CN109014058A - 一种分级供氧分阶段发热高发热保温冒口材料 - Google Patents

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李军伟
闫启栋
李建锋
朱晓朋
王帅领
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    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/088—Feeder heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
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Abstract

本发明属于冒口材料制作技术领域，具体涉及一种分级供氧分阶段发热高发热冒口材料，由以下重量份数的原料组成：空心微珠2‑10份、莫来石30‑40份、铝粉24‑28份、CuO 8‑10份、MgO 5‑12份，本发明起燃温度低，冒口材料内金属液的凝固时间长，发热效果、保温效果好。

Description

一种分级供氧分阶段发热高发热保温冒口材料
技术领域
本发明属于冒口材料制作技术领域，具体涉及一种分级供氧分阶段发热高发热冒口材料。
背景技术
在铸造生产中，所有金属和合金在冷却凝固过程中，体积都会减少，称为收缩。收缩将导致铸件的缩孔缩松缺陷产生。究其原因是冷却和凝固过程中，随着温度降低，铸型中的金属液产生体积收缩，如果没有足够的金属液去补充收缩产生的空间，就会产生缩松缩孔，严重影响铸件的致密性，使铸件不能满足使用要求。获得健全铸件，补充金属液的收缩，需要使用冒口对铸件进行补缩。一般铸件凝固结束后，集中在冒口内的缩孔体积仅占冒口体积的10-14%，真正用于补缩铸件的只占6-10%，因此延长冒口凝固时间，提高冒口补缩效率是十分必要的。发热保温冒口可将冒口的补缩效率提高至45%，因此被广泛应用，现有的发热冒口材料常用铝粉、石墨粉、氧化铁，该冒口材料在使用时，由于铝热反应速度快，放热集中，不能适应补缩要求，因此现有技术需要进一步的改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种起燃温度低，冒口内金属液的凝固时间长，发热效果、保温效果好的分级供氧分阶段发热的高发热冒口材料。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种分级供氧分阶段发热的高发热冒口材料，由以下重量份数的原料组成：空心微珠2-10份、莫来石30-40份、铝粉24-28份、CuO 8-10份、MgO 5-12份。
进一步的，由以下重量份数的原料组成：空心微珠2份、莫来石30份、铝粉24份、CuO8份、MgO 5份。
进一步的，由以下重量份数的原料组成：空心微珠6份、莫来石35份、铝粉26份、CuO9份、MgO 8份。
进一步的，由以下重量份数的原料组成：空心微珠10份、莫来石40份、铝粉28份、CuO 10份、MgO 12份。
本发明使用CuO、铝粉和MgO复配使用，使得制得的发热冒口材料产生复合燃烧体系，在发热冒口材料的低温初始燃烧阶段，CuO较为活泼，CuO分解供氧，随着反应温度的升高，高温阶段中CuO和MgO同时分解为燃烧供氧，在复合燃烧过程中，MgO分解时吸收铝热反应过程中的部分热量，削减了热峰，低温后期燃烧阶段，分解后的Mg在低温时发生氧化反应，释放热量，实现分级供氧，分阶段发热，使发热冒口材料产生最佳的起燃时间，降低发热冒口材料起燃温度，延长冒口材料内金属液的凝固时间，显著提高冒口材料的发热效果、保温效果，满足铸件的补缩要求，反应产生的镁蒸汽部分被铁液吸收，补偿铸件凝固时间长而造成的镁含量降低，防止厚大（模数大）球铁件球化衰退。
具体实施方式
实施例1
一种分级供氧分阶段发热高发热冒口材料，由以下重量份数的原料组成：空心微珠2份、莫来石30份、铝粉24份、CuO 8份、MgO 5份。
实施例2
一种分级供氧分阶段发热高发热冒口材料，由以下重量份数的原料组成：空心微珠6份、莫来石35份、铝粉26份、CuO 9份、MgO 8份。
实施例3
一种分级供氧分阶段发热高发热冒口材料，由以下重量份数的原料组成：空心微珠10份、莫来石40份、铝粉28份、CuO 10份、MgO 12份。
以上材料所制得的分级供氧分阶段发热高发热冒口在燃烧时发生以下分布反应：
（1）低温初始燃烧阶段：
2CuO=Cu2O+0
（2）高温阶段：
2CuO=Cu2O+0和Cu2O=2Cu+O
3CuO+2Al=3Cu+Al2O3
MgO=Mg+O
2Al+3MgO=3Mg+Al2O3
（3）低温后期燃烧阶段
Mg+O=MgO
CuO在燃烧过程中的反应：在燃烧的初始低温阶段和高温阶段中2CuO和Cu2O在加热的状态下受热分解，分解后产生的氧原子供燃烧需要，其余的CuO与铝粉中的Al发生反应：
3CuO+2Al=3Cu+Al2O3。
MgO在燃烧过程中的反应：在燃烧的高温阶段：MgO受热分解产生O和Mg，在分解的过程中吸收大量的热量，低温后期燃烧阶段，Mg发生氧化反应生成MgO，在发生氧化反应时，放出热量，为低温后期燃烧阶段提供热量，延长发热时间长度，使整个燃烧阶段的发热均匀，与此同时，在燃烧过程中，产生的镁蒸汽部分被铁液吸收，补偿铸件凝固时间长而造成的镁含量降低，防止厚大（模数大）球铁件球化衰退。
对于以上反应中用标准吉布斯自由能变化值△G的大小，来预期某种氧化物的还原反应能否进行，且△G=△H-T△S，其中，△H为反应方程的焓变，△S为参与反应的熵变，T为温度参与反应的各物质的热力学参数如表1所示：
其中，2Al(l)+3MgO(s)=3Mg(g)+Al2O3 (s) (a）；
△H=(-1669.8+127.6×3)-(-601.24×3+30.97×2)KJ=454.78KJ (b）；
△S=(50.9+148.6×3)-（27×3+77.35×2)J·K=261 J·K
△G=454.78-0.261T
由△G=0计算出氧化还原反应中Al还原Mg的起始温度为1742.5K，即温度高于1470℃，反应方程式（a）向右进行,反应过程中吸收热量，同时，从式（b）看出，MgO受热分解为Mg和O的过程是一个吸热反应，MgO在高温阶段时，吸收高温燃烧过程所放出的热量，防止温度陡升。低温后期燃烧阶段，燃烧产热逐渐下降，温度也随着下降，高温阶段中被还原的Mg与2CuO和Cu2O分解出的O结合生成MgO并释放热量，使整个燃烧过程中发热均衡。

Claims (4)

1.一种分级供氧分阶段发热高发热冒口材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：空心微珠2-10份、莫来石30-40份、铝粉24-28份、CuO 8-10份、MgO 5-12份。
2.根据权利要求1所述的分级供氧分阶段发热高发热冒口材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：空心微珠2份、莫来石30份、铝粉24份、CuO 8份、MgO 5份。
3.根据权利要求1所述的分级供氧分阶段发热高发热冒口材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：空心微珠6份、莫来石35份、铝粉26份、CuO 9份、MgO 8份。
4.根据权利要求1所述的分级供氧分阶段发热高发热冒口材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：空心微珠10份、莫来石40份、铝粉28份、CuO 10份、MgO 12份。
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