過(guò)濾器技術(shù)在大型鑄鐵件上的應(yīng)用方案

趙遠(yuǎn)明，劉黨庫(kù)，王軍，張科峰

過(guò)濾器技術(shù)在大型鑄鐵件上的應(yīng)用方案

趙遠(yuǎn)明，劉黨庫(kù)，王軍，張科峰

【摘要】主要介紹陶瓷過(guò)濾器在大型球墨鑄鐵、灰鑄鐵件上應(yīng)用的必要性、可行性，并列舉幾個(gè)典型方案，最后論述使用過(guò)濾器的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

一、概述

金屬液過(guò)濾技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于中小鑄鐵件領(lǐng)域，特別是汽車(chē)、液壓件領(lǐng)域，過(guò)濾器的作用也得到廣大鑄造工作者的認(rèn)可，使用方法也比較成熟，為我國(guó)汽車(chē)鑄件質(zhì)量的提升起到了很重要的作用。但是，在大型鑄鐵件領(lǐng)域，只有個(gè)別幾家鑄造企業(yè)應(yīng)用，還沒(méi)有得到普遍推廣，究其原因應(yīng)該有幾個(gè)方面：主要是對(duì)過(guò)濾的效果、安全性、方法、成本及效益的認(rèn)識(shí)不清楚；大型鑄鐵件生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，一個(gè)夾雜物在某些關(guān)鍵部位的出現(xiàn)就有可能導(dǎo)致整個(gè)鑄件的報(bào)廢。如果夾雜缺陷是在機(jī)加工時(shí)才發(fā)現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致鑄件加工成本的增加。因此，都希望能把大型鑄鐵件的夾雜廢品率降至最低，而鐵液過(guò)濾是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，我公司根據(jù)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和多個(gè)案例，在此與大家分享。

二、使用過(guò)濾器的必要性

（1）鐵液前期熔化、包內(nèi)處理形成的渣不能在造渣過(guò)程中完全脫除。

（2）澆注系統(tǒng)沖刷掉的渣易進(jìn)入鑄件。

（3）鐵液充型不平穩(wěn)造成紊流形成的二次氧化渣。

（4）鐵液沖刷型芯造成的涂料、砂粒脫落渣。

三、大型鑄鐵件使用過(guò)濾器的可行性分析

1. 適用范圍

大型鑄鐵件一般是指幾噸以上的鑄件，目前有最大60t球墨鑄鐵件過(guò)濾應(yīng)用的案例，主要在大型風(fēng)電件、注塑機(jī)件、機(jī)床件上使用。

2. 適用的過(guò)濾器類(lèi)型

適用于大型鑄鐵件的過(guò)濾器主要有碳化硅泡沫陶瓷、氧化鋁直孔、碳質(zhì)泡沫陶瓷和氧化鋯泡沫陶瓷過(guò)濾器。

3. 各種過(guò)濾器尺寸及安全過(guò)濾量的確定

（1）碳化硅泡沫陶瓷過(guò)濾器及直孔過(guò)濾器 由于大型鑄件澆注時(shí)間長(zhǎng)，鐵液落差大，對(duì)過(guò)濾器沖擊力也很大，因此過(guò)濾器的厚度一般選擇30～40mm，單位平方厘米過(guò)流量不超過(guò)3kg鐵液，主要是單層加厚泡沫陶瓷過(guò)濾器，采用10ppi孔徑。有些采用直孔加泡沫陶瓷兩層方式，考慮到過(guò)濾效果，一般不單獨(dú)采用直孔過(guò)濾。

（2）碳質(zhì)過(guò)濾器 因其耐火度較高（1650℃），高溫性能好，所以過(guò)濾器厚度一般在25～35mm，單位平方厘米過(guò)流量可放大至5～6kg。碳質(zhì)過(guò)濾器不需預(yù)熱，且蓄熱系數(shù)非常低、重量輕，有利于金屬液的快速啟動(dòng)，從而消除了熔融金屬在過(guò)濾過(guò)程中凝固的風(fēng)險(xiǎn)，但由于碳在有氧環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，所以要通過(guò)小批量驗(yàn)證后才能確定方案。

（3）鋯質(zhì)過(guò)濾器 耐火度達(dá)1700℃，化學(xué)穩(wěn)定性好，所以其承受的鐵液量更高，一般選擇厚度為25～30mm，孔徑10ppi，單位平方厘米過(guò)流量可達(dá)到6～8kg。

四、過(guò)濾器應(yīng)用案例

1. 碳化硅泡沫過(guò)濾器在球墨鑄鐵件上應(yīng)用案例

工藝方案：

球墨鑄鐵件澆注重量3.5t，澆注溫度1350℃，澆注時(shí)間65s；過(guò)濾器平放于橫澆道，如圖1所示；平放8片 FCF-2B，規(guī)格200mm×100mm×25mm （10ppi），如圖2所示；鐵液從過(guò)濾節(jié)下面通過(guò)陶瓷管底注入型腔下箱模樣。

工藝優(yōu)點(diǎn)：

（1）有利于渣在橫澆道上浮，避免影響澆注速度或堵塞過(guò)濾器。

（2）鐵液經(jīng)過(guò)過(guò)濾器后流動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)，防止二次氧化渣的產(chǎn)生。

（3）過(guò)濾器均布，每片過(guò)濾器流過(guò)的鐵液較均勻，避免個(gè)別過(guò)濾器承受過(guò)量流量。

2. 碳化硅泡沫陶瓷過(guò)濾器在大型風(fēng)電鑄件上的應(yīng)用案例

風(fēng)電輪轂：球墨鑄鐵，澆注溫度1360℃，澆注重量9.8t，澆注時(shí)間170s，雙直澆道，采用12片F(xiàn)CF-2B過(guò)濾器，規(guī)格150mm×150mm×40mm （10ppi），通過(guò)12根陶瓷管底注入型腔，如圖3所示。

結(jié)果分析：鑄件充型平穩(wěn)，夾雜缺陷明顯減少；單片過(guò)濾器可承受800kg鐵液流量，噸鑄件過(guò)濾器材料成本低；減少過(guò)濾節(jié)數(shù)量，鑄件工藝出品率達(dá)85%。

3. 碳質(zhì)泡沫陶瓷過(guò)濾器在大型球墨鑄鐵件上的應(yīng)用案例

工藝方案：球墨鑄鐵，澆注溫度1350℃，鑄件重量11.5t，澆注重量13t，過(guò)濾器型號(hào)FCF-1S-10 150mm×150mm×30 （10ppi），10片，通過(guò)陶瓷管底注，澆注時(shí)間210s。圖4為澆注系統(tǒng)局部示意。

結(jié)果分析：由于鐵液通過(guò)均布的多個(gè)內(nèi)澆道底注入型腔，充型平穩(wěn)，鐵液又經(jīng)過(guò)過(guò)濾、整流，鑄件無(wú)夾渣缺陷，由于采用碳質(zhì)過(guò)濾器比采用碳化硅過(guò)濾器減少7片，也就是減少了過(guò)濾節(jié)浪費(fèi)的鐵液量，鑄件工藝出品率達(dá)到89%。

4. 氧化鋯集成過(guò)濾節(jié)在大型鑄鐵件上的應(yīng)用案例

集成過(guò)濾節(jié)（見(jiàn)圖5）內(nèi)預(yù)置氧化鋯泡沫陶瓷過(guò)濾器，在使用時(shí)只需對(duì)接陶瓷管即可，放置位置靈活，不占用型板空間，可降低砂鐵比。氧化鋯過(guò)濾器耐火度高，高溫強(qiáng)度高，耐沖擊性好，并且氧化鋯不易與各種合金反應(yīng)，在過(guò)濾器不堵塞的情況下，可過(guò)濾盡可能多的鐵液，比傳統(tǒng)過(guò)濾節(jié)操作簡(jiǎn)便，成本低。集成過(guò)濾包如圖6所示。

5. 雙層組合過(guò)濾器在大型鑄鐵件上的應(yīng)用

工藝方案：鑄件材質(zhì)QT350-23，重量3.9t，澆注鐵液4.5t，澆注溫度1350～1360℃。

圖1　過(guò)濾器放置

圖2　FCF-2B過(guò)濾片

圖　3

圖4　澆注系統(tǒng)局部示意

圖5　J150集成過(guò)濾節(jié)

型號(hào)規(guī)格為碳質(zhì)泡沫陶瓷過(guò)濾器1 5 0 m m×

150m m×22m m+直孔過(guò)濾器150mm×150mm×22mm（6組），如圖7所示。

雙層過(guò)濾存在的問(wèn)題：直孔過(guò)濾器是為增加支撐強(qiáng)度作用，過(guò)濾、吸附及整流效果不如泡沫過(guò)濾器，分層的支撐強(qiáng)度不如整體過(guò)濾器支撐強(qiáng)度高，因下層一旦變形垮塌（見(jiàn)圖8），泡沫過(guò)濾器也很難再支撐，所以現(xiàn)在很多鑄造廠使用加厚的泡沫陶瓷過(guò)濾器（見(jiàn)圖9），使用安全，效果也更好。

6. 碳化硅過(guò)濾器在大型消失模鑄鐵件上的應(yīng)用案例

工藝方案：汽車(chē)模具鑄件，材質(zhì)HT300，鑄件凈重16t，澆注鐵液16.9t，

造型材料為呋喃樹(shù)脂砂，澆注溫度1 3 4 0～1 3 6 0℃，過(guò)濾器型號(hào)F C F - 2 B，150mm×150mm×40(10ppi)，過(guò)濾器片數(shù)18片，如圖10、圖11所示。

五、結(jié)語(yǔ)

（1）過(guò)濾器在大型鑄鐵件上的應(yīng)用已探索出成熟的方案，效果明顯，可降低廢品率，減少修補(bǔ)量，減小加工余量，改善鑄件表面質(zhì)量，提高力學(xué)性能。

（2）針對(duì)不同的鑄件需選擇不同的方案，可設(shè)計(jì)模擬。

（3）設(shè)計(jì)時(shí)盡量使每片過(guò)濾器流經(jīng)的鐵液量均衡，盡量減小鐵液對(duì)過(guò)濾器的沖擊力，過(guò)濾器平放于橫澆道，過(guò)濾器支撐臺(tái)10～12mm，較大尺寸過(guò)濾器可采用陶瓷片支撐，以提高使用安全系數(shù)。

（4）采用開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，直澆道:橫澆道:內(nèi)澆道=1:（1.1 ～1.2）:（1.3～1.4），鐵液進(jìn)入型腔的線(xiàn)速度控制在0.5～0.7m/s。

（5）企業(yè)在選擇應(yīng)用過(guò)濾器時(shí)，工藝應(yīng)驗(yàn)證后再轉(zhuǎn)到批量生產(chǎn)。

圖6　Q75集成過(guò)濾包

圖　7

圖　8

圖　9

圖　10

圖　11

20150128

作者簡(jiǎn)介：趙遠(yuǎn)明、劉黨庫(kù)、王軍、張科峰，濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司。