保温与发热冒口在铸造中的应用

保温与发热冒口在铸造中的应用

随着铸造内部质量要求的提高，我们可以降低铸造产量，降低单位质量椭圆的能耗，减少残余材料的排放，采用合理的铸造工艺和辅助材料，提高铸造质量，减少铸造成本和环保，已成为国内外的一个重点。铸件生产厂家及相关研究机构于上世纪70年代开始对保温冒口、发热冒口进行研究,并于80年代开始推广使用。大批量使用保温冒口、发热冒口是近几年由于国外商品化的保温冒口与发热冒口进入我国后才开始的。目前保温冒口在铸钢件中已经得到广泛应用,仅Foseco(福士科)一家在东北地区保温冒口的年销售额就达到一千多万元,应用的厂家目前主要以高速铁路上的铸钢件生产厂家为主。国内商品化的保温冒口与发热冒口主要的生产厂家有圣泉、南化红山膨润土有限公司、苏州兴业三家,但产品性能与福士科相比有较大差距,主要以保温为主。本文所要报道的是本课题组通过多年研究而开发出的一种具有自主知识产权,集保温与发热于一体的环保型新型发热保温板,本产品在原材料选择、结构设计、制作工艺及使用性能方面都具有一系列特点。1发热冒口与铝的热反应国内已有产品存在的问题:低发热剂、普通助燃剂、水玻璃粘结剂、保温与发热不能兼顾等问题,导致反应温度高(一般大于1300℃)、反应不完全、有些理论上的发热成分(如木炭)几乎不燃烧、发热剂燃烧不充分等。为解决这些问题,本项目通过大量理论分析与实验研究,在材料的选择上有如下特点:(1)增加发热剂含量,调整发热剂配比发热保温板的发热原理是材料中的发热剂(铝热剂),在高温下发生铝热反应:利用反应中所生成的热加热冒口内的金属液体,但目前国内同类产品多为低铝热剂型(3wt%～6wt%),按此常规配比制作的发热冒口中Al所占的比例很小,分散在保温剂与粘结剂之中,Al与助燃剂Fe2O3之间进行化学反应比较困难,故燃烧不完全。(2)含有一定数量(3wt%～5wt%)的镁上述化学反应(1)得以进行,首先是Fe2O3的分解。随着温度升高,氧化物的分解逐渐增大,当温度<1300℃时,Fe2O3分解压小于空气中氧的分压,Fe2O3的分解是很缓慢的,要使铝热反应顺利进行,必须使温度达到1300℃,而且温度愈高,反应进行愈快。发热冒口浇注后,仅发热冒口内壁表层可达到1300℃以上,而其中部、外壁的温度分别为1260℃和800℃。故常规发热冒口中大部分铝热剂未起到发热反应。本产品中添加低燃点的镁,可在较低温度下起助燃作用。通过从使用后的冒口套不同部位(内、中、外层)取样分析,铝、镁残余量均很少,可知发热反应进行较完全。(3)以高铝棉、硅纤维棉作保温材料常规保温冒口、发热冒口性能单一,往往是保温与发热两种性能主要以一种为主,本产品通过两类成分合理复合使其两种性能兼顾。通过合理的工艺使含有高铝棉、硅纤维棉等无机纤维的产品内部含有大量微孔,有效地阻止了对流的热损失,达到了保温的目的,同时微孔中的空气有利于温度较低时(此时Fe2O3的分解很缓慢)镁与铝的燃烧反应,由此又促进了正常铝热反应的进行,导致发热保温冒口的热损失率明显低于其它冒口,具有良好补缩效果。(4)以酚醛树脂、糊精等代替水玻璃常规保温冒口与发热冒口是以水玻璃为粘结剂,水玻璃有惰性物质的作用,它以硅酸凝胶薄膜覆盖于发热材料颗粒表面,阻碍了反物质的相互接触,降低了扩散速度,使得反应迟缓,甚至难以进行。而本产品是以酚醛树脂与糊精为粘结剂,酚醛树脂在燃烧时会缓慢分解产生氢气、碳氢化合物、水蒸气和碳氧化物,既无毒无害,也不阻碍反应物质接触。2计与制作工艺要成为能被企业接受的好产品,发热保温板不只是在成分上应具有发热、保温的基本性能,还应使材料具有好的耐火度,成型、使用方便,成本低等性能。常规保温冒口、发热冒口多为成型冒口,运输不便,通用性较差,给用户在管理与使用上带来不便。本课题组研发的该产品,在结构设计与制作工艺有如下特点:(1)采用板式结构(现有两种规格KMP-1:1400mm×450mm×30/50/60mm,KMP-2:1200mm×450mm×30mm)。如图1。(2)内部加钢丝网作为增强体,是典型的复合材料结构,使材料具有合适的强度,满足成型要求。(3)开设相互平行的适当厚度的槽形结构,使卷曲成型容易。(4)采用有机粘结剂制浆、吸滤、压制,再加一定温度的烘烤工艺代替常规的干料混碾压制法,使产品在保证良好的微孔量的同时,具用好的强度、韧性,不污染型砂,同时落砂清理方便。有了上述结构与工艺上的特点,使得该产品运输方便,使用时可卷曲,可连接,可切断,根据需要形成各种大小的腰圆、圆形或方形冒口套,通用性非常强,如图2。造型时使用与铸件设计冒口的同等尺寸的芯棒将保温板围上、装沙、将芯棒取出、钉上钉子烘干即可,工艺简单、快捷。图3为现场造型。3发热、保温、充放电工艺特点自产品开发成功后,先后在桂林冶金机械总厂、东方电机股份有限公司、大连重工、乐山斯堪纳机械制造有限公司、酒钢等大型企业的大型铸钢件中使用,该发热保温板具有良好的发热、保温性能,从而使冒口具有很好的补缩效果,冒口上部呈明显的碟型收缩,铸件无缩孔、缩松现象,工艺出品率提高6%以上,产品性能完全可与福士科产品相媲美,而价格低、环保。在铸钢与球铁件生产中如使用本项目研发的发热保温板来形成补缩冒口,虽然增加了造型材料成本,但会使铸件质量更加稳定,出品率提高6%以上,节约大量金属液体与能源。一个年产量在10000t铸钢件的生产厂家,每年可节约300～550万元左右,根据我国目前铸造行业的产能情况,每年可节约600亿元。4高铝棉与硅纤维棉的使用(1)由于成分上的合理选择,用该发热保温板所做的冒口套从里至外发热反应进行完全,发热量大。(2)由于高铝棉与硅纤维棉的使用,本产品保温性能良好。(3)制作