生产厚大型铸钢件,由于浇注钢水吨位大,壁厚大,钢水保持液态时间长, 表面钢水易氧化,极易产生渗透粘砂缺陷，由此形成的铁包砂、砂包铁, 给铸件的清理带来极大困难，用一般的机械清理方法很难清理掉，只能用乙炔火焰气割加铁条“熔洗”, 操作时间长,铸件局部长时间受高热烘烤, 产生很大的热应力, 组织变脆, 甚至引起裂纹, 给铸件质量造成更大的麻烦。因此,在厚大型铸钢件的生产中防止渗透性粘砂,是每一家铸钢厂不得不面对的技术难题。广大铸造工作者结合各自的生产条件，尝试了许多解决渗透性粘砂问题的措施，积累了很多成功的经验。

笔者参阅了多篇借助于涂料来解决厚大型铸钢件粘砂和烧结问题的文献，选出了几篇有代表性的文章与各位分享：

（一）湖北工业大学的新型防渗透粘砂砂粉涂料技术

黄晋，张友寿. 大型厚壁铸钢(铁)件防渗透粘砂铸造涂料的研究与应用. 今日铸造，2014年9月

黄晋，张友寿，夏露，李四年. 防渗透涂料替代锆英粉涂料及铬铁矿砂面砂的研究与应用. 2010重庆铸造年会论文集

李四年, 张友寿, 黄　晋, 陈慧敏. 厚大型铸钢件防粘砂涂料的研制与应用. 湖北工学院学报，2004年8月

以上文章指出，防止厚大型铸钢件渗透粘砂的技术和工艺手段不多, 一般最常用的措施是: 大平面刷锆英粉涂料, 热节处用铬铁矿砂作面砂, 再在其上刷锆英粉涂料。这种工艺虽然效果较好,但操作麻烦,劳动强度高,生产成本也较高。

目前,最好的铸钢涂料是锆英粉涂料, 锆英粉除了含65％的ZrO₂, 还含有33%的SiO₂。锆英粉的理论分解温度为1540℃以上, 当温度高于1540℃时, 就会分解出SiO₂和ZrO₂。当铸件不大的时候, 与锆英粉涂料层接触的高温钢水很快降到1540℃以下, 这样氧化锆和二氧化硅能形成致密陶瓷状固相烧结层, 起到防粘砂的作用。但是, 当铸钢件大吨位厚壁时, 钢水的凝固时间很长, 与涂料接触的钢水的温度长时间保持在1540℃以上, 超过了锆英粉的分解温度, 锆英粉在此温度下逐层分解为ZrO₂和游离SiO₂, 钢水表面的FeO则可以与SiO₂发生化学反应, 生成低熔点的FeSiO₃，形成融渣。涂料层被逐渐侵蚀掉, 直至熔穿, 涂料的隔离效果被破坏掉, 钢水能畅通无阻地往砂粒孔隙内渗透, 形成渗透粘砂。生产实践证明，仅仅在石英砂型表面涂刷锆英粉涂料,不能解决厚大铸钢件的粘砂问题。

国内外铸钢厂大多采用铬铁矿砂作面砂生产厚大铸钢件。铬铁矿砂在高温下,其砂粒中的FeO析出, 呈塑性软化状, 这种塑性软化的FeO物质能使铬铁矿砂粒之间的点接触变成面接触,砂粒的体积增大、变形, 砂粒之间相互挤压, 造成砂粒空隙大幅度减小, 甚至封闭, 创造了极高的砂型毛细压力, 钢水几乎无法渗透。铬铁矿砂不与钢水及氧化物起反应,钢水表面的氧化铁能加强铬铁矿砂的表面封闭。

虽然采用铬铁矿砂作面砂防止厚大型铸钢件渗透粘砂是很有效的, 但是在造型生产中,在模型表面敷铬铁矿砂的操作费工费时，而且厚度不均匀。从理论上讲,只要在砂型表面敷10mm厚就足以保证防粘砂的要求，但在实际操作中却做不到，往往敷砂厚度达50-100mm,并且还要在铬铁矿砂表面涂刷锆英粉涂料,造成大量的铬铁矿砂浪费,其生产成本相当高, 经济上是不合理的。

新型防渗透粘砂砂粉涂料技术：如果铸造涂料既具有锆英粉涂料的功能,同时也具有类似铬铁矿砂的功能,将大大简化操作和降低成本。铸造涂料要达到防渗透粘砂的效果, 必须保证实现两点: 一是骨料颗粒烧结封闭孔隙, 形成一定厚度的封闭层; 二是高化学稳定性, 不与钢水和FeO起熔蚀反应, 保证封闭层的厚度和完整。根据这种理论, 文章作者开展了醇基厚大型铸钢件防渗透粘砂涂料的研究，主要工作包括如下几方面：

1，  阻止耐火骨料与FeO的反应： 采用碱性耐火骨料,如镁质、铬质、刚玉质等,按不同比例混合。

2，  降低耐火粉料的比表面积：采用粗于325目的不同砂种、不同粒度级配的砂粒作耐火骨料,其中主要筛号有75目、100目、150目、200目、260目等。由于采用了较粗的耐火粉料作骨料,大大地降低了比表面积,相应地提高了涂层的耐火度。

3，  在涂料中加入了少量的烧结剂,增强耐火骨料颗粒的烧结能力

根据上述技术路线设计的耐火骨料配方, 经过大量试验, 取得了很大的成功。在很多厚大铸钢件上的热节处(热节厚度100～250mm) 涂刷 l～2mm厚, 能有效地防止钢水的渗透, 甚至可以取代铬铁矿砂。

试验和生产应用表明: 在厚大铸件的非热节处能代替锆英粉涂料, 铸件不粘砂, 在热节处刷约4-5遍, 完全可以替代铬铁矿面砂工艺, 铸件不出现渗透粘砂。

这种新型厚大型铸钢件用防渗透粘砂涂料, 在解决厚大铸钢件的渗透粘砂难题方面,其性能优于以锆英粉涂料为代表的任何一种传统涂料, 取得了很大的进展,并且已成功地应用到国内近百家铸钢厂及大型铸铁件的生产。

（二）宁夏共享铸钢有限公司案例

扈广麒，王培，彭凡，肖纳敏.大型不锈钢铸件粘砂及表面烧结机理研究与改进.铸造技术，2011年5期

杨磊，张旭鹏. 大型铸钢件粘砂机理及防粘砂措施的研究. 中国铸造装备与技术，2013年2期

共享铸钢的文章介绍了一种大型不锈钢(叶片)铸件，材质为ZG06Cr13Ni4Mo，属于高铬碱性高合金钢种。铸件表面出现“釉化”烧结层、界面型砂烧结和粘砂缺陷。

文章指出，目前铸造厂家针对高合金钢厚大铸件提高表面质量的方法，主要是面砂采用树脂自硬铬矿砂+锆英粉涂料涂敷。但是，铬铁矿砂在防粘砂方面并不总是有效的，特别是在生产高铬、高锰等高合金碱性钢种铸件时，铬矿砂+锆英粉涂料导致粘砂文献已有报道，国内各企业也有所发现，例如武汉汽轮机厂、二重、大连重工、共享铸钢等。

“釉化”烧结层的形成机理：不锈钢易氧化、流动性差，浇注温度1570℃以上，浇注后瞬间界面的温度上升到1500℃左右，在高温作用下，铬铁矿砂发生化学反应，析出Fe0，其熔点为1370℃左右，以液相的形式向钢液一砂型界面扩散，部分穿过涂料后和钢液接触(由于锆英粉涂料在FeO作用下烧结温度在1400一1600℃，烧结后涂料开裂，致密度、防渗透性下降。。高铬钢中的Cr含量高达13％，其在高温下和氧的亲和力极大，易与FeO发生化学反应，生成金属铁液和铬的氧化渣，这样在钢液一涂料层一金属界面处，还原出的铁液和铬渣以及砂粒中的未反应物，在涂层界面形成了致密的机械混合物，并与铸件直接相连，紧密的粘结在铸件表面，就是所谓的“釉化”涂料烧结层。

对缺陷的改进措施及效果：

针对渗透性粘砂及界面“釉化”涂料层粘砂，根据其粘砂机理可知，只要提高型砂、涂料在FeO作用下的耐火度及在高温下的化学稳定性，提高高温高压下的强度和致密度，就可以有效地阻止钢液渗入砂粒空隙中；同时型砂、涂料化学稳定性的提高减缓了熔渣对涂层及砂粒的润湿，有效地阻断了钢液的渗透作用，从而达到防止渗透性机械粘砂的目的。同时，在Fe0作用下的耐火度及在高温下的化学稳定性和致密度的提高，阻断了相关界面发生氧化一还原型的化学粘砂的通道，可以解决界面的“釉化”粘砂及涂料层“釉化”烧结。

作者按照上述原理选取了一种在高温下化学成分较稳定、在Fe0作用下的耐火度较高的新型复合涂料，代替锆英粉涂料，配合其它工艺措施，改进效果明显，基本消除了不锈钢铸件的渗透性粘砂、界面“釉化”粘砂及涂料“釉化”烧结层。（笔者从两篇论文图表中的一些数据推测这种涂料可能是一种以白刚玉为主要耐火填料的复合涂料）。

（三）膏状锆英粉涂料的使用

屈银虎等. 膏状锆英粉涂料的研制及其在厚大铸钢件上的应用. 热加工工艺，2002年第4期

在常用铸造涂料中，锆英粉涂料耐火度高，热膨胀系数小，热稳定性和化学稳定性高，在浇铸时不与金属液及其氧化物发生化学反应，有利于防止大中型铸钢件的粘砂缺陷，因而成为生产大中型铸钢件和重要铸铁件的较为理想的防粘砂涂料。但在生产大中型铸钢件尤其是生产厚大断面铸钢件时，由于浇铸温度高，金属热作用时间很长，使得铸型的受热条件极为严酷，在很多情况下，即使在铸型及型芯上涂刷2～4层锆英粉涂料，仍会在铸件的热节处产生粘砂缺陷，不能起到很好的防粘砂效果。此时，应采用膏状锆英粉涂料，获得较厚的锆英粉涂料层，才能防止铸件金属和型砂发生物理烧结，有效防止粘砂。

生产实践证明，对于壁厚较大的铸钢件，单纯涂刷浆状锆英粉涂料，其防粘砂效果往往不理想，采用膏状锆英粉涂料，加大锆英粉涂料层厚度，浇铸后铸件表面光洁，能够有效防止粘砂。这种工艺是一种适用于厚大铸钢件的较为理想而实用的涂层工艺。

（四）烧结剥离型涂料

陈汝霞. 烧结剥离复合层涂料在大型铸钢件生产中的应用. 铸造，1997年8月

洪毅. 重大型铸件抗粘砂涂料的选择. 现代铸铁，2009年第1期

根据烧结性易剥离粘砂层理论，针对不同铸件的生产特点，在涂料配制中选用适宜的耐火粉料和助熔剂，采用多元耐火材料的适当组合，以降低耐火骨料的烧结点，达到在金属液浇注时，涂料易于烧结，形成坚固的玻璃态隔离层，并在铸件冷却过程中，由于铸件与烧结层的收缩不同，而自动剥离下来。由于与金属液相接触中，铸型和型芯表面被加热的温度，主要取决于铸型材料的冷却性能，即蓄热系数，所以采用具有较高的蓄热能力的材料会减少液态金属的接触时间和它对铸型的表面相应的渗透。如铬铁矿粉、铬镁矿粉、锆英粉等材料，能够改善铸件的表面质量；而高耐火度的材料如纯氧化铬、氮化硼、氮化硅、碳化钛、碳化硅、石墨、铬刚玉粉、锆刚玉粉、镁橄榄石粉等材料经组合复配后具有最佳的烧结性，因而具有极好的抗粘砂性。