如何提高熔鑄耐火材料制品冒口保溫工藝和補縮效率?
所屬分類: 行業新聞
發布時間:2024-05-30
熔鑄耐火材料制品冒口是只為避免制品出現缺陷而附加在制品上方或側面的補充部分。砂型中冒口的型腔是存貯熔液的空腔,在熔鑄耐火材料制品形成時補給熔液,有防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用。冒口的主要作用是補縮,并在澆鑄時作為重要的排氣孔通道。冒口材質、冒口位置、冒口形狀直接與熔鑄耐火材料的澆鑄工藝方法相關聯,冒口是熔鑄耐火材料的澆鑄工藝重要組成部分。
熔鑄耐火材料制品的冒口按材質分有砂型冒口、鑄鐵冒口、石墨冒口等,主要是用砂型冒口;按澆鑄工藝方法分普通澆鑄PT、傾斜澆鑄QX、準無縮孔澆鑄ZWS、無縮孔澆鑄WS冒口。
提高冒口的補縮效率,意味著在保證熔鑄耐火材料制品無或少縮孔、縮松,滿足熔鑄耐火材料制品質量要求的情況下,采用各種有效的工藝措施,減少冒口的尺寸和數量,節約熔液以節約制造成本,從而可以提高熔鑄耐火材料制品的合格率和生產效益。
冒口補縮原理
1.1冒口補縮的基本條件
(1)凝固時間:冒口凝固時間應大于或等于鑄件(被補縮部分)的凝固時間;
(2)補縮液量:冒口應有足夠的熔液補充鑄件的液態收縮和凝固收縮;
(3)補縮通道:在凝固期間,冒口和鑄件被補縮部位之間存在液體流動的補縮通道,擴張角朝向冒口。
實現順序凝固補縮,還要考慮冒口位置的選擇,冒口有效補縮距離是否足夠,并合理利用補貼和冷鐵的作用,以強化冒口補縮效果。
1.2冒口補縮原理
一般設計部門在熔鑄耐火材料制品已經設計冒口位置。原則上,在熔鑄耐火材料制品鑄件厚壁處和熱節部位(即鑄件上熱量集中,內接圓直徑較大的部位)設置冒口,是防止縮孔、縮松的有效措施。冒口的尺寸應保證冒口比其要補縮的部位凝固得晚,并有足夠的熔液供給。采用“順序凝固原則”,在制品上建立一個從遠離冒口的部分到冒口之間逐漸遞增的溫度梯度,從而實現由遠離冒口處向冒口方向順序地凝固,即遠離冒口的部位先凝固,靠近冒口的部位后凝固,冒口本身最后凝固。
冒口的設計
熔鑄耐火材料制品冒口尺寸主要指它的根部寬度和高度,如圖1所示。冒口尺寸過大,雖然能滿足制品補縮要求,但是增加制品成本;尺寸過小,制品會產生縮松和縮孔。因此,正確地確定冒口的尺寸,對于提高制品質量和降低成本,具有重要意義。
2.1確定冒口的安放位置和冒口數量
熔鑄耐火材料PT、QX、制品冒口的位置,設計單位已經在圖紙上確定。冒口位置的合ZWS理性,直接影響冒口的補縮效率和制品的質量。確定冒口位置時,應遵循的基本原則:
(1)符合定向凝固的原則,冒口應盡量放在制品補縮位置的上方或最后凝固的熱節上;
(2)放在制品的最高最厚處,以便利用冒口內熔液重力進行補縮;
(3)冒口盡可能放在加工面或粗加工面,減少精加工量;
(4)根據冒口的有效補縮距離、補縮區域的大小和熱節,可以分別設置冒口;
(5)制品應力集中處,不應安放冒口,否則增加應力集中傾向,使制品產生裂紋。
2.2確定冒口的尺寸
基于操作的簡單化和制造成本的考量,由于熔鑄耐火材料制品多是長方體或板狀體,其冒口形狀多采用長方體或正棱臺型。經驗表明,AZS制品的體收縮率多為12%~15%,高鋁制品達30%。
熔鑄耐火材料PT、QX、ZWS直型制品遵循比例法和補縮液量法,通常根據制品的尺寸(a×b×c),加上加工余量和制品的收縮率作圖,直接測量計算出方型冒口的長(a+m)寬(b+m)高(h)尺寸即冒口尺寸,m為常數。
熔鑄耐火材料PT、QX、ZWS異型制品則根據形狀,參考鑄造行業鑄造件模數法,簡單幾何形狀、模數的計算見表1,計算鑄件模數和冒口模數,再在有關標準冒口表格中查出所需冒口的具體尺寸。
提高冒口補縮效率的途徑
熔鑄耐火材料制品鑄件冒口為明頂冒口,與大氣壓相通,所以,根據熔鑄耐火材料熔液凝固時間短的特點,提高冒口補縮效率的主要途徑為采用自然壓力冒口、發熱保溫冒口及控制冒口內熔液凝固的各種工藝措施。
3.1合理加高冒口,提高冒口內熔液的補縮壓力
采用自然壓力冒口以及鋼釬上下搗冒口的操作來實現。澆注后,冒口表面結殼,外界大氣壓力作用在冒口內部熔液液面上,形成由大氣壓力和冒口液柱重力共同作用的補縮壓力,增強了補縮效果。在鑄型冒口澆滿后,用鋼釬上下搗動其中的熔液表面,避免冒口頂面過早凝固結殼,使大氣壓力長時間作用在冒口的熔液液面上,加大大氣壓力冒口的補縮效果。
3.2采用發熱冒口,延長冒口的凝固時間
延長冒口的凝固時間方法:冒口上撒保溫劑、發熱劑,采用發熱冒口、保溫冒口、電弧加熱冒口等。
普通冒口凝固較快,冒口中凝固較早的熔液不具補縮作用。為改善冒口的補縮條件和提高其補縮效率,可采用發熱冒口。冒口上覆蓋發熱劑,或鑄型上安裝用發熱及保溫材料做成的,其內壁與冒口部分外形相同的套的冒口為發熱冒口。由于發熱材料的放熱反應,延緩了冒口的凝固速度,從而使冒口內熔液利用率顯著提高。如圖2所示。
發熱冒口的發熱套根部有10~40mm的普通砂圈,以防發熱套直接與熔液接觸產生粘砂及增碳等缺陷。采用發熱冒口時,鑄型澆滿后應在冒口頂面撒發熱保溫劑,防止冒口散熱過快。發熱冒口套由發熱劑、保溫劑和粘結劑等組成。
(1)發熱劑在某溫度條件下,發生化學反應時能放出熱量的混合料。發熱冒口套用的發熱劑一般由鋁粉、硅鐵粉、氧化鐵粉等材料組成。鋁粉和氧化鐵粉的混合物叫鋁熱劑。在熔液的熱作用下,發熱劑的溫度1250℃時,鋁和硅被激烈地氧化而放出大量的熱量。其化學反應如下:
反應生成物的溫度可達到3000℃以上,冒口中的熔液被劇烈加熱、升溫,然后緩慢冷卻,延長了冒口熔液的凝固時間,大大提高補縮效率。鋁熱劑發熱量大,反應迅速,作用時間短;硅鐵粉發熱少,作用緩慢,有利于延長作用時間。發熱劑需要加熱到1250℃以上才起反應,對熔鑄耐火材料制品冒口來說非常容易達到。
(2)保溫劑熔鑄耐火材料制品常用的保溫材料有膨脹珍珠巖、蛭石、大孔陶粒、輕質保溫磚和經高溫使用過的、破碎的廢型砂(石英質)等,經濟指標表明,采用經高溫使用過的、破碎的廢型砂和輕質保溫磚是比較經濟、可行的。其作用是延長發熱劑的放熱時間和保溫。
(3)粘結劑常用水玻璃、膨潤土、礬土水泥和酚醛樹脂等發熱冒口的補縮效率比普通冒口高,制品合格率可達85%~90%。操作簡單、易于控制、安全可靠,可普遍用于大型QX、ZWS、WS熔鑄耐火材料制品的生產中。其它加熱冒口有電熱補縮冒口,它是將一個石墨電極設置在冒口底部,另一個可調高度的電極穿過耐火材料保護蓋,吊在冒口頂部,在冒口內熔液面與石墨電極間引弧加熱,使冒口保持熔融狀態,保證冒口對熔鑄耐火材料制品的充分補縮。
3.3實行二次補澆鑄,增加冒口熱能
自然壓力冒口澆注后,冒口表面結殼,用鋼釬上下搗動其中的熔液表面,如此重復多次,經過一定時間,最后打完冒口后再補澆熔液,這樣也大大提高冒口的補縮效果。二次補澆其實不僅是補澆熔液而是補澆熔液來增加冒口熱能,所以,其作用同發熱冒口作用。實際上,在70~80min內進行熱熔液補澆,可以制得容重為3.7g/m3以上的AZS33WS磚。
3.4控制制品鑄件保溫工藝,增長冒口補縮距離
如合理使用補貼、冷鐵,能使冒口的補縮距離增長,從而可使冒口的數量減少。熔液通過口進入型腔,能使冒口造型材料被大量流過的熔液預熱,使冒口內熔液的溫度較高,從而降低冒口的凝固速度,使冒口的補縮效率得到提高。
結語
澆鑄冒口是澆鑄工藝的重要組成部分。提高熔鑄耐火材料制品冒口補縮效率途徑有:合理加高冒口,提高冒口內熔液的補縮壓力;采用發熱冒口,延長冒口的凝固時間;實行二次補澆鑄,增加冒口熱能;控制制品保溫工藝,增長冒口補縮距離。通過以上途徑,可以獲得高合格率,并可降低生產成本,經濟效益增長顯著。
關鍵詞: 如何提高熔鑄耐火材料制品冒口保溫工藝和補縮效率?
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