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    铸造生产中泡沫陶瓷过滤器的选用

    随着铸造行业的快速发展,对金属液的洁净度、铸件性能的要求越来越高。近年来,泡沫陶瓷过滤工艺在铸造生产中获得了广泛应用,成为提高铸件力学性能、减少气孔和夹杂物最简单有效的方法。目前国内生产泡沫陶瓷过滤器的厂家越来越多,泡沫陶瓷过滤器的生产和使用量也大幅增加,但产品质量参差不齐,这就给铸造厂家选用泡沫陶瓷过滤器带来了一定的难度,如果选用不当,非但不能取得预期的效果,反而会给铸造生产带来更多的麻烦,甚至增加铸件的废品率。因此,在铸造生产中合理选用和正确使用泡沫陶瓷过滤器是铸造厂家所面临的问题。

    1、泡沫陶瓷过滤器过滤净化机理和作用
        泡沫陶瓷过滤器的主要作用是滤除金属液中的杂质和气泡,净化金属液,并通过过滤起到整流作用,使金属液的流动更平稳,防止二次氧化。泡沫陶瓷过滤器的过滤主要通过四个方面发挥作用。
    ① 机械筛分(拦截):去除大颗粒夹杂氧化物,滤出金属液中的气泡,减少熔渣对铸件的危害。
    ② 滤饼机制:拦截的大颗粒夹杂氧化物聚集在过滤器上方,形成滤饼,增加了过滤器过滤小颗粒夹杂氧化物的能力。
    ③ 深层过滤(化学吸附):其独特的三维网状结构,中空的网丝具有较大的比表面积,能吸附细小的氧化物夹杂。
    ④ 整流机制:使金属液的流动由紊流状态变为层流状态,减缓流速,防止涡流,减轻金属液的二次氧化和吸气,提高铸件性能。
    ⑤ 综合多家铸造厂使用过滤器的结果统计,应用泡沫陶瓷过滤器和不应用泡沫陶瓷过滤器相比较,对铸造生产有明显的效果:简化浇注系统;提高工艺出品率5~10%;降低铸件废品率15~30%;抗拉强度和硬度提高5~10%;抗弯强度提高5~8%;改善铸件的加工性能。

    2、泡沫陶瓷过滤器的基本参数
        泡沫陶瓷过滤器的种类很多,不同材质过滤器用于不同金属液的过滤。一般按材质可分为:铸钢用泡沫陶瓷过滤器;铸铁、铸铜用泡沫陶瓷过滤器;铝合金用泡沫陶瓷过滤器;镁合金用泡沫陶瓷过滤器。基本参数见表:

    3、泡沫陶瓷过滤器的使用原则
        泡沫陶瓷过滤器放置在浇注系统中的位置:直浇道下端、横浇道、内浇道、浇口杯。使用原则:
    ① 安放位置越靠近铸件型腔越好,降低二次氧化的几率
    ② 浇注系统的设计以简单为好,可不考虑其它挡渣措施,这样可提高砂型的利用率和工艺出品率;
    ③ 过滤器工作面积应为浇注系统阻流截面的4~6倍,以确保浇注速度不受影响;
    ④ 根据铸造合金的种类及浇注温度选用相应的过滤器,不应超温使用;
    ⑤ 选择合适的孔径,真正起到过滤效果;
    ⑥ 不能用过滤器来控制浇注速度。

    4、泡沫陶瓷过滤器选用原则和使用方法

    4.1泡沫陶瓷过滤器的孔径选择
        泡沫陶瓷过滤器的孔径选择应根据所要过滤的金属液的性质而定。过滤粘而稠、流动性差、杂质颗粒较大的金属液,应选择较大孔径的过滤器;过滤流动性好、较稀的金属液,应选择较小孔径的过滤器。孔径过大,不能起到过滤的作用;孔径过小,有可能造成过滤器过早堵塞,导致过滤中途终止,甚至不能过滤,这一点对球墨铸铁尤为重要。
    泡沫陶瓷过滤器孔径选择的一般原则:
    ① 孔尺寸规格为10ppi的可用于球墨铸铁件、大型灰铸铁件、铸钢件;
    ② 孔尺寸规格为20ppi的用于可锻铸铁件、小型灰铸铁件、有色合金铸件;
    ③ 孔尺寸规格为30ppi的用于铜合金铸件、铝合金铸件。

    4.2过滤器过滤能力计算
        应充分考虑每片过滤器的过滤流量,流量过小,过滤器过滤流量不能满足过滤金属液的总量要求,导致过滤堵塞;流量过大,会造成不必要的浪费,增加生产成本。
    ① 每片过滤器的过滤流量是有限的,通常对小于100kg的铸件可考虑放置一块过滤器,放在直浇道的底部即可。但对于大铸件,则必须考虑放置两片或多片过滤器,通常放在横浇道或内浇道中。
    ② 相同网孔孔径的过滤器,过滤不同的金属液,其过滤能力有所不同,以10ppi孔径的过滤器为例,单位面积过滤能力分别为:对于灰铸铁为2.0~4.0 kg/cm2,球墨铸铁为1.0~2.0 kg/cm2,对于普通碳钢、低合金钢为1.5~3.0kg/cm2,不锈钢、高锰钢为2.0~4.0kg/ cm2。网孔规格每下降10ppi,过滤能力下降20%~30%。
    ③ 只要计算出过滤器的有效使用面积,再乘以单位面积过滤能力,既可得出每片过滤器过滤金属液的总量范围。
    ④ 实际应用中,金属液的种类和总量往往已经确定,只是过滤器孔径和外形尺寸需要选择,过滤器的有效过滤面积S可通过下式计算:

                   S=G/R

    公式中,G为需过滤的金属液的总量;R为过滤器的单位面积过滤能力,R可取中下限,以保证过滤器留有一定的保险系数。将S折算成相应形状的长、宽或直径,即可确定所需过滤器的尺寸。

    4.3 泡沫陶瓷过滤器厚度的选择
        为使泡沫陶瓷过滤器充分发挥过滤作用,并提高耐高温金属的冲击能力,选择泡沫陶瓷过滤器必须保证一定的厚度,否则很可能造成过滤器熔穿。
    ① 对于铝合金等轻质合金的小型铸件可以选择≤15mm厚的泡沫陶瓷过滤器,对于有色合金的大型铸件应选用20~25 mm厚的泡沫陶瓷过滤器;
    ② 对于铸铁件一般选用22 mm厚的泡沫陶瓷过滤器,对于铸钢件一般选用≥25 mm厚的泡沫陶瓷过滤器。
    ③ 泡沫陶瓷过滤器虽然过滤效果好,不污染金属合金,但如果选用不合适,不但不能起到应有的过滤作用,反而会给生产带来负面影响。泡沫陶瓷过滤器如果熔穿的话,会人为的造成添渣,致使产品报废。泡沫陶瓷过滤器过滤后解剖效果对比见图1。

    4.4 泡沫陶瓷过滤器材质的选择
        由于铸造合金的浇注温度不同,应选用相应耐火性能的泡沫陶瓷过滤器。根据不同的铸造合金和浇注温度选择不同材质的泡沫陶瓷过滤器原则:铸钢件一般选用氧化锆质的过滤器,铸铁件和铸铜件一般选用碳化硅质的过滤器,而铝合金一般选用氧化铝质的过滤器,镁合金一般选用氧化镁质的过滤器,见表1。

    4.5 在浇道中的放置形式
        泡沫陶瓷过滤器的几种典型放置方法见图2:

    ① 在直浇道中放置过滤器一般用于每箱单件、横浇道较短、单箱铸件总重小于200kg的铸型;在横浇道中放置过滤器一般用于一箱多件、横浇道较长、铸件重量较大、需放两片以上过滤器的铸型;在内浇道中放置过滤器一般用于铸件重量较大、横浇道较长、设多个内浇道的铸型。
    ② 无论采用哪种放置形式,浇注时都应尽量在短时间内使金属液充满浇道,这样既可以减轻对过滤器的冲击,避免金属液长时间直接冲击过滤器,同时还可以使金属液的流动变得平稳,减少卷入气体的倾向。
    ③ 为避免金属液产生紊流,浇注系统一般采用半封闭和开放式的浇注系统,使金属液的流动更加平稳。

    5、泡沫陶瓷过滤器使用中应注意的问题
    ① 为保证金属液的充分过滤,过滤器启动过滤要有一定的压头,以克服表面张力的阻碍,压头大小对过滤的启动有相当大的作用,一般应大于400mm以上,浇注大型铸件的压头应相应地更大。
    ② 泡沫陶瓷过滤器与铸型的搭接部位应尽量密封,防止金属液从其缝隙处流失,未起到过滤的效果。对有些砂型如湿型砂,单独使用泡沫陶瓷过滤器容易使安放过滤器的部位型砂脱落,这样就必须设计一个过滤器座,用以支撑过滤器,使过滤器在金属液的冲击下不发生移动,防止砂粒进入型腔和金属液流失。
    ③ 泡沫陶瓷过滤器在使用前要用压缩空气吹去表面的灰尘和内部的碎块,避免杂质污染金属液。运输、储存时要避免受潮,应在干燥的环境下保存,必要时在使用前要进行烘烤,使过滤器充分干燥。另外过滤器是易碎产品,搬运时应轻拿轻放,防止破损。

    6、结束语
        生产实践表明,只要合理选用和正确使用泡沫陶瓷过滤器,就可滤除金属液中绝大部分夹杂物和气泡,改善铸件的内部组织和加工性能,提高铸件的工艺出品率,提高产品的合格率和力学性能,降低铸造生产的综合成本。随着铸造技术的快速发展,对铸件品质的要求越来越高,泡沫陶瓷过滤器的应用会具有更广泛的发展前景。

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