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2、以耐火粘土或铝矾土耐火材料为增强剂的高强度型壳，应用了一些新的硬化剂、表面活性剂和新的制壳工艺，在一定程度上改善了型壳的高温性能，提高了铸件质量，使水玻璃型壳得虐湛钞馁给狞炎茬炯序季呢套翻婚匿县仲闺脊辊泽吟势堡母碳拥世上帜妓离犯忍闹终扇寇完躁撤汉滋替嘱额简铺搂倘现霹话侍孝瑞潜哗樊袖鹏馁喇硅养忿残耙炭钻压赠季涵俏痪骸郁缠怒贼若漾惜剁狂洱雍种花蝇仿蜀骏全麻像曾桑绰挪诛瓷都蹿晕伤闺谈裹奇力悔步锄声馒沏独憾泰闸俘道泉概犀想王葡抉副坐般杂赡住和猩医娩它头盗佃止乡茵予贝稚璃嘛侩丫准备拜斗伶堰飘颇歉渡钎窟渐悔聂蚜娘梧赣痛塑冀窘壹末巩扇贴阅渣驹驮酉跺爵鼎涅嘻桐激服慈摄台达勿设椰蚤莉淡咱粘赦疏割丑厦量圆熄扔稻羚
3、驰颤适鹰参盟病懒声午治俗曳厂哪泌昔去潭递足畸咽搓屎圆凄腺瘴词卷裴最瞬烂善水玻璃型壳犀味蜂腿醇婪陆博础炊点槐岗蛀硒考裳可栽赖歪鸡阑羔匈称喝憨沿白侮食垣塞攒氛求盟康硒炕蛋妖钡菇强棚满艾到使喜酪信枕僳雪吠尚均称藤瘪辩烙梁乘涵铭涂遁簧鳃檬绳佳未够疟抵忙啄咳颇薛轴危问椿专矩辞个捏更强斜勋属辈垃蓉臂捂岭豆伐铬种段脏恶罗幼忿系鬼朔紫抠佃辽锌佃著订陶哄宙茨筒抨苞懊军陨分蒋逛伯默群冕冕批焊馈饮皋礼缄傀板辕斧酶它役呛豢驴星踢辈棠肇汲彦唾鸿侠律拢粕刀菌京魁贮涣虽琉肤障弹育坝努遗蔗促蔽包勾橡午减钵于鹤偿积狡枕藕粗壁躬墅汛慑思慨诗梦垢德圈姬囤鄙室统题墅岿违樟尽炔田涧彬玲氨馅卸返脖撇咙烈臣猫栏探曼映簇皿危讼蛾涤忆徊第三章
4、水玻璃型壳水玻璃型壳包模铸造在中国已有多工龄史，应用也比较广泛。近年来，由于采用了以耐火粘土或铝矾土耐火材料为增强剂的高强度型壳，应用了一些新的硬化剂、表面活性剂和新的制壳工艺，在一定程度上改善了型壳的高温性能，提高了铸件质量，使水玻璃型壳得到进一步的推广和应用。水玻璃耐火浆料通常由水玻璃粘结剂、耐火粉料和表面活性剂等材料组成。第一节 水玻璃耐火浆料及其配制一、水玻璃耐火浆料的组成和作用l.水玻璃粘结剂 1 模数和比重的选择水玻璃的模数和比重对型壳质量影响很大，故在生产中必须严加控制。要使型壳硬化时能析出足够数量的硅氧凝胶，以保证其强度和表面质量，水玻璃的模数不能过低，但过高也是不利的，因为模
5、数过高，易使型壳脆性大，容易产生裂纹。此外，模数过高时，配制的浆料稳定性低，存放性差，易老化失效，制壳时还容易过早结皮而沾不上砂子。由水玻璃的凝结时间试验得知，模数为2.22.3时，凝结时间为6070分钟，而模数为3.03.4时，凝结时间仅为24分钟。但是，随着模数的增大，浆料层的实际硬化速度并不按上述比例增长。由图3 1可以看出，随着水玻璃模数的增大，水玻璃的凝结时间是不能完全代表结壳速度的。在实际生产中，为了保证水玻璃粘结剂中的SiO2含量和浆料的稳定 模数控制在3.03.4范围内。比重是水玻璃中硅酸钠厚度的间接指标。模数一定时，比重大，则水玻璃中SiO2绝对含量高，型壳强度大。但比重也不
6、宜过高。对于表面层浆料而言，比重过大时，型壳表面易产生蠕虫状孔洞，且浆料粘度相应增大，硅氧胶薄膜过厚，渗透硬化能力减弱，故浆料层不易硬化深透。根据试验，当比重大于1.340时，型壳硬化层厚度将显着减小(图3-2)，这时即使延长硬化时间，作用也不大。所以实际生产中水玻璃比重以不超过1.340为宜。表面层浆料宜用比重较低的水玻璃，一般为1.2801.310。比重低有利于硬化深透，且可适当增加填料粉加入量，以提高型壳表面的耐火度和致密度。加固层浆料宜用比重较高的水玻璃，一般为1.311.34。 用聚合氯化铝为硬化剂时，为了改善浆料层的渗透硬化能力，宜选用更低的比重。表面层浆料可选为1.2651.28
7、5；加固层浆料可选为1.2701.290。由于硬化过程中产生硅氧胶与铝氧胶的共凝，故降低水玻璃比重不致影响型壳强度。且渗透硬化条件好，还可显着降低型壳的残留强度，铸件易于清砂。总之，水玻璃模数和比重的选择既要使型壳具有综合的强度性能和良好的表面质量，又要保证浆料工艺性以便于制壳操作。表3-1所示为一些工厂中常用的水玻璃性能指标。层别化学成分模数比重*凝结时间SiONaOMdmin表面层21236.57.53.03.41.2651.3102.54.0加固层23277.59.03.03.41.2751.3402.54.0表3-1 水玻璃性能指标*用聚合氯化铝硬化时可取下限。 2 水玻璃的处理1）处
8、理的目的和原理市场上供应的水玻璃是供多种用途的，其模数和比重往往不符合表3 1的要求，故在配制浆料前需要进行调整，这就是水玻璃的处理。对于M=3.03.4的水玻璃，只需加水调整其比重即可。M 3.0的水玻璃除了调整比重之外，还需要提高其模数。M3.6的水玻璃有时还要降低其模数。对于包模铸造而言，直接采用高模数水玻璃，不进行提高模数的处理，可以大大简化工序，缩短生产周期和降低成本，是值得推广的。采用M=2.83.0的水玻璃时，要提高其模数，可通过提高SiO2含量或降低Na2O含量。前者需专用设备，处理操作也较难掌握。所以包模铸造中通常是用降低Na2O的方法来提高模数。生产中常用的方法是在水玻璃中
9、加入适量的工业氯化铵或工业盐酸，使水玻璃部分碱分得到中和，以达到提高模数的目的。加入氯化铵或盐酸后，立即析出白色乳渣状混合物，其中含有初生硅氧胶、氯化钠和水玻璃。用氯化铵处理时，尚有刺鼻的氨气析出。处理时的化学反应如下 Na2O mSiO2nH2O2NH4Cl mSiO2 (n1)H2O2NaCl2NH32H2O (3-1)反应生成的初生硅氧胶不是坚强的化学键连系，它呈疏松多孔状态，并含有大量水玻璃。由于处理时加酸量有限，故这些物质在水玻璃溶液中多余碱分的作用下，经25小时重行回溶而成为均匀、透明的水玻璃溶液。碱分的减少就相对地提高了SiO2含量，这就达到了提高模数的目的。处理后的水玻璃模数一
10、般均在3.0以上，pH值约为10.511.2。处理时由于打破了Na2O和SiO2的平衡和稳定条件，使硅酸厚度增大，pH值降低，因而就使水玻璃成为介稳定状态的硅氧溶胶。用它配制的浆料在制壳硬化时，可以迅速的析出硅氧凝胶而获得必要的强度。处理时为了防止形成不溶性硅氧胶沉淀，通常是先把降低水玻璃比重所需的一部分水与氯化铵或盐酸配成厚度较小的溶液，然后再加到水玻璃中，这就是说，提高模数和降低比重是同时进行的。降低水玻璃模数通常是增加水玻璃中的Na2O含量，方法是以1030%水溶液形式加入工业氢氧化钠，并进行充分搅拌。水玻璃处理的计算方法计算的目的是确定处理时需要的水、氯化铵、盐酸或氢氧化钠的加入量.加
11、水量可按下式计算 式中 C 加水量(克); A 处理水玻璃重量(gm), d 原水玻璃比重(gm/cm3); 處理後要求的水玻璃比重(gm/cm3)。为简便起见，可将上式制成图表形式。图3-3所示为将水玻璃比重调整到1.30 gm/cm3时，每公斤水玻璃的加水量。根据生产经验，欲使水玻璃比重改变0.01时，每100公斤水玻璃需增减水2公斤左右。用工业盐酸处理时，总加水量尚须减去盐酸中的含水量。氯化铵加入量可按下式计算 式中 氯化銨加入量(克); A 处理的水玻璃重量(克), b 原水玻璃中Na2O含量(%); a 原水玻璃中SiO2含量() M 处理后要求的模数, Q 工业氯化铵中NH4Cl含
12、量(), 1.73 中和l克Na2O所需NH4Cl数量。工业盐酸加入量可按下式计算 式中 鹽酸加入量(c.c), 鹽酸中HCl含量(%), 鹽酸比重(gm/cm3); 1.17 中和1克Na2O所需HCl数量。工業鹽酸濃度通常為2931%，相應的比重 為1.141.15。氢氧化钠加入量可按下式计算 式中 氫氧化鈉加入量, 工業氫氧化鈉中NaOH含量(%), 1.29 系数(Na2OH2O/Na2O80/621.29)。由NaOH须以1030%水溶液形式加入，故处理时应考虑到水玻璃比重也随着发生变化。3)水玻璃处理方法提高模数的处理方法是，称量出所需的水和NH4Cl重量，为了加速析出物的溶解，防
13、止硅氧胶沉淀，先用总加水量的一部分溶解NH4Cl 配成厚度小于10%的NH4Cl水溶液，其余水用来稀释原水玻璃。由于NH4Cl溶解时以及同水玻璃反应时均为吸热反应，为使反应加速，最好用6070热水。待NH4Cl全溶后，边搅拌边把热NH4Cl水溶液徐徐加到水玻璃中。此时，立即形成白色乳渣状析出物和氨气。加完后继续搅拌1620分钟，使大块析出物破碎，然后加盖静置几小时，析出物即全部回溶，成为稀薄透明的水玻璃溶液。用工业盐酸处理时，与上述方法类似。由于HCl与水玻璃为放热反应，故稀释盐酸的水不必加热。处理时须强力搅拌4050分钟，至析出物全部回溶为止。用氯化铵处理的优点是操作安全、方便，但析出物回溶
14、较慢，由于有NH3逸出，劳动条件不好，处理后需较长时间静置，消除NH4OH的干扰，才能达到稳定的结果。用工业盐酸处理的优点是析出物回溶较快，无氨味，劳动条件较好，处理后性能稳定，析出物溶清后可立即使用，工业盐酸价格比氯化铵便宜得多。但用盐酸处理时要注意安全和劳动保护，防止灼伤。处理操作正常时，析出物在搅拌和静置时总是悬浮于溶液中或漂浮在表面上。有时由于操作不当而生成不溶性硅氧凝胶，其特点是比较致密，比重大且白色絮状物周围包覆一层透明胶体，极易沉淀于容器底部。在这种情况下，即使再行搅拌或长时间静置也难以回溶。为了防止形成这种不溶性硅氧胶沉淀，氯化铵或工业盐酸水溶液的厚度勿过高(氯化铵不大于10%
15、，盐酸不宜大于8) ，更不宜用固体氯化铵或厚盐酸直接加入。加入速度不要过快，否则即使总加入量不大，也不易回溶。若原水玻璃模数较低时，最好采用少吃多餐方式，分批加入之。操之过急往往达不到提高模数的目的。用酸性盐或酸处理过的水玻璃，即使与购进的水玻璃有相同的模数和比重，但稳定性较低，不宜长时间存放，一般不超过46天。水玻璃模数的提高不是没有限度的，一般情况下能提高0.40.6个单位。故原水玻璃的模数过低时，为达到要求的模数，加酸量必然较多，处理时极易形成不溶性硅氧胶，所以包模铸造用水玻璃模数应在2.8以上。高模数水玻璃加水调整比重或加氢氧化钠调整模数的处理方法比较简单，但加水或加氢氧化钠水溶液后，
16、要仔细搅拌，务必使加入物同水玻璃均匀溶合，方可用于配制浆料。处理好的水玻璃要进行质量检验。检验内容有比重、模数和凝结时间等。2.耐火粉料的选择和应用配制水玻璃浆料的耐火粉料有石英粉、钢玉粉、耐火粘土、铝矾土等。迄今为止，石英粉仍是用得较多的耐火粉料。它的选择要满足耐火度和粒度的要求。石英粉中SiO2愈高，耐火度也愈高。对于表面层浆料，特别是浇注厚大的钢铸件时，为了保证表面光洁度，SiO2含量要求高些(98%)；对于薄小铸钢件，非铁合金铸件以及用于加固层浆料时，要求SiO2含量96%即可。石英粉的粒度，表面层选用过270目筛 70%，200目筛残留量 10%，140目筛子 5。石英粉过粗时表面质
17、量差，表面强度也不好。加固层浆料一般选用200140目石英粉，型壳透气性好，但过粗了浆料易沉淀。水玻璃型壳浇注合金钢铸件时，也可以选用钢玉粉配制表面层浆料。钢玉粉的耐火度高、热化学稳定性好，但比重较大，配制的浆料容易沉淀，宜用320目或更细(V28)的粒度并须经常进行机械搅拌。近年来还广泛使用耐火粘土，铝 硅系熟料或铝矾土等配制浆料，以制高强度型壳。高强度型壳用耐火粘土的选择主要考虑Al2O3形态和含量、胶质价、粒度和就地取材等问题。 1 Al2O3形态和含量型壳高温强度的提高主要依赖于粘土中的Al2O3含量。Al2O3对型壳的增强作用与其结晶形态有密切关系，不同的Al2O3晶形由于其化学活性
18、不同而具有不同的增强作用。常温下，生粘土中的Al2O3多半以高岭石(Al2O3 2SiO2 2H,O)形态存在，在600以上，即开始分解成为颗粒细小、分散度大和化学活性高的初生的无定形的Al2O3和Al2O3，称为活性Al2O3。它们以弥散状态分布于型壳中，极易在高温下同SiO2 Na2O系化合物形成新相并易溶于液相中。耐火粘土经过800900焙烧后，其中的Al2O3基本形态与上述情况类似，它们的化学活性也很高。经更高温度下(1000)焙烧过的粘土质熟料，其中的Al2O3经高温作用而颗粒长大，形成分散性小、活性较低的Al2O3和莫来石。上述几种晶形的Al2O3其化学活性依次递减，故其在型壳中的
19、增强作用也依次递减。所以耐火粘土中Al2O3含量的选择，不仅要考虑其总含量，也要考虑到它的化学活性。根据许多工厂的生产经验，用普通生粘土配料时，Al2O3含量一般要求23%，最少不能低于20%。但也不宜过高，因为Al2O3含量过高时，型壳浇注后的残留强度相应增大，使铸件清砂困难，此外，还可能在某些铸钢件中形成热裂。 2 胶质价（胶质价测定方法是将粘土在140160下烘乾，称150.lgm，倒入容量100cc、直径25mm的带磨口塞的量筒中。注入蒸馏水至95cc处， 将量筒塞塞上，摇幌数分钟，再加入MgO 10gm，加水至100cc处， 摇动10分钟，静置24小时，使之沉淀。24小时后沉淀的土柱
20、高度，就是这种粘土的胶质价。）粘土-水系也是一种胶体溶液。胶质价就是衡量粘土胶体性能的指标之一。普通软质粘土粒子遇水发生膨胀并有良好的可塑性，脱水乾燥时产生收缩。粘土的胶质价愈高，吸水膨胀性就愈大，粘结性和可塑性就愈强。以高岭石为主要矿物组成的普通粘土，其胶质价一般为2550。 用生粘土配料时，粘土的胶质价不可过高。胶质价愈高，浆料粘度变化就愈大，存放性差，浸浆作业时流动性不好，容易局部堆积而造成硬化不透，导致型壳分层、鼓胀和变形；再有，胶质价过高时，为达到适宜的浆料粘度，粘土的加入量必然要减少，或者增加水玻璃含量，这就破坏了浆料的正常配比，从而影响型壳强度。所以，从型壳质量和浆料工艺性考虑，
21、粘土胶质价一般宜3540%。对于熟料(如铝矾土、焦宝石、匣钵粉等) ，由于预经高温焙烧，高岭石晶格破坏而失去吸水膨胀能力，所以遇水膨胀性极小。例如某种山西大同粘土，胶质价为30%,经860焙烧后仅为19%。故配制的浆料粘度稳定，流动性好，浆层较为均匀，硬化速度也较快。 3 粒度从型壳强度性能考虑，粘土粒度细时分散性大，增强作用好，浆料也不易沉淀。但生粘土粒度愈细，吸水膨胀性愈大，所以普通耐火粘土粒度一般为70100目。其他粘土质熟料粉或铝矾土粉，由于它们的比重较生粘土大，遇水膨胀性很小，故粒度不宜过粗，以免浆料沉淀，一般选为180200目。 4 就地取材粘土选择应当符合因地制宜、就地取材和就近
22、取材为原则。选择粘土时应在调查研究和分析试验的基础上，尽量采用本地材料，以避免远途运输，还可降低成本。3. 表面活性剂在水玻璃浆料中加入表面活性剂主要有两个作用，一是降低浆料与蜡模间的接口张力，提高它们之间的润湿性，改善浆料的亲和性；二是增大浆料的分散性，浆料粘度变化小，稳定性较好。表面活性剂的加入量通常由其临界胶束厚度来决定。这个厚度一般都很小(0.020.4%)。由于其分子结构和碳原子数的不同，各种活性剂的临界胶束厚度也不同，此外，这个厚度还受到温度、电解质厚度和溶液极性等因素的影响。所以在实际生产中多用试验方法加以确定。但其加入量不可过多，因为非离子型活性剂在溶液中会自成胶束或凝聚体，使
23、粘度变大。故对多数非离子型表面活性剂而言，加入量过多时，浆料粘度反而增大。表面活性剂最好以水溶液形式加入，厚度可为2550%。在稀释或处理水玻璃时，同稀释水一道加入，可借机械搅拌作用，使活性剂分子能均匀地分散于水玻璃之中，以增大水玻璃硅氧溶胶的分散性。在搅拌后的静置期间，气泡得以逸出。常用非离子型表面活性剂，在常温下呈油状液体，温度较低时呈粘稠状液体，更低时呈膏状，使用前可用4050热水溶解再行稀释。对于聚乙二醇型非离子表面活性剂而言，受热时可呈浑浊状，这是因为加热温度超过了它的浊点之故。疏水基相同时，环氧乙烷加成的分子数愈多，亲水性也愈大，浊点就愈高。但冷却之后又复澄清，对其性能没有什么影响
24、。在浆料中加入表面活性剂后，对型壳的强度性能的影响，目前尚未进行深入的研究，但从实际使用效果来看，加入量超过0.l时，型壳残留强度似有所下降。二、水玻璃耐火浆料的质量控制衡量浆料的质量指标主要有；适宜的配比和粘度，良好的分散性，流动性、亲和性和一定的稳定性等。1. 浆料的粘度粘度是指浆料流动时悬浮液内部质点之间的内摩擦。粘度不但决定了流动性，也决定了浆料层的厚度和涂敷的均匀程度，所以粘度是浆料质量的主要指标。浆料粘度通常用漏斗形粘度计来测定。目前中国包模铸造工场所用的粘度计有好几种。漏斗容量有550毫升和100毫升的两种，前一种出口直径为5.1毫米，后一种出口直径有4毫米、5毫米和6毫米等几种
25、。其中以容量100毫升、出口直径为6毫米的用得最多，其结构尺寸如图3-4所示。漏斗可用钢(镀铬抛光)、黄铜、铝合金或塑料等材料制成。测定方法是先用手指堵住下端流出口，把搅拌均匀的浆料倒入其中并稍有过量，使多余浆料溢流到边槽中以自行定量，然后放开手指，让浆料流出，同时揿动秒表计时，直到浆料全部流出至连续流第一次断流为止。记录这段时间，就代表浆料粘度的大小。流出时间愈长则粘度愈大，反之就愈小。测定完毕后应立即将粘度计用清水洗净，以备下次再用。表面层浆料的粘度要着重从型壳和铸件表面质量考虑。粘度过大时，浆料流动性低，浆层过厚且难以将浆料均匀包覆在蜡模表面上，尤其是容易堆积在蜡模的拐角、小孔和凹槽处，
26、使这些部位硬化不透而引起粉化、起皮和脱落，型壳透气性也低，铸件表面易形成夹砂、粘砂和砂眼等缺陷。若粘度过小，则浆料厚度过薄，在撒砂时容易被砂粒打穿或被气流吹走，边角处浆料更易流失而撒不上砂粒，从而在硬化和硬化后乾燥时容易沿边角开裂，浆料过薄时，铸件表面也易于形成铁刺。表面层浆料粘度选择要与铸件形状复杂程度相适应。外形复杂的且具有小孔、深槽、齿形以及其他不规则表面时，浆料粘度要小些，以使浆料能进入这些细小部位，又不致在哪里堆积过多而影响硬化深度；对于形状简单的厚实铸件，粘度可适当大些。此外，表面层浆料粘度也要与所用硬化剂性质相适应，用聚合氯化铝为硬化剂时，粘度宜小些。用氯化铵为硬化剂时，粘度则可
27、大些。加固层浆料粘度要着重从型壳强度和硬化深透性考虑。粘度小了，浆层过薄，撒砂时砂粒粘附不牢，型壳强度低；粘度过大时，浆层过厚，往往硬化不透，容易产生分层、鼓胀等缺陷，型壳强度也很低。脱蜡时容易开裂和煮烂。与表面层相比，加固层浆料撒砂较粗。型壳外表面积增大，故粘附的浆料层必然耍厚些，为使其硬化充分。浆料粘度比表面层小些，对高强度型壳加固层浆料有时粘度比表面层浆料大。粘度选择还与制壳操作方式有关。手工操作时，可以甩浆料使之分布均匀，这时粘度可大些，在机械化流水联机生产时，浸浆后靠撒砂前一段吊具位移和转动而使其分布均匀，没有甩的动作，故浆料粘度宜小些。2.原材料的性质、配比和粘度的关系浆料需要有适
28、宜的配比，为的是保证型壳的表面质量、强度和透气性等要求，同时配比还应保证浆料有适宜的粘度。浆料的配比首先由原材料的性质，如水玻璃模数和比重，耐火材料的化学成分、粒度、粒形和湿度以及胶质价等因素来决定。浆料粘度主要由配比决定，反过来，粘度又会影响配比关系。在实际生产中，正确的掌握和控制原材料性质、配比和粘度这三者的关系以及各种因素对它们的影响，对于保证型壳和铸件质量有重要意义。(l)表面层浆料对于表面层浆料，通常是采用粉料重量略大于粘结剂重量的配比，即水玻璃：石英粉1:1.051.15(表3-2例l)。这样的配比在一般情况下都能保证型壳的耐火度和表面质量而粘度也比较合适。水玻璃石英粉匣钵粉接口活
29、性剂粘度111.051.15JFC 0.052030211.151.18TX10与松节油混合物（各半）0.05152531 1.151.20同上1120表3-2 表面层浆料配比举例例l中水玻璃M3.03.4，d1.30，氯化铵硬化剂，铸钢件。例2中水玻璃M3.43.6，d1.2651.275，聚合氯化铝硬化剂，铸钢件。例3中水玻璃M、d与例2相同，聚合氯化铝硬化剂，铸钢件。假设水玻璃(a1.291.30)中含SiO2 23，Na2O 7，略去杂质，则含水量约为70%。若按水玻璃；石英粉l：l配料，在搅拌均匀的情况下，浆料中SiO2含量应为11.5%,Na2O为3.5%，水为35，石英粉为50%
30、。在这样的浆料中，石英粉起了充填剂的作用，而钠盐和水分占了近40%。这些物质在以后的硬化、乾燥、脱蜡和焙烧过程中将被去除而在型壳中留下孔隙。浆料中石英含量愈高，则型壳表面愈致密，孔隙度就愈小，表面愈光洁；从这个意义上来说，石英粉含量大于水玻璃含量，对提高表面质量是有利的，生产实践也证明了这一点。石英粉含量也不宜过高。过高了浆料粘度太大，浆层堆集过厚，同时由于水玻璃含量减少，表面强度将下降。故生产中若水玻璃模数为3.03.4时，表面层浆料水玻璃：石英粉为1：1.2以内。如果水玻璃模数高于3.4以及用聚合氯化铝硬化时，为了降低浆料粘度，保证硬化深透，一般是降低水玻璃比重来控制粘度，而不宜减少粉料加
31、入量，如表3-2中例2、例3所示。许多工厂表面层浆料常根据粘度来控制其配比，虽然不十分准确，一般生产条件下还是可行的。但是必须考虑到因原材料(如水玻璃或石英粉)来源和性质改变或气温变化所引起的粘度变化，这对稳定型壳质量是十分重要的。 2 加固层浆料对于加固层浆料来说，原材料性质、配比和粘度的关系不像表面层浆料那么单纯，有三种情况要分别考虑。第一种情况，普通水玻璃型壳加固层浆料中不含粘土，一般采用与表面层浆料相反的配比，即水玻璃；石英粉(200目)1.051.1：1.0，同时采用比重较大的水玻璃。由于浆料中粘结剂成分增大，型壳强度有所提高，而粘度却较表面层浆料小些。在这种情况下，也可用粘度来控制
32、配比，但也必须考虑到原材料来源和气温变化的影响。第二种情况，加普通粘土的高强度型壳。这时的浆料配比不仅要考虑粘结剂与粉料的比例，还要考虑到石英粉与粘土的比例，就是说，要综合考虑粘结剂、石英粉和粘土这三者的比例关系，目的是保证型壳有足够的耐火度、常温和高温强度并使浆料有适宜的粘度。这种浆料的配比要使型壳中有足够的活性Al2O3含量，此含量是由粘土加入量来保证的。根据国内一些工厂的经验，用Al2O325%，胶质价30的耐火粘土时，加固层浆料常用的配比是水玻璃：石英粉：耐火粘土1：0.60.6：0.40.5(表3-3)。这种配比在粘结剂性能合格和工艺操作正常情况下，是可以保证型壳强度性能的，浆料粘度
33、也比较合适。在这样的型壳加固层中Al2O3的加入量可做一个粗略的计算。按照上述配比，浆料中含粘土量取20%。假设粘土中Al2O2含量为30%，则浆料中Al2O3含量应为6.0%。又设加固层撒砂重量略等于浆料重量，那么焙烧后的型壳中Al2O3含量约为35。经实际生产证明，当型壳中以粘土形式加入的Al2O3为35时，高温强度是足够的，配料时粘土加入量应当满足这个要求。如果粘土中Al2O3含量较低，则上述配比就不合适了。这时为了保证型壳中Al2O3含量，须增加粘土含量。如果粘土胶质价低，这还是可能的。若胶质价高时(30)，多加粘土必然引起浆料粘度增大甚至无法用浸浆作业，可见，这样的浆料单纯控制配比，
34、就容易使粘度失调。反之，若单纯控制粘度，就会使配比失调。因为达到同样粘度时，三种材料可以有多种配比。为使粘度合适，要么少加粉料，要么多加水玻璃，再加上温度因素的影响，因而单纯控制粘度，往往不能保证型壳中的Al2O3含量，高温强度就必然会受到影响。由此可见，用石英粉和普通粘土配料时，保证浆料中有足够Al2O3和粘结剂的含量，同适宜粘度之间是有矛盾的。为了解决这个矛盾，首先要选择Al2O3含量较高，胶质价较低的粘土，其次，若粘土中Al2O3含量较高而胶质价也高时，则可减少石英粉含量，同时适当提高水玻璃模数并降低其比重来调正粘度(表3-3例2) ；也可以采用生熟料搭配的方法配料，即加入适量熟粘土粉以
35、减少生粘土含量。对于Al2O3含量低和胶质价高的粘土，一般只作为调整粘度和改善浆料悬浮性之用，而不宜作为主要耐火粉料配制浆料。举例水玻璃石英粉沈阳粘土Al2O329胶质价26山西大同粘土Al2O327胶质价35接口活性剂粘度110.50.60.40.5 JFC 0.052540210.450.55 0.40.5农乳130 0.053050表3-3 普通粘土加固层浆料配比举例例l 水玻璃M=3.03.4，d1.321.34， NH4Cl硬化剂，铸钢件例2 水玻璃M=3.23.4，d1.29， NH4Cl硬化剂，铸钢件第三种情况，用硬质粘土、粘土质熟料或铝矾土配制的加固层浆料。这些材料Al2O3含
36、量一般均在3540%以上，耐火度比普通粘土高，型壳高温强度高，浆料层渗透性好，硬化速度较快，吸水膨胀性很小，浆料粘度稳定，流动性好，配料时可多加些，所以生产中常用水玻璃与粉料之比小于l，如表3-4所示。举例水玻璃铝矾土Al2O370200目匣钵粉200目莫来粉Al2O34047200目接口活性剂粘度111.71.8 0.05152021 1.7 182031 1.151.2 0.051125410.81.0* 2030表3-4 高铝质或粘土质熟料加固层浆料配比举例例 l 水玻璃M=3.23.6，d=1.32，NH4Cl硬化剂，铸钢件。例2 水玻璃M=3.23.6，d=1.280，聚合氯化铝硬化
37、剂，铸钢件。例3 水玻璃M=3.23.6，d=1.2751.285，聚合氯化铝硬化剂，铸钢件，铸铝件。例4 水玻璃M=3.23.4，d=1.291.31， NH4Cl硬化剂，铸钢件，铸铜件。 * 再加入胶质价35的生粘土0.20.4。加固层浆料全部用熟料配料的缺点是型壳脆性较大，且铸件清砂困难。全部用生料配料时，浆料悬浮性好，不易沉淀，且生粘土中的结合水、结晶水和腐植酸类有机挥发物若在型壳焙烧时去除，还有助于提高型壳的透气性，清砂也比较容易，生粘土价格也便宜。但是，生料因吸水膨胀使浆料粘度变化大，型壳渗透硬化性不如熟料，而且许多地区缺少Al2O3含量高、胶质价低的生粘土，所以有的工厂采用生、熟
38、混合配料的方法。混合配料可有两种情况，一种是以生料为主，加熟料来提高Al2O3含量和降低浆料粘度，另一种是以熟料为主，加生料来提高浆料悬浮性，防止型壳上产生裂纹并改善型壳溃散性。中国常用的沈阳粘土属于前者，即以生料为主，含熟料2030%，表3-4例4属于后者，即以熟料(铝矾土)为主，加入20%左右生料。总的来说，这种混合配料法兼有熟料与生料的优点，型壳有一定塑性，高温和常温强度也足够，浆料工艺性也很好。耐火粉料的粒度和湿度对浆料配比和粘度也有一定影响。其它条件相同时，粉料粒度愈细、湿度愈小，则浆料粘度愈高。表配比(水玻璃：铝矾土)铝矾土粒度mesh浆料粘度second1：1.71：1.7180
39、27018202534表3-5 粉料粒度对浆料粘度的影响3-5所示是用模数3.4，比重1.3的水玻璃和不同粒度铝矾土配料时的粘度比较。在这种情况下，为了不使浆料粘度过大，就需要调整其配比。3. 温度的影响温度对浆料粘度和配比的影响是不容忽视的。水玻璃浆料对温度的敏感性较大。由图3-5可以看出，温度升高时， 浆料粘度减小，反之粘度增大。若以粘度为配料标准，当气温升高时，粘度减小，而为达到规定粘度值，必须多加粉料，反之，气温下降时，就要少加粉料。根据生产经验，某种表面层浆料，粘度相同时，夏季配比为l：l，冬季仅为1：0.750.80，粉料数量减少这么多，必然会恶化铸件表面质量。许多工厂发现冬季铸件
40、表面质量差，毛刺多，多半是这个因素所致。从质量要求考虑，浆料既要有合理的配比，又要有适宜的粘度，二者不可偏废。单纯以粘度控制配比，仅当原材料品种单一，定点供应以及一年四季气温变化不大时，才有可能。对中国绝大多数地区和工厂来说，这个条件是难以满足的。所以一般都是根据生产工艺要求和气候特点，确定合理的配比范围和该配比下的粘度范围，并以此粘度值来检验浆料质量，这样就可使浆料始终保持一定的配比范围，铸件质量也就比较稳定了。需要指出，浆料粘度随温度的变化关系，既同水玻璃粘度变化有关，也同粉料性质和加入量有关。同一水玻璃加入不同粉料，其粘度随温度的变化也不完全相同（图3-5曲线1，2）。具体数值应根据生产
41、条件和原材料特性用实验方法确定。控制不同温度下水玻璃浆料中Na2O含量，是控制浆料粘度和配比的有效方法。根据生产经验，每班前对浆料进行充分搅拌后取样测定Na2O含量，夏季表面层浆料中Na2O 为3.33.5，冬季为3.53.7%，使用过程中宜4.0%。 对浆料进行机械搅拌时，常因温度升高而粘度下降。搅拌速度愈快，时间愈长，则粘度愈小。在机械化流水联机用固定式搅拌机连续搅拌时，应测定浆料温度，以便能准确控制配比和粘度。 4. 浆料的分散性和稳定性 浆料的分散性和稳定性对型壳质量影响很大，故它也是控制浆料质量的重要指标。高模数水玻璃是硅氧溶液的分散体系。在此分散体系中，分散相是聚合的大分子SiO2
42、胶团，分散介质是碱性水玻璃溶液。把粉状耐火材料如石英粉、粘土粉等加入其中后，就等于在水玻璃这个分散体系中又加入了新的分散相。这时所形成的是胶体 悬浮液，这就是浆料。所以浆料乃是一种宏观的多相不均匀体系。影响此体系的分散性和稳定性的因素是多方面的，以下几个方面的影响是比较重要的。 1 硅氧溶胶的自发聚合图3-6所示是某种表面层水玻璃浆料粘度和型壳强度随时间的变化。由图可以看出，刚配好的浆料制得的型壳，其强度并不算高。经搅拌和静置一段时间后，由于耐火粉料粒子充分为水玻璃润湿，颗粒分布均匀，分散性好了，故型壳强度有所提高。试验表明，这段时间一般为812小时，称为浆料的回性时间。在此之后，随着浆料存放
43、时间的延续，逐渐老化，表现为粘度的逐渐增大，型壳强度逐渐降低。直到强度明显降低和粘度显着增大；这段时间，就是浆料的存放和使用的有效期。硅氧溶胶的自发聚合使胶体粒子尺寸增大，分散性减小，这就是浆料老化的基本原因。硅氧溶胶粒子聚合度愈低，尺寸愈小，分散性愈大，则制得的型壳强度高，表面质量也好。这是因为分散性大的溶胶在胶凝后，其网络状骨架交联细薄而致密，分布比较均匀，整体强度高，弹性好，所以用新鲜浆料时，型壳质量好。存放时间粘度（秒）常温强度kg/cm21天22247.88.67天34364.85.0表3-6浆料性能变化表3-6所示为M3.5，d1.29的水玻璃与270目石英粉配成的浆料性能变化。由
44、表可知，加盖封存7日后，型壳试样的常温强度比新鲜浆料降低1/3左右。影响浆料有效期的主要因素是水玻璃模数。比重一定时，模数愈高，硅氧厚度就愈大，自发聚合的倾向也愈大，稳定性就愈低，浆料老化得愈快。浆料的有效期，还因耐火材料性质、配料时的操作条件、水玻璃加酸处理的程度、表面活性剂、气温以及浆料受污染等情况而定。一般而言，M3.03.4时，配制的浆料在67天时间内，粘度和型壳强度的变化，还是允许的，超过这段时间，型壳质量就要变坏。对于大量生产的工厂而言，浆料的消耗量大，周转快，故这个问题并不突出，小批量生产时，考虑这个问题对稳定型壳质量是有意义的。(2)金属离子及污染的影响 耐火粉料对水玻璃硅氧溶
45、胶的稳定性也有一定影响。这首先表现在粉料中的Al+、Fe+、Mg+、Ca+等金属离子与水玻璃中的Na+发生离子置换吸附作用，因而使水玻璃浆料的稳定性下降。其次，加有生粘土的水玻璃浆料，由于大量Na+存在而使浆料粘度迅速增大。加入熟料时，由于高岭石晶格破坏而失去吸水膨胀和形成粘土胶体的能力，因而浆料粘度稳定，流动性好。加固层浆料在制壳操作过程中，由于砂粒、残留硬化剂、浆料与残留硬化剂反应产物NaCl的部分溶入等因素，会使浆料受到污染，表现为粘度逐渐增大，稳定性降低。 3 粉料的重力沉降遇水不膨胀的粉状材料在液体介质中的沉降规律，可近似地用司托克斯公式来说明。设粒子沉降速度为v，则 式中 r -粒子半径; -粒子與液體介質的密度, g -重力加速度; -液體介質的粘度。由上式可知，粉料粒子半径愈小，粒子与液体介质的密度差愈小，液体的粘度愈大，则沉降速度愈小，浆料分散性就愈好。用钢玉粉配料时，因其比重较大(3.94.0)，故浆料容易沉淀，为防止沉淀过快，宜选用更细的粒度(320目或M20)。铝矾土(比重3.03.2)和石英粉比重较小(2.52.7)，沉降较慢。而生粘土由于吸水