CN101433944A - 一种铸造用高效发热冒口套 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铸造技术领域，主要提出一种铸造用高效发热冒口套，所述冒口套的发热材料选用铝粉，其含量为冒口总重的25－35％，氧化剂采用能和铝粉发生铝热反应型放热反应的氧化剂Fe2O3、Fe3O4、MnO2、KNO3、KMnO4中的两种或两种以上，其含量为冒口套总重的25－45％；采用保温材料作为发热冒口套的基质，保温材料为轻质纤维材料、中空微珠、膨胀珍珠岩、蛭石、硅藻土中的一种，其加入量为冒口套总重的15－30％；在冒口套中添加一定量的耐火材料，耐火材料采用镁砂、硅砂、Al2O3、橄榄石中的一种或一种以上；其加入量为冒口套总重的5－25％；粘结剂为外加其加入量为冒口套总重的5－25％。
Description
技术领域
本发明属于铸造技术领域，主要提出一种铸造用高效发热冒口套。
现有技术
大部分金属在冷却过程中会经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩，如果前两种收缩不能得到及时补偿的话，就会在铸件中形成缩孔、缩松等铸造缺陷，破坏铸件的性能。冒口是一种有效防止缩孔缩松等铸造缺陷的工艺手段。所谓冒口，就是在铸型中用于储存金属液的空腔。
通常在冒口外设置由发热材料制成的冒口套，利用发热材料在高温下放热，抑制冒口金属液的散热，延长冒口金属液的凝固时间，减小了冒口尺寸。
但是一般在浇注后，金属液在充型过程中热量会被型腔壁快速吸收，因而温度下降很快，冒口中的金属液表层也会很快凝固。而一般的发热冒口套提供的热量有限，一般不足以使已经凝固的冒口表层部分重新熔化，只是延长了冒口内部金属液的凝固时间，冒口金属在凝固结束后多呈现和普通冒口相似的“V”型收缩，所以一般的发热冒口的补缩效率仍有待提高。而某些特殊的造型部位(如芯子内部)对冒口套的外形尺寸要求极为严格，一般的发热冒口套尺寸依然较大，无法满足这种狭小的造型空间的特殊要求。即使勉强放下冒口套，也因冒口尺寸过大，给后续的清理带来很大困难。如何最大限度地提高冒口补缩效率、减小冒口尺寸是本发明所要达到的一个研究目的。
而且一般发热冒口套往往采用含氟物质，以提高放热反应的活性，缩短发热材料的点燃时间。但研究表明，发热冒口套中的含氟物质一旦混入型砂，积累到一定量之后会对型砂产生污染，受污染的型砂回收利用后会在铸件中引发类似“鱼眼”的缺陷，这种现象在铸铁件中尤为常见。本发明的另一研究目的之一就是如何消除发热冒口套中的氟对型砂的污染。
发明内容
本发明的目的是提出一种铸造用高效发热冒口套，以解决现有铸造用发热冒口套所存在的上述问题。
与一般发热冒口套不同的是，本发明的发热冒口套具有高发热的特点。发热材料选用铝粉，并且其含量为冒口总重的25％以上；氧化剂则采用能和铝粉发生铝热反应型放热反应的氧化剂，如Fe2O3、Fe3O4、MnO2、KNO3、KMnO4等其中的两种或两种以上，其含量应为冒口套总重的25％以上。
由于砂型和冒口套均具有透气性，所以高温下发热冒口套中的铝和空气中的氧气生成氧化膜包覆于铝的表面，极易阻碍放热反应进行，所以本发明高铝含量、高氧化剂的成分特点在保证了发热冒口套材料具有高发热量的同时，也破坏了高温下铝粉和氧气生成的氧化膜，从而也有效提高了铝的燃烧效率。
与一般发热冒口套的另一区别是，本发明的高效发热冒口套不含有机或无机含氟物质，从根本上避免了氟对型砂污染的可能，防止铸件中产生“鱼眼”缺陷。
同时为了使发热冒口套具有良好的保温性能，采用保温材料作为发热冒口套的基质；利用矿物质保温材料具有低导热、低容重的特点，如轻质纤维材料、中空微珠、膨胀珍珠岩、蛭石、硅藻土等。
为了提高冒口套的耐火性，使得发热冒口套在燃烧过程中不易被高温金属液烧蚀，同时为了冒口套强度的需要，在冒口套中添加一定量的耐火材料，耐火材料采用镁砂、硅砂、Al2O3、橄榄石中的一种或一种以上；但是加入这些耐火材料对放热反应起到阻碍作用，其加入量不应超过25％。
为了使得冒口套具有一定的形状，需要在冒口套中添加一定量的粘结剂。这种粘结剂可以是无机粘结剂，如粘土、水玻璃；或者树脂类有机粘结剂，如呋喃树脂、酚醛树脂、环氧树脂等。粘结剂的固化方法视粘结剂的类型而定，常用的固化工艺有：气硬固化、液体催化剂固化、自硬固化等等。
本发明的高发热冒口套被高温金属液点燃以后能产生超高热量，以至冒口金属液的初期凝固层受热重熔；并且在冒口金属液向铸件补缩的全过程中，始终受到冒口套的隔热保温，维持高温液态更长时间，因而冒口补缩效率得到大大提高，能达到60％以上。与普通保温冒口相比，冒口体积可以减小60％以上，工艺出品率也随之得到提高。由于这种具有高放热量的发热冒口套能使冒口金属维持更长时间的液态，凝固之后冒口多呈现近平面状的收缩。
所以，本发明的高效发热冒口套的成分及配比一般为下表所示：
| 材料 | 质量百分比 |
| 铝粉 | 25—35％ |
| 氧化剂 | 25—45％ |
| 保温材料 | 15—30％ |
| 耐火材料 | 5—25％ |
| 粘结剂(外加) | 5—25％ |
本发明的优势在于，通过向冒口金属提供超高热量，使得冒口金属液的凝固时间大大延长，有效提高了冒口补缩效率，极大减小了冒口尺寸，工艺出品率随之提高，并且满足了某些狭小的造型空间对冒口尺寸的限制；同时本发明的发热冒口套不含含氟物质，避免了一般发热冒口套可能带来的“鱼眼”缺陷。
下表为本发明的高效发热冒口套在材质为3A的两种双相不锈钢泵体上的应用：
实施例1
采用如下成分配比的高效发热冒口套：(质量百分比)
铝粉 25％
Fe3O4 20％
MnO 25％
Al2O3 25％
纤维材料 25％
将以上配比得到的混合物添加其质量25％的水玻璃和适量水混合，造型后吹CO2气体固化。成型后的发热冒口套应用于材质为CF8M的耐磨环铸件，浇注温度为1530℃。对浇注后的铸件冒口根部进行表面着色探伤，没有发现缩孔缩松等缺陷。经X射线探伤，铸件为一级合格品。
实施例2
采用如下成分配比的高发热冒口套：(质量百分比)
铝粉 30％
Fe2O3 40％
KMnO4 5％
硅砂 10％
珍珠岩 15％
将以上配比得到的混合物添加其质量15％的水玻璃和适量水混合，造型后吹CO2气体固化。成型后的发热冒口套应用于材质为3A的双相不锈钢泵体铸件，浇注温度为1550℃。对浇注后的铸件冒口根部进行表面着色探伤，没有发现缩孔缩松等缺陷。经X射线探伤，铸件为一级合格品。
实施例3
采用如下成分配比的高发热冒口套：(质量百分比)
铝粉 35％
Fe2O3 25％
KNO3 5％
镁砂 5％
中空微珠 30％
将将以上配方得到的混合物添加5％的酚醛树脂，造型后采用自硬固化工艺。成型后的发热冒口套应用于材质为304的耐磨环，浇注温度为1560℃。对浇注后的铸件冒口根部进行表面着色探伤，没有发现缩孔缩松等缺陷。经X射线探伤，铸件为一级合格品。
Claims (1)
1、一种铸造用高效发热冒口套，其特征在于：所述冒口套的发热材料选用铝粉，其含量为冒口总重的25—35％，氧化剂采用能和铝粉发生铝热反应型放热反应的氧化剂Fe2O3、Fe3O4、MnO2、KNO3、KMnO4中的两种或两种以上，其含量为冒口套总重的25—45％；采用保温材料作为发热冒口套的基质，保温材料为轻质纤维材料、中空微珠、膨胀珍珠岩、蛭石、硅藻土中的一种，其加入量为冒口套总重的15—30％；在冒口套中添加一定量的耐火材料，耐火材料采用镁砂、硅砂、Al2O3、橄榄石中的一种或一种以上；其加入量为冒口套总重的5—25％；粘结剂为外加其加入量为冒口套总重的5—25％。
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