鐵合金澆注是指將液態的鐵合金(俗稱鐵水)注入模中使之凝固成錠的工藝過程。 目前國內許多矽鐵冶煉廠在矽鐵出爐後，直接倒入金屬錠模中。
基本介紹
- 中文名：鐵合金澆注
- 外文名：Casting of ferroalloys
- 學科：冶金工程
- 領域：鋼鐵
- 別稱：鐵水
- 定義：將鐵水注入模中使之凝固成錠
簡介,塗料的設計,矽鐵的成分及熔煉,粉料的選擇,粘結劑和懸浮劑,正交設計,試驗設計,塗料的配製,性能測試,極差分析,總結,
簡介
目前國內許多矽鐵冶煉廠在矽鐵出爐後，直接倒入金屬錠模中。由於矽鐵出爐溫度較高(約1700℃)，而大多數錠模沒有刷塗料或只有少量劣質塗料(如單一的石墨粉)，使得金屬型極易沖蝕，為此廠家只好加厚鑄型，這樣一來，其一:破壞了金屬型原有的水冷槽的冷卻作用，使得矽鐵粉化嚴重;其二:金屬型表面凸凹不平，鑄錠外觀質量下降;其三:金屬型價格昂貴，壽命短。採用優質耐高溫塗料，其塗層牢固地粘結在型壁上，可以抵抗金屬液的衝擊力，同時為鑄型提供了一個變形層，並使鑄型具有一定的退讓性，減少鑄型應力;其四:矽鐵合金逐步向規格化發展，用於使矽鐵成型的金屬型造價更高，相應地對塗料的要求則更加嚴格。總之，塗料關係著金屬型的壽命和鑄錠表面質量。
塗料的設計
矽鐵的成分及熔煉
矽鐵熔煉溫度約為1700℃左右，鐵矽二元相圖中屯相區為脆相區，只有採用過冷的辦法可以限制或阻止矽鐵的分解(粉化)，而激冷易損壞金屬型，必須建立必要的塗料層以保護金屬型，塗料耐火度應高於1700℃。
粉料的選擇
粉料的選擇主要考慮耐火度、熱膨脹性、化學穩定性、導熱性、資源狀況及成本等。
①剛玉粉(棕色或白色)
②石墨(棕色或白色)
③滑石粉(白鉛粉)
④膨潤土(納基)
粘結劑和懸浮劑
①粘結劑:選用水玻璃為粘結劑。
水玻璃以矽酸分子存在於水溶液中，其失水縮合，逐步形成膠體一即矽酸溶膠，其膠團結構由一個膠核和包圍在膠核同圍的擴散雙電子層組成。膠核表面Si0:分子被水化生成H2Si03，但是，膠核仍舊帶負電性。由於同號電荷的互斥性，使矽酸溶膠具有一定的穩定性。
可替代水玻璃作為粘結劑的還有矽溶膠和矽酸乙醋水溶液以及磷酸鹽，但由於其成本較高或性能穩定性差等原因未被採用。
②懸浮劑:本塗料選用水為載液，CMC和鈉基膨潤土作懸浮劑。
CMC(梭甲基纖維素)屬於高分子化合物，呈多鏈狀，淡黃色或白色，弱酸性。溶於水後形成膠體，顆粒小，表面積大，吸附性強，膨脹性好，水化後，膨潤土顆粒吸附陽離子， CMC與鈉基膨潤土並用時比單獨使用CMC更易於形成網狀結構，絮凝效果也會提高。
另外CMC烘乾後具有成膜性，有利於提高塗料的乾強度。PVAC聚乙烯醇)可作為CMC的替代材料，它與膨潤土混用具有較高的沉降穩定性，快乾以及良好的塗刷性，但由於其質量穩定性不好，且使用時必須嚴格控制水解率(不得小於98%)，故使用較少。
由於本塗料主要用於保護金屬型，故其塗附性顯得格外重要。金屬型可以認為是陽離子吸附著許多自由電子，顯示陽離子性。要使塗料易於塗附，可加入陰離子型表面活性劑，以減小金屬型與塗料間界面張力。常見的陰離子型表面活性劑有梭酸鹽、烷基硫酸鹽以及烷基苯磺酸鹽，本塗料中加入1%的洗衣粉，其成分是十二烷基苯磺酸鈉。為防止CMC變質，可在塗料中加入2%的甲醛溶液。
正交設計
試驗設計
實驗採用多組四因素，三水平正交實驗，為滿足耐火度要求，本塗料以剛玉粉為基本粉料(以100%計)。另外，每組塗料中均加入了2%滑石粉作為助熔劑，以增大塗層軟化範圍和改善塗層緻密度。
塗料的配製
配製工藝:將稱好的粉料充分混和(所有粉料粒度均小於100目)，然後加入CMC水溶液和水玻璃，同時加水製成膏狀，使用前再加水稀釋並攪拌30分鐘左右。塗料粘度統一控制在12±2秒。
性能測試
塗料的粘度、抗擦落強度依據《造型材料測試技術》;懸浮性、附著力、發氣性依據《鑄造塗料》；急熱抗裂性測試原理上參考《鑄型塗料》，實測中使用金屬圓頭試樣代替砂型試樣，乾燥後，在1200右的爐子中，曝熱2分鐘取出，觀察塗層裂紋傾向。按塗層起皮脫落、中等裂紋、輕微裂紋、無裂紋來劃分等級。若均無裂紋。重複以上操作。
根據矽鐵鑄錠生產實際狀況，鑒於本塗料主要用於保護金屬型，著重對以上三項性能進行了計算分析，並依主次按排隊評分法，抗擦落強度以50分計，附著力和急熱抗裂性以100分計，而塗料的發氣量，比重和懸浮性等只作為參考數據，未納入正交計算。
極差分析
石墨粉的加入能有效地提高塗料的綜合性能。這是因為石墨膨脹係數小。而且黑色石墨吸收熱輻射能力強，因而含足夠量石墨的塗層與金屬型熱變形相對接近;同時，鱗片狀石墨使塗料具有很好的塗布性和潤滑性，促使粘結劑充分發揮作用，所以，隨石墨粉增加塗料急熱抗裂性和附著力顯者提高;但是，在隨後的實驗中，繼續增大石墨含量，塗料抗擦落強度下降，這顯然是由於石墨粉所形成的塗層強度不如剛玉粉塗層強度高，這與剛玉粉多面體結構有關;另外，石墨粉燃點低，使塗料耐久性差。
水玻璃由於在900- 1000℃時附著強度降低，為了儘可能地實現一次噴塗多次澆注，在形成必要的塗層以後，須嚴格控制水玻璃含量。
CMC(梭甲基纖維素)的長鏈狀結構在懸浮性上己體現了其作用，可以看出，它還能提高塗料的急熱抗裂性。這是因為CMC烘乾後具有成膜性，有利於提高塗料的抗擦落強度和急熱抗裂性，而鈉基膨潤土則有利於CMC的成膜性。但過量的CMC不僅不再提高塗料強度，反而又影響塗料的附著力，同時還會增加塗料的發氣量。
總結
1.石墨粉可以有效地提高塗料的抗裂性。
2.水玻璃能提高附著力，但又影響其高溫性能，故應嚴格控制其比例加入量。
3. CMC與鈉基膨潤土共同作為懸浮劑，既使塗料有較好的懸浮穩定性，同時，在一定程度上也有利於提高其高溫強度。
