熔融石英的性能特点和使用

熔融石英的性能特点和使用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，在同锆英材料的使 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 1760℃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 1713℃，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，仅为锆 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） 。 密度/ （g/cm3 ) 膨胀系 数①/× 10-71/℃ 热导率 /[W/(m2 .k)] 在热浓碱和 熔融 石英 氢酸条件下 有良好的可 溶性 电熔 刚玉 莫来 3.99~4. 0 2.7~2.9 在热碱条件 下反应很差 在热碱条件 浸出性比较颜色 耐火 材料 化学组成 化学 性质 熔点 /℃ 莫氏 硬度 SiO2酸性171372.251.951②白色 Al2O3两性203098612.560②白色 3Al2O3·2Si两性20306~7541.214②灰色 石O2下有轻微反 应 到棕 黄色 灰色 到棕 黄色 白色 到棕 黄色 高岭 石 熟料 弱酸 性 1700 ~179~5 在热碱条件 2.4~2.650-下有轻微反 应 在热碱条件 7~84.5~4.9462.094③下有中等反 应 0 锆砂ZrSiO4 弱酸 性 99.7 Al2O3 0.17 Fe2O3 0. TiO2K2OCaONa2O 0.0250.0120.007599. 8 0.2 5 Mg O 0. 5 CaO 0.0 6 Fe2O 3 K2ONa2O 0.0 2 0.0 1 Bi、Ag、 Sn、 Sb 0.001 Pb、 Zn 0.01 5 0.25 0.0 5 注：表中数据适用于普通真空熔铸硅基陶瓷型芯。 3.23.2 熔融石英制壳工艺特点熔融石英制壳工艺特点 近来国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，代替锆石经济 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 不如锆石粉，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：①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 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。④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 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。 （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 1200℃附近转变为方石英，随 后，冷却至 300℃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 1000℃。 （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。 附件一附件一、硅石的技术条件见表硅石的技术条件见表 1 1 附件二、硅石的分类和特性见表附件二、硅石的分类和特性见表 2 2 表表 1 1 硅石技术条件（硅石技术条件（YB2416-1981)YB2416-1981) 化学成分/% 级别 SiO2 特级 一级 二级 ≧98 ≧97 ≧96 Al2O3 ≦0.5 ≦1.0 ≦1.3 CaO ≦0.4 ≦0.5 ≦1.0 耐火度 /℃ ≧1750 ≧1730 ≧1710 吸水率/%备注 ≦3.0 ≦4.0 ≦4.0 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 表表 2 2 硅石的分类和特性硅石的分类和特性 工艺岩石主要 颜色矿物组成化学组成 石英晶转化制砖适应 性 因难转 很大， 大 于 2 特慢化，制砖 备注 分类分类产地粒/mm性能 脉石 英 江密 峰 乳白 色 石英为主， 质地纯 净， 有的夹有红色 或黄褐色水锈 SiO299% 转化时废品率 可能高 结晶 硅石 石英 岩 铁 石英为主， 有的含 灰白、 有黏土、 云母、 绿 我国各 SiO2大于 98% 0.15~ 0.25 特慢 转化 可制各种 硅砖 地的硅 石多属 此类型 门、浅 灰泥石、 长石、 金红 石门色石赤铁矿、 褐铁矿 等 工艺岩石主要 分类分类产地 胶结石英 颜色矿物组成化学组成 石英晶转化制砖适应 性 制造一般 砖 粒/mm性能 粗粒 （1~0. 备注 硅石砂岩 淡黄、石英为主，含量 淡红90%以上，少量 SiO295% 以上，混有 色长石、 云母； 胶结一定杂质，5）到细 物为硅质Al2O31%~ 3%； R2O1%~2 %