耐火材料及型壳制备.

课题名称耐火材料及型壳制备课次授课日期授课班级授课地点教学目的与要求学习目标：1.了解不同型壳的特点。

2.掌握涂料的制备方法。

3.掌握制壳工艺各步骤的要领。

能力目标：能根据铸件特点正确型壳种类，配制符合要求的涂料，能根据特点制定型壳工艺。

素质目标：培养学生团队合作能力，具体问题具体分析的能力。

重点难点及解决方法重点：1.制壳工艺2.水玻璃粘结剂难点：1. 型壳的焙烧教学设计（方法、教具、手段、内容）方法：讲授教具：模料样品模组手段：多媒体内容：一、型壳的选择1.常用熔模铸造型壳2.型壳选择依据二、耐火涂料的配制1.耐火涂料的工艺性能与控制2. 水玻璃粘结剂三、制壳工艺1. 准备工作2.工序3.涂挂涂料4.撒砂5.干燥6.硬化7.脱模8.型壳的焙烧课外作业阅读相关章节，浏览精品课程网站授课内容耐火材料及型壳制备一、型壳的选择1. 常用熔模铸造型壳2.型壳选择依据二、耐火涂料的配制1.耐火涂料的工艺性能与控制2.水玻璃粘结剂三、制壳工艺1. 准备工作2. 工序3.涂挂涂料4.撒砂5.干燥6.硬化7.脱模8.型壳的焙烧10min 5min10min 10min10min 5min 10min 10min 10min 10min 5min 5min授课内容备注一、型壳的选择1. 常用熔模铸造型壳A 水玻璃型壳价格低廉、型壳耐火度低，表面不够光洁，尺寸精度低，脱蜡时容易酥烂，硬化时污染环境B 硅溶胶型壳硅溶胶价格适中，型壳服役性能好，制壳时不放出有害物质，处理和配制工艺简单，造型时间长。

C 硅酸乙酯型壳耐火度高，强度大，铸件尺寸精度和表面粗糙度都好，但价格昂贵，配好后保质期短。

D 复合型壳面层和背层用两种涂料，可以兼顾两者的优点。

2.型壳选择依据主要根据产品的精度和工艺要求来选择，在能够满足工艺要求的前提下，尽量选择成本低的型壳，选择是应注意粘结剂和耐火材料的配比。

二、耐火涂料的配制1.耐火涂料的工艺性能与控制耐火涂料是用粉状耐火材料和粘结剂按比例组成的悬浮液。

型壳的耐火度、高温化学稳定性、热膨胀性、强度、型腔表面的质量主要取决于耐火材料和粘结剂本身的性能，以及耐火涂料的工艺性能。

耐火涂料的工艺性能主要有粘度、涂挂性、分散性和稳定性等。

耐火涂料的粘度大小决定了流动性好坏、涂料层厚度及涂覆层的均匀程度。

粘度大则流动性差，涂层厚，涂层不易均匀，即涂挂性差。

但粘度过小的涂料，涂层过薄，撒砂时易被砂粒打穿或被气流吹走，熔模边角处涂料易流失而撒不上砂子，致使边角开裂。

对于复杂熔模用的面层涂料其粘度应小一些，以便涂挂出轮廓清晰厚度均匀的型壳。

加固层涂料的作用是支承和加固型壳，使涂料层形成必要的厚度，以获得足够的强度。

一般说加固层涂料的粘度可大些，但也不能过大，因为粘度大表明其中粘结剂含量相对减少；同时导致涂层过厚不易硬化和干燥透，两者又都会使型壳强度降低。

涂料中粉状耐火材料与粘结剂用量应有适当比例，称为涂料配比。

涂料的配比是决定其粘度的主要因素，涂料中粘结剂含量愈少，即耐火粉料量愈多，则涂料的粘度愈大。

当涂料配比相同时，粘结剂中SiO2的浓度愈高，则涂料的粘度愈大；温度愈高，搅拌愈强烈，时间愈长，则涂料粘度愈小。

涂料的分散性愈大，涂料的粘结力愈高。

涂料是一种胶体悬浮液，是一种宏观的多相不均匀分散体系。

在这体系中，硅酸溶胶微粒相耐火材料粉粒都是分散相，如果它们的颗粒愈细，分布愈均匀，愈分散，则涂料的分散性愈好。

分散性大的溶胶微粒在胶凝后，包覆在耐火材料粒子上的网状骨架支联细薄而致密，分布均匀，因而涂料呈现出高的粘结能力。

涂料在存放和使用期内，由于粘结剂内胶体SiO2粒子的自发聚集，以及涂料中溶剂和水分的蒸发，涂料的稳定性下降，表现为涂料的粘度逐渐增大。

涂料的分散性提高，则稳定的时间延长，涂料使用有效期也延长。

搅拌可以提高涂料的分散性。

在涂料中加入某些阴离子或非离子型表面活性剂（配涂料时称润湿剂），如农乳130等，既可提高涂料的分散性，改善涂挂性，又可提高涂料的稳定性。

例如在水玻璃涂料中加入熟粘土可提高稳定性，改善流动性；若加入生粘土，则粘度迅速增大。

生产中常用流杯粘度剂（如图1-16所示）来控制涂料性能，根据流杯中100mL涂料的流空时间（s）来评估涂料操作的工艺性，每个生产场合都有其本身认为合适的流杯粘度（即流杯中涂料流空时间）。

对石英粉面层涂料，粘度约为40s左右；刚玉粉面层涂料其粘度约为25s左右。

加固层涂料粘度大小视制壳工艺条件而定。

若采用比面层涂料粘度小的加固层涂料，一般结壳在面层涂料中加水解液稀释而得，以逐渐降低其密度。

2.水玻璃粘结剂熔模铸造制型壳用黏结剂的水玻璃大多为钠水玻璃，其基本组成是硅酸钠和水。

硅酸钠是SiO2和Na2O以不同比例组成的多种化合物的混合物。

由图1-15所示的Na2O-SiO2二元状态图上可见，只有当SiO2的质量含量为32.6%，49.2%和66%时，硅酸钠才能是单一的化合物，它们分别是2Na2O·SiO2，Na2O·SiO2，和Na2O·2SiO2。

在其它组成时，水玻璃是几种单一化合物的混合体，故用通式Na2O·mSiO2表示其组成，m是SiO2对Na2O的摩尔数之比，常称此值为模数，用M表示，它不一定是整数。

可根据SiO2和Na2O 的质量含量计算水玻璃的模数M。

即M=l.032a/b式中 1.032-Na2O对SiO2分子量的比值；a-水玻璃中SiO2的质量含量，%；b-水玻璃中Na2O的质量含量，%。

熔模铸造用水玻璃的模数以M=3.0~3.6为佳，其中不超过25%的SiO2以胶体存在，其余的SiO2则以硅酸根离子（如HSiO3-，SiO32-）形态存在。

模数越高，胶体粒子所占比例大，水玻璃的胶体性能也强，制型壳时，其湿强度形成快，抗水性好，脱模时型壳强度损失少。

但过高模数的水玻璃的黏度太大，不易制备流动性合适的涂料，涂料中的粉液比①也无法提高，涂挂涂料时涂料很易堆积，而且涂料表面会很快结出硬皮而粘不上砂料，使型壳有分层的缺陷。

水玻璃的模数如太低，其中硅酸根离子增多，会使干燥后的水玻璃遇水重溶，图1-15 Na2O-SiO2二元状态图型壳在脱模时难以承受水、汽的作用而被“煮烂”。

水玻璃的另一重要技术指标为密度，密度反映的是水玻璃水溶液中Na2O·mSiO2的含量。

水玻璃的密度单位有时用波美度（°Be'）表示，它与“g/cm3”单位间的关系为：ρ=144.3/(144.3-°Be')式中ρ-用单位“g/cm3”所表示的密度值。

低密度的水玻璃黏度低，可配制粉液比高的涂料，以保证型壳工作表面的致密，硬化时胶凝收缩小、硬化速度快，但用这种涂料制得型壳的强度低，一般只在制备面层涂料时用小密度的水玻璃，常取ρ=l.25~1.27g/cm3。

为保证型壳具有足够高的湿强度和高温强度，常用较高密度水玻璃制备涂料，但密度不宜过高，因此时型壳的硬化时间要延长，涂料粉液比会被降低。

一般取ρ=1.29~1.32，最高不超过1.34。

M≥3.0的水玻璃粘度很大，为能提高涂料粉液比，使制壳时硬化反应能顺利进行，配涂料前应先加水调整其密度达到面层涂料及背层涂料用的水玻璃密度的要求。

加水量可按下式计算：C=A(ρ-ρ′)/ρ（ρ′-1）式中C——加水量（kg）；A—需稀释的水玻璃重量（kg）；ρ—原水玻璃密度（g/cm3）；ρ′—稀释后水玻璃的密度（g/cm3）。

水玻璃固然有价廉的优点，但用它所制的型壳中因残留有Na2O存在，会使型壳工作表面和整体的耐火度降低，故所得铸件表面不够光洁，铸件的尺寸精度也低。

且在脱模操作时型壳易酥烂，故一般在生产精度要求较低，表面粗糙度要求不高的铸件时大量使用，有时也配合其它粘结剂作型壳加固层涂料的粘结剂使用。

三、制壳工艺制造型壳是熔模铸造生产工艺中一个主要而又复杂的工艺过程，它包括配制耐火涂料、上涂料、干燥和硬化、脱模和高温焙烧等工序。

1. 模组的除油和脱脂在采用蜡基模料制熔模时，为了提高涂料润湿模组表面的能力，需将模组表面油污去除掉，故在涂挂涂料之前，先要将模组浸泡在中性肥皂片或表面活性剂（如图1-16 熔模铸造中使用的一种流杯粘度计烷基磺酸钠、洗衣粉）的水溶液中，中性肥皂片在水溶液中的含量约为（0.2~0.3）%，而表面活性剂的含量约为0.5%。

表面活性剂的极性端（亲水基）易吸附涂料，它的非极性端（憎水基）易吸附在蜡模上，故通过表面活性剂，涂料就易覆盖在蜡模表面。

模组自浸泡液中取出稍晾干后，即可涂挂模料。

用硅酸乙酯水解液涂挂树脂基模料模组时，因它们之间能很好润湿，故可省略此工序。

2. 涂挂涂料和撒砂涂挂涂料以前，应先把涂料搅拌均匀，尽可能减少涂料桶中耐火材料的沉淀，调整好涂料的粘度或比重。

如熔模上有小的孔、槽，则面层涂料（涂第一、二层型壳用）的粘度或比重应较小，以使涂料能很好地充填和润湿这些孔槽。

挂涂料时，把模组浸泡在涂料中，左右上下晃动，使涂料能很好润湿熔模，并均匀覆盖模组表面。

模组上不应有涂料局部堆集和缺料的现象，且不包裹气泡。

为改善涂料的涂覆质量，可用毛笔涂刷模组表面，涂料涂好后，即可进行撒砂。

撒砂是指在涂料层外面粘上一层粒状耐火材料，其目的为迅速增厚型壳，分撒型壳在以后工序中可能产生的应力，并使下一层涂料能与前一层很好粘合在一起。

现介绍两种形式的撒砂方法。

图1-18 流态化撒砂机1-抽尘罩2-流态化槽3-放砂口4-上、下垫板5-毛毯①雨林式撒砂。

粒状耐火材料如雨点似地掉在涂有涂料并且缓慢旋转着的模组上，使砂粒能均匀地在涂料层上面粘上一层。

图1-17所示为一种风动雨淋式撒砂机，积在砂筒5中的砂粒在风管7压缩空气的吹动下，向上移动至上挡板2处，雨淋式的下落，掉在被撒的模组涂料层上。

振动筛可去除下落砂中被涂料粘在一起的团块。

也可用斗式提升机把砂粒自砂筒中上提，掉在上置的振动筛上，通过筛孔雨淋式地下落进行撒砂。

②流态化（沸腾床）撒砂。

粒状耐火材料放在容器中（图1-18），向容器下部送入压缩空气或鼓风，空气经过毛毯把上部的砂层均匀吹起，砂层呈轻微沸腾状态。

撒砂时只需将涂有涂料的模组往流态化的砂层中一“浸”，耐火材料便能均匀地粘在涂料表面。

生产小型铸件时，这种涂料撒砂层为5~6层，而大型铸件的型壳层数可为6~9层。

第一、二层型壳撒砂所用的砂的粒度较细，一般为40/70~50/100，而以后各层（加固层）所用砂的粒度则较粗，一般为20/40~6/20。

3. 型壳层的干燥和硬化每涂覆好一层涂料层（型壳层）后，就要对它进行干燥和硬化，使涂料中的粘结剂由溶胶向冻胶、凝胶转变，把耐火材料颗粒连在一起。

所用粘结剂不同，其干燥和硬化方法也不同。

1）硅酸乙酯粘结剂型壳的干燥和硬化每层涂料在干燥和硬化过程中主要发生三个相互有关的物理、化学变化。