碳化矽泡沫陶瓷過濾器應用技術探討

泡沫陶瓷過濾技術自20世紀70年代發展迅速↟☁，經過三十多年的快速發展↟☁，出現了碳化矽✘✘↟│、氧化鋯✘✘↟│、氧化鋁等多種產品·╃。從原鋁液到鑄鐵✘✘↟│、鑄銅✘✘↟│、鑄鋼等應用領域進行過濾↟☁，使用碳化矽泡沫陶瓷過濾器和消失模過濾器·╃。目前國內的碳化矽泡沫陶瓷過濾器主要應用於汽車零部件✘✘↟│、柴油機零部件✘✘↟│、壓縮機✘✘↟│、風電鑄件✘✘↟│、高檔機床鑄件等↟☁，大大提高了中國鑄件的質量和競爭力↟☁，同時增加了利潤·╃。鑄造企業·╃。 

一·╃。碳化矽泡沫陶瓷過濾器的過濾機理

（1）整改·╃。湍流液態金屬透過過濾器後將成為穩定的層流狀態↟☁，避免液態金屬包裹氣體↟☁，減少液態金屬對空腔的侵蝕↟☁，充分發揮澆注系統的擋渣功能↟☁，避免二次氧化渣的產生·╃。

（2）機械篩選·╃。熔融金屬中含有大量的氧化物夾雜✘✘↟│、熔渣等大雜質·╃。透過選擇合適的碳化矽泡沫陶瓷過濾器可以篩選出大量的夾雜物·╃。

（3）蛋糕機構·╃。碳化矽泡沫陶瓷過濾器由於具有三維結構↟☁，能有效地阻止渣機械化·╃。許多大於過濾器孔徑的雜質被困在過濾器入口·╃。隨著截留雜質數量的增加↟☁，在過濾器入口處形成由大雜質組成的“濾餅”·╃。濾餅使流體流動更細↟☁，使小於過濾孔徑的雜質部分滯留在“濾餅”上·╃。

（4）吸附機理·╃。碳化矽泡沫陶瓷過濾器具有較大的比表面積↟☁，有利於吸附大量細小的夾雜物·╃。這種吸附主要是分子引力的物理吸引·╃。

二·╃。碳化矽泡沫陶瓷過濾器的效能要求

（1）過濾器應具有良好的環境溫度強度↟☁，在運輸和執行過程中不得起渣·╃。

（2）具有高溫強度✘✘↟│、抗熱震性和液態金屬的抗侵蝕性·╃。

（3）化學穩定性好↟☁，不與合金溶液反應·╃。

（4）孔徑合適↟☁，合金液滲透性好↟☁，非金屬夾雜物過濾能力強↟☁，外觀質量好↟•╃：無變形↟☁，尺寸偏差小↟☁，孔徑均勻↟☁，無堵塞現象·╃。

✘✘↟│、

三·╃。碳化矽泡沫陶瓷過濾器應用的經濟效益

（1）使用過濾器可大大減少夾雜缺陷；

（2）細化晶粒↟☁，提高鑄件的力學效能；

（3）提高鑄件的可加工性；

（4）提高鑄件的內外質量；

（5）簡化澆注系統↟☁，提高工藝出品率·╃。

（6）降低加工津貼和維修成本·╃。

四·╃。碳化矽泡沫陶瓷過濾器的使用原理

碳化矽泡沫陶瓷過濾器的4種配置該過濾器可以放置在澆注系統的任何地方↟☁，儘可能靠近鑄件↟☁，以儘量減少金屬液的沖刷力·╃。如果在模具內接種或在模具內球化↟☁，過濾器應放置在反應室後面↟☁，過濾器應儘可能靠近內流道·╃。幾種常見的放置方法·╃。

1.種碳化矽泡沫陶瓷過濾器的選用

（1）在高溫下↟☁，過濾器能承受液態金屬侵蝕的時間有限·╃。通常↟☁，每單位過濾面積的液態金屬過濾量是有限的·╃。灰鑄鐵每平方釐米的最大過濾速率約為4千克↟☁，球墨鑄鐵每平方釐米為2千克↟☁，鑄鋼每平方釐米為1千克·╃。

（2）根據熔化金屬的純度和鑄件的材質↟☁，有一些變化·╃。灰口鑄鐵一般採用20ppi✘✘↟│、15ppi或10ppi孔徑↟☁，鑄銅和球墨鑄鐵一般採用10ppi孔徑↟☁，鑄鋼一般採用6ppi和10ppi孔徑·╃。

（3）過濾器越厚↟☁，強度越好·╃。過濾深度越深↟☁，過濾效率越高·╃。但是↟☁，過濾器的成本越高↟☁，使用成本越高↟☁，金屬液透過率越低↟☁，碳化矽泡沫陶瓷過濾器的厚度為10～40 mm↟☁，大鑄件一般為25～40 mm·╃。

2.澆注系統設計

（1）透過設定澆注系統各部分的橫截面積之比↟☁，保證適當的流量·╃。澆注系統中的最小橫截面積稱為流量控制區↟☁，因為該區域控制液態金屬的流量·╃。為了減少過濾器對液態金屬流量的影響↟☁，過濾器的流通面積應比澆注系統的流通面積大得多·╃。

（2）過濾器不應是澆口系統的流量控制部分·╃。因此↟☁，過濾器的推薦面積至少是鑄鐵的2-4倍和鑄鋼的4-6倍·╃。直澆道橫截面積與內澆道橫截面積之和一般建議為1.0✘✘↟│、1.1和1.2·╃。採用敞開式澆注系統·╃。

（3）過濾器底座設計·╃。為了使過濾器安裝方便可靠↟☁，必須將過濾器放置在一定的過濾器座上（圖3）·╃。應在鑄造模具的支撐面上做嵌條↟☁，以防砂洗（粘砂）·╃。同時↟☁，應注意上盒砂模四周應壓3-5 mm的邊緣·╃。過濾器周圍應有1-1.5 mm的間隙和集砂槽↟☁，以防落砂·╃。同時↟☁，為防止關閉箱體時壓壞過濾器↟☁，上表面應小於分型面0.5-1 mm↟☁，大尺寸過濾器支撐面寬度應大於10 mm·╃。

五·╃。碳化矽泡沫陶瓷過濾器在金屬熔體中的受力分析

無論過濾器放置在澆注系統的何處↟☁，都會受到液態金屬的流動衝擊和液態金屬的靜壓·╃。

（1）澆口杯內的主要衝擊力為液態金屬·╃。

（2）在澆口下端承受最大沖擊力和靜水壓力·╃。

（3）對轉輪施加較小的衝擊力和較大的靜壓·╃。

（4）內轉輪受到的衝擊力最小↟☁，靜壓力較大·╃。

六·╃。碳化矽泡沫陶瓷過濾器破碎現象分析

目前↟☁，製造過濾器用耐火骨料的熔點遠高於液態金屬的熔點·╃。但是↟☁，由於選擇和設計不當↟☁，過濾器可能會損壞·╃。主要有兩個原因↟•╃：

（1）由於過濾器耐火性不足↟☁，在高溫液態金屬作用下軟化↟☁，強度急劇下降·╃。如果衝擊力超過其上限↟☁，過濾器將部分損壞·╃。

（2）過濾器抗熱震性差↟☁，在淬火和加熱過程中導致過濾器開裂和破裂·╃。如果碎屑進入鑄件↟☁，鑄件可能會報廢↟☁，如何合理✘✘↟│、安全✘✘↟│、有效地使用過濾器是非常重要的·╃。

七·╃。避免碳化矽泡沫陶瓷過濾器的澆注措施

（1）根據具體的鑄造工藝↟☁，應選擇過濾器的型別和規格↟☁，設計尺寸應儘可能低至過濾器上限以下·╃。過濾器應分散在內流道中↟☁，以確保透過每個過濾器的鐵水不超過標準·╃。

（2）避免鐵水濃度透過過濾器的一部分↟☁，充分利用整個過濾器的流量；當過濾器只能放在澆口杯或轉輪的下端時↟☁，過濾器可以傾斜在陶瓷座上↟☁，以減小鐵水的衝擊力；

（3）儘量選用大孔徑濾光片↟☁，以免縮短澆注時間·╃。

（4）大型鑄件↟☁，特別是風力發電部件↟☁，超過極限時↟☁，也可採取以下安全措施·╃。碳化矽泡沫陶瓷過濾器底部應採用陶瓷孔支撐·╃。儘可能連續放置不超過3件·╃。如果合適↟☁，建議預熱過濾器達到100度·╃。

（5）過濾器的初次使用或工藝變更必須經過生產驗證↟☁，確認鑄件符合質量要求↟☁，過濾器在正式批次生產前沒有損壞·╃。