我厂发热剂与进口发热剂性能的对比与分析
刘海林
哈尔滨市呼兰区北辰铸造辅助材料厂
摘 要:对我厂与进口发热剂化学矿物组成、发热功率、点火后*高温度、点火开始到*高温度时间,发热剂燃烧后残渣的隔热保温性能等理化指标进行了对比测试,分析了形成的原因。结果表明,我厂发热剂完全可以取代进口发热剂。
关键词:发热剂;发热功率;点火温度;保温工艺
为了提高铸件质量,在浇铸过程中须适当延长浇铸的冷凝和补缩时间,为达此目的除了使用保温冒口,绝热板等保温工艺措施外,重要的铸件往往还需要使用发热剂,发热剂除了本身化学反应产生热量外,反应后产生的残渣也是耐火度较高、体积密度较小、气孔率较高的保温材料,由于发热剂燃烧后自身体积膨胀,反应后残渣结构均匀;可覆盖于浇冒口之上。不需要较高的温度,因而燃烧后的产物可以变的体积密度较小,使发热剂产生热量及高效保温的双重效果。这对铸件冷凝时间和补缩时间具有独特的作用。目前我国铸造厂大量采用进口发热剂,因为进口发热剂的价格高,每年须消耗大量外汇,而且供货周期较长。因此,设法用国产发热剂代替进口发热剂是一项十分有意义的工作。
为此我厂与有关单位共同研制,由我公司生产的DFC—600系列发热剂取代进口发热剂在山东、江苏等各铸造厂使用取得了较为理想的效果,现把我厂生产的发热剂与进口的发热剂两种产品的组成及性能作以对比分析。
粒度及化学矿物组成
我厂发热剂、进口发热剂产品式样分别取自两批产品,两批产品取样数量相同,所取式样经混合、缩分后供检验用。
式样的粒度组成测定采用筛分法。X射线衍射分析(XRD)检验采用日本公司D/MAX—YA型12KW转靶X—RAY衍射仪。残渣的化学成分分析取自发热剂燃烧后的混合式样。
1、粒度组成分析结果见表一
表1 粒度组成分析(%)
粒径/MM
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—2.000
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—0.800
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—0.355
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—0.180
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—0.088
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+0.800
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+0.355
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+0.180
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+0.088
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国 产
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6.95
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20.20
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38.45
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28.03
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6.33
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进 口
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6.11
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25.39
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23.04
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39.01
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6.35
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注 + 表示大于 —表示小于
2、表2 。XRD检验结果见图一
表2 发热剂燃烧后残渣化学组成(%)烧失量及密度
表2 发热剂燃烧后残渣化学组成(%)烧失量及密度
AI2O3 SIO2 TFe2O3 烧失量 体积密度/(g.cm-3)
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国 产 58.29 12.68 9.74 2.04 0.52
进 口 59.90 8.89 19.68 1.22 0.87
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由X射线衍射分析可以知道我厂发热剂与进口发热剂主要矿物组成为金属铝、赤铁矿、刚玉、莫来石和石英。相比较而言,我厂制品刚玉、莫来石相含量较进口的产品高,进口产品石英相对含量高于我厂制品,以此推断,我厂产品燃烧后残渣AI2O3%应高于进口产品,但化学分析结果显示二者差别不大。分析其原因我厂制品X射线衍射其图谱在20=20—30度之间存在—“鼓包”,半定量分析其含有30%左右非晶相物质。
物理性能测定
进口产品提供的物理指标为发热功率、点火后*高温度、点火开始到*高温度时间等,并且在产品质量书上注明,其物理性能检验是基于日本JIS标准制定的公司标准方法测得。由于发热剂物理指标测定未查到标准方法,故采用电炉模拟进行了分析对比。
2.1点火温度
在φ50mm刚玉坩埚中装填一定数量的发热剂、在一定高度埋入测温热电偶,置于电炉中,电炉设有炉温测定热电偶。开启热电偶,以6—8℃/min升温速度升温.当刚玉坩埚中热电偶温度(To)与电炉温度曲线平行关系发生变化,刚玉坩埚中热电偶温度曲线上穿炉温曲线,此时刚玉坩埚中的热电偶显示温度(T o)即位开始点火温度。
发热功率及点火后*高温度测定
在Ф50mm刚玉坩埚低部埋一热电偶,热电偶上覆盖4mm厚SIC均热片,置于电炉中加热升温,当刚坩埚中的热电偶温度达到1000℃、保温10min,在从坩埚上部加入一定数量的发热剂,关闭电炉,测定坩埚中热电偶显示温度随时间变化曲线,并绘制温度(T)与时间(t)关系曲线。发热剂实测T—t曲线见图2
图2发热剂实测T—t曲线
分析与对比
我厂与进口进口发热剂开始点火温度基本相同。由发热剂实测曲线T—t曲线可知,我厂发热剂从开始点火到*高发热温度时间在模拟实验条件下比进口发热剂提前约30s,点火后*高温度我厂发热剂比进口发热剂高约80℃左右。
按实验室设计的模拟实验方法,根据实际测得T—t曲线可知,我厂制品曲线下面积大于进口产品,因而可以推断我厂发热剂发热功率大于进口产品。
我厂与进口发热剂化学组成分析对比可见,二者金属铝粉加入量基本相同,但TFe2O3%,C%含量差异较大。碳元素氧化发生放热反应,初期研制的发热剂均以增大可延烧碳含量增加发热功率。本文中所分析的发热剂为铝热型发热剂,主要发热原理为
Fe2O3+2AI→2Fe+AI2O3+852KJ/moI·AI2O3 (1)
从测试燃烧情况并结合化学组成分析对比可见,进口发热剂主要以上述反应产生热量为主,燃烧过程较平缓,持续时间略长,而我厂发热剂点火后延烧较为迅猛激烈,但*高温度持续时间较短,总体发热功率还是较进口的产品高。
2 AI+3O2→AI2O3+1670KJ/moI·AI2O3 (2)
同样的金属铝粉含量,由于反应(2)较反应(1)放热量大,故我厂产品燃烧初期较为激烈点火后*高温度较高,我厂产品燃烧后残渣体积密度远小于进口产品,保温性优于进口产品。从实验室燃烧过程来看,我厂制品膨胀性能优于进口产品。显然要使发热剂燃烧残渣具有良好的保温性能,燃烧后残渣必须形成多孔结构,或采用加入受热后急剧膨胀的材料,从样品的化学组成来看,含碳越高,燃烧后孔隙率越大,残渣体积密度愈小。从粒度组成分析,我厂产品0.18—0.80mm所占比例大于进口产品,显然我厂产品在粒度组成上较多的考虑采用>0.15mm的颗粒,以增大膨胀率。使发热剂燃烧后残渣达到轻质多孔结构,具有更好的保温作用。
结论
通过对我厂与进口发热剂的分析对比,因为我厂发热剂无论从开始点火温度与进口的基本相同,点火后*高温度比进口的要高80℃左右,从点火开始到*高温度时间比进口发热剂提前约30s,发热功率,总体发热功率要比进口的要高以及发热剂燃烧后残渣隔热保温性能,因体积密度小于进口产品,所以保温性能优与进口产品,我厂发热剂完全可以取代进口发热剂。
哈尔滨市呼兰区北辰铸造辅助材料厂
0451—55264141