熔铸AZS制品ZWS棱台形冒口的研究

熔铸AZS制品冒口是其浇铸工艺的重要组成部分。其形状直接影响冒口补缩效果进而影响制品质量和制造成本。在冒口设计时，应从体积相同中，选用散热表面最小的，冒口散热慢，凝固时间长，其补缩的效果就更好，达到质量满意、增加效益的目的。所以，对熔铸AZSA制品ZWS冒口的研究具有重大意义。ZWS的冒口形状：常用的冒口形状有：球形、球顶圆柱形、圆台形、腰圆柱形1、腰圆柱形2、棱台形。选择熔铸AZS制品ZWS棱台形冒口作重点探讨、研究。ZWS制品棱台形冒口示意图见图1。从图1可以看出，设冒口高度H、底尺寸不变时，棱台形冒口a体积最大，棱台形冒口b体积最小。在保证制品质量的前提下，选择棱台形冒口b最为经济。图1ZWS制品棱台形冒口示意图ZWS制品的冒口位置：在实际生产中常用“等固相线法”和“内切圆法”近似地确定缩孔位置即冒口位置。等固相线法是在制品截面上从冷却表面开始逐层向内绘制等固相线，直到最窄截面上等固相线接触为止。此时，等固相线不相连接的地方，就是制品最后凝固区域，也就是缩孔的位置，即冒口的位置，如图2所示黑影部分。图2等固相线法确定制品冒口的位置内切圆法，当ZWS制品是“T字形”或“十字形”时，在其相交处也即热节位置，可以用内切圆法确定缩孔位置即冒口的位置，如图3所示内切圆。图3内切圆法确定制品冒口的位置图4、图5为棱台形冒口a和b等固相线示意图。从图4、图5中可以判断，棱台形冒口a最后熔液比棱台形冒口b最后熔液集中，冒口b最后补缩通道可能受阻，导致其缩孔大、容重小。所以，选择棱台形冒口a（上口小下口大）为ZWS制品冒口，能够获得小缩孔、大容重的制品，保障其质量。图4棱台形冒口a等固相线示意图图5棱台形冒口b等固相线示意图ZWS制品的冒口尺寸：ZWS制品的冒口主要是棱柱形、棱台形。冒口尺寸指它的本部大小和高度。冒口尺寸过大，虽然能满足制品补缩要求，但是会增加制品成本；尺寸过小，制品会增加缩孔和缩松体积，降低其容重。因此，正确确定ZWS冒口的尺寸，对于ZWS制品的质量和成本具有重大的意义。ZWS制品示意图见图6。图6ZWS制品示意图经过一系列的计算，得出：V倒四棱台冒口＞V冒口正常＞V立四棱台冒口。所以，在工艺不变、保证质量的情况下，选择立四棱台（上小下大）型冒口最为经济。选择同一规格的ZWS制品之正常的四棱柱形冒口和立四棱台形冒口作对比，立四棱台冒口比正常四棱柱冒口工艺节约熔液量，见表1。由表1可得：立四棱台冒口制品节约冒口熔液量为50.875kg，即冒口节约熔液为21.2%，是毛坯总重的7.18%，是制品总量的10.34%。表1两种形状冒口熔液重量比较

制品容重：冒口制品磨完后，测量其尺寸和重量，长宽厚每个尺寸必须量3个不同位置的尺寸，计算时取其平均值，得出其平均体积，计算其容重。见表2、表3。表2立四棱台冒口ZWS容重表3正常四棱柱冒口ZWS容重由表2、表3可以看出，立四棱台冒口ZWS制品容重与正常四棱柱冒口ZWS制品容重相差无几，均＞3600kg/m3。试验制品冒口处切面图片：立四棱台冒口与正常四棱柱冒口AZS-33ZWS制品冒口处切面图见图7。图7立四棱台冒口与正常四棱柱冒口AZS-33ZWS制品冒口处切面图经济效益分析：表4为某公司2011年-2016年AZS33ZWS毛坯统计数据。从表4可知，2011年－2016年平均AZS33ZWS毛坯量为2225.5t。如果采用立四棱台型冒口浇铸AZS33ZWS砖，按7.18%节约比例，则每年可节约160t浇注熔液。以9700元/t成本计算，则可节约成本155万元/年。通过研究证明了熔铸AZS制品ZWS可用立四棱台冒口浇铸，立四棱台冒口浇铸AZS-33ZWS制品可创造可观的效益。但由于条件、时间和本课题组能力所限，试验尚存在一些不足，仍存在较大的改善和提高的空间。本课题的研究具有一定的扩展、应用潜力，为更有效地创造效益，提高其实际应用价值，后续的研究建议从以下几个方面展开：（1）冒口形状可进一步探索圆台型冒口，将更节约浇注料；（2）由熔铸AZS制品ZWS棱台形冒口的研究，扩展到WS制品（包括熔铸氧化铝制品）的研究；立四棱台冒口可以进一