本发明涉及精密铸造技术领域，具体涉及一种大型高强度复合型壳的制备技术及应用。
背景技术：
泵体、阀体及管道接头等是石油管路、锅炉管道上使用的主要零件，目前采用精密铸造工艺进行生产。但是一些大尺寸的泵体、泵盖、叶轮、阀体等，仍然很难采用精密铸造技术来制造，主要瓶颈是型壳制作过程中出现分层、开裂、鼓胀等强度不够问题。采用分体铸造不仅需要增加焊接组合工序，而且造成零件的质量和性能降低。
技术实现要素：
本发明的目是解决上述技术问题，提供一种大型高强度复合型壳的制备技术及应用。
为了实现上述技术目的，达到上述的技术要求，本发明所采用的技术方案是：一种大型高强度复合型壳的制备技术，其特征在于：型壳材料为三层复合陶瓷组织：第一层为硅溶胶、锆英砂层，第二层为硅溶胶、煤矸石层，第三层为水玻璃、煤矸石层；其对应层的厚度分别为1.0～3.0mm，3.5～6.5mm，5.0～8.5mm；其对应层的抗折强度分别为：5.0～10.0mpa，2.5～8.0mpa，5.0～10.0mpa；型壳制备包括配料、制浆、沾浆、撒砂、干燥、焙烧等过程。
所述第一层包括如下步骤：
第一步，将硅溶胶、锆英砂按配比1.0：2.0～7.0混合均匀；
第二步，加入0.1～1.0%的润湿剂、1.0-5.0%的铝粉和0.05～1.0%的消泡剂，进行搅拌，时间≥2小时，使用4号詹氏杯测量粘度，粘度值调整在15～50s范围内，制成第一层浆料；
第三步，将蜡模沾浆，并撒锆英砂，粒度控制在100～1000目范围内；
第四步，挂砂后的蜡模在温度15～30℃和湿度20%～80%环境下，干燥2～24小时；
重复第三、四步骤2～12次，控制蜡模上第一层陶瓷厚度在1.0～3.0mm之间，调整强度在5.0～10.0mpa之间。
所述第二层包括如下步骤：
第一步，将硅溶胶、煤矸石按配比0.5：1.0～5.0混合均匀；
第二步，加入0.01-5.0%蜂胶，进行搅拌，时间≥1.0小时，使用4号詹氏杯测量粘度，粘度值调整在10～30s范围内，制成第二层浆料；
第三步，将权利要求2所述的带有第一层陶瓷组织的蜡模继续沾浆，并撒满粒度为20～50目的煤矸石砂；
第四步，在温度20～40℃和湿度20%～80%环境下，干燥2～24小时；
重复第三、四步骤2～12次，控制第二层厚度在3.5～6.5mm之间，调整强度在2.5～8.0mpa之间。
所述第三层包括如下步骤：
第一步，将硅溶胶、煤矸石按配比0.5：1.0～3.0混合均匀；
第二步，加入0.01～0.5%碎纸末，进行搅拌，时间≥1.0小时，使用4号詹氏杯测量粘度，粘度值调整在5～20s范围内，制成第三层浆料；
第三步，将权利要求3所述的带有第一、二层陶瓷组织的蜡模继续粘浆，并撒满粒度为10～30目的煤矸石砂；
第四步，将带有蜡模的陶瓷壳浸泡在结晶氯化铝溶液中硬化，硬化时间在1～3小时内；
重复第三、四步骤3～10次，控制第三层厚度在5.0～8.5mm之间，调整强度在5.0～10.0mpa之间。
将型壳放在脱蜡釜中进行脱蜡，温度控制在75～100℃范围内，压力在0.05～0.5mpa之间；将型壳放在箱式热处理炉中进行焙烧，温度控制在850～1050℃之间，焙烧时间在1.5～4.0h范围内。
一种大型高强度复合型壳的应用，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，熔炼钢水；
第二步，用清水洗净型壳内腔表面的物质，并用热风吹干；
第三步，浇注，型壳承受的温度范围为1500～1750℃，时间5-30s；
第四步，浇注完毕后，自然冷却；
第五步，清理；
第六步，检验。
本发明操作方便，工艺简单，生产周期短，提高了铸件质量，降低了成本。
具体实施方式
一种大型高强度复合型壳的制备技术，其特征在于：型壳材料为三层复合陶瓷组织：第一层为硅溶胶、锆英砂层，第二层为硅溶胶、煤矸石层，第三层为水玻璃、煤矸石层；其对应层的厚度分别为1.0～3.0mm，3.5～6.5mm，5.0～8.5mm；其对应层的抗折强度分别为：5.0～10.0mpa，2.5～8.0mpa，5.0～10.0mpa；型壳制备包括配料、制浆、沾浆、撒砂、干燥、焙烧等过程。
所述第一层包括如下步骤：第一步，将硅溶胶、锆英砂按配比1.0：2.0～7.0混合均匀；第二步，加入0.1～1.0%的润湿剂、1.0-5.0%的铝粉和0.05～1.0%的消泡剂，进行搅拌，时间≥2小时，使用4号詹氏杯测量粘度，粘度值调整在15～50s范围内，制成第一层浆料；第三步，将蜡模沾浆，并撒锆英砂，粒度控制在100～1000目范围内；第四步，挂砂后的蜡模在温度15～30℃和湿度20%～80%环境下，干燥2～24小时；重复第三、四步骤2～12次，控制蜡模上第一层陶瓷厚度在1.0～3.0mm之间，调整强度在5.0～10.0mpa之间。
所述第二层包括如下步骤：第一步，将硅溶胶、煤矸石按配比0.5：1.0～5.0混合均匀；第二步，加入0.01-5.0%蜂胶，进行搅拌，时间≥1.0小时，使用4号詹氏杯测量粘度，粘度值调整在10～30s范围内，制成第二层浆料；
第三步，将权利要求2所述的带有第一层陶瓷组织的蜡模继续沾浆，并撒满粒度为20～50目的煤矸石砂；第四步，在温度20～40℃和湿度20%～80%环境下，干燥2～24小时；重复第三、四步骤2～12次，控制第二层厚度在3.5～6.5mm之间，调整强度在2.5～8.0mpa之间。
所述第三层包括如下步骤：第一步，将硅溶胶、煤矸石按配比0.5：1.0～3.0混合均匀；第二步，加入0.01～0.5%碎纸末，进行搅拌，时间≥1.0小时，使用4号詹氏杯测量粘度，粘度值调整在5～20s范围内，制成第三层浆料；第三步，将权利要求3所述的带有第一、二层陶瓷组织的蜡模继续粘浆，并撒满粒度为10～30目的煤矸石砂；第四步，将带有蜡模的陶瓷壳浸泡在结晶氯化铝溶液中硬化，硬化时间在1～3小时内；重复第三、四步骤3～10次，控制第三层厚度在5.0～8.5mm之间，调整强度在5.0～10.0mpa之间。
将型壳放在脱蜡釜中进行脱蜡，温度控制在75～100℃范围内，压力在0.05～0.5mpa之间；将型壳放在箱式热处理炉中进行焙烧，温度控制在850～1050℃之间，焙烧时间在1.5～4.0h范围内。
一种大型高强度复合型壳的应用，其特征在于：包括如下步骤：第一步，熔炼钢水；第二步，用清水洗净型壳内腔表面的物质，并用热风吹干；第三步，浇注，型壳承受的温度范围为1500～1750℃，时间5-30s；第四步，浇注完毕后，自然冷却；第五步，清理；第六步，检验。
实施例1
本实施例中，按照本发明技术方案中所描述的方法进行。
首先,制备第一层：
第一步，将硅溶胶、锆英砂按配比1：2.0混合均匀；
第二步，加入0.5%的润湿剂、1.0%的铝粉和0.05%的消泡剂，搅拌2小时后，使用4号詹氏杯测量粘度值为18s；
第三步，将蜡模沾浆，撒100目的锆英砂；
第四步，在温度30℃和湿度40%环境下，干燥8小时；
重复第三、四步骤6次，使用卡尺测量第一层厚度为1.96之间，抗折强度为5.2mpa。
然后，制作第二层：
第一步，将硅溶胶、煤矸石按配比1：3.4混合均匀；
第二步，加入4.8%蜂胶，进行搅拌，时间8小时，使用4号詹氏杯测量粘度，为20s；
第三步，将带有第一层陶瓷组织的蜡模继续沾浆，并撒满粒度为50目的煤矸石砂；
第四步，在温度20℃和湿度80%的环境下，干燥24小时；
重复第三、四步骤12次，测得第一层厚度在6.5mm，抗折强度为7.5mpa。
再后，制备第三层：
第一步，将硅溶胶、煤矸石按配比1：3.2混合均匀；
第二步，加入0.01%碎纸末，搅拌2小时后，使用4号詹氏杯测量粘度，为8s；
第三步，将带有第一、二层陶瓷组织的蜡模继续沾浆，并撒满10目的煤矸石砂；
第四步，将带有蜡模壳浸泡在结晶氯化铝溶液中硬化，硬化时间3小时；
重复第三、四步骤3次，测得第三层厚度为4.7mm，抗折强度4.8mpa。
将型壳放在脱蜡釜中进行脱蜡，温度为100℃，压力为0.05mpa。
将型壳放在箱式热处理炉中进行焙烧，温度1050℃，时间1.5h，制作成型壳。
最后，用清水洗净型壳内腔，并用热风吹干，将1700℃钢水控制在28s左右浇入型壳，铸件自然冷却到室温，清理。经检验铸件表面完整光洁，内部没有发现夹渣，铸件表面质量满足技术要求。
实施例2
本实施例中，按照本发明技术方案中所描述的方法进行。
首先,制备第一层：
第一步，将硅溶胶、锆英砂按配比1：4.6混合均匀；
第二步，加入0.5%的润湿剂、1.5%铝粉和0.08%的消泡剂，进行搅拌，5小时后，使用4号詹氏杯测量粘度值为28s；
第三步，将蜡模粘浆，撒满100目的锆英砂；
第四步，在温度30℃和湿度40%环境下，干燥8小时；
重复第三、四步骤4次，使用卡尺测量第一层厚度为1.91之间，抗折强度为5.1mpa。
然后，制作第二层：
第一步，将硅溶胶、煤矸石按配比1：4.4混合均匀；
第二步，加入3.0%蜂胶，进行搅拌6小时，使用4号詹氏杯测量粘度，为35s；
第三步，将带有第一层陶瓷组织的蜡模继续粘浆，并撒满粒度为50目的煤矸石砂；
第四步，在温度22℃和湿度75%的环境下，干燥11小时；
重复第三、四步骤3次，测得第一层厚度在2.8mm，抗折强度为4.9mpa。
再后，制备第三层：
第一步，将硅溶胶、煤矸石按配比1：3.8混合均匀；
第二步，加入0.03%碎纸末，搅拌8小时后，使用4号詹氏杯测量粘度，为15s；
第三步，将带有第一、二层陶瓷组织的蜡模继续粘浆，并撒满18目的煤矸石砂；
第四步，将带有蜡模壳浸泡在结晶氯化铝溶液硬化，硬化时间3小时；
重复第三、四步骤5次，测得第三层厚度为3.9mm，抗折强度5.3mpa。
将型壳放在脱蜡釜中进行脱蜡，温度在89℃，压力0.1mpa。
将型壳放在箱式热处理炉中进行焙烧，温度在950℃，时间3h，制作成型壳。
最后，用清水洗净型壳内腔，并用热风吹干，将1580℃钢水控制在20s左右浇入型壳，铸件自然冷却到室温，清理。经检验，铸件表面完整光洁，内部没有发现夹渣，铸件表面质量满足技术要求。
本发明通过配制不同成分的料浆，制备不同功能的陶瓷层，第一层保证型壳内腔表面光洁度，第二次保证型壳溃散良好，第三次保证型壳强度，与常规型壳明显不同，优点在于保证了型壳的综合性能，应用效果明显。本发明能够切实有效地解决型壳制备周期较长、工艺操作复杂、成本高和因型壳强度低而造成钢液泄漏等问题。本发明解决了大型泵阀类及相关精铸件的型壳强度低不能应用的问题，技术先进，生产周期短，成本低，同时也适用于其它合金材料精铸件的生产，具有较高的经济效益和长远的应用前景。
本发明的上述实施例，仅仅是清楚地说明本发明所做的举例，但不用来限制本发明的保护范围，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各项权
利要求限定。