制壳用耐火材料与粘结剂型壳介绍14

制壳用耐火材料与粘结剂型壳介绍制壳用耐火材料与粘结剂型壳介绍1414 法拉特精密铸造有限公司制壳耐火材料培训资料主讲王东xx 44 66面层型壳直接接触金属液 影响型壳致密性铸件表面质量 背层 型壳则影响型壳强度 即影响铸件的尺寸精度1 有足够的耐火度2 好的热化学稳定性3 均匀且不大的热膨胀系数4 合适的粒度5 价廉 无毒耐火材料的基本要求 认识 二 铝硅系耐火材料简介该体系有下列材料可做耐火材料石石英SiO 2刚刚玉Al2O3高岭土Al2O3 2SiO2莫来石3Al2O3 2SiO2铝矾土Al2O3 48 请看图左方的石英 三 石英 S SiO22晶体 又称硅砂有七种晶体 石英 石英 鳞石英 鳞石英 鳞石英 方石英 方石英a b c 三种晶型硅氧四面体的结合方式a 方石英b 鳞石英c 石英同种晶体转变时能量要得小 故容易 进行转变 如 石英 石英573 不同晶体间转变需能量要多 故 较难进行 自然界的石英为 石英 熔点1713 酸性 热化学稳定性差 大 12 5 10 66 而不均匀的热膨胀系数不是一种性能好的制壳材料应用精度 不高的铸件上石英 四 石英玻璃 SiO22非晶体 熔点1713 酸性 热化学稳定 性差 小小 0 5 10 66 而均匀的热膨胀系数是一种性能较好的制壳材料应用高精度 铸件型壳 陶瓷型芯上请看图右方的刚玉 五 刚玉 Al22O O33 熔点2050 中性 热化学稳定性好 较小 8 6 1 0 66 而均匀的热膨胀系数是一种性能好的制壳材料应用精度高的 高合金钢件上请看Al2O348 处的高岭土 六 高岭土分生 熟两种 生料一般不用 因在加热中会发生下列反应Al22O O33 2SiO22 2H22O Al22O O33 2SiO22 2H22O O Al22O O33 2SiO22 Al22O O33 2SiO223Al22O O33 2SiO22 3Al22O O33 2SiO22SiO22 无定形 SiO22 方石英或玻璃相 熟高岭土 熔点1700 1790 弱酸性 热化学稳定性较好 较小 5 0 10 66 而均匀的热膨胀系数是一种性能较好的背层制壳耐火材料应 用背层制壳耐火材料生高岭土 在熔模铸造中一般不用 在用水玻 璃型壳生产低精度铸件时 可加在背层型壳中起增强型壳强度的作用 如沈阳粘土 无锡白泥等耐火粘土 铝矾土是指Al2O3 48 的铝硅系化合物 化学成分变化范围大 七 铝钒土 Al2O3 48 分生 熟两种 生料是由高岭土和水铝石组成 加热时会发生一系列化学反应水铝 石Al2O3 3H2O Al2O3 3H2O高岭土Al2O3 2SiO2 2H2O Al2O3 2SiO 2 2H2OAl2O3 2SiO2 Al2O3 2SiO23Al2O3 2SiO2 3Al2O3 2SiO2SiO 2 无定形 SiO2 方石英或玻璃相 生铝矾土在加热过程中有很 多化学 物理变化 故不用 生铝矾土为水泥 灰 色 熟铝矾土为淡黄色 容易加以区分 生铝矾土熟铝矾土 熔点 1700 弱酸性 热化学稳定性较好 较小 5 4 10 66 而均匀的热膨胀系数应用背层制壳耐火材料 八 锆石 锆英 ZrO22 SiO22或ZrSiO44是非铝硅材料其相图锆石 ZrO2 SiO2或或ZrSiO4 熔点 1948 弱酸性 热化学稳定性较 好 较小 4 6 10 6 而均匀的热膨胀系数是一种性能较好的制壳耐火材料应用高 精度 除高合金钢外 件面层名称耐火度 或熔点 酸碱性热膨 胀系数 10 66 应用石英1713酸性12 5精度不高件 面 背层石英玻璃1713酸 性0 5高精度件型 芯刚玉2050中性8 6高精度件面层 高合金钢 锆石 1948弱酸性4 6高精度件 非高合金钢 面层高岭土 熟 17 00 1790弱酸性5 0背层铝矾土 熟 1700弱酸性5 4背层目前锆 石粉砂的价格飚升 已高于刚玉粉砂和熔融石英砂粉 能否用刚玉 粉砂代替锆石粉砂呢 能 九 锆石代用问题国际上已经开展锆英的代用工作 如美国刚玉全 部或部分的代用锆英 国内已用刚玉代替锆英 代用时应注意代用材料的化学成分和纯度 代用材料的粒度 以保 证不产生化学粘砂和机械粘砂 十 旧砂回用问题废型壳的回用是国内外关注的问题 可将废型壳 破碎 过筛后再使用 3粘结剂及型壳介绍 一 概况1 种类水玻璃硅溶胶硅酸乙酯应用高精铸件硅溶胶 硅酸 乙酯 其中硅溶胶为绿色粘结剂 正在发展中 低精铸件水玻璃硅溶胶 硅酸乙酯 水玻璃粘结剂中起粘结作用的 都是SiO22胶体 又称硅酸胶体 二 硅酸胶体的几种形式溶胶冻胶凝胶从溶胶转变为冻胶 凝胶的 过程称胶凝过程 制壳就是粘结剂从溶胶转变为冻胶和凝胶的胶凝过程 是一个复杂 的物理 化学变化的过程 胶粒结构二氧化硅粒子表面的扩散双电层及电位 三 胶体结构胶粒是在0 100nm的颗粒 1nm 10 6mm 物质在这种粒度时 就具有很多特性 有粘结作用 胶粒合并 则导致胶凝 阻碍胶粒合并的因素胶粒间带同性电 同性相斥 胶粒合并的动力分子运动 合并后总表面积减少 表面自由能下降 四 胶凝过程 五 影响胶凝的因素1 电介质影响胶粒结构影响胶粒带电量影响胶 凝的因素1 电介质2 pH值影响胶粒的结构影响胶粒的带电量pH胶凝 时间影响胶凝的因素1 电介质2 pH值3 SiO22浓度4 温度影响胶粒的 分子运动 改变分子碰撞机会可利用电介质 pH SiO22浓度 温 度四个因素来改变胶凝时间 提高制壳生产率 但因生产精密铸件 实际生产中不能利用温度这一因素 4硅溶胶及其型壳 一 硅溶胶硅溶胶是白色透明的溶胶 在电子显微镜下可看到胶体 颗粒胶粒结构二氧化硅粒子表面的扩散双电层及电位密度g cm3含含 w SiO2 1 1625 1 2130 1 2735 SiO2 密度反映胶体SiO2 含量的多少 即粘结力的强弱1 指标 Na2O O pH两者都影响硅溶胶稳定性 运动粘度反映硅溶胶的粘稠程度 影响涂料的粉液比及型壳表面粗糙度及强度 胶体粒径胶体粒子直 径影响其稳定性及型壳强度粒子越小稳定性较差 但型壳强度高2 标准SiO230 Na22O 0 5 密度g cm31 20 1 22pH值99 10运动粘 度mm22 s 8胶体粒径nm8 14 二 硅溶胶涂料硅溶胶不用预处理可直接配制涂料1 种类面层涂料 影响铸件表面质量过渡层涂料将面层和背层粘接好背层涂料影响铸 件精度2 组成面层涂料由耐火材料 粘结剂 润湿剂 消泡剂等组 成过渡层涂料由耐火材料 粘结剂组成背层涂料由耐火材料 粘结 剂组成湿润剂湿润剂是表面活性剂 其分子一般由两种性质不同的 原子基团组成一种是非极性的亲油基团 另一种是极性的亲水基团 如聚氧乙烯烷基醇醚 JFC 憎水亲水湿润剂作用示意图表面活性剂 亲油基在熔模表面的定向排列表面活性剂有一薄层即可 用量为硅 溶胶的千分之一左右 国内使用最多的润湿剂为JFC 又称渗透剂EA 全名聚氧乙烯烷 基醇醚 消泡剂加湿润剂后 涂料的表面张力下降 搅拌过程中易将空气卷 入形成气泡 为此 需加入消泡剂来消泡 消泡剂一般为有机添加剂 如硅树脂 醇类消泡剂作用是使气泡表 面膜被拉伸变薄而使气泡破灭3 涂料配方面层涂料过渡层涂料背层 涂料硅溶胶 kg101010锆英粉 kg36 40高岭土 kg16 1714 15润湿 剂 mL16消泡剂 mL12配方中耐火粉料与粘结剂 硅溶剂 适量比称 粉液比 它直接影响涂料及型壳性能 应加以控制 涂料粉液比高 所制型壳表面致密 铸件表面质量好 涂料粉液比 高 所制型壳强度高 铸件精度高 但能否达到配方的粉液比 取决于原材料的质量 如硅溶胶的粘度 耐火粉料的粗细和分布 粒度级配 4 涂料配制硅溶胶 润湿剂 耐火粉料 消泡剂全部新料部分新料 面层24h12h背层10h5h涂料配制时需很长时间搅拌 直到无粉团为止 则可测定涂料粘度 如合格涂料就可待用 国内杯和美国杯 欧洲杯流杯粘度测定终点的确定5 性能控制粘度s 密度g cm33面层32 12 7 2 8过渡层19 11 82 1 85背层13 11 81 1 83用流杯粘度加以控制如粘度过高要加硅溶胶加以调整 如 粘度过低则加耐火粉调整 三 制壳工艺 工序清洗蜡模上涂料撒砂干燥反复多次反复多次 清洗蜡模去除蜡模上的油污将蜡模放在清洗剂中清洗现用环保的Z F 301清洗剂代替了有机清洗剂三氯乙烷 乙醇 丁酮等 上涂料要各 处上到才能形成表面光洁 强度合格的型壳 尤其是面层 对有文 字 凹槽 直角处要特别注意 除浸涂涂料外 必要是可以用笔刷 涂料 或用压缩空气微微的吹局部重要处 防止气泡等 撒砂撒砂的作用 加强型壳 固定涂料 分散胶凝收缩 防止产生穿 透性裂纹 干燥利用水分蒸发 SiO2胶体胶凝浓度增加 最终形成 胶凝 这是利用电介质 pH 浓度 温度四个因素中浓度这一因素 让胶体胶凝 制壳的 2 制壳工艺参数包括涂料的种类 撒砂种类和粗细 制壳间的温度 湿度和风力 干燥时间等层数参数面层二层背层封浆涂料种类面 层涂料过渡层涂料背层涂料背层涂料撒砂 目 100 120锆砂30 60 锆砂 高岭土砂砂16 30高岭土砂温度 22 26湿度 60 7040 60风速 m s 6 8干燥时间 h 4 6 8 12预湿剂浸预湿剂 说明 涂料用三种 面层保证铸件表面质量过渡层将面 背层粘结 好背层保证铸件精度 高精度铸件可用两层面层涂料层数参数面层 二层背层封浆涂料种类面层涂料过渡层涂料背层涂料背层涂料撒砂 目 100 120锆砂30 60锆砂 高岭土砂砂16 30高岭土砂温度 2 2 26湿度 60 7040 60风速 m s 6 8干燥时间 h 4 6 8 12预湿剂浸预湿剂 撒砂由细到粗 面层细 逐层加粗 用三种砂 100 120 30 60 16 30 以便于镶嵌 使整个型壳为一整体的型壳两种不同结 构的型壳a 整体型壳b 分层型壳 撒砂种类与同层涂料相同相 同的耐火材料 其热膨胀系数一致 以防止撒砂和涂料分离 撒砂有两种雨淋撒砂均匀 但劳动强度较大 多多用于面层 以保 证面层质量沸腾撒砂效率高 但型壳边角处易撒不上砂 多用于背 层层数参数面层二层背层封浆涂料种类面层涂料过渡层涂料背层涂 料背层涂料撒砂 目 100 120锆砂30 60高岭土砂16 30高岭土砂温 度 22 26湿度 60 7040 60风速 m s 6 8干燥时间 h 4 6 8 12预湿剂浸预湿剂 影响干燥的因素T 湿度和风力 T 不变以保证铸件精度 湿度很重要面层湿度60 70 背层湿度40 60 因面层的主要的矛 盾是干得过快 面层型壳易开裂 造成毛刺缺陷 为防止干得过快 面层湿度要高些 60 70 背层的主要矛盾是干得过慢 生产效率低 为提高生产效率 背层 湿度要低些 40 60 a b b 风速对型壳干燥和硅溶胶中水的蒸发影响a 风速对型壳干燥的 影响b b 风速对硅溶胶中水的蒸发影响 风力 风力也是影响型壳干燥的重要因素 风力增加 干燥时间减少 从图可看到风速44m s比00m s时干燥速度大55 66倍 希望风力在4 4 88m s现国内生产中风力较小是一个急需改进的问题 风应当用旋转风 让干燥间各处的风力相同 无死角最好采用制壳 流水线 使用通风隧道因为面层的主要矛盾是干得过快 造成面层 开裂和毛刺缺陷 因此 面层不能有大风 只能微风 背层的主要矛盾是干得过慢 生产效率低 为提高生产效率应使用 大风 4 8m s 层数参数面层二层背层封浆涂料种类面层涂料过渡层涂料背层涂料 背层涂料撒砂 目 100 120锆砂30 60高岭土砂16 30高岭土砂温度 22 26湿度 60 7040 60风速 m s 66 88干燥时间 h 44 66 88 12预湿剂浸预湿剂 预湿剂预湿剂是25 SiO2硅溶胶上预湿剂的目的防止层与层间分层 提高型壳强度预湿剂一般上两次 四 快干硅溶胶为防止面层干燥时形成裂纹和提高型壳整体的干燥 速度 出现了一类新型硅溶胶 快干硅溶胶 如国产的FS FS 快干硅溶胶 可使层间干燥时间缩短到2h左右 快干原理 高分子有机物本身为粘结剂 可提高型壳湿强度 对胶 体表面进行了处理 降低了胶粒表面带电量 加速了胶凝过程 快干硅溶胶的作用 快速制壳 防止型壳面层开裂 铸件产生毛刺 五 其它快速制壳方法 加强风力 形成理想风洞 在型壳中加入 吸水材料 硅溶胶型壳小结 硅溶胶是一种典型的硅酸