發熱冒口

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。

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，約佔道岔總數的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。

（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，將冒口根部切除后即可清楚地看到，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。

（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。

（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。

（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。

Kalmin300發熱保溫冒口的模數與鋼水凝固時間的經驗公式為T=Mc /k ，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 固后剖開的情形如圖3所示。

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。冒口凝固后表面光潔，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。

（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併產生裂紋源，清理冒口時可採用大鎚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。敲掉冒口后，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

（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。

（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。

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、球鐵件應用發熱冒口取得良好的效果。發熱冒口套在澆注金屬液后，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，在球鐵液壓件上應用，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；硅鐵粉，用5175硅鐵，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后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。