發(fā)熱保溫冒口在鑄鋼件上的應(yīng)用_圖文

1、發(fā)熱保溫冒口在鑄鋼件上的應(yīng)用 蘇州興業(yè)集團(tuán)鑄造材料有限公司摘要 :通過(guò)在閥門鑄鋼件上的試驗(yàn), 找出發(fā)熱保溫冒口模數(shù)和容重與鑄件模數(shù)和重量的 關(guān)系,確定發(fā)熱保溫冒口的補(bǔ)縮效率。關(guān)鍵詞 :發(fā)熱保溫冒口 體積收縮率 補(bǔ)縮效率一.在閥門鑄鋼件上的試驗(yàn)與應(yīng)用江蘇某閥門有限公司是我國(guó)最大的工業(yè)閥門制造商和出口商之一,產(chǎn)品 80%出口國(guó)外。 鑄造不銹鋼閥門是公司的主要產(chǎn)品之一。在生產(chǎn)中不銹鋼閥門與碳鋼、 低合金鋼閥門合用一套模具。 同樣的工藝方案和工藝措施, 不銹鋼閥門常出現(xiàn)縮孔、縮松。在清除這些缺陷和補(bǔ)焊過(guò)程中易產(chǎn)生裂紋,需多次加熱、保 溫,工作量很大,嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)周期。鑄造不銹鋼的合金含量高,凝固溫

2、度范圍大,凝固時(shí)體積收縮大。另外,鑄造不銹鋼金 屬液流動(dòng)性差,需提高過(guò)熱度,這又加大了凝固時(shí)的體積收縮。不銹鋼閥門用碳鋼、低合金 鋼閥門模具時(shí), 其補(bǔ)縮系統(tǒng)必須加強(qiáng), 常用的主要工藝措施就是加大冒口。 在熔煉能力一定 時(shí), 就可能出現(xiàn)鋼水不夠的情況。 由于加大冒口也增加了切割冒口的工作量, 同時(shí)冒口切割 面產(chǎn)生裂紋的傾向也增大。基于以上情況, 試驗(yàn)和應(yīng)用了蘇州興業(yè)鑄造材料公司生產(chǎn)的發(fā)熱保溫冒口套。 解決鑄造 不銹鋼閥門容易出現(xiàn)縮孔的問(wèn)題,提高工藝出品率,降低生產(chǎn)成本。(一 .發(fā)熱保溫冒口的特點(diǎn)發(fā)熱保溫冒口是用絕熱材料、 發(fā)熱材料制作的冒口套。 它集合了保溫冒口和發(fā)熱冒口的 優(yōu)點(diǎn)。 澆注時(shí)發(fā)熱保

3、溫冒口套中的發(fā)熱材料與金屬液接觸產(chǎn)生發(fā)熱反應(yīng), 放出的熱量使進(jìn)入 冒口的溫度較低的金屬液加熱, 隨后冒口中的保溫材料開(kāi)始燒結(jié)、 絕熱, 進(jìn)一步延緩了冒口 中金屬液的凝固時(shí)間, 因此冒口尺寸可以比保溫冒口和發(fā)熱冒口設(shè)計(jì)得更小。 補(bǔ)縮效率是普 通冒口的 3倍,具有明顯的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。是目前鑄造行業(yè)最先進(jìn)的工藝技術(shù)之一。 (二 .發(fā)熱保溫冒口補(bǔ)縮能力的試驗(yàn)1. 試驗(yàn)方案采用蘇州興業(yè)鑄造材料公司生產(chǎn)的68H86的發(fā)熱保溫冒口套和該鑄造有限公司大 量使用的某廠生產(chǎn)的90H120、100H130的保溫冒口套作對(duì)比試驗(yàn)。鑄件材質(zhì)為含 碳量 0.20%左右的碳鋼。澆注后對(duì)每一個(gè)鑄件連同冒口秤重;向冒口中

4、灌水,測(cè)縮孔體積; 切割冒口后秤鑄件重量;RT 檢查;化學(xué)成分分析。(1試驗(yàn) 1a. 鑄造工藝及各參數(shù)見(jiàn)圖 1 (圖中模數(shù)的單位為 ,下 同 ,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 1。圖 1 表 1 試驗(yàn) 1 結(jié)果序 號(hào) 鑄件、冒口總重(Kg鑄件重 (Kg 冒口秤重 (Kg 冒口灌水重 (gRT 檢查 1 13.1 8.4 4.7 51.5 無(wú)缺陷 2 14.8 8.3 6.5 90無(wú)缺陷3 11.2 9.3 1.9 12.5 無(wú)缺陷 445.5無(wú)缺陷b. 分析4號(hào)試件發(fā)熱保溫冒口幾何模數(shù)與鑄件模數(shù)之比為 0.73, 發(fā)熱保溫冒口容重與鑄件重量 之比為 0.183時(shí),鑄件未出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)縮孔,內(nèi)

5、部沒(méi)有縮松缺陷。4號(hào)試件鑄件、 冒口總重 13.1Kg, 以該鋼種的凝固體積收縮率為 4.5%計(jì)算, 需要 0.59Kg 的鋼水補(bǔ)縮,但縮孔的體積只有 45.5毫升,相當(dāng)于 0.3Kg 鋼水。3號(hào)試件冒口縮孔中只能灌 水 12.5毫升,冒口高度由原來(lái)的 86毫米降低到 60毫米(圖 2、圖 3 。圖2 圖 3 這是因?yàn)殍T件在凝固初期發(fā)熱保溫冒口套中的發(fā)熱材料燃燒, 大量地釋放熱量, 使冒口 內(nèi)鋼水延緩凝固時(shí)間, 冒口套中保溫材料的絕熱作用有效阻止了對(duì)流的熱損失, 進(jìn)一步延緩 了鋼水凝固時(shí)間。 冒口中的金屬液在鑄件完全凝固前長(zhǎng)時(shí)間保持高溫、 液態(tài), 補(bǔ)縮效率更高。(2試驗(yàn) 2為進(jìn)一步了解發(fā)熱保溫

6、冒口的補(bǔ)縮效率, 仍采用試驗(yàn) 1所用規(guī)格發(fā)熱保溫冒口和保溫冒 口,加厚鑄件尺寸進(jìn)行第二次試驗(yàn)。a. 鑄造工藝及各參數(shù)見(jiàn)圖 4,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 2 b. 分析2號(hào)試件保溫冒口幾何模數(shù)與鑄件模數(shù)之比為 0.92,冒口鋼水容重與鑄件重量之比為 0.40,鑄件無(wú)縮孔。 2號(hào)試件冒口鋼水容重 4.88Kg,澆注 后實(shí)際重量為 4.1Kg, 用于補(bǔ)縮的鋼水重量 為 0.78Kg , 這 和 鑄 件 冒 口 鋼 水 總 重 16.4Kg 與鋼水體積收縮系數(shù) 4.5%的乘積 相吻合, 即在設(shè)計(jì)含碳 0.20%左右的 WCB、 LCB 等碳鋼鑄件時(shí), 取體積收縮率為 4.5%是合適的。圖 4表 2 試驗(yàn) 2 結(jié)果

7、序號(hào) 鑄件、冒口總重(Kg鑄件重 (Kg 冒口秤重 (Kg 冒口灌水重 (gRT 檢查 1 14.6 10.4 4.2 81 無(wú)缺陷 2 16.1 12.3 4.1 77 無(wú)缺陷 3 14.1 12.7 1.4 44 夾雜一級(jí) 41513.41.668較大縮孔3號(hào)試件其發(fā)熱保溫冒口幾何模數(shù)與鑄件模數(shù)之比為 0.69, 冒口鋼水容重與鑄件重量之 比為 0.18時(shí), 鑄件上94×14的凸臺(tái)上出現(xiàn)小縮孔, 磨去凸臺(tái)后縮孔消失, RT 檢查無(wú)縮松, 這表明已到了出現(xiàn)縮孔的邊緣。冒口中用于補(bǔ)縮的鋼水重量約 0.7Kg, 近似等于鑄件冒口 鋼水總重與鋼水體積收縮系數(shù)的乘積。(三 .有效模數(shù)和補(bǔ)縮

8、效率1. 發(fā)熱保溫冒口有效模數(shù)的確定根據(jù)有關(guān)資料和試驗(yàn)數(shù)據(jù),蘇州興業(yè)鑄造材料公司推薦發(fā)熱保溫冒口的效能系數(shù)(即 有效模數(shù)與幾何模數(shù)之比為 1.6。鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)冒口的模數(shù)通常為鑄件模數(shù)的 1.2倍, 由此可得出發(fā)熱保溫冒口的幾何 模數(shù)與鑄件模數(shù)之比為(1.2/1.6:1,即 0.75倍;試驗(yàn) 1的 4號(hào)試件發(fā)熱保溫冒口幾何模數(shù)與鑄件模數(shù) 17.1之比為 0.73, 近似等于 0.75,無(wú)縮孔、 縮松; 試驗(yàn) 2的 3號(hào)試件發(fā)熱保溫冒口幾何模數(shù)與鑄件模數(shù)之比為 0.68, 小于 0.75, 鑄件冒口下方的搭子出現(xiàn)小縮孔。據(jù)此,可得結(jié)論:發(fā)熱保溫冒口的效能系數(shù)為 1.6,發(fā)熱保溫冒口的幾何模數(shù)與鑄

9、件模 數(shù)之比為 0.75,在鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)具有較強(qiáng)的實(shí)用性。2.發(fā)熱保溫冒口的補(bǔ)縮效率在極限情況下冒口能提供補(bǔ)縮的鋼水應(yīng)等于鑄件冒口體現(xiàn)凝固時(shí)的體縮 , 用下式表 示:×wr =×(wr +wc (1 式中 發(fā)熱保溫冒口的補(bǔ)縮效率 w c 鑄件重量 w r 冒口容重 鋼水的凝固體積收縮率(低碳鋼取 4.5%,不銹鋼取 6.7% 根據(jù)試驗(yàn) 1的 4號(hào)件計(jì)算: w r =0.182 wc ,=×(wr +wc /wr 則 發(fā)熱保溫冒口的補(bǔ)縮效率 =29.2%。 不銹鋼體積收縮率取 6.7%,根據(jù)式(1計(jì)算: 0.292 w r =6.7%(wr +wc , 則 w r

10、 =0.297wc , 重冒口即發(fā)熱保 溫容與鑄件重量之比為 0.297。 (四 .應(yīng)用實(shí)例 1.WCB 閥蓋鑄造工藝方案見(jiàn)圖 5,冒口 底部均加底座, 工藝參數(shù)如表 3, 表中冒口總重含澆注系統(tǒng)和補(bǔ) 貼。圖 5表 3鑄件重量 冒口類型 冒口尺寸及數(shù)量 冒口總重 工藝出品率3,900 Kg 保溫冒口 340×510×500×3個(gè) 1,734 Kg 67.2% 發(fā)熱保溫冒口 260×390×345×3個(gè) 1,000 Kg 79.6%采用發(fā)熱保溫冒口的 WCB 閥蓋鑄件 , 澆注后冒口剖面如圖 6,冒口縮孔形狀為集中形 和分散形相結(jié)合。冒

11、口的補(bǔ)縮效率(冒口底座的容重統(tǒng)計(jì)在內(nèi)為 27.3%,鑄件致密,無(wú)縮 孔縮松。2.CN7M 不銹鋼鋼閥門工藝方案見(jiàn)圖 7,工藝參數(shù)如表 4。表 4鑄件重量 冒口類型 冒口尺寸及數(shù)量 冒口容重 工藝出品率2,040Kg 保溫冒口180×270×235×2個(gè)1,146Kg 64% 190×285×250×2個(gè)160×240×210×2 個(gè)發(fā)熱保溫冒口180×270×215×2個(gè)1,000Kg 67.1%180×270×215×2個(gè)160×24

12、0×180×2個(gè)圖 8 圖 9采用保溫冒口的不銹鋼閥門鑄件 , 冒口下方鑄件產(chǎn)生很大的縮孔。 圖 8、 9是切割后的冒口。 由于保溫冒口套不具備發(fā)熱功能,補(bǔ)縮效率低,冒口頂部凝固得較早,形成一個(gè)小孔,內(nèi)部 是一不規(guī)則的縮孔直通底部,在與鑄件交接處很容易出現(xiàn)縮孔和縮松。在前述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上用發(fā)熱保溫冒口取代保溫冒口(冒口尺寸略作調(diào)整 。鑄件中法蘭 及通道座圈上方的冒口部位無(wú)縮孔,左右法蘭上有時(shí)出現(xiàn)小縮孔。從上述數(shù)據(jù)和澆注后的情況作如下分析:1用保溫冒口補(bǔ)縮時(shí),冒口連同 V 形底座鋼水總?cè)葜貫?645Kg,占鑄件、冒口補(bǔ)貼和澆口總重(需冒口補(bǔ)縮的總重量的 25.8%,小于 29.

13、7%,且保溫冒口 的效能系數(shù)小于 1.6,不能滿足補(bǔ)縮的需要,一定會(huì)出現(xiàn)縮孔。2用發(fā)熱保溫冒口補(bǔ)縮時(shí),澆注后左右法蘭上的冒口高度由原來(lái)的 215降低至不足 130 ,下降了 85 以上,在凝固過(guò)程中有 40%的鋼水(約 142Kg起到補(bǔ)縮作用。圖 10是左右法蘭上的冒口澆注后的形狀,圖 11是冒口剖開(kāi)后的形狀,表明即使到了凝固后期冒 口中仍有相當(dāng)一部份鋼水對(duì)鑄件補(bǔ)縮。圖 10 圖 11 左右法蘭上有時(shí)出現(xiàn)小縮孔, 是由于法蘭上的冒口處于最高位置, 比通道位置的冒口高 122 ,鋼水充滿型腔后冒口開(kāi)始負(fù)擔(dān)起液態(tài)補(bǔ)縮任務(wù),而通道部位的冒口始終處于法蘭冒 口的下方, 液面不會(huì)下降, 只是中心部位有較

14、大縮孔。 根據(jù)冒口提供的鋼水量應(yīng)大于鑄件 冒口產(chǎn)生總體積收縮的原則,作下述分析計(jì)算:鑄件冒口總重 3,040Kg鑄件冒口總體積收縮 3,040×0.067=203.68法蘭冒口鋼水下沉總量 142Kg通道冒口能提供的補(bǔ)縮量 38.3×2×0.292=22.4Kg鑄件不出現(xiàn)縮孔、縮松的條件是六個(gè)冒口繼續(xù)提供的鋼水量應(yīng)大于等于:203.68-(142+22.4 =39.28 Kg每個(gè)冒口的縮孔部分鋼水重量等于:39.28÷6=6.54 Kg目測(cè)圖 11,要達(dá)到這個(gè)數(shù)字比較勉強(qiáng),因此左右法蘭上有時(shí)出現(xiàn)小縮孔,澆注時(shí)在左 右法蘭冒口中撒上適量發(fā)熱劑或適當(dāng)加高冒口

15、,縮孔即消失。(五.對(duì)鋼水化學(xué)成分的影響發(fā)熱保溫冒口是靠冒口套中的發(fā)熱材料來(lái)提高鋼水溫度、 強(qiáng)化補(bǔ)縮效率的。 對(duì)冒口各個(gè) 部位進(jìn)行化學(xué)分析,觀察成分的變化情況。1. 材質(zhì) WCB 含碳量 0.200.21% ,由上至下分析數(shù)據(jù)如表 5。表 5序號(hào) 分析部位化 學(xué) 成 分C Si Mn P S Al1表層 a 0.219 0.545 0.942 0.021 0.018 0.1662 b 0.237 0.496 0.941 0.026 0.013 0.1023 C 0.225 0.451 0.958 0.031 0.015 0.0044 d 0.200 0.636 0.965 0.027 0.01

16、5 0.0635 中心部位 0.238 0.471 0.940 0.025 0.014 0.0652. 材質(zhì) 表6 序 號(hào) 1 2 3 4 CN7M 分析數(shù)據(jù)如表 6。 化 C 0.058 0.062 0.060 0.053 Si 1.369 1.342 1.370 1/165 Mn 1.183 1.171 1.177 1.163 P 0.015 0.017 0.015 0.019 學(xué) S 0.007 0.008 0.007 0.006 成 Cr 19.28 19.24 19.26 19.46 分 Ni 27.53 27.91 27.37 27.23 Mo 2.063 2.079 2.065

17、2.086 Cu 2.987 3.005 2.980 3.057 Al 0.061 0.076 0.084 0.010 分析部位 表層 表層 本體 1 2 中心部位 二、 結(jié)論 從以上分析數(shù)據(jù)可以看出，冒口中各點(diǎn)的化學(xué)成分與鋼水的原始成分相比，碳增加 0.01 0.02，有害元素硫、磷幾乎沒(méi)有增加，對(duì)于碳鋼和大部分合金鋼不會(huì)影響質(zhì)量，但對(duì)于質(zhì)量要 求高的合金鋼和不銹鋼鑄件，要考慮有 0.01的增碳量，比較方便的方法是適當(dāng)增加冒口高度。 二在耐磨鋼鑄件上的應(yīng)用 1.江蘇某電力耐磨鑄件公司 該公司生產(chǎn)的錘式破碎機(jī)用耐磨鑄鋼件錘頭，型砂用 CO2 硬化水玻璃砂。原工藝采用纖維 保溫冒口，鑄件時(shí)有縮孔

18、、縮松。熱處理后，Pt 檢查有細(xì)裂紋。不良品率較高，使用壽命短， 磨耗較高。圖 12、圖 13 是冒口根部的縮孔情況。 圖 12 圖 13 現(xiàn)工藝在三種錘頭上分別采用興業(yè)鑄造材料公司生產(chǎn)的150、 180、 200 的發(fā)熱保溫縮 頸冒口，工藝出品率較保溫冒口提高 12。打箱后去除冒口，冒口根部斷面細(xì)潔清晰，無(wú)縮孔 縮松（圖 14、圖 15、圖 16、圖 17） 。Pt 檢查合格。鑄件質(zhì)量深得用戶和外商好評(píng)。 圖 14 圖 15 305 圖 16 圖 17 2.東北某鑄造有限公司 該廠生產(chǎn)礦山機(jī)械用高錳鋼鑄件。圓錐破碎機(jī)的軋臼壁、破碎壁鑄件重量 3.55 噸。傳統(tǒng) 工藝采用砂型冒口，后改用漂珠保溫冒口，工藝出品率提高 16，但鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，冒口根 部常出現(xiàn)縮孔（圖 18，圖 19，圖 20，圖 21） 。 圖 18 圖 19 圖 20 圖 21 06 年底生產(chǎn)出口高錳鋼鑄件，修補(bǔ)過(guò)的鑄件在交貨時(shí)，與外商屢有質(zhì)量糾紛，嚴(yán)重影響交貨 周期。07 年初試用發(fā)熱保溫直桶冒口，工藝出品率比漂珠保溫冒口提高 13，補(bǔ)縮良好，冒口 根部致密。圖 2225 是采用發(fā)熱保