CN103600030A - 一种熔模铸造耐热合金滑块型壳的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种熔模铸造耐热合金滑块型壳的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：一、配制涂料，面层涂料包括硅溶胶，耐火粉料为电熔刚玉，过渡层和背层涂料包括硅溶胶，耐火粉料为熔融石英、高岭土熟料、铝矾土熟料中的任意一种，二、先将面层涂料涂覆在蜡模上，撒电熔刚玉砂料，干燥，反复2次；再将过渡层涂料涂覆在面层上，撒熔融石英、高岭土熟料、铝矾土熟料砂中的任意一种、干燥，反复5次，最后再涂覆一层背层涂料，撒熔融石英、高岭土熟料、铝矾土熟料砂中的任意一种、干燥;三、脱蜡，焙烧；通过本发明生产出型壳具有较高的室温强度、高温强度以及良好的内表面质量、合格率高、生产成本低、经济效益好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及精密铸造技术领域，尤其涉及一种熔模铸造耐热合金滑块型壳的制备方法。
背景技术
轧钢工厂中的推钢式加热炉的滑块是钢坯加热炉中的关键部件，它在钢坯加热过程中起到支撑和传递钢坯的作用。当其性能和冶金质量得到充分保证时，加热炉才能正常、有效和经济地运转，并确保轧件的质量。目前，滑块主要采用奥氏体耐热钢（ZGCr28Ni48W5、ZGCr25Ni20、ZGCr25Ni35、ZGCr28Ni48W、ZGCo20、ZGCo40、ZGCo50等）、铬镍高温合金来制造。无论是普通的焊接滑块还是卡式复合连接滑块，其与水管连接的部位和与支撑部位的壁厚差别很大，而且整个表面皆为平面，缺少孔洞和肋台，因此，滑块的质量对加热炉正常运转显得尤其重要。以往滑块一般采用砂型铸造方式生产，但由于其表面精度低，产品尺寸不稳定的影响，成品合格率较低，后渐渐采用熔模铸造方式生产，熔模铸造相比砂型铸造，熔模铸造主要有以下优点：1、熔模铸造使用易熔模制好型壳（铸型）后很容易将熔模去除，不用将型壳分开取出模型；2、液体涂料能很好地复印熔模，所制型壳比砂型铸造的铸型要精确而且表面光洁。但是，如果没有高强度的型壳，熔模铸造生产高精度的产品是不可能实现的，型壳的强度除了与结构有关系外，黏结剂也是一个很重要的因素。黏结剂是型壳的主要原料，分硅酸乙酯水解液、硅溶胶、水玻璃三种；由于水玻璃黏结剂价格低廉，所配涂料性能稳定，制壳周期短，国内目前仍然有80%的工厂均采用低温蜡料水玻璃生产型壳，特别是长江三角洲地区，每年出口大量此类工艺生产的铸造件替代国外砂型铸件或结构件。然而，水玻璃由于一方面黏结剂黏度大，所配涂料粉液比很低，再加上其与熔模润湿性差，涂层不致密，生产的铸件表面粗糙；另一方面其含Na2O，型壳高温强度低，抗变形能力差，生产的铸件表面易产生橘子皮、结疤等缺陷，且尺寸精度低。尽管国内熔模铸造使用水玻璃黏结剂已经有50多年历史，但由于其本身的缺陷，即使工艺改进也很难解决生产像滑块这样壁厚不均，存在较大平面的零件尺寸精度、表面粗糙度超标的问题。同时，现有技术中也出现了熔模铸造硅溶胶加锆砂的制壳工艺，虽然型壳毛坯高温强度高，质量得到了提高，但是也大大提高了生产成本。
发明内容
为解决现有技术不足，本发明旨在提供一种采用硅溶胶黏结剂生产出具有较高的室温强度、高温强度以及良好的内表面质量、且生产成本低、经济效益好的熔模铸造耐热合金滑块型壳的制备方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种熔模铸造耐热合金滑块型壳的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
一、配制涂料，原料包括硅溶胶、耐火粉料、表面活性剂、消泡剂；面层涂料包括硅溶胶、耐火粉料，耐火粉料为电熔刚玉，其粉液比为2.65－3.0，流杯粘度为22－35s；过渡层和背层涂料包括硅溶胶、耐火粉料，耐火粉料为熔融石英、高岭土熟料、铝矾土熟料中的任意一种，其粉液比为1.4－4.0，流杯粘度为13－19/s。
二、先将面层涂料涂覆在蜡模上，撒100－120目的电熔刚玉砂料，干燥，此过程在面层反复2次；再将过渡层涂料涂覆在面层上，撒30－60目的熔融石英、高岭土熟料、铝矾土熟料砂中的任意一种、干燥，然后如此反复5次，最后再涂覆一层背层涂料，撒16－30目的熔融石英、高岭土熟料、铝矾土熟料砂中的任意一种、干燥。
三、脱蜡，焙烧。
步骤一中所述的面层涂料的耐火粉料采用粒度为270－350目的电熔刚玉，过渡层的耐火粉料采用粒度为200－270目的熔融石英、高岭石熟料、铝矾土熟料中的任意一种。
步骤一中所述的面层涂料中表面活性剂占涂料总重量百分比为2‰－5‰，消泡剂占涂料总重1‰－4‰。
步骤一中所述的面层涂料的配制过程在室温下进行；先加入硅溶胶，再加表面活性剂，在缓慢搅拌中加入耐火粉料，最后加入消泡剂；搅拌12－24h后，静置2－4h。
步骤二中所述的撒砂过程采用雨淋式撒砂。
步骤二中所述的蜡模在湿度为60%－70%、恒温22－25℃条件下浸涂涂料、撒砂、干燥；浸涂涂料时，将蜡模在涂料桶中缓慢转动、上下移动，使得熔模各处都均匀涂上涂料，取出后转动5s使多余涂料滴下；前两层采用面层涂料，雨淋式撒砂，在空气中自然晾干4h；第3－7层采用过渡层涂料，用6－8m/s的吹风干燥8h－12h；最后仅涂一层背层涂料，用6－8m/s的吹风干燥14h。
本发明中，步骤一中所述的面层涂料的耐火粉料采用粒度为270－350目的电熔刚玉，过渡层的耐火粉料采用更为便宜的粒度为200－270目的熔融石英、高岭石熟料、铝矾土熟料中的任意一种。因为制作滑块的耐热钢、高温合金所含有的铬、镍等元素在高温下易与酸性SiO2发生化学作用，造成铸件表面麻点及粘砂缺陷，所以采用电熔刚玉，可避免或减少此类情况发生。然而电熔刚玉价格较高，故仅将其用于铸件表面层制壳材料。过渡层、背层材料采用廉价的熔融石英、高岭石熟料、铝矾土熟料等耐火材料，降低了生产成本。
当面层涂料若流杯粘度低于22/s时，撒砂料就会穿透面层涂料，对蜡模表面造成损伤，最终滑块表面就会出现毛刺；当面层涂料若流杯粘度高于35/s时，面层涂料涂覆较厚，造成成本增加的同时，也影响制壳的质量。
步骤一中的面层涂料表面活性剂占涂料总重量百分比为2‰－5‰，消泡剂占涂料总重1‰－4‰。因为面层涂料是涂在蜡模上，为使水基硅溶胶涂料能够很好地涂挂上，必须在面层涂料中加入表面活性剂以改善涂料的涂挂性。但表面活性剂有常常具有发泡性，会使涂料含气泡，所以又必须加入消泡剂消除气泡。本发明专利采用的消泡剂可为海鸥牌洗涤剂、白猫牌洗洁精、JFC（聚氧乙烯烷基醇醚）、EA、OP-10等中的一种或任意两种的混合物；消泡剂可为正辛醇、异辛醇、乙二醇醚磷酸酯。
步骤一中的涂料的配制过程在室温下进行，先加入硅溶胶，再加表面活性剂，在缓慢搅拌中加入耐火粉料，最后加入消泡剂，搅拌12－24h后，静置2－4h。
步骤二中的撒砂过程采用雨淋式撒砂。面层的撒砂料为电熔刚玉，过渡层为熔融石英、高岭土熟料、铝矾土熟料中的任意一种。撒砂料的粒度从面层至过渡层至背层分别为：100－120目；30－60目；16－30目。特别是面层材料的撒砂，粒度不能过大，以免其穿透涂层打坏熔模表面，造成铸件表面凹凸不平；但也不能过细，以免造成型壳分层。
步骤二中的蜡模在湿度为60%－70%、恒温22－25℃条件下浸涂涂料、撒砂、干燥。浸涂涂料时，将熔模在涂料桶中缓慢转动、上下移动，使得熔模各处都均匀涂上涂料，取出后转动5s使多余涂料滴下。前两层采用面层涂料，雨淋式撒砂，在空气中自然晾干4h；第3－7层采用过渡层涂料，用6－8m/s的吹风干燥8h－12h。第8层仅涂一层过渡层涂料，用6－8m/s的吹风干燥14h。
步骤三中的的型壳脱蜡后，在850－1100℃下保温30min以上进行焙烧。
通过本发明制成的型壳具有较高的室温强度和较高的高温强度，能让熔模铸件尺寸与形状偏差相对较小。经试验验证，按本发明制造的型壳与采用涂料粉料及撒砂料全采用锆英砂制造的型壳相比，室温和高温强度并未有明显降低，足以满足生产需要；但其制造成本明显下降，若月用粉10吨，本发明相比“涂料粉料及撒砂料全采用锆英砂”方法每月节省5~10万元(锆英砂按11000元/吨、电熔刚玉按5500元/吨计算）；型壳合格率也有一定提高，如下表所示。
综上所述，通过本发明生产出的型壳具有较高的室温强度、高温强度以及良好的内表面质量、合格率高、生产成本低、经济效益好。
具体实施方式：
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1，一种熔模铸造ZGCr28Ni48W5滑块型壳的制备方法，包括如下步骤：
一、配制涂料，原料包括硅溶胶、耐火粉料、表面活性剂、消泡剂；面层涂料包括硅溶胶、耐火粉料，耐火粉料为粒度为270目的电熔刚玉，其粉液比为2.65，流杯粘度为22/s；过渡层和背层涂料包括硅溶胶、耐火粉料，耐火粉料为粒度为200目高岭土熟料，其粉液比为1.4:1，流杯粘度为14/s；面层涂料的配制过程在室温下进行，先加入硅溶胶，再加占涂料总重量百分比为2‰的表面活性剂，在缓慢搅拌中加入耐火粉料270目的电熔刚玉，最后加入占涂料总重量百分比为1‰的消泡剂；搅拌12－24h后，静置2－4h；按照同样的方法，将粒度为200目的高岭石熟料与硅溶胶按粉液比为1.4:1，不加入表面活性剂和消泡剂，配制过渡层和背层涂料。
二、先将面层涂料涂覆在蜡模上，蜡模在湿度为60%－70%、恒温22－25℃条件下浸涂涂料、撒砂、干燥；浸涂涂料时，将蜡模在涂料桶中缓慢转动、上下移动，使得熔模各处都均匀涂上涂料，取出后转动5s使多余涂料滴下；前两层采用面层涂料，撒砂料采用100目的电熔刚玉，雨淋式撒砂，在空气中自然晾干4h；第3－5层采用过渡层涂料，撒砂料采用50目的高岭石熟料，雨淋式撒砂，恒温22－25℃，用6－8m/s的吹风干燥8h；第6、7层采用过渡层涂料，撒砂料采用30目的高岭石熟料，雨淋式撒砂，用6－8m/s的吹风干燥12h。第8层仅涂一层过渡层涂料，撒砂料采用16目的高岭石熟料，雨淋式撒砂，用6－8m/s的吹风干燥14h。
三、脱蜡，焙烧。将带型壳的熔模放入电蒸气脱蜡釜中，加热到168℃脱蜡；将脱好蜡的型壳放置4h后放入燃油箱焙烧炉中，升温至1000℃，保温30min，进行烧结，将型壳取出后放入砂箱固定，然后将熔炼的ZGCr28Ni48W5钢液（1550℃）注入型壳中，所制得的滑块表面光滑，即使是凹陷的文字区域也无粘砂现象。
实施例2，一种熔模铸造ZGCo40滑块型壳的制备方法，包括如下步骤：
一、配制涂料，原料包括硅溶胶、耐火粉料、表面活性剂、消泡剂；面层涂料包括硅溶胶、耐火粉料，耐火粉料为粒度为300目的电熔刚玉，其粉液比为2.8，流杯粘度为29/s；过渡层和背层涂料包括硅溶胶、耐火粉料，耐火粉料为粒度为230目铝矾土熟料，其粉液比为2.3:1，流杯粘度为16/s；面层涂料的配制过程在室温下进行，先加入硅溶胶，再加占涂料总重量百分比为2.5‰的表面活性剂，在缓慢搅拌中加入耐火粉料粒度为300目的电熔刚玉，最后加入占涂料总重量百分比为1.5‰的消泡剂；搅拌12－24h后，静置2－4h；按照同样的方法，将粒度为230目的铝矾土熟料与硅溶胶按粉液比为2.3:1，不加入表面活性剂和消泡剂，配制过渡层和背层涂料。
二、先将面层涂料涂覆在蜡模上，蜡模在湿度为60%－70%、恒温22－25℃条件下浸涂涂料、撒砂、干燥；浸涂涂料时，将蜡模在涂料桶中缓慢转动、上下移动，使得熔模各处都均匀涂上涂料，取出后转动5s使多余涂料滴下；前两层采用面层涂料，撒砂料采用110目的电熔刚玉，雨淋式撒砂，在空气中自然晾干4h；第3－5层采用过渡层涂料，撒砂料采用45目的铝矾土熟料，雨淋式撒砂，恒温22－25℃，用6－8m/s的吹风干燥8h，第6、7层采用过渡层涂料，撒砂料采用30目的高岭石熟料，雨淋式撒砂，用6－8m/s的吹风干燥12h。第8层仅涂一层过渡层涂料，撒砂料采用20目的高岭石熟料，雨淋式撒砂，用6－8m/s的吹风干燥14h。
三、脱蜡，焙烧。将带型壳的熔模放入电蒸气脱蜡釜中，加热到168℃脱蜡。将脱好蜡的型壳放置4h后放入燃油箱焙烧炉中，升温至1000℃，保温30min，进行烧结。将型壳取出后放入砂箱固定，然后将熔炼的ZGCo40钢液（1550℃）注入型壳中，所制得的滑块表面光滑，即使是凹陷的文字区域也无粘砂现象。
实施例3，一种熔模铸造ZGCr25Ni20滑块型壳的制备方法，包括如下步骤：
一、配制涂料，原料包括硅溶胶、耐火粉料、表面活性剂、消泡剂；面层涂料包括硅溶胶、耐火粉料，耐火粉料为粒度为350目的电熔刚玉，其粉液比为3.0，流杯粘度为35/s；过渡层和背层涂料包括硅溶胶、耐火粉料，耐火粉料为粒度为270目的熔融石英，其粉液比为4.0:1，流杯粘度为19/s；面层涂料的配制过程在室温下进行，先加入硅溶胶，再加占涂料总重量百分比为5‰的表面活性剂，在缓慢搅拌中加入耐火粉料电熔刚玉，最后加入占涂料总重量百分比为4‰的消泡剂；搅拌12－24h后，静置2－4h；按照同样的方法，将粒度为270目的熔融石英与硅溶胶按粉液比为1.8:1，不加入表面活性剂和消泡剂，配制过渡层和背层涂料。
二、先将面层涂料涂覆在蜡模上，蜡模在湿度为60%－70%、恒温22－25℃条件下浸涂涂料、撒砂、干燥；浸涂涂料时，将蜡模在涂料桶中缓慢转动、上下移动，使得熔模各处都均匀涂上涂料，取出后转动5s使多余涂料滴下；前两层采用面层涂料，撒砂料采用120目的电熔刚玉，雨淋式撒砂，在空气中自然晾干4h；第3－5层采用过渡层涂料，撒砂料采用60目的熔融石英，雨淋式撒砂，恒温22－25℃，用68m/s的吹风干燥8h；第6、7层采用过渡层涂料，撒砂料采用40目的熔融石英，雨淋式撒砂，用6－8m/s的吹风干燥12h。第8层仅涂一层过渡层涂料，撒砂料采用30目的熔融石英，雨淋式撒砂，用6－8m/s的吹风干燥14h。
三、脱蜡，焙烧。将带型壳的熔模放入电蒸气脱蜡釜中，加热到168℃脱蜡；将脱好蜡的型壳放置4h后放入燃油箱焙烧炉中，升温至1000℃，保温30min，进行烧结，将型壳取出后放入砂箱固定，然后将熔炼的ZGCr25Ni20钢液（1550℃）注入型壳中，所制得的滑块表面光滑，即使是凹陷的文字区域也无粘砂现象。
实施例只是为了便于理解本发明的技术方案，并不构成对本发明保护范围的限制，凡是未脱离本发明技术方案的内容或依据本发明的技术实质对以上方案所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明保护范围之内。
Claims (6)
1.一种熔模铸造耐热合金滑块型壳的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
一、配制涂料，原料包括硅溶胶、耐火粉料、表面活性剂、消泡剂；面层涂料包括硅溶胶、耐火粉料，耐火粉料为电熔刚玉，其粉液比为2.65－3.0，流杯粘度为22－35/s；过渡层和背层涂料包括硅溶胶、耐火粉料，耐火粉料为熔融石英、高岭土熟料、铝矾土熟料中的任意一种，其粉液比为1.4－4.0，流杯粘度为13－19/s；
二、先将面层涂料涂覆在蜡模上，撒100－120目的电熔刚玉砂料，干燥，此过程在面层反复2次；再将过渡层涂料涂覆在面层上，撒30－60目的熔融石英、高岭土熟料、铝矾土熟料砂中的任意一种、干燥，然后如此反复5次，最后再涂覆一层背层涂料，撒16－30目的熔融石英、高岭土熟料、铝矾土熟料砂中的任意一种、干燥；
三、脱蜡，焙烧。
2.根据权利要求1所述的一种熔模铸造耐热合金滑块型壳的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的面层涂料的耐火粉料采用粒度为270－350目的电熔刚玉，过渡层的耐火粉料采用粒度为200－270目的熔融石英、高岭石熟料、铝矾土熟料中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种熔模铸造耐热合金滑块型壳的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的面层涂料中表面活性剂占涂料总重量百分比为2‰－5‰，消泡剂占涂料总重1‰－4‰。
4.根据权利要求1所述的一种熔模铸造耐热合金滑块型壳的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的面层涂料的配制过程在室温下进行；先加入硅溶胶，再加表面活性剂，在缓慢搅拌中加入耐火粉料，最后加入消泡剂；搅拌12－24h后，静置2－4h。
5.根据权利要求1所述的一种熔模铸造耐热合金滑块型壳的制备方法，其特征在于：步骤二中所述的撒砂过程采用雨淋式撒砂。
6.根据权利要求1所述的一种熔模铸造耐热合金滑块型壳的制备方法，其特征在于：步骤二中所述的蜡模在湿度为60%－70%、恒温22－25℃条件下浸涂涂料、撒砂、干燥；浸涂涂料时，将蜡模在涂料桶中缓慢转动、上下移动，使得熔模各处都均匀涂上涂料，取出后转动5s使多余涂料滴下；前两层采用面层涂料，雨淋式撒砂，在空气中自然晾干4h；第3－7层采用过渡层涂料，用6－8m/s的吹风干燥8h－12h；最后仅涂一层背层涂料，用6－8m/s的吹风干燥14h。
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2013
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Application publication date: 20140226 |