一种铸造铝合金用浇包
技术领域
本发明属于金属材料及冶金领域，具体涉及一种铸造铝合金用浇包。
背景技术
当下能源再生、资源可持续、环境保护等方面面临着十分严峻的挑战，航空航天、重工、交通运输等领域通过轻量化来解决能源消耗以及环境问题。铝合金作为一种主要的轻量化材料，对于减少汽车排放、节约能源起到了非常重要的作用，同时铝合金具有良好的导电导热性、耐蚀性以及良好铸造性能使得其在工程结构材料中的应用正在日趋扩大。工业发展对轻量化的铝合金材料需求越来越大，在所有的铝合金产品中铸造铝合金占比高达68.5％。铸造铝合金成型工艺简单，对设备需求低，铝合金由于其良好的流动性能够铸造出各种形状的铝合金铸件。铝合金铸件制备方法主要包含重力铸造、低压铸造、差压铸造、高压铸造等，这些铸造方法主要是通过熔炼将固态金属转化为将液态金属铝液然后充型在特定的型腔中最终形成所需的铸件。固态金属铝锭熔化后主要通过浇包进行转运，因此，浇包的性能成为铝合金研究者越来越关注的重点。
具体地，固态金属铝锭经过熔化炉熔炼成铝液后，导入静置炉调整化学成分、静置保温后，然后导入浇包中进行细化、变质、除气、精炼最后转入铸造工序。在此过程中由于目前所使用的绝大多数浇包不能加热并且保温效果差，导致浇包内铝液温度下降幅度非常大。国内外关于铝合金熔液的研究结果表明，铝合金熔体温度在700～730℃内随着温度的降低，粘度增大，铝熔体粘度增大不利于除气过程中氢气泡和夹渣的上浮，对后续铸件质量影响非常大。因此铝熔体从静置炉内导入到浇包再到细化、变质、除气、精炼过程温度下降幅度不能过大，否则影响铸件质量。此外，浇包的保温效果差导致其再次转运铝液时需要使用天然气进行烤包造成能源浪费和环境污染，因此，浇包的保温性能成为铝合金研究者越来越关注的重点。
同样地，国内外研究发现现有的浇包内部存在严重的粘铝现象。由于浇包的内壁材料长期与高温铝液接触，发生氧化反应，内壁材料的润湿角逐渐变小，最终导致浇包的内表面严重粘铝且难以清理干净，浇包的容量越来越小，铝液内的夹渣越来越多，进一步导致铝液质量变差。
目前，浇包的内壁材料主要是复合陶瓷砖，在转运铝液的过程中，内壁材料会受到热冲击的作用，很容易在浇包内壁产生裂纹，大量裂纹的产生以及扩展最终导致浇包报废。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种铸造铝合金用浇包，所述浇包通过第一保温层和第二保温层的孔隙率和气孔尺寸的调整而配合使用，从而保证其保温效果良好。
本发明提供一种铸造铝合金用浇包，由内向外依次包括内衬接触层、第一保温层、第二保温层和外壳层，其特征在于，
所述第一保温层包括第一Al2O3颗粒和以下组中至少一种第一氧化物颗粒，所述组由第一SiO2颗粒、第一CaO颗粒和第一MgO颗粒组成，其中，所述第一Al2O3颗粒为空心球状结构，以第一保温层的总重量计，所述第一Al2O3颗粒所占比例为80～85wt％，且所述第一保温层的孔隙率为55～65％，气孔尺寸为0.8～3.0mm；
所述第二保温层包括以下组中至少一种第二氧化物颗粒，所述组由第二Al2O3颗粒、第二SiO2颗粒、第二CaO颗粒和第二MgO颗粒组成，其中，所述第二保温层的孔隙率为60～75％，气孔尺寸为2～5mm。
本发明通过控制所述第一保温层的孔隙率为55～65％，气孔尺寸为0.8～3.0mm且控制所述第二保温层的孔隙率为60～75％，气孔尺寸为2～5mm，并在第一保温层中主要采用Al2O3空心球状颗粒，显著提高了本发明浇包的保温性能。
当热量从高温向着低温方向传递时，在遇到气孔之前的传递过程为固相中的导热，遇到气孔之后，此时有两条传热路线，其中一条传热路线仍然是通过固相传递，但其传热方向发生了变化，总的传热路线大大增加，从而传热速度减慢；另一条传热路线是通过气孔内部的气体进行传热，主要包括气孔中气体的导热，由于气体的导热系数远小于固体的导热系数，因此，热量通过气体传递的阻力较大，传热速度大大减小。因此，本发明的浇包的第一保温层和第二保温层的孔隙率和气孔尺寸在上述范围内时，可同时降低固相及气孔内的传热速度，从而提高保温性能。此外，也要考虑气孔内的气体的微小流动，这是由于气孔内气体的流动会加速热量的损失。如果气孔尺寸过大保温效果也会降低，且容易在铝合金液的反复热冲击下产生裂纹，出现内部渗铝的现象。通过所述第一保温层和第二保温层中孔隙率和气孔尺寸的合理设置，实现了本发明浇包良好的保温效果。
此外，Al2O3空心球状颗粒为高温隔热材料，最高使用温度1800℃，由Al2O3空心球状颗粒制成的制品，其机械强度高，而体积密度低。因此，使用Al2O3空心球状颗粒作为浇包的第一保温层的主要保温材料，不仅能发挥其良好的保温隔热效果，还能降低浇包的质量，节约保温材料的使用。
由于浇包为多层结构，而各层的热膨胀系数通常不一样，在吸收热量后，内衬接触层和第一保温层的膨胀量大，外壳层的膨胀量小。外壳层和内层之间有可能会产生开裂。通过对所述第二保温层中设置孔隙率为60～75％，气孔尺寸为2～5mm，既能够发挥良好的保温效果，同时能够保证浇包内部裂纹不扩展。由于第二保温层孔隙率和气孔尺寸的设置，裂纹在扩展的过程中在其尖端会形成的应力场，然而当裂纹扩展并接触到第二保温层后，裂纹尖端的应力通过第二保温层的气孔被释放，从而阻止裂纹的扩展。此外，内衬接触层接触到高温铝液后，内衬接触层和第一保温层温度高，其膨胀量大，而外壳层温度低，却自身材质刚性大，导致热膨胀量小，因此，在内层和外壳层之间会产生较大的应力容易引起裂纹开裂，第二保温层其孔隙率和气孔尺寸的配合能够补偿内层和外壳层因受热不同引起的膨胀量不相同，释放内应力，从而保证浇包在使用过程中外壳层与内层(即，内衬接触层，第一保温层和第二保温层)间不开裂。如果第二保温层的孔隙率和气孔尺寸过大，会导致浇包的保温效果差且裂纹容易扩展；如果第二保温层的孔隙率和气孔尺寸过小，会不利于释放内部裂纹尖端的应力。
目前，常规浇包的保温效果不佳，使用浇包转运铝合金液的过程中，浇包的温度会降低，当倒出所有铝合金液后，重新导入铝合金液前需要使用烤包器进行烤包以保证浇包的温度不至于下降过低。而使用烤包器进行烤包需要使用天然气作为能源，烤包的过程会造成能源的浪费，增加工人的劳动强度，恶化现场的工作条件和造成环境污染。根据本发明的铸造铝合金用浇包，可对浇包内的铝合金液实现良好的保温效果。在浇包对铝合金液转运的过程，铝合金液的温度下降幅度较小，将其倒出浇包时，由于铝合金液的温度较高，其粘度较小，不容易粘附于浇包的内壁上。且本发明的铸造铝合金用浇包，由于其保温效果良好，再次转运铝合金液时无须烤包，可节约能源，减轻工人的劳动强度，降低生产成本。
根据本发明的一种实施方式，所述第一Al2O3颗粒的球体内孔直径为0.3～0.8μm，球体直径为40～80μm。其中，Al2O3空心球状颗粒可使用任何适宜的市售产品，也可由本领域技术人员使用本领域已知的任何制备方法获得。所述第一Al2O3颗粒的球体内孔直径为0.3～0.8μm，球体直径为40～80μm。即在直径为40～80μm的Al2O3颗粒内部，分布直径为0.3～0.8μm的气孔。
根据本发明的一种较佳实施方式，所述第一氧化物颗粒至少具有两种平均粒径，其中第一平均粒径为40～60μm和第二平均粒径为5～8μm，其中，以第一保温层的总重量计，具有第一平均粒径的第一氧化物颗粒所占比例为8～13wt％；具有第二平均粒径的第一氧化物颗粒所占比例为3～5wt％。
在该实施方式中，第一氧化物颗粒至少具有两种不同的平均粒径，从而与第一Al2O3颗粒组合，能够更方便地形成以上限定的孔隙率和气孔尺寸。根据本发明，具有不同平均粒径的第一氧化物颗粒可以是第一SiO2颗粒、第一CaO颗粒和第一MgO颗粒中任何一种，或者是任意两种的组合，或三者全部。例如，所述第一保温层可由第一Al2O3颗粒和具有两种或更多种平均粒径的第一SiO2颗粒组成，当然，第一SiO2颗粒也可替换为第一CaO颗粒或第一MgO颗粒；或者所述第一保温层也可由第一Al2O3颗粒、第一SiO2颗粒和第一CaO颗粒组成，其中第一SiO2颗粒和第一CaO颗粒分别具有40～60μm和5～8μm的平均粒径，或者第一SiO2颗粒和第一CaO颗粒各自均具有40～60μm和5～8μm两种平均粒径。当然，第一保温层中第一氧化物颗粒的组合方式不限于此。
根据本发明的一个实例，所述第一保温层由第一Al2O3颗粒、第一SiO2颗粒、第一CaO颗粒、第一MgO颗粒和第一粘结剂组成，其中，所述第一Al2O3颗粒的球体内孔直径为0.3～0.8μm，球体直径为40～80μm，所述第一SiO2颗粒的尺寸为40～60μm，所述第一CaO颗粒的尺寸为5～8μm，以及所述第一MgO颗粒的尺寸为5～8μm。
特别优选地，以第一保温层的重量计，所述第一Al2O3空心球状颗粒所占比例为80～85wt％，所述第一SiO2颗粒所占比例为8～13wt％，所述第一CaO颗粒所占比例为1～2wt％，所述第一MgO颗粒所占比例为2～3wt％，以及所述第一粘结剂所占比例为2～5wt％。上述实例中，不同氧化物颗粒在烧结过程中可发挥不同的作用，从而可实现尤其良好的保温效果。
具体地，通过对所述第一保温层中各保温材料所占比例以及颗粒尺寸的调整，使得所述第一保温层整体的保温效果提升。首先，将第一Al2O3颗粒、第一SiO2颗粒、第一CaO颗粒和第一MgO颗粒进行初步混合得到初步混合料；其次，对初步混合料进行快速混合，此时需要加入所述第一粘结剂，混合得到预成型料；最后，将预成型料注入模具型腔内部并震实，自然养护后脱模即可得到所述第一保温层。可举例的是初步混合和快速混合过程均可采用搅拌机进行混合，但不限于此。根据本发明的一个实例，所述第一保温层的预成型料进行自然养护的时间可为72h。其中，第一粘结剂可为水玻璃或硅溶胶，但不限于此。
根据本发明的一种实施方式，所述第二Al2O3颗粒的尺寸为60～100μm，以第二保温层的总重量计，所述第二Al2O3颗粒所占比例为40～50wt％。
根据本发明的一种较佳实施方式，所述第二氧化物颗粒至少具有两种平均粒径，其中第三平均粒径为50～65μm和第四平均粒径为5～10μm，其中，以第二保温层的总重量计，具有第三平均粒径的第二氧化物颗粒所占比例为36～46wt％；具有第四平均粒径的第二氧化物颗粒所占比例为6～10wt％。
在该实施方式中，第二氧化物颗粒至少具有两种不同的平均粒径，从而能够更方便地形成以上限定的孔隙率和气孔尺寸。根据本发明，具有不同平均粒径的第二氧化物颗粒可以是第二Al2O3颗粒、第二SiO2颗粒、第二CaO颗粒和第二MgO颗粒中任何一种，或者是任意两种的组合，或者任意三种的组合，或四者全部。例如，所述第二保温层可由具有两种或更多种平均粒径的第二Al2O3颗粒组成，当然，第二Al2O3颗粒也可替换为第二SiO2颗粒或第二CaO颗粒或第二MgO颗粒；或者所述第二保温层也可由第二SiO2颗粒和第二CaO颗粒组成，其中第二SiO2颗粒和第二CaO颗粒分别具有50～65μm和5～10μm的平均粒径，或者第二SiO2颗粒和第二CaO颗粒各自均具有50～65μm和5～10μm两种平均粒径。当然，第二保温层中第二氧化物颗粒的组合方式不限于此。
根据本发明的一个实例，所述第二保温层由第二Al2O3颗粒、第二SiO2颗粒、第二CaO颗粒、第二MgO颗粒和第二粘结剂组成，其中，所述第二保温层中所述第二Al2O3颗粒的尺寸为60～100μm，所述第二SiO2颗粒的尺寸为50～65μm，所述第二CaO颗粒的尺寸为5～10μm，以及所述第二MgO颗粒的尺寸为5～10μm。
特别优选地，以第二保温层的总重量计，所述第二Al2O3颗粒所占比例为40～50wt％，第二SiO2颗粒所占比例为36～46wt％，所述第二CaO颗粒所占比例为3～5wt％，所述第二MgO颗粒所占比例为3～5wt％，以及所述第二粘结剂所占比例为4～8wt％。上述实例中，不同氧化物颗粒在烧结过程中可发挥不同的作用，从而可实现尤其良好的保温效果。
具体地，制备所述第二保温层的工艺如下：首先，将第二Al2O3颗粒、第二SiO2颗粒、第二CaO颗粒和第二MgO颗粒进行初步混合得到初步混合料；其次，对初步混合料进行快速混合，此时需要加入所述第二粘结剂，混合得到预成型料；最后，将预成型料注入模具型腔内部并震实，自然养护后脱模即可得到所述第一保温层。可举例的是初步混合和快速混合过程均可采用搅拌机进行混合，但不限于此。根据本发明的一个实例，所述第二保温层的预成型料进行自然养护的时间可为12h。其中，所述第二粘结剂可为水玻璃或硅溶胶，但不限于此。
根据本发明的一种实施方式，以所述内衬接触层的总重量计，所述内衬接触层中ZrO2颗粒所占比例为88～93wt％。具体地，ZrO2与铝合金液的润湿角接近180°，而当润湿角为180°时代表着完全不润湿，因此，以ZrO2作为主要成分的内衬接触层与铝合金液不润湿。
目前，浇包的内衬接触层的材料主要为复合陶瓷砖，在使用的过程中由于与高温铝合金液长期作用，容易在与铝合金液的接触面产生氧化反应，导致内衬接触层与铝合金液的润湿角变小，最终铝渣将会粘结在内衬层表面形成大的渣溜，这将导致浇包的容量变小，并且会增加铝合金液夹渣的几率，对铝合金液的质量非常不利。且对浇包内壁的铝渣进行清理会进一步增加工人的劳动强度，降低生产效率。根据本发明的铸造铝合金用浇包，其内衬接触层主要成分为ZrO2，与铝合金液几乎完全不润湿，能够最大程度地保证浇包内壁不粘结氧化物，实现浇包内壁不产生铝渣粘结，从而保证铝合金液的纯净度。同时，可减轻工人的劳动强度，并提高生产效率。
此外，ZrO2的熔点约为2680℃，高温化学性质稳定，耐热冲击性能好，抗氧化性强，抗热震性强，在高温环境中不挥发、不产生有毒有害物质，适用于作为浇包的内衬接触层，与铝合金液直接接触。目前，浇包的内衬接触层的材料主要为复合陶瓷砖，在使用的过程中由于受到热冲击作用，很容易在接触层内部产生裂纹，大量裂纹的产生以及扩展最终导致浇包报废。而根据本发明的铸造铝合金用浇包，其内衬接触层主要成分为ZrO2，耐热冲击性能强，不易产生裂纹。
根据本发明的一种实施方式，所述内衬接触层的孔隙率为3～7％，气孔尺寸为10～15μm。
具体地，所述内衬接触层的孔隙率较小，气孔尺寸较小，能够充分保证内衬接触层的强度，在高温铝合金液的不断冲击下保证内衬接触层坚固，并且极大地发挥出ZrO2的保温作用。
根据本发明的一个实例，所述内衬接触层由ZrO2颗粒、第三Al2O3颗粒、第三SiO2颗粒和第三粘结剂组成，其中，所述内衬接触层中的所述ZrO2颗粒的尺寸为10～30μm，所述第三Al2O3颗粒的尺寸为40～80μm，以及所述第三SiO2颗粒的尺寸为40～60μm。
优选地，所述第三Al2O3颗粒所占比例为4～10wt％，所述第三SiO2颗粒所占比例为1～3wt％，以及所述第三粘结剂所占比例为1～2wt％。
具体地，在所述内衬接触层中，高比例的ZrO2颗粒可保证与铝合金液不润湿，达到不沾铝的效果；而所述第三Al2O3颗粒和所述第三SiO2颗粒作为填充材料保证了内衬接触层的强度和牢固性。
具体地，首先，将ZrO2颗粒、第三Al2O3颗粒和第三SiO2颗粒进行初步混合得到初步混合料；其次，对初步混合料进行快速混合，此时需要加入所述第一粘结剂，混合得到预成型料；最后，将预成型料注入模具型腔内部并震实，自然养护后脱模即可得到所述内衬接触层。可举例的是初步混合和快速混合过程均可采用搅拌机进行混合，但不限于此。根据本发明的一个实例，所述内衬接触层的预成型料进行自然养护的时间可为84h。其中，第三粘结剂可为磷酸二氢铝，这是由于所述第三粘结剂用于内衬接触层中，考虑到其直接与铝合金液接触，需要具备耐高温和强粘结力的性质。
根据本发明的一种实施方式，所述外壳层可为钢制外壳，但不限于此。
本发明的铸造铝合金用浇包，由内向外依次包括内衬接触层、第一保温层、第二保温层和外壳层。其中，所述内衬接触层主要与铝合金液直接接触，需要满足高熔点、耐高温、耐热冲击、耐热腐蚀、抗高温氧化、不粘铝渣、不挥发、无污染等要求；所述第一保温层需要具备良好的保温效果；所述第二保温层层主要为保温材料的填充层，处于第一保温层和外壳层的过渡区域；所述外壳层主要起到支撑、保护作用，由于炉料的孔隙率高，气孔尺寸较大，抗外力冲击性差，因此需要采用外壳层进行保护。
本发明的铸造铝合金用浇包，其内衬接触层、第一保温层、第二保温层和外壳层制备得到后需要进行组装，方法如下：将制备得到的内衬接触层、第一保温层、第二保温层以及外壳层进行组合后加热进行烘烤，首先，快速加热至180℃后，进行保温处理；其次，快速加热至850℃后，再进行保温处理；最后，快速加热至1100℃后，进行保温处理即可得。可以举例的是在低温阶段(室温～180℃)加热速率为60℃/h，到达温度后保温36h；中温阶段(180℃～850℃)加热速率为100℃/h，到达温度后保温48h；高温阶段(850℃～1100℃)加热速率为100℃/h，到达温度后保温36h。
本发明的铸造铝合金用浇包，其结构中内衬接触层、第一保温层、第二保温层以及外壳层所使用的保温材料均为常规的耐火材料，这些耐火材料的生产工艺成熟、稳定，有利于控制浇包的生产成本。
本发明的铸造铝合金用浇包，由于浇包中所述第一保温层和所述第二保温层的孔隙率较高，气孔尺寸较大，热量在所述第一保温层和所述第二保温层中传递时，热量需要经过不同的固气相界面，导致热量大部分留在孔隙中的气体中，从而实现热量的低扩散，保证其保温效果良好，进一步地避免再次转运铝合金液时使用天然气进行烤包，同时达到减少能源消耗，节约成本和保护环境的目的。同时，通过对浇包中所述第二保温层为高比例Al2O3颗粒和SiO2颗粒的组成设计，以补偿所述内衬接触层和所述第一保温层的热胀冷缩尺度的变化量，从而减小热冲击产生的裂纹。此外，由于所述浇包的内衬接触层具有高比例的ZrO2，而ZrO2与铝合金液的润湿角接近180°，对铝合金液不润湿，可达到浇包内壁不沾铝的效果。
附图说明
图1为本发明的浇包的结构示意图；
图2为对比例的普通浇包内壁粘渣实物照片；
图3为本发明的一种实施方式的浇包内壁粘渣实物照片；
图中包括：1-内衬接触层；2-第一保温层；3-第二保温层；4-外壳层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式及附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
以下参考附图所示的示意性的示例，进一步说明本发明。通过以下说明，本发明的各方面优点将更加明显。附图中相同的附图标记指代相同的部件。示意性附图中各部件的形状和尺寸仅用于示意，并不能被认为体现了实际的形状、尺寸和绝对的位置。
本发明提供一种铸造铝合金用浇包，如图1所示，本发明的浇包由内向外依次包括内衬接触层1、第一保温层2、第二保温层3和外壳层4。
所述内衬接触层1的厚度可为70～110mm，可以举例的是内衬接触层1的厚度可为75mm或90mm，但不限于此。所述第一保温层2的厚度可为40～60mm，可以举例的是第一保温层2的厚度可为47mm或50mm，但不限于此。所述第二保温层3的厚度可为20～40mm，可以举例的是第二保温层的厚度可为25mm或35mm，但不限于此。所述外壳层4的厚度可为25～35mm，可以举例的是外壳层的厚度可为30mm。
根据一种具体的实施方式，所述内衬接触层包括ZrO2颗粒、Al2O3颗粒和SiO2颗粒；所述第一保温层包括Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒和MgO颗粒；所述第二保温层包括Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒和MgO颗粒；所述外壳层为钢制外壳。其中，各组成所占的比例均按照重量份数计。
实施例一
内衬接触层组成材料为ZrO2颗粒、Al2O3颗粒、SiO2颗粒和粘结剂磷酸二氢铝，其中，在内衬接触层中ZrO2颗粒所占比例为88wt％，Al2O3颗粒所占比例为10wt％，SiO2颗粒所占比例为1wt％，磷酸二氢铝所占比例1wt％。ZrO2颗粒的尺寸为10μm，Al2O3颗粒的尺寸为40μm，SiO2颗粒的尺寸为40μm。整个内衬接触层要求耐火度高于1650℃，其中孔隙率为3％，气孔尺寸为10μm。
将以上规定的内衬接触层材料ZrO2颗粒、Al2O3颗粒和SiO2颗粒通过搅拌机进行初步混合，搅拌机的转速为500转/分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入磷酸二氢铝作为粘结剂，搅拌机的转速为680转/分钟得到预成型料，再次将得到的预成型料注入模具型腔内部并震实，然后自然养护84h，最后进行脱模得到内衬接触层。
第一保温层组成材料为Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒、MgO颗粒和粘结剂水玻璃，其中，在第一保温层中空心Al2O3球体所占比例为80wt％，SiO2颗粒所占比例为13wt％，CaO颗粒所占比例为1.5wt％，MgO颗粒所占比例为2.5wt％，水玻璃占比3wt％。Al2O3颗粒为空心球状结构，球体内孔直径为0.3μm，球体直径尺寸为40μm，SiO2颗粒的尺寸为40μm，CaO、MgO均为颗粒状，其颗粒尺寸为5μm。整个第一保温层耐火度高于1560℃，其中孔隙率为55％，气孔尺寸为0.8mm。
将以上规定的第一保温层材料Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒和MgO颗粒通过搅拌机进行初步混合，搅拌机的转速为400转/分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入水玻璃作为粘结剂，搅拌机的转速为480转/分钟得到预成型料，再次将得到的预成型料注入模具型腔内部并震实，然后自然养护72h，最后进行脱模得到第一保温层。
第二保温层组成材料为Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒、MgO颗粒和粘结剂硅溶胶，其中，在第二保温层中Al2O3颗粒所占比例为40wt％，SiO2颗粒所占比例为46wt％，CaO颗粒所占比例为5wt％，MgO颗粒所占比例为5wt％，硅溶胶占比4wt％。Al2O3颗粒的尺寸为60μm，SiO2颗粒的尺寸为50μm，CaO、MgO均为颗粒状，其颗粒尺寸为5μm。整个第二保温层耐火度高于1100℃，其中孔隙率为60％，气孔尺寸为2mm。
将以上规定的第二保温层材料Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒和MgO颗粒通过搅拌机进行混合，搅拌机的转速为300转/分钟，在搅拌过程中加入硅溶胶作为粘结剂得到混合料，然后将得到的混合料注入模具型腔内部，然后自然养护12h，最后进行脱模得到第二保温层。
将上述制备好的内衬接触层、第一保温层、第二保温层以及钢制外壳层进行组合后加热进行烘烤，低温阶段(室温180℃)加热速率为60℃/h，到达温度后保温36h；中温阶段(180℃～850℃)加热速率为100℃/h，到达温度后保温48h；高温阶段(850℃～1100℃)加热速率为100℃/h，到达温度后保温36h，最终得到铸造铝合金用浇包。
实施例二：
内衬接触层组成材料为ZrO2颗粒、Al2O3颗粒、SiO2颗粒和粘结剂磷酸二氢铝，其中，在内衬接触层中ZrO2颗粒所占比例为90wt％，Al2O3颗粒所占比例为5wt％，SiO2颗粒所占比例为3wt％，磷酸二氢铝所占比例2wt％。ZrO2颗粒的尺寸为20μm，Al2O3颗粒的尺寸为60μm，SiO2颗粒的尺寸为50μm。整个内衬接触层要求耐火度高于1650℃，其中孔隙率为5％，气孔尺寸为12μm。
将以上规定的内衬接触层材料ZrO2颗粒、Al2O3颗粒和SiO2颗粒通过搅拌机进行初步混合，搅拌机的转速为500转/分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入磷酸二氢铝作为粘结剂，搅拌机的转速为680转/分钟得到预成型料，再次将得到的预成型料注入模具型腔内部并震实，然后自然养护84h，最后进行脱模得到内衬接触层。
第一保温层组成材料为Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒、MgO颗粒和粘结剂水玻璃，其中，在第一保温层中空心Al2O3球体所占比例为83wt％，SiO2颗粒所占比例为8wt％，CaO颗粒所占比例为1.0wt％，MgO颗粒所占比例为3.0wt％，水玻璃占比5wt％。Al2O3为空心球状结构，球体内孔直径为0.5μm，球体直径尺寸为60μm，SiO2颗粒的尺寸为50μm，CaO、MgO均为颗粒状，其颗粒尺寸为6μm。整个第一保温层耐火度高于1560℃，其中孔隙率为60％，气孔尺寸为2.5mm。
将以上规定的第一保温层材料Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒和MgO颗粒通过搅拌机进行初步混合，搅拌机的转速为400转/分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入水玻璃作为粘结剂，搅拌机的转速为480转/分钟得到预成型料，再次将得到的预成型料注入模具型腔内部并震实，然后自然养护72h，最后进行脱模得到第一保温层。
第二保温层组成材料为Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒、MgO颗粒和粘结剂硅溶胶，其中，在第二保温层中Al2O3颗粒所占比例为48wt％，SiO2颗粒所占比例为38wt％，CaO颗粒所占比例为4wt％，MgO颗粒所占比例为4wt％，硅溶胶占比6wt％。Al2O3颗粒的尺寸为80μm，SiO2颗粒的尺寸为60μm，CaO、MgO均为颗粒状，其颗粒尺寸为8μm。整个第二保温层耐火度高于1100℃，其中孔隙率为70％，气孔尺寸为3mm。
将以上规定的第二保温层材料Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒和MgO颗粒通过搅拌机进行混合，搅拌机的转速为300转/分钟，在搅拌过程中加入硅溶胶作为粘结剂得到混合料，然后将得到的混合料注入模具型腔内部，然后自然养护12h，最后进行脱模得到第二保温层。
将上述制备好的内衬接触层、第一保温层、第二保温层以及钢制外壳层进行组合后加热进行烘烤，低温阶段(室温～180℃)加热速率为60℃/h，到达温度后保温36h；中温阶段(180℃～850℃)加热速率为100℃/h，到达温度后保温48h；高温阶段(850℃～1100℃)加热速率为100℃/h，到达温度后保温36h，最终得到铸造铝合金用浇包。
实施例三：
内衬接触层组成材料为ZrO2颗粒、Al2O3颗粒、SiO2颗粒和粘结剂磷酸二氢铝，其中，在内衬接触层中ZrO2颗粒所占比例为93wt％，Al2O3颗粒所占比例为4wt％，SiO2颗粒所占比例为1.5wt％，磷酸二氢铝所占比例1.5wt％。ZrO2颗粒的尺寸为30μm，Al2O3颗粒的尺寸为80μm，SiO2颗粒的尺寸为60μm。整个内衬接触层要求耐火度高于1650℃，其中孔隙率为7％，气孔尺寸为15μm。
将以上规定的内衬接触层材料ZrO2颗粒、Al2O3颗粒和SiO2颗粒通过搅拌机进行初步混合，搅拌机的转速为500转/分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入磷酸二氢铝作为粘结剂，搅拌机的转速为680转/分钟得到预成型料，再次将得到的预成型料注入模具型腔内部并震实，然后自然养护84h，最后进行脱模得到内衬接触层。
第一保温层组成材料为Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒、MgO颗粒和粘结剂水玻璃，其中，在第一保温层中空心Al2O3球体所占比例为85wt％，SiO2颗粒所占比例为9wt％，CaO颗粒所占比例为2.0wt％，MgO颗粒所占比例为2.0wt％，水玻璃占比2wt％。Al2O3为空心球状结构，球体内孔直径为0.8μm，球体直径尺寸为80μm，SiO2颗粒的尺寸为60μm，CaO、MgO均为颗粒状，其颗粒尺寸为8μm。整个第一保温层耐火度需高于1560℃，其中孔隙率为65％，气孔尺寸为3.0mm。
将以上规定的第一保温层材料Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒和MgO颗粒通过搅拌机进行初步混合，搅拌机的转速为400转/分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入水玻璃作为粘结剂，搅拌机的转速为480转/分钟得到预成型料，再次将得到的预成型料注入模具型腔内部并震实，然后自然养护72h，最后进行脱模得到第一保温层。
第二保温层组成材料为Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒、MgO颗粒和粘结剂硅溶胶，其中，在第二保温层中Al2O3颗粒所占比例为50wt％，SiO2颗粒所占比例为36wt％，CaO颗粒所占比例为3wt％，MgO颗粒所占比例为3wt％，硅溶胶占比8wt％。Al2O3颗粒的尺寸为100μm，SiO2颗粒的尺寸为65μm，CaO、MgO均为颗粒状，其颗粒尺寸为10μm。整个第二保温层耐火度需高于1100℃，其中孔隙率为75％，气孔尺寸为5mm。
将以上规定的第二保温层材料Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒和MgO颗粒通过搅拌机进行混合，搅拌机的转速为300转/分钟，在搅拌过程中加入硅溶胶作为粘结剂得到混合料，然后将得到的混合料注入模具型腔内部，然后自然养护12h，最后进行脱模得到第二保温层。
将上述制备好的内衬接触层、第一保温层、第二保温层以及钢制外壳层进行组合后加热进行烘烤，低温阶段(室温～180℃)加热速率为60℃/h，到达温度后保温36h；中温阶段(180℃～850℃)加热速率为100℃/h，到达温度后保温48h；高温阶段(850℃～1100℃)加热速率为100℃/h，到达温度后保温36h，最终得到铸造铝合金用浇包。
对比例一：普通浇包
普通浇包从内至外，依次为复合陶瓷砖、重质焦炉料层、保温层、保温棉层和炉壳。其中，复合陶瓷砖由TiO2和Al2O3在1450℃烧结而成，主要成分为生成的Al2TiO5；重质焦炉料主要为Al2O3；保温层为20mm的耐火纤维板；保温棉层为3～5mm的保温棉；炉壳为钢制外壳。
对比例二
内衬接触层组成材料为ZrO2颗粒、Al2O3颗粒、SiO2颗粒和粘结剂磷酸二氢铝，其中，在内衬接触层中ZrO2颗粒所占比例为95wt％，Al2O3颗粒所占比例为2wt％，SiO2颗粒所占比例为0.5wt％，磷酸二氢铝所占比例1.0wt％。ZrO2颗粒的尺寸为8μm，Al2O3颗粒的尺寸为30μm，SiO2颗粒的尺寸为30μm。整个内衬接触层要求耐火度高于1650℃，其中孔隙率为2％，气孔尺寸为8μm。
将以上规定的内衬接触层材料ZrO2颗粒、Al2O3颗粒和SiO2颗粒通过搅拌机进行初步混合，搅拌机的转速为500转/分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入磷酸二氢铝作为粘结剂，搅拌机的转速为680转/分钟得到预成型料，再次将得到的预成型料注入模具型腔内部并震实，然后自然养护84h，最后进行脱模得到内衬接触层。
第一保温层组成材料为Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒、MgO颗粒和粘结剂水玻璃，其中，在第一保温层中空心Al2O3球体所占比例为90wt％，SiO2颗粒所占比例为6.0wt％，CaO颗粒所占比例为0.5wt％，MgO颗粒所占比例为1.0wt％，水玻璃占比1.5wt％。Al2O3为空心球状结构，球体内孔直径为0.2μm，球体直径尺寸为30μm，SiO2颗粒的尺寸为35μm，CaO、MgO均为颗粒状，其颗粒尺寸为4μm。整个第一保温层耐火度需高于1560℃，其中孔隙率为50％，气孔尺寸为0.6mm。
将以上规定的第一保温层材料Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒和MgO颗粒通过搅拌机进行初步混合，搅拌机的转速为400转/分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入水玻璃作为粘结剂，搅拌机的转速为480转/分钟得到预成型料，再次将得到的预成型料注入模具型腔内部并震实，然后自然养护72h，最后进行脱模得到第一保温层。
第二保温层组成材料为Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒、MgO颗粒和粘结剂硅溶胶，其中，在第二保温层中Al2O3颗粒所占比例为56wt％，SiO2颗粒所占比例为20wt％，CaO颗粒所占比例为7wt％，MgO颗粒所占比例为7wt％，硅溶胶占比10wt％。Al2O3颗粒的尺寸为40μm，SiO2颗粒的尺寸为45μm，CaO、MgO均为颗粒状，其颗粒尺寸为3μm。整个第二保温层耐火度需高于1100℃，其中孔隙率为50％，气孔尺寸为1.5mm。
将以上规定的第二保温层材料Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒和MgO颗粒通过搅拌机进行混合，搅拌机的转速为300转/分钟，在搅拌过程中加入硅溶胶作为粘结剂得到混合料，然后将得到的混合料注入模具型腔内部，然后自然养护12h，最后进行脱模得到第二保温层。
将上述制备好的内衬接触层、第一保温层、第二保温层以及钢制外壳层进行组合后加热进行烘烤，低温阶段(室温～180℃)加热速率为60℃/h，到达温度后保温36h；中温阶段(180℃～850℃)加热速率为100℃/h，到达温度后保温48h；高温阶段(850℃～1100℃)加热速率为100℃/h，到达温度后保温36h，最终得到铸造铝合金用浇包。
对比例三：
内衬接触层组成材料为ZrO2颗粒、Al2O3颗粒、SiO2颗粒和粘结剂磷酸二氢铝，其中，在内衬接触层中ZrO2颗粒所占比例为80wt％，Al2O3颗粒所占比例为12wt％，SiO2颗粒所占比例为4wt％，磷酸二氢铝所占比例4wt％。ZrO2颗粒的尺寸为35μm，Al2O3颗粒的尺寸为90μm，SiO2颗粒的尺寸为70μm。整个内衬接触层要求耐火度高于1650℃，其中孔隙率为9％，气孔尺寸为20μm。
将以上规定的内衬接触层材料ZrO2颗粒、Al2O3颗粒和SiO2颗粒通过搅拌机进行初步混合，搅拌机的转速为500转/分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入磷酸二氢铝作为粘结剂，搅拌机的转速为680转/分钟得到预成型料，再次将得到的预成型料注入模具型腔内部并震实，然后自然养护84h，最后进行脱模得到内衬接触层。
第一保温层组成材料为Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒、MgO颗粒和粘结剂水玻璃，其中，在第一保温层中空心Al2O3球体所占比例为68wt％，SiO2颗粒所占比例为15wt％，CaO颗粒所占比例为4.0wt％，MgO颗粒所占比例为5.0wt％，水玻璃占比8wt％。Al2O3为空心球状结构，球体内孔直径为1.0μm，球体直径尺寸为100μm，SiO2颗粒的尺寸为75μm，CaO、MgO均为颗粒状，其颗粒尺寸为12μm。整个第一保温层耐火度需高于1560℃，其中孔隙率为70％，气孔尺寸为5.0mm。
将以上规定的第一保温层材料Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒和MgO颗粒通过搅拌机进行初步混合，搅拌机的转速为400转/分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入水玻璃作为粘结剂，搅拌机的转速为480转/分钟得到预成型料，再次将得到的预成型料注入模具型腔内部并震实，然后自然养护72h，最后进行脱模得到第一保温层。
第二保温层组成材料为Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒、MgO颗粒和粘结剂硅溶胶，其中，在第二保温层中Al2O3颗粒所占比例为30wt％，SiO2颗粒所占比例为63wt％，CaO颗粒所占比例为2wt％，MgO颗粒所占比例为2wt％，硅溶胶占比3％。Al2O3颗粒的尺寸为120μm，SiO2颗粒的尺寸为80μm，CaO、MgO均为颗粒状，其颗粒尺寸为15μm。整个第二保温层耐火度需高于1100℃，其中孔隙率为80％，气孔尺寸为7mm。
将以上规定的第二保温层材料Al2O3颗粒、SiO2颗粒、CaO颗粒和MgO颗粒通过搅拌机进行混合，搅拌机的转速为300转/分钟，在搅拌过程中加入硅溶胶作为粘结剂得到混合料，然后将得到的混合料注入模具型腔内部，然后自然养护12h，最后进行脱模得到第二保温层。
将上述制备好的内衬接触层、第一保温层、第二保温层以及钢制外壳层进行组合后加热进行烘烤，低温阶段(室温～180℃)加热速率为60℃/h，到达温度后保温36h；中温阶段(180℃～850℃)加热速率为100℃/h，到达温度后保温48h；高温阶段(850℃～1100℃)加热速率为100℃/h，到达温度后保温36h，最终得到铸造铝合金用浇包。
保温性能测试：用于测试浇包的保温效果
分别在如实施例一、二、三和对比例一、二、三中的浇包内装入等量的铝合金液，测量其中铝合金液的初始温度，随后分别于第1、3、5、7、9、15、20min再次测量其中铝合金液的温度并记录于表1中。在20min的时间内，对浇包中的铝合金液完成除气精炼过程，然后供应给压铸机。
如表1所示，实施例一、二、三中铝合金液的初始温度分别为735℃、738℃、736℃，经20min后，其温度下降分别为731℃、734℃、732℃，温度下降速率约为0.2℃/min。在对比例一中，普通浇包内铝合金液的初始温度为735℃，经20min后，其温度下降为705℃，温度下降速率为1.5℃/min。由此可说明，相对于普通浇包而言，本发明的浇包通过保温材料形状、尺寸、占比、孔隙率等参数的设计能够起到良好的保温效果。而对比例二中，浇包的第一、二保温层孔隙率和气孔尺寸均小于本发明浇包，其温度下降速率为1.55℃/min；对比例三中，浇包的第一、二保温层孔隙率和气孔尺寸均大于本发明浇包，其温度下降速率为1.65℃/min。进一步说明，本发明中通过合理调整浇包的第一、二保温层的孔隙率和气孔尺寸，实现了良好的保温效果。
表1浇包内铝合金液温度统计表
表2浇包烤包天然气损耗统计表
表2为车间现场浇包空烤天然气的消耗情况统计表。从表2中可以看出，对比例一、二、三中浇包由于保温效果差，浇包内部温度降低幅度大，空包返回后需要进行烤包，而实施例一、实施例二、实施例三则不需要进行烤包过程，因此能够降低工厂成本，减小工人劳动强度，节约能源的同时保护环境，并且消除烫伤员工的安全隐患。
K模检测：用于检测浇包内铝合金液含渣量
K模检测方法参考《中华人民共和国有色金属行业标准》，标准号为YS/T1004-2014熔融态铝及铝合金。
表3浇包铝合金液夹渣K模检测结果统计表
表3对浇包内铝合金液的纯净度进行了K模检测分析，在车间实际生产过程中通常采用K模对铝液夹渣进行快速分析。从表3中可以看出，对比例一中的普通浇包由于包壁挂渣严重，铝液内部存在夹渣，K模检测平均值为0.12，而实施例一、实施例二、实施例三、对比例二和对比例三由于包壁不粘结铝渣，其包内铝液K模检测平均值为0.04，因此本发明能够达到不粘铝、提升铝合金液质量的效果。
且如图2所示，对比例一为普通浇包，其内壁上粘附铝渣数量较多，而如图3所示，本发明的一种实施方式的浇包，其内壁上粘附铝渣数量明显少于图2。由此可见，本发明的浇包确实能够达到不沾铝、提升铝合金液质量的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
