锂辉石在冶金铸造和铸造涂料中的应用前景

锂辉石在冶金铸造和　铸造涂料中的应用前景　■文／姚新娟　曾益伟　蒋碧辉　四川天齐实业有限责任公司　目前，我国在对国外一些较高　Ｌｉ２Ｏ。Ａ１２０３’４ＳｉＯ２（８％Ｌｉ２Ｏ），属单　ｐ一锂辉石（Ｌｉ２Ｏ‘Ａ１２０３‘８ＳｉＯ２），　级的铸造砂、连铸保护渣和铸造涂　斜辉石类，以斜方柱或长结晶形态　ｐ一锂辉石线膨胀系数低，且略呈负　料进行成分检测时发现其含有一　存在，其密度为３．２ｇ／ｃｍ　，熔点为　膨胀。锂辉石中所含锂元素在元素周　定量的锂辉石。锂辉石是富锂花　１４２０℃，天然锂辉矿石粉仅有　相，　期表中是第三个元素，相对原子质量　岗伟晶岩中的特征矿物，分子式为　加热到１０８０℃会产生单向相变生成　为６．９４１，是所有金属中最轻的。氧　新初粼产业ＮＯ．１１　２０１０—ｊ　化锂（Ｌｉ２Ｏ）等量置换氧化钠（Ｎａ，Ｏ）　加锂辉石，也可以代替Ｎａ２０、氟化钙　了解澳洲锂辉石在铸造砂和铸造涂料　或氧化钾（Ｋ２Ｏ）时，Ｌｉ２Ｏ的摩尔数可　（ＣａＦ２）等助熔剂，降低保护渣熔融温　中的应用及其作用机理。　比Ｎａ２Ｏ多１倍、比Ｋ２Ｏ多２倍。锂离子　度；锂辉石也能够代替氧化钙（ＣａＯ）　世界上储量最好的锂辉石矿山　（Ｌｉ　）半径为０．６０Ａ，是金属中最小　作为高温粘度调节剂，可降低保护渣　为澳大利亚塔力森矿业有限公司拥　的，因而电场强度高、化学活性大、有　液相高温粘度，降低保护渣结晶能　有，该公司的澳洲精细级锂辉石，早在　极强的熔剂作用，并且在组成锂辉石　力，优化润滑条件。因此，我国现在一　１　９９４年就通过了Ｉ　Ｓ　０９００２国际质量体　成分的较大区域中，其热膨胀系数略　些大型冶金铸造企业也越来越重视　系认证，并在２０００年通过了ＩＳ０１４０００　呈负值，由于它的这种特性，在制品　锂辉石在生产中优越的悬浮稳定性　环保体系认证，该公司生产的锂辉石　中添加锂辉石能提高制品的机械强　和良好的助熔效果，锂辉石作为一种　品质稳定，Ｌｉ２０含量高、三氧化二铁　度、抗热振性，还可以使制品具有良　新型铸造辅料添加剂的应用技术日　（Ｆｅ２Ｏ３）及二氧化钛（ＴｉＯ２）等杂质含　好的化学稳定性…。　趋成熟。　量低、粒度均匀，表１为澳洲锂辉石成　锂辉石因为具有良好的助熔性　我国是铸造大国，中国铸件总产　分分析结果。澳大利亚塔力森矿业有　和降低高温粘性的特性，在陶瓷、玻　量已连续ｌ０年遥居世界榜首，占全球　限公司的锂辉石质量和计量由世界　璃、耐火材料、化工等行业已被广泛　铸件总产量的１／３以上，在一些产品领　著名的瑞士“ＳＧＳ”等质量检验机构验　应用，实现了传统企业节能减排、优　域达到和接近世界先进水平，但是现　证，品质可以得到可靠保证，它是工厂　化工艺的生产需求，并能有效地提高　阶段我国铸造业正处在自主创新能力　改进铸件质量、提高经济效益的一种　生产率、提升产品品质，使企业保持　弱、装备和工艺落后、缺乏核心竞争力　新型原料。　可持续增长的良好势头。锂辉石作为　的阶段，在全球产业链分工中属于低端　纯碱和萤石的替代产品，在玻璃陶瓷　环节。因此，为了转变经济发展方式来　一，澳洲锂辉石在冶金铸造中　制备过程中因其优异的助熔性能可　发展低碳经济，我国铸造业正在进行产　的应用　有效降低烧成温度、缩短工艺周期、　业结构调整、提升企业竞争力和自主创　１．澳洲锂辉石在型（芯）砂中的应用　减少氟离子（Ｆ一）对窑炉的腐蚀、降　新能力来实现节能环保，沿着绿色健康　在硅质型砂或芯砂中加入锂辉石　低污染，因而使企业的综合效益得到　可持续发展道路，赶超欧、美、日铸造强　有以下作用：①提高型砂、芯砂的高　极大改善。同样，在连铸保护渣中添　国。我国铸造业要实现这一目标，必须　温强度，减少或消除型砂、芯砂在高温　表１澳洲锂辉石成分分析　化学成分　澳洲锂精矿ＳＣ７．５　澳洲锂精矿ＳＣ７．３　澳洲锂精矿ＳＣ６．５　澳洲锂精矿ＳＣ６．０　氧化锂（Ｌｉ２０）的质量分数／％　≥７．５Ｏ　≥７．３０　≥６．５０　≥６．０　三氧化二铁（Ｆｅ２０３）的质量分数／％　≤０．１０　≤０．１５　≤０．２５　≤０．５Ｏ　氧化钾（Ｋ２０）的质量分数／％　Ｏ．１０　Ｏ．２０　Ｏ．２６　０．３０　氧化钠（Ｎａ２Ｏ）的质量分数／％　０．１２　Ｏ．２０　０．３０　０．２５　三氧化二铝（Ａ１２０３）的质量分数／％　２６．９ｌ　２６．５０　２４．１０　２２．６Ｏ　二氧化硅（ＳｉＯ２）的质量分数／％　６４．１６　６４．２０　６７．４０　６８．０　氧化钙（ＣａＯ）的质量分数／％　Ｏ．Ｏ３　Ｏ．Ｏ３　０．０７　０．２０　五氧化二磷（Ｐ２０５）的质量分数／％　Ｏ．１２　０．１５　Ｏ．１１　０．１０　氧化锰（ＭｎＯ）的质量分数／％　０．０４　０．０４　Ｏ．Ｏ５　Ｏ．１０　二氧化钛（ＴｉＯ２）的质量分数／％　Ｏ．０２　０．０２　０．０１　≤Ｏ．０１　水分的质量分数／％　≤１０　圜Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　下出现裂纹，从而消除铸件的脉纹缺　区，提高坯壳表面光滑度；②抑制铸　ＭｇＯ、ＢａＯ、Ｎａ，Ｏ对熔渣的融化速　陷即毛刺；②锂辉石作为一种有效的　件在高温下的氧化、碳化；③在液钢　度几乎没有影响；③对保护渣粘度　助熔剂，可与铸造砂中的矿物杂质结　硬壳和膜壁之间进行均热传送，保护　（１３００℃）影响的强弱顺序为Ｌｉ２０＞　合成渣，易与金属分离，减少或消除铸　结晶器；④降低保护渣的碱度；⑤限　Ｂ２Ｏ３＞Ｒ＞ＢａＯ＞ＭｇＯ＞Ｎａ２Ｏ。由此可　件热膨胀缺陷、气体缺陷，并起到抗粘　制保护渣中Ｆ一的含量。　知，采用合适的配碳含量，加上水泥熟　砂作用。所以，在铸造砂中添加少量澳　目前，连铸技术发展迅速，继之　料、镁砂、工业碳酸钡、工业硼砂、锂辉　洲锂辉石，能够提高铸件质量、减少后　而来发展起来的高速连铸能够大大　石、工业苏打、石灰、石英砂可以制备　续加工、提高铸件合格率、降低生产成　提升工厂的生产能力。但与常速连铸　预熔型无氟保护渣，这种保护渣的熔　本、提高工厂经济效益。　工艺不同，由于高速连铸过程中从结　化温度为１０７９℃、粘度为０．０９４Ｐａ・ｓ　杭州天宇化工有限公司的傅世　晶器拉出带液芯铸坯的拉速提高，使　（１３００℃），这种保护渣可以满足低碳　根、王树成和四川天齐的王平等人合　结晶器内钢水凝固条件发生了较大　钢薄板坯连铸的要求，可以实现冶金　作对“强化冷硬树脂砂加锂辉石（粉）　变化，给改善铸坯质量和稳定连铸操　铸造的绿色健康发展　Ｊ。　的应用实践”研究发现，在以树脂为粘　作带来一系列困难。高速连铸所呈现　结剂的硅砂铸型（芯）砂中加入澳洲锂　的每一个技术特点及产生的困难，均　二　澳洲锂辉石在铸造涂料中　辉石后，能够抑制树脂的氧化、碳化，　与结晶器保护渣有直接的关系。含有　的应用　增强树脂硅砂铸型（芯）砂的高温强　澳洲锂辉石的预熔型连铸（结晶器）　在国外，消失模铸造（ＥＰＣ）工艺　度，使型（芯）砂能够承受更大的金属　保护渣，具有高的熔化速度，能够迅　被称为２０世纪的绿色铸造工艺，也被　液的冲刷力和浮力，抑制脉痕裂纹的　速流入结晶器，并且具有良好的润滑　称作铸造史上的一次革命，近年来，消　产生，减少铸件的脉纹缺陷　ｊ。　性、稳定的熔融温度、较高的物性稳　失模铸造（ＥＰＣ）工艺在国内外都已成　２．澳洲锂辉石在连铸保护渣（结晶　定能力和适宜的结晶能力，能够满足　为铸造行业的热点。消失模铸造技术　器保护渣）中的应用　高速连铸的要求，尤其是澳洲锂辉石　是用泡沫塑料高分子材料制作成与零　连铸保护渣的基料组成可分　良好的高温稳定性使熔融结构不会　件结构和尺寸完全一样的实型模具，　为３类渣：＠ＳｉＯ２一Ａ１２０３一ＣａＯ系；　由于拉速的较大波动而影响熔渣层　经浸涂耐火粘接涂料（起强化、光洁作　②ＳｉＯ，一Ａ１２Ｏ　～ＦｅＯ系；③ＳｉＯ，一　厚度，良好的润滑效果能够有效地减　用）烘干后陆续埋入干砂造型，经三维　Ａ１，Ｏ　－Ｎａ，Ｏ系。应用最为普遍的基料　小连铸工艺过程中保护渣对结晶器　微震加负压紧实，在没有泥芯、活块　为ＳｉＯ，一Ａ１２０　一ＣａＯ系，一般在基料　的磨损。　（甚至没有冒口）的情况下浇入熔化的　基础中附加少量的助熔剂（如碱金属　西安建筑科技大学的邱斌进行　金属液（注意在浇注和凝固过程中要　或碱土金属氧化物、氟化物）和控制熔　“薄板坯连铸无氟保护渣的研究”，他　继续保持一定的负压），使泡沫塑料模　化速度的炭质材料（如炭黑、石墨）来　们所研究的保护渣成分如表２所示，　受热气化进而被金属取代的一次性成　制备连铸保护渣。连铸保护渣中加入　通过正交试验结果进行方差分析发　型铸造新工艺。国内主要的叫法有“干　锂辉石后，锂辉石的强助熔作用能降　现：①对保护渣半球点熔化温度影　砂实型铸造”、“负压实型铸造”，简称　低粘度、增强溶解，使保护渣颗粒之间　响的强弱顺序为Ｌｉ２Ｏ＞三氧化二硼　ＥＰＣ铸造。　形成玻璃键，拓宽玻璃相范围，提高保　（Ｂ２Ｏ３）＞氧化镁（ＭｇＯ）＞保护渣碱　消失模铸造中，锂辉石应用于铸　护渣的热震稳定性和体积稳定性，从　度（Ｒ）＞氧化钡（ＢａＯ）＞Ｎａ２０；②在　造涂料具有非常重要的意义。因为锂　而有以下作用：①有效扩大液态润滑　未加炭质材料的情况下，Ｌｉ２Ｏ、Ｂ２Ｏ　、　辉石的表面极其光洁，与多种粘结剂　表２薄板坯连铸无氟保护渣组成［。］　成分　ｌ　ＭｇＯ　ｌ　Ｌｉ２Ｏ　Ｎａ２０　Ｂ２０３　ＢａＯ　质量分数／％　ｌ　７～ｌ１　ｌ　０．５～３．０　６～１Ｏ　３～７　６～１Ｏ　瓿鲥料产业ＮＯ．１１　２０１０—娟　亲和力较大，从而可提高涂层强度及　涂挂性，是一种极为有效的悬浮剂、　助熔剂。锂辉石在高温下可形成含有　ｐ一锂辉石（可吸收部分游离石英）的　熔融玻璃状物质，ｐ一锂辉石热膨胀　系数极低，能够减少涂层膨胀，提高涂　料对自由碳的吸附能力，从而抑制受　高温后迅速发生的氧化、碳化　。　在消失模铸造的铸造涂料中加入　澳洲锂辉石，能取得以下效果：①增　强铸造涂料的悬浮稳定性，便于操作　使用，提高涂料的涂挂性，以便涂覆一　定的涂层；②涂层烘干后不易开裂、　不起泡脱落；③高温下的强助熔作用　锂辉石是富锂花岗伟晶岩中的特征矿物　能够提高涂层的透气性，使消失模的　气化产物能快速逸出，减少铸件气孔　缺陷的产生；④涂料经矿化、物反、冶　金反应作用后形成玻璃渣，抗粘砂性　好，很易剥落清理，使铸件表面达到光　洁的效果。　一加２０％锂辉石的方法制备涂料，所制　铸造涂料中非常重要的悬浮稳定剂、　助熔剂和助　。锂辉石也可以在其　备的铸造涂料涂层强度比未加锂辉　石的涂料高出１倍，甚至略高于进口　他涂料和添加剂中得到应用。　综上所述，锂辉石是一种新型铸　造砂、铸造涂料辅助材料，能够优化铸　造工艺和提高铸件品质，实现企业节　涂料；而且涂层易于剥离，完全解决　了粘砂的问题，所浇注的铸件表面易　于清理，表面质量优于进口铸料，而　且这种涂料成本远低于进口涂料【４Ｊ。　汽铸造公司技术中心的吴景　能减排，推动中国铸造业向高品质、高　效能发展，减少铸造过程的污染，实现　铸造企业绿色环保可持续发展。翻啊　ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｍ．１００８－－８９２Ｘ．２０１０．０９．０１０　峰在２００４年发表了　锂辉石等新材料　杭州学林科技开发服务部铸造研究　室章舟在《消失模铸造生产及应用实　例》中认为：２００目的精细级锂辉石是　在铸铁消失模涂料中的反应》，该研　究采用在铸铁消失模涂料配方中添　参考文献　【１】胡晓洪，张庆今．锂辉石的工业应用【Ｊ】．中国陶瓷，１９９５，３１（３）：３４－－３６．　【２】傅世根，王树成，章舟，等．冷硬树脂砂加锂辉石（粉）的应用实践［Ｊ】．铸造技术，２００４（９）：７２８．　【３】邱斌．薄板坯连铸无氛保护渣的研究［ＥＢ／ＯＬ】．（２００９－１０－０４）．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｖｋｉ．ｃｎ／ｘｕｅｓｈｕｌｕｎｗｅｎ／２００９１０／０４　／６０６４９．ｈｔｍ１．　【４】吴景峰．锂辉石等新材料在铸铁消失模涂料中的反应【Ｊ】．遣型材料，２００４（４）：３３－３５．　【５】章舟．消失模铸造生产及应用实伊】【Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００７：５３－－５８．　１口Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ