质料正在分娩现场机动操作。 属意事项： 涂料配制正经左右比例，不得有随便性，正经现场的操作跟踪。流杯粘度衡量要确凿，每次做面层前务必衡量粘度。 须要做二层面层时，第二次即过渡层时，涂料粘度为28~36秒。 外观制壳工夫是讲究、详细的操作工夫，要保障涂料厚度平均一律，不然会分娩出有渗出性或麻点的铸件。挂砂重力相对一律平均，面面俱到。 熔融石英湿膜状况下的面层正在分别粘度下的厚度为：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。 熔融石英砂：50~100目为邦度尺度网号的0.325~0.15号，筛孔尺寸为ASTME11-70的0.3~0.15mm。 第二层的挂砂可同原锆英粉面层工艺时的操作一律，也可用30~50目（筛孔尺寸0.6~0.3mm）的熔融石英砂。 熔融石英——制壳耐火资料新秀 熔融石英正在精铸中行使固然已有相当长的史册，但以往紧要用作陶瓷型芯，用作型壳则紧要用于面层，背层很少运用。这种状态近10年来正在美、欧各邦有很大转换。2001年美邦知名耐火资料分娩厂商Minco公司，宣布了对美邦熔模锻制企业制壳耐火资料运用近况的考核统计数据，各类耐火资料损耗量所占比例（质料分数）大致如下：铝-硅系耐火资料55%；熔融石英30%；刚玉9%，锆石6%。 可睹正在美邦精铸业中，熔融石英异军突起，现已是仅次于铝-硅系资料，远远越过锆石等其他耐火资料，缓慢成为制壳耐火资料的新秀。 熔融石英与铝-硅系资料的比拟 2000年MincoInc.正在美邦第48届精铸年会和INCAST杂志2001年第3期上颁发论文，对熔融石英和铝-硅系耐火资料实行了完全的领悟比较。 1.1型壳质料 熔融石英密度为2.2g/cm3,铝-硅系资料为2.7g/cm3,，故同样厚度型壳，前者质料彰彰小于后者，有利于减轻工人劳动强度和呆滞手操作。 1.2热膨胀率 图1和图2所示判袂为脱蜡和焙烧流程中，这2种资料热膨胀率的比拟。热膨胀系数小是熔融石英的一个很大的益处，有利于减小加热时型壳外里因温度差变成的热应力，所以有利于制止脱蜡和焙烧流程中型壳开裂和变形。同时，对降低铸件尺寸精度也甚为有利。是以，锻制尺寸公差央浼正经的产物，就更适合采用熔融石英。 1.3力学职能和透气性 外1所列为2种资料制得型壳的力学职能和透气性比拟，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。 外1熔融石英和铝硅系资料型壳职能比拟 型壳资料 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/mm 7.40 7.24 7.90 孔隙率/% 24.6 23.2 24.0 断裂载荷/N 23.0 20.9 20.3 室温抗弯强度/MPa 3.98 4.11 3.37 断裂韧度/MPa 5 009 5 299 4 223 断裂指数 0.0167 0.0166 0.0155 透气性/（10-10cm2) 18.3 8.6 18.2 1.4高温抗蠕变才具 当采用熔融石英撒砂取代铝-硅系资料时型壳高温抗蠕变才具降低（睹图3）熔融石英正在高温下（约1200℃）结晶化蜕化可行为这种景色的一种注明（睹图4）。 1.5脱壳性 容易脱壳和算帐是熔融石英缓慢振兴的最苛重来历。分别资料型壳残留强度试验结果睹外2。可睹熔融石英型壳残留强度大大低于铝-硅系资料。这是由于熔融石英大约正在1200℃高温下会蜕化为方石英。施行阐明，正在浇注温度下，型壳中大约有70%熔融石英蜕化为方石英。当型壳温度降低至300℃操纵，方石英又由高温型蜕化为低温型，同时体积骤变（睹图4）众数裂纹随之发生，型壳强度剧降，于是，脱壳性大为刷新。其余，看待全铝-硅系型壳来说，如采用碱煮、碱爆等化学算帐格式，碱溶液只可熔解粘结剂中的二氧化硅，对耐火粉、粒料却力不从心。但对熔融石英型壳来说，无论粘结剂仍然耐火资料，碱都有热烈的腐化用意。试验注明，正在质料分数为50%的KOH熔液中欢喜碱煮，全熔融石英型壳经109min就大个别熔解，而铝-硅系耐火砂、粉则看不出有什么变更。是以，采用熔融石英，有利于碱煮、碱爆等化学算帐。削减耗碱量，降低效力。 外2熔融石英和铝-硅系型壳残留强度比较 MPa 型壳编制 1037℃保温1h焙烧 1204℃保温1h焙烧 熔融石英料+30#/50#熔融石英砂 11.8 13.6 铝-硅料浆+16#/30#铝-硅砂 42.6 65.2 熔融石英料浆+16#/30#铝-硅砂 31.4 34.6 1.6充型难易 当温度低于600℃时，熔融石英热导率较铝-硅系资料差（睹图5），而比热容又惟有锆石的一半，这些要素都有利于薄壁铸件的充型。但温度高于600℃，因为熔融石英透后度高（夜间浇注时，乃至可透过型壳瞥睹个中活动的钢液），所以辐射散热疾，铸件冷却疾，更容易取得健康致密的铸件，这看待锻制铝合金薄壁件甚为有利，但同时也会使铸件发生裂纹的趋势扩展。 与铝-硅系耐火资料比拟，即使熔融石英有着上述诸众益处，但终究价钱较贵，是否采用，各厂可自行衡量。怎么运用，是用于面层，仍然用于背层；是稀少用，仍然与其他资料混杂用；是用粉料，仍然用作撒砂料；都须要遵循全体状况，能力取得最佳成效。 2、熔融石英和锆石的比拟 Jerry D.颁发于2002年美邦第50届精铸年会的论文，对用于精铸面层的2种紧要耐火资料——熔融石英和锆石实行了完全的领悟比较。 2.1锆石的优谬误 2.1.1锆石的益处 锆石粉粒度散布宽，凡是无需级配，配制成的涂料浆流变性就很适合涂挂，涂料笼罩性、流平性均属一流。其余，因为密度大，空料时涂料浆流淌疾。 锆石砂粒形好，众为球形 （睹图6），活动性好，容易充填蜡模上的孔洞、凹槽等不易充填的部位，很适合行为面层撒砂料。 2.1.2锆石的谬误 时常爆发周期性货源欠缺，供应重要，价钱较贵。 因为锆石是自然矿产，是以含有某些有机物和其他杂质正在所不免。个中有的（稀奇是Fe2O3、磷酸钙等)会和涂料中的粘结剂、增添剂或其他耐火资料响应，变成涂料浆PH转换而缓慢老化变质，铸件外观也容易展示硅酸铁黑褐色斑疤或丘疹。 因为环保规则越来越正经，近来，美、欧各邦遍及越发体贴锆石中放射性元素可以变成的境遇题目，这又可以使其价钱进一步攀升。 2.2熔融石英的优谬误 2.2.1熔融石英的益处 熔融石英的价钱比锆石低贱，加上密度又比锆石低得众（前者2.2g/cm3,后者4.7~4.9g/cm3),是以，用熔融石英取代锆石，可降壳本钱。 熔融石英原资料历程精选，再经电弧重熔，并剔除方石英，所以杂质少，纯度高（睹外3）。是以涂料浆安祥性一直不可题目。施行阐明，熔融石英—硅溶胶涂料安祥性常常可长达1年以上。 外3美邦Minco公司制壳用熔融石英粉的化学因素（%） ωB SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 K2O CaO Na2O 99.7 0.17 0.035 0.025 0.012 0.0075 0.005 （3）高温晶化，低温相变，使铸件外观貌易算帐洁净。 2.2.2熔融石英的谬误 粉料粒度散布局限窄，再加上密度小，倒霉于涂料流淌、滴落；因为熔融石英涂料浆透后度高，使操作家难于识别涂料厚度安适均水准。 行为面层撒砂，熔融石英砂粒形为众角形（睹图6），再加上密度小，容易架桥，变成浮砂。 2.3行使熔融石英应属意的少许题目 采用熔融石英作面层耐火资料须要稀奇属意它的合用局限。从热力学角度研讨，正在高温条款下，某些金属和合金元素会和二氧化硅响应，比如，航空组织件的苛重合金资料IN-718中，铌就会与二氧化硅起响应，置换出硅而污染合金。很众高温合金中都含有的铝、钛等活性元素，或铪、锆和镧等深化元素，以及铝-锂合金中的锂等，正在浇注温度下也都有和二氧化硅响应的可以性。但从动力学角度研讨，还存正在一个响应速率题目。 用熔融石英粉配制面层涂料，浇注平常碳钢和低合金钢最安然和保障。也能够合适比例和锆石粉混杂，浇注不锈钢。但看待含有钛、铌等高活性元素的不锈钢应慎用。少许精铸厂家以为，因为熔融石英的紧要化学因素是SiO2,用它行为面层资料浇注不锈钢，可以会催生玄色硅酸铁麻点或斑疤。铸件外观一朝展示此类缺陷，制止钢液和铸件氧化是有用地应对举措。但值得一提的是，因为正在浇注温度下，锆石也很容易认识成ZrO2和SiO2 ,是以，纵使采用锆石作面层资料，此类缺陷也同样时有爆发。改用刚玉作面层资料才是较为彻底的处置主见。 三、邦内增加行使熔融石英的急迫性和实际性 3.1熔融石英的家和和职能上风 目前，因为各式来历，锆石正面对周期性货源欠缺，供应重要，价钱一块飙升，令很众精铸厂家叫苦不迭。采用硅溶胶粘结剂后，型壳残留强度偏高，脱壳性差，难算帐，很众铸件不得不扩展化学算帐工序，又变成新的境遇题目，令人头痛。然而，外洋早已相当时髦的制壳资料熔融石英，邦人却险些门可罗雀，这不行不说是跟遍及存正在的一个看法上的误区相闭，这便是将制壳用和制芯用熔融石英（又称石英玻璃）混为一讲，总以为它的价钱贵，无法承担。本来否则，即使二者之间无论化学因素和晶体组织无异，但因为对型芯的耐火度和化学安祥性的央浼比型壳正经，是以，对杂质含量（稀奇是Bi、Ag、Sb、Sn、Pb、Zn等）的央浼大不类似。比较外3和睹外4所列数据，就不难看出这点。正由于如许，二者价钱相去甚远。目前，制壳用熔融石英，邦内墟市价为3000~4000元（百姓币）/t，外洋墟市价也只是7000元（百姓币）/t操纵，比锆石低得众，加之其密度小，如能取代锆石，经济效益不问可知。如能换来铸件脱壳、算帐的优质高效，用作背层资料也不失为一种拣选。何况为了刷新脱壳性，也并不肯定非要运用全熔融石英型壳。 外4制芯用熔融石英（石英玻璃）的化学因素 % ωB SiO2 Al2O3 TiO2 MgO CaO Fe2O3 K2O Na2O Bi、Ag、Sb Sn、Pb、Zn 99.8 0.25 0.25 0.5 0.06 0.05 0.02 0.01 0.001 0.015 注：外中数据合用于平常真空熔铸硅基陶瓷型芯。 3.2熔融石英制壳工艺特征 近来邦内某些精铸分娩厂家的试验和施行阐明，运用熔融石英型壳，脱壳性确实彰彰刷新，容易算帐，取代锆石经济效益明显。其余，型壳容易充型，浇注碳钢铸件又有利于制止外观脱碳。与此同时，也存正在以下题目值得属意。 因为粉粒粒形为众角形，密度小和其他少许来历，熔融石英配成涂料的流变行径不睬念，流淌性、笼罩性等均不如锆石粉，粉液比也不易抵达指望的程度。因为熔融石英透后度高，涂挂模组流程中，操作家不易鉴定涂层厚薄安适均水准。这些题目可研讨通过以下途径处置：①转换搅拌格式，先疾搅，后慢搅。(合理级配粉料粒度。对此，美、欧各邦实行了豪爽试验斟酌，以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%。(涂料浆中出席少量钛白粉，以消重涂层的透后度。④采用集合物巩固硅溶胶，并增添少量刷新流平性的附加物。 由此可睹，增加行使熔融石英，还须要获得粘结剂分娩厂商的大肆援助和亲切配合，外洋也常有熔融石英与某种适应的粘结剂系缚贩卖的做法。 行为面层撒砂资料，因为熔融石英砂粒形为众角形（睹图6），倒霉于蜡模上细致部位的充填，再加上密度小，砂粒容易架桥，变成浮砂，办理失当，浇注时容易变成钢液渗漏。对此，可合适减小撒砂粒度，用70#/120#砂取代50#/100#砂；目前邦产熔融石英砂中，粉尘含量高（睹图7），也是发生浮砂的苛重来历。不难看出，拟定精铸用熔融石英砂/粉的产物格料尺度也是当务之急。采用集合物巩固硅溶胶，也有利于削减浮砂。 温度/湿度变更对涂层干湿形态的影响，比其他耐火资料更为敏锐。所以，对上述工艺条款的左右央浼调动经。 因为熔融石英正在1200℃相近蜕化为方石英，随后，冷却至300℃操纵发生相变。是以，型壳焙烧后应尽疾浇注。要是工艺央浼务必二次焙烧，则焙烧温度务必低于1000℃。 因为熔融石英热膨胀系数小，铸件尺寸可以会变小。 综上所述，熔融石英用正在背层资料，正在工夫上难度较小，用作面层资料，则须要下点工夫。熔融石英行为一种制壳资料，正在我邦增加行使，尚属复活事物，需慎重从事，完全通过试验，制止大起大落。 附件一、硅石的工夫条款睹外1 附件二、硅石的分类和特点睹外2 外1硅石工夫条款（YB2416-1981) 级别 化学因素/% 耐火度/℃ 吸水率/% 备注 SiO2 Al2O3 CaO 特级 ≧98 ≦0.5 ≦0.4 ≧1750 ≦3.0 耐火度和吸水率，如供方可保障抵达尺度央浼，凡是不作两项目标 一级 ≧97 ≦1.0 ≦0.5 ≧1730 ≦4.0 二级 ≧96 ≦1.3 ≦1.0 ≧1710 ≦4.0 外2硅石的分类和特点 工艺分类 岩石分类 紧要产地 颜色 矿物构成 化学构成 石英晶粒/mm 转化职能 制砖合适性 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，有的夹有赤色或黄褐色水锈 SiO299% 很大，大于2 特慢转化 因难转化，制砖时废品率可以高 石英岩 河南铁门、辽宁石门 灰白、浅灰色 石英为主，有的含有黏土、云母、绿泥石、长石、金红石赤铁矿、褐铁矿等 SiO2大于98% 0.15~ 0.25 特慢转化 可制各类硅砖 我邦各地的硅石众属此类型 工艺分类 岩石分类 紧要产地 颜色 矿物构成 化学构成 石英晶粒/mm 转化职能 制砖合适性 备注 胶结硅石 石英砂岩 淡黄、淡赤色 石英为主，含量90%以上，少量长石、云母；胶结物为硅质 SiO295%以上，混有肯定杂质，Al2O31%~3%；R2O1%~2% 粗粒（1~0.5）到细粒（0.25~0.1） 筑筑凡是砖 燧石岩 山西五台山 赤白、青白 基质为玉髓，个中含有脉石英晶粒，有的含有氧化铁、石灰石、绿泥石 SiO295%以上 0.005~ 0.01 神速转化 可制各类硅砖 是硅质岩的一种 硅砂 石英砂 广东珠海 黄褐色 石英为主，含量95%操纵；长石等矿物5%操纵 SiO290%以上，杂质Al2O35%, Fe2O31%,纯度未必 较大0.5~ 0.15 大大批用作捣打料，制凡是硅砖 我邦沿海地域有产出，如山东荣成

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