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复合型壳为克服上述水玻璃型壳的缺点，目前不少工厂将第一、二层改用锆英石及莫来石-硅溶胶型壳。背层仍采用原有水玻璃型壳工艺。它是结合硅胶型壳的优良的表面质量和水玻璃低成本、短周期的优点的一种改进方案。与水玻璃型壳相比，其铸件表面质量有了很大提高，表面粗糙度降低、表面缺陷减少、返修率下降。可应用于不锈钢、耐热钢等高合金钢。生产周期则比低温蜡-硅溶胶型壳短得多，与水玻璃型壳相近(表1)。

2.1存在的主要问题

(1)由于背层保留了水玻璃粘结剂，故其型壳整体高温强度、抗蠕变能力比硅溶胶型壳低(表4)。其型焙烧温度只限于950℃以下。900℃以后型壳变形量增加了30%。而硅溶胶型壳焙烧温度可达1000-1200℃，在1000℃以前型壳不变形(表4)。故复合型壳浇注的铸件尺寸精度(包括形位公差)均比不上硅溶胶型壳。往往在浇注大型(10kg以上)铸件时要采取增加硅溶胶型壳层数的方法(一般至少增加2层)以求获得高的高温强度及防止铸件变形。

(2)由于型壳前2层是影响型壳透气性的主因，由水玻璃型壳改为硅溶胶后，型壳的整体透气性大幅降低，在焙烧温度较低、保温时间不够长时，常会造成铸件气孔及浇不足、冷隔等缺陷，附近的铸铁覆膜砂生产厂家，故复合型壳较难应用于薄壁(δ≤3mm)件、小件及特小件(小于50g)。又因型壳高温强度不及硅溶胶型壳，和顺铸铁覆膜砂，更易造成上述废品。总之，复合型壳的透气性不如水玻璃型壳也不如硅溶胶型壳。

(3)复合型壳铸件质量稳定性比水玻璃好，但远不如硅溶胶型壳。其背层仍保留水玻璃粘结剂，为降低成本仍采用价格较低、质量不稳定的耐火材料，如粘土、颗粒粒砂等，且在制壳工艺控制方面与水玻璃型壳相同，导致铸件质量稳定性差。尤其是10kg以上的大件及1kg以下的小件，废品率及返修率均比硅溶胶型壳高。

(4)复合型壳由于采用价昂的锆英石作面层，其型壳成本是水玻璃型壳的4.5倍(表1)，若背层采用莫来石砂粉，其型壳成本与硅溶胶型壳成本相差无几，每kg铸件成本仅相差1元。其成本低的优势并不明显。

(5)复合型壳不能使用中温蜡料。中温蜡不能使用热水脱蜡。在高压釜中脱蜡时，由于高温、高压(170℃，0.7MPa)中温蜡液会与背层中的水玻璃及残留硬化剂产生剧烈的皂化反应(白色泡沫状皂化物)，不经回收处理无法回用。而硅溶胶型壳，则可以应用低、中温蜡，无此弊病。

综上所述，复合型壳是水玻璃型壳的改进，在铸件表面质量、成品率及返修率方面比前者优越，但与硅溶胶型壳仍有本质差别。除生产周期较短，制壳成本稍低之外其铸件质量及稳定性不及硅溶胶型壳。

2.2改进方向

(1)采用石英代替锆英砂用于面层型壳耐火材料。铸件表面质量不完全取决于面层型壳耐火材料，生产铸铁覆膜砂的厂家有哪些，而与粘结剂有密切关系，也与蜡料有关(蜡模表面粗糙度、皂化物残留等)。复合型壳只能采用低温蜡，大部分应用于表面粗糙度中等(Ra=6.3-12.5)、尺寸精度不甚高(CT4-CT6)的精铸件，实践证明采用石英-硅溶胶面层代替锆英石-硅溶胶是完全可行的。

这一措施使每t铸件型壳成本由原4150-4830元下降到1360元，与水玻璃型壳比仅增加460元。

(2)加强制壳工序尤其是背层制壳的质量管理及环境改善(详见本文1，2节)。

(3)背层应当采用质量稳定、高温性能优良而成本相对低廉的耐火材料，同时要兼顾与面层型壳耐火材料膨胀率相匹配。推荐下列2种常用的背层材料。

①耐火粘土-石英粉涂料(各50%)，撒颗粒砂(耐火砖废料破碎过筛而制成)，其优点是来源广、价格低，其型壳高温强度和抗蠕变能力均高于莫来石、铝矾土。价格仅为铝矾土的1/2-1/3。它适用于锆英石或石英石作面层的复合型壳。

②耐火粘土-颗粒粉涂料(体积比为3：7)，撒颗粒砂。此方案只适用于锆英石复合型壳。有些工厂复合型壳背层采用莫来石砂粉或铝矾土，其涂料性能较稳定，壳薄、易焙烧，但成本过高且其型壳高温性能不及上2种型壳。铝矾土脱壳性能较差。至于废陶瓷器皿、硫璃瓦、地砖等破碎而成的材料价格虽低，哪里有铸铁覆膜砂生产厂家，但未经高温烧成，成分复杂，型壳高温开裂倾向大，耐火度偏低。浇注后(尤其是厚大件)脱壳困难，不宜采用。

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配料计算如下：

  （1）计算炉料中各元素的变化

     a) 炉料含碳量:  C铁水% = 1.8% + 0.5 C炉料%

      已知铁水所需的平均含碳量为3.4%，按上式算得 C炉料%=3.2%；

     b) 炉料含硅量: 已知铁水所需的平均含硅量1.75%，硅的熔炼烧损为15%，则

              Si炉料=1.75/（1-0.15）=2.06%；

     c) 炉料含锰量  已知Mn铁水=0.65%，熔炼烧损20%，故Mn炉料=0.65/（1-0.20）=0.81%；

     d) 炉料含硫量  已知S铁水=0.12%，增硫50%，则：S炉料=0.12/（1+0.5）=0.08%；

     e) 炉料含磷量  磷在熔炼过程中变化不大，P炉料=P铁水<0.25%

     综合上列计算结果，所需配置的炉料平均化学成分为：

            C炉料3.2%、Si炉料2.06%、Mn炉料0.81%、S炉料<0.08%、P炉料<0.25%

  （2）初步确定炉料配比

     a) 回炉料的配比:主要取决于废品率和成品率，它随具体生产情况而变化。此处取20%。

     b) 新生铁和废钢配比:设新生铁为χ%，则废钢为80%-χ%。按炉料所需含碳量为3.2%，新生铁、废钢、 回炉料的含碳量各为4.19%、0.15%、3.28%，可列出下式：

         4.19χ+0.15（80-χ）+3.28*20=3.2*100

     得出χ=60.0%。故铁料配比为：Z15生铁60%、废钢20%、回炉料20%。

  （3）计算铁合金加入量

   a) 硅铁加入量  今缺硅量0.67%，亦即每100公斤炉料需加硅0.67公斤。所用硅铁含硅量为45%，故每100公斤炉料需加硅铁量为0.67/0.45=1.5公斤

   b) 锰铁加入量  同上法计算，每100公斤炉料需加入含锰75%的锰铁为：0.12/0.75=0.16公斤。

  （4）制定配料单

根据配比和层铁量，确定每批炉料中各种炉料的重量，写出配料单。设已知层铁500公斤，可算得每批铁料的组成为：生铁 ：500*60%=300公斤、废钢：500*20%=100公斤、回炉料：500*20%=100公斤、45%硅铁

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