過濾器技術在大型鑄鐵件上的應用方案

趙遠明，劉黨庫，王軍，張科峰

過濾器技術在大型鑄鐵件上的應用方案

趙遠明，劉黨庫，王軍，張科峰

【摘要】主要介紹陶瓷過濾器在大型球墨鑄鐵、灰鑄鐵件上應用的必要性、可行性，并列舉幾個典型方案，最后論述使用過濾器的綜合經濟效益。

一、概述

金屬液過濾技術已經廣泛應用于中小鑄鐵件領域，特別是汽車、液壓件領域，過濾器的作用也得到廣大鑄造工作者的認可，使用方法也比較成熟，為我國汽車鑄件質量的提升起到了很重要的作用。但是，在大型鑄鐵件領域，只有個別幾家鑄造企業應用，還沒有得到普遍推廣，究其原因應該有幾個方面：主要是對過濾的效果、安全性、方法、成本及效益的認識不清楚；大型鑄鐵件生產成本高，生產周期長，一個夾雜物在某些關鍵部位的出現就有可能導致整個鑄件的報廢。如果夾雜缺陷是在機加工時才發現，會導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，而鐵液過濾是關鍵環節，我公司根據多年的設計經驗和多個案例，在此與大家分享。

二、使用過濾器的必要性

（1）鐵液前期熔化、包內處理形成的渣不能在造渣過程中完全脫除。

（2）澆注系統沖刷掉的渣易進入鑄件。

（3）鐵液充型不平穩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球墨鑄鐵件過濾應用的案例，主要在大型風電件、注塑機件、機床件上使用。

2. 適用的過濾器類型

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

3. 各種過濾器尺寸及安全過濾量的確定

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

（2）碳質過濾器 因其耐火度較高（1650℃），高溫性能好，所以過濾器厚度一般在25～35mm，單位平方厘米過流量可放大至5～6kg。碳質過濾器不需預熱，且蓄熱系數非常低、重量輕，有利于金屬液的快速啟動，從而消除了熔融金屬在過濾過程中凝固的風險，但由于碳在有氧環境下會產生氧化反應，所以要通過小批量驗證后才能確定方案。

（3）鋯質過濾器 耐火度達1700℃，化學穩定性好，所以其承受的鐵液量更高，一般選擇厚度為25～30mm，孔徑10ppi，單位平方厘米過流量可達到6～8kg。

四、過濾器應用案例

1. 碳化硅泡沫過濾器在球墨鑄鐵件上應用案例

工藝方案：

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

工藝優點：

（1）有利于渣在橫澆道上浮，避免影響澆注速度或堵塞過濾器。

（2）鐵液經過過濾器后流動相對平穩，防止二次氧化渣的產生。

（3）過濾器均布，每片過濾器流過的鐵液較均勻，避免個別過濾器承受過量流量。

2. 碳化硅泡沫陶瓷過濾器在大型風電鑄件上的應用案例

風電輪轂：球墨鑄鐵，澆注溫度1360℃，澆注重量9.8t，澆注時間170s，雙直澆道，采用12片FCF-2B過濾器，規格150mm×150mm×40mm （10ppi），通過12根陶瓷管底注入型腔，如圖3所示。

結果分析：鑄件充型平穩，夾雜缺陷明顯減少；單片過濾器可承受800kg鐵液流量，噸鑄件過濾器材料成本低；減少過濾節數量，鑄件工藝出品率達85%。

3. 碳質泡沫陶瓷過濾器在大型球墨鑄鐵件上的應用案例

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

結果分析：由于鐵液通過均布的多個內澆道底注入型腔，充型平穩，鐵液又經過過濾、整流，鑄件無夾渣缺陷，由于采用碳質過濾器比采用碳化硅過濾器減少7片，也就是減少了過濾節浪費的鐵液量，鑄件工藝出品率達到89%。

4. 氧化鋯集成過濾節在大型鑄鐵件上的應用案例

集成過濾節（見圖5）內預置氧化鋯泡沫陶瓷過濾器，在使用時只需對接陶瓷管即可，放置位置靈活，不占用型板空間，可降低砂鐵比。氧化鋯過濾器耐火度高，高溫強度高，耐沖擊性好，并且氧化鋯不易與各種合金反應，在過濾器不堵塞的情況下，可過濾盡可能多的鐵液，比傳統過濾節操作簡便，成本低。集成過濾包如圖6所示。

5. 雙層組合過濾器在大型鑄鐵件上的應用

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

圖1　過濾器放置

圖2　FCF-2B過濾片

圖　3

圖4　澆注系統局部示意

圖5　J150集成過濾節

型號規格為碳質泡沫陶瓷過濾器1 5 0 m m×

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

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

6. 碳化硅過濾器在大型消失模鑄鐵件上的應用案例

工藝方案：汽車模具鑄件，材質HT300，鑄件凈重16t，澆注鐵液16.9t，

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

五、結語

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

（2）針對不同的鑄件需選擇不同的方案，可設計模擬。

（3）設計時盡量使每片過濾器流經的鐵液量均衡，盡量減小鐵液對過濾器的沖擊力，過濾器平放于橫澆道，過濾器支撐臺10～12mm，較大尺寸過濾器可采用陶瓷片支撐，以提高使用安全系數。

（4）采用開放式澆注系統，直澆道:橫澆道:內澆道=1:（1.1 ～1.2）:（1.3～1.4），鐵液進入型腔的線速度控制在0.5～0.7m/s。

（5）企業在選擇應用過濾器時，工藝應驗證后再轉到批量生產。

圖6　Q75集成過濾包

圖　7

圖　8

圖　9

圖　10

圖　11

20150128

作者簡介：趙遠明、劉黨庫、王軍、張科峰，濟南圣泉集團股份有限公司。