《铸钢冒口覆盖剂保温原理探讨及应用.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《铸钢冒口覆盖剂保温原理探讨及应用.doc(4页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、铸钢冒口的设计须遵守2个基本原则:一是冒口中钢液凝固时间比铸件凝固时间长;二是冒口应有足够钢液补给铸件。而这2个原则都是与冒口钢液热能散失速度密切相关。因此,如何加强冒口钢液保温,尽可能地降低散热速度,使钢液维持时间延长,是铸造工作者追求的目标。 为了减缓冒口的散热速度,最常用而且最有效的手段是采用冒口覆盖剂和保温冒口套。保温冒口套是用来减小冒口侧面散热速度;冒口覆盖剂则是用来减小冒口顶面散热速度。后者比前者更重要(本文中有详细论述)。因此,弄清冒口覆盖剂的作用机理有着现实的经济意义。 1冒口顶面散热方式 一般来说,冒口中钢液的热能散失主要以3种方式进行,即:热传导、热对流和热辐射。热传导主要
2、发生在冒口侧面,由钢液向砂型内传热;热对流和热辐射则发生在冒口顶面,以高温钢液辐射传热和表面钢液与空气产生对流传热方式进行。本文中仅讨论冒口顶面的散热方式。 1.1冒口辐射传热 单位的时间内冒口所反射的辐射能Q辐可用如下公式表示: Q辐=bAT4(1) 式中A冒口钢液暴露表面积; T钢液表面温度; b斯蒂芬波尔茨曼常数。 从(1)式可知,冒口顶面钢液辐射热能损失与钢液温度的四次方成正比,其热能散失速度非常快。同时钢液暴露的面积越大,辐射热能损失也越大。试验也证明,由于钢液表面温度高,辐射热能总的损失占整个冒口在凝固时间内的比例很大,冒口越大,辐射热能损失占总热能损失的比例也越大。例如:100
3、mm100 mm明冒口辐射热损失相当于总热损失的42%;200 mm200 mm明冒口辐射热损失占总热损失的55%1。 1.2冒口对流传热 冒口对流传热可用下式表示: Q流=A(Tw-Tf)(2) 式中Q流冒口对流散热量; A冒口钢液表面面积; 对流换热系数; Tw钢液表面温度; Tf空气温度。 由(2)式可知,冒口对流传热的驱动力是钢液与空气的温度差。显然,这种差值是巨大的。被钢液加热了的空气不断上升,冷空气又不断补充,形成空气对流。钢液中大量热能就这样被对流的空气带走。另外,钢液暴露的面积越大,对流散热量也越大。 2冒口覆盖剂保温作用机理 试验表明,在普通冒口上覆盖保温剂,可使冒口凝固时间
4、延长1倍多。在保温冒口上覆盖保温剂,则可使凝固时间延长4倍多。由此可见,为了获得优良的冒口补缩状态,不但要考虑冒口侧面的保温,而且,更应重视冒口顶面的覆盖保温。冒口覆盖剂的主要功能是减小或“杜绝”冒口顶面辐射和对流的热能散失,其作用机理表现在如下2个方面: 2.1保温 覆盖剂中的保温材料能使冒口顶面近似于绝热,可以大大地减小辐射和对流传热,降低钢液散热速度,延长凝固时间。 2.2补偿 覆盖剂中的发热材料所产生的热能能够补偿冒口钢液的热能损失,维持钢液温度不下降。为了实现上述目的,理想的冒口覆盖剂应具备3个条件: (1)良好的覆盖性 覆盖剂的加入冒口后,能在钢液表面迅速地铺展开来,形成均匀的覆盖
5、层。在与钢液表面接触处形成1层导热性极差、适当粘度和低熔点渣液,并能随钢液面下降而下降,不结成硬渣壳。 (2)强的保温绝热性 在渣液液面上,形成厚厚的固态多孔、轻质、粒状保温绝热层,既杜绝辐射热损失,又阻止对流热损失。 (3)缓慢发热性 覆盖剂中的http:/ 满足以上3个条件,冒口中钢液的凝固是从侧面开始,逐渐向中心推进。在推进过程中,冒口顶面处的金属始终处于液态,直到凝固层推至中心为止。 3冒口覆盖剂材料选择 冒口覆盖剂主要由3大部分组成:保温材料、发热材料、渣液形成材料。 3.1保温材料 保温材料主要有膨胀珍珠岩、漂珠、蛭石、低碳石墨、稻壳等。 3.2发热材料 发热材料主要有http:/
6、 3.3渣液形成材料 渣液形成材料主要是中、低碳石墨。这类石墨除含碳外,还含有大量的SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3等。外加少量萤石和苏打调整渣液的粘度和熔点。 4冒口覆盖剂的配方及应用 4.1覆盖剂配方 本文推荐为冒口覆盖剂配方,见表1。 表1冒口覆盖剂配方 Tab.1Ingredient of riser covering flux% 各种材料的主要特点: (1)稻壳: 发热时间长,氧化燃烧后仍能保持完整的颗粒形状、不渣化、呈蓬松状,具有良好的保温性能; (2)漂珠: 电厂灰中浮选出来的空心玻璃珠,珠径0.5 mm;密度440 kg/m3,导热系数(1 000 )0.21W/(m2
7、.K),耐火度1 540 ,是优良的耐高温保温材料; (3)低碳石墨: 呈黑灰色鳞片状,熔点1 250 ,具有形成渣液、发热、保温3种功能2。 3种主要材料化学成分,见表2。 表2化学成分 Tab.2Chemical composition of riser covering flux% 稻壳 漂珠 低碳石墨 CaF+Na2CO3 4060 2040 2040 510 名称 C SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 MgO 表观状态 稻壳 5560 2530 颗粒状 漂珠 5060 3040 0.53 25 0.52 细小球状 低碳石墨 1920 4850 89 1014 5 粉末状 4.
8、2生产验证 例1铸件名称:大齿轮,材质:ZG42SiMn;轮缘厚度:190 mm;毛坯质量:11 000 kg;总质量16 000 kg;工艺出品率:75%;设置4个420 mm500 mm明冒口,覆盖剂加入量占冒口钢液质量的1.2%;冒口补缩效率为30%。铸件浇注后,http:/ min用6 mm铁条插入冒口中钢液1次,直到粘不到钢液为止。测得凝固时间为165 min。冒口缩孔形状,见图1(a)。 例2铸件名称:推力头;材质ZG20SiMn;属厚壁环形件,最大热节圆直径:D=430 mm;http:/ 200 kg;总质量:12 500 kg;工艺出品率75.4%。此铸件采用2个B540 mm840 mm800 mm陶粒保温冒口,冒口几何模数11 cm,铸件模数13 cm。覆盖剂加入量占冒口钢液质量的14%;冒口补缩效率为28%,冒口缩孔形状,见图1(b)。 图1冒口缩孔形状 Fig.1Shape of riser shrinkage. 生产验证表明,这种冒口覆盖剂完全可以使冒口顶面绝热,冒口顶面钢液不过早结壳,有效地延长了冒口中钢液的维持时间,直接地提高了冒口补缩效率和铸件工艺出品率,节约了钢液和电能,其经济效益十分显著。 作者:季德明