1、鑄鋼冒口的設(shè)計須遵守2個基本原則：一是冒口中鋼液凝固時間比鑄件凝固時間長;是冒口應(yīng)有足夠鋼液補給鑄件。而這 2個原則都是與冒口鋼液熱能散失速度密切相關(guān)因此，如何加強冒口鋼液保溫，盡可能地降低散熱速度，使鋼液維持時間延長，是鑄造作 者 追 求 的 目 標為了減緩冒口的散熱速度，最常用而且最有效的手段是采用冒口覆蓋劑和保溫冒口 套。保溫冒口套是用來減小冒口側(cè)面散熱速度；冒口覆蓋劑則是用來減小冒口頂面散熱 速度。后者比前者更重要(本文中有詳細論述)。因此，弄清冒口覆蓋劑的作用機理有著 現(xiàn)實的經(jīng)濟意義。1冒口頂面散熱方式一般來說，冒口中鋼液的熱能散失主要以3種方式進行，即：熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射。熱傳

2、導(dǎo)主要發(fā)生在冒口側(cè)面，由鋼液向砂型內(nèi)傳熱；熱對流和熱輻射則發(fā)生在冒 口頂面，以高溫鋼液輻射傳熱和表面鋼液與空氣產(chǎn)生對流傳熱方式進行。本文中僅討論 冒口頂面的散熱方式。1.1 冒口輻射傳熱單位的時間內(nèi)冒口所反射的輻射能 Q輻可用如下公式表示：Q輻=(t bAT4 式中 A冒口鋼液暴露表面積；T鋼液表面溫度；6b斯蒂芬一一波爾茨曼常數(shù)。從(1)式可知，冒口頂面鋼液輻射熱能損失與鋼液溫度的四次方成正比，其熱能散失 速度非常快。同時鋼液暴露的面積越大，輻射熱能損失也越大。試驗也證明，由于鋼液 表面溫度高，輻射熱能總的損失占整個冒口在凝固時間內(nèi)的比例很大，冒口越大，輻射 熱能損失占總熱能損失的比例也越大

3、。例如：？100 m保100 mnffl冒口輻射熱損失相當(dāng)于總熱損失的42% ?200 mmx 200 mm明冒口輻射熱損失占總熱損失的 55% 1。1.2 冒口對流傳熱冒口對流傳熱可用下式表示：Q流 = a A(Tw-Tf) (2)式中 Q冒口對流散熱量；A冒口鋼液表面面積； 對流換熱系數(shù)；Tw鋼液表面溫度；Tf 空氣溫度。由(2)式可知，冒口對流傳熱的驅(qū)動力是鋼液與空氣的溫度差。顯然，這種差值是巨 大的。被鋼液加熱了的空氣不斷上升，冷空氣又不斷補充，形成空氣對流。鋼液中大量 熱能就這樣被對流的空氣帶走。另外，鋼液暴露的面積越大，對流散熱量也越大。2冒口覆蓋劑保溫作用機理試驗表明，在普通冒口

4、上覆蓋保溫劑，可使冒口凝固時間延長1倍多。在保溫冒口上覆蓋保溫劑，則可使凝固時間延長 4倍多。由此可見，為了獲得優(yōu)良的冒口補縮狀態(tài)， 不但要考慮冒口側(cè)面的保溫，而且，更應(yīng)重視冒口頂面的覆蓋保溫。冒口覆蓋劑的主要 功能是減小或“杜絕”冒口頂面輻射和對流的熱能散失，其作用機理表現(xiàn)在如下2個方面：2.1 保溫覆蓋劑中的保溫材料能使冒口頂面近似于絕熱，可以大大地減小輻射和對流傳熱， 降低鋼液散熱速度，延長凝固時間。2.2 補償覆蓋劑中的發(fā)熱材料所產(chǎn)生的熱能能夠補償冒口鋼液的熱能損失，維持鋼液溫度不下降。為了實現(xiàn)上述目的，理想的冒口覆蓋劑應(yīng)具備3個條件：(1)良好的覆蓋性覆蓋劑的加入冒口后，能在鋼液表面

5、迅速地鋪展開來，形成均勻的覆蓋層。在與鋼 液表面接觸處形成1層導(dǎo)熱性極差、適當(dāng)粘度和低熔點渣液，并能隨鋼液面下降而下降， 不結(jié)成硬渣殼。(2)強的保溫絕熱性在渣液液面上，形成厚厚的固態(tài)多孔、輕質(zhì)、粒狀保溫絕熱層，既杜絕輻射熱損失， 又阻止對流熱損失。(3)緩慢發(fā)熱性覆蓋劑中的發(fā)熱材料能夠在冒口凝固期間均勻緩慢地氧化發(fā)熱，以彌補冒口熱能的損失。滿足以上3個條件，冒口中鋼液的凝固是從側(cè)面開始，逐漸向中心推進。在推進過 程中，冒口頂面處的金屬始終處于液態(tài)，直到凝固層推至中心為止。3冒口覆蓋劑材料選擇冒口覆蓋劑主要由3大部分組成：保溫材料、發(fā)熱材料、渣液形成材料。3.1 保溫材料保溫材料主要有膨脹珍珠

6、巖、漂珠、蛭石、低碳石墨、稻殼等。3.2 發(fā)熱材料發(fā)熱材料主要有鋁粉、硅鐵粉、煙道灰、木炭、稻殼等。鋁粉和硅鐵粉發(fā)熱劇烈、速度快、作用時間短，且成本高，不宜選用。其余材料發(fā)熱均勻、緩慢、成本低，適合 做發(fā)熱材料。3.3 渣液形成材料渣液形成材料主要是中、低碳石墨。這類石墨除含碳外，還含有大量的SiO2、Al2O3、 CaO Fe2O符。外加少量螢石和蘇打調(diào)整渣液的粘度和熔點。4冒口覆蓋劑的配方及應(yīng)用4.1 覆蓋劑配方本文推薦為冒口覆蓋劑配方，見表 1。表1冒口覆蓋劑配方Tab.1 Ingredient of riser covering flux%各種材料的主要特點：(1)稻殼：發(fā)熱時間長，氧

7、化燃燒后仍能保持完整的顆粒形狀、不謂化、呈蓬松狀，具有良好的保溫性能；(2)漂珠：電廠灰中浮選出來的空心玻璃珠，珠徑0 0.5 mm密度440 kg/m3,導(dǎo)熱 系數(shù)(1 000 C)0.21W/(m2.K),耐火度1 540 C ,是優(yōu)良的耐高溫保溫材料；(3)低碳石墨： 呈黑灰色鱗片狀，熔點1 250 C,具有形成渣液、發(fā)熱、保溫 3種 功能2。3種主要材料化學(xué)成分，見表2。表2化學(xué)成分Tab.2 Chemical composition of riser covering flux%稻殼漂珠低碳石墨CaF+Na2CO340 60 20 40 20 40 5 10名稱 C SiO2 A12

8、O3 CaO Fe2O3 MgO 表觀狀態(tài)稻殼5560 2530顆粒狀漂珠 5060 3040 0.53 25 0.52細小球狀 低碳石墨1920 4850 89 1014 <5 粉末狀 4.2 生產(chǎn)驗證例1鑄件名稱：大齒輪，材質(zhì)：ZG42SiMn輪緣厚度：190 mm毛坯質(zhì)量：11 000 kg；總質(zhì)量16 000 kg；工藝出品率：75% 設(shè)置4個420 mm< 500 mnW冒口，覆蓋劑加 入量占冒口鋼液質(zhì)量的1.2%;冒口補縮效率為30%鑄件澆注后，每隔5 min用6 mmt 條插入冒口中鋼液1次，直到粘不到鋼液為止。測得凝固時間為165 min。冒口縮孔形狀， 見圖1(a)。例2鑄件名稱：推力頭；材質(zhì)ZG20SiMn屬厚壁環(huán)形件，最大熱節(jié)圓直徑：D=430 mm毛坯質(zhì)量：9 200 kg；總質(zhì)量：12 500 kg；工藝出品率75.4%。此鑄件采用2個B540 mrm< 840 mrm< 800 mm匍粒保溫冒口，冒口幾何模數(shù) 11 cm,鑄件模數(shù)13 cm。覆蓋劑加入 量占冒口鋼液質(zhì)量的14%冒口補縮效率為28%冒口縮孔形狀，見圖1(b) o 圖1冒口縮孔