Показать меню Технической информации

Применение керамических фильтров в литниковых системах

(Э.М. Артц. по материалам специальной конференции Американского общества литейщиков "Modern Casting", март, 1987 г.

Аннотация

Установка стержней теперь уже не является последней операцией литейщиков перед закрытием формы при подготовке ее к заливке. Применение фильтров, устанав­ливаемых в литниковой системе, расширяется, по мере того как литейщикам ста­новится известно, что это помогает уменьшить отходы и снизить затраты на производ­ство.

На литейных предприятиях США возрос интерес к фильтрованию расплавлен­ных чугуна и стали в процессе литья. В большой мере это вызвано потребностью в ли­тейной продукции более высокого качества и экономически конкурентоспособной. Возможность удалить примеси из расплавленного металла до того, как они попадут в полость формы, позволит литейным предприятиям уменьшить скрап и литейный воз­врат и снизить за счет этого общие затраты.

Похоже, что фильтрование расплавленных металлов позволит решить сразу не­сколько насущных проблем литейного производства. Уже известно, что оно помогает повысить качество отливок экономически эффективным способом. При этом упор де­лается на предупредительные меры, а не на методы выявления брака. Фильтрование может способствовать сокращению объема работ по очистке и обработке отливок. Кроме того, сообщалось, что производство отливок, свободных от включений, улуч­шает отношения между литейными цехами, механическими цехами и, в конечном ито­ге, потребителями литья.

Но в то время как применение методов фильтрования в литейном производстве США расширяется, в понимании процесса остается много вопросов. Фильтрование расплавленного чугуна и стали может потребовать изменения литниковой системы, а также проведения некоторых исследований для определения подходящего типа фильт­ра, его размеров и т.д. для достижения оптимальных характеристик. Несмотря на не­обходимость такой предварительной работы, представляется, что получаемый эффект может значительно перевесить любые дополнительные усилия.

Обзор процесса фильтрования черных металлов был сделан в ходе специальной конференции Американского общества литейщиков, проведенной 19-20 ноября 1985 г. в Роузмонт (США).

Как сказал Дж.Б.Мок из Центрального литейного отделения фирмы "GMC":
"... главным оружием литейщика является качество производимой продукции".

Рис.1 Фильтры из ячеистой керамики (слева) и из пенокерамики (справа)

Дж.Б.Мок рассматривает качество продукции с точки зрения обеспечения каче­ства, то есть в концепции предупредительных мер, а не выявления отклонений в гото­вой продукции. "Фильтрование металла является предупредительной мерой в том смысле, что вы стараетесь не дать дефектам литья возникнуть", - указал он.

Фильтрация, как, объясняет Дж.Б. Мок, представляет собой введение сепари­рующей преграды в определенном месте на пути расплавленного металла из плавиль­ного аппарата в полость формы. В правильно сконструированной фильтровальной сис­теме фильтр должен задерживать содержащиеся в расплаве загрязнения, но не мешать стабильному течению металла через литниковую систему.

"Я чувствую, что мы должны осознать, что фильтрация является также и фор­мой выявления отклонений", - сказал Дж.Б.Мок, добавив, что следует различать фильтрование как широкомасштабную программу обеспечения качества и фильтрова­ние, как средство выявления примесей в низкосортном расплаве.

Хотя Дж.Б.Мок и предупреждает, что литейщики должны быть готовы к тому, что получение высококачественного литья потребует много большего, чем просто фильтрование расплава, он все же считает, что это шаг на пути к производству безде­фектной литейной продукции. Он сказал, что возможности фильтрования черных ме­таллов, как средства в арсенале литейщиков, производят на него большое впечатление.

Технология фильтрования расплавленного металла не нова. На предприятиях по выплавке алюминия и производству алюминиевого литья эта технология используется на протяжении ряда лет для удаления металлических и неметаллических включений; применяется она и при литье по выплавляемым моделям для фильтрования дорогих сплавов. Разработка новых керамических материалов и технологии их применения сделала фильтрование практичным и эффективным процессом для большинства ли­тейных предприятий, производящих литье промышленных сплавов черных металлов.

Включения в отливках из черных металлов.

Основной выигрыш, достигаемый при фильтровании расплавленного чугуна и стали, заключается в удалении включений до того, как они поступят в полость формы. Д-р Дж. Бриггс из фирмы "Фосеко" дает словарное определение включения как "твердого, жидкого или газообразного инородного вещества, заключенного в минерале или породе," но добавляет при этом, что литейщикам под этим названием лучше известны захваченные металлом примеси. Такие включения в чугуне ухудшают его характеристики при обработке, а также влияют на качество отливки.

"Они (включения) представляют собой неоднородности в матрице металла, ко­торые нарушают механическую целостность и ухудшают обрабатываемость отливок, в которых они присутствуют. Влияние небольших включений в чугунных отливках ме­нее значительно, чем, например, в стальных, из-за присутствия в чугуне графитовых "неоднородностей",- добавил он.

По мнению д-ра Бриггса, наиболее часто встречающейся категорией включений в чугуне являются неметаллические включения. Такие включения в чугунных отлив­ках обычно можно разделить на два типа: включения, образующиеся внутри формы (эндогенные) - их источником может быть как сама форма, так и реакции внутри нее (включая окислительные реакции), и включения, образующиеся вне формы (экзоген­ные), т.е. такие, которые попадают в форму вместе с металлом (см.мниже).

Включения в чугуне (по сообщению д-ра Дж.Бриггса, фирма "Фосеко").

Эндогенные - образующиеся внутри формы:

1. формовочная смесь, оставшаяся на отливке после выбивки,

2. продукты разрушения формы,

3. инородное вещество в формовочной смеси,

4. окисление, связанное с турбулентностью при поступлении металла в форму,

5. окисление металла в литниковой системе,

6. захват краски для стержней или формовочной краски,

7. продукты реакции присадок для обработки в форме,

8. не прореагировавшие присадки для обработки в форме,

9. загрязнения,

10. керамические включения,

11 . реакция органических веществ в форме,

11. неметаллические включения, выделившиеся из раствора.

Экзогенные - образовавшиеся вне формы, но попавшие в нее вместе с потоком металла:

1. шлак из плавильной печи,

2. огнеупорный материал с ковша/лотка,

3. шлак десульфурации,

4. шлак шаровидного выделения графита (модифицирования)

5. шлак ковша,

6. непрореагировавшие присадки,

7. прореагировавший/непрореагировавший коагулятор шлака,

8. шлак кокильного литья,

9. продукты окисления,

10. загрязнения - посторонние объекты.

Д-р Бриггс предупреждает, что на каждом этапе процесса литья металла необ­ходимо принимать специальные меры предосторожности, чтобы защитить отливку от включений, поскольку источники включений могут возникнуть на различных этапах. Ниже перечислены предупредительные меры, которые могут помочь устранить включения из отливок черных металлов.

Методы предупреждения появления включений в отливках черных металлов (по сообщению д-ра Дж. Бриггса, фирма "Фосеко").

Включения, связанные с формой:

1. Обеспечить, чтобы модели были правильно сконструированы, подогнаны и не имели повреждений.

2. Опоки должны быть правильно расположены и не должны иметь поврежде­ний.

3. Форма должна быть однородно твердой и не крошащейся.

4. Стержни и другие вставки должны располагаться точно на своих знаках.

5. Конструкция литников должна способствовать снижению турбулентности и прямого набегания.

6. Следует свести к минимуму движение/сотрясение формы.

8. Необходимо должным образом специфицировать и контролировать характеристики формовочной смеси.

9. Формовочная краска и краска для стержней должна быть нанесена правиль­но.

Включения, связанные с плавкой металла:

1. Используйте чистые сухие материалы, чтобы уменьшить возможность окисления.

2. Используйте желоба типа "носик чайника" и сифоны для отделения шлака.

3. Чтобы дать возможность включениям выйти из металла и сохранить ковш чистым, можно использовать флюсы.

4. Для удаления шлака следует использовать коагулянты, но их применение на­до должным образом контролировать.

5. Футеровку ковша следует ремонтировать как можно чаще.

6. Огнеупорные материалы необходимо подбирать в соответствии с условиями.

7. Температурный контроль жизненно важен, особенно на этапе обработки в ковше. Следует избегать как высоких, так и низких температур.

Включения, связанные с окислением металла:

1. Избегайте условий, способствующих окислению.

2. Работайте при не слишком высоких и не слишком низких температурах.

3. Сводите к минимуму манипуляции.

4. Методы раскисления могут снизить количество шлаков, FeO, MnO, SiO₂.

5. Используйте литники или фильтры для перехвата шлака.

6. Сводите к минимуму турбулентность в литниковой системе.

Включения, выделяющиеся в ходе отверждения:

Серый чугун

1. Серу следует уравновешивать марганцем.

2. Содержание серы не должно превышать 0,12-0,15%.

3. Содержание кремния должно быть как можно меньше.

Ковкий чугун

1. Содержание серы в основном металле должно быть как можно ниже.

2. Содержание магния не должно превышать 0,045%.

3. Содержание кремния должно быть как можно ниже.