发热保温冒口套在真空感应熔炼炉浇注中的应用研究

2011-01-24冯兆龙

铸造设备与工艺 2011年3期

冯兆龙

（中国船舶重工集团公司第七二五研究所，河南洛阳 471039）

强化冒口补缩是防止铸件产生收缩类缺陷的重要工艺措施。统计表明，铸件凝固后，普通冒口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%。保温冒口可将冒口的补缩效率提高到20%～25%。集保温与发热于一体，构成发热保温冒口，可将冒口的补缩效率提高至45%[1～3]。铸钢件的金属补贴工艺也广泛采用保温补贴和发热保温补贴，并且随着保温、发热材料的开发，保温补贴和发热补贴逐步取代了金属补贴。通过补缩，不仅提高铸件的工艺出品率和成品率，而且省去了切割金属工序，降低能耗等。本文主要介绍了发热保温冒口套在真空感应熔炼炉中的应用情况。

1 真空感应熔炼及发热保温冒口套

真空感应炉冶炼是在负压条件下进行加热、熔化、精炼、合金化和浇注的冶炼方法。由于全部冶金过程是在与大气隔离的条件下进行的，因此避免了大气对钢液的污染。钢液在真空下精炼，能显著地提高其纯度并能准确控制钢的化学成分。由于受真空室尺寸的限制，一般使用真空炉冶炼基本为毛坯料或者母合金，后续还要进行诸如电渣重熔、锻压、轧制等热加工工序。我单位真空感应熔炼炉主要以生产钢锭为主，然后进行轧制、拉拔，做成不同规格的焊丝。这就要求钢锭要有比较好的浇注质量，内部不允许有疏松、夹杂、缩孔等。在大气状态下，可以通过添加覆盖剂等进行补缩，使钢锭的上表面最后凝固，从而形成横截面如图1所示的钢锭。但在真空状态下，由于缺少补缩手段，钢液将从各个表面同时凝固，往往在心部出现不同程度的缩孔，如图2所示，大大影响了成品率。

保温冒口套是冶金工业浇铸铸件时用的保温制品，这种制品，过去沿用的有膨胀珍珠岩、陶粒等轻质保温隔热材料为集料的水泥制品，国外也有应用纤维复合型的制品。漂珠具有优越的耐高温、隔热和保温性能，并且对所冶炼钢种成分没有什么影响，因此，就选用漂珠型保温冒口。漂珠保温冒口是以纯净漂珠为集料，以水玻璃为胶凝材料，经搅拌、成型、干燥等工序制成的一种保温制品。

图1 补缩的非真空浇注钢锭

图2 未补缩的真空浇注钢锭

2 试验方法

由于市场上销售的漂珠型保温冒口尺寸不适合我单位使用，因此，使用木模进行人工打结成符合我单位使用的发热保温冒口。其中，要求漂珠纯净、高铝（Al2O3＞30%）、低碳（烧失量＜30%），粒径为40μm～60μm，具体成分及力学性能如表 1、表 2 所示。

其工艺流程为：

漂珠+水玻璃——称量——计量——搅拌——封存——成型——干燥——成品检验；

石英砂+水玻璃——称量——计量——搅拌——备用（用于冒口底部）。

图3 发热冒口套尺寸示意图

图4 保温冒口套的使用方法

打结成型的保温冒口套如图3所示。

为使冒口底部的耐火度和抗蚀能力有所提高，特在冒口底部用少量石英砂-水玻璃胶砂加固，粒径为1mm～0.1mm。

将烧结好的保温冒口套按照如图4所示的方法组装到一起，然后进行实际浇注试验。由于漂珠型保温冒口套是一种比较脆的产品，为了保证在突然受到钢水冲刷时不致破裂，因此要在其外面加一个保护圈。

表1 空心漂珠成分（质量分数，%）

表2 漂珠保温冒口物理力学性能

3 应用情况

所冶炼钢种为08CrNi3CuTi钢，配料重量为65 kg，除将钢锭模充满外，保温冒口套的使用高度在120mm～150mm之间，余下30mm～60mm高度作为安全空间的裕量。工艺出品率由原先的60%左右提高至85%以上。通过后续不断的冶炼浇注，钢锭质量非常稳定，其工艺出品率也随着工艺的不断成熟而有所提高。

将钢锭冒口部分切除之后发现，通过肉眼观察，其组织非常致密。将此钢锭通过轧制、拉拔成3.2mm埋弧焊丝进行熔敷金属性能试验，其韧性有了较大程度的提高。分析原因，主要是通过使用保温冒口，使冒口中的发热材料在高温下反应放出热量，同时保温材料发挥保温效果，减少了金属液的热散失，延缓冒口金属液的凝固时间，实现对铸件的长时间补缩，确保了获得组织致密的钢锭。从而为后续热加工保证更加致密组织提供了基础。