发热保温覆盖剂：作用及原理

一般来说,冒口中金属液的热能损失主要以三种方式进行:热传导、热对流、热辐射。热传导主要发生在冒口的侧面,由金属液经冒口向砂型内传热；热对流和热辐射主要发生在冒口顶面,以高温金属液辐射传热和表面金属液向空气产生对流传热方式进行。对于明冒口,传导散失的热量很小,辐射造成的热损失在总热损失中占的比例最大,对流散热次之,而且冒口越大,辐射热能损失占总热能损失的比例也越大。为了减缓冒口的散热速度,最常用而且最有效的手段是采用发热保温覆盖剂。

发热保温覆盖剂投放于金属液表面时,开始燃烧并放出大量热量,同时发热剂的体积快速膨胀,形成多孔、低密度的高保温层,隔绝冒口金属液与空气的接触,防止对流与辐射传热,减少热损失,致使冒口金属液有着较慢的凝固速度。随着铸件的凝固,冒口金属液不断补缩,发热保温覆盖剂不断下沉,以保证冒口金属液面上发热保温覆盖剂形成稳定的层状,起到很好的保温绝热的效果。发热保温覆盖剂的使用延长了冒口的凝固时间,提高冒口的补缩能力,改善冒口收缩形状,防止冒口中产生二次缩孔,增大冒口安全系数。

试验表明,在普通冒口上覆盖保温剂,可使冒口凝固时间延长1倍多；在保温冒口上覆盖保温剂,则可使凝固时间延长4倍多。由此可见,为了获得优良的冒口补缩状态,不但要考虑冒口侧面的保温,而且更应重视冒口顶面的覆盖保温。冒口覆盖剂的主要功能是减小或杜绝冒口顶面辐射和对流的热能散失,其作用机理表现在保温和补偿两个方面。(www.xing528.com)

(1)保温 覆盖剂中的保温材料在冒口金属液高温作用下,逐渐形成四个层次:熔融层、烧结层、过渡层、膨胀保温层。这就所谓的四层结构。目前铸造用发热保温覆盖剂多属此种结构。这对提高冒口的保温能力是非常重要的,它们有效地阻止了对流、辐射,减缓了热传导,从而起到绝热保温的作用。熔融层是覆盖剂与金属液接触后融化形成的,其中熔融层的厚度与金属液温度、熔渣的有效热导率、覆盖剂熔化温度和速度有关。熔融层的形成起两个作用:一是能使保温层以比较纯净的低热导率物质存在,二是防止覆盖剂中含的碳渗入铸钢件中。烧结层是覆盖剂在高温作用下玻璃化所致,它的厚度与覆盖剂的熔化速度有关,熔化速度越慢,烧结层厚度将越薄,甚至趋向于消失,这一层随着金属液冷却体积收缩下沉而下沉,覆盖层完全不开裂,保温性能好；过渡层和膨胀保温层占整个覆盖层的65%以上,正是这两层使覆盖层具有一定黑度和粗糙度,阻挡了金属液的热辐射,减少了辐射热损失。

(2)补偿 覆盖剂中的发热材料所产生的热量能够补偿冒口中金属液的热量损失,维持金属液的温度不下降。