發熱冒口

發熱冒口是為避免鑄件出現缺陷而附加在鑄件上方或側面的補充部分，其補縮效果遠高於漂珠保溫冒口， 發熱冒口鑄件緻密無缺陷，完全符合爆炸硬化的基礎技術要求。 同時優良的緻密度即內部質量， 為提高鑄件的耐磨性、 延長轍叉的使用壽命提供了有力保障。

基本介紹

• 中文名：發熱冒口
• 外文名：Fever riser
• 目的：防鑄造缺陷，獲得優質鑄件
• 套用：保溫材料
• 學科：冶煉

概念

發熱冒口，是在製作冒口時加入一定量的鋁熱劑，助熔劑，氧化劑與上述絕熱保溫材料而成。發熱同時兼具保溫功能。澆鑄時，冒口在680℃左右被迅速點燃燃燒，此時放出的熱量使其冒口內鐵液溫度升高，使冒口內金屬液凝固時間變長，延長補縮時間，提高冒口對鑄件的補縮效率。

保溫冒口主要用砂子、漂珠、粉煤灰、耐火纖維棉（吸濾冒口）等絕熱保溫材料做成。純保溫不能發熱。目的是減緩冒口套內鐵水的凝固時間，提高補縮效率。

發熱冒口在高錳鋼轍叉上的套用

全國道岔總數有14.7萬多組，其中使用高錳鋼轍叉的有13.5萬多組，約占道岔總數的92%。整鑄式高錳鋼轍叉因其存在的“有害空間”，列車經過時會引起劇烈震動，加速轍叉的損壞。高錳鋼轍叉使用壽命是由表面質量和內部質量所決定。轍叉的表面缺陷因其具有直觀性，可採取焊補、磨修等相應措施予以消除，故表面質量較易判定和控制。轍叉的內部質量狀況須採用無損檢驗的方法來確認，而內部缺陷的不可修復性，使得控制轍叉內部質量成為決定其使用壽命的關鍵。因此，減少或消除內部缺陷的發生是提高高錳鋼轍叉質量、延長其使用壽命的關鍵。高錳鋼具有很好的加工硬化性能，美國等國家提高轍叉使用壽命的主要方法，是採用爆炸硬化工藝技術。由於爆炸硬化瞬間會產生強大的衝擊力，如果轍叉內部組織緻密度較差則難以實施此項工藝。因此，提高轍叉的鑄造質量，既減少了轍叉內部缺陷，又對轍叉採用爆炸強化工藝提供了保障。為提高轍叉的鑄造質量，需進行鑄造冒口改進試驗。

高錳鋼轍叉存在的主要鑄造缺陷及成因分析

（1）主要鑄造缺陷

國內大多數轍叉生產廠家在鑄件的補縮方法上，主要採用漂珠保溫暗冒口。用直徑150mm、高150mm的漂珠保溫冒口鑄造的轍叉，將冒口根部切除後即可清楚地看到，冒口的根部存在嚴重的縮孔缺陷，是高錳鋼轍叉存在的主要鑄造缺陷。

圖1 鑄件的斷面切片

（2）高錳鋼轍叉縮孔缺陷的成因分析

高錳鋼轍叉鑄造時，由液態至固態的凝固過程中，會產生體收縮，而且高錳鋼的收縮是較大的，若在凝固過程中得不到充分的金屬液補充，則會產生縮孔、縮松缺陷。

改進轍叉鑄造冒口試驗

（1）採用直徑180mm、高180mm漂珠保溫冒口

為解決冒口根部縮孔缺陷問題，對保溫冒口進行了改進，主要措施是增大冒口的模數，即採用直徑180mm、高180mm的漂珠保溫冒口。從鑄件的斷面切片（圖1）看，補縮效果的改善不夠明顯，冒口根部仍然存在較嚴重的縮孔。這主要由於該保溫冒口沒有發熱功能、補縮效率不高，不能在鑄件凝固的一定時間內形成和保持溫度梯度。

表 1 Kalmin 300 發熱保溫冒口熱物理參數

（2）採用福斯科Kalmin300發熱保溫冒口

採用福斯科Kalmin300發熱保溫冒口，主要是為了提高高錳鋼轍叉的緻密度，滿足爆炸硬化轍叉的工藝要求。表1為Kalmin300發熱保溫冒口熱物理參數。

圖2 冒口燃燒後期

Kalmin300發熱保溫冒口的模數與鋼水凝固時間的經驗公式為T=Mc²/k²，式中，T為鑄鋼件凝固時間，min；Mc為鑄件模數，cm；k為常數，取0.684。從上式可以看出，鑄件的凝固時間與模數的平方成正比關係，這就意味著Kalmin300保溫發熱冒口的凝固時間是同樣幾何形狀砂型冒口的2.56倍。因此能夠大大提高補縮效率，有利於實現順序凝固。Kalmin300冒口發熱狀態如圖2所示

從圖2可見，冒口在燃燒結束時仍處於紅熱狀態。Kalmin300冒口凝固後剖開的情形如圖3所示。

圖3 冒口縱剖面圖

由圖3可見，冒口的縮孔集中在上部，冒口的收縮表面呈平鍋底狀，不是平常所見的胡蘿蔔型；冒口的下半部組織緻密，說明冒口中的鋼水在鑄件完全凝固以前一直保持液態，而且溫度較高，對鑄件起到了很好的補縮作用。冒口凝固後表面光潔，不漲大。

在自護式136RE-8#、9#轍叉上進行Kalmin300發熱保溫冒口試驗，通過實物切片檢查（圖4），補縮效果非常好，冒口根部完全消除了縮孔缺陷。

（3）採用2種冒口的效果對比

圖5為2種材料冒口凝固補縮能力對比，冒口尺寸均為直徑150mm、高150mm。圖5中左側採用的漂珠保溫冒口，右側採用的發熱保溫冒口。

圖4 實物切片

（4）福斯科發熱保溫冒口的其他優點

高錳鋼鑄件冒口的切割很困難，鑄態切割時極易開裂。為減輕去除冒口的工作量，高錳鋼鑄件常採用細頸冒口和易割冒口。採用Kalmine保溫發熱冒口使得冒口體積、重量均減小很多，同時採用配套的易割片（圖6），使冒口與鑄件的接觸面積大大縮小。由於易割片的特殊結構，使冒口在凝固過程中根部形成尖口並產生裂紋源，清理冒口時可採用大錘或其他先進的機械設備將冒口敲掉或頂掉，以避免火焰切割時產生裂紋。敲掉冒口後，斷口平整，不傷鑄件本體，斷口面積很小，打磨工作量大大降低

圖5 漂珠冒口與發熱冒口效果比較

研究結論

（1）Kalmine發熱保溫冒口較漂珠保溫冒口的補縮效率提高15%左右，使產品的出品率提高0.5%~1.0%以上，降低了熔煉成本、合金元素燒失，減少了爐襯、包襯等輔助材料的消耗。

圖6 易割片

（2）Kalmine發熱保溫冒口能良好地保持鑄件在凝固過程中的溫度梯度，有效降低產品熱節部位的裂紋傾向，降低鑄件修補成本，提高鑄件整體質量，使產品性能更加可靠。

（3）使用易割片能節省能源、減少勞動強度、提高工作效率，從而進一步降低鑄件生產成本。

發熱冒口的套用現狀

研究背景

國外在上世紀70年代初就開始在鑄造行業大量地使用發熱保溫材料製作冒口，用以提高冒口的補縮效率，70年代末我國有些廠礦在鑄鋼件、球鐵件套用發熱冒口取得良好的效果。發熱冒口套在澆注金屬液後，發熱材料燃燒，大量地釋放熱量，使冒口內鋼水延緩凝固時間，提高補縮效率。上海起重運輸機械廠、新疆克拉瑪依機械廠採用暗發熱冒口工藝，充分發揮冒口的作用，使得冒口的設計尺寸減小，鑄件的工藝出品率提高了，一般都達到70~80%。

相關單位研製的發熱冒口，在球鐵液壓件上套用，其補縮效果達到聯邦德國發熱冒口，補縮效率達到80%，發熱材料節省25%，每個冒口套價格則便宜一半。

發熱冒口套材料

發熱冒口套主要組成：發熱材料、發熱保溫材料、供氧材料、耐火骨幹材料及粘接劑等。

(1)發熱材料鋁粉，過12目；矽鐵粉，用5175矽鐵，過40~70目；氧化鐵粉，過40~70目。

(2)發熱保溫材料一般用木碳粒、鋸木屑。其作用是延長發熱材料的燃燒時間，使作用緩和。木碳粒和木屑燃燒掉後使發熱套中出現許多孔隙，具有保溫作用。聯邦德國採用蛙石材料保溫。

(3)供氧材料硝酸鈉，利用其高溫下分解放出氧原子。

(4)耐火骨幹材料減緩發熱材料反應，降低成本。主要組成為鋁礬土或石英砂。

(5)粘接劑為水玻璃和粘土。