發(fā)減少或消除澆包鋁皮的措施

1、減少或消除澆包鋁皮的措施周麟升， 馬泉林， 楊友武， 何勇（重慶新紅旗缸蓋制造有限公司，重慶 402760）摘要：采用在“球形的鑄鐵澆包”內(nèi)表面，涂覆一層耐火保溫材料，取代傳統(tǒng)的矩形鋼制澆包，有效地減少甚至消除了澆包鋁皮，達(dá)到縮小鋁合金液澆注溫度與爐內(nèi)溫度的差值、提高鑄件合格品率、節(jié)約能源、降低鋁損耗等目的。關(guān)鍵詞：澆包鋁皮；球形鑄鐵澆包；耐火保溫涂料；面層涂料1. 澆包 鋁合金金屬型傾轉(zhuǎn)式重力澆注工藝，往往需要一個容器儲存鋁合金液，然后隨金屬型一道傾轉(zhuǎn)，將鋁合金液澆入金屬型中，這個容器，為了區(qū)別于不傾轉(zhuǎn)重力澆注工藝的澆盆，我們稱之為澆包，如圖1所示。澆包的形狀：為了制作方便，在企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中

2、往往采用類似矩形形狀，出水口呈30°45°斜度；澆包的尺寸：首先，由澆口的尺寸決定澆包的寬度尺寸；然后，由澆注所需要的容量和既定的寬度尺寸，結(jié)合安裝位置的干涉條件等因素，通過計算決定澆包的長度和高度尺寸，沒有固定的比例；澆包的材料：鋼板矩形澆包，多采用35碳鋼板焊接而成；雙層不銹鋼板澆包，多采用35不銹鋼板焊接而成，層與層之間嵌入硅酸鋁保溫材料；也有使用耐熱鑄鐵澆注而成，一般厚度為10左右。澆包的作用：承載足夠澆注的鋁液，并將其勻速平穩(wěn)地傾入金屬型內(nèi)；避免渦流、紊流發(fā)生；減少氧化夾雜，應(yīng)具有擋渣作用；避免鋁液溫度損失，應(yīng)具有保溫作用。澆包的要求：要具有足夠的強(qiáng)度、熱疲勞性能

3、和耐高溫性能，保證其使用壽命；要具有較高的保溫性能，減少鋁合金液的溫度損失。圖1 澆包實(shí)物圖鑄鐵球形澆包雙層不銹鋼板澆包鋼板矩形澆包 2. 澆包鋁皮“澆包鋁皮”：是指將720左右的鋁合金液傾倒入溫度為200300左右澆包時，鋁液與澆包界面由于“激冷”作用而發(fā)生的“凝固”現(xiàn)象，產(chǎn)生的一層固態(tài)鋁合金，稱為“澆包鋁皮”。各型號產(chǎn)品由于鋁液溫度和澆包溫度不同、澆注重量不同，產(chǎn)生的這一層鋁皮的厚度不相同，重量也不相同，現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示為150g600g/張，約占澆注重量的2%4%。如圖所示：澆包鋁皮的產(chǎn)生澆包鋁皮的產(chǎn)生產(chǎn)生的澆包鋁皮 3. 澆包鋁皮的形成機(jī)理3.1 高溫鋁液（720左右）傾入低溫的（20

4、0300）澆包后，其接觸界面溫差達(dá)到400500左右，如此大的過冷度，導(dǎo)致界面鋁液瞬間凝固，且鐵基材料的熱流量很大，在鋁液停留時間內(nèi)還在不斷散熱，增加凝固層的厚度。3.2 熱流量：熱流量是一定面積的物體兩側(cè)存在溫差時，單位時間內(nèi)由傳導(dǎo)、對流、輻射方式通過該物體所傳遞的熱量。通過物體的熱流量與兩側(cè)溫度差成正比，與厚度成反比，并與材料的導(dǎo)熱性能有關(guān)。3.3 本文研究對象：澆注410產(chǎn)品用的兩種材料制作的澆包，和保溫涂料層3.3.1 4mm厚的45#鋼鋼板焊接而成的矩形澆包3.3.2 10mm厚的灰鑄鐵鑄造而成的球形澆包3.3.3 4mm厚的(福士科)DYCOTE 7029保溫涂料球形保溫層3.4

5、計算方法：熱處理爐及車間設(shè)備（機(jī)械工業(yè)出版社，1979.9.第一版） Page44：單層平壁傳導(dǎo)傳熱的熱流量 t1: 澆包內(nèi)壁溫度，近似于鋁液溫度，計算時取730； t2: 澆包外壁溫度，實(shí)際上是一個變量，計算時取200；：澆包壁厚；鋼板：4mm(0.004m)；鑄鐵：10mm(0.01m)；保溫層：4mm(0.004m)：導(dǎo)熱系數(shù)（導(dǎo)熱性能） P43表4-1：中碳鋼，200時，=0.115×4.18×360 =173.052（kJ/m·h·） P43表4-1：灰鑄鐵，200時，=0.098×4.18×360 =147.470（kJ/

6、m·h·） P08表2-4：石棉，200，=4.18（0.075+0.00021t均）=0.721677（kJ/m·h·）S均：澆包內(nèi)壁表面積 鋼板澆包： 221180mm2（0.221180m2） 鑄鐵澆包： 189486mm2（0.189486m2） 保溫涂料層：近似于鑄鐵澆包（0.189486m2）以上數(shù)據(jù)代入計算：3.4.1 鋼板澆包的熱流量鋼為：，1小時=3600秒，則：鋼=1408.83（kJ/秒）3.4.2鑄鐵澆包的熱流量鐵為：，1小時=3600秒，則：鐵=411.39（kJ/秒）3.4.3 保溫層的熱流量保溫為：， 1小時=3600秒，則

7、：保溫=5.033（kJ/秒） 由此可知鋁液通過澆包的內(nèi)、外壁散熱的速度，矩形鋼板澆包是球形鑄鐵澆包的3.4倍、是涂料保溫層的280倍。 此參數(shù)（澆包壁散熱熱流量）僅僅描述“澆包壁”的散熱速度，能夠科學(xué)解釋“澆包鋁皮”的形成傾向；絕不代表整包鋁液的散熱速度的差別，整包鋁液的“溫度降”有差別，但是，其倍數(shù)是很小的，現(xiàn)場實(shí)測大約相差20左右，相對730的鋁液來說，矩形鋼板澆包比球形鑄鐵澆包多降溫2.7%左右，因?yàn)樵谙嗤娜莘e時，球形的表面積最小，而不論是傳導(dǎo)傳熱、輻射傳熱、對流傳熱，都與其傳熱表面積的大小有關(guān)。附：一種實(shí)際使用的澆包表面積數(shù)據(jù)及澆包圖形：410澆包表面積澆包類型澆包表面積（mm2）

8、澆包壁厚（mm）矩形鋼板澆包2211804球形鑄鐵澆包189486104. 澆包鋁皮的不利影響 從澆包鋁皮的形成機(jī)理可知，用澆勺從保溫爐內(nèi)舀水，到轉(zhuǎn)移至澆包內(nèi)，到傾入金屬型中完成澆注這個過程，鋁液溫度在不斷喪失，從而產(chǎn)生以下不利影響：4.1 為了保障“澆注溫度”的工藝參數(shù)要求，就必須提高保溫爐內(nèi)鋁液溫度來補(bǔ)償轉(zhuǎn)移過程的溫度損失，這樣不僅會增加燃?xì)猓ɑ螂娔埽┠茉聪?；而且，增加鋁液的“吸氣”傾向。注：澆注溫度：金屬液澆入鑄型時測定的溫度。鑄造術(shù)語GB/T 5611-5.1.64.2 澆包鋁皮增加了鋁損耗，從而導(dǎo)致鑄件成本上升。4.3 鋁是活潑金屬，高溫狀態(tài)的澆包鋁皮表面形成了一層Al2O3薄膜，

9、重熔后隨機(jī)懸浮在鋁液中，增加鋁液的含渣量，這種尺寸極小的Al2O3夾雜，很難通過“精煉”去除，反而成為析出氫時的核心，增加鑄件形成“針孔”缺陷的傾向，降低鑄件品質(zhì)，甚至降低鑄件的合格品率，加大鑄件成本。4.4 據(jù)計算，我公司澆包鋁皮帶來的經(jīng)濟(jì)損失超過4萬元/月。5. 減少或消除澆包鋁皮的措施 針對澆包鋁皮的形成原因，減少或消除澆包鋁皮的措施有兩個方向： 提高并保持澆包溫度，減小鋁液與澆包的溫差，從而減少“激冷凝固”傾向； 提高澆包的絕熱性能、降低澆包的熱流量，消除接觸界面的激冷作用。5.1 對澆包采用電加熱或燃?xì)饧訜?，可以提高澆包溫度，從而減輕鋁皮重量。但是，因?yàn)闈舶幱诔ㄩ_的環(huán)境中，不均勻的

10、有限的熱源供熱，很難使?jié)舶３指邷貭顟B(tài)，因此，僅能起到減少鋁皮的作用；而且，不論用電或用氣均因有線、管，不僅干涉澆注工作，還有較大的安全隱患，且電、氣成本也會升高，不一定能抵消鋁皮帶來的經(jīng)濟(jì)損失，因此，本文不予推薦。 天然氣加熱澆包5.2 從減小澆包壁熱流量的角度考慮，采用熱流量小于鋼板澆包的鑄鐵澆包；5.3 從散熱面積的角度考慮，采用表面積小于矩形澆包的球形澆包；5.4 從降低澆包導(dǎo)熱系數(shù)的角度考慮，采用在澆包表面涂覆保溫涂層： 球形鑄鐵澆包涂覆保溫材料、面層涂料6. 經(jīng)濟(jì)效益分析6.1 球形鑄鐵澆包為一次性投入，幾乎不會損壞，在成本科目中的攤銷費(fèi)用與相對應(yīng)的產(chǎn)品壽命周期有關(guān)，本文不予計入；

11、6.2 涂刷一次保溫材料，約需1.802.00kg，約200元/次，使用壽命6000件/次以上，成本為：0.033元/件；6.3 為提高保溫材料的使用壽命，還需在其表面周期性涂覆面層涂料，涂覆周期約50件/次，涂覆量約50g/次，約20元/次，成本為：0.40元/件；6.4 澆包鋁皮重量約0.40kg/張，鋁皮綜合經(jīng)濟(jì)損失約2.75元/kg,即單位損失：1.10元/件；6.5 消除澆包鋁皮的經(jīng)濟(jì)效益=1.10元/件（0.033元/件0.40元/件）=0.69元/件，該產(chǎn)品產(chǎn)量約8000件/月，月經(jīng)濟(jì)效益為：5500元/月。6.6 推廣到所有產(chǎn)品后，月經(jīng)濟(jì)效益估計可達(dá)2.5萬元/月。 7. 結(jié)論 采用導(dǎo)熱系數(shù)低的鑄鐵取代鋼板作為澆包基體材料，有利于減少澆包鋁皮的產(chǎn)生； 采用