V法工藝運用于熔鑄鋯剛玉產品上的探索改進與質量提升
趙文云 袁濤 李隆基
1.導言
中國的熔鑄耐火材料始于上世紀五十年代，已成為砌筑玻璃窯不可缺少的耐火材料。玻璃窯所用電熔鋯剛玉磚生產過程中鑄造工藝對產品質量起著決定性作用。然而，傳統(tǒng)電熔鋯剛玉件鑄造工藝，需要根據鑄件尺寸要求，制作六塊以上砂型板，并粘接組合成鑄型，影響到鑄件產品尺寸的精度和產品的表觀質量，這也往往成為鑄件產生裂紋、氣孔的原因之一，另外也直接影響著鑄件的合格率。同時，由于型砂的使用為一次性，既浪費了大量的型砂，也給環(huán)境造成很大壓力。為解決這些問題，對傳統(tǒng)鑄造工藝做了重大改進,將 V法鑄造工藝引用到熔鑄鋯剛玉行業(yè)，使鑄件產品尺寸的精度和產品表觀質量得到很大改善，并且降低了型砂消耗，節(jié)省了能耗，降低了生產成本，也達到了低碳環(huán)保的目的。
熔鑄鋯剛玉屬特種鑄造，它是將氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅等非金屬材料，在電弧爐里熔融后澆注，澆注溫度1860℃-1940℃。澆注時，將砂箱吊到爐前，爐子傾斜，直接澆注，澆注后保溫7-13天。
2.產品照片展示
3.工藝改進
V法工藝是鑄造行業(yè)的成熟工藝，但用在熔鑄鋯剛玉行業(yè)卻是新工藝，存在多方面的技術瓶頸。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
2 產品顏色為白色微黃，澆注溫度1860-1940℃，澆注溫度高，對涂料的抗粘砂性能及顏色要求高；
2 產品澆注后，保溫7-13天，約需500-600套規(guī)格不同的砂箱，砂箱需求量大；
2 高大件（1500-3000mm），吸膜困難。
針對以上疑難問題，我們進行了大量的探索和研究工作，把熔鑄鋯剛玉技術與V法技術進行跨行業(yè)的結合，經過兩年多的試驗，做了可行性的改進，并獲得了國家實用新型專利。
①涂料：澆注溫度高，鑄件粘砂嚴重，且表面發(fā)紅。我們先后購買了鄭州、上海、洛陽、登封、濟南等近十個廠家的涂料，還聯(lián)系廠家專門為我們配置涂料，都不能解決粘砂及顏色問題。根據V法工藝用于鋯剛玉的特殊性，查閱大量技術資料，將電熔耐火材料技術與v法技術結合起來，歷經半年，制定涂料配方幾十種，我們終于成功配置出“熔鑄鋯剛玉V法專用涂料”，該涂料脫砂性非常好，鑄件顏色微黃，表面光潔。
②活動氣室砂箱：鑄件澆注后，保溫期長，若制作五六百套砂箱，不僅費用高，還給維護帶來困難，經過多次試驗，我們成功的把雙壁氣室做成活動式。即在現(xiàn)有砂箱內放入雙壁活動氣室，待澆注凝固10-30分鐘，取出雙壁氣室，這樣雙壁氣室放入下一個外層砂箱內繼續(xù)使用。鑄件在外層箱內繼續(xù)保溫8-15天。把氣室做成活動的，節(jié)約制造成本，便于檢修。每個規(guī)格的活動氣室只需2-3個，便能滿足生產需求。該項目已獲國家實用新型專利。
③高大鑄件吸膜：熔鑄鋯剛玉共晶轉變溫度區(qū)間窄，凝固方式類似于鑄鋼的層狀凝固方式，縮孔、縮松傾向大，鑄件根據使用部位不同，有平澆、立澆、傾斜澆注。對于立澆，規(guī)格為300*400*（1500-3000）、100*500*（1200-1500）的吸膜困難。我們使用鑄造上常用的平做立澆及多箱造型（上下砂箱蓋被膜后，還需鋼板覆蓋，防止燒爛薄膜及解除真空后漏砂）。澆注成功，且生產一些鑄件，但非常麻煩。為解決該問題，針對鑄件簡單，我們發(fā)明了套膜工藝。模型上帶抽氣口，周邊鉆吸膜孔，按模型尺寸形狀制好成型薄膜，套在模型上，插上氣管抽真空，使薄膜緊貼在模型上。該項目已獲國家實用新型專利。
4.V法鑄造工藝對熔鑄鋯剛玉質量提升的基本原理
電熔磚蝕變機理：對于電熔鋯剛玉磚而言，主要由剛玉相和斜鋯石相(共晶體)以及玻璃相組成。其中13%左右的玻璃相起緩沖熱應力的作用。其耐侵蝕性能主要取決于以下因素：
2 致密度（氣孔多少）；
2 剛玉相和斜鋯石相共晶體的生長發(fā)育程度；
2 裂紋等缺陷多少。
熔鑄鋯剛玉鑄件，易產生氣孔和裂紋缺陷，裂紋缺陷無法解決,此系多年來業(yè)內專家一直關注的難題。
熔鑄鋯剛玉件的共晶體結構，離不開適應它發(fā)育生長的溫度和時間。“V法鑄造工藝澆鑄”的鑄件完全處于負壓狀態(tài)下的型箱內，猶如開水裝在保溫瓶內一樣，溫度流失相對緩慢，給晶體的發(fā)育生長創(chuàng)造了條件，使斜鋯石圓滿地完成了自己串珠狀結構及剛玉共析體的生長過程。從出箱時間上來看，“V法鑄造工藝澆鑄”比傳統(tǒng)的生產工藝同比延長了1到3天，由于熱脹冷縮所產生的應力在保溫箱里得到良好的釋放，基本上解決了冷裂紋出現(xiàn)的問題，大大提高了產品質量。
V法鑄造工藝型腔為一個由塑料膜封閉的完整型腔，四周保溫砂的緊實度和厚度一樣，澆鑄后磚體凝固均衡，不會因應力而產生裂紋。但在型板組型時，四周保溫砂厚度及緊實度不能完全相同，冷卻速度不一致；平面和粘接縫冷卻速度也不一致，這都會造成應力而產生裂紋。
產生裂紋的另一原因，是砂型的膨脹與電熔磚的收縮過程中，因為水玻璃砂殘留強度大，凝固不均衡所致。而V法鑄造工藝利用負壓使干砂緊實，節(jié)省了粘結劑，不會產生任何膨脹力，一旦解除真空，砂子的流動性隨之恢復，給磚體的收縮創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。再者，由于真空創(chuàng)造了良好的溫度傳遞條件，使型箱內磚體各處的溫差減小，凝固的均衡度也相應提高，從而解決了磚體的裂紋及垮棱裂紋的產生，不但提高了成品質量同時提高了成品率 。
該工藝生產出的產品外觀質量具有以下優(yōu)點:
表面光潔平整；
尺寸精確；
裂紋缺陷大為減少；
跨棱裂紋幾乎消除；
密實度增加
該工藝突出的特點是:
成品率在原基礎上提高了15%--20%；
節(jié)約了石英砂、水玻璃、打型、烘干等人力物力消耗；
降低生產成本;
提高了產品質量，延長了窯爐使用壽命、降耗增收。
4.結語
1.V法鑄造工藝在電熔鋯剛玉行業(yè)的應用是電熔鋯剛玉行業(yè)的重大突破，為玻璃行業(yè)的發(fā)展提供了良好的支持。V法鑄造工藝雖然不能解決所有質量問題，但卻大幅度提高了產品質量，而且砂子可反復使用，節(jié)約能源,且不排放工業(yè)垃圾,保護了生產環(huán)境。
2.該工藝所用模型為整體模型，避免因組型造成的尺寸誤差，保證了產品尺寸的精確度，減小了加工量，使表面致密層增厚等.該工藝生產的產品應用于玻璃窯爐使其壽命得到極大提高, 其社會效益和經濟效益是明顯的。
3.V法鑄造工藝在熔鑄鋯剛玉上的應用，在國內及世界都是第一，使熔鑄鋯剛玉產品的質量發(fā)生了突破性的進展，在行業(yè)內引起很大震動，該行業(yè)很多企業(yè)都在關注，相信V法鑄造工藝在熔鑄耐火材料的普及應用，一定會帶來更大的經濟效益和社會效益。
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