泡沫陶瓷過濾器幾種常見錯誤使用方式及糾正辦法

何忠偉

摘 要：探討泡沫陶瓷過濾器的設計應用過程中不合理導致鑄件缺陷上升，原使用泡沫陶瓷過濾網的作用：①過濾金屬液中夾雜物;②整流，紊流金屬液;最終目的，提升鑄件品質，改善鑄件表面缺陷。但是，使用過程中設計不合理，導致鑄件缺陷更加惡化。

關鍵詞：泡沫陶瓷過濾器應用合理化

1 前 言

關于泡沫陶瓷過濾器產品，發展始于20世紀70年代，經過三十多年的快速發展，制造產品的材質有：碳化硅質、氧化鋯質、氧化鋁質、石墨質等;應用領域包括鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁、鑄銅過濾。泡沫陶瓷過濾器能極大提高鑄件的表面質量及性能。

2 泡沫陶瓷過濾器介紹

它是采用聚氨酯泡沫塑料為前驅體，浸掛耐火漿料成型工藝，經高溫燒結的具有三維立體網狀結構的特種陶瓷制品。按材質分類：氧化鋁質、氧化鎂質、碳化硅質、氧化鋯質、碳復合材料質;按網孔密度ppi分類：10ppi、15ppi、20ppi、25ppi、30ppi、40ppi、50ppi、60ppi。

3 泡沫陶瓷過濾器特點

它具有獨特的三維連通曲孔網狀骨架結構以及80%～90%開口氣孔率。具有四種過濾凈化機制，即：篩分-濾餅-深床過濾機制、飄浮分離機制、深層過濾（物理吸附）和整流機制。可高效地濾除金屬液中的大塊夾雜物和大部分小至數十微米的微小懸浮夾雜物。與耐火纖維過濾網及直孔蜂窩陶瓷過濾器等相比，具有耐火度高、強度高、過濾效果好、過濾效率高等特點。

4 應用領域

泡沫陶瓷過濾器主要應用于高溫金屬液過濾、鋁合金金屬液過濾、球鐵/灰鐵及有色金屬過濾、不銹鋼/碳鋼及大型鑄件金屬液過濾，高溫煙氣處理、催化劑載體、汽車尾氣凈化裝置、隔熱隔音材料等。

5 使用原則

泡沫陶瓷過濾器總體使用原則：泡沫陶瓷過濾器放置在澆注系統中的位置：直澆道下端、橫澆道、內澆道、澆口杯。使用原則：①安放位置越靠近鑄件型腔越好，降低二次氧化的機率;② 澆注系統的設計以簡單為好，可不考慮其它擋渣措施，這樣可提高砂型的利用率和工藝出品率;③ 過濾器工作面積應為澆注系統阻流截面的4倍～6倍，以確保澆注速度不受影響;④根據鑄造合金的種類及澆注溫度選用相應的過濾器，不應超溫使用;⑤ 選擇合適的孔徑，真正起到過濾效果;⑥ 不能用過濾器來控制澆注速度。

6 過濾器的選用

根據被過濾鑄鐵的種類選擇過濾器的孔隙率，一般10ppi用于球墨鑄鐵;20ppi用于灰口鑄鐵;30ppi用于可鍛鑄;依據被過濾鑄鐵的重量決定過濾面積。過濾器具有兩種能力，要得到一個滿意的結果，必須滿足：①金屬過濾能力;②金屬流動能力。單位面積的過濾能力范圍分別：灰鐵2.0～3.8 kg/cm2、球墨鑄鐵1.0～2.0 kg/cm2、鑄鋼1.0～2.0 kg/cm2（數據作為參考），根據鑄件材質元素不同及金屬液的純凈度等有所變化。

7 泡沫陶瓷過濾器座的設計

潮模砂使用時最好設計一過濾器座（自硬砂較好），防止人為帶入雜質。

過濾器座的設計要充分考慮過濾器安放方便（如錐面、斜度、間隙等）和牢固可靠。在安放處的鑄型支撐面要做有圓角（抹棱）以防沖砂，應注意：

①鐵水流入面要留有3～5mm 搭接量;

②鐵水流出面要留≥5mm 的支撐寬度;

③過濾器四周留有1～1.5mm間隙及集砂槽溝， 以防插入時不小心掉下散落的砂粒帶入型內;

④過濾器上表面應低于分型面0.5～1mm，以防合箱時壓壞砂型。

7.1 過濾器應用案例圖

過濾器的幾種安裝方式見圖1～圖3。

7.2過濾器應用案例解析

正確應用泡沫陶瓷過濾器：①過濾器金屬液流入面，直澆道設計為開放式系統。有效使用過濾面積;②過濾器有合適的間隙，安放時，過濾器可防止與砂型側面擦砂及合箱壓砂，預防掉下散落的砂粒帶入型內;③過濾器金屬液流出面要留≥5mm 的支撐寬度，澆注時有效起到澆注壓力支撐作用。

正確應用泡沫陶瓷過濾器的效果：

①有效過濾雜質，提高金屬液的溶液純凈度;

②減少紊流卷氣，使金屬液充型平穩，鑄件組織分布均勻;

③降低鑄件缺陷，提高表面質量及成品率，有利于切削加工，降低制造成本。

▲ 錯誤應用泡沫陶瓷過濾器案例一：

過濾器金屬液流入面，直澆道沒有設計開放式系統。過濾器未能達到最佳的有效使用過濾面積，反而，金屬液對泡沫陶瓷過濾器的沖擊力和靜壓力增大，容易出現過濾器沖碎，詳見圖4。

澆注系統未設計開放式錯誤應用泡沫陶瓷過濾器的后果：

①過濾面積變小，影響金屬液流速;

②澆注時，過濾器受金屬液最大的沖擊力和靜壓力，容易導致過濾器破碎;

③沒有有效地利用過濾器的過濾面積，導致浪費過濾器成本。

▲ 錯誤應用泡沫陶瓷過濾器案例二：

過濾器上型面設計為0mm間隙，當過濾器厚度尺寸波動上限值時，合箱時壓壞砂型，直澆道與過濾器座容易產生脫離，詳見圖5。

過濾器上型設計為0mm間隙應用泡沫陶瓷過濾器的后果：

①上/下型合模時，會產生擠壓，破壞砂型，使散落的砂粒掉落在過濾器表面，將過濾器網孔堵塞，影響金屬液的流速，還會將細微砂粒隨同金屬液流入到型腔內，導致鑄件砂眼/渣眼缺陷上升，影響鑄件質量。

②澆注金屬液凝固后，直澆道與過濾器座容易產生脫離現象。

鑄件缺陷SEM EDS表面分析結果見圖6。

①缺陷SEM EDS表面分析顯示：

●聚集的生型砂;

●硅砂表面檢測出粘土礦物;

●產生熔渣化氣體。

②結論：

設計過濾網座與過濾網高度尺寸為0mm間隙時，合模會產生擠壓，破壞砂型，引起鑄件砂眼/渣眼缺陷上升。

8 常見過濾器各種放置方式優缺點匯總

常見過濾器各種放置方式的優缺點見表1。

9 結 論

（1）根據應用條件，澆注溫度、重量、澆注時間，選擇合理的過濾器尺寸規格型號，才能確保過濾器產品應用安全性。

（2）過濾器座與過濾器產品配合尺寸間隙合理化，及澆注系統截面積設計比例合理化，才能發揮過濾器過濾效果，避免金屬液紊流，提高鑄件成品率。