發(fā)熱保溫冒口套在真空感應(yīng)熔煉爐澆注中的應(yīng)用研究

馮兆龍

（中國船舶重工集團公司第七二五研究所，河南 洛陽 471039）

強化冒口補縮是防止鑄件產(chǎn)生收縮類缺陷的重要工藝措施。統(tǒng)計表明，鑄件凝固后，普通冒口的縮孔體積僅占冒口體積的10%～14%，真正用于補縮鑄件的只占6%～10%。保溫冒口可將冒口的補縮效率提高到20%～25%。集保溫與發(fā)熱于一體，構(gòu)成發(fā)熱保溫冒口，可將冒口的補縮效率提高至45%[1～3]。鑄鋼件的金屬補貼工藝也廣泛采用保溫補貼和發(fā)熱保溫補貼，并且隨著保溫、發(fā)熱材料的開發(fā)，保溫補貼和發(fā)熱補貼逐步取代了金屬補貼。通過補縮，不僅提高鑄件的工藝出品率和成品率，而且省去了切割金屬工序，降低能耗等。本文主要介紹了發(fā)熱保溫冒口套在真空感應(yīng)熔煉爐中的應(yīng)用情況。

1 真空感應(yīng)熔煉及發(fā)熱保溫冒口套

真空感應(yīng)爐冶煉是在負壓條件下進行加熱、熔化、精煉、合金化和澆注的冶煉方法。由于全部冶金過程是在與大氣隔離的條件下進行的，因此避免了大氣對鋼液的污染。鋼液在真空下精煉，能顯著地提高其純度并能準確控制鋼的化學(xué)成分。由于受真空室尺寸的限制，一般使用真空爐冶煉基本為毛坯料或者母合金，后續(xù)還要進行諸如電渣重熔、鍛壓、軋制等熱加工工序。我單位真空感應(yīng)熔煉爐主要以生產(chǎn)鋼錠為主，然后進行軋制、拉拔，做成不同規(guī)格的焊絲。這就要求鋼錠要有比較好的澆注質(zhì)量，內(nèi)部不允許有疏松、夾雜、縮孔等。在大氣狀態(tài)下，可以通過添加覆蓋劑等進行補縮，使鋼錠的上表面最后凝固，從而形成橫截面如圖1所示的鋼錠。但在真空狀態(tài)下，由于缺少補縮手段，鋼液將從各個表面同時凝固，往往在心部出現(xiàn)不同程度的縮孔，如圖2所示，大大影響了成品率。

保溫冒口套是冶金工業(yè)澆鑄鑄件時用的保溫制品，這種制品，過去沿用的有膨脹珍珠巖、陶粒等輕質(zhì)保溫隔熱材料為集料的水泥制品，國外也有應(yīng)用纖維復(fù)合型的制品。漂珠具有優(yōu)越的耐高溫、隔熱和保溫性能，并且對所冶煉鋼種成分沒有什么影響，因此，就選用漂珠型保溫冒口。漂珠保溫冒口是以純凈漂珠為集料，以水玻璃為膠凝材料，經(jīng)攪拌、成型、干燥等工序制成的一種保溫制品。

圖1 補縮的非真空澆注鋼錠

圖2 未補縮的真空澆注鋼錠

2 試驗方法

由于市場上銷售的漂珠型保溫冒口尺寸不適合我單位使用，因此，使用木模進行人工打結(jié)成符合我單位使用的發(fā)熱保溫冒口。其中，要求漂珠純凈、高鋁（Al2O3＞30%）、低碳（燒失量＜30%），粒徑為40μm～60μm，具體成分及力學(xué)性能如表 1、表 2 所示。

其工藝流程為：

漂珠+水玻璃——稱量——計量——攪拌——封存——成型——干燥——成品檢驗；

石英砂+水玻璃——稱量——計量——攪拌——備用（用于冒口底部）。

圖3 發(fā)熱冒口套尺寸示意圖

圖4 保溫冒口套的使用方法

打結(jié)成型的保溫冒口套如圖3所示。

為使冒口底部的耐火度和抗蝕能力有所提高，特在冒口底部用少量石英砂-水玻璃膠砂加固，粒徑為1mm～0.1mm。

將燒結(jié)好的保溫冒口套按照如圖4所示的方法組裝到一起，然后進行實際澆注試驗。由于漂珠型保溫冒口套是一種比較脆的產(chǎn)品，為了保證在突然受到鋼水沖刷時不致破裂，因此要在其外面加一個保護圈。

表1 空心漂珠成分（質(zhì)量分數(shù)，%）

表2 漂珠保溫冒口物理力學(xué)性能

3 應(yīng)用情況

所冶煉鋼種為08CrNi3CuTi鋼，配料重量為65 kg，除將鋼錠模充滿外，保溫冒口套的使用高度在120mm～150mm之間，余下30mm～60mm高度作為安全空間的裕量。工藝出品率由原先的60%左右提高至85%以上。通過后續(xù)不斷的冶煉澆注，鋼錠質(zhì)量非常穩(wěn)定，其工藝出品率也隨著工藝的不斷成熟而有所提高。

將鋼錠冒口部分切除之后發(fā)現(xiàn)，通過肉眼觀察，其組織非常致密。將此鋼錠通過軋制、拉拔成3.2mm埋弧焊絲進行熔敷金屬性能試驗，其韌性有了較大程度的提高。分析原因，主要是通過使用保溫冒口，使冒口中的發(fā)熱材料在高溫下反應(yīng)放出熱量，同時保溫材料發(fā)揮保溫效果，減少了金屬液的熱散失，延緩冒口金屬液的凝固時間，實現(xiàn)對鑄件的長時間補縮，確保了獲得組織致密的鋼錠。從而為后續(xù)熱加工保證更加致密組織提供了基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

通過使用發(fā)熱保溫冒口套，改變了真空感應(yīng)熔煉爐中所澆注鋼錠的凝固順序，使上表面最后凝固，達到了補縮的效果，提高了產(chǎn)品的工藝出品率。另外，還明顯提高了鋼錠的內(nèi)部質(zhì)量和后續(xù)產(chǎn)品的綜合力學(xué)性能。

［1］何源，馬敏團.新型發(fā)熱保溫冒口的研制［J］.機械工人（熱加工），2000（12）：9-10.

［2］蕭澤新.表干型保溫冒口的研究及應(yīng)用［J］.鑄造，1998（6）：46.

［3］張懷偉.保溫冒口在鋁合金金屬型鑄造上的應(yīng)用［J］.特種鑄造及有色合金，2003（3）：54.