保溫發熱技術在大型鑄鋼件上的應用

 摘要：在鑄鋼件生產中，由于鑄鋼的收縮率較大，故冒口的補縮至關重要，而冒口的補縮效率直接影響著 鑄件的內在質量以及生產成本，高效地補縮產品能很好地實現鑄件的補縮，提高工藝出品率，節約鋼水， 降低鑄造成本。本文介紹保溫發熱技術在大型鑄鋼件的應用方法及其優秀的表現。

 關鍵詞：鑄鋼；發熱保溫板；發熱覆蓋劑；補縮效率

 1 概述

大型鑄鋼件通常鑄件壁厚大，熱節模數極大，并且由于鑄件重量大，體收量很大，為此所需的冒口尺 寸也相當大，一般冒口直徑都在 400mm 以上，甚至達到幾米。如此大型的冒口，熱量大，冒口金屬液壓

力也大，為此，若使用冒口套，就對冒口套的耐火度、強度等提出了更高的要求。更重要的是要保證大型 鑄鋼件致密，對冒口套的性能要求更高，要求冒口套的保溫性能要好，同時要求冒口頂面的散熱同樣也要 小。

提高大型鑄鋼件工藝出品率，節省鋼水對鑄造廠具有極可觀的經濟效益，將保溫發熱技術應用于大型 鑄鋼件，對鑄造廠來說具有極其深遠的意義，但由于鑄件大，對保溫材料也提出了更高的要求。為此，我 們開發了新型的保溫發熱材料并應用于大型鑄鋼件生產，具有相當出色的表現。

 2 發熱保溫材料產品

 針對大型鑄鋼件，我們開發的發熱保溫材料有以下幾種：

 1）發熱保溫冒口——發熱保溫冒口套（直徑 400mm 以下的冒口），冒口有如圖 1 所示的幾種結構形式：

 圖 1 發熱保溫冒口套

 2）發熱保溫板——適用于大型冒口套（直徑 400mm 以上的冒口）

圖 2  發熱保溫板

 發熱保溫板有 30mm 和 60mm 厚兩種，從其寬度來說，有 200mm 和 450mm 寬兩種（見圖 2），

 以滿足不同大小的冒口的需求。

 3）發熱覆蓋劑——應用于明冒口的發熱保溫覆蓋劑

 此產品密度：0.7 g/cc ，中強發熱，用于大型鑄鋼件的冒口，確保冒口在鑄件凝固時有卓越的補縮性能。 

 3 發熱保溫材料的特點

 發熱保溫材料具有獨特的性能，它具有如下特點： 1）選用優質原料和科學配比精心制成，發熱中強，不對鋼水產生激冷作用，保溫性能好。 2）耐火度高，冒口能抵御鋼水熱壓作用而不漲大變形；發氣量低，透氣性好。 3）完善的原料和產品檢測體系確保產品質量穩定性好。 4）可以根據工藝要求彎卷拼接成圓形、橢圓形、長圓等形狀。 5）強度好，能過滿足樹脂自硬砂、水玻璃砂等造型工藝的要求。

 4 大型鑄鋼件發熱保溫材料的應用方法

作為鑄件補縮中冒口的設計，使用發熱保溫材料作為補縮材料，其工藝設計和設計普通冒口相同，同 樣也需要遵循如下步驟：

 1）模數計算；

 2）補縮液量的校核；

 3）有效補縮距離計算。

 具體方法為： ① 模數計算

 與通常工藝設計相同，計算出鑄件相關熱節的模數，而在此處設置的冒口的模數需要比鑄件模數大， 故通常將冒口模數在鑄件模數的基礎上放大 20%，由此得到冒口模數 Mf，根據冒口產品說明書，選取具 有相應有效模數的冒口。對于需要應用柔性發熱保溫板的大冒口，柔性保溫板的模數放大系數 MEF 高達 1.28，因此也可將 Mf 除以 MEF 就得到發熱保溫冒口的幾何模數，根據此模數確定相應的保溫發熱冒口的

尺寸，用柔性發熱保溫板圍成此尺寸的冒口。

② 補縮液量 與通常一樣，在以模數確定了冒口的尺寸后，還需要校核冒口的補縮液量。大型鑄鋼件所用的發熱保

 溫材料（發熱保溫冒口套或柔性發熱保溫板）所形成的冒口，其補縮效率高達 28%，而通常的砂冒口其補 縮效率僅為 10%左右，因此，對于相應的鑄件，當使用發熱保溫材料時，其冒口尺寸可以大大減小，以節省金屬液。

 ③ 有效補縮距離 對于有效補縮距離，當應用發熱保溫冒口時和普通冒口一樣，所計算的方法完全一致。 

④ 冒口頸

通常認為對于邊冒口有冒口頸，而頂冒口沒有冒口頸，尤其是在鑄鋼上，其實不然，就頂冒口而言， 冒口與鑄件的接觸面仍可認其為冒口頸。對于鑄鋼件的冒口頸需要注意：冒口頸的模數在整個凝固補縮過 程中必須小于冒口的模數而大于鑄件的模數。這是因為在補縮過程中，冒口的模數是變化的，是在不斷減 小的，為此需要確保在凝固過程中，當冒口模數發生變化后，冒口頸的模數仍小于冒口的模數，否則會在 冒口頸處形成縮孔。

 ⑤ 注意事項

 (1) 對于應用柔性發熱保溫板所做的冒口，由于柔性發熱保溫板的厚度為 30mm 和 60mm 兩種，一般 情況下，直徑小于 600mm 的冒口使用 30mm 厚產品；直徑在 600～750mm 之間的使用 60mm 厚產品；大于 750mm 的冒口使用 30mm 和 60mm 厚各一層。彎卷發熱柔性保溫板時注意開口向外，開口槽隙用型砂填補。

 (2) 使用發熱柔性保溫板圍成冒口根部要留出切割臺階，此處最好使用特種砂（例如鉻鐵礦砂、鋯砂等）制成環形砂芯或用特種砂造型。

 5 應用實例

 在國內某幾家大型鑄鋼廠，對于大型鑄件的生產，均已用上了發熱保溫材料，并取得了較好的效果， 工藝出品率高達 75%左右，產生較好的經濟效益。下面介紹幾個實例：

 1）柔性發熱保溫板在造型中的應用

 圖 3 柔性發熱保溫板在造型操作中應用

 柔性發熱保溫板在應用時，注意“V”型開口應朝外，在相應尺寸冒口模具上圍成相應形狀的冒口，

 而圍好的柔性發熱保溫板外面可用繩子或膠帶稍稍固定，然后即可填砂。 2）鑄件實例

實例一：

 76000DWT 上掛舵臂；鑄件重量：8500Kg；

 原保溫冒口： 尺寸為：Φ900×1350，冒口重：6000Kg；工藝出品率：58.6%

原冒口及覆蓋劑成本：人民幣：900 元

 使用發熱保溫材料：

 冒口尺寸：Φ800×900，冒口重：3200Kg；使用發熱覆蓋劑：20Kg；

 工藝出品率：72.6%； 

冒口切割后發現冒口安全高度 350mm；鑄件經 UT 檢測，無缺陷。而冒口的安全距離較大，故冒口還

 可進一步降低。 冒口及發熱覆蓋劑成本：人民幣：1600 元。

 應用發熱保溫材料——柔性發熱保溫板和 發熱覆蓋劑后，此件的生產成本大大降低。

圖 4  原鑄件工藝 圖                                                                         5 解剖后的發熱冒口

 （由柔性發熱保溫板形成）

 實例二：

鑄件名稱：50000DWT 艉柱；鑄件重量：34000Kg。

 原保溫冒口： 尺寸為：Φ1400×1400，冒口重：15000Kg；工藝出品率：69.4%

使用發熱保溫材料：

 冒口尺寸：Φ1200×1350，冒口重：11000Kg；使用 發熱覆蓋劑：20Kg；

 工藝出品率：75.6%；

 鑄件經 UT 檢測，無缺陷，而冒口的安全距離較高。

圖 6  使用 保溫板的鑄件（帶冒口）                             圖 7 原工藝下的鑄件及冒口