现在,保温冒口已在铸钢工艺上广泛应用。但当冒口较大、超过现有保温冒口成品规格,或冒口形状非标准,而用量又少时,则无法采用保温冒口。经试验,将目前某些轻质保温砖产品作铸钢大冒口的保温套,亦可起到保温冒口作用,从而提高工艺出品率,降低钢水消耗。
一、保温砖的性能
从保温冒口的作用原理可知,凡导热系数(γ)和蓄热系数(b)低于砂型的材料,都选作为冒口的保温衬料。
从表可知,轻质保温砖和硅藻土砖的γ和b值均远小于砂型,与成型保温冒口套相近。
进一步分析冒口作用,可将冒口沿高度分成三部份
h上,约h/10高,主要起静压头和容纳补充液态收缩钢水的作用。钢水停留时间短,受冒口套材料影响不大。h中,约为5/10~7/10h,是储存补缩用铟水的主要容积,钢水凝固时间长,受冒口套材料影响最大,保温性愈髙愈好。
h下,约占2/10~3/10h,是冒口安全量,钢水凝固时间与铸件相近。且与俦件形成接触热节,因此该段不要求冒口套保温性好,但耐火度应高。
根据上述分析,对于大规格冒口,如果在h中部位采用保温砖围成冒口,完全可起到保温缓冷作用。此时,保温砖相当于砌块式保温冒口套的最小单元体。
根锯保温冒口设计要求,保温层厚度& =10~15%D保,D保——保温冒口直径,如D保>300mm,则&=30~45mm。目前标准保温砖厚度为60~65mm可满足保温层厚度要求。
二,保温砖选择
目前轻质保温砖产品有多种,性能相差很大。用作冒口材料时。除具有低γ和低b 外,还应满足下述要求:
① 与铸钢相适应的耐火度;
② 有足够的机械强度,造型方便;
③ 浇注时性能稳定,不发气,不粘砂,清理方便。
经过分析和多种同秀砖对比试验。江苏某地生产的轻质保温砖可满足上述要求。表2为该砖与其他材料的比较。
由表2可知,硅藻土砖耐火度低,泡沬高铝砖抗压强度低,均不宜采用。
将所选择轻质保温砖进行实际浇注试验表明,造型不易损坏,且与铸型结合牢固。浇注时钢水充填平稳,砖面稳定,不呛火,不发气,不变形。浇注后砖不与冒口浇结,仅砖内表面约10—20mm深变成黑灰色渣状物,呈块状脱落,容易清理,优于空微冒口和硅纤冒口。
三、保温砖冒口的实际应用
主要用于起过现有保温冒口成品规格的大型冒口上。造型时,先在冒口模根部垫砂紧实80—100mm高,然后沿冒 口模四周立放保温砖。砖间及外侧用型砂填充紧实,如必要,可将砖侧接触面修(或锯)出一定斜皮,以适应特定的冒口形状。可直接拼政。
例一、油缸下段。铸钢,毛重2900kg,内孔为活塞工作面,工作压力315bar,要求材质作超声波探伤检查。粗如工后与上段焊成整体,试压因材质要求高,应采用立浇充分补縮,不宜使用内冷跌。该件壁厚而孔小,应避免泥芯过长,增加出芯困难;不宜采用环形冒口。工艺确定用腰明冒口两个。
计算得铸件模数M3=9.6cm
如选普通冒口。需腰明冒口400X600X750mm两个,冒口重gt=2xl600=3200kg,出品率n=0.48太低。
若选保温冒口确定为:腰暗保温冒口380X570X490mm或400x600x520mm两个,因用量少,不可能专门定货。因此,采用保温砖作冒口,确定规格为腰明冒口360X540X700mm两个。冒口重g3=2x1250=2500 kg,出品率n= 0.54。保温砖为标准型T3(230x113x65mm),立放两层,砖总高460—470mm,共用砖48块。
不放保温砖的铸件、冒口根部有缩孔残留。放置保温冒口后,铸件补缩良好,加工时于铸件内孔对应冒口部位加工量深达70~80mm,未发现收缩缺陷。
例二、滑块本体(图4)坯重6000kg,铸钢。
根据该件结构特点,确定放两种明冒口共3只。导轨处2冒口用普通腰明360x540x800mm两个,重g1=2x1400kg。热节T处冒口,如用普通砂型,计算需圆明冒口740x960mm,重g2=3200kg,出品率n=0.5。
实际采用保温砖圆明冒口为550x 800mm重g= 1500kg。方法叼例一,共用砖30块。为调整凝固顺序。另在T2、T2处分別放骨架内冷铁,重量分别为31kg和28kg,实得工艺出品率为n=0.58。
冒口不放保温砖时,铸件有严重缩孔残留。使用保温砖后,缩孔消除。
四、保温砖的作用
试验及应用时对冒口凝固进行了观察记录,并进行解剖对比,表明保温砖有两方面 作用:
① 延长冒口凝固时间:用腰明冒口360x540x700mm作对比,砂型冒口凝固时间为1.5~2.0h,保温砖冒口为3.5h以上。实际铸造生产时,也证明这一结果。而且,冒口愈大,凝固时间相差愈大。
② 改变冒口内缩孔形状:由于保渴砖的保温作用,改变了冒口内凝固期温度场和凝固等温层的分布状态,因而改变了最终形成的缩孔形状。图5为普通冒口与保温冒口中缩孔形状对比。图6为普通冒口与保温砖冒口中缩孔形状对比。由图可见,保温砖冒口中缩孔形状虽不如保温冒口那样集中,但已由普通冒口中的倒锥形变成底部平缓的盆形,缩孔的下端无细长的缩管及断续的另散缩孔,缩孔总深度比普通冒口浅1/3以上,冒口安全高度増加。
因此,采用保温砖可使冒口高度降低,规格减小。如在普通冒口外加放'保温砖,可使冒口补缩更可靠。
五、经济效果分析:
采甩保温砖冒口,可使工艺出品率提高5~10%。由于保温砖系标准产品,价格较低,冒口村料成本与成型保温冒口套相近;然而损耗少,而节省的钢水约为保温冒口的1/3〜2/3,因此具有一定的经济价值a。
表3为两种铸件使用保温砖冒口的效果分折。
保温冒口成本1200元/吨,保温砖成本约1.3约元/块。由表3可知,每投入保温砖费用1元,可省钢水10—40kg。如消耗钢水成本按400元/吨计,则投入与收益比为1:4~1:16。
六、保温砖冒口使用特点:
① 可适用于各种规格及形状的大冒口、冒口愈大,效果愈佳。
② 使用方便,通用性强,尤其适于单件小批生产。
③ 不受干,湿型限制,不受烘干温度影响。
④ 浇注时无气、无害、钢水充填平稳。
⑤ 冒口表面光洁,清理容易。
⑥ 运输、存放方便、损失小。
⑦ 造型操作工作量略有增加,但不易损坏,对紧实技巧要求低。
将保温砖用作铸钢大冒口,只是初步工作。冒口规格的选定尚较保守。实用结果表明。只要保温砖选择适当,在一定程度上,可以替代保温冒口套,取得可观的经济效果。