《苏州兴业服务万里行》系列论文--XY发热保温冒

《苏州兴业服务万里行》系列论文--XY发热保温冒

日期：2019-02-23来源：苏州市铸造协会

XY发热保温冒口在铸钢件上的应用试验与研究

徐荣发吉祖明

苏州兴业材料科技股份有限公司 215151

摘要：通过在阀门铸钢件上的应用试验，研究发热保温冒口模数和容重与铸件模数和重量的关系，确定发热保温冒口的补缩效率。

关键词：发热保温冒口体积收缩率补缩效率

发热保温冒口是用绝热材料、发热材料制作的冒口套。它集合了保温冒口和发热冒口的优点。浇注时发热保温冒口套中的发热材料与金属液接触产生发热反应，放出的热量使进入冒口的温度较低的金属液加热，随后冒口中的保温材料开始烧结、绝热，进一步延缓了冒口中金属液的凝固时间，因此冒口尺寸可以比保温冒口和发热冒口设计得更小。补缩效率是普通冒口的3倍，具有明显的技术效果和经济效益。

1.发热保温冒口在铸钢件上的应用研究

1. 1发热保温冒口有效模数的确定

江苏某阀门有限公司在碳钢（含碳量0.20%）阀门铸件生产中，运用XY-E型Φ68 ΧH86的发热保温冒口套和某厂生产的Φ90ΧH120、Φ100ΧH130的保温冒口为主体的补缩系统，在其他工艺条件相同的情况下，进行生产对比试验。在铸件清砂后对每一个铸件连同冒口秤重；向冒口中灌水，测缩孔体积；切割冒口后秤铸件重量；RT检查；化学成分分析。研究发热保温冒口模数与铸件模数之间的关系。

1.1.1试验铸造工艺及参数

1.1.2试验结果

序号	铸件、冒口总重（Kg）	铸件重（Kg）	冒口秤重（Kg）	冒口灌水重（g）	RT检查
1	13.1	8.4	4.7	51.5	无缺陷
2	14.8	8.3	6.5	90	无缺陷
3	11.2	9.3	1.9	12.5	无缺陷
4	13.1	11.5	1.6	45.5	无缺陷

1.1.3试验结果分析

运用XY-E型Φ68ΧH86的发热保温冒口生产3、4号试件，在冒口几何模数与铸件模数之比分别为0.73和0.80时，铸件未见缩孔、缩松缺陷。3号试件工艺出品率 83.0%、4号试件工艺出品率87.8%。而运用某厂生产的Φ90ΧH120、 Φ100ΧH130的保温冒口生产的1号试件，在冒口几何模数与铸件模数之比为 1.11，2号试件为1.22时，其补缩效果才与XY-E型Φ68ΧH86的发热保温冒口相当，而工艺出品率则分别降至为64.1%、56.1%。。

生产应用证明：XY-E型Φ68ΧH86的发热保温冒口，在铸件凝固初期，一方面冒口中的发热材料开始充分燃烧，释放大量的热量。另一方面冒口中的保温材料又有效阻止了对流的热损失，使冒口内钢水凝固的时间大大延长，补缩效率更高。

1.1.4有效模数的确定

从多次试验中我们发现：XY型发热保温冒口的效能系数（即有效模数与几何模数之比）为1.6，当冒口的几何模数与铸钢铸件模数之比控制在0.70～0.8时，可有效预防铸件产生收缩类缺陷。例如上述试验中的3、4号试件，发热保温冒口几何模数与铸件模数之比为0.73、0.8，无缩孔、缩松缺陷；而在其他多次试验中，当冒口几何模数与铸件模数之比<0.7时，铸件将会出现不同程度的缩松和缩孔缺陷。

1.2 发热保温冒口的补缩效率

江苏某阀门有限公司在碳钢（含碳量0.20%）阀门铸件生产中，运用发热保温冒口有效模数的试验方法，研究XY-E型发热保温冒口的补缩效率。

1.2.1试验铸造工艺及各参数

1.2. 2试验结果

序号	铸件、冒口总重（Kg）	铸件重（Kg）	冒口秤重（Kg）	冒口灌水重（g）	RT检查
1	14.6	10.4	4.2	81	无缺陷
2	16.1	12.3	4.1	77	无缺陷
3	14.1	12.7	1.4	44	夹杂一级
4	15	13.4	1.6	68	较大缩孔

1.2.3试验结果分析

在极限情况下冒口能提供补缩的钢水应等于铸件—冒口体现凝固时的体缩，用下式表示：

η×wr＝ε×（wr＋wc）

（1）式中 η—发热保温冒口的补缩效率

wc —铸件重量

wr —冒口容重

ε—钢水的凝固体积收缩率（低碳钢取4.5%，不锈钢取6.7%）

按补缩效率公式计算，两种试验1～4号试件补缩效率如下表所示：

试件号	有效模数	冒口钢水容重/铸件重量	补缩效率%
1	0.99（1.11）	0.33（0.56）	15.6（13.4）
2	0.92（1.22）	0.40（0.78）	17.6（10.2）
3	0.68（0.73）	0.18（0.20）	×（29.2）
4	0.68（0.8）	0.12（0.14）	×（36.8）

注：（）中为有效模数试验

由此可见：保温冒口的补缩效率一般在10～18%，而XY型发热保温冒口补缩效率可高达30～40%，约为保温冒口的3倍。

2.发热保温冒口在不锈钢铸件上的应用研究

2.1．WCB阀盖

2.1.1铸造工艺方案

2.1.2工艺参数（表中冒口总重含浇注系统和补贴）

铸件重量	冒口类型	冒口尺寸及数量	冒口总重	工艺出品率
3,900 Kg	保温冒口	340×510×500×3个	1,734 Kg	67.2％
3,900 Kg	发热保温冒口	260×390×345×3个	1,000 Kg	79.6％

2.1.3验证结果

采用XY发热保温冒口的WCB阀盖铸件，浇注后冒口剖面如图6，冒口缩孔形状为集中形和分散形相结合。冒口的补缩效率（冒口底座的容重统计在内）为27.3 ％,铸件致密，无缩孔缩松。

2.2.CN7M不锈钢钢阀门

2.2.1工艺方案

2.2.2工艺参数

铸件重量	冒口类型	冒口尺寸及数量	冒口容重	工艺出品率
2,040Kg	保温冒口	180×270×235×2个	1,146Kg	64％
		190×285×250×2个
		160×240×210×2个
	发热保温冒口	180×270×215×2个	1,000Kg	67.1％
		180×270×215×2个
		160×240×180×2个

采用保温冒口的不锈钢阀门铸件，冒口下方铸件产生很大的缩孔。图8、9

是切割后的冒口。由于保温冒口套不具备发热功能，补缩效率低，冒口顶部凝固

得较早，形成一个小孔，内部是一不规则的缩孔直通底部，在与铸件交接处很容易出现缩孔和缩松。

在前述试验的基础上用XY型发热保温冒口取代保温冒口（冒口尺寸略作调整）。铸件中法兰及通道座圈上方的冒口部位无缩孔，左右法兰上有时出现小缩孔。

图8 图9

2.2.3验证结果

1)用保温冒口补缩时，冒口连同V形底座钢水总容重为645 Kg，占铸件、冒口补贴和浇口总重（需冒口补缩的总重量）的25.8％，小于29.7％，且保温冒口的效能系数小于1.6,不能满足补缩的需要，一定会出现缩孔。

2）用XY发热保温冒口补缩时，浇注后左右法兰上的冒口高度由原来的215降低至不足130㎜，下降了85㎜以上，在凝固过程中有40％的钢水（约142 Kg）起到补缩作用。图10是左右法兰上的冒口浇注后的形状，图11是冒口剖开后的形状，表明即使到了凝固后期冒口中仍有相当一部份钢水对铸件补缩。

图10 图11

左右法兰上有时出现小缩孔，是由于法兰上的冒口处于最高位置，比通道位置的冒口高122㎜，钢水充满型腔后冒口开始负担起液态补缩任务，而通道部位的冒口始终处于法兰冒口的下方，液面不会下降，只是中心部位有较大缩孔。根据冒口提供的钢水量应大于铸件—冒口产生总体积收缩的原则，作下述分析计算：

铸件—冒口总重 3,040Kg

铸件—冒口总体积收缩 3,040×0.067＝203.68

法兰冒口钢水下沉总量 142Kg

通道冒口能提供的补缩量 38.3×2×0.292＝22.4Kg

铸件不出现缩孔、缩松的条件是六个冒口继续提供的钢水量应大于等于:

203.68-(142＋22.4) ＝39.28 Kg

每个冒口的缩孔部分钢水重量等于：39.28÷6＝6.54 Kg

目测图11，要达到这个数字比较勉强，因此左右法兰上有时出现小缩孔，浇注时在左右法兰冒口中撒上适量发热剂或适当加高冒口，缩孔即消失。

3）对钢水化学成分的影响

发热保温冒口是靠冒口中的发热材料来提高钢水温度、强化补缩效率的。对冒口各个部位进行化学分析，观察成分的变化情况。

WCB（含碳量0.20～0.21％）化学成分检验结果

序号	分析部位		化学成分
序号	分析部位		C	Si	Mn	P	S	Al
1	表层	a	0.219	0.545	0.942	0.021	0.018	0.166
2		b	0.237	0.496	0.941	0.026	0.013	0.102
3		C	0.225	0.451	0.958	0.031	0.015	0.004
4		d	0.200	0.636	0.965	0.027	0.015	0.063
5	中心部位		0.238	0.471	0.940	0.025	0.014	0.065

CN7M化学成分检验结果

序号	分析部位	化学成分
序号	分析部位	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Cu	Al
1	表层 1	0.058	1.369	1.183	0.015	0.007	19.28	27.53	2.063	2.987	0.061
2	表层 2	0.062	1.342	1.171	0.017	0.008	19.24	27.91	2.079	3.005	0.076
3	中心部位	0.060	1.370	1.177	0.015	0.007	19.26	27.37	2.065	2.980	0.084
4	本体	0.053	1/165	1.163	0.019	0.006	19.46	27.23	2.086	3.057	0.010