Пенокерамические фильтры в фильтровании стали

Авг 29, 2013
Технологии и наука

М.В. Леонтиев — официальный представитель в Украине чешской компании LANIK, рассматривает технологии и материалы компании LANIK s.r.o. для фильтрации стали в процессе получения качественного стального литья.

ФОП ЛЕОНТІЄВ Михайло Васильович (г. Киев, Украина) предлагает в области фильтрования стали следующие материалы и услуги:

Пенокерамические фильтры VUKOPOR® HTX, VUKOPOR® HT
Фильтрационные технологии «под заказ»
Фильтрационные формы
Вспомогательные изделия
Техническая помощь
Разработка литниковых систем с фильтром
Разработка фильтровальных ячеек

Пенокерамические фильтры VUKOPOR^®

Пенокерамические фильтры VUKOPOR^® изготавливаются из специально подобранных керамических материалов, которые обеспечивают их высокую жаропрочность и стабильность в процессе литья. Керамическое тело фильтра определяется трехмерной структурой взаимооткрытых пор, образующих лабиринт. Этой структурой и собственно керамикой фильтра обуславливаются оптимальные условия для использования всех механизмов активной фильтрации с возможностью плавного заполнения формы.

Уловленные включения внутри фильтра

Фильтры позволяют устранить из фильтруемого металла нежелательные включения, а также обеспечить ламинарный поток металла за фильтром, в результате чего происходит спокойное наполнение формы без риска ее эрозии. Кроме того, обеспечиваются условия, препятствующие вторичной оксидации металла.

Потоки расплава в процессе литья. Голубой цвет – ламинарный поток за фильтром

VUKOPOR^® HTX

Пенокерамические фильтры VUKOPOR® HTX предназначены для фильтрования стальных сплавов при температуре до 1700°C. Кроме того, они также успешно применяются и для фильтрования серого и высокопрочного чугуна, в частности при сложных технологиях литья крупных отливок. Уникальная теплопроводность фильтров вместе с их небольшим весом обеспечивают быстрый прогрев фильтра (priming). Керамический материал фильтров хорошо поддается механической обработке, что обеспечивает нежелательный износ инструментов в процессе удаления фильтра из застывшей литниковой системы.

Фильтры с успехом применяются в тех случаях, где нельзя применить изделия из оксида циркония (риск ограничения прохождения металла или его полное «замерзание»), прежде всего при прямом литье на фильтр. Фильтры VUKOPOR^® HTX менее пригодны для фильтрования низкоуглеродистых стальных сплавов (содержание углерода ниже 0,16 %), т.к. в этом случае изделие может служить дополнительным источником углерода.

Oсновные характеристики фильтра пористостью 10 ppi:

базовая составляющая — углерод
фильтровальный ресурс до 4 kg/cm²
скорость фильтрования 0,08-0,14 kg/cm²/s

Преимущества:

низкая теплоемкость —> быстрый прогрев
низкая плотность —> всплытие фильтра после литья (прямое литье)
высокая тепловая и химическая стойкость
высокая скорость фильтрования

Недостатки:

углеродная основа —> риск науглероживания низкоуглеродистых сталей, нельзя подогревать в кислой среде (напр. в печи обжига).

VUKOPOR^® HT

Пенокерамические фильтры VUKOPOR^® HT предназначены для фильтрования стальных сплавов при температуре до 1700°C. Изделия предназначаются для гравитационного литья в песчаные и керамические формы, для точного литья по выплавляемым восковым моделям, а также для других технологий при литье низкоуглеродистых сталей. Это определяется их высокой химической чистотой, механической прочностью стойкостью к тепловым шокам.

Основные характеристики фильтра пористостью 10 ppi:

базовая составляющая – оксид циркония
фильтровальный ресурс до 3,5 kg/cm²
скорость фильтрования 0,08-0,12 kg/cm²/s

Преимущества:

высокая механическая прочность —> удобные к применению (нар. обжиг оболочек)
высокая химическая чистота —> для отливок из низкоуглеродистых сталей

Недостатки:

высокая теплоемкость —> медленный прогрев —> риск «замерзания» металла
высокая объемная плотность и твердость керамики —> риск быстрого расходования режущих инструментов при удалении фильтра из застывшей литниковой системы

Способы размещения фильтров

В распределительных каналах литниковой системы

Таблица 1. Отношения сечений элементов литниковой системы

S_стояк	S_фильтр	S_канал	S_{питатель}
1	4-6	1,15	1,3

Рисунок к таблице 1.

Примеры размещения фильтров в распределительном канале:

Вертикальная установка фильтра

Горизонтальная установка фильтра

Установка фильтра под углом

В экзотермической воронке-прибыли (прямое литье на фильтр)

Преимущества:

полностью исключается литниковая система —> выход годного до 90%
спокойное заполнение формы —> исключается эрозия формы
короткий путь прохождения металла
улавливание нежелательных включений в металле
экзотермическая прибыль

Примеры использования экзотермических прибылей:

Экзотермическая воронка-прибыль Faprosid 25B

Изделие является комбинацией литейной воронки и экзотермической прибыли, и применяется для прямого литья через пенокерамический фильтр (система прямоточной заливки через экзотермическую прибыль). В воронку вставляется пенокерамический фильтр VUKOPOR HTX специальной формы с частично скошенной боковой поверхностью. Размеры воронки и фильтра зависят от количества металла для фильтрования и от скорости литья. После окончания заливки фильтр всплывает на поверхность расплава и легко удаляется.

Таблица 2. Размеры экзотермических воронок-прибылей

Тип	D	d	D1	d1	H	T	Объем	Модуль
Тип	мм	мм	мм	мм	мм	мм	дм3	см
TXS0	59	50	25	16	75	3	0,13	1,3
TX0	60	50	35	25	98	3	0,18	1,5
TX05	70	60	40	30	98	3	0,25	1,8
TX1	85	75	47	37	98	3	0,40	2,1
TX2	97	85	58	46	98	4	0,47	2,3
TX2R	100	87	56	43	149	4	0,79	2,5
TX3	108	95	60	47	152	4	0,92	2,8
TX4	134	120	74	60	149	4	1,39	3,2
TX4/5	164	149	85	70	165	5	2,46	3,5
TX5	166	149	87	70	195	5	2,98	3,8
TX5/6	192	175	103	86	200	5	3,95	4,2
TX6	195	175	106	86	245	5	5,03	4,6
TX7	219	198	119	98	246	5	6,42	5,0
TX8	238	216	132	110	243	5	7,92	5,4
TX9	277	252	149	124	300	6	12,12	6,1
TX10	327	300	176	150	300	6	17,03	6,9
TX11	382	355	202	175	300	6	22,51	7,6

Пример 1: Повышение выхода годного за счет применения экзотермической прибыли, фильтра и холодильников

Отливка: корпус коробки передач грузового автомобиля.
Материал: низколегированная марганцевая сталь.

Пример 2: Повышение выхода годного за счет экзотермической прибыли и фильтров

Отливка: мелющая плита
Материал: марганцевая сталь

Старая технология: заполнение формы снизу через шамотовую воронку с литником, экзотермические воронки 2 шт., без фильтров

m=135 kg
Y= 65 %

Новая технология: прямое литье на фильтр, экзотермические воронки 2 шт., фильтр Vukopor HTX 1 шт.

m=115 kg
Y= 74 %

Преимущества:

Повышение выхода годного на 9%
Улучшение качества отливки – исключение нежелательных примесей.
Уменьшение затрат на финальную обработку.
Исключение шамотных воронок.

В фильтрационной карусели или фильтрационной решетке

Преимущества:

возможность фильтрования при литье тяжелых отливок;
агрегатная система, простота подключения к литейной системе;
минимизация риска разрушения фильтра;
увеличение фильтровального ресурса фильтров.

Конструкция этих фильтрационных форм основывается на том, что изделия состоят из двух половин (нижней и верхней), а внутри их размещаются пенокерамические фильтры, количество и размер которых зависят от количества фильтруемого металла.

Такие фильтрационные технологии используются при литье стальных или чугунных отливок большого веса, где в качестве литниковой системы используются шамотные литейные формы. Фильтрационная карусель или решетка присоединяется к шамотной литниковой системе, оставаясь при этом закрытыми, а соответственно чистыми внутри.