熔模鑄造碳鋼件過濾技術研究

劉子健

【摘要】熔模碳鋼件的過濾介質可采用耐高溫纖維過濾網。用過濾工藝能改善碳鋼的組織和性能。熔模碳鋼件過濾后能有效去除鋼中非金屬夾雜物，明顯減少鑄件渣眼和氣孔等缺陷，提高鑄鋼件質量。

【關鍵詞】熔模鑄造；碳鋼件；過濾技術

一、熔模鑄造碳鋼件過濾技術

（一）過濾器的安放位置影響過濾效果

如何放置過濾器，這是熔模鑲鋼件過濾技術的首要問題。即子過濾器放在橫澆道中和過濾裝置放在模組上面試驗結果表明，試驗所用過濾工藝能提高碳鋼件的質量，前者操作復雜，受熔模鑄造工藝影響，使過濾效果不易穩定，但用來考察某種過濾器的過濾效果時做對比試驗較合適。后者使用靈活方便，不影響原生產工序，過濾效果好，適宜于生產中使用。

（二）過濾提高鑄鋼機械性能的分析

碳鋼經過濾后試樣的抗拉強度和延伸率都有不同程度的提高，其中延伸率的提高較為明顯。分析其原因主要與過濾非金屬雜物、改善鋼的組織、減少鑄造缺陷等有關。當非金屬夾雜物、氣孔和疏松等鑄造缺陷存在鋼的組織中時，破壞了金屬基體的連續性，在鑄件受力時易引起應力集中而使鋼的機械性能降低。央雜物與基體的晶體結構不同，在塑變形過程中由于夾雜物的變形能力通常比基體金屬低，在受力變形時會阻礙基體產生塑性變形，在夾雜物上形成應力集中，使夾雜和基體分離形成空穴。隨著外力加大，此空穴和基體中的疏松、氣少，因而使試樣的延伸率提高。

（三）過濾去除夾雜物的討論

聯板經過濾后可明顯減少渣眼和氣孔等缺陷，使鑄件表面光潔美觀。過濾去除夾雜物的機理根據資料吸附捕獲和因過濾使流股趨于層流，而使較輕的夾雜物上浮去除。試樣斷口的自視觀察和金相分析表明，經過濾的試樣斷口和金相組織比未過濾的細密、基體組織均勻。分析其原因，首先，是由子過濾去除了大尺寸的懸浮顆粒，因而在冷卻過程中使鋼中大量小尺寸的懸浮顆粒在較大的過冷度下同時達到形核條件而形核使晶粒變細。鋼中央雜物的去除提高了鋼水的流動性，在同一型腔內排列過濾和未過濾螺旋形試樣模，澆注后測定螺旋形試樣長度，過濾螺旋形試樣比未過濾的長，使在鑄鋼凝固中減少了枝晶間補縮通道中的阻力，減少了疏松傾向使組織致密。硫化物的被過濾，減少了氣泡形成的非自發核心及鋼渣相互作用產生的渣氣孔使試樣致密。鋼水遇到過濾器骨架分開后又合攏而起到攪拌作用，可使加入的合金成分分布均勻，有利于碳鋼組織的均勻。

（四）過濾提高鑄鋼件的合格率

鑄鋼件經過濾后，減少了由夾雜造成的廢品，降低了焊補率，提高了合格率。分析熔模鑄造帽式過濾器的主要過濾機理如下：首先，是過濾器對夾雜物的機械阻截，即鋼液中較大的夾雜物在濾網表面受到阻擋，隨著阻擋在過濾器表面上的夾雜物數量不斷增多，形成“濾餅”的夾雜物層，使鋼水的流道逐漸變細，從而可以過濾小于網眼尺寸的夾雜物。網孔為1.65mm×1.65mm的過濾網可以阻擋尺寸小于0.3mm的夾雜物。其次，由于吸附捕獲，小于網孔的夾雜物隨同鋼水在過濾中被分割成細小的流股單元增大了與過濾器的接觸面積，減小了夾雜物與過濾器的距離，由于靜電吸引導致夾雜物被吸附在過濾器上。這種吸附也取決于溶液與質點的相對界面能。如果相對界面能高，質點附著在該表面上而被排除，同時由于合金熔液有足夠高的能量，使質點“烘結”在濾網表面上。由上述機理分析可知，本研究所用熔模鑄造帽式過濾器，不僅能過濾鋼中大于網孔的大塊夾雜物，而且也能過濾小于網孔的夾雜物，從而減少了精鑄件因夾雜造成的廢品，使熔模鑄鋼件合格率提高。

二、技術控制

（一）加強爐料管理

保證爐料自身的清潔也是減少鋼水中含量的一項重要措施。精選后的爐料必須分類存放在干凈、干燥的庫房內。爐料在入爐熔化前要經過熔燒和拋丸清理。另外，回爐料一定要摻配使用，切不可整爐使用。

（二）充分調動操作人員的積極性

所有的方案最終都需要由操作人員來完成，對于鑄造行業，操作人員的技能、習慣等往往直接影響鑄件的最終品質，這就需要技術及管理人員要深入現場，在貫徹工藝規范的同時，認真及時地總結經驗。如溫度控制，對于絕大多數廠家而言，完全沒有必要追求昂貴的、高精度的測溫儀器，實踐中有許多簡易適用的測溫方法，再借助于普通的光學測溫儀，就可以較精確地掌握出爐及澆注溫度。一個有經驗的澆注工，根據澆注后包嘴的掛包情況，就可以基本估算出澆注溫度是否合適。在采用中頻爐叉殼澆注碳鋼鑄件組時，有的叉殼接水的操作工，有意識地將型殼傾斜一定角度，再讓澆冒口盡量靠近爐子的出水口，然后隨著鋼水的注入不斷扶正型殼，這種手法可減少鋼水的沖擊，促使鋼水平穩有序地充型。

（三）合理地控制澆注溫度

過高的澆注溫度不但提高了氧化程度，且能提高碳的活性，從而加大了澆注過程中溢爐反應的程度。曾發生過十分嚴重的反應性氣孔，整個鑄件組上下布滿了蜂窩狀的孔洞，與濕殼澆注所造成的侵入性氣孔極其相似，這與高溫澆注有著直接的關系。過高的溫度，不僅使溢爐反應更為強烈，同時還延長了反應時間，從而造成鑄件成批報廢。澆注時較為嚴重的溢爐反應多發生在用中頻爐熔煉的條件下，這可能與中頻爐的升溫速度相對較快，溫度不易控制有關。

總之，只要措施得當，管理人員、技術人員及操作者的共同努力，對提高熔模鑄造碳鋼件質量有實用意義。

參考文獻

[1]佟天夫等.熔模精密鑄造工藝[M].北京：機械工業出版社，2016.

[2]浙江大學等.硅酸鹽物理化學[M].北京：中國建筑工業出版社，2017.