如何提高熔铸耐火材料制品冒口保温工艺和补缩效率？

　　熔铸耐火材料制品冒口是只为避免制品出现缺陷而附加在制品上方或侧面的补充部分。砂型中冒口的型腔是存贮熔液的空腔，在熔铸耐火材料制品形成时补给熔液，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。冒口的主要作用是补缩，并在浇铸时作为重要的排气孔通道。冒口材质、冒口位置、冒口形状直接与熔铸耐火材料的浇铸工艺方法相关联，冒口是熔铸耐火材料的浇铸工艺重要组成部分。
　　熔铸耐火材料制品的冒口按材质分有砂型冒口、铸铁冒口、石墨冒口等，主要是用砂型冒口;按浇铸工艺方法分普通浇铸PT、倾斜浇铸QX、准无缩孔浇铸ZWS、无缩孔浇铸WS冒口。
　　提高冒口的补缩效率，意味着在保证熔铸耐火材料制品无或少缩孔、缩松，满足熔铸耐火材料制品质量要求的情况下，采用各种有效的工艺措施，减少冒口的尺寸和数量，节约熔液以节约制造成本，从而可以提高熔铸耐火材料制品的合格率和生产效益。
　　冒口补缩原理
　　1.1冒口补缩的基本条件
　　(1)凝固时间：冒口凝固时间应大于或等于铸件(被补缩部分)的凝固时间;
　　(2)补缩液量：冒口应有足够的熔液补充铸件的液态收缩和凝固收缩;
　　(3)补缩通道：在凝固期间，冒口和铸件被补缩部位之间存在液体流动的补缩通道，扩张角朝向冒口。
　　实现顺序凝固补缩，还要考虑冒口位置的选择，冒口有效补缩距离是否足够，并合理利用补贴和冷铁的作用，以强化冒口补缩效果。
　　1.2冒口补缩原理
　　一般设计部门在熔铸耐火材料制品已经设计冒口位置。原则上，在熔铸耐火材料制品铸件厚壁处和热节部位(即铸件上热量集中，内接圆直径较大的部位)设置冒口，是防止缩孔、缩松的有效措施。冒口的尺寸应保证冒口比其要补缩的部位凝固得晚，并有足够的熔液供给。采用“顺序凝固原则”，在制品上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固，即远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。
　　冒口的设计
　　熔铸耐火材料制品冒口尺寸主要指它的根部宽度和高度，如图1所示。冒口尺寸过大，虽然能满足制品补缩要求，但是增加制品成本;尺寸过小，制品会产生缩松和缩孔。因此，正确地确定冒口的尺寸，对于提高制品质量和降低成本，具有重要意义。
　　2.1确定冒口的安放位置和冒口数量
　　熔铸耐火材料PT、QX、制品冒口的位置，设计单位已经在图纸上确定。冒口位置的合ZWS理性，直接影响冒口的补缩效率和制品的质量。确定冒口位置时，应遵循的基本原则：
　　(1)符合定向凝固的原则，冒口应尽量放在制品补缩位置的上方或最后凝固的热节上;
　　(2)放在制品的最高最厚处，以便利用冒口内熔液重力进行补缩;
　　(3)冒口尽可能放在加工面或粗加工面，减少精加工量;
　　(4)根据冒口的有效补缩距离、补缩区域的大小和热节，可以分别设置冒口;
　　(5)制品应力集中处，不应安放冒口，否则增加应力集中倾向，使制品产生裂纹。
　　2.2确定冒口的尺寸
　　基于操作的简单化和制造成本的考量，由于熔铸耐火材料制品多是长方体或板状体，其冒口形状多采用长方体或正棱台型。经验表明，AZS制品的体收缩率多为12%～15%，高铝制品达30%。
　　熔铸耐火材料PT、QX、ZWS直型制品遵循比例法和补缩液量法，通常根据制品的尺寸(a×b×c)，加上加工余量和制品的收缩率作图，直接测量计算出方型冒口的长(a+m)宽(b+m)高(h)尺寸即冒口尺寸，m为常数。
　　熔铸耐火材料PT、QX、ZWS异型制品则根据形状，参考铸造行业铸造件模数法，简单几何形状、模数的计算见表1，计算铸件模数和冒口模数，再在有关标准冒口表格中查出所需冒口的具体尺寸。
　　提高冒口补缩效率的途径
　　熔铸耐火材料制品铸件冒口为明顶冒口，与大气压相通，所以，根据熔铸耐火材料熔液凝固时间短的特点，提高冒口补缩效率的主要途径为采用自然压力冒口、发热保温冒口及控制冒口内熔液凝固的各种工艺措施。
　　3.1合理加高冒口，提高冒口内熔液的补缩压力
　　采用自然压力冒口以及钢钎上下捣冒口的操作来实现。浇注后，冒口表面结壳，外界大气压力作用在冒口内部熔液液面上，形成由大气压力和冒口液柱重力共同作用的补缩压力，增强了补缩效果。在铸型冒口浇满后，用钢钎上下捣动其中的熔液表面，避免冒口顶面过早凝固结壳，使大气压力长时间作用在冒口的熔液液面上，加大大气压力冒口的补缩效果。
　　3.2采用发热冒口，延长冒口的凝固时间
　　延长冒口的凝固时间方法：冒口上撒保温剂、发热剂，采用发热冒口、保温冒口、电弧加热冒口等。
　　普通冒口凝固较快，冒口中凝固较早的熔液不具补缩作用。为改善冒口的补缩条件和提高其补缩效率，可采用发热冒口。冒口上覆盖发热剂，或铸型上安装用发热及保温材料做成的，其内壁与冒口部分外形相同的套的冒口为发热冒口。由于发热材料的放热反应，延缓了冒口的凝固速度，从而使冒口内熔液利用率显著提高。如图2所示。
　　发热冒口的发热套根部有10～40mm的普通砂圈，以防发热套直接与熔液接触产生粘砂及增碳等缺陷。采用发热冒口时，铸型浇满后应在冒口顶面撒发热保温剂，防止冒口散热过快。发热冒口套由发热剂、保温剂和粘结剂等组成。
　　(1)发热剂在某温度条件下，发生化学反应时能放出热量的混合料。发热冒口套用的发热剂一般由铝粉、硅铁粉、氧化铁粉等材料组成。铝粉和氧化铁粉的混合物叫铝热剂。在熔液的热作用下，发热剂的温度1250℃时，铝和硅被激烈地氧化而放出大量的热量。其化学反应如下：
　　反应生成物的温度可达到3000℃以上，冒口中的熔液被剧烈加热、升温，然后缓慢冷却，延长了冒口熔液的凝固时间，大大提高补缩效率。铝热剂发热量大，反应迅速，作用时间短;硅铁粉发热少，作用缓慢，有利于延长作用时间。发热剂需要加热到1250℃以上才起反应，对熔铸耐火材料制品冒口来说非常容易达到。
　　(2)保温剂熔铸耐火材料制品常用的保温材料有膨胀珍珠岩、蛭石、大孔陶粒、轻质保温砖和经高温使用过的、破碎的废型砂(石英质)等，经济指标表明，采用经高温使用过的、破碎的废型砂和轻质保温砖是比较经济、可行的。其作用是延长发热剂的放热时间和保温。
　　(3)粘结剂常用水玻璃、膨润土、矾土水泥和酚醛树脂等发热冒口的补缩效率比普通冒口高，制品合格率可达85%～90%。操作简单、易于控制、安全可靠，可普遍用于大型QX、ZWS、WS熔铸耐火材料制品的生产中。其它加热冒口有电热补缩冒口，它是将一个石墨电极设置在冒口底部，另一个可调高度的电极穿过耐火材料保护盖，吊在冒口顶部，在冒口内熔液面与石墨电极间引弧加热，使冒口保持熔融状态，保证冒口对熔铸耐火材料制品的充分补缩。
　　3.3实行二次补浇铸，增加冒口热能
　　自然压力冒口浇注后，冒口表面结壳，用钢钎上下捣动其中的熔液表面，如此重复多次，经过一定时间，最后打完冒口后再补浇熔液，这样也大大提高冒口的补缩效果。二次补浇其实不仅是补浇熔液而是补浇熔液来增加冒口热能，所以，其作用同发热冒口作用。实际上，在70～80min内进行热熔液补浇，可以制得容重为3.7g/m3以上的AZS33WS砖。
　　3.4控制制品铸件保温工艺，增长冒口补缩距离
　　如合理使用补贴、冷铁，能使冒口的补缩距离增长，从而可使冒口的数量减少。熔液通过口进入型腔，能使冒口造型材料被大量流过的熔液预热，使冒口内熔液的温度较高，从而降低冒口的凝固速度，使冒口的补缩效率得到提高。
　　结语
　　浇铸冒口是浇铸工艺的重要组成部分。提高熔铸耐火材料制品冒口补缩效率途径有：合理加高冒口，提高冒口内熔液的补缩压力;采用发热冒口，延长冒口的凝固时间;实行二次补浇铸，增加冒口热能;控制制品保温工艺，增长冒口补缩距离。通过以上途径，可以获得高合格率，并可降低生产成本，经济效益增长显著。