摘要：在鑄造生產中，有關鑄造工藝的方法均是采用模數法、補縮液量法或熱節圓法等，但這些方法在大
型鑄鋼件上是否適用還是部分適用，均值得探討。筆者根據在工作中所遇到的一些問題，對大型鑄鋼件生
產中的補縮距離、冒口的要求以及澆注中的一些問題進行了探討。
關鍵詞：大型鑄鋼件；有效補縮距離；冒口
1 概述
在鑄鋼件的生產中，鑄造工藝設計方法通常有模數法、補縮液量法或熱節圓法，對補縮距離認為和鑄
件斷面厚度有關，但對于大型鑄鋼件，當鑄件斷面特別厚大時，用通常的工藝鑄造設計方法是否能通用，
大件其凝固方式，補縮方式，工藝方案均存在著特殊性，因此對于通常的工藝方法并不完全適用。本文就
大型鑄鋼件在這些方面問題進行了探討。
2 通常補縮系統的設計方法
對于鑄鋼件補縮系統的設計計算，通常認為模數法最準確，首先冒口的模數需要滿足要求，其次計算有效補縮距離，最后需要校核補縮液量。
（1）計算鑄件需補縮部位的模數 Mc
鑄件的模數計算一般比較復雜，通常將其簡化為簡單的幾何體進行計算，如圖 1 所示，但隨著計算機技術的發展，這一項工作變得越來越簡單，通過計算機三維制圖，可以較方便地確定出鑄件的模數。
（2）冒口的模數要大于鑄件的模數
通常將鑄件模數放大 20%，該值就是所需冒口的模數，即 Mf=1.2Mc。通過此計算所得到的冒口要求模數，通過查找相應資料（如鑄造手冊、材料供應商的產品資料等）就可以初步確定冒口的尺寸。
（3）有效補縮距離要達到鑄件致密，冒口的補縮通道必須通暢，為此可能需要多個冒口，這牽涉到了冒口的補縮距離問題，冒口的補縮距離與被補縮鑄件的壁厚有關，又根據有無末端區和有無冷鐵分成了如圖 2 所示的四種情況。
圖 1 簡單體的模數計算公式
圖 2 有效補縮距離
（4）補縮液量
當冒口滿足了比鑄件后凝固，保證了有通暢的補縮通道，還必須保證冒口有足夠補縮的金屬液。
補縮液量與冒口的大小有關，但冒口的補縮效率對其有著至關重要的影響，補縮效率高——同樣體積
的冒口可提供的金屬液量大，能補縮更大的鑄件。反之亦然。
通常各種類型冒口的補縮效率大致為：
砂冒口：8～12%；
普通保溫冒口：可能 15～18%；
發熱保溫冒口：28%～35%。
對于普通保溫冒口和發熱保溫冒口來說，冒口尺寸越大，則補縮效率越小，應該取下限值。
3 常規補縮方法
在通常的鑄件生產中，對于補縮系統一般為下述兩種方式：
（1）砂冒口補縮（圖 3）：這種方式冒口很大，工藝出品率較低，一般為 45～50%左右。切割打磨工作量較大。
圖 3 割下后的砂冒口 圖 4 普通保溫冒口套
（2）普通保溫冒口：普通保溫冒口，特別是大型冒口（圖 3）保溫性能較低，由此也造成了冒口相對較大，工藝出品率較低，一般在 55%左右。雖較砂冒口有所減小，成本有所降低，但總體來說，成本還是處于較高水平。
4 高效發熱保溫冒口的補縮方案
采用高效發熱保溫冒口，能有效地提高補縮效率，提高工藝出品率以降低鑄造生產成本。
（1）發熱保溫冒口的模數放大系數
當選用發熱冒口時，由于冒口的發熱作用，對冒口的實際模數有擴大效應，也就是在冒口幾何尺寸決 定的模數基礎是有放大系數——模數放大系數，我們生產的發熱保溫冒口的模數放大系數根據冒口大小的不同，通?？筛哌_：1.28～1.45。
（2）發熱保溫冒口的補縮效率
發熱保溫冒口的補縮效率較高，就我們的產品而言，發熱保溫冒口主要種類有以下幾種（見圖 5），其
相應的補縮效率為：
圖5 發熱保溫冒口種類
HF系列發熱冒口（直徑小于150mm的暗冒口，補縮效率為：33～35%）。
XL系列直筒型、縮頸型、斜頸型,冒口直徑在150mm～400mm，補縮效率為：28～33%。
發熱保溫板（冒口直徑在400mm以上，此類冒口隨著尺寸的不斷加大，其壁厚也不斷加大)其補縮效率一般可達：25～28%。
5 存在的主要問題
上述對于鑄鋼件補縮中的方法，在長期的常規生產實踐中均得到了證實，是正確可靠的，當鑄件壁厚 變得厚大，鑄件重量變得巨大時，這些通用的法則是否完全適用，這是一個需要探討的問題，主要有以下幾方面。
5.1 補縮距離問題
對于厚大斷面鑄鋼件，典型件如輪帶、大法蘭，鑄件重在 50 噸以上，斷面厚大在 500mm 以上,在此種
情況下，冒口的補縮距離是否還適用？下面以輪帶為例，對此進行探討。 輪帶是水泥行業設備用的一種主要鑄件，其形狀相當簡單，只是一個簡單的圓環。單件重量大，單件
重通常在 50 多噸。目前鑄造生產的輪帶一般都需要進行超聲波探傷，合格等級通常為二級。 工藝方案探討：在輪帶的鑄造生產中，筆者曾在華南、華東、華中等不同地區的不同鑄造工廠嘗試過
以下多種主案生產輪帶，具體情況闡述如下： 方案一：采用分散冒口，采用理論上的補縮液量和有效補縮距離的理論進行工藝設計，鑄件重 58 噸，
如圖 6 所示。
圖 6
(1)模擬分析 對此件用前述方法進行工藝設計得應用 8 個冒口進行補縮，滿足了模數、補縮液量、補縮距離的要求。
對此工藝應用 MAGMA 進行模擬分析，模擬結果如圖 7 所示。
圖 7 模擬結果
（ a） （b）
從模擬結果可以看到，在冒口與冒口之間存在著縮孔。而在實際生產中對鑄件進行超聲波探傷，其結 果也發現冒口與冒口中間存在著縮松，對此并對鑄件進行了解剖，發現確有缺陷存在，如圖 8 所示。
圖 8
通過分析認為主要是水平方向的補縮距離不夠造成，首先可用增加冒口數量的方法解決，故對該件采 取增加冒口數量，冒口數量從 8 個一直增加到 16 個，但從超探結果來看，盡管使用了 16 個冒口，冒口間 距離只有 100mm 左右，但冒口與冒口之間仍有缺陷存在，工藝方案均應用了 MAGMA 進行模擬分析，下面對 每個工藝的分析進行簡要說明。
（2）冒口工藝
當設計采用 16 個發熱保溫冒口，冒口間距僅 300mm,但從模擬結果看，冒口間仍有縮孔存在。如圖 9所示。
圖 9
（3）整圈冒口
根據上面的模擬情況，感覺到用分散冒口，很難避免冒口間的縮松，對于輪帶這樣的厚大件來看，冒
口的水平補縮距離似乎沒有。為此采用整圈冒口工藝進行分析。模擬分析的結果如圖 10 所示，從模擬結 果可以看出，冒口的下面沒有問題，鑄件沒有了縮松缺陷。但這同時也帶來了另一個問題，冒口的切割和 打磨的難度加大了，加大了工作量，自鑄件工藝出品率并沒有提高多少，輪帶用普通保溫冒口時的的工藝 出品率 48%提高到用發熱保溫冒口時的 62%。
圖 10
（4）整圈分成 4 段
為了避免整圈冒口的不足，探討采用整圈冒口分成 4 段的方法，采用整圈的方法，以及采用腰形冒口， 冒口間必乎挨著的方法進行了分析，根據上面的情況，采用 4 段冒口的工藝，每段冒口間的間隙為 370mm 。
從圖 11 的模擬結果可以看出，在冒口間隙的中間，還是有縮松存在，但冒口下沒有。
圖 11
針對上面這種情況，如圖 12 在輪帶底部，冒口間隙處加了一塊冷鐵，然后對工藝進行再次模擬，模
擬表明，縮松明顯減小，但仍然存在。
圖 12
（5）腰形冒口
圖 13
從上面的工藝分析和實際生產結果看，對于輪帶這樣的厚大斷面鑄鋼件，冒口水平方面的補縮距離和 通常的理論存在著相當大的出入?？梢哉J為厚大斷面鑄鋼件的水平方向補縮距離幾乎沒有。
5.2 冒口壁厚問題
大型鑄鋼件冒口尺寸很大，在這種情況下，冒口套對于冒口內鋼水的保溫發熱效果究竟有多大，這值
得研究，在一般情況下，發熱保溫冒口制造商建議在 650mm 以下用 30 ㎜厚的發熱保溫冒口，在 650-900mm
用 60 ㎜厚的保溫板，而對于 1000 ㎜發上的用 90mm 厚的保溫板。但在 1000mm 以上的冒口通用 90mm 厚的 冒口有些不太合理，應隨著冒口尺寸的增大，冒口壁的厚度將進一步加大，應該有 120mm 或 150mm。
另外當前市場上供應的大冒口材料通常是保溫板，如 FOSECO 的 Kalboad,中福公司 Flyboad 等，而這 些保溫板的厚度只有 30mm 厚和 60mm 厚兩種，當要大于 60mm 時，要用 2 層或更多層，但多用一層時，鑄
造廠在制作冒口時存在困難，內層保溫板需要固定，很容易倒下。 針對這一問題，中福鑄造材料公司制作了大冒口專用發熱保溫材料，冒口壁的厚度有 90mm，120mm 以
及根據需要更厚的發熱保溫冒口，滿足各種尺寸的大冒口的要求。
5.3 澆注方法問題
大型鑄鋼件的澆注工藝，通常有冒口的專用澆口，當鋼水上升至冒口高度 2/3 左右時，再將鋼包移至
冒口專用澆口點冒口。如圖 14，在冒口中有專用澆口。
絕對避免直接從冒口頂部補澆鋼水的操作。特別是鑄件只有一個冒口時。
圖 14
6 結束語
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