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加强推广泡沫陶瓷过滤净化铸铁工艺 — 泡沫陶瓷过滤器使用成本分析
作 者: 山东成远实业有限公司
 
  

、铁水过滤净化的作用和意义

1、各种液态铸造合金在熔炼和浇注过程中产生的绝大多数夹杂物均会恶化合金的工艺性能和铸件切削加工性能,降低铸件机械性能和成品率。这种影响尤其在铝合金等各种有色合金和铸钢等高温合金中的反应最为严重,加之以上合金的经济价值较高,降废增效的空间较大,促使铸造工作者们更加重视高效先进的泡沫陶瓷过滤净化工艺在这些领域中的应用,并已取得显著成效。但是,在铸铁方面,由于人们顾及泡沫陶瓷过滤器较高的价格对铸件生产成本的影响,致使该工艺在国内的推广应用程度较低。

2、铸铁生产如采用高效的过滤工艺,不仅可减少或消除夹杂物的不利影响,提高铸件机械性能,降低铸件废品率和切削加工成本,而且能取消浇注系统中的集渣包,缩短横浇道,简化浇注系统,提高铸件工艺出品率。

3、据统计,全国铸铁件约占铸件总产量的75%左右。如果有50%推广采用高效的过滤工艺,仅以废品率降低2%,铸件机械性能提高5%,切削加工成本降低20%,铸件工艺出品率提高2%,以铸铁件平均价格为7500 元/吨,原切削加工费用为每吨铸件200元计算,每吨铸铁件至少可节约成本500元以上,同时每吨铸件可因性能的提高而增值500元左右,过滤器的成本只要能控制在平均每吨铸件约70元以下,即可产生至少140 元/吨的经济效益,投入产出比不低于1:2。

二、几种常用过滤元件的特点和效果

 目前国内部分铸铁厂家为了改善铸件质量,降低废品率,但考虑到生产成本等原因,迫不得已仅考虑选用价格低廉的耐火纤维过滤网或价格中等的直孔陶瓷过滤片,但是净化效果普遍不明显。这是由其产品过滤结构所决定的必然结果。

1、泡沫陶瓷过滤片的三维连通网状结构使其具有三种过滤净化机制:
(1)是机械拦截;
(2)是整流浮渣,即过滤片的整流作用使过滤片前的横浇道处于充满状态,使过滤后的铁水呈平稳的层流状态,铁水的氧化和冲刷反应减弱,从而使夹杂物易于上浮和捕获,使过滤片后的二次夹杂物数量减少;
(3)是深层吸附,即进入过滤片内部的细小夹杂物由于与流径复杂的陶瓷网络充分接触而被吸附于骨架上或被滞留于网络死角中。
2、很显然,耐火纤维过滤网和直孔陶瓷过滤片的结构使其只具有机械拦截和整流浮渣作用,而不可能产生深层吸附效应,因此它们对铁水的净化效果无疑不如泡沫陶瓷过滤片。

3、泡沫陶瓷过滤器和纤维过滤网(双层)过滤效果对比试验结果,如表 1所示,前者的过滤效率、过滤后铸件抗拉强度增长率和延伸率增长率分别是后者(双层)的 1.41 倍、1.35 倍和 3.43倍。

 从两种过滤元件过滤球铁曲轴(QT800)后的金相组织看(图1),采用泡沫陶瓷过滤后球状石墨的分布比纤维过滤网过滤时更均均,平均直径更小,数量也更多。

4、在球铁批量生产中,对泡沫陶瓷过滤器和直孔陶瓷过滤片的对比应用也表明:采用前者过滤时与铁水纯净度有关的废品率由采用后者时的3.62%下降到1.79%,下降率为50.6%;而铸件工艺出品率从68.3%提高到71.1%,提高了2.8%;另外切削加工刀具的消耗量下降了58.2%左右,即刀具的使用寿命提高了1倍多,同时减少了更换刀具的时间,提高工作效率。

5、耐火纤维过滤网虽价格低廉安放方便,但其使用温度较低,且高温强度和抗铁水冲击性较差,易被铁水冲穿而失效。

6、直孔陶瓷过滤片的常温强度虽然较高,但其孔隙率仅有40%左右,约为泡沫陶瓷过滤器的一半,这使金属液过流量较低。换言之,为使以上两种过滤片的金属液过流量相当,直孔陶瓷过滤片的过流面积约需泡沫陶瓷过滤片的2倍左右。这样不但会增加1倍的成本而且还带来改造浇注系统的费用及增加过滤片破碎的风险。

7、例如:规格为100*100*22mm的泡沫陶瓷过滤片,一般能承受球铁的过流量为100—200kg,以此推算,平均每吨球铁铸件约需使用5—10片,如100*100*22泡沫陶瓷过滤片的价格控制在6元左右,则每吨铸铁件的泡沫陶瓷使用成本即可不超过60元。

三、泡沫陶瓷过滤器在不同铸件上的应用

1、在灰铁上的应用

 我们在实际生产条件下对泡沫陶瓷过滤片(孔数为10ppi,开口孔隙率80%)净化灰铁铁水进行了系统的应用研究(试样均来自试棒),结果表明:

(1)经泡沫陶瓷过滤后,灰铁铁水化学成份基本不变,泡沫陶瓷过滤片高温化学性能稳定,不污染铁液;

(2)泡沫陶瓷过滤片不仅能显著减少灰铁中的非金属夹杂物,还使石墨片和基体组织分布更均匀和细化;

(3)由于以上原因,泡沫陶瓷过滤净化使灰铁的抗拉强度、冲击韧性和硬度均显著提高(抗拉强度和硬度均相当于提高一个牌号等级)。

2、在球铁中的应用

 泡沫陶瓷过滤净化球铁铁水后铸件机械性能的变化情况如表5所示,抗拉强度和延伸率分别提高了15.3%和12.5%,这使球铁牌号提高了一个等级的同时延伸率不降反升。

3、在合金铸铁中的应用

 泡沫陶瓷过滤片在实际生产条件下过滤高铬合金耐磨铸铁的结果(见表6—7,试样均来自试块)表明,虽然合金铸铁的夹杂物数量较多,泡沫陶瓷的过滤效果也非常显著,绝大部分夹杂物均被去除。

(1)经泡沫陶瓷过滤后,合金铸铁的抗弯强度、冲击韧性和硬度均大幅度提高;

(2)经泡沫陶瓷过滤后,高铬合金铸铁的抗弯强度、冲击韧性和硬度等机械性能的分散度(即最大离差与平均值的百分比)也显著降低,性能更为稳定。

四、 结语

1、泡沫陶瓷过滤工艺对液态铸造合金的净化效果在目前常用的各种过滤工艺中为最优;

2、采用泡沫陶瓷过滤工艺能有效地去除各种铸铁中的夹杂物,改善金相组织,提高铸件工艺出品率,降低铸件切削加工成本;

3、泡沫陶瓷过滤工艺应在铸铁生产中加强推广,以求创造更大的经济效益。

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