我廠發(fā)熱劑與進(jìn)口發(fā)熱劑性能的對比與分析
劉海林
哈爾濱市呼蘭區(qū)北辰鑄造輔助材料廠
摘 要：對我廠與進(jìn)口發(fā)熱劑化學(xué)礦物組成、發(fā)熱功率、點(diǎn)火后最高溫度、點(diǎn)火開始到最高溫度時間，發(fā)熱劑燃燒后殘?jiān)母魺岜匦阅艿壤砘笜?biāo)進(jìn)行了對比測試，分析了形成的原因。結(jié)果表明，我廠發(fā)熱劑完全可以取代進(jìn)口發(fā)熱劑。
關(guān)鍵詞：發(fā)熱劑；發(fā)熱功率；點(diǎn)火溫度；保溫工藝
為了提高鑄件質(zhì)量，在澆鑄過程中須適當(dāng)延長澆鑄的冷凝和補(bǔ)縮時間，為達(dá)此目的除了使用保溫冒口，絕熱板等保溫工藝措施外，重要的鑄件往往還需要使用發(fā)熱劑，發(fā)熱劑除了本身化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量外，反應(yīng)后產(chǎn)生的殘?jiān)彩悄突鸲容^高、體積密度較小、氣孔率較高的保溫材料，由于發(fā)熱劑燃燒后自身體積膨脹，反應(yīng)后殘?jiān)Y(jié)構(gòu)均勻；可覆蓋于澆冒口之上。不需要較高的溫度，因而燃燒后的產(chǎn)物可以變的體積密度較小，使發(fā)熱劑產(chǎn)生熱量及高效保溫的雙重效果。這對鑄件冷凝時間和補(bǔ)縮時間具有獨(dú)特的作用。目前我國鑄造廠大量采用進(jìn)口發(fā)熱劑，因?yàn)檫M(jìn)口發(fā)熱劑的價格高，每年須消耗大量外匯，而且供貨周期較長。因此，設(shè)法用國產(chǎn)發(fā)熱劑代替進(jìn)口發(fā)熱劑是一項(xiàng)十分有意義的工作。
為此我廠與有關(guān)單位共同研制，由我公司生產(chǎn)的DFC—600系列發(fā)熱劑取代進(jìn)口發(fā)熱劑在山東、江蘇等各鑄造廠使用取得了較為理想的效果，現(xiàn)把我廠生產(chǎn)的發(fā)熱劑與進(jìn)口的發(fā)熱劑兩種產(chǎn)品的組成及性能作以對比分析。
一、 粒度及化學(xué)礦物組成
我廠發(fā)熱劑、進(jìn)口發(fā)熱劑產(chǎn)品式樣分別取自兩批產(chǎn)品，兩批產(chǎn)品取樣數(shù)量相同，所取式樣經(jīng)混合、縮分后供檢驗(yàn)用。
式樣的粒度組成測定采用篩分法。X射線衍射分析（XRD）檢驗(yàn)采用日本公司D/MAX—YA型12KW轉(zhuǎn)靶X—RAY衍射儀。殘?jiān)幕瘜W(xué)成分分析取自發(fā)熱劑燃燒后的混合式樣。
1、粒度組成分析結(jié)果見表一
表1 粒度組成分析（%）
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粒徑/MM
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—2.000 |
—0.800 |
—0.355 |
—0.180 |
—0.088 |
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+0.800 |
+0.355 |
+0.180 |
+0.088 |
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國 產(chǎn) |
6.95 |
20.20 |
38.45 |
28.03 |
6.33 |
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進(jìn) 口 |
6.11 |
25.39 |
23.04 |
39.01 |
6.35 |
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注 + 表示大于 —表示小于
2、表2 。XRD檢驗(yàn)結(jié)果見圖一
表2 發(fā)熱劑燃燒后殘?jiān)瘜W(xué)組成（%）燒失量及密度
表2 發(fā)熱劑燃燒后殘?jiān)瘜W(xué)組成（%）燒失量及密度
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AI2O3 SIO2 TFe2O3 燒失量 體積密度/（g.cm-3）
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國 產(chǎn) 58.29 12.68 9.74 2.04 0.52 進(jìn) 口 59.90 8.89 19.68 1.22 0.87 |
由X射線衍射分析可以知道我廠發(fā)熱劑與進(jìn)口發(fā)熱劑主要礦物組成為金屬鋁、赤鐵礦、剛玉、莫來石和石英。相比較而言，我廠制品剛玉、莫來石相含量較進(jìn)口的產(chǎn)品高，進(jìn)口產(chǎn)品石英相對含量高于我廠制品，以此推斷，我廠產(chǎn)品燃燒后殘?jiān)?/SPAN>AI2O3%應(yīng)高于進(jìn)口產(chǎn)品，但化學(xué)分析結(jié)果顯示二者差別不大。分析其原因我廠制品X射線衍射其圖譜在20=20—30度之間存在—“鼓包”，半定量分析其含有30%左右非晶相物質(zhì)。
2 物理性能測定
進(jìn)口產(chǎn)品提供的物理指標(biāo)為發(fā)熱功率、點(diǎn)火后最高溫度、點(diǎn)火開始到最高溫度時間等，并且在產(chǎn)品質(zhì)量書上注明，其物理性能檢驗(yàn)是基于日本JIS標(biāo)準(zhǔn)制定的公司標(biāo)準(zhǔn)方法測得。由于發(fā)熱劑物理指標(biāo)測定未查到標(biāo)準(zhǔn)方法，故采用電爐模擬進(jìn)行了分析對比。
2.1點(diǎn)火溫度
在φ50mm剛玉坩堝中裝填一定數(shù)量的發(fā)熱劑、在一定高度埋入測溫?zé)犭娕迹糜陔姞t中，電爐設(shè)有爐溫測定熱電偶。開啟熱電偶，以6—8℃/min升溫速度升溫.當(dāng)剛玉坩堝中熱電偶溫度(To)與電爐溫度曲線平行關(guān)系發(fā)生變化，剛玉坩堝中熱電偶溫度曲線上穿爐溫曲線，此時剛玉坩堝中的熱電偶顯示溫度（T o）即位開始點(diǎn)火溫度。
2.2 發(fā)熱功率及點(diǎn)火后最高溫度測定
在Ф50mm剛玉坩堝低部埋一熱電偶，熱電偶上覆蓋4mm厚SIC均熱片，置于電爐中加熱升溫，當(dāng)剛坩堝中的熱電偶溫度達(dá)到1000℃、保溫10min，在從坩堝上部加入一定數(shù)量的發(fā)熱劑，關(guān)閉電爐，測定坩堝中熱電偶顯示溫度隨時間變化曲線，并繪制溫度（T）與時間（t）關(guān)系曲線。發(fā)熱劑實(shí)測T—t曲線見圖2
圖2發(fā)熱劑實(shí)測T—t曲線
3 分析與對比
我廠與進(jìn)口進(jìn)口發(fā)熱劑開始點(diǎn)火溫度基本相同。由發(fā)熱劑實(shí)測曲線T—t曲線可知,我廠發(fā)熱劑從開始點(diǎn)火到最高發(fā)熱溫度時間在模擬實(shí)驗(yàn)條件下比進(jìn)口發(fā)熱劑提前約30s，點(diǎn)火后最高溫度我廠發(fā)熱劑比進(jìn)口發(fā)熱劑高約80℃左右。
按實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的模擬實(shí)驗(yàn)方法，根據(jù)實(shí)際測得T—t曲線可知，我廠制品曲線下面積大于進(jìn)口產(chǎn)品，因而可以推斷我廠發(fā)熱劑發(fā)熱功率大于進(jìn)口產(chǎn)品。
我廠與進(jìn)口發(fā)熱劑化學(xué)組成分析對比可見，二者金屬鋁粉加入量基本相同，但TFe2O3%，C%含量差異較大。碳元素氧化發(fā)生放熱反應(yīng)，初期研制的發(fā)熱劑均以增大可延燒碳含量增加發(fā)熱功率。本文中所分析的發(fā)熱劑為鋁熱型發(fā)熱劑，主要發(fā)熱原理為
Fe2O3＋2AI→2Fe＋AI2O3＋852KJ/moI·AI2O3 （1）
從測試燃燒情況并結(jié)合化學(xué)組成分析對比可見，進(jìn)口發(fā)熱劑主要以上述反應(yīng)產(chǎn)生熱量為主，燃燒過程較平緩，持續(xù)時間略長，而我廠發(fā)熱劑點(diǎn)火后延燒較為迅猛激烈，但最高溫度持續(xù)時間較短，總體發(fā)熱功率還是較進(jìn)口的產(chǎn)品高。
2 AI＋3O2→AI2O3＋1670KJ/moI·AI2O3 （2）
同樣的金屬鋁粉含量，由于反應(yīng)（2）較反應(yīng)（1）放熱量大，故我廠產(chǎn)品燃燒初期較為激烈點(diǎn)火后最高溫度較高，我廠產(chǎn)品燃燒后殘?jiān)w積密度遠(yuǎn)小于進(jìn)口產(chǎn)品，保溫性優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品。從實(shí)驗(yàn)室燃燒過程來看，我廠制品膨脹性能優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品。顯然要使發(fā)熱劑燃燒殘?jiān)哂辛己玫谋匦阅?，燃燒后殘?jiān)仨毿纬啥嗫捉Y(jié)構(gòu)，或采用加入受熱后急劇膨脹的材料，從樣品的化學(xué)組成來看，含碳越高，燃燒后孔隙率越大，殘?jiān)w積密度愈小。從粒度組成分析，我廠產(chǎn)品0.18—0.80mm所占比例大于進(jìn)口產(chǎn)品，顯然我廠產(chǎn)品在粒度組成上較多的考慮采用＞0.15mm的顆粒，以增大膨脹率。使發(fā)熱劑燃燒后殘?jiān)_(dá)到輕質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)，具有更好的保溫作用。
4 結(jié)論
通過對我廠與進(jìn)口發(fā)熱劑的分析對比，因?yàn)槲覐S發(fā)熱劑無論從開始點(diǎn)火溫度與進(jìn)口的基本相同，點(diǎn)火后最高溫度比進(jìn)口的要高80℃左右，從點(diǎn)火開始到最高溫度時間比進(jìn)口發(fā)熱劑提前約30s,發(fā)熱功率，總體發(fā)熱功率要比進(jìn)口的要高以及發(fā)熱劑燃燒后殘?jiān)魺岜匦阅?，因體積密度小于進(jìn)口產(chǎn)品，所以保溫性能優(yōu)與進(jìn)口產(chǎn)品，我廠發(fā)熱劑完全可以取代進(jìn)口發(fā)熱劑。
0451—55264141 13936032685