法工艺运用于熔铸锆刚玉产品上的探索改进与质量提升

　　赵文云 袁涛 李隆基

　　1.导言

　　中国的熔铸耐火材料始于上世纪五十年代，已成为砌筑玻璃窑不可缺少的耐火材料。玻璃窑所用电熔锆刚玉砖生产过程中铸造工艺对产品质量起着决定性作用。然而，传统电熔锆刚玉件铸造工艺，需要根据铸件尺寸要求，制作六块以上砂型板，并粘接组合成铸型，影响到铸件产品尺寸的精度和产品的表观质量，这也往往成为铸件产生裂纹、气孔的原因之一，另外也直接影响着铸件的合格率。同时，由于型砂的使用为一次性，既浪费了大量的型砂，也给环境造成很大压力。为解决这些问题，对传统铸造工艺做了重大改进,将 V法铸造工艺引用到熔铸锆刚玉行业，使铸件产品尺寸的精度和产品表观质量得到很大改善，并且降低了型砂消耗，节省了能耗，降低了生产成本，也达到了低碳环保的目的。
　　熔铸锆刚玉属特种铸造，它是将氧化铝、氧化锆、二氧化硅等非金属材料，在电弧炉里熔融后浇注，浇注温度1860℃-1940℃。浇注时，将砂箱吊到炉前，炉子倾斜，直接浇注，浇注后保温7-13天。
　　2.产品照片展示
　　3.工艺改进
　　V法工艺是铸造行业的成熟工艺，但用在熔铸锆刚玉行业却是新工艺，存在多方面的技术瓶颈。主要表现在以下几个方面：
　　? 产品颜色为白色微黄，浇注温度1860-1940℃，浇注温度高，对涂料的抗粘砂性能及颜色要求高；
　　? 产品浇注后，保温7-13天，约需500-600套规格不同的砂箱，砂箱需求量大；
　　? 高大件（1500-3000mm），吸膜困难。
　　针对以上疑难问题，我们进行了大量的探索和研究工作，把熔铸锆刚玉技术与V法技术进行跨行业的结合，经过两年多的试验，做了可行性的改进，并获得了国家实用新型专利。
　　①涂料：浇注温度高，铸件粘砂严重，且表面发红。我们先后购买了郑州、上海、洛阳、登封、济南等近十个厂家的涂料，还联系厂家专门为我们配置涂料，都不能解决粘砂及颜色问题。根据V法工艺用于锆刚玉的特殊性，查阅大量技术资料，将电熔耐火材料技术与v法技术结合起来，历经半年，制定涂料配方几十种，我们终于成功配置出“熔铸锆刚玉V法专用涂料”，该涂料脱砂性非常好，铸件颜色微黄，表面光洁。
　　②活动气室砂箱：铸件浇注后，保温期长，若制作五六百套砂箱，不仅费用高，还给维护带来困难，经过多次试验，我们成功的把双壁气室做成活动式。即在现有砂箱内放入双壁活动气室，待浇注凝固10-30分钟，取出双壁气室，这样双壁气室放入下一个外层砂箱内继续使用。铸件在外层箱内继续保温8-15天。把气室做成活动的，节约制造成本，便于检修。每个规格的活动气室只需2-3个，便能满足生产需求。该项目已获国家实用新型专利。
　　③高大铸件吸膜：熔铸锆刚玉共晶转变温度区间窄，凝固方式类似于铸钢的层状凝固方式，缩孔、缩松倾向大，铸件根据使用部位不同，有平浇、立浇、倾斜浇注。对于立浇，规格为300*400*（1500-3000）、100*500*（1200-1500）的吸膜困难。我们使用铸造上常用的平做立浇及多箱造型（上下砂箱盖被膜后，还需钢板覆盖，防止烧烂薄膜及解除真空后漏砂）。浇注成功，且生产一些铸件，但非常麻烦。为解决该问题，针对铸件简单，我们发明了套膜工艺。模型上带抽气口，周边钻吸膜孔，按模型尺寸形状制好成型薄膜，套在模型上，插上气管抽真空，使薄膜紧贴在模型上。该项目已获国家实用新型专利。
　　4.V法铸造工艺对熔铸锆刚玉质量提升的基本原理
　　电熔砖蚀变机理：对于电熔锆刚玉砖而言，主要由刚玉相和斜锆石相(共晶体)以及玻璃相组成。其中13%左右的玻璃相起缓冲热应力的作用。其耐侵蚀性能主要取决于以下因素：
　　? 致密度（气孔多少）；
　　? 刚玉相和斜锆石相共晶体的生长发育程度；
　　? 裂纹等缺陷多少。
　　熔铸锆刚玉铸件，易产生气孔和裂纹缺陷，裂纹缺陷无法解决,此系多年来业内专家一直关注的难题。
　　熔铸锆刚玉件的共晶体结构，离不开适应它发育生长的温度和时间。“V法铸造工艺浇铸”的铸件完全处于负压状态下的型箱内，犹如开水装在保温瓶内一样，温度流失相对缓慢，给晶体的发育生长创造了条件，使斜锆石圆满地完成了自己串珠状结构及刚玉共析体的生长过程。从出箱时间上来看，“V法铸造工艺浇铸”比传统的生产工艺同比延长了1到3天，由于热胀冷缩所产生的应力在保温箱里得到良好的释放，基本上解决了冷裂纹出现的问题，大大提高了产品质量。
　　V法铸造工艺型腔为一个由塑料膜封闭的完整型腔，四周保温砂的紧实度和厚度一样，浇铸后砖体凝固均衡，不会因应力而产生裂纹。但在型板组型时，四周保温砂厚度及紧实度不能完全相同，冷却速度不一致；平面和粘接缝冷却速度也不一致，这都会造成应力而产生裂纹。
　　产生裂纹的另一原因，是砂型的膨胀与电熔砖的收缩过程中，因为水玻璃砂残留强度大，凝固不均衡所致。而V法铸造工艺利用负压使干砂紧实，节省了粘结剂，不会产生任何膨胀力，一旦解除真空，砂子的流动性随之恢复，给砖体的收缩创造了优越的条件。再者，由于真空创造了良好的温度传递条件，使型箱内砖体各处的温差减小，凝固的均衡度也相应提高，从而解决了砖体的裂纹及垮棱裂纹的产生，不但提高了成品质量同时提高了成品率 。
　　该工艺生产出的产品外观质量具有以下优点:
　　? 表面光洁平整；
　　? 尺寸精确；
　　? 裂纹缺陷大为减少；
　　? 跨棱裂纹几乎消除；
　　? 密实度增加
　　该工艺突出的特点是:
　　? 成品率在原基础上提高了15%--20%；
　　? 节约了石英砂、水玻璃、打型、烘干等人力物力消耗；
　　? 降低生产成本;
　　? 提高了产品质量，延长了窑炉使用寿命、降耗增收。
　　4.结语
　　1.V法铸造工艺在电熔锆刚玉行业的应用是电熔锆刚玉行业的重大突破，为玻璃行业的发展提供了良好的支持。V法铸造工艺虽然不能解决所有质量问题，但却大幅度提高了产品质量，而且砂子可反复使用，节约能源,且不排放工业垃圾,保护了生产环境。
　　2.该工艺所用模型为整体模型，避免因组型造成的尺寸误差，保证了产品尺寸的精确度，减小了加工量，使表面致密层增厚等.该工艺生产的产品应用于玻璃窑炉使其寿命得到极大提高, 其社会效益和经济效益是明显的。
　　3.V法铸造工艺在熔铸锆刚玉上的应用，在国内及世界都是第一，使熔铸锆刚玉产品的质量发生了突破性的进展，在行业内引起很大震动，该行业很多企业都在关注，相信V法铸造工艺在熔铸耐火材料的普及应用，一定会带来更大的经济效益和社会效益。